onsemi電流感測放大器：高電壓、高性能的電流測量利器

在電子設(shè)計領(lǐng)域，精確的電流測量對于許多應(yīng)用來說至關(guān)重要。今天我們要探討的onsemi的NCS7030、NCS7031、NCV7030和NCV7031電流感測放大器，就是這樣一款能夠在高電壓環(huán)境下實現(xiàn)高精度電流測量的優(yōu)秀產(chǎn)品。

文件下載：NCx7030，NCx7031數(shù)據(jù)表.pdf

產(chǎn)品概述

NCS7030和NCS7031是高壓電流感測放大器，提供14 V/V和20 V/V的增益選項，在整個溫度范圍內(nèi)最大增益誤差僅為±0.3%。每個器件由前置放大器和緩沖器組成，通過A1和A2引腳可接入輸出和輸入，方便連接中間濾波網(wǎng)絡(luò)或修改增益。該系列放大器在 -6 V至80 V的輸入共模電壓范圍內(nèi)具有出色的共模抑制能力，可在各種應(yīng)用中對檢測電阻進行單向電流測量。帶有NCV前綴的產(chǎn)品為汽車級應(yīng)用選項，所有版本的工作溫度范圍為 -40°C至150°C。

產(chǎn)品特性

電氣特性

• 帶寬：100 kHz，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用的動態(tài)響應(yīng)需求。
• 輸入失調(diào)電壓：最大±300 μV，在整個溫度范圍內(nèi)的失調(diào)漂移最大為±3 μV/°C，確保了測量的高精度。
• 增益誤差：在整個溫度范圍內(nèi)最大±0.3%，保證了輸出信號的準(zhǔn)確性。
• 靜態(tài)電流：典型值為1.5 mA，功耗較低。
• 電源電壓：3 V至5.5 V，可適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 共模輸入電壓范圍：工作范圍為 -6 V至80 V，生存范圍為 -14 V至85 V，具有較強的抗干擾能力。
• 共模抑制比（CMRR）：最小85 dB，能夠有效抑制共模信號的干擾。
• 電源抑制比（PSRR）：最小75 dB，減少電源波動對輸出的影響。

封裝與引腳

產(chǎn)品提供Micro8和SOIC - 8兩種封裝形式，引腳功能明確，方便設(shè)計和布局。例如，-IN和+IN引腳用于連接檢測電阻，A1和A2引腳可用于調(diào)整增益或?qū)崿F(xiàn)濾波功能。

熱特性

不同封裝的熱阻和熱特性有所差異，如Micro8封裝的結(jié)到空氣熱阻為163°C/W，SOIC - 8封裝為128°C/W。在設(shè)計散熱方案時，需要根據(jù)具體的封裝和應(yīng)用場景進行考慮。

應(yīng)用信息

電流傳感技術(shù)

• 低側(cè)傳感：實現(xiàn)簡單、成本低，但NCS703x系列提供了精確的差分輸入和內(nèi)置增益網(wǎng)絡(luò)，相比簡單的運算放大器電路具有更高的精度。
• 高側(cè)傳感：能夠檢測正電源線到地的短路情況，并且避免在被測負載的接地路徑中增加電阻，適用于對安全性和測量精度要求較高的應(yīng)用。

單向操作

NCS703x內(nèi)部參考地，只能測量單向電流。+IN引腳應(yīng)連接到檢測電阻的正端，-IN引腳連接到負端。當(dāng)檢測電阻中無電流流動時，輸出電壓應(yīng)在接地電壓的50 mV以內(nèi)；有電流流動時，輸出電壓將正向擺動，最高可達電源電壓的100 mV以內(nèi)。

電源連接

NCS703x可以連接到它所監(jiān)測電流的同一電源，也可以連接到單獨的電源。如果需要檢測負載電源的短路電流，建議使用單獨的電源。

A1和A2引腳的應(yīng)用

• 降低增益：通過連接A1和A2并添加一個從該節(jié)點到地的電阻，可以降低整體增益。例如，添加一個100 kΩ的外部電阻，可使進入A2的電壓減半，從而使整體增益減半。
• 增加增益：在正反饋中添加外部電阻可以增加增益。
• 濾波：將A1和A2連接在一起，并從該節(jié)點到地添加一個電容，可以創(chuàng)建一個簡單的單極點低通RC濾波器；使用Sallen - Key拓撲可以創(chuàng)建一個雙極點低通濾波器，實現(xiàn)更高的衰減率。

輸入濾波

在某些應(yīng)用中，需要在電流感測放大器的輸入端進行濾波。輸入濾波可以補償小于1 mΩ的檢測電阻的電感效應(yīng)以及高頻噪聲，但需要注意濾波器電阻的添加可能會對增益、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)

大的共模電壓階躍和快速的壓擺率可能會在輸出端引起瞬態(tài)電壓尖峰?？梢酝ㄟ^降低共模電壓階躍的壓擺率、添加低通濾波器或在共模電壓階躍發(fā)生后添加時間延遲等方法來解決這個問題。

低側(cè)電流傳感優(yōu)勢

NCS703x系列在低側(cè)電流傳感方面具有諸多優(yōu)勢，如真正的差分輸入適用于連接開爾文傳感分流器或傳統(tǒng)分流器，能夠有效抑制共模噪聲，并且封裝小巧，相比分立運算放大器解決方案更具競爭力。

分流電阻選擇

電流測量的精度要求決定了分流電阻的精度、尺寸和阻值。為了實現(xiàn)最精確的測量，建議使用四端電流感測電阻（開爾文傳感），以確保感測放大器測量的電壓是電阻兩端的實際電壓。

關(guān)斷功能

雖然NCS703x沒有專門的關(guān)斷引腳，但可以使用簡單的MOSFET、電源開關(guān)或邏輯門來切斷電源，消除靜態(tài)電流。

訂購信息

產(chǎn)品提供不同的增益選項和封裝形式，并且有汽車級應(yīng)用的版本可供選擇。具體的訂購信息可以參考數(shù)據(jù)手冊的第15頁。

總結(jié)

onsemi的NCS7030、NCS7031、NCV7030和NCV7031電流感測放大器以其寬共模電壓范圍、高精度、低功耗和豐富的應(yīng)用功能，為電子工程師在電流測量領(lǐng)域提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際設(shè)計中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇增益、封裝和分流電阻，并注意布局和濾波等問題，以充分發(fā)揮該產(chǎn)品的性能優(yōu)勢。你在使用電流感測放大器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。