AD8417WBRZ

双向、零漂移、电流检测放大器 AD8417 产品特性 概述 失调漂移：0.1 µV/°C(典型值) AD8417是一款高压、高分辨率电流检测放大器。设定初始 失调电压：±400 µV(最大值，全温度范围) 增益为60 V/V，在整个温度范围内的最大增益误差为±0.3%。 电源工作范围：2.7 V至5.5 V 缓冲输出电压可以直接与任何典型转换器连接。AD8417在 集成EMI滤波器 输入共模电压处于−2 V至+70 V范围时，具有出色的输入共 高输入共模电压范围 模抑制性能；它能够在采样电阻上进行双向电流的测量， −2 V至+70 V(连续) 适合各种汽车和工业应用，包括电机控制、电源管理和电 −4 V至+85 V(可恢复) 磁阀控制等。 初始增益 = 60 V/V 宽工作温度范围：−40°C至+125°C 在−40°C至+125°C的整个温度范围内，AD8417都能提供极 双向操作 佳的性能。它采用零漂移内核，在整个工作温度范围和共 提供8引脚SOIC和8引脚MSOP封装 模电压范围内，失调漂移典型值为0.1 µV/°C。AD8417通过 共模抑制比(CMRR)：86 dB，直流至10 kHz 汽车应用认证。该器件集成EMI滤波器和专利电路，在脉 通过汽车应用认证 冲宽度调制(PWM)类输入共模电压下具有高输出精度。输 应用 入失调电压的典型值为±200 µV。AD8417提供8引脚MSOP和 SOIC两种封装。 高边电流检测 电机控制 表1. 相关器件 电磁阀控制 产品型号 AD8205 AD8206 AD8207 AD8210 AD8418A 电源管理 低边电流检测 诊断保护 说明 电流检测放大器，增益= 50 电流检测放大器，增益= 20 高精度电流检测放大器，增益= 20 高速电流检测放大器，增益= 20 高精度电流检测放大器，增益= 20 功能框图 VCM = –2V TO +70V VS = 2.7V TO 5.5V 70V VREF 1 VS AD8417 VCM +IN ISHUNT EMI FILTER OUT G = 60 RSHUNT 50A VOUT + 0V –IN VS VS/2 EMI FILTER – ISHUNT –50A 11882-001 0V VREF 2 GND 图1. Rev. 0 Document Feedback Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 ©2013 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Technical Support www.analog.com ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 AD8417 目录 产品特性 .............................................................................................1 单向操作......................................................................................11 应用......................................................................................................1 双向操作......................................................................................11 概述......................................................................................................1 采用外部基准电压源的输出...................................................12 功能框图 .............................................................................................1 平分电源......................................................................................12 修订历史 .............................................................................................2 平分外部基准电压源................................................................12 技术规格 .............................................................................................3 应用信息 ...........................................................................................13 