深入解析OnSemi NCS21673/4系列电流检测放大器

在电子工程师的日常设计工作中，电流检测是一个至关重要的环节，它直接关系到电路的性能和稳定性。今天，我们就来深入探讨一下OnSemi推出的NCS21673、NCV21673、NCS21674和NCV21674系列电流检测放大器，看看它们有哪些独特的优势和应用场景。

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产品概述

NCS21673和NCS21674系列电流检测放大器提供了20、50、100和200 V/V的增益选项。它们能够在 -0.1 V至40 V的共模电压下测量分流器两端的电压，且不受电源电压的影响。这一特性使得它们在测量快速瞬变电流时表现出色，并且可以同时用于高端和低端电流检测。这些器件可以在2.7 V至5.5 V的单电源下工作，-3 dB带宽高达350 kHz，压摆率典型值为2 V/μs，能够确保快速检测电流变化。此外，它们还提供TSOP - 5和Micro - 8封装，双版本在系统的多个点进行电流检测时具有节省空间和成本的优势。

电路图

关键特性

宽共模输入范围

该系列放大器的共模输入范围为 -0.1 V至40 V，这使得它们能够适应各种不同的电压环境，无论是在低电压还是高电压系统中都能稳定工作。

低失调电压和低失调漂移

低失调电压和漂移确保了测量的准确性，减少了误差，提高了系统的可靠性。

低电流消耗

每个通道的最大电流消耗仅为300 μA，这在一些对功耗要求较高的应用中非常重要。

汽车级应用支持

带有NCV前缀的产品适用于汽车级应用，经过AEC - Q100认证并具备PPAP能力，能够满足汽车电子对可靠性和稳定性的严格要求。

环保特性

这些器件无铅、无卤素/无溴化阻燃剂，符合RoHS标准，符合当今环保的趋势。

引脚功能与描述

引脚名称	类型	描述
IN+	输入	连接到检测电阻或电流分流器的正端
IN-	输入	连接到检测电阻或电流分流器的负端
OUT	输出	提供低阻抗电压输出
Vs	电源	为内部电路提供正电源，建议在该引脚附近放置一个0.1 μF的外部旁路电容
GND	电源	电路的负电源轨

性能参数

最大额定值

了解器件的最大额定值对于正确使用和保护器件至关重要。该系列放大器的最大额定值包括电源电压、模拟输入、输出、最大输出电流、输入电流、最大结温、存储温度范围、ESD能力和闩锁电流等。在设计时，必须确保器件的工作条件不超过这些额定值，否则可能会损坏器件，影响其可靠性。

热特性

热特性参数如热阻（Junction - to - Air）对于评估器件在工作时的散热情况非常重要。不同封装的热阻不同，TSOP - 5/SOT23 - 5封装的热阻为208℃/W，Micro8/MSOP - 8封装的热阻为162℃/W。在设计散热方案时，需要根据这些参数来选择合适的散热措施。

推荐工作范围

推荐的工作温度范围根据不同的前缀有所不同，NCS前缀的产品为 -40℃至125℃，NCV前缀的产品为 -40℃至150℃。共模输入电压范围为 -0.1 V至40 V，电源电压范围为2.7 V至5.5 V。在这些范围内工作，能够确保器件的性能和可靠性。

电气特性

电气特性包括输入特性（如共模抑制比CMRR、输入失调电压Vos、输入失调电压漂移dVos/dT、电源抑制比PSRR、输入偏置电流IIB和输入失调电流Io）、输出特性（如增益G、增益误差、增益误差随温度变化、非线性误差、最大容性负载CL、建立时间、输出电压摆幅等）、频率响应（带宽BW、压摆率SR）和噪声特性（电压噪声密度en）等。这些参数详细描述了器件在不同工作条件下的性能表现，工程师在设计时需要根据具体的应用需求来选择合适的参数。

典型特性曲线

文档中提供了大量的典型特性曲线，如输入失调电压分布、输入失调随温度变化、共模抑制比分布、共模抑制比随温度变化、增益误差分布、增益误差随温度变化、零电流输出随共模电压变化、增益随频率变化、输出阻抗随频率变化、输出电压摆幅随电流变化、输入偏置电流随共模电压变化、输入偏置电流随温度变化、静态电流随温度变化、噪声密度、小信号阶跃响应、大信号阶跃响应、共模阶跃响应、过载响应、启动响应、关断响应和通道隔离等。这些曲线直观地展示了器件在不同条件下的性能变化，对于工程师理解和优化电路设计非常有帮助。

应用信息

电流检测技术

该系列放大器可以配置为低端和高端电流检测，其宽共模电压范围使得它们在不同的电流检测场景中都能发挥作用。

单向操作

在单向电流检测中，负载电流始终沿同一方向流动，如电源和负载电流监测等应用。在这种配置下，IN + 引脚应连接到检测电阻的高端，IN - 引脚应连接到检测电阻的低端。

输入滤波

随着分流电阻值的减小，分流电感会显著影响频率响应。当电阻值低于1 mΩ时，分流电感会在传递函数中产生零点，导致转折频率在几百kHz的低频段。这会增加电流检测线上高频尖峰瞬态事件的幅度，可能会使任何分流电流检测IC的前端过载。因此，需要在放大器的输入端进行外部滤波。同时，零漂移架构中的250 kHz采样电路可能会对电流信号产生混叠效应，建议对输入级进行滤波，将信号带宽限制在 < 100 kHz，特别是对于具有高交流频谱含量的电流信号。

选择分流电阻

电流测量的期望精度决定了电阻的精度、尺寸和阻值。阻值越大，测量精度越高，但也会导致更大的电流损耗。为了获得最准确的测量结果，建议使用四端电流检测电阻（Kelvin Sensing），它可以确保检测放大器测量的电压是电阻两端的实际电压，不包括连接电阻的影响。

增益选项

增益由集成的精密、比例匹配电阻设置，提供20 V/V、50 V/V、100 V/V和200 V/V的增益选项。不建议通过添加外部电阻来调整增益，因为这可能会增加系统误差，如增加增益误差和温度系数、降低CMRR等。

关断功能

虽然该系列产品本身没有关断功能，但可以使用简单的MOSFET、电源开关或逻辑门来切断电源，消除静态电流。需要注意的是，在未供电时，连接到分流电阻的输入引脚会有电流通过输入和反馈电阻，可能会导致输出电压的变化。此时，需要添加到地的负载电阻来确保输出电压在系统要求的范围内。

订购信息

文档提供了详细的订购信息，包括不同封装、增益选项的产品型号、标记和包装形式等。工程师可以根据自己的需求选择合适的产品。

机械尺寸与封装

文档还提供了TSOP - 5和Micro8封装的机械尺寸和推荐的安装脚印信息，这对于PCB设计非常重要，确保了器件能够正确安装和焊接。

总结

OnSemi的NCS21673/4系列电流检测放大器具有宽共模输入范围、低失调电压和漂移、低电流消耗等众多优点，适用于各种电流检测应用，特别是在汽车电子和对精度要求较高的场合。工程师在使用这些器件时，需要仔细了解其特性和参数，根据具体的应用需求进行合理的设计和优化，以确保系统的性能和可靠性。你在使用这类电流检测放大器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。