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1、廣 告超精準電流檢測放大器大幅度地提升了效率 並擴展了動態範圍 設計要點 423 Jon Munson11/07/423引言 在許多電子繫統中，準確的電流測量是必不可少的。 電流通常是通過放大其在一個小值電阻兩端產生的電 壓來測量的。對於那些需要一個大動態測量範圍的繫 統，必須增大檢測電阻或改善放大器的精度。增大檢 測電阻器的阻值會產生不利的影響，就是功耗將增 加。更好的選擇是提高檢測放大器的精度。放大器的精度在很大程度上取決於放大器的輸入失調 電壓。一直以來，市面上的電流檢測放大器所提供的 輸入失調電壓性能大約為幾百 V 甚至幾千 V。當 采用此類器件時，實現一個 8 至 10 位的實際動態
2、範圍 有可能需要消耗 1W 的功率 (在滿工作電流條件下)。 LTC6102 超精準電流檢測放大器把輸入誤差降至微 小的 10V。這一大幅度的性能提升將直接轉化為測 量動態範圍的擴大 (即使在降低檢測電阻器功耗的情 況下也能達到 16 位)，從而極大地擴展了電流檢測設 計可選方案的範圍。精度的提升換取了效率的改善 LTC6102 很容易連接，如圖 1 所示。輸入電壓由檢測電阻器產生，放大器的電壓增益由輸 入和輸出電阻器來設定。總換算公式即為：VIRR ROUTLOADSENSEOUTIN= 小負載電流條件下的準確度主要由輸入失調電壓 VOS 來設定。因 VOS 而引起的電流測量誤差 IOFFS
3、ET 由下 式得出：IV ROFFSETOSSENSE=可見，對於一個給定的電流失調準確度要求，當 VOS 很低時，可以相應地減小 RSENSE ( 在許多應用中可減 小至 m 以下)。在大多數應用中，應選擇電路增益，以使 VOS 在模 數轉換 (ADC) 采集繫統中轉化為約 1LSB (最低有效 位)。動態範圍是由 ADC 所能處理的最大信號幅度以 及 RSENSE 電阻器的允許功耗來決定。我們來比較兩個 8 位檢測放大器解決方案，一個采用 的是 VOS = 500V 的典型放大器，另一個采用的是 LTC6102 (其 VOS = 10V)。兩者的分辨率均為 20mA。 失調較高的那個器件需
4、要一個至少 25m 的檢測電 阻器，而 LTC6102 則僅需 500。在 5A 電流條件下 (對於本例而言，這幾乎就是全標度電流)，當采用失 調較高的那個器件時，RSENSE 功耗為 625mW，而采 用 LTC6102 時則只有 13mW，功耗降幅達 98%。印刷自己特有的檢測電阻器 利用 LTC6102 所提供的超低檢測電阻能力，可以把 印刷電路金屬箔片本身用作實際的檢測元件。采用 一盎司銅的電路板具有 500/square 的標稱表面電阻 率。該數值將隨著銅箔厚度的增加和減少而分別成比圖 1： 采用 LTC6102 的超精準電流檢測LTC6102VOUTRINV+LOADV+ 7V 5
5、V 3OUT 4VREG60.1FDN423 F01+IN 8INS 1 INF 2RIN+RSENSEROUT、LTC、LT 和 LTM 是凌力爾特公司的注冊商標。 所有其他商標均為其各自擁有者的產權。駿龍科技有限公司 Cytech Technology Ltd. 香港電話：(852) 2375-8866北京電話：(86) 10-8260-7990上海電話：(86) 21-6440-1373深圳電話：(86) 755-2693-5811 LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2007dn423f 1107 52.5K PRINTED IN CHINA如要獲得更多資料或技
6、術支持，請与我們的銷售 部或當地分銷商聯絡，也可瀏覽我們的网址： 或電郵到 產品手冊下載http:/例地下降和上升。一根寬度為 W、長度為 L (采用任 何相同的單位) 的印制線具有以下電阻：RL WSENSE 500 電阻器的長度就是沿著印制線的開爾文 (Kelvin) 抽頭 之間的間隔。一盎司銅箔每密耳 (mil) 印制線寬度通常 能夠傳輸高達約 100mA 的電流 (即：4A/mm )，這限制 了電阻器結構的最小尺寸。另一個限制因素是可重復 性，因此面積越大越好。歸根結底，銅箔的厚度容限 和溫度繫數將限制印刷電阻器所能擁有的準確度。圖 2 示出了前文所述的 5A 電路實例的印刷結構。