绝对最大额定值................................................................................4 电机控制......................................................................................13 ESD警告.........................................................................................4 电磁阀控制 .................................................................................14 引脚配置和功能描述 .......................................................................5 外形尺寸 ...........................................................................................15 典型性能参数 ....................................................................................6 订购指南......................................................................................16 工作原理 ...........................................................................................10 汽车应用产品 .............................................................................16 输出偏移调整 ..................................................................................11 修订历史 2013年11月—修订版0：初始版 Rev. 0 | Page 2 of 16 AD8417 技术规格 除非另有说明，TA = −40°C至+125°C(工作温度范围)，VS = 5 V。 表2. 参数 增益 初始 全温度范围内的误差 增益与温度的关系 失调电压 失调电压(折合到输入端，RTI) 全温度范围(RTI) 失调漂移 输入 输入偏置电流 输入电压范围 共模抑制比(CMRR) 输出 输出电压范围 输出电阻 动态响应 小信号−3 dB带宽 压摆率 噪声 0.1 Hz至10 Hz (RTI) 频谱密度、1 kHz (RTI) 偏移调整 比率精度1 精度(折合到输出端，RTO) 输出偏移调整范围 电源 工作范围 整个温度范围内的静态电流 电源抑制比 温度范围 额定性能 1 测试条件/注释 最小值 典型值 最大值 60 额定温度范围 −10 25°C 额定温度范围 ±0.3 +10 V/V % ppm/°C ±400 +0.4 µV µV µV/°C ±200 −0.4 +0.1 130 共模，连续 额定温度范围，f = DC f = dc至10 kHz −2 90 RL = 25 kΩ 0.045 分压器对电源 施加到并联VREF1和VREF2的电压 VS = 5 V 0.499 0.045 2.7 VOUT = 0.1 V dc +70 100 86 VS − 0.035 当VREF1和VREF2用作电源之间的分压器时，偏移调整与电源成比率关系。 Rev. 0 | Page 3 of 16 −40 µA V dB dB 2 V Ω 250 1 kHz V/µs 2.3 110 µV p-p nV/√Hz 0.501 ±1 VS − 0.035 V/V mV/V V 5.5 4.1 V mA dB +125 °C 80 工作温度范围 单位 AD8417 绝对最大额定值 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损 表3. 参数 电源电压 输入电压范围 连续 耐压范围 差分输入耐压范围 反向电源电压 ESD人体模型(HBM) 工作温度范围 存储温度范围 输出短路持续时间 额定值 6V −2 V至+70 V −4 V至+85 V ±5.5 V 0.3 V ±2000 V −40°C至+125°C −65°C至+150°C 未定 坏。这只是额定最值，不表示在这些条件下或者在任何其 它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，器件能 够正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器 件的可靠性。 ESD警告 ESD(静电放电)敏感器件。 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放 电。尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇 到高能量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采 取适当的ESD防范措施，以避免器件性能下降或功 能丧失。 Rev. 0 | Page 4 of 16 AD8417 引脚配置和功能描述 VREF 2 3 NC 4 8 +IN AD8417 7 TOP VIEW (Not to Scale) VREF 1 6 VS 5 OUT NC = NO CONNECT. DO NOT CONNECT TO THIS PIN. 11882-002 –IN 1 GND 2 图2. 引脚配置 表4. 引脚功能描述 引脚编号 1 2 3 4 5 6 7 8 引脚名称 −IN GND VREF2 NC OUT VS VREF1 +IN 说明 负输入。 地。 基准电压输入2。 不连接。请勿连接该引脚。 输出。 电源电压。 基准电压输入1。 正输入。 Rev. 0 | Page 5 of 16 AD8417 典型性能参数 14 50 40 12 20 GAIN (dB) OFFSET VOLTAGE (µV) 30 10 8 6 10 0 –10 4 –20 2 5 –10 20 35 50 65 80 95 110 125 TEMPERATURE (°C) –40 1000 100k 1M 10M FREQUENCY (Hz) 图6. 典型小信号带宽(VOUT = 200 mV p-p) 图3. 典型失调电压漂移与温度的关系 120 10 9 TOTAL OUTPUT ERROR (%) 110 100 CMRR (dB) 10k 11882-006 –25 11882-003 0 –40 –30 90 80 70 60 8 7 6 5 4 3 2 1k 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 0 11882-004 100 0 20 25 30 35 40 0.5 NORMALIZED AT 25°C BIAS CURRENT PER INPUT PIN (mA) 0.4 300 200 100 0 –100 –200 –300 –400 0.3 +IN 0.2 0.1 0 –IN –0.1 –0.2 –0.3 –0.4 –10 5 20 35 50 65 80 95 TEMPERATURE (°C) 110 125 –0.5 VS = 2.7V –4 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 VCM (V) 图8. 每个输入引脚的偏置电流与共模电压(VCM )的关系 图5. 典型增益误差与温度的关系 Rev. 0 | Page 6 of 16 11882-008 –25 11882-005 GAIN ERROR (µV/V) 15 图7. 总输出误差与差分输入电压的关系 400 –500 –40 10 DIFFERENTIAL INPUT VOLTAGE (mV) 图4. 典型CMRR与频率的关系 500 5 11882-007 1 50 10 AD8417 4.5 VS = 5V VS = 2.7V 25mV/DIV 3.5 INPUT 3.0 2.5 1V/DIV 2.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V) VS = 2.7V 11882-009 1.0 –5 TIME (1µs/DIV) 11882-012 OUTPUT 1.5 图12. 下降时间(VS = 2.7 V) 图9. 电源电流与输入共模电压的关系 INPUT 25mV/DIV INPUT 25mV/DIV OUTPUT OUTPUT 500mV/DIV TIME (1µs/DIV) VS = 5V 11882-010 VS = 2.7V TIME (1µs/DIV) 图10. 上升时间(VS = 2.7 V) 11882-013 1V/DIV 图13. 下降时间(VS = 5 V) INPUT 25mV/DIV 25mV/DIV INPUT OUTPUT 500mV/DIV OUTPUT VS = 2.7V TIME (1µs/DIV) 图11. 上升时间(VS = 5 V) 图14. 差分过载恢复时间(上升，VS = 2.7 V) Rev. 0 | Page 7 of 16 11882-014 VS = 5V TIME (1µs/DIV) 1V/DIV 11882-011 SUPPLY CURRENT (mA) 4.0 AD8417 INPUT 50mV/DIV OUTPUT 100mV/DIV OUTPUT INPUT COMMON MODE 2V/DIV 11882-018 VS = 5V TIME (1µs/DIV) 11882-015 40V/DIV TIME (4 µs/DIV) 图15. 差分过载恢复时间(上升，VS = 5 V) 图18. 输入共模阶跃响应(VS = 5 V，输入短路) INPUT 1V/DIV VS = 2.7V TIME (1µs/DIV) 35 30 5V 25 2.7V 20 15 10 5 0 –40 11882-016 OUTPUT 40 –25 图16. 