Onsemi NCS21671/NCV21671電流檢測放大器：技術解析與應用指南

在電子設計領域，精確的電流檢測至關重要，它關乎著系統(tǒng)的性能、安全和可靠性。Onsemi推出的NCS21671和NCV21671系列電壓輸出電流檢測放大器，憑借其出色的性能和豐富的功能，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來深入剖析這兩款器件，探討它們的特點、應用以及設計要點。

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一、產(chǎn)品概述

NCS21671和NCV21671是一系列電壓輸出電流檢測放大器，提供25、50、100和200 V/V的增益選擇。它們能夠在-0.1 V至40 V的共模電壓下測量分流器兩端的電壓，且與電源電壓無關。零漂移架構的低失調(diào)特性，使得它們能夠檢測低至10 mV滿量程的電壓降，實現(xiàn)高精度的電流檢測。此外，該系列器件還具備可選的使能功能，可在禁用或電源電壓低于1.5 V時，將輸入引腳和電源引腳的電流消耗降至極低水平。同時，還提供了兩個可選引腳，用于簡化輸入濾波。

二、產(chǎn)品特性

2.1 寬共模輸入范圍

• 共模輸入電壓范圍為-0.1 V至40 V，能夠適應各種復雜的應用場景，無論是高電壓還是低電壓系統(tǒng)，都能穩(wěn)定工作。

  2.2 寬電源電壓范圍

• 電源電壓范圍為1.8 V至5.5 V，支持單電源供電，降低了系統(tǒng)的設計復雜度和成本。

  2.3 低失調(diào)電壓

• 最大失調(diào)電壓為25 μV，確保了高精度的電流檢測，減少了測量誤差。

  2.4 軌到軌輸出能力

• 輸出能夠達到電源軌，提供了更大的動態(tài)范圍，提高了系統(tǒng)的性能。

  2.5 低電流消耗

• 最大電源電流為80 μA，降低了系統(tǒng)的功耗，延長了電池的使用壽命。

  2.6 使能引腳

• 可用于關閉輸入和電源電流，實現(xiàn)低功耗模式，提高系統(tǒng)的效率。

  2.7 可選輸入濾波

• 通過CIN+和CIN-引腳，可添加外部電容，實現(xiàn)低通輸入濾波，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

  2.8 汽車級應用

• NCV前綴的產(chǎn)品適用于汽車和其他需要獨特場地和控制變更要求的應用，符合AEC-Q100標準，具備PPAP能力。

  2.9 環(huán)保設計

• 該系列器件為無鉛、無鹵素/BFR，符合RoHS標準，滿足環(huán)保要求。

三、引腳功能描述

3.1 NC（No connect）

• 該引腳必須保持不與外部電路連接。

  3.2 CIN+（Input）

• 僅在Micro10封裝中可用?？稍贑IN+和CIN-之間添加一個可選電容，以創(chuàng)建低通輸入濾波器。

  3.3 IN+（Input）

• 該引腳連接到檢測電阻或電流分流器的正端。當器件處于關斷模式（EN=0）時，該引腳變?yōu)楦咦杩埂?

  3.4 IN-（Input）

• 該引腳連接到檢測電阻或電流分流器的負端。當器件處于關斷模式（EN=0）時，該引腳變?yōu)楦咦杩埂?

  3.5 CIN-（Input）

• 僅在Micro10封裝中可用。可在CIN+和CIN-之間添加一個可選電容，以創(chuàng)建低通輸入濾波器。

  3.6 Vs（Supply）

• 這是為內(nèi)部電路提供電源的正電源引腳。建議在該引腳附近放置一個0.1 μF的外部旁路電容，以減少電源噪聲。

  3.7 EN（Input）

• 僅在Micro10封裝中可用。當該引腳開路時，無上拉電阻使能器件。使能引腳可連接到Vs或由邏輯電平驅動，以啟用器件。如果該引腳被驅動為低電平，器件將進入低功耗模式，以節(jié)省電流消耗。

  3.8 REF（Input）

• 該引腳設置內(nèi)部差分放大器電路的參考電壓，允許進行單向或雙向電流檢測。對于單向電流檢測，將該引腳連接到GND；對于雙向電流檢測，將該引腳連接到GND和Vs之間的電壓。

  3.9 GND（Supply）

• 這是電路的負電源軌。

  3.10 OUT（Output）

• 輸出引腳提供低阻抗電壓輸出。當器件處于關斷模式（EN=0）時，該引腳變?yōu)楦咦杩埂?/li>

四、電氣特性

4.1 輸入特性

• 共模抑制比（CMRR）：在不同增益和共模電壓下，CMRR可達109 dB至134 dB，有效抑制共模干擾。
• 輸入失調(diào)電壓（Vos）：最大失調(diào)電壓為±19 μV，確保了高精度的電流檢測。
• 輸入失調(diào)電壓漂移（dVos/dT）：最大漂移為±0.5 μV/°C，保證了在不同溫度下的穩(wěn)定性。
• 電源抑制比（PSRR）：在1.8 V至5.5 V的電源電壓范圍內(nèi)，PSRR為±10 μV/V，減少了電源波動對測量的影響。
• 輸入偏置電流（IB）：最大偏置電流為35 μA，降低了輸入電路的負載。

