深入解析OnSemi NCS21673/4系列電流檢測放大器

在電子工程師的日常設計工作中，電流檢測是一個至關重要的環節，它直接關系到電路的性能和穩定性。今天，我們就來深入探討一下OnSemi推出的NCS21673、NCV21673、NCS21674和NCV21674系列電流檢測放大器，看看它們有哪些獨特的優勢和應用場景。

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產品概述

NCS21673和NCS21674系列電流檢測放大器提供了20、50、100和200 V/V的增益選項。它們能夠在 -0.1 V至40 V的共模電壓下測量分流器兩端的電壓，且不受電源電壓的影響。這一特性使得它們在測量快速瞬變電流時表現出色，并且可以同時用于高端和低端電流檢測。這些器件可以在2.7 V至5.5 V的單電源下工作，-3 dB帶寬高達350 kHz，壓擺率典型值為2 V/μs，能夠確保快速檢測電流變化。此外，它們還提供TSOP - 5和Micro - 8封裝，雙版本在系統的多個點進行電流檢測時具有節省空間和成本的優勢。

電路圖

關鍵特性

寬共模輸入范圍

該系列放大器的共模輸入范圍為 -0.1 V至40 V，這使得它們能夠適應各種不同的電壓環境，無論是在低電壓還是高電壓系統中都能穩定工作。

低失調電壓和低失調漂移

低失調電壓和漂移確保了測量的準確性，減少了誤差，提高了系統的可靠性。

低電流消耗

每個通道的最大電流消耗僅為300 μA，這在一些對功耗要求較高的應用中非常重要。

汽車級應用支持

帶有NCV前綴的產品適用于汽車級應用，經過AEC - Q100認證并具備PPAP能力，能夠滿足汽車電子對可靠性和穩定性的嚴格要求。

環保特性

這些器件無鉛、無鹵素/無溴化阻燃劑，符合RoHS標準，符合當今環保的趨勢。

引腳功能與描述

性能參數

最大額定值

了解器件的最大額定值對于正確使用和保護器件至關重要。該系列放大器的最大額定值包括電源電壓、模擬輸入、輸出、最大輸出電流、輸入電流、最大結溫、存儲溫度范圍、ESD能力和閂鎖電流等。在設計時，必須確保器件的工作條件不超過這些額定值，否則可能會損壞器件，影響其可靠性。

熱特性

熱特性參數如熱阻（Junction - to - Air）對于評估器件在工作時的散熱情況非常重要。不同封裝的熱阻不同，TSOP - 5/SOT23 - 5封裝的熱阻為208℃/W，Micro8/MSOP - 8封裝的熱阻為162℃/W。在設計散熱方案時，需要根據這些參數來選擇合適的散熱措施。

推薦工作范圍

推薦的工作溫度范圍根據不同的前綴有所不同，NCS前綴的產品為 -40℃至125℃，NCV前綴的產品為 -40℃至150℃。共模輸入電壓范圍為 -0.1 V至40 V，電源電壓范圍為2.7 V至5.5 V。在這些范圍內工作，能夠確保器件的性能和可靠性。

電氣特性

電氣特性包括輸入特性（如共模抑制比CMRR、輸入失調電壓Vos、輸入失調電壓漂移dVos/dT、電源抑制比PSRR、輸入偏置電流IIB和輸入失調電流Io）、輸出特性（如增益G、增益誤差、增益誤差隨溫度變化、非線性誤差、最大容性負載CL、建立時間、輸出電壓擺幅等）、頻率響應（帶寬BW、壓擺率SR）和噪聲特性（電壓噪聲密度en）等。這些參數詳細描述了器件在不同工作條件下的性能表現，工程師在設計時需要根據具體的應用需求來選擇合適的參數。

典型特性曲線

文檔中提供了大量的典型特性曲線，如輸入失調電壓分布、輸入失調隨溫度變化、共模抑制比分布、共模抑制比隨溫度變化、增益誤差分布、增益誤差隨溫度變化、零電流輸出隨共模電壓變化、增益隨頻率變化、輸出阻抗隨頻率變化、輸出電壓擺幅隨電流變化、輸入偏置電流隨共模電壓變化、輸入偏置電流隨溫度變化、靜態電流隨溫度變化、噪聲密度、小信號階躍響應、大信號階躍響應、共模階躍響應、過載響應、啟動響應、關斷響應和通道隔離等。這些曲線直觀地展示了器件在不同條件下的性能變化，對于工程師理解和優化電路設計非常有幫助。

應用信息

電流檢測技術

該系列放大器可以配置為低端和高端電流檢測，其寬共模電壓范圍使得它們在不同的電流檢測場景中都能發揮作用。

單向操作

在單向電流檢測中，負載電流始終沿同一方向流動，如電源和負載電流監測等應用。在這種配置下，IN + 引腳應連接到檢測電阻的高端，IN - 引腳應連接到檢測電阻的低端。

輸入濾波

隨著分流電阻值的減小，分流電感會顯著影響頻率響應。當電阻值低于1 mΩ時，分流電感會在傳遞函數中產生零點，導致轉折頻率在幾百kHz的低頻段。這會增加電流檢測線上高頻尖峰瞬態事件的幅度，可能會使任何分流電流檢測IC的前端過載。因此，需要在放大器的輸入端進行外部濾波。同時，零漂移架構中的250 kHz采樣電路可能會對電流信號產生混疊效應，建議對輸入級進行濾波，將信號帶寬限制在 < 100 kHz，特別是對于具有高交流頻譜含量的電流信號。

選擇分流電阻

電流測量的期望精度決定了電阻的精度、尺寸和阻值。阻值越大，測量精度越高，但也會導致更大的電流損耗。為了獲得最準確的測量結果，建議使用四端電流檢測電阻（Kelvin Sensing），它可以確保檢測放大器測量的電壓是電阻兩端的實際電壓，不包括連接電阻的影響。

增益選項

增益由集成的精密、比例匹配電阻設置，提供20 V/V、50 V/V、100 V/V和200 V/V的增益選項。不建議通過添加外部電阻來調整增益，因為這可能會增加系統誤差，如增加增益誤差和溫度系數、降低CMRR等。

關斷功能

雖然該系列產品本身沒有關斷功能，但可以使用簡單的MOSFET、電源開關或邏輯門來切斷電源，消除靜態電流。需要注意的是，在未供電時，連接到分流電阻的輸入引腳會有電流通過輸入和反饋電阻，可能會導致輸出電壓的變化。此時，需要添加到地的負載電阻來確保輸出電壓在系統要求的范圍內。

訂購信息

文檔提供了詳細的訂購信息，包括不同封裝、增益選項的產品型號、標記和包裝形式等。工程師可以根據自己的需求選擇合適的產品。

機械尺寸與封裝

文檔還提供了TSOP - 5和Micro8封裝的機械尺寸和推薦的安裝腳印信息，這對于PCB設計非常重要，確保了器件能夠正確安裝和焊接。

總結

OnSemi的NCS21673/4系列電流檢測放大器具有寬共模輸入范圍、低失調電壓和漂移、低電流消耗等眾多優點，適用于各種電流檢測應用，特別是在汽車電子和對精度要求較高的場合。工程師在使用這些器件時，需要仔細了解其特性和參數，根據具體的應用需求進行合理的設計和優化，以確保系統的性能和可靠性。你在使用這類電流檢測放大器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。