差分过载恢复时间(下降，VS = 2.7 V) –10 5 20 35 50 65 80 95 110 125 11882-019 25mV/DIV 110 125 11882-020 MAXIMUM OUTPUT SINK CURRENT (mA) 45 图19. 最大输出吸电流与温度的关系 MAXIMUM OUTPUT SOURCE CURRENT (mA) 40 50mV/DIV INPUT 2V/DIV VS = 5V TIME (1µs/DIV) 30 5V 25 图17. 差分过载恢复时间(下降，VS = 5 V) 2.7V 20 15 10 5 0 –40 11882-017 OUTPUT 35 –25 –10 5 20 35 50 65 80 95 图20. 最大输出源电流与温度的关系 Rev. 0 | Page 8 of 16 AD8417 0 0.15 NORMALIZED AT 25°C OUTPUT VOLTAGE RANGE FROM POSITIVE RAIL (mV) –50 0.10 –100 –150 CMRR (µV/V) 0.05 –200 –250 –300 0 –0.05 –350 –400 –0.10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 OUTPUT SOURCE CURRENT (mA) –0.15 –40 –25 –10 5 20 35 50 65 80 95 110 125 11882-024 0 8 11882-125 –500 11882-021 –450 图24. CMRR与温度的关系 图21. 输出电压距离正电源轨的范围与输出源电流的关系 300 250 2100 1800 200 HITS 1500 150 600 50 0 300 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 OUTPUT SINK CURRENT (mA) 图22. 输出电压距离地的范围与输出吸电流的关系 1800 1500 –40°C +25°C +125°C 900 600 –300 –200 –100 0 100 VOSI WITH VCC = 5.0V (µV) 200 300 400 11882-023 300 0 –400 0 –8 –6 –4 –2 0 2 4 GAIN ERROR DRIFT (ppm/°C) 图25. 增益误差漂移分布图 1200 HITS 1200 900 100 11882-022 OUTPUT VOLTAGE RANGE FROM POSITIVE RAIL (mV) 2400 图23. 失调电压分布 Rev. 0 | Page 9 of 16 6 AD8417 工作原理 AD8417是一款单电源、零漂移差动放大器，采用独特的架 基准输入VREF1和VREF2通过100 kΩ电阻连接到主放大器的正 构，可在快速变化的共模电压情况下精确放大小的差分输 输入端，输出偏移可调整到输出工作范围的任意位置。当 入电压。 基准引脚并联使用时，从基准引脚到输出的增益为1 V/V。 当基准引脚用作电源分压器时，增益为0.5 V/V。 在典型应用中，AD8417以60 V/V的增益放大连接到其输入 端的采样电阻上的电压，从而测量电流(参见图26)。 AD8417不仅提供突破性的性能，而且能够充分满足电磁阀 AD8417设计用于提供出色的共模抑制性能，即便是在以极 或电机控制的典型应用需求。抑制PWM输入共模电压的 能力和提供低失调、低漂移的零漂移架构，使得AD8417能 快速率(例如1 V/ns)改变的PWM共模输入情况下。AD8417 够为这些高要求应用提供最高的精度。 包含专利技术，可消除如此快速变化的外部共模输入的不 利影响。 AD8417的输入失调漂移小于0.4 µV/°C，这一性能是通过新 颖的零漂移架构实现的，但它并不影响带宽(额定值通常为 250 kHz)。 VCM = –2V TO +70V VS = 2.7V TO 5.5V 70V VS AD8417 VCM +IN 0V ISHUNT EMI FILTER VOUT OUT G = 60 –IN VS + RSHUNT 50A VREF 1 VS/2 EMI FILTER – ISHUNT –50A 图26. 典型应用 Rev. 0 | Page 10 of 16 VREF 2 11882-225 0V GND AD8417 输出偏移调整 AD8417的输出可针对单向或双向操作进行调整。 以VS为参考的输出模式 两个基准引脚均接正电源时，器件便在以VS为参考的输出 单向操作 单向操作允许AD8417测量采样电阻中沿一个方向流动的电 流。单向操作的基本模式有以地为参考的输出模式和以VS 模式下工作。在电源供电给负载前，当诊断方案要求检测 放大器和接线时，通常使用这种模式(参见图28)。 VS 为参考的输出模式。 对于单向操作，当差分输入为0 V时，输出可以设置在负电 AD8417 源轨(接近地)或正电源轨(接近VS)。施加正确极性的差分输 R4 入电压时，输出移向相反的电源轨。差分输入的极性要求 –IN 取决于输出电压设置。如果输出设置在正电源轨，输入极 +IN 性必须为负才能降低输出。如果输出设置在地，输入极性 R1 – OUT + R2 VREF 1 R3 必须为正才能提高输出。 以地为参考的输出模式 GND 在以地为参考的输出模式下使用AD8417时，两路基准输入均 接地，当差分输入为0 V时，输出落在负电源轨(参见图27)。 