onsemi NCS7041/NCV7041电流检测放大器：特性、应用与设计要点

在电子工程师的日常设计工作中，电流检测是一个常见且关键的环节。onsemi推出的NCS7041和NCV7041电流检测放大器，以其出色的性能和广泛的应用场景，成为了众多工程师的选择。今天，我们就来深入了解一下这两款放大器。

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产品概述

NCS7041和NCV7041是高压、高分辨率的电流检测放大器。它们具有14、20、50和100 V/V的增益选项，在整个温度范围内的最大增益误差为±0.3%。每部分由前置放大器和缓冲器组成，可通过A1和A2引脚访问输出和输入，用于中间滤波网络或修改增益。其共模输入电压范围宽，从 -6 V到80 V，NCS7041能够在各种应用中对检测电阻进行单向或双向电流测量。带有NCV前缀的产品为汽车级选项，所有版本均在 -40°C至150°C的扩展工作温度范围内进行了规格定义。

产品特性

电气性能

• 增益带宽：达到100 kHz，能够满足一定频率范围内的信号处理需求。
• 输入失调电压：最大为±300 μV，且输入失调电压随温度的漂移最大为±3 μV/°C，保证了在不同温度环境下的测量精度。
• 增益误差：最大为±0.3%，提供了高精度的电流检测能力。
• 静态电流：典型值为1.5 mA，功耗相对较低，适合对功耗有要求的应用场景。
• 电源电压：工作范围为3 V至5.5 V，具有较宽的电源适应性。
• 共模抑制比（CMRR）：最小为85 dB，能够有效抑制共模信号的干扰。
• 电源抑制比（PSRR）：最小为75 dB，减少了电源波动对输出的影响。

封装与引脚

该系列产品提供SOIC - 8 NB和Micro8 / MSOP - 8两种封装形式，方便不同的应用需求。引脚功能明确，例如 -IN和 +IN为差分输入引脚，用于连接检测电阻；OUT为输出引脚；VREF为电压参考引脚，可用于偏移输出电压等。

应用信息

电流传感技术

低侧传感

低侧传感看似可以通过简单的运算放大器电路实现，但NCS7041提供了完整的差分输入，能够实现准确的分流连接，同时内置的增益网络具有很高的精度，这是外部电阻难以达到的。不过，低侧传感无法检测正电源线到地的短路情况。

高侧传感

高侧传感能够检测正电源线到地的短路，并且避免在被测负载的接地路径中增加电阻。因此，在很多应用中，高侧传感更为适用。

单向和双向操作

NCS7041支持单向和双向电流传感。单向电流传感适用于电源和负载电流监测等应用，此时负载电流始终沿同一方向流动。双向电流传感则适用于电池充电和放电等应用，负载电流可以正向或反向流动。在双向电流传感中，通常将VREF设置为电源电压的中间值，当没有电流测量时，输出电压将等于VREF电压。

电源连接

NCS7041可以连接到它正在监测电流的同一电源，也可以连接到单独的电源。如果需要检测负载电源上的短路电流，可能导致负载电源电压下降到接近零伏，则必须在NCS7041上使用单独的电源。

VREF引脚连接

在双向电流传感中，VREF引脚的连接非常重要。该引脚必须始终连接到低阻抗电路，可以直接连接到任何电压源或电压参考，也可以使用电阻分压器网络，但需要使用单位增益缓冲电路。

A1和A2引脚的应用

A1是前置放大器输出，A2是缓冲器输入。这两个引脚可以用于调整增益或创建低通滤波器。通过连接A1和A2，并添加外部电阻或电容，可以实现增益的降低、增加以及滤波功能。

设计要点

选择分流电阻

电流测量的所需精度决定了分流电阻的精度、尺寸和阻值。阻值越大，测量越准确，但会导致更大的电流损耗。为了获得最准确的测量结果，建议使用四端电流检测电阻，即采用开尔文传感技术。

输入滤波

在某些应用中，可能需要在电流检测放大器的输入进行滤波，以消除噪声或抵消分流电感的影响。但需要注意的是，滤波电阻的增加以及它们之间的电阻失配可能会对增益、CMRR和输入失调电压产生不利影响，因此输入电阻的值应限制在10 Ω或更小。

共模电压阶跃响应

大的共模电压阶跃可能会在输出端引起瞬态电压尖峰，对于一些需要处理大共模输入电压阶跃的应用，如螺线管应用，需要对输出响应进行全面评估。可以通过添加时间延迟或使用A1和A2引脚进行滤波来解决这个问题。

PCB布局

PCB布局对于电流检测应用的准确测量至关重要。应保持 +IN和 -IN路径的对称性，减少PCB引起的偏移。对于A1和A2引脚，由于其高阻抗特性，需要注意减少寄生电容的影响。

总结

onsemi的NCS7041和NCV7041电流检测放大器以其出色的性能和灵活的应用方式，为电子工程师在电流检测设计中提供了可靠的选择。在实际应用中，我们需要根据具体的需求，合理选择分流电阻、进行输入滤波、处理共模电压阶跃响应以及优化PCB布局，以充分发挥其性能优势。大家在使用过程中有没有遇到过一些特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。