高端双向电流并联监测芯片INA170

１ 主要特点

ＩＮＡ１７０是美国德州仪器公司生产的高端双向电流监视器单片ＩＣ。该器件具有宽输入共模电压范围和低静态电流特性，并可利用输出偏移完成双向电流检测。其偏移电压电平由外部一只电阻和电压参考设定。当ＩＮＡ１７０单电源供电工作时，允许双向电流测量。ＩＮＡ１７０可将差动输入电压变换成一个电流输出，输出电流在负载电阻上产生的一个电压降，可在１到１００的范围设置任意一个增益。ＩＮ-Ａ１７０的主要特点如下：

●具有较宽的电源电压范围：＋２．７～＋４０Ｖ；

●具有＋２．７～＋６０Ｖ的、与电源电压独立的宽输入共模电压范围；

●增益?１～１００?可由电阻编程设定；

●低静态电流：典型值为７５μＡ；

●具有１０μＡ的低输入偏置电流；

●采用薄型８引脚ＭＳＯＰ封装，工作温度范围可扩展到－５５～＋１２５℃。

ＩＮＡ１７０的应用领域包括：汽车、电话、计算机、电源、仪器的电流测量、便携式设备与电池后备?ｂａｃｋｕｐ?系统、电池充电器和电源管理等。

２ ＩＮＡ１７０的结构功能及主要参数

ＩＮＡ１７０的引脚排列如图１所示。表１所列是其引脚功能说明。

表1 INA170引脚功能

ＩＮＡ１７０主要由运算放大器Ａ１和偏移?ｏｆｆｓｅｔｔｉｎｇ?放大器Ａ２组成，其内部电路组成如图２所示。

ＩＮＡ１７０主要参数范围或典型值如下：

●满标度感测输入电压Ｖｓｅｎｓｅ：?Ｖ＋ＩＮ－Ｖ－ＩＮ?＝１００ｍＶ?

●共模输入电压范围：２．７～６０Ｖ；

●共模抑制比：１２０ｄＢ；

●输入失调电压：ＶＯＳ＝±０．２ｍＶ；

●输入失调电压温度漂移：１μＶ／℃；

●输出跨导范围：０．９９～１．０１ｍＳ?ｍＡ／Ｖ?；

●总输出误差：±０．５％；

●输出摆幅：?Ｖ＋?－０．９Ｖ至?Ｖ＋?－１．２Ｖ；

●输出电流噪声密度：２０ｐＡ／?Ｈｚ?１／２。

３　应用电路

ＩＮＡ１７０的应用电路如图３所示。该电路的负载电源电压ＶＰ范围为２．７～６０Ｖ，电源电压Ｖ＋可以单独施加?２．７Ｖ≤Ｖ＋≤４０Ｖ?，也可与负载电源ＶＰ共用。实际上，ＩＮＡ１７０的输入电压可以远远超过它的电源电压Ｖ＋。当Ｖ＋＝５Ｖ时，ＩＮＡ１７０的输入电压可以达到６０Ｖ。

    当ＲＳ上的电压降ＶＳ施加到ＩＣ内部运算放大器反相输入电阻ＲＧ１上时，电路将产生一个电流进入ＮＰＮ晶体管Ｑ１的集电极。脚ＯＵＴ上的负载电阻ＲＬ将输出电流ＩＯ转换为输出电压Ｖ０。在没有偏移的情况下，ＩＮＡ１７０的传送功能可用下面公式来表示：

ＩＯ＝ｇｍ?Ｖ＋ＩＮ－Ｖ－ＩＮ?

式中，跨导ｇｍ可取１０００μＡ／Ｖ?即１ｍＳ?。

由于电流测量放大器的输入电压?Ｖ＋ＩＮ－Ｖ－ＩＮ?等于ＩＳ ＲＳ，输出电压ＶＯ＝ＩＯＲＬ，因此，输出电压ＶＯ可表示为：

ＶＯ＝ＩＳ ＲＳ ｇｍ ＲＬ

在ＩＮＡ１７０的脚３施加一个正参考电压ＶＲＥＦ可在电阻ＲＯＳ上产生一个电流，并迫使输出电流ＩＯ偏移。在这种情况下，输出电压ＶＯ可用下式计算：

ＶＯ＝?ＶＲＥＦＲＬ／ＲＯＳ?±?ＩＳＲＳＲＬ／１ｋΩ?

ＩＮＡ１７０的最大差分输入电压是０．５Ｖ，在此情况下，器件将输出一个５００μＡ的电流。实际上，２Ｖ的差分输入电压也不会引起器件损坏。

并联电阻ＲＳ的选择依赖于具体应用，但必须兼顾小信号时的精度和最大容许电压损耗两方面的要求，应在二者之间折衷。较大的ＲＳ值在较小的电流下能减小失调的影响，从而提供较高的精度；而在ＲＳ值较小时，却能减小电源线路上的电压损失。在多数应用中，当ＲＳ能产生５０～１００ｍＶ的满标度并联电压时，可以保证具有最好的性能。

负载电阻ＲＬ的选择以能提供所需的满标度输出电压为原则。由于１ＮＡ１７０的输出阻抗非常高，其允许的ＲＬ值可高达１００ｋΩ，因而可保证较高的精度。输出端任何附加电路的输入阻抗都应远远高于ＲＬ值，这样才能防止精度降低。

在设计ＰＣＢ板和焊接时，ＩＮＡ１７０的输入脚Ｖ＋ＩＮ和Ｖ－ＩＮ应尽可能靠近感测电阻ＲＳ，以减小任何串联电阻带来的误差。把负载电阻ＲＬ两端的电压作为输出电压可获得较高的精度。由于在大电流系统中，负载电流可能会流进接地点而影响测量精度。因此，为了使ＩＮＡ１７０稳定工作，在高阻抗电源和有干扰的应用中，应增加电源退耦电容，以抑制电源噪声。