Onsemi NCS21671/NCV21671電流檢測(cè)放大器：技術(shù)解析與應(yīng)用指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，精確的電流檢測(cè)至關(guān)重要，它關(guān)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(cè)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(lái)深入剖析這兩款器件，探討它們的特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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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(cè)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(cè)量分流器兩端的電壓，且與電源電壓無(wú)關(guān)。零漂移架構(gòu)的低失調(diào)特性，使得它們能夠檢測(cè)低至10 mV滿量程的電壓降，實(shí)現(xiàn)高精度的電流檢測(cè)。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(shí)，將輸入引腳和電源引腳的電流消耗降至極低水平。同時(shí)，還提供了兩個(gè)可選引腳，用于簡(jiǎn)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(yīng)各種復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，無(wú)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(shè)計(jì)復(fù)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(cè)，減少了測(cè)量誤差。

  2.4 軌到軌輸出能力

• 輸出能夠達(dá)到電源軌，提供了更大的動(dòng)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(zhǎng)了電池的使用壽命。

  2.6 使能引腳

• 可用于關(guān)閉輸入和電源電流，實(shí)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(guò)CIN+和CIN-引腳，可添加外部電容，實(shí)現(xiàn)低通輸入濾波，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

  2.8 汽車(chē)級(jí)應(yīng)用

• NCV前綴的產(chǎn)品適用于汽車(chē)和其他需要獨(dú)特場(chǎng)地和控制變更要求的應(yīng)用，符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，具備PPAP能力。

  2.9 環(huán)保設(shè)計(jì)

• 該系列器件為無(wú)鉛、無(wú)鹵素/BFR，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，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(gè)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(cè)電阻或電流分流器的正端。當(dāng)器件處于關(guān)斷模式（EN=0）時(shí)，該引腳變?yōu)楦咦杩埂?

  3.4 IN-（Input）

• 該引腳連接到檢測(cè)電阻或電流分流器的負(fù)端。當(dāng)器件處于關(guān)斷模式（EN=0）時(shí)，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(gè)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(gè)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(dāng)該引腳開(kāi)路時(shí)，無(wú)上拉電阻使能器件。使能引腳可連接到Vs或由邏輯電平驅(qū)動(dòng)，以啟用器件。如果該引腳被驅(qū)動(dòng)為低電平，器件將進(jìn)入低功耗模式，以節(jié)省電流消耗。

  3.8 REF（Input）

• 該引腳設(shè)置內(nèi)部差分放大器電路的參考電壓，允許進(jìn)行單向或雙向電流檢測(cè)。對(duì)于單向電流檢測(cè)，將該引腳連接到GND；對(duì)于雙向電流檢測(cè)，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(fù)電源軌。

  3.10 OUT（Output）

• 輸出引腳提供低阻抗電壓輸出。當(dāng)器件處于關(guān)斷模式（EN=0）時(shí)，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(dá)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(cè)。
• 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(dòng)對(duì)測(cè)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(fù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)速度。
• 建立時(shí)間（Ts）：從電流階躍到最終值的1%以內(nèi)的建立時(shí)間為30 μs，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)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(duì)測(cè)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(guān)斷靜態(tài)電流（IBSD）：最大關(guān)斷靜態(tài)電流為0.5 μA，實(shí)現(xiàn)了低功耗模式。
• 上電時(shí)間（tPON）：上電時(shí)間為40 μs，確保了快速的啟動(dòng)。

五、典型應(yīng)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(yùn)行。通過(guò)檢測(cè)總線上的電流，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)流、短路等故障，采取相應(yīng)的保護(hù)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(shí)現(xiàn)對(duì)電池狀態(tài)的精確監(jiān)測(cè)。在電池充電過(guò)程中，檢測(cè)充電電流的大小，避免過(guò)充；在電池放電過(guò)程中，檢測(cè)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(shè)備的電流，實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能。通過(guò)調(diào)節(jié)鎮(zhèn)流器中的電流，可以改變照明設(shè)備的亮度，滿足不同的照明需求。

六、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

6.1 電流檢測(cè)技術(shù)選擇

• 低側(cè)檢測(cè)：簡(jiǎn)單、成本低，但無(wú)法檢測(cè)電源正線到地的短路故障，且會(huì)增加負(fù)載接地路徑的電阻。
• 高側(cè)檢測(cè)：能夠檢測(cè)電源正線到地的短路故障，避免在負(fù)載接地路徑中增加電阻，適用于對(duì)安全性要求較高的應(yīng)用。

  6.2 雙向操作配置

• 單向電流檢測(cè)：將REF引腳連接到GND，IN+引腳連接到檢測(cè)電阻的高端，IN-引腳連接到檢測(cè)電阻的低端。
• 雙向電流檢測(cè)：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(shí)現(xiàn)對(duì)電流雙向流動(dòng)的監(jiān)測(cè)。

  6.3 使能引腳的使用

• 可通過(guò)使能引腳將器件置于關(guān)斷模式，降低電流消耗。在不需要進(jìn)行電流檢測(cè)時(shí)，將使能引腳置低，使器件進(jìn)入低功耗模式，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

  6.4 輸入濾波設(shè)計(jì)

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

  6.5 分流電阻的選擇

• 電流測(cè)量的精度取決于分流電阻的精度、大小和阻值。阻值越大，測(cè)量精度越高，但會(huì)增加電流損耗。建議使用四端電流檢測(cè)電阻，采用開(kāi)爾文檢測(cè)技術(shù)，確保檢測(cè)放大器測(cè)量的電壓是電阻兩端的實(shí)際電壓，減少測(cè)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(shè)置。不建議添加外部電阻來(lái)調(diào)整增益，以免增加系統(tǒng)誤差。

七、總結(jié)

Onsemi的NCS21671和NCV21671系列電流檢測(cè)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(diǎn)，適用于各種電流檢測(cè)應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇電流檢測(cè)技術(shù)、雙向操作配置、使能引腳的使用、輸入濾波設(shè)計(jì)、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?yàn)?a href="http://m.makelele.cn/v/tag/125/" target="_blank">電子工程師在使用NCS21671和NCV21671系列器件時(shí)提供一些參考和幫助。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類(lèi)似的電流檢測(cè)問(wèn)題？你是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。