安森美NCS7030/7031系列电流检测放大器：特性与应用解析

一、产品概述

安森美（onsemi）的NCS7030、NCS7031、NCV7030和NCV7031是高压电流检测放大器，适用于多种应用场景。这些放大器具备高电压工作能力，可提供14V/V和20V/V的增益选项，且在整个温度范围内最大增益误差仅为±0.3%。其中，以“NCV”为前缀的产品为汽车级产品，所有版本的工作温度范围为 -40°C 至 150°C。

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二、产品特性

1. 电气特性
   • 增益与误差：提供14V/V和20V/V两种增益选项，在 -40°C 至125°C 温度范围内，增益误差最大为±0.3%；在 -40°C 至150°C 范围内，增益误差最大为±0.5%。增益漂移在 -40°C 至125°C 为20ppm/°C。
   • 输入失调电压：最大为±300μV，温度漂移最大为±3μV/°C。
   • 共模输入电压范围：工作范围为 -6V 至 80V，生存范围为 -14V 至 85V。
   • 共模抑制比（CMRR）：最小为85dB，在不同条件下表现良好。
   • 电源抑制比（PSRR）：最小为75dB。
   • 带宽：典型值为100kHz。
   • 静态电流：典型值为1.5mA。
   • 电源电压：工作范围为3V至5.5V。
2. 其他特性
   • 封装形式：有Micro8（CASE 846A - 02）和SOIC - 8 NB（CASE 751 - 07）两种封装。
   • ESD保护：人体模型（HBM）输入引脚可达±7000V，其他引脚为±4000V；充电设备模型（CDM）为±1000V。
   • 闩锁电流：最大为±100mA。
   • 湿度敏感度等级：为Level 1。

三、引脚功能

NCS7031 (G = 20) Pinout	NCS7030 (G = 14) Pinout	Pin Name	Description
1	1	−IN	反相输入，连接到检测电阻
2	2	GND	设备接地
3	3	A1	前置放大器输出连接
4	4	A2	缓冲放大器输入连接
5	5	OUT	设备输出
6	7	V S	电源连接
7	6	NC	不连接
8	8	+IN	同相输入，连接到检测电阻

四、应用信息

1. 电流检测技术
   • 低侧检测：具有简单、成本低的优点，但NCS703x系列能提供精确的差分输入和内置增益网络，相比简单运放电路更具优势。
   • 高侧检测：能检测正电源线到地的短路情况，且避免在负载接地路径中增加电阻。
2. 单向操作：适用于电源和负载电流监测等应用。NCS703x内部参考地，只能测量单方向电流，+IN 引脚连接检测电阻的正端，−IN 引脚连接负端。无电流时，输出接近地；有电流时，输出正向摆动，最高接近电源电压。输出电压公式为 (V{out }=(V{+ in } - V_{-ln }) × G)。
3. 电源连接：可连接到被监测的电源，也可使用单独电源。若需检测负载电源短路电流，建议使用单独电源，且多电源使用时无电源顺序限制。
4. A1和A2引脚的应用
   • 降低增益：通过连接A1和A2，并添加一个到地的电阻，可降低增益。计算公式为 (R{EXT}=frac{100 k Omega × G{ADJ -}}{G - G_{ADJ -}})。
   • 增加增益：在正反馈中添加外部电阻可增加增益，公式为 (G{A D J}=frac{G × R{E X T}}{R_{E X T}-100 k Omega})。
   • 滤波：连接A1和A2并添加到地的电容可创建低通滤波器。单极点滤波器公式为 (f{FILT}=frac{1}{2 pi(100 k Omega) C{FILT}})，还可使用Sallen - Key拓扑创建双极点滤波器。
5. 输入滤波：某些应用需要在电流检测放大器输入处进行滤波，以补偿分流电感和高频噪声。但滤波电阻的添加和电阻失配可能影响增益、CMRR和VOS，输入电阻值应限制在10Ω或更小。
6. 共模电压阶跃响应：大的共模电压阶跃和快速转换率可能导致输出出现瞬态电压尖峰。可通过降低共模电压阶跃的转换率、滤波或平均测量结果、添加时间延迟等方法解决。
7. 低侧电流检测优势：NCS703x系列具有真正的差分输入，适用于连接开尔文检测分流器或传统分流器，能有效抑制共模噪声，且封装小巧，相比分立运放解决方案更具竞争力。
8. 分流电阻选择：电流测量的精度决定了分流电阻的精度、尺寸和阻值。为获得最精确的测量，建议使用四端电流检测电阻（开尔文检测）。
9. 关闭NCS703x：虽无关闭引脚，但可使用简单的MOSFET、电源开关或逻辑门关闭电源，消除静态电流。

五、订购信息

Gain	Device	Marking	Package	Shipping
14	NCS7030D2G014R2G	7030014	SOIC - 8 (Pb - Free)	2500 / Tape & Reel
NCS7030DM2G014R2G	3014	Micro8 (Pb - Free)	4000 / Tape & Reel
20	NCS7031D1G020R2G	7031020	SOIC - 8 (Pb - Free)	2500 / Tape & Reel
NCS7031DM1G020R2G	3120	Micro8 (Pb - Free)	4000 / Tape & Reel

汽车级产品的订购信息类似，只是型号以“NCV”开头。

六、总结

安森美NCS7030/7031系列电流检测放大器凭借其高电压工作能力、精确的增益控制、良好的共模抑制比等特性，在电信设备、电源设计、柴油喷射控制和汽车电机控制等领域具有广泛的应用前景。电子工程师在设计过程中，可根据具体应用需求，合理选择增益、封装形式和分流电阻，同时注意A1和A2引脚的应用以及输入滤波等问题，以充分发挥该系列放大器的性能。大家在实际应用中是否遇到过类似产品的其他问题呢？欢迎在评论区分享交流。