深入剖析SGM840J：高性能雙向電流檢測放大器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，精確的電流檢測至關(guān)重要。SGM840J作為一款雙向、固定增益、電壓輸出的電流檢測放大器，憑借其高PWM抑制能力和寬共模電壓范圍，在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出卓越性能。本文將深入剖析SGM840J的特性、應(yīng)用及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為電子工程師提供全面的參考。

文件下載：SGM840J.PDF

一、產(chǎn)品概述

SGM840J由SGMICRO推出，具備雙向電流檢測功能，增益固定為10V/V，輸出為電壓信號。其顯著特點(diǎn)是高PWM抑制能力，能有效抑制輸出信號上的大共模瞬變（ΔV/Δt），這對于采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）的應(yīng)用，如電機(jī)驅(qū)動和電磁閥控制系統(tǒng)尤為重要。此外，它的共模電壓范圍從 -4V到80V，即使電壓低于地電位也能正常工作，適用于電磁閥反激期間等典型應(yīng)用。該器件采用2.7V至5.5V單電源供電，典型供電電流為1mA，采用零漂移架構(gòu)，低失調(diào)特性使其即使在分流器上壓降低至10mV滿量程時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)高精度電流檢測。SGM840J提供綠色MSOP - 8和SOIC - 8封裝，工作溫度范圍為 -40℃至 +125℃。

二、產(chǎn)品特性

（一）高PWM抑制

SGM840J的PWM抑制能力十分出色，其直流共模抑制比（CMRR）典型值達(dá)130dB，50kHz交流CMRR典型值為80dB。如此高的CMRR可有效抑制共模瞬變對輸出信號的影響，確保在PWM應(yīng)用中輸出信號的穩(wěn)定。在電機(jī)驅(qū)動和電磁閥控制等系統(tǒng)里，PWM信號會產(chǎn)生快速的共模電壓變化，若放大器不能有效抑制這些變化，輸出信號就會出現(xiàn)誤差，影響系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。而SGM840J憑借其高PWM抑制能力，能讓輸出在快速的輸入PWM共模瞬變后迅速恢復(fù)，典型的PWM共模瞬變事件后的建立時(shí)間約為2μs，從而支持更高的PWM頻率和更低的占空比。

（二）寬共模電壓范圍

該放大器的共模電壓范圍為 -4V至80V，這一特性使其既適用于低端電流檢測，也適用于高端電流檢測。在一些復(fù)雜的電路系統(tǒng)中，檢測點(diǎn)的電壓可能會偏離地電位或處于較高的電壓水平，普通放大器難以適應(yīng)這種寬范圍的電壓變化。而SGM840J通過采用電容反饋放大器在輸入前端，使輸入共模電壓范圍不再受電源電壓（(V_{s})）的限制，將直流共模電壓阻擋在下游電路之外，實(shí)現(xiàn)了極高的共模抑制。

（三）高精度

從增益誤差和失調(diào)電壓來看，在 +25℃時(shí)，增益誤差最大為±0.35%；在 -40℃至 +125℃的工作溫度范圍內(nèi)，最大增益誤差為±2%。失調(diào)電壓在 +25℃時(shí)最大為±100μV，在 -40℃至 +125℃時(shí)最大為±250μV。這些參數(shù)保證了在不同工作條件下，放大器都能實(shí)現(xiàn)高精度的電流檢測，尤其在小電流檢測時(shí)，低失調(diào)和低增益誤差能顯著提高檢測精度。

（四）其他特性

SGM840J還具有低輸入偏置電流（典型值為0.05μA）、高輸入信號帶寬（典型值為450kHz）和2.5V/μs的壓擺率等特性。低輸入偏置電流可減少在需要低電流泄漏的應(yīng)用中的誤差；高帶寬和壓擺率則能快速檢測和處理過流事件，為電路提供及時(shí)的保護(hù)。

三、應(yīng)用場景

（一）電機(jī)控制

在電機(jī)控制中，精確的電流檢測對于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。SGM840J的高PWM抑制能力和寬共模電壓范圍使其能適應(yīng)電機(jī)驅(qū)動中PWM信號的快速變化和不同的電壓水平。通過檢測電機(jī)電流，控制器可以實(shí)時(shí)調(diào)整電機(jī)的驅(qū)動信號，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的精確控制。

（二）電磁閥和閥門控制

電磁閥和閥門控制通常采用PWM信號進(jìn)行驅(qū)動，SGM840J的高PWM抑制能力可確保在PWM信號變化時(shí)準(zhǔn)確檢測電流，從而實(shí)現(xiàn)對電磁閥和閥門的精確控制。同時(shí)，其寬共模電壓范圍能適應(yīng)不同的工作電壓環(huán)境。