  4.2 輸出特性

• 增益（G）：提供25、50、100和200 V/V的增益選擇，滿足不同的應用需求。
• 增益誤差（EG）：在-40°C至125°C的溫度范圍內(nèi)，增益誤差最大為±0.5%，確保了高精度的放大。
• 非線性誤差：最大非線性誤差為±0.01%，保證了輸出的線性度。

  4.3 頻率響應特性

• 帶寬（BW）：在不同增益下，帶寬為20 kHz至40 kHz，滿足了大多數(shù)應用的頻率要求。
• 壓擺率（SR）：最大壓擺率為0.3 V/μs，確保了快速的響應速度。
• 建立時間（Ts）：從電流階躍到最終值的1%以內(nèi)的建立時間為30 μs，提高了系統(tǒng)的響應速度。

  4.4 噪聲特性

• 電壓噪聲密度（en）：在不同增益下，電壓噪聲密度為46 nV/√Hz至56 nV/√Hz，降低了噪聲對測量的影響。

  4.5 電源特性

• 靜態(tài)電流（IQ）：最大靜態(tài)電流為80 μA，降低了系統(tǒng)的功耗。
• 關斷靜態(tài)電流（IBSD）：最大關斷靜態(tài)電流為0.5 μA，實現(xiàn)了低功耗模式。
• 上電時間（tPON）：上電時間為40 μs，確保了快速的啟動。

五、典型應用

5.1 電源總線監(jiān)控

• 可用于監(jiān)控電源總線的電流，確保系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。通過檢測總線上的電流，可以及時發(fā)現(xiàn)過流、短路等故障，采取相應的保護措施。

  5.2 電池電流監(jiān)控

• 可用于監(jiān)控電池的充放電電流，實現(xiàn)對電池狀態(tài)的精確監(jiān)測。在電池充電過程中，檢測充電電流的大小，避免過充；在電池放電過程中，檢測放電電流的大小，估算電池的剩余電量。

  5.3 照明鎮(zhèn)流器

• 可用于照明鎮(zhèn)流器中，控制照明設備的電流，實現(xiàn)調(diào)光功能。通過調(diào)節(jié)鎮(zhèn)流器中的電流，可以改變照明設備的亮度，滿足不同的照明需求。

六、設計要點

6.1 電流檢測技術選擇

• 低側檢測：簡單、成本低，但無法檢測電源正線到地的短路故障，且會增加負載接地路徑的電阻。
• 高側檢測：能夠檢測電源正線到地的短路故障，避免在負載接地路徑中增加電阻，適用于對安全性要求較高的應用。

  6.2 雙向操作配置

• 單向電流檢測：將REF引腳連接到GND，IN+引腳連接到檢測電阻的高端，IN-引腳連接到檢測電阻的低端。
• 雙向電流檢測：將REF引腳連接到GND和Vs之間的電壓，通常連接到電源的中間電壓，以實現(xiàn)對電流雙向流動的監(jiān)測。

  6.3 使能引腳的使用

• 可通過使能引腳將器件置于關斷模式，降低電流消耗。在不需要進行電流檢測時，將使能引腳置低，使器件進入低功耗模式，延長電池的使用壽命。

  6.4 輸入濾波設計

• 可通過在CIN+和CIN-引腳之間添加外部電容，實現(xiàn)低通輸入濾波，減少高頻噪聲的干擾。同時，要注意選擇合適的電容值，以滿足系統(tǒng)的頻率響應要求。

  6.5 分流電阻的選擇

• 電流測量的精度取決于分流電阻的精度、大小和阻值。阻值越大，測量精度越高，但會增加電流損耗。建議使用四端電流檢測電阻，采用開爾文檢測技術，確保檢測放大器測量的電壓是電阻兩端的實際電壓，減少測量誤差。

  6.6 增益選擇

• 該系列器件提供25、50、100和200 V/V的增益選擇，由集成的精密比例匹配電阻設置。不建議添加外部電阻來調(diào)整增益，以免增加系統(tǒng)誤差。

七、總結

Onsemi的NCS21671和NCV21671系列電流檢測放大器具有寬共模輸入范圍、低失調(diào)電壓、低電流消耗等優(yōu)點，適用于各種電流檢測應用。在設計過程中，需要根據(jù)具體的應用需求，合理選擇電流檢測技術、雙向操作配置、使能引腳的使用、輸入濾波設計、分流電阻和增益等參數(shù)，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。希望本文能夠為電子工程師在使用NCS21671和NCV21671系列器件時提供一些參考和幫助。你在實際應用中是否遇到過類似的電流檢測問題？你是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。