TIPD156 低漂移双向单电源低侧电流传感参考设计

这种经过验证的 TI 精密设计实现了低漂移、双向、低侧、单电源电流传感解决方案，可测量 -2.5 A 至 +2.5 A 的负载电流。输出范围为 250 mV 至 2.75 V，0 A 电流以 1.5 V 为中心。为了实现低漂移性能，该解决方案利用了 INA213B 和 REF2030 。通过制造 PCB 并在 -40 °C 至 125 °C 的温度范围内测量结果来验证该设计的功能和性能。
*附件：低漂移双向单电源低压侧电流传感参考设计.pdf

特征

• 低侧电流感应
• 测得负载电流：+/-2.5 A
• 250mV 至 2.75V 输出
• 0 A，以 1.5 V 为中心
• ±0.0522% 满量程范围误差（-40 °C 至 125 °C）
• 低漂移、单电源
  

1. 设计概述

• ‌设计目标‌：实现一个低漂移、双向、单电源、低压侧电流传感参考设计，能够准确检测-2.5A至+2.5A的负载电流。
• ‌输出特性‌：输出电压范围为250mV至2.75V，其中正电流对应1.5V至2.75V，负电流对应250mV至1.5V。

2. 理论基础

• ‌低侧电流感测优势‌：由于共模电压接近地电平，因此电流感测解决方案与总线电压V_bus无关。
• ‌差分放大器‌：使用具有参考引脚的差分放大器，通过偏置输出级来区分正负电流。

3. 元件选择

3.1 分流电阻器（R_shunt）

• ‌选择标准‌：低漂移、低容差，以最小化温度误差和偏移误差。
• ‌具体选择‌：Y14870R01000B9W，10mΩ，容差0.1%，漂移15ppm/°C。

3.2 差分放大器

• ‌选择标准‌：单电源供电、低初始输入偏移电压、低漂移、固定增益、低侧感测。
• ‌具体选择‌：INA213B，增益50V/V，偏移电压±5μV，偏移电压漂移0.1μV/°C。

3.3 参考电压源

• ‌选择标准‌：双输出（3.0V和1.5V）、低漂移。
• ‌具体选择‌：REF2030，输出漂移3ppm/°C（典型值），输出电压准确性±0.05%（最大值）。

4. 仿真与误差计算

• ‌仿真结果‌：通过TINA-TI仿真验证设计功能，输出特性符合预期。
• ‌误差分析‌：包括初始准确性误差（如分流电阻器容差、INA初始输入偏移电压等）和温度漂移误差。通过蒙特卡洛分析评估输出电压的分布统计。

5. PCB设计

• ‌布局建议‌：电源旁路电容器靠近设备供电引脚，分流电阻器采用开尔文连接，最小化分流电阻器与地平面之间的阻抗。
• ‌设计文件‌：提供PCB原理图和元件清单。

6. 验证与测量性能

• ‌传输函数测量‌：在不同温度下测量负载电流与输出电压的关系。
• ‌误差计算‌：包括未校准误差和校准后误差，通过校准可以显著减少误差。