（三）電源管理

在電源管理系統(tǒng)中，需要對電流進(jìn)行精確監(jiān)測，以確保電源的穩(wěn)定輸出和高效利用。SGM840J可用于檢測電源的輸入和輸出電流，為電源管理芯片提供準(zhǔn)確的電流信息，實(shí)現(xiàn)對電源的智能控制。

（四）其他應(yīng)用

還可應(yīng)用于執(zhí)行器控制、壓力調(diào)節(jié)器、電信設(shè)備等領(lǐng)域，為這些系統(tǒng)提供高精度的電流檢測功能。

四、功能模式及配置

（一）輸出中點(diǎn)調(diào)整

SGM840J的REF1和REF2引腳可用于調(diào)整輸出中點(diǎn)。通過將這兩個引腳連接到不同的電壓源（如VS、GND或低阻抗參考電壓），可以配置放大器實(shí)現(xiàn)單向或雙向操作。

（二）單向電流測量

1. 地參考輸出：將SGM840J的兩個參考引腳都連接到GND，此時(shí)電流方向?yàn)閺腎N + 到IN - ，適用于需要以地為參考的電流檢測應(yīng)用。
2. VS參考輸出：將兩個參考引腳都連接到VS，電流方向?yàn)閺腎N - 到IN + 。這種配置適合在電流通過電流檢測電阻之前，需要為放大器輸出和其他控制電路提供穩(wěn)定電源的應(yīng)用。

（三）雙向電流測量

雙向操作允許SGM840J測量通過電阻分流器的雙向電流。常見的配置是將參考輸入設(shè)置為輸出滿量程的一半，以實(shí)現(xiàn)雙向等范圍的測量。在非對稱雙向電流檢測應(yīng)用中，可根據(jù)具體應(yīng)用設(shè)置參考輸入。

（四）輸出設(shè)置

1. 外部參考電壓輸出：將兩個參考引腳連接到外部參考電壓，此時(shí)輸出偏置電壓等于參考電壓，這是將輸出偏置到參考電壓最準(zhǔn)確的方法。
2. VS一半輸出：將一個參考引腳連接到VS，另一個連接到GND，輸出偏置電壓等于 (V{S}) 的一半，并且當(dāng) (V{S}) 變化時(shí)，輸出偏置電壓保持為一半。
3. 外部參考一半輸出：將一個REF引腳連接到外部參考，另一個連接到GND，輸出偏置電壓等于外部參考的一半，當(dāng)外部參考變化時(shí)，輸出偏置電壓保持為一半。
4. 差分輸出：將兩個參考引腳連接在一起，可在參考和OUT引腳之間獲得差分輸出電壓，適用于需要差分輸出的應(yīng)用。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）輸入濾波

在嘈雜環(huán)境中測量電流時(shí)，需要在輸入端添加濾波器以確保測量準(zhǔn)確。SGM840J的低輸入偏置電流允許在輸入端添加濾波器而不影響電流檢測精度。輸入濾波器可在輸入信號放大之前衰減差分噪聲，但濾波器的串聯(lián)電阻會引入額外的增益誤差，可通過公式 (Gain Error (%)=left(1-frac{R{DIFF}}{R{SENSE }+2 × R{F}+R{DIFF}}right) × 100) 計(jì)算。為減少測量誤差，應(yīng)將這些串聯(lián)電阻的值限制在22Ω或更小。

（二）特殊注意事項(xiàng)

為實(shí)現(xiàn)高精度測量，需選擇精密的電流檢測電阻，為REF1和REF2提供精密參考電壓，優(yōu)化輸入引腳和檢測電阻之間的布局和布線，并在VS和GND引腳之間放置足夠的去耦電容。

（三）電源供應(yīng)建議

SGM840J系列能在 -4V至80V的寬共模電壓范圍內(nèi)準(zhǔn)確測量信號，不受電源電壓（VS）的影響。例如，即使由5V電源供電，它也能處理低至 -4V和高達(dá)80V的共模電壓，但輸出電壓范圍受電源限制。

（四）布局指南

電流檢測連接應(yīng)采用開爾文或4線連接方式，在輸入引腳和檢測電阻之間建立連接，以消除額外的感應(yīng)阻抗，確保僅檢測到電流檢測電阻的阻抗。同時(shí)，應(yīng)在VS和GND引腳附近放置一個0.1μF的去耦電容。

六、總結(jié)

SGM840J作為一款高性能的雙向電流檢測放大器，憑借其高PWM抑制、寬共模電壓范圍、高精度等特性，在電機(jī)控制、電磁閥和閥門控制、電源管理等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，充分了解其特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，合理配置功能模式，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高精度的電流檢測和系統(tǒng)控制。你在使用SGM840J的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。