空間受限型應用的電流感測放大器

沒有人想要笨重、效率較低的電子產品。製造商希望設計人員想清楚，如何在不影響功能的情況下，將高效能元件裝入更小的尺寸中。換言之，其任務是想清楚，如何克服讓空間受限型電子應用達到更高準確度的難題。有鑑於此，電流感測放大器是有效進行電源管理、安全作業與雜訊敏感型馬達控制的關鍵要件。

電流感測放大器廣泛用於電池管理、過電流保護和故障偵測等應用。可對分流電阻兩端的壓降進行測量與放大，因此在電路保護中發揮關鍵作用。

電流感測放大器的可貴之處在於體積小、成本低，且在實作上相對簡單，但也具有頻寬限制、要將電氣雜訊和干擾最小化，以及高共模電壓響應等難題。因此，挑選合適的電流感測放大器對於應用成功與否相當重要。

要確定是否正確搭配，首先要找出關鍵的應用特色：

• 可接受的電流範圍，以及裝置可承受的最大輸入電壓
• 環境條件以及預期溫度範圍下可達到的可靠效能
• 符合設計限制的放大器規格，包括封裝尺寸、頻寬、靜態電流和準確度
• 根據準確度、隔離度和實作簡便性的要求，選擇要使用高側或低側電流感測

Analog Devices,Inc. (ADI) 專為多種應用提供一套電流感測放大器，可在眾多工業和汽車應用中執行雙向電流測量 (符合 AEC-Q100)。

AD8410A 和 AD8411A 可用於 AC 和 DC 測量，可在寬廣溫度範圍內工作，增益誤差極小，並具有寬廣的工作電源電壓範圍，可因應不同的系統要求。兩者均採用封裝內修整核心，可在整個工作溫度範圍和共模電壓範圍內提供 ±0.26 μV/°C的典型偏移漂移，無需截波和自動歸零時脈，其可能導致雜訊增加和其他負面影響。

AD8410A (圖1) 的初始增益為20 V/V，頻寬為 2.2 MHz。

圖 1：ADI 的 AD8410A 電流感測放大器。(圖片來源：Analog Devices, Inc.)

AD8411A (圖 2) 提供 50 V/V 的初始增益以及 2.7 MHz 的頻寬，可提供更大的彈性和靈敏度。

圖 2：ADI 的 AD8411A 電流感測放大器。(圖片來源：Analog Devices, Inc.)

AD8410A/11A 可用於高側和低側電流感測應用。適用於多種應用中的同相或高側電流感測，例如馬達控制、雙向 DC/DC 轉換器、螺線管控制和電源軌監測。

還適用於無刷直流 (BLDC) 馬達驅動器中的線上電流感測，以測量流通馬達繞組的電流，這對於精確控制和效能最佳化來說相當重要。

高電壓、高頻寬的電流感測放大器專為精密的電流測量應用而設計，可促成精確的扭力控制、使用更小的馬達和電感並達到更智慧的馬達驅動應用。透過獨特架構，可以在共模電壓迅速變化的情況下，精確放大微弱的差動電流分流電壓。

具有更高的頻寬，因此可在 DC 馬達、AI 伺服器和 DC/DC 轉換器的高切換頻率下進行更精確的電流感測。如此就可提高類比數位轉換器 (ADC) 的準確度，尤其是在脈寬調變 (PWM) 切換頻率更快且電壓較高的應用中。

雖然較高的切換頻率通常會導致電磁干擾 (EMI) 增加，但 AD8410A/11A 電流感測放大器的設計具有應對此難題的功能。在 -2 V 至 +70 V 範圍內具有 123 dB 的共模拒斥比 (CMRR)，有助於拒斥雜訊並改善 EMI 效能，因此非常適合處於電氣雜訊環境中的應用，以免 EMI 影響準確度。此放大器不易產生互調變雜訊，並可將使用額外濾波器的需求降至最低。

AD8410A 和 AD8411A 具有相同的封裝選項和特點，例如過壓保護以及啟用／停用功能。在設計上能在-40°C 至 +125°C 的工業溫度範圍內以單一 2.9 V 至 5.5 V 電源工作，採用緊湊型 8 引線標準小外型封裝 [SOIC_N] 和 8 引腳迷你外型封裝 (MSOP) 封裝，並搭配裸焊盤，可提高散熱性能。

對於需要精確電流測量和迴授的馬達控制系統來說 (如工業驅動器、機器人或電動車)，AD8410A/11A 可以處理來自馬達電源的高共模電壓，並提供與通過分流電阻之電流成比例的線性輸出。若需要更高增益以促成更小的分流電阻或更低的電流範圍，就可採用 AD8411A。

負責監測電池芯或電池組之充電和放電電流的電池管理系統，就可運用 AD8410A/11A 的能力，針對與電池串聯的分流電阻兩端的差動電壓進行量測，進而提供準確且快速的電流感測。若需要更高的解析度，以促成低電流位準或大容量電池，則可採用 AD8411A。

對於會偵測過流或短路情況的電源監測和保護電路來說，AD8410A/11A 可以感測流通負載或開關的電流，並提供訊號以進行故障偵測或迴授控制。若應用需要更快的反應時間或更高的靈敏度，則可使用 AD8411A。

ADI 電流感測放大器評估板

設計人員可以利用 ADI 的評估板，就可評估 AD8410 和 AD8411 電流感測放大器在不同場景下的效能。

AD8410AR-EVALZ (SOIC) (圖 3)、AD8410ARM-EVALZ (MSOP)、AD8411AR-EVALZ (SOIC) 以及 AD8411ARM-EVALZ (MSOP) 板件皆可輕鬆配置不同的工作與負載模式。

圖 3：ADI 的 AD8410AR-EVALZ 評估板(圖片來源：Analog Devices, Inc.)

透過這些評估板，設計人員就可在實際環境中，探索 AD8410 和 AD8411 電流感測放大器的特性和優勢。可將最大標準尺寸 2818 的分流器焊接到板件上，並可選擇操作模式，以便進行單向或雙向電流感測。

結論

ADI 的 AD8410 和 AD8411 電流感測放大器是多功能且高效能的裝置，可用於需要精確可靠電流測量的眾多應用。這些放大器支援高側和低側電流感測應用，可針對需要精密和完備電流監測、低偏移電壓、低漂移、大頻寬和高共模拒斥比的電子產品，協助其提升其效率、安全與可靠度。