深入解析OnSemi NCS21673/4系列電流檢測(cè)放大器

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)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到電路的性能和穩(wěn)定性。今天，我們就來(lái)深入探討一下OnSemi推出的NCS21673、NCV21673、NCS21674和NCV21674系列電流檢測(cè)放大器，看看它們有哪些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景。

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產(chǎn)品概述

NCS21673和NCS21674系列電流檢測(cè)放大器提供了20、50、100和200 V/V的增益選項(xiàng)。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，且不受電源電壓的影響。這一特性使得它們?cè)跍y(cè)量快速瞬變電流時(shí)表現(xiàn)出色，并且可以同時(shí)用于高端和低端電流檢測(cè)。這些器件可以在2.7 V至5.5 V的單電源下工作，-3 dB帶寬高達(dá)350 kHz，壓擺率典型值為2 V/μs，能夠確?？焖贆z測(cè)電流變化。此外，它們還提供TSOP - 5和Micro - 8封裝，雙版本在系統(tǒng)的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行電流檢測(cè)時(shí)具有節(jié)省空間和成本的優(yōu)勢(shì)。

電路圖

關(guān)鍵特性

寬共模輸入范圍

該系列放大器的共模輸入范圍為 -0.1 V至40 V，這使得它們能夠適應(yīng)各種不同的電壓環(huán)境，無(wú)論是在低電壓還是高電壓系統(tǒng)中都能穩(wěn)定工作。

低失調(diào)電壓和低失調(diào)漂移

低失調(diào)電壓和漂移確保了測(cè)量的準(zhǔn)確性，減少了誤差，提高了系統(tǒng)的可靠性。

低電流消耗

每個(gè)通道的最大電流消耗僅為300 μA，這在一些對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用中非常重要。

汽車級(jí)應(yīng)用支持

帶有NCV前綴的產(chǎn)品適用于汽車級(jí)應(yīng)用，經(jīng)過(guò)AEC - Q100認(rèn)證并具備PPAP能力，能夠滿足汽車電子對(duì)可靠性和穩(wěn)定性的嚴(yán)格要求。

環(huán)保特性

這些器件無(wú)鉛、無(wú)鹵素/無(wú)溴化阻燃劑，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，符合當(dāng)今環(huán)保的趨勢(shì)。

引腳功能與描述

性能參數(shù)

最大額定值

了解器件的最大額定值對(duì)于正確使用和保護(hù)器件至關(guān)重要。該系列放大器的最大額定值包括電源電壓、模擬輸入、輸出、最大輸出電流、輸入電流、最大結(jié)溫、存儲(chǔ)溫度范圍、ESD能力和閂鎖電流等。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須確保器件的工作條件不超過(guò)這些額定值，否則可能會(huì)損壞器件，影響其可靠性。

熱特性

熱特性參數(shù)如熱阻（Junction - to - Air）對(duì)于評(píng)估器件在工作時(shí)的散熱情況非常重要。不同封裝的熱阻不同，TSOP - 5/SOT23 - 5封裝的熱阻為208℃/W，Micro8/MSOP - 8封裝的熱阻為162℃/W。在設(shè)計(jì)散熱方案時(shí)，需要根據(jù)這些參數(shù)來(lái)選擇合適的散熱措施。

推薦工作范圍

推薦的工作溫度范圍根據(jù)不同的前綴有所不同，NCS前綴的產(chǎn)品為 -40℃至125℃，NCV前綴的產(chǎn)品為 -40℃至150℃。共模輸入電壓范圍為 -0.1 V至40 V，電源電壓范圍為2.7 V至5.5 V。在這些范圍內(nèi)工作，能夠確保器件的性能和可靠性。

電氣特性

電氣特性包括輸入特性（如共模抑制比CMRR、輸入失調(diào)電壓Vos、輸入失調(diào)電壓漂移dVos/dT、電源抑制比PSRR、輸入偏置電流IIB和輸入失調(diào)電流Io）、輸出特性（如增益G、增益誤差、增益誤差隨溫度變化、非線性誤差、最大容性負(fù)載CL、建立時(shí)間、輸出電壓擺幅等）、頻率響應(yīng)（帶寬BW、壓擺率SR）和噪聲特性（電壓噪聲密度en）等。這些參數(shù)詳細(xì)描述了器件在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求來(lái)選擇合適的參數(shù)。

