基于NCS21xR的精密电流检测和监控电路

分流监视器是一种仪表放大器，用于检测系统中分流电阻器上的电流，并将其转换为逻辑信号输出，以触发开关设备，如继电器、晶体管或 SCR。

开关器件用于切断或关断分流电阻器两端电流上升的原因，从而确保对被检测放大器监控的器件的保护。

为什么我们需要电流检测以及在哪里可以使用分流监视器：

DC-DC 转换器和低压差 （LDO） 稳压器中的电源管理

笔记本电脑、平板电脑和其他通信设备。

电动汽车

电池充电器用于监控充电和放电。

调整电路中正确的电磁阀定位

监控电机的功率要求并控制电机控制系统中的速度。

检测电流以保护系统中异常突然的电流浪涌，这可能会损坏系统。

感应电流并通过功率计测量功率。

无论您是业余爱好者、电工、学生还是专业工程师，安森美半导体的“NCS21xR和NCV21xR”IC系列都是您的最佳解决方案。

这些是电压输出和分流监视器，可以监视分流电阻器两端的电压。

无论电源如何，NCS21运算放大器都可以在共模下测量-0.3至26V的电压。要测量或检测电路中的电流，您有两种选择：

低边检测是最简单且便宜的技术，您可以连接简单的运算放大器。

电流检测电路可以连接在负载和接地之间。在分立式运算放大器（Op Amp）中，将分流器与地连接可能会引入噪声，但此问题在NCS21xR中已解决。

在高压侧电流检测中，监控电路应连接在电源和负载之间。

NCS21xR IC对于检测来自高端和低压侧技术的电流非常有帮助。

NCS21xR IC系列是高灵敏度分流监控器，可用于精确的电流检测应用。

突出特点：

NCS21xR 和 NCV IC 的一些主要特性如下：

工作电压：+2.2V至+26V

工作温度范围非常多样化（-40°C 至 +125°C）

电流消耗 40μA 至 80μA 最适合电池供电设备（传感器、笔记本电脑等）的IC

良好的轨到轨输出（RRO）动态范围，使放大器能够处理信号。

低失调漂移 （0.5 μ V/°C） 使其成为各种精密和便携式应用的理想选择。

输入端需要非常低的失调电压±35 μ V，使输出为0。

PIN功能和配置：

NCS21xR 和 NVC21xR IC 提供两种配置封装，SC70-6 和 UQFN10，如图所示。

IN- 和 IN+ 引脚将连接在电路中的分流电阻器上。Vs 和 GND 引脚用于为 IC 供电以便工作。

OUT引脚指定用于放大器的输出信号。

REF引脚在单向操作中应与地连接，在双向操作中，REF应与电压基准电路连接。

如何选择分流电阻器：

分流电阻器的选择是获得精确电流测量的关键因素。

电流测量的精度取决于分流电阻器的尺寸和值。

如果选择较大的电阻值，则可以获得更准确的测量结果，但较大的电阻可能会引入电流损耗。

制造商建议使用四端子电阻器。

它将提供2个用于电路中电流路径的端子和两个用于放大器检测的电压检测路径的端子。

单向操作：

在单向操作中，电流仅沿一个方向流动，如电源和负载电流监控电路。要连接NCS21以进行单向操作，请执行以下步骤：

将分流电阻和负载电源连接到IC的差分输入引脚。

将 REF 引脚接地。

通过Vs和GND引脚为IC供电。IC可以由单独的电源或负载的相同电源供电。

如果要检测负载电源上的短路电流，请使用IC的单独电源。

产出1：如果REF引脚接地，并且没有电流通过分流电阻，则NCS21xR的输出将在50mV以内。

产出2：当有电流通过分流电阻时，输出将高达施加电源电压VS的200mV。

双向操作：

在双向分流监视器中，电路工作在负共模电压和正共模电压。

双向分流监控电路用于电池充电系统，以检测两个方向（充电和放电期间）的电流。

双向操作中的输出在负电压和正电压之间变化，围绕施加在REF引脚的偏置电压。对于双向操作，NCDS21xR 的引脚应按如下方式连接：

将分流电阻和负载电源连接到IC的差分输入引脚（IN和IN+）

电压基准电路应接REF引脚，电路必须为低阻抗。

REF 引脚可以串联或并联至基准电压源或直接连接到任何电压电源。

通过Vs和GND引脚为IC供电。

输出：如果电压超过REF引脚上的电压（Vs+0.3V），则它将正向偏置连接在引脚REF和Vs之间的二极管。

输入和输出的过滤：

输入和输出信号的滤波对于通信设备和电路非常重要。

在高端检测期间，共模电压下的输入差分信号可以放大。

这些器件可能会在分流器上以非常高的水平放大小电压和噪声，这可能会导致电流测量误差。

为了提高测量精度，有必要过滤电流检测的输入路径。

滤波器的实现可以通过添加滤波电阻来完成，如图所示。

滤波电阻选择错误可能导致增益不准确。建议输入电阻值应小于或等于10Ω。

可以添加一个电容器以匹配分流电阻器的时间常数。为了滤除高频噪声，应将电容器的值增加到提供所需滤波的值。

瞬态超过 30 伏：

NCS21xR 能够为瞬态共模电压超过 30 V 的应用设计电路。

齐纳二极管或瞬态电压抑制（TVS）二极管可以与10Ω的外部输入电阻一起放置。您有两种选择来修复二极管：

选项一：固定一个TVS二极管，放大器上有两个二极管，如下图所示绿色突出显示：

选项 2：添加到 TVS 二极管，如下图所示突出显示的蓝色

关闭NCS21xR：

逻辑栅极或MOSFET功率开关或晶体管锁存器可以使用NCS21xR的OUT引脚进行配置，以关闭IC的电源，并保护相关电路免受检测到的过流情况的影响。