7、在該布局中，L/W 因子被設定為 1 (因為 RSENSE = 500)，而尺寸則主要由印刷電路蝕刻工藝的準確 度來確定。采用銅箔作為檢測電阻意味著電路的尺寸調整幾乎與 絕對溫度成比例，在室溫條件下約為 +0.4%/C。在通 過監視電流來提供過載保護的應用中，利用溫度繫 數可能很方便，因為在較高的溫度條件下，一個固 定的保護門限將自動地對應於較低的電流。為了獲 得穩定的測量結果，可以采用一種軟件校準和溫度 校正方法，也可采用一個基於銅的電阻器 RIN 來對 溫度系數進行補償，例如一個具已知電阻特性的小 表面貼裝電感器 (10 的產品市面上有售，比如： Vishay IMC 繫列)。凌力爾特有限
8、公司 Linear Technology Corp. Ltd. 香港電話：(852) 2428-0303北京電話：(86) 10-6801-1080上海電話：(86) 21-6375-9478深圳電話：(86) 755-8236-6088艾睿電子亞太有限公司 Arrow Asia Pac Ltd. 香港電話：(852) 2484-2484北京電話：(86) 10-8528-2030上海電話：(86) 21-2893-2000深圳電話：(86) 755-8359-2920泛納尼克(上海)有限公司 Farnell-Newark InOne www.farnell-香港電話：(852) 2268-9
9、888北京電話：(86) 10-6238-5152上海電話：(86) 21-5866-0508設計提示和細節 如果您不印刷自己特有的檢測電阻器，而是需要現售 元件的準確度，那麼一定要指定四線式 (Kelvin) 檢測 電阻器，以獲得最佳的結果。這種電阻器的設計使得 電阻在檢測抽頭之間得到精確的校準，從而消除了由 負載通路中的焊接電阻所造成的誤差。當對微伏 (V) 級信號進行準確測量時，因不同金屬 互連所導致的雜散熱電偶效應的實際發生可能性將有所 增加。圖 1 示出了采用一個通常與 RIN 相等的 RIN+ 時的情形。增設該電阻器的目的是給兩個放大器輸入 提供相同的冶金條件，以最大限度地減輕熱電
10、偶效 應，並實現 DC 偏置電流失衡的最小化。應選擇合適的 RIN 數值，以在峰值測量電流 IPEAK 條件下傳導約 500A 的電流。RIN 上的電壓降與 RSENSE 上的電壓降相等，於是：RIR INPEAKSENSE .0 0005總體電路的增益準確度主要由所使用電阻器的質量來 確定。這使得設計師能夠在每種特定的應用中進行成 本與性能折衷方案的優化。為了最大限度地減小 LTC6102 反饋環路中的銅損誤 差，使反相檢測輸入 (INS) 和反相反饋接線 (INF) 保持分離，這樣就能夠形成至 RIN 的開爾文連接。 在圖 2 所示的推薦布局中也可以看到該接線。圖 2 示出了連接至 RSE
11、NSE 的負載側 V+ 接線，而圖 1 則示出了至電源側的對應接線。不管在哪一種配 置中，LTC6102 都將正常工作。差異之處是圖 2 所 示的接線還將包括測量負載電流中的 LTC6102 靜態 電源電流 (典型值為 300A)。支持 4V 至 100V 的電源 電壓。結論 LTC6102 是業界精度最高的電流檢測放大器。出色的 準確度實現了 RSENSE 電阻值的大幅下降，從而改善 了效率、動態範圍和電流處理能力。好利順電子香港有限公司 Nu Horizons Electronics Asia Pte Ltd. 香港電話：(852) 3511-9911北京電話：(86) 10-8225-1376上海電話：(86) 21-6441-1811深圳電話：(86) 755-3398-2850DN423 F02TO LOAD 10A MAXFROM SUPPLYVOUTPUTROUTLTC6102RINRIN+CREG* 2.5mm 2.5mm 1oz COPPER 500VRSENSE*CURRENT CARRYING TRACELW圖 2：采用印刷檢測電阻的 LTC6102 布局
