咱们常发现客户将通用运算放大器如LM321用于电流检测运用。这是数十年来一直在运用的传统运算放大器之一。这些传统运算放大器本钱低,用于很多运用。但是,有时相同的客户又向咱们反应,说这些运算放大器在其电流检测电路中呈现毛病。当咱们查看退回的运算放大器单元时,它们按预期作业。那么问题出在哪里?
因为运算放大器是“通用的”并不意味着“可用于一切用处”。电流检测运用需求精细。电流检测一般用于电源办理和过流维护运用。幻想一个不准确的国际。当您的手机电量快耗尽时,电量指示或许是8%。您或许规划在100A触发的过流电路,却发现维护电路在150A才发动,一切下流器材都被损坏。这便是通用和精细的差异。
一个精细运算放大器的关键是输入失调电压。其共模按捺比(CMRR)和电源按捺比(PSRR)也有更好的规范,但这两个参数都可当作随共模电压或电源电压改变的输入失调电压。什么是输入失调电压?输入失调电压是每一个运算放大器输入的固有偏置,是因为制作工艺引起的输入晶体管细微失配。在学校时,咱们了解到抱负的运放具有零输入失调电压,但咱们知道在实际国际不是这样。
传统通用运算放大器如LM321有VOS =±7mV(最大值),现代通用运算放大器如NCS20071有VOS =±3.5 mV(最大值)。此最大规范散布在零邻近。这说明大多时分随机挑选的器材将表现出近零的偏置。您能够坚信,您的原型电路与常用的LM321一同完美作业,但当电路进入量产时,您或许会发现发生毛病的份额相当大。这是因为制作工艺发生器材间变异(part-to-part variation),而且一些器材挨近限值。您应一直为电路规划最大输入失调电压。
咱们有时看到客户忘掉查看电路在最坏情况下的限值:输入失调电压限值、CMRR限值、电阻网络容差、温度效应等。
相较LM321和NCS20071通用运算放大器,新的NCS21911精细运算放大器因为其斩波稳定式结构,最大失调VOS = ±25µV(微伏)。失调电压实际上发生多少差异?让咱们考虑这样一种情况:分路压降为固定的50mV,如图1所示。
图1. 比照输入失调电压和由此发生的输出偏移差错。
输入失调电压7 mV和3.5 mV的放大器具有显着的输出偏移差错。
咱们可更仔细看看图2中Vos=7 mv的示例。
图2. 低边电流检测和输入失调电压形成输出差错
经过挑选精细运放如NCS21911,输入失调电压形成的差错在这电路示例中简直可忽略不计。它不只进步了输出精度,乃至还有一些余量来减小检测电阻尺度,并仍坚持所需的精度。
因为低失调电压支撑下降检测电阻值,一起坚持相同的精度,如图3所示,功率得以大大进步。当检测电阻尺度减小时会发生什么?检测电阻功耗更少,这意味着能够运用更低瓦特和更低本钱的电阻,而物理尺度更较小的检测电阻终究占用PCB的空间更少,进步了体系的整体能效,减少了损耗。
图3. 比照固定精度要求下输入失调电压和由此发生的分路压降。分路压降越小,功率越高。
在许多运用中,流过检测电阻器的负载电流是可变的。有时当客户测验在0A邻近进行电流丈量时,他们发现差错明显添加;这是正常的,应该是预期的。当电流降至零时,差错百分比变为无穷大。这电流检测电路用于丈量电流;不是用于在没有电流时的准确丈量。图4显现了精度怎么跟着电流添加而进步。留意因为输入失调电压导致的差错改变。即便当检测电压下降时,NCS21911的25µV偏移也支撑相对准确的丈量。
图4. 因为输入失调电压形成的差错
好像在功率和精细性上的小改善能够节约物料单、印刷电路板(PCB)本钱和电费。尽管挑选较廉价的运算放大器或许会在前期省一些钱,但考虑到终究体系级的节约或许是您的优势,经过选用价格合理的精细运算放大器。
在许多运用中,通用运算放大器会正常作业。即便传统的LM321也可在已规划相应电路的电流检测运用中作业。记住,您应该预期相对较高的输出差错。或许,检测电阻器的尺度应当较大,以取得比输入失调电压足够大的压降。
关于低边电流检测,转向精细运放进步了精度和体系能效。NCS21911精细运算放大器有一个规范输出引脚,使其只需简略刺进就能代替通用运算放大器如LM321和NCS20071。