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INA241x超精密双向电流检测放大器技术解析

科技观察员 2025-09-08 15:21 次阅读
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Texas Instruments INA241x/INA241x-Q1电流检测放大器是超精密双向电流检测放大器,可以测量分流电阻器上的压降。此测量在-5V至110V宽共模范围内完成,与电源电压无关。通过小增益误差(最大值±0.01%)、低失调电压(最大值±10µV)和高DC CMRR(典型值为166dB)的组合实现高精度电流测量。Texas Instruments INA241x/INA241x-Q1设计用于在器件’s输入端看到大共模电压瞬变的开关系统中进行高压双向测量。INA241x/INA241x-Q1内的增强型PWM抑制电路可确保由于输入端的共模电压转换,输出端的信号干扰降至最低。INA241x-Q1器件符合汽车应用类AEC-Q100认证

数据手册:

*附件:INA241x数据表.pdf

*附件:INA241x-Q1数据表.pdf

特性

  • 增强型PWM抑制,优化用于需要开关共模电压的系统
    • 支持高达125kHz的开关频率
  • 宽共模电压范围
    • 工作电压:-5 V至110 V
    • 耐受电压:-20 V至120 V
  • 双向工作
  • 高小信号带宽(所有增益下为1.1MHz)
  • 压摆率:8V/µs
  • 步进响应稳定时间至1% (1µs)
  • 出色的CMRR
    • 166dB DC-CMRR
    • 100kHz时AC CMRR为104dB
    • 1MHz时AC-CMRR为89dB
  • 精确度
    • 增益误差(最大值)
      • 版本A:±0.01%,±1ppm/°C漂移
      • B版本:±0.1%,±5ppm/°C漂移
    • 失调电压(最大值)
      • 版本A:±10µV,±0.1µV/°C漂移
      • B版本:±150µV,±0.5µV/°C漂移
  • 可获增益
    • INA241A1、INA241B1:10V/V
    • INA241A2、INA241B2:20V/V
    • INA241A3、INA241B3:50V/V
    • INA241A4、INA241B4:100V/V
    • INA241A5、INA241B5:200V/V
    • INA241A1-Q1:10V/V
    • INA241A2-Q1:20V/V
    • INA241A3-Q1:50V/V
    • INA241A4-Q1:100V/V
    • INA241A5-Q1:200V/V
  • SOT23-8、VSSOP-8封装选项

功能框图

1.png

INA241x超精密双向电流检测放大器技术解析

一、产品核心特性与创新技术

1.1 突破性的性能参数

  • 超宽共模电压范围‌:-5V至110V工作电压,-20V至120V生存电压
  • 行业领先的精度‌:
    • INA241A版本:±0.01%增益误差(最大),±10µV偏移电压(最大)
    • 温度漂移低至±1ppm/°C(增益),±0.1µV/°C(偏移)
  • 增强型PWM抑制‌:支持125kHz开关频率,输出扰动抑制比传统方案提升40dB

1.2 独特的架构设计
采用德州仪器专利的零漂移架构,结合三级放大电路实现:

  • 输入级:高压保护电路+动态电荷平衡调制器
  • 中间级:斩波稳定放大器
  • 输出级:Class-AB推挽输出

二、关键电气参数对比

参数INA241A系列INA241B系列单位
增益误差±0.01%~±0.015%±0.1%-
增益温漂±1~±2ppm/°C±5ppm/°C-
偏移电压±10µV(max)±150µV(max)-
偏移温漂±0.1µV/°C±0.5µV/°C-
带宽(全增益)1.1MHz1.1MHz-
压摆率8V/µs8V/µs-

三、典型应用电路设计

3.1 电机驱动电流检测方案

  • 电路拓扑‌:高边/低边/在线三模可选
  • 关键设计‌:
    • 分流电阻选择公式:RSENSE = (VS - 0.2V)/(IMAX × G)
    • 参考电压配置:REF1接VS,REF2接GND实现双向检测
    • 输出滤波:推荐10nF+100ΩRC网络

3.2 医疗设备应用

  • 优势特性:
    • 166dB DC-CMRR消除共模干扰
    • 89dB AC-CMRR(1MHz)抑制射频噪声
    • 35µA恒定输入偏置电流

四、PCB布局指南

4.1 关键布局原则

  1. 开尔文连接‌:使用四线制连接分流电阻
  2. 电源去耦‌:0.1µF陶瓷电容+10µF钽电容组合
  3. 热管理‌:
    • SOT-23封装θJA=129.7°C/W
    • 建议使用2oz铜厚PCB

4.2 抗干扰设计

  • 输入走线对称等长
  • 避免高压走线与输出平行
  • 完整地平面分割

五、选型与配置建议

5.1 增益版本选择

  • 10V/V(INA241A1/B1):大电流检测(>50A)
  • 50V/V(INA241A3/B3):通用型应用
  • 200V/V(INA241A5/B5):µA级精密测量

5.2 工作模式配置

  • 单向模式‌:REF1&REF2共接GND或VS
  • 双向模式‌:REF1接VS,REF2接GND
  • 外部基准‌:REF引脚接精密基准源
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