onsemi NCS7041/NCV7041電流檢測(cè)放大器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，電流檢測(cè)是一個(gè)常見(jiàn)且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。onsemi推出的NCS7041和NCV7041電流檢測(cè)放大器，以其出色的性能和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為了眾多工程師的選擇。今天，我們就來(lái)深入了解一下這兩款放大器。

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產(chǎn)品概述

NCS7041和NCV7041是高壓、高分辨率的電流檢測(cè)放大器。它們具有14、20、50和100 V/V的增益選項(xiàng)，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的最大增益誤差為±0.3%。每部分由前置放大器和緩沖器組成，可通過(guò)A1和A2引腳訪問(wèn)輸出和輸入，用于中間濾波網(wǎng)絡(luò)或修改增益。其共模輸入電壓范圍寬，從 -6 V到80 V，NCS7041能夠在各種應(yīng)用中對(duì)檢測(cè)電阻進(jìn)行單向或雙向電流測(cè)量。帶有NCV前綴的產(chǎn)品為汽車(chē)級(jí)選項(xiàng)，所有版本均在 -40°C至150°C的擴(kuò)展工作溫度范圍內(nèi)進(jìn)行了規(guī)格定義。

產(chǎn)品特性

電氣性能

• 增益帶寬：達(dá)到100 kHz，能夠滿足一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)處理需求。
• 輸入失調(diào)電壓：最大為±300 μV，且輸入失調(diào)電壓隨溫度的漂移最大為±3 μV/°C，保證了在不同溫度環(huán)境下的測(cè)量精度。
• 增益誤差：最大為±0.3%，提供了高精度的電流檢測(cè)能力。
• 靜態(tài)電流：典型值為1.5 mA，功耗相對(duì)較低，適合對(duì)功耗有要求的應(yīng)用場(chǎng)景。
• 電源電壓：工作范圍為3 V至5.5 V，具有較寬的電源適應(yīng)性。
• 共模抑制比（CMRR）：最小為85 dB，能夠有效抑制共模信號(hào)的干擾。
• 電源抑制比（PSRR）：最小為75 dB，減少了電源波動(dòng)對(duì)輸出的影響。

封裝與引腳

該系列產(chǎn)品提供SOIC - 8 NB和Micro8 / MSOP - 8兩種封裝形式，方便不同的應(yīng)用需求。引腳功能明確，例如 -IN和 +IN為差分輸入引腳，用于連接檢測(cè)電阻；OUT為輸出引腳；VREF為電壓參考引腳，可用于偏移輸出電壓等。

應(yīng)用信息

電流傳感技術(shù)

低側(cè)傳感

低側(cè)傳感看似可以通過(guò)簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大器電路實(shí)現(xiàn)，但NCS7041提供了完整的差分輸入，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的分流連接，同時(shí)內(nèi)置的增益網(wǎng)絡(luò)具有很高的精度，這是外部電阻難以達(dá)到的。不過(guò)，低側(cè)傳感無(wú)法檢測(cè)正電源線到地的短路情況。

高側(cè)傳感

高側(cè)傳感能夠檢測(cè)正電源線到地的短路，并且避免在被測(cè)負(fù)載的接地路徑中增加電阻。因此，在很多應(yīng)用中，高側(cè)傳感更為適用。

單向和雙向操作

NCS7041支持單向和雙向電流傳感。單向電流傳感適用于電源和負(fù)載電流監(jiān)測(cè)等應(yīng)用，此時(shí)負(fù)載電流始終沿同一方向流動(dòng)。雙向電流傳感則適用于電池充電和放電等應(yīng)用，負(fù)載電流可以正向或反向流動(dòng)。在雙向電流傳感中，通常將VREF設(shè)置為電源電壓的中間值，當(dāng)沒(méi)有電流測(cè)量時(shí)，輸出電壓將等于VREF電壓。

電源連接

NCS7041可以連接到它正在監(jiān)測(cè)電流的同一電源，也可以連接到單獨(dú)的電源。如果需要檢測(cè)負(fù)載電源上的短路電流，可能導(dǎo)致負(fù)載電源電壓下降到接近零伏，則必須在NCS7041上使用單獨(dú)的電源。

VREF引腳連接

在雙向電流傳感中，VREF引腳的連接非常重要。該引腳必須始終連接到低阻抗電路，可以直接連接到任何電壓源或電壓參考，也可以使用電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)，但需要使用單位增益緩沖電路。

A1和A2引腳的應(yīng)用

A1是前置放大器輸出，A2是緩沖器輸入。這兩個(gè)引腳可以用于調(diào)整增益或創(chuàng)建低通濾波器。通過(guò)連接A1和A2，并添加外部電阻或電容，可以實(shí)現(xiàn)增益的降低、增加以及濾波功能。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

選擇分流電阻

電流測(cè)量的所需精度決定了分流電阻的精度、尺寸和阻值。阻值越大，測(cè)量越準(zhǔn)確，但會(huì)導(dǎo)致更大的電流損耗。為了獲得最準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，建議使用四端電流檢測(cè)電阻，即采用開(kāi)爾文傳感技術(shù)。

輸入濾波

在某些應(yīng)用中，可能需要在電流檢測(cè)放大器的輸入進(jìn)行濾波，以消除噪聲或抵消分流電感的影響。但需要注意的是，濾波電阻的增加以及它們之間的電阻失配可能會(huì)對(duì)增益、CMRR和輸入失調(diào)電壓產(chǎn)生不利影響，因此輸入電阻的值應(yīng)限制在10 Ω或更小。

共模電壓階躍響應(yīng)

大的共模電壓階躍可能會(huì)在輸出端引起瞬態(tài)電壓尖峰，對(duì)于一些需要處理大共模輸入電壓階躍的應(yīng)用，如螺線管應(yīng)用，需要對(duì)輸出響應(yīng)進(jìn)行全面評(píng)估。可以通過(guò)添加時(shí)間延遲或使用A1和A2引腳進(jìn)行濾波來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

PCB布局

PCB布局對(duì)于電流檢測(cè)應(yīng)用的準(zhǔn)確測(cè)量至關(guān)重要。應(yīng)保持 +IN和 -IN路徑的對(duì)稱(chēng)性，減少PCB引起的偏移。對(duì)于A1和A2引腳，由于其高阻抗特性，需要注意減少寄生電容的影響。

總結(jié)

onsemi的NCS7041和NCV7041電流檢測(cè)放大器以其出色的性能和靈活的應(yīng)用方式，為電子工程師在電流檢測(cè)設(shè)計(jì)中提供了可靠的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求，合理選擇分流電阻、進(jìn)行輸入濾波、處理共模電壓階躍響應(yīng)以及優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用過(guò)程中有沒(méi)有遇到過(guò)一些特別的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。