基于NCS21xR的精密電流檢測和監(jiān)控電路

分流監(jiān)視器是一種儀表放大器，用于檢測系統(tǒng)中分流電阻器上的電流，并將其轉(zhuǎn)換為邏輯信號輸出，以觸發(fā)開關(guān)設(shè)備，如繼電器、晶體管或 SCR。

開關(guān)器件用于切斷或關(guān)斷分流電阻器兩端電流上升的原因，從而確保對被檢測放大器監(jiān)控的器件的保護。

為什么我們需要電流檢測以及在哪里可以使用分流監(jiān)視器：

DC-DC 轉(zhuǎn)換器和低壓差 （LDO） 穩(wěn)壓器中的電源管理

筆記本電腦、平板電腦和其他通信設(shè)備。

電動汽車

電池充電器用于監(jiān)控充電和放電。

調(diào)整電路中正確的電磁閥定位

監(jiān)控電機的功率要求并控制電機控制系統(tǒng)中的速度。

檢測電流以保護系統(tǒng)中異常突然的電流浪涌，這可能會損壞系統(tǒng)。

感應(yīng)電流并通過功率計測量功率。

無論您是業(yè)余愛好者、電工、學(xué)生還是專業(yè)工程師，安森美半導(dǎo)體的“NCS21xR和NCV21xR”IC系列都是您的最佳解決方案。

這些是電壓輸出和分流監(jiān)視器，可以監(jiān)視分流電阻器兩端的電壓。

無論電源如何，NCS21運算放大器都可以在共模下測量-0.3至26V的電壓。要測量或檢測電路中的電流，您有兩種選擇：

低邊檢測是最簡單且便宜的技術(shù)，您可以連接簡單的運算放大器。

電流檢測電路可以連接在負載和接地之間。在分立式運算放大器（Op Amp）中，將分流器與地連接可能會引入噪聲，但此問題在NCS21xR中已解決。

在高壓側(cè)電流檢測中，監(jiān)控電路應(yīng)連接在電源和負載之間。

NCS21xR IC對于檢測來自高端和低壓側(cè)技術(shù)的電流非常有幫助。

NCS21xR IC系列是高靈敏度分流監(jiān)控器，可用于精確的電流檢測應(yīng)用。

突出特點：

NCS21xR 和 NCV IC 的一些主要特性如下：

工作電壓：+2.2V至+26V

工作溫度范圍非常多樣化（-40°C 至 +125°C）

電流消耗 40μA 至 80μA 最適合電池供電設(shè)備（傳感器、筆記本電腦等）的IC

良好的軌到軌輸出（RRO）動態(tài)范圍，使放大器能夠處理信號。

低失調(diào)漂移 （0.5 μ V/°C） 使其成為各種精密和便攜式應(yīng)用的理想選擇。

輸入端需要非常低的失調(diào)電壓±35 μ V，使輸出為0。

PIN功能和配置：

NCS21xR 和 NVC21xR IC 提供兩種配置封裝，SC70-6 和 UQFN10，如圖所示。

IN- 和 IN+ 引腳將連接在電路中的分流電阻器上。Vs 和 GND 引腳用于為 IC 供電以便工作。

OUT引腳指定用于放大器的輸出信號。

REF引腳在單向操作中應(yīng)與地連接，在雙向操作中，REF應(yīng)與電壓基準電路連接。

如何選擇分流電阻器：

分流電阻器的選擇是獲得精確電流測量的關(guān)鍵因素。

電流測量的精度取決于分流電阻器的尺寸和值。

如果選擇較大的電阻值，則可以獲得更準確的測量結(jié)果，但較大的電阻可能會引入電流損耗。

制造商建議使用四端子電阻器。

它將提供2個用于電路中電流路徑的端子和兩個用于放大器檢測的電壓檢測路徑的端子。

單向操作：

在單向操作中，電流僅沿一個方向流動，如電源和負載電流監(jiān)控電路。要連接NCS21以進行單向操作，請執(zhí)行以下步驟：

將分流電阻和負載電源連接到IC的差分輸入引腳。

將 REF 引腳接地。

通過Vs和GND引腳為IC供電。IC可以由單獨的電源或負載的相同電源供電。

如果要檢測負載電源上的短路電流，請使用IC的單獨電源。

產(chǎn)出1：如果REF引腳接地，并且沒有電流通過分流電阻，則NCS21xR的輸出將在50mV以內(nèi)。

產(chǎn)出2：當(dāng)有電流通過分流電阻時，輸出將高達施加電源電壓VS的200mV。

雙向操作：

在雙向分流監(jiān)視器中，電路工作在負共模電壓和正共模電壓。

雙向分流監(jiān)控電路用于電池充電系統(tǒng)，以檢測兩個方向（充電和放電期間）的電流。

雙向操作中的輸出在負電壓和正電壓之間變化，圍繞施加在REF引腳的偏置電壓。對于雙向操作，NCDS21xR 的引腳應(yīng)按如下方式連接：

將分流電阻和負載電源連接到IC的差分輸入引腳（IN和IN+）

電壓基準電路應(yīng)接REF引腳，電路必須為低阻抗。

REF 引腳可以串聯(lián)或并聯(lián)至基準電壓源或直接連接到任何電壓電源。

通過Vs和GND引腳為IC供電。

輸出：如果電壓超過REF引腳上的電壓（Vs+0.3V），則它將正向偏置連接在引腳REF和Vs之間的二極管。

輸入和輸出的過濾：

輸入和輸出信號的濾波對于通信設(shè)備和電路非常重要。

在高端檢測期間，共模電壓下的輸入差分信號可以放大。

這些器件可能會在分流器上以非常高的水平放大小電壓和噪聲，這可能會導(dǎo)致電流測量誤差。

為了提高測量精度，有必要過濾電流檢測的輸入路徑。

濾波器的實現(xiàn)可以通過添加濾波電阻來完成，如圖所示。

濾波電阻選擇錯誤可能導(dǎo)致增益不準確。建議輸入電阻值應(yīng)小于或等于10Ω。

可以添加一個電容器以匹配分流電阻器的時間常數(shù)。為了濾除高頻噪聲，應(yīng)將電容器的值增加到提供所需濾波的值。

瞬態(tài)超過 30 伏：

NCS21xR 能夠為瞬態(tài)共模電壓超過 30 V 的應(yīng)用設(shè)計電路。

齊納二極管或瞬態(tài)電壓抑制（TVS）二極管可以與10Ω的外部輸入電阻一起放置。您有兩種選擇來修復(fù)二極管：

選項一：固定一個TVS二極管，放大器上有兩個二極管，如下圖所示綠色突出顯示：

選項 2：添加到 TVS 二極管，如下圖所示突出顯示的藍色

關(guān)閉NCS21xR：

邏輯柵極或MOSFET功率開關(guān)或晶體管鎖存器可以使用NCS21xR的OUT引腳進行配置，以關(guān)閉IC的電源，并保護相關(guān)電路免受檢測到的過流情況的影響。