LMP8640/-Q1/HV精度高压电流感测放大器：设计与应用指南

在电子设计领域，电流感测放大器是至关重要的组件，它能够在高输入共模电压下检测小差分电压。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的LMP8640、LMP8640 - Q1和LMP8640HV这三款精度高压电流感测放大器，了解它们的特性、应用以及设计要点。

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产品概述

LMP8640、LMP8640 - Q1和LMP8640HV是精度电流感测放大器，可在2.7V至12V的电源电压范围内，在高输入共模电压下检测感测电阻两端的小差分电压。其中，LMP8640和LMP8640 - Q1的共模电压范围为 - 2V至42V，LMP8640 - Q1通过了AEC - Q100认证，适用于汽车应用；LMP8640HV的共模电压范围更宽，可达 - 2V至76V。这三款放大器都具有20V/V、50V/V、100V/V三种固定增益选项，增益误差低至0.25%，输出经过缓冲，输出阻抗低。

产品特性

高共模电压范围

不同型号的共模电压范围有所不同，LMP8640和LMP8640 - Q1为 - 2V至42V，LMP8640HV为 - 2V至76V，能够满足多种不同的应用场景。

宽电源电压范围

电源电压范围为2.7V至12V，为设计提供了更大的灵活性。

多种增益选项

提供20V/V、50V/V、100V/V三种固定增益选项，可根据具体应用需求进行选择。

低失调电压和低增益误差

典型输入失调电压为900µV，最大增益误差为0.25%，能够保证测量的准确性。

良好的电气特性

PSRR（电源抑制比）为85dB，CMRR（共模抑制比）在2.1V至42V时为103dB，能够有效抑制电源和共模干扰。

宽温度范围

工作温度范围为 - 40°C至125°C，适用于各种恶劣的工作环境。

小封装

采用6引脚薄型SOT - 23封装，节省电路板空间。

应用场景

LMP8640系列放大器具有广泛的应用场景，包括但不限于：

高端电流感测

可用于检测和监控直流或电池供电系统中的电流，如工业和消费电子设备中的电源管理。

车辆电流测量

LMP8640 - Q1通过AEC - Q100认证，适用于汽车应用，如电机控制和电池监控。

远程感测

在需要远程监测电流的应用中，LMP8640系列放大器能够提供准确的测量结果。

设计要点

感测电阻的选择

感测电阻的选择至关重要，它会影响到测量的准确性和功率损耗。在选择感测电阻时，需要考虑以下因素：

• 小信号精度：在检测小电流时，选择较大阻值的电阻可以提高信号 - 噪声比，从而提高测量的准确性。
• 功率损耗：在检测大电流时，选择较小阻值的电阻可以减少功率损耗，但需要注意电阻的功率额定值。
• 电压损失：感测电阻上的电压损失也需要考虑，避免对系统性能产生影响。

布局设计

布局设计对放大器的性能也有很大影响，以下是一些布局设计的建议：

• 采用4线（开尔文）连接：连接到感测电阻的点应不在直接的大电流路径内，避免传感迹线与负载电流共享部分路径。
• 保持输入迹线的间距和间距：输入迹线可能具有较高的电压（最高可达76V），需要与周围的迹线和平面保持适当的间隙和间距。
• 避免温度梯度：将放大器远离发热设备，避免输入引脚之间出现温度梯度，以减少热误差。
• 电源去耦：在电源和地引脚附近放置去耦电容，以保证电源的稳定性。

电源供应建议

该设备的输入电路能够在超过其电源电压V + 的共模电压下准确测量信号。例如，VS电源端子上的电压可以为5V，而被监控的负载电源电压（共模电压）可以高达 + 76V。为了保证稳定性，需要在设备的电源和地端子附近放置电源去耦电容，典型值为0.1μF，靠近V + 引脚。电容的额定电压应至少为预期最大施加电压的两倍。对于噪声较大或阻抗较高的电源，可能需要额外的去耦电容来抑制电源噪声。

实际应用案例

以一个电流监测应用为例，需要测量流入负载（峰值电流10A）的电流，分辨率为10mA，精度为0.5%。10位模数转换器的最大输入电压为4.1V，为了减少分流电阻上的功率损耗，电阻需要小于10mΩ。具体设计步骤如下：

选择合适的型号

根据应用所需的共模电压，选择LMP8640HV（高共模电压可达76V）。

选择增益选项

考虑到ADC的最大输入电压，计算不同增益选项下的最大感测电压和分流电阻值。根据项目约束（RS < 10mΩ），排除20.5mΩ的电阻，保留50V/V和100V/V的增益选项。

选择分流电阻

通过误差预算计算，考虑增益、失调、CMRR和PSRR的校准，选择合适的分流电阻。在本例中，选择8.2mΩ的分流电阻能够满足分辨率和精度的要求。

总结

LMP8640、LMP8640 - Q1和LMP8640HV是三款性能优异的精度高压电流感测放大器，具有高共模电压范围、宽电源电压范围、多种增益选项等优点，适用于各种电流感测应用。在设计过程中，需要注意感测电阻的选择、布局设计和电源供应等要点，以确保放大器的性能和稳定性。希望本文能够对电子工程师在使用LMP8640系列放大器进行设计时有所帮助。你在使用这些放大器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。