电流检测放大器的全面指南：常见问题与解答

电流检测放大器（Current Sense OPA）常用于电子电路上，尽管看似简单，但其设计和应用中涉及许多需要注意的参数。本文将针对工程师在使用电流检测放大器时的常见问题进行解答，帮助您更好地选择和应用相关产品。

Q1:什么是电流检测放大器？

电流检测放大器（以onsemi的 NCS21xR 和 NCS199AxR 系列元件为例，亦称为电流分流监控器或电流分流放大器）是具有内部精密电阻以创建全差分 输入的放大器。电流检测放大器还具有零漂移架构或低offset电压和低offset漂移。这些设备测量连接

到输入端的分流电阻器上的小电压降。这些 设备可精确放大来自分流器的 1mV 至 10mV 讯号 ，增益取决于所选的产品不同， 最高可达 500。

输出电压与分流电阻上的输入电流的关系为：

其中 ISENSE 是流过分流电阻的电流，VOUT 是输出电压，Gain 是放大器的固定内部增益，RSENSE 是检测（也称为分流）电阻。

Q2: 常见的电流侦测电路架构有哪些？

常见的电流感应电路架构有：

低压侧检测 Low-Side sensing，

高压侧检测 High-Side sensing，

单向电流检测Unidirectional sensing，

双向电流检测Bidirectional sensing。

onsemi NCS21xR 和 NCS199AxR 系列产品可以实现上述所有电路架构。

Q3：什么是低压电流检测？

低压电流侦测将负载的低侧 置于分流器或侦测电阻的一端，侦测电阻的另一端 连接到接地。低压感测的共模电压将接近 0V。低侧 具有易于实施且 价格低廉的优势。然而，它的缺点是无法侦测负载高端短路，而且由于负载的低端透过侦测电阻连接到接地，所以接地路径受到干扰，电路请参阅下图 1 (留意Load 位置)。

图1 : 低压电流检测电路范例

Q4：什么是高压电流检测？

高压电流侦测将负载的高阶置于分流器或侦测电阻的一端，而负载的低端则直接接地。共模电压通常相当高：20 V、40V 甚至 80 V。过去，高压感测的实现更加困难且成本更高。然而，电流检测放大器已经提供了一种经济且易于使用的解决方案。请参

阅下图 2(并留意Load位置)

图2 : 高压电流检测电路范例

Q5: 什么是单向电流感应？

仅当需要感测单向（流入负载）的电流时才使用单向感测。放大器的输出只会朝一个方向摆动。请注意，在图 3中，REF 引脚连接到接地，此接地连接将设备配置为单向电流感应。

图3 : 单向电流检测电路范例

Q6：什么是双向电流感应？

感测双向流动的电流时，请使用双向感测。例如，当系统为电池充电时，监控一个方向的电流，然后在电池充电器电源断开后，监控电池放电时另一个方向的电流，这样的应用将使用双向电流感应。请注意，在图 4中，REF 接脚连接到 某个高于接地电位的电压。此电压电位 可使放大器的输出在正负两个方向上摆动。因此，可以双向感测电流。

图4 : 双向电流检测电路范例

Q7: 低输入offset电压（Voffset）为何重要？

电路设计中最佳的条件是将分流压降保持在尽可能低的水平，而输入offset电压是设定可感测低极限的关键参数。低offset电压和由此产生的低压降将使得分流器更小、更省元件，并提高了系统效率。例如，测量具有 1mV 偏移电压的放大器上的 10mV 分流压降，将由于 1mV 偏移电压而导致 10% 的误差。相较之下，onsemi NCS213R 的最大offset电压规格为 100 uV，这意味着在分流压降同样为 10mV 的情况下，误差仅为 1%。而NCS210R 的最大失调电压仅 35 uV。在这种情况下，10mV 分流压降的误差仅为 0.35%。

Q8：为什么低输入offset电压与温度的关系或offset漂移很重要？

实务上可调校系统中的输入offset电压， 但无法校准温度范围内的offset漂移， 因此，此参数的规格应尽可能低。onsemi NCS21xR 和 NCS199AxR 系列电流侦测放大器在 ?40°C 至 +125°C 的整个温度范围内提供 0.5 V/°C 的最大offset漂移。

Q9：低增益误差为何重要？

增益误差定义了整个动态范围内测量的准确度，电流测量不准确会因功率损失而降低系统效率。

Q10：为什么低增益误差与温度或增益误差漂移很重要？

增益误差可以透过校准消除，但增益误差随温度漂移无法透过校准消除，因此，此参数的规格应尽可能低。onsemi NCS21xR 和 NCS199AxR 在 ?40°C 至 +125°C 的整个温度范围内提供低 10 ppm/°C 最大增益误差漂移。

Q11：分流电阻的连接有多重要？

分流电阻器务必遵循制造商关于连接分流电阻器的建议，以便电流检测放大器能够准确检测电流。

结语

以上内容旨在为工程师在应用电流检测放大器时提供参考。如果您有其他未解决的问题，欢迎随时联系您当地的世平安森美onsemi的技术支持团队或访问相关技术支持网站获取更多帮助。

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