深入解析Onsemi NCS21671/NCV21671电流检测放大器

在电子设计领域，电流检测是一项至关重要的任务，它广泛应用于电源管理、电池监控、电机控制等众多场景。Onsemi推出的NCS21671和NCV21671系列电流检测放大器，凭借其出色的性能和丰富的特性，成为了工程师们的理想选择。本文将对这两款器件进行详细解析，帮助工程师们更好地了解和应用它们。

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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，使得在满量程低至10 mV的电压降情况下也能实现精确的电流检测。此外，该系列器件还具备可选的使能功能，可在禁用或电源电压低于1.5 V时，将输入引脚和电源引脚的电流消耗降至极低水平。同时，还提供了两个可选引脚，用于简化输入滤波。

产品特性

宽共模输入范围

• 共模输入范围为-0.1 V至40 V，能够适应各种复杂的应用场景，无论是低电压还是高电压系统，都能稳定工作。

  宽电源电压范围

• 电源电压范围为1.8 V至5.5 V，可使用单电源供电，最大供电电流仅为80 μA，具有低功耗的特点。

  低失调电压

• 最大失调电压为25 μV，确保了高精度的电流检测。

  轨到轨输出能力

• 输出能够达到电源轨，提供了更大的动态范围。

  低电流消耗

• 最大电流消耗为80 μA，有助于降低系统功耗。

  使能引脚

• 可用于关闭输入和电源电流，实现低功耗模式。

  可选输入滤波

• 通过CIN+和CIN-引脚可实现输入滤波，提高系统的抗干扰能力。

  汽车级应用

• NCV前缀的器件适用于汽车和其他需要独特现场和控制变更要求的应用，符合AEC-Q100标准，并具备PPAP能力。

  环保特性

• 这些器件为无铅、无卤化物/BFR无铅产品，符合RoHS标准。

引脚功能

引脚名称	类型	描述
NC	无连接	该引脚必须不连接到外部电路。
C IN+	输入	仅在Micro10封装中可用。可在C IN+和C IN-之间添加一个可选电容器，以创建低通输入滤波器。
IN+	输入	该引脚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	该引脚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。
C IN-	输入	仅在Micro10封装中可用。可在C IN+和C IN-之间添加一个可选电容器，以创建低通输入滤波器。
V S	电源	这是为内部电路提供电源的正电源引脚。建议在该引脚附近放置一个0.1 μF的外部旁路电容器。
EN	输入	仅在Micro10封装中可用。当该引脚开路时，无上拉电阻使能器件。使能引脚可连接到V S或由逻辑电平驱动以启用器件。如果该引脚驱动为低电平，器件将进入低功耗模式以节省电流消耗。
REF	输入	该引脚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GND；对于双向电流检测，将该引脚连接到GND和V S之间的电压。
GND	电源	这是电路的负电源轨。
OUT	输出	输出引脚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。

电气特性

输入特性

• 共模抑制比（CMRR）：在不同增益和温度范围内，CMRR可达109 dB至134 dB，有效抑制共模干扰。
• 输入失调电压（Vos）：在不同增益下，输入失调电压最大为±19 μV，确保了高精度的测量。
• 输入失调电压漂移（dVos/dT）：最大为±0.5 μV/°C，保证了在温度变化时的稳定性。
• 电源抑制比（PSRR）：在1.8 V至5.5 V的电源电压范围内，PSRR最大为±10 μV/V，减少了电源波动对测量的影响。
• 输入偏置电流（IB）：最大为35 μA，关断模式下最大为500 nA，降低了对输入信号的影响。

输出特性

• 增益：提供25、50、100和200 V/V的增益选项，满足不同应用的需求。
• 增益误差：在-40°C至125°C的温度范围内，增益误差最大为±0.5%，保证了测量的准确性。
• 非线性误差：最大为±0.01%，确保了线性度。
• 参考电压抑制比（RVRR）：在不同增益下，RVRR最大为27 μV/V，减少了参考电压变化对输出的影响。
• 最大容性负载：最大容性负载为1 nF，可驱动一定的容性负载。

频率响应

• 带宽（BW）：在不同增益下，带宽为20 kHz至40 kHz，满足了大多数应用的频率要求。
• 压摆率（SR）：最大为0.3 V/μs，确保了快速的信号响应。
• 建立时间（TS）：从电流阶跃到最终值的1%以内的建立时间最大为30 μs，保证了测量的及时性。

噪声特性

• 电压噪声密度（en）：在不同增益下，电压噪声密度最大为56 nV/√Hz，降低了噪声对测量的影响。

电源特性

• 静态电流（IQ）：最大为80 μA，关断模式下最大为0.5 μA，降低了功耗。
• 上电时间（tPON）：最大为40 μs，确保了快速启动。

典型应用

电源总线监控

• 可用于监控电源总线的电流，确保电源系统的稳定运行。

  电池电流监控

• 能够精确测量电池的充放电电流，实现对电池状态的实时监测。

  照明镇流器

• 在照明系统中，可用于控制和监测电流，提高照明效率。

应用信息

电流检测技术

NCS21671和NCV21671可用于低侧和高侧电流检测。低侧检测简单、成本低，但高侧检测能够检测正电源线路到地的短路情况，并且避免在被测负载的接地路径中增加电阻。

双向操作

该系列器件可配置为监测单向或双向电流流动。在单向电流检测中，将REF引脚连接到地；在双向电流检测中，将REF引脚连接到GND和Vs之间的电压，通常连接到电源的中间电压。

使能引脚

使能引脚可用于关闭器件，降低电流消耗。当器件关断时，静态电流降至小于1 μA，输入和输出均变为高阻抗。

输入滤波

对于一些需要滤波的应用，可通过CIN+和CIN-引脚添加外部电容器来实现输入滤波。输入滤波器的截止频率可通过公式(f{c}=frac{1}{2 pileft(2 R{Filt }right) C{Filt }})计算。同时，为了避免分流电感对频率响应的影响，应确保输入滤波器的时间常数等于或大于分流电阻及其电感的时间常数，即(frac{L{SHUNT }}{R{SHUNT }} leq R{FILT } C_{FILT })。

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，但会导致更大的电流损耗。为了实现最精确的测量，建议使用四端电流检测电阻，即采用Kelvin检测技术。

增益选项

增益由集成的精密比例匹配电阻设置，提供25、50、100和200 V/V的增益选项。不建议添加外部电阻来调整增益，以免增加系统误差。

订购信息

该系列器件提供SC70-6和Micro10两种封装，每个封装都有不同的增益选项可供选择。同时，分为工业和消费级以及汽车级两种类型，满足不同应用的需求。

总结

Onsemi的NCS21671和NCV21671系列电流检测放大器具有宽共模输入范围、低失调电压、低电流消耗等优点，适用于各种电流检测应用。通过合理选择分流电阻、增益选项和输入滤波，工程师们可以充分发挥这些器件的性能，实现高精度的电流检测。在实际应用中，还需要根据具体需求进行参数调整和优化，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用这类电流检测放大器时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。