深入解析Onsemi NCS21671/NCV21671电流检测放大器

在电子电路设计中，精确的电流检测至关重要，它广泛应用于电源管理、电池监测、电机控制等领域。Onsemi推出的NCS21671和NCV21671系列电压输出电流检测放大器，凭借其出色的性能和灵活的配置，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入剖析这两款放大器。

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产品概述

NCS21671和NCV21671是一系列电压输出电流检测放大器，提供25、50、100和200 V/V的增益选项。它们能够在-0.1 V至40 V的共模电压下测量分流器两端的电压，且不受电源电压的影响。零漂移架构的低失调特性，使得在检测电阻上的压降低至10 mV满量程时，仍能实现精确的电流检测。此外，该系列放大器还具备可选的使能功能，当禁用或电源电压低于1.5 V时，可将输入引脚和电源引脚的电流消耗降至极低水平。同时，两个可选引脚简化了输入滤波设计。这些器件可以由+1.8 V至+5.5 V的单电源供电，最大电源电流为80 μA，提供Micro10和SC70 - 6两种封装形式。
 

应用电路原理图

产品特性

宽共模输入范围

• 共模输入电压范围为-0.1 V至40 V，这使得放大器能够在不同的电源和负载条件下稳定工作，适应各种复杂的应用场景。例如，在一些工业自动化系统中，电源电压可能会有较大的波动，宽共模输入范围可以确保放大器准确地检测电流，不受电源电压变化的影响。

  低失调电压

• 最大失调电压为25 μV，零漂移架构有效降低了失调电压及其随温度的漂移，提高了电流检测的精度。在对电流检测精度要求较高的应用中，如电池管理系统，低失调电压可以减少测量误差，延长电池的使用寿命。

  轨到轨输出能力

• 输出能够接近电源轨和地，提供了更大的动态范围，使放大器能够更好地适应不同的负载和信号要求。在一些需要处理大信号的应用中，轨到轨输出能力可以确保输出信号不会失真，保证了系统的稳定性。

  低功耗

• 最大电流消耗为80 μA，使能引脚可用于关闭输入和电源电流，进一步降低功耗。在一些对功耗要求较高的应用中，如便携式设备，低功耗特性可以延长设备的续航时间。

  可选输入滤波

• 通过CIN+和CIN - 引脚可实现输入滤波，简化了电路设计。在一些存在高频干扰的应用中，输入滤波可以有效抑制干扰信号，提高放大器的抗干扰能力。

  汽车级应用

• NCV前缀适用于汽车和其他需要独特场地和控制变更要求的应用，符合AEC - Q100标准并具备PPAP能力。在汽车电子系统中，对器件的可靠性和稳定性要求极高，NCV系列产品可以满足这些要求，确保汽车电子系统的安全运行。

引脚功能

引脚名称	类型	描述
NC	无连接	该引脚必须不连接外部电路
CIN+	输入	仅Micro10封装可用。可在CIN+和CIN - 之间添加可选电容以创建低通输入滤波器
IN+	输入	连接到检测电阻或电流分流器的正端。当器件处于关断模式（EN = 0）时，该引脚变为高阻抗
IN -	输入	连接到检测电阻或电流分流器的负端。当器件处于关断模式（EN = 0）时，该引脚变为高阻抗
CIN -	输入	仅Micro10封装可用。可在CIN+和CIN - 之间添加可选电容以创建低通输入滤波器
Vs	电源	为内部电路提供正电源。建议在该引脚附近放置一个0.1 μF的外部旁路电容
EN	输入	仅Micro10封装可用。当该引脚开路时，无上拉使能器件。使能引脚可连接到Vs或由逻辑电平驱动以启用器件。如果该引脚驱动为低电平，器件进入低功耗模式以节省电流消耗
REF	输入	设置内部差分放大器电路的参考电压，允许进行单向或双向电流检测。对于单向电流检测，将该引脚连接到地；对于双向电流检测，将该引脚连接在地和Vs之间的范围内
GND	电源	电路的负电源轨
OUT	输出	提供低阻抗电压输出。当器件处于关断模式（EN = 0）时，该引脚变为高阻抗

应用信息

电流检测技术

• 低侧和高侧检测：NCS21671和NCV21671可配置为低侧和高侧电流检测。低侧检测虽然简单、成本低，但高侧检测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。在实际应用中，需要根据具体的需求选择合适的检测方式。
• 单向和双向检测：该系列放大器可以配置为监测单向或双向电流流动。单向电流检测适用于电源和负载电流监测等应用，通过将REF引脚连接到地来实现。双向电流检测常用于电池监测，通过将REF引脚连接到地和Vs之间的电压（通常为中电源电压）来实现。在电池充电和放电过程中，双向电流检测可以实时监测电池的充放电状态，确保电池的安全使用。

  使能引脚

• 使能引脚可用于关闭器件并降低电流消耗。当器件关闭时，静态电流降至小于1 μA，输入和输出变为高阻抗。在一些对功耗要求较高的应用中，如便携式设备，使能引脚可以在设备不工作时关闭放大器，降低功耗，延长设备的续航时间。

  输入滤波

• 对于需要在电流检测放大器输入进行滤波的应用，CIN+和CIN - 引脚简化了输入滤波设计。只需在引脚之间添加一个外部电容，即可设置截止频率。输入滤波可以有效抑制高频干扰信号，提高放大器的抗干扰能力。但需要注意的是，内部滤波电阻的公差为±25%，如果不使用滤波电容，CIN+和CIN - 引脚应悬空。

  分流电阻选择

• 电流测量的精度取决于分流电阻的精度、尺寸和阻值。阻值越大，测量精度越高，但也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（Kelvin检测），以确保检测放大器测量的电压是电阻两端的实际电压。在实际应用中，需要根据具体的测量精度要求和电流损耗要求选择合适的分流电阻。

  增益选项

• 增益由集成的精密比例匹配电阻设置，提供25 V/V、50 V/V、100 V/V和200 V/V的增益选项。不建议添加外部电阻来调整增益，因为这可能会增加系统误差。在实际应用中，需要根据具体的信号幅度和测量要求选择合适的增益选项。

总结

Onsemi的NCS21671和NCV21671电流检测放大器以其宽共模输入范围、低失调电压、低功耗、可选输入滤波等特性，为电子工程师提供了一个高性能、灵活的电流检测解决方案。无论是工业自动化、汽车电子还是便携式设备等领域，都能找到它们的用武之地。在实际设计中，工程师们可以根据具体的应用需求，合理选择引脚配置、分流电阻和增益选项，以实现精确的电流检测。

各位电子工程师们，在你们的项目中，是否也遇到过电流检测的难题呢？你们会选择使用NCS21671和NCV21671吗？欢迎在评论区分享你们的经验和想法。