典型特性曲線

文檔中提供了大量的典型特性曲線，如輸入失調(diào)電壓分布、輸入失調(diào)隨溫度變化、共模抑制比分布、共模抑制比隨溫度變化、增益誤差分布、增益誤差隨溫度變化、零電流輸出隨共模電壓變化、增益隨頻率變化、輸出阻抗隨頻率變化、輸出電壓擺幅隨電流變化、輸入偏置電流隨共模電壓變化、輸入偏置電流隨溫度變化、靜態(tài)電流隨溫度變化、噪聲密度、小信號(hào)階躍響應(yīng)、大信號(hào)階躍響應(yīng)、共模階躍響應(yīng)、過(guò)載響應(yīng)、啟動(dòng)響應(yīng)、關(guān)斷響應(yīng)和通道隔離等。這些曲線直觀地展示了器件在不同條件下的性能變化，對(duì)于工程師理解和優(yōu)化電路設(shè)計(jì)非常有幫助。

應(yīng)用信息

電流檢測(cè)技術(shù)

該系列放大器可以配置為低端和高端電流檢測(cè)，其寬共模電壓范圍使得它們?cè)诓煌碾娏鳈z測(cè)場(chǎng)景中都能發(fā)揮作用。

單向操作

在單向電流檢測(cè)中，負(fù)載電流始終沿同一方向流動(dòng)，如電源和負(fù)載電流監(jiān)測(cè)等應(yīng)用。在這種配置下，IN + 引腳應(yīng)連接到檢測(cè)電阻的高端，IN - 引腳應(yīng)連接到檢測(cè)電阻的低端。

輸入濾波

隨著分流電阻值的減小，分流電感會(huì)顯著影響頻率響應(yīng)。當(dāng)電阻值低于1 mΩ時(shí)，分流電感會(huì)在傳遞函數(shù)中產(chǎn)生零點(diǎn)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)折頻率在幾百kHz的低頻段。這會(huì)增加電流檢測(cè)線上高頻尖峰瞬態(tài)事件的幅度，可能會(huì)使任何分流電流檢測(cè)IC的前端過(guò)載。因此，需要在放大器的輸入端進(jìn)行外部濾波。同時(shí)，零漂移架構(gòu)中的250 kHz采樣電路可能會(huì)對(duì)電流信號(hào)產(chǎn)生混疊效應(yīng)，建議對(duì)輸入級(jí)進(jìn)行濾波，將信號(hào)帶寬限制在 < 100 kHz，特別是對(duì)于具有高交流頻譜含量的電流信號(hào)。

選擇分流電阻

電流測(cè)量的期望精度決定了電阻的精度、尺寸和阻值。阻值越大，測(cè)量精度越高，但也會(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（Kelvin Sensing），它可以確保檢測(cè)放大器測(cè)量的電壓是電阻兩端的實(shí)際電壓，不包括連接電阻的影響。

增益選項(xiàng)

增益由集成的精密、比例匹配電阻設(shè)置，提供20 V/V、50 V/V、100 V/V和200 V/V的增益選項(xiàng)。不建議通過(guò)添加外部電阻來(lái)調(diào)整增益，因?yàn)檫@可能會(huì)增加系統(tǒng)誤差，如增加增益誤差和溫度系數(shù)、降低CMRR等。

關(guān)斷功能

雖然該系列產(chǎn)品本身沒(méi)有關(guān)斷功能，但可以使用簡(jiǎn)單的MOSFET、電源開(kāi)關(guān)或邏輯門來(lái)切斷電源，消除靜態(tài)電流。需要注意的是，在未供電時(shí)，連接到分流電阻的輸入引腳會(huì)有電流通過(guò)輸入和反饋電阻，可能會(huì)導(dǎo)致輸出電壓的變化。此時(shí)，需要添加到地的負(fù)載電阻來(lái)確保輸出電壓在系統(tǒng)要求的范圍內(nèi)。

訂購(gòu)信息

文檔提供了詳細(xì)的訂購(gòu)信息，包括不同封裝、增益選項(xiàng)的產(chǎn)品型號(hào)、標(biāo)記和包裝形式等。工程師可以根據(jù)自己的需求選擇合適的產(chǎn)品。

機(jī)械尺寸與封裝

文檔還提供了TSOP - 5和Micro8封裝的機(jī)械尺寸和推薦的安裝腳印信息，這對(duì)于PCB設(shè)計(jì)非常重要，確保了器件能夠正確安裝和焊接。

總結(jié)

OnSemi的NCS21673/4系列電流檢測(cè)放大器具有寬共模輸入范圍、低失調(diào)電壓和漂移、低電流消耗等眾多優(yōu)點(diǎn)，適用于各種電流檢測(cè)應(yīng)用，特別是在汽車電子和對(duì)精度要求較高的場(chǎng)合。工程師在使用這些器件時(shí)，需要仔細(xì)了解其特性和參數(shù)，根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。你在使用這類電流檢測(cè)放大器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。