适合空间受限型应用的电流检测放大器

作者：Pete Bartolik

投稿人：DigiKey 北美编辑

2024-05-16

没有人想要体积大、效率低的电子产品。生产商希望设计人员能够在不影响功能的前提下，在更小的空间内安装更高性能的元件。换句话说，任务就是要想办法克服挑战，用更小的电子应用空间实现更高的精度。而在其中，电流检测放大器对于高效电源管理、设备安全运行和进行噪声敏感的电机控制来说可谓是至关重要。

电流检测放大器广泛运用于电池管理、过流保护和故障检测等应用。通过测量和放大分流电阻器上的压降，它们在电路保护中发挥着重要作用。

电流检测放大器具有体积小、成本低的特点，实现起来相对简单，但也存在一些挑战，如带宽限制、电气噪声和干扰最小化以及高共模电压响应等。因此，选择合适的电流检测放大器对应用的成功非常重要。

要确定选择是否合适，首先要确定关键的应用特征：

• 设备可承受的电流范围和最大输入电压
• 环境条件以及与所需温度范围相匹配的可靠性能
• 放大器规格符合设计限制，包括封装尺寸、带宽、静态电流和精度
• 根据对精度、隔离和易实现性的要求，选择使用高压侧还是低压侧的电流检测技术

[Analog Devices, Inc. (ADI)]提供了一套电流检测放大器，专为在各种工业和汽车应用中执行双向电流测量的广泛应用而设计（通过了 AEC-Q100 认证）。

[AD8410A] 和 [AD8411A] 既可用于交流测量，也可用于直流测量，工作温度范围广，增益误差小，工作电压范围宽，可满足不同的系统要求。两者都采用了封装内微调内核，在整个工作温度范围和共模电压范围内可提供 ±0.26 µV/°C 的典型失调漂移，无需斩波和自动调零时钟，而斩波和自动调零时钟会导致噪声增加和其他负面影响。

AD8410A（图 1）的初始增益为 20 V/V，带宽为 2.2 MHz。

图 1：ADI 的 AD8410A 电流检测放大器。（图片来源：Analog Devices, Inc.）

AD8411A（图 2）的初始增益为 50 V/V，带宽为 2.7 MHz，具有更大的灵活性和灵敏度。

图 2：ADI 的 AD8411A 电流检测放大器。（图片来源：Analog Devices, Inc.）

AD8410A/11A 可同时用于高压侧和低压侧电流检测应用。它们适合各种应用中的同相或高压侧电流检测，如电机控制、双向 DC/DC 转换器、电磁阀控制和电源轨监控。

它们还适用于无刷直流 (BLDC) 电机驱动器中的在线电流检测，以测量流经电机绕组的电流，这对精确控制和性能优化至关重要。

这些高电压、高带宽电流检测放大器专为精密电流测量应用而设计，可实现精密扭矩控制、使用更小的电机和电感器，并实现更智能的电机驱动应用。它们采用独特的结构，可以在共模电压快速变化的情况下准确放大小的差分电流分流电压。

更高的带宽可在直流电机、人工智能服务器和 DC/DC 转换器的高开关频率下实现更精确的电流检测。这使得模数转换器 (ADC) 的精度更高，尤其是在使用较快的脉宽调制 (PWM) 开关频率和较高电压的应用中。

虽然较高的开关频率通常会导致电磁干扰 (EMI) 增大，但 AD8410A/11A 电流检测放大器的设计功能可应对这一挑战。它们在 -2 V 至 +70 V 范围内具有 123 dB 的高共模抑制比 (CMRR)，有助于抑制噪声和改善 EMI 性能，因此适合在 EMI 可能会影响精度的嘈杂电气环境中使用的应用。它们不易产生互调噪声，并能最大限度地减少额外滤波器的使用。

AD8410A 和 AD8411A 具有相同的封装选择和功能，如过压保护和启用/禁用功能。这两种器件均采用紧凑的 8 引线标准小外形封装 [SOIC_N] 和 8 引线迷你小外形封装 (MSOP) 封装，带有裸焊盘，可在 -40°C 至 +125°C 的工业温度范围内通过 2.9 V 至 5.5 V 单电源工作。

对于需要精确电流测量和反馈的电机控制系统（如工业驱动、机器人或电动汽车），AD8410A/11A 可以处理来自电机电源的高共模电压，并提供一个与分流电阻器上所通过电流成正比的线性输出。当需要更高的增益以实现更小的分流电阻或更低的电流范围时，就可以使用 AD8411A。

AD8410A/11A 能够测量与电池串联的分流电阻器上的差分电压，从而提供精确、快速的电流检测，这对监控电池单元或电池组充放电电流的电池管理系统大有裨益。当为了实现低电流水平或大容量电池而需要更高分辨率时，就可使用 AD8411A。

对于检测过流或短路情况的电源监控和保护电路，AD8410A/11A 可以检测流经负载或开关的电流，并提供故障检测或反馈控制信号。当应用需要更快的响应时间或更高的灵敏度时，就可以使用 AD8411A。

ADI 电流检测放大器评估板

设计人员可以利用 ADI 评估板，评估 AD8410 和 AD8411 电流检测放大器在不同情况下的性能。

[AD8410AR-EVALZ] (SOIC)（图 3）、[AD8410ARM-EVALZ]、[AD8411AR-EVALZ]) (SOIC) 和[AD8411ARM-EVALZ]板设计用于轻松配置不同的工作模式和负载。

图 3：ADI 的 AD8410AR-EVALZ 评估板。（图片来源：Analog Devices, Inc.）

利用这些电路板，设计人员可以在实际场景下探索 AD8410 和 AD8411 电流检测放大器的特性和优势。最大标准尺寸为 2818 的分流器可焊接到电路板上，工作模式可选择单向或双向电流检测。

结语

ADI 的 AD8410 和 AD8411 电流检测放大器是多功能、高性能器件，可用于各种需要进行精确、可靠电流测量的应用，同时支持高压侧和低压侧电流检测。对于需要精确、稳健的电流监控、低失调电压、低漂移、高带宽和高共模抑制比的电子产器来说，这些放大器有助于提高其效率、安全性和可靠性。

审核编辑 黄宇