電流檢測(cè)放大器（Current Sense OPA）常用于電子電路上，盡管看似簡(jiǎn)單，但其設(shè)計(jì)和應(yīng)用中涉及許多需要注意的參數(shù)。本文將針對(duì)工程師在使用電流檢測(cè)放大器時(shí)的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行解答，幫助您更好地選擇和應(yīng)用相關(guān)產(chǎn)品。

Q1:什么是電流檢測(cè)放大器？

電流檢測(cè)放大器（以onsemi的 NCS21xR 和 NCS199AxR 系列元件為例，亦稱(chēng)為電流分流監(jiān)控器或電流分流放大器）是具有內(nèi)部精密電阻以創(chuàng)建全差分 輸入的放大器。電流檢測(cè)放大器還具有零漂移架構(gòu)或低offset電壓和低offset漂移。這些設(shè)備測(cè)量連接

到輸入端的分流電阻器上的小電壓降。這些 設(shè)備可精確放大來(lái)自分流器的 1mV 至 10mV 訊號(hào) ，增益取決于所選的產(chǎn)品不同， 最高可達(dá) 500。

輸出電壓與分流電阻上的輸入電流的關(guān)系為：

其中 ISENSE 是流過(guò)分流電阻的電流，VOUT 是輸出電壓，Gain 是放大器的固定內(nèi)部增益，RSENSE 是檢測(cè)（也稱(chēng)為分流）電阻。

Q2: 常見(jiàn)的電流偵測(cè)電路架構(gòu)有哪些？

常見(jiàn)的電流感應(yīng)電路架構(gòu)有：

低壓側(cè)檢測(cè) Low-Side sensing，

高壓側(cè)檢測(cè) High-Side sensing，

單向電流檢測(cè)Unidirectional sensing，

雙向電流檢測(cè)Bidirectional sensing。

onsemi NCS21xR 和 NCS199AxR 系列產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)上述所有電路架構(gòu)。

Q3：什么是低壓電流檢測(cè)？

低壓電流偵測(cè)將負(fù)載的低側(cè) 置于分流器或偵測(cè)電阻的一端，偵測(cè)電阻的另一端 連接到接地。低壓感測(cè)的共模電壓將接近 0V。低側(cè) 具有易于實(shí)施且 價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)。然而，它的缺點(diǎn)是無(wú)法偵測(cè)負(fù)載高端短路，而且由于負(fù)載的低端透過(guò)偵測(cè)電阻連接到接地，所以接地路徑受到干擾，電路請(qǐng)參閱下圖 1 (留意Load 位置)。

圖1 : 低壓電流檢測(cè)電路范例

Q4：什么是高壓電流檢測(cè)？

高壓電流偵測(cè)將負(fù)載的高階置于分流器或偵測(cè)電阻的一端，而負(fù)載的低端則直接接地。共模電壓通常相當(dāng)高：20 V、40V 甚至 80 V。過(guò)去，高壓感測(cè)的實(shí)現(xiàn)更加困難且成本更高。然而，電流檢測(cè)放大器已經(jīng)提供了一種經(jīng)濟(jì)且易于使用的解決方案。請(qǐng)參

閱下圖 2(并留意Load位置)

圖2 : 高壓電流檢測(cè)電路范例

Q5: 什么是單向電流感應(yīng)？

僅當(dāng)需要感測(cè)單向（流入負(fù)載）的電流時(shí)才使用單向感測(cè)。放大器的輸出只會(huì)朝一個(gè)方向擺動(dòng)。請(qǐng)注意，在圖 3中，REF 引腳連接到接地，此接地連接將設(shè)備配置為單向電流感應(yīng)。

圖3 : 單向電流檢測(cè)電路范例

Q6：什么是雙向電流感應(yīng)？

感測(cè)雙向流動(dòng)的電流時(shí)，請(qǐng)使用雙向感測(cè)。例如，當(dāng)系統(tǒng)為電池充電時(shí)，監(jiān)控一個(gè)方向的電流，然后在電池充電器電源斷開(kāi)后，監(jiān)控電池放電時(shí)另一個(gè)方向的電流，這樣的應(yīng)用將使用雙向電流感應(yīng)。請(qǐng)注意，在圖 4中，REF 接腳連接到 某個(gè)高于接地電位的電壓。此電壓電位 可使放大器的輸出在正負(fù)兩個(gè)方向上擺動(dòng)。因此，可以雙向感測(cè)電流。

圖4 : 雙向電流檢測(cè)電路范例

Q7: 低輸入offset電壓（Voffset）為何重要？

電路設(shè)計(jì)中最佳的條件是將分流壓降保持在盡可能低的水平，而輸入offset電壓是設(shè)定可感測(cè)低極限的關(guān)鍵參數(shù)。低offset電壓和由此產(chǎn)生的低壓降將使得分流器更小、更省元件，并提高了系統(tǒng)效率。例如，測(cè)量具有 1mV 偏移電壓的放大器上的 10mV 分流壓降，將由于 1mV 偏移電壓而導(dǎo)致 10% 的誤差。相較之下，onsemi NCS213R 的最大offset電壓規(guī)格為 100 uV，這意味著在分流壓降同樣為 10mV 的情況下，誤差僅為 1%。而NCS210R 的最大失調(diào)電壓僅 35 uV。在這種情況下，10mV 分流壓降的誤差僅為 0.35%。

Q8：為什么低輸入offset電壓與溫度的關(guān)系或offset漂移很重要？

實(shí)務(wù)上可調(diào)校系統(tǒng)中的輸入offset電壓， 但無(wú)法校準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)的offset漂移， 因此，此參數(shù)的規(guī)格應(yīng)盡可能低。onsemi NCS21xR 和 NCS199AxR 系列電流偵測(cè)放大器在 ?40°C 至 +125°C 的整個(gè)溫度范圍內(nèi)提供 0.5 V/°C 的最大offset漂移。

Q9：低增益誤差為何重要？

增益誤差定義了整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)測(cè)量的準(zhǔn)確度，電流測(cè)量不準(zhǔn)確會(huì)因功率損失而降低系統(tǒng)效率。

Q10：為什么低增益誤差與溫度或增益誤差漂移很重要？

增益誤差可以透過(guò)校準(zhǔn)消除，但增益誤差隨溫度漂移無(wú)法透過(guò)校準(zhǔn)消除，因此，此參數(shù)的規(guī)格應(yīng)盡可能低。onsemi NCS21xR 和 NCS199AxR 在 ?40°C 至 +125°C 的整個(gè)溫度范圍內(nèi)提供低 10 ppm/°C 最大增益誤差漂移。

Q11：分流電阻的連接有多重要？

分流電阻器務(wù)必遵循制造商關(guān)于連接分流電阻器的建議，以便電流檢測(cè)放大器能夠準(zhǔn)確檢測(cè)電流。

結(jié)語(yǔ)

以上內(nèi)容旨在為工程師在應(yīng)用電流檢測(cè)放大器時(shí)提供參考。如果您有其他未解決的問(wèn)題，歡迎隨時(shí)聯(lián)系您當(dāng)?shù)氐氖榔桨采纎nsemi的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)或訪問(wèn)相關(guān)技術(shù)支持網(wǎng)站獲取更多幫助。

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