高端雙向電流并聯(lián)監(jiān)測(cè)芯片INA170

１ 主要特點(diǎn)

ＩＮＡ１７０是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的高端雙向電流監(jiān)視器單片ＩＣ。該器件具有寬輸入共模電壓范圍和低靜態(tài)電流特性，并可利用輸出偏移完成雙向電流檢測(cè)。其偏移電壓電平由外部一只電阻和電壓參考設(shè)定。當(dāng)ＩＮＡ１７０單電源供電工作時(shí)，允許雙向電流測(cè)量。ＩＮＡ１７０可將差動(dòng)輸入電壓變換成一個(gè)電流輸出，輸出電流在負(fù)載電阻上產(chǎn)生的一個(gè)電壓降，可在１到１００的范圍設(shè)置任意一個(gè)增益。ＩＮ-Ａ１７０的主要特點(diǎn)如下：

●具有較寬的電源電壓范圍：＋２．７～＋４０Ｖ；

●具有＋２．７～＋６０Ｖ的、與電源電壓獨(dú)立的寬輸入共模電壓范圍；

●增益?１～１００?可由電阻編程設(shè)定；

●低靜態(tài)電流：典型值為７５μＡ；

●具有１０μＡ的低輸入偏置電流；

●采用薄型８引腳ＭＳＯＰ封裝，工作溫度范圍可擴(kuò)展到－５５～＋１２５℃。

ＩＮＡ１７０的應(yīng)用領(lǐng)域包括：汽車(chē)、電話、計(jì)算機(jī)、電源、儀器的電流測(cè)量、便攜式設(shè)備與電池后備?ｂａｃｋｕｐ?系統(tǒng)、電池充電器和電源管理等。

２ ＩＮＡ１７０的結(jié)構(gòu)功能及主要參數(shù)

ＩＮＡ１７０的引腳排列如圖１所示。表１所列是其引腳功能說(shuō)明。

表1 INA170引腳功能

ＩＮＡ１７０主要由運(yùn)算放大器Ａ１和偏移?ｏｆｆｓｅｔｔｉｎｇ?放大器Ａ２組成，其內(nèi)部電路組成如圖２所示。

ＩＮＡ１７０主要參數(shù)范圍或典型值如下：

●滿標(biāo)度感測(cè)輸入電壓Ｖｓｅｎｓｅ：?Ｖ＋ＩＮ－Ｖ－ＩＮ?＝１００ｍＶ?

●共模輸入電壓范圍：２．７～６０Ｖ；

●共模抑制比：１２０ｄＢ；

●輸入失調(diào)電壓：ＶＯＳ＝０．２ｍＶ；

●輸入失調(diào)電壓溫度漂移：１μＶ／℃；

●輸出跨導(dǎo)范圍：０．９９～１．０１ｍＳ?ｍＡ／Ｖ?；

●總輸出誤差：０．５％；

●輸出擺幅：?Ｖ＋?－０．９Ｖ至?Ｖ＋?－１．２Ｖ；

●輸出電流噪聲密度：２０ｐＡ／?Ｈｚ?１／２。

３　應(yīng)用電路

ＩＮＡ１７０的應(yīng)用電路如圖３所示。該電路的負(fù)載電源電壓ＶＰ范圍為２．７～６０Ｖ，電源電壓Ｖ＋可以單獨(dú)施加?２．７Ｖ≤Ｖ＋≤４０Ｖ?，也可與負(fù)載電源ＶＰ共用。實(shí)際上，ＩＮＡ１７０的輸入電壓可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)它的電源電壓Ｖ＋。當(dāng)Ｖ＋＝５Ｖ時(shí)，ＩＮＡ１７０的輸入電壓可以達(dá)到６０Ｖ。

當(dāng)ＲＳ上的電壓降ＶＳ施加到ＩＣ內(nèi)部運(yùn)算放大器反相輸入電阻ＲＧ１上時(shí)，電路將產(chǎn)生一個(gè)電流進(jìn)入ＮＰＮ晶體管Ｑ１的集電極。腳ＯＵＴ上的負(fù)載電阻ＲＬ將輸出電流ＩＯ轉(zhuǎn)換為輸出電壓Ｖ０。在沒(méi)有偏移的情況下，ＩＮＡ１７０的傳送功能可用下面公式來(lái)表示：

ＩＯ＝ｇｍ?Ｖ＋ＩＮ－Ｖ－ＩＮ?

式中，跨導(dǎo)ｇｍ可?。保埃埃唉蹋粒?即１ｍＳ?。

由于電流測(cè)量放大器的輸入電壓?Ｖ＋ＩＮ－Ｖ－ＩＮ?等于ＩＳ ＲＳ，輸出電壓ＶＯ＝ＩＯＲＬ，因此，輸出電壓ＶＯ可表示為：

ＶＯ＝ＩＳ ＲＳ ｇｍ ＲＬ

在ＩＮＡ１７０的腳３施加一個(gè)正參考電壓ＶＲＥＦ可在電阻ＲＯＳ上產(chǎn)生一個(gè)電流，并迫使輸出電流ＩＯ偏移。在這種情況下，輸出電壓ＶＯ可用下式計(jì)算：

ＶＯ＝?ＶＲＥＦＲＬ／ＲＯＳ??ＩＳＲＳＲＬ／１ｋΩ?

ＩＮＡ１７０的最大差分輸入電壓是０．５Ｖ，在此情況下，器件將輸出一個(gè)５００μＡ的電流。實(shí)際上，２Ｖ的差分輸入電壓也不會(huì)引起器件損壞。

并聯(lián)電阻ＲＳ的選擇依賴于具體應(yīng)用，但必須兼顧小信號(hào)時(shí)的精度和最大容許電壓損耗兩方面的要求，應(yīng)在二者之間折衷。較大的ＲＳ值在較小的電流下能減小失調(diào)的影響，從而提供較高的精度；而在ＲＳ值較小時(shí)，卻能減小電源線路上的電壓損失。在多數(shù)應(yīng)用中，當(dāng)ＲＳ能產(chǎn)生５０～１００ｍＶ的滿標(biāo)度并聯(lián)電壓時(shí)，可以保證具有最好的性能。

負(fù)載電阻ＲＬ的選擇以能提供所需的滿標(biāo)度輸出電壓為原則。由于１ＮＡ１７０的輸出阻抗非常高，其允許的ＲＬ值可高達(dá)１００ｋΩ，因而可保證較高的精度。輸出端任何附加電路的輸入阻抗都應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于ＲＬ值，這樣才能防止精度降低。

在設(shè)計(jì)ＰＣＢ板和焊接時(shí)，ＩＮＡ１７０的輸入腳Ｖ＋ＩＮ和Ｖ－ＩＮ應(yīng)盡可能靠近感測(cè)電阻ＲＳ，以減小任何串聯(lián)電阻帶來(lái)的誤差。把負(fù)載電阻ＲＬ兩端的電壓作為輸出電壓可獲得較高的精度。由于在大電流系統(tǒng)中，負(fù)載電流可能會(huì)流進(jìn)接地點(diǎn)而影響測(cè)量精度。因此，為了使ＩＮＡ１７０穩(wěn)定工作，在高阻抗電源和有干擾的應(yīng)用中，應(yīng)增加電源退耦電容，以抑制電源噪聲。