设计目标

设计说明

此单电源低侧电流检测解决方案可以精确地检测 10μA 至 10mA 的负载电流。实施了独特而简单的增益开关网络，以准确测量三十倍频的负载电流范围。

设计注意事项

1. 使用最大分流电阻，以最大限度地减小在最小负载电流下的相对误差。
2. 针对 R₁、R₂、R₃ 和 R₄ 选择 0.1% 容差电阻器，以实现大约 0.1% 的 FSR 增益误差。
3. 使用低导通电阻 (R_on) 开关，以最大限度地减小与反馈电阻的相互作用，保持增益精度。
4. 最大限度地减小 INA326 增益设置引脚上的电容。
5. 根据增益误差规格缩放线性输出摆幅。

设计步骤

1. 定义满标量程分流电阻。
   ${\mathrm{R}}_1=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{iMax}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{iMax}}}=\frac{250\mathrm{mV}}{10\mathrm{mA}}=25\mathrm{\Omega }$
2. 选择用于设置输出范围的增益电阻器。
   ${\mathrm{G}}_{\mathrm{IiMax}}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMax}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{iMax}}}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMax}}}{{\mathrm{R}}_1\times {\mathrm{I}}_{\mathrm{iMax}}}=\frac{4.9\mathrm{V}}{25\mathrm{\Omega }\times 10\mathrm{mA}}=19.6\frac{\mathrm{V}}{\mathrm{V}}$
   ${\mathrm{G}}_{\mathrm{IiMin}}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMin}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{iMin}}}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{oMin}}}{{\mathrm{R}}_1\times {\mathrm{I}}_{\mathrm{iMin}}}=\frac{100\mathrm{mV}}{25\mathrm{\Omega }\times 10\mathrm{\mu A}}=400\frac{\mathrm{V}}{\mathrm{V}}$
   ${\mathrm{R}}_2=\frac{{\mathrm{R}}_4\times {\mathrm{G}}_{\mathrm{IiMin}}}{2}=\frac{50\mathrm{k\Omega }\times 400\frac{\mathrm{V}}{\mathrm{V}}}{2}=10\mathrm{M\Omega }$
   ${\mathrm{R}}_2\parallel {\mathrm{R}}_3=\frac{{\mathrm{R}}_4\times {\mathrm{G}}_{\mathrm{IiMax}}}{2}=\frac{50\mathrm{k\Omega }\times 19.6\frac{\mathrm{V}}{\mathrm{V}}}{2}=490\mathrm{k\Omega }$
   ${\mathrm{R}}_3=\frac{490\mathrm{k\Omega }\times {\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_2-490\mathrm{k\Omega }}=515.25\mathrm{k\Omega }\approx 511\mathrm{k\Omega }\mathrm{}\text{ （标准值）}$
3. 选择用于输出滤波器的电容器。
   ${\mathrm{f}}_{\mathrm{p}}=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_5\times {\mathrm{C}}_4}=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times 100\mathrm{\Omega }\times 1 \mathrm{\mu F}}=1.59\mathrm{kHz}$
4. 选择用于增益和滤波网络的电容器。
   ${\mathrm{C}}_2=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_2\times {\mathrm{f}}_{\mathrm{p}}}=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times 10\mathrm{M\Omega }\times 1.59\mathrm{kHz}}=10\mathrm{pF}$
   $\begin{array}{l}{\mathrm{C}}_3=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times \left({\mathrm{R}}_2\left|\right|{\mathrm{R}}_3\right)\times {\mathrm{f}}_{\mathrm{p}}}-{\mathrm{C}}_2=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times \left(10\mathrm{M\Omega }\left|\right|511\mathrm{k\Omega }\right)\times 1.59\mathrm{kHz}}-10\mathrm{pF}\\ \end{array}$
   ${\mathrm{C}}_3=196\mathrm{pF}\approx 194\mathrm{pF}\text{ (Standard Value)}$

设计仿真

直流仿真结果

交流仿真结果

设计参考资料

有关 TI 综合电路库的信息，请参阅模拟工程师电路手册。

请参阅电路 SPICE 仿真文件 SBOC498。

请参阅 TIPD104 电流检测解决方案、10µA 至 10mA、低侧、单电源。

设计采用的运算放大器