11882-026 VREF 2 图28. 以VS 为参考的输出 双向操作 VS 双操作允许AD8417测量采样电阻中沿两个方向流动的 电流。 AD8417 R4 +IN R1 这种情况下，输出看设置在输出范围内的任意位置。通 – OUT 常，它设置在半量程处，使得两个方向的范围相同。但在 某些情况下，如果双向电流是不对称的，可将其设置为非 + R2 VREF 1 R3 半量程的电压。 VREF 2 输出调整通过施加电压于基准输入来实现。VREF1和VREF2连 接到与内部偏移节点相连的内部电阻。引脚之间在操作上 无差别。 GND 11882-025 –IN 图27. 以地为参考的输出 Rev. 0 | Page 11 of 16 AD8417 VS 采用外部基准电压源的输出 将两个基准引脚连在一起，然后连接到一个基准电压源， 当无差分输入时，所产生的输出等于基准电压(参见图29)。 AD8417 R4 当输入相对于−IN引脚为负时，输出从基准电压降低；当 –IN 输入相对于−IN引脚为正时，输出从基准电压提高。 +IN VS R1 – OUT + R2 VREF 1 R3 VREF 2 R4 –IN +IN R1 11882-028 AD8417 GND – OUT 图30. 平分电源 + R2 平分外部基准电压源 VREF 1 R3 内部基准电阻可用来将外部基准电压源降低一半，分压精 2.5V GND 11882-027 VREF 2 度约为0.5%。平分外部基准电压源的做法是将一个VREFx引 脚连接到地，将另一个VREFx引脚连接到该基准电压源(参见 图31)。 图29. 采用外部基准电压源的输出 平分电源 VS 将一个基准引脚连接到VS，将另一个基准引脚连接到地引 脚，当无差分输入时，输出设置在电源的一半处(参见图 AD8417 30)。这种配置的好处是，对于双向电流测量，输出偏移不 接到地引脚时，将产生与电源成比例的半量程偏移。这意 +IN 味着，如果电源提高或降低，输出仍然是电源的一半。例 R1 – OUT + R2 VREF 1 R3 如，如果电源为5.0 V，输出将是半量程或2.5 V；如果电源 VREF 2 提高10%(至5.5 V)，输出将提高到2.75 V。 GND 图31. 平分外部基准电压源 Rev. 0 | Page 12 of 16 5V 11882-029 需要外部基准电压源。一个基准引脚连接到VS，另一个连 R4 –IN AD8417 应用信息 电机控制 运算放大器更好的解决方案，因为在此类应用中，地通常 三相电机控制 不是稳定的参考电压。采用以地参考的简单运算放大器进 AD8417非常适合监控三相电机应用的电流。 行测量时，地参考的不稳定性会导致测量不精确。随着H AD8417具有250 kHz的典型带宽，可监控瞬时电流。此外， 其典型失调漂移低至0.1 µV/°C，这意味着在整个温度范围 内，两个电机相位之间的测量误差非常小。AD8417可抑制 电桥切换，电机改变方向，AD8417可测量两个方向上的电 流。AD8417的输出配置为采用外部基准电压源的双向模式 (参见“双向操作”部分)。 −2 V到+70 V(采用5 V电源)范围内的PWM输入共模电压。 通过监控电机相位的电流，可在任意点对电流进行采样， CONTROLLER 5V 并提供诸如短路到GND或电池之类的信息。采用AD8417 +IN MOTOR 的典型相位电流测量设置参见图33。 VREF 1 VS OUT AD8417 SHUNT H电桥电机控制 –IN GND VREF 2 NC AD8417的另一种典型应用是构成H电桥电机控制环路的一 11882-030 2.5V 部分。这种情况下，采样电阻置于H电桥的中间，利用电 机提供的采样电阻，便可精确测量两个方向上的电流(参见 图32. H电桥电机控制 图32)。使用放大器和该位置的采样电阻是比以地为参考的 V+ IU IV IW M 5V 5V V– OPTIONAL DEVICE FOR OVERCURRENT PROTECTION AND FAST (DIRECT) SHUTDOWN OF POWER STAGE INTERFACE CIRCUIT AD8417 AD8417 CONTROLLER BIDIRECTIONAL CURRENT MEASUREMENT REJECTION OF HIGH PWM COMMON-MODE VOLTAGE (–2V TO +70V) AMPLIFICATION HIGH OUTPUT DRIVE 图33. 三相电机控制 Rev. 0 | Page 13 of 16 11882-031 AD8214 5V AD8417 + BATTERY 参考。将一个感性负载(电磁阀)连接到电源，并将一个采 +IN 对于带低边开关的高边电流检测，PWM控制开关以地为 VREF 1 SWITCH VS 带低边开关的高边电流检测 7 8 OUT 5V 电磁阀控制 6 OUTPUT 5 – 样电阻连接在开关和负载之间(参见图34)。将采样电阻放 在高边的好处是可以测量全部电流，包括循环电流，因为 AD8417 SHUNT 当开关断开时，采样电阻仍在环路内。此外，高边采样电 2 在该电路配置中，当开关闭合时，共模电压降低至负轨 GND –IN 1 3 4 NC INDUCTIVE LOAD VREF2 CLAMP DIODE 阻还能检测短路接地，从而增强诊断能力。 电压被箝位二极管保持在比电池电压高一个二极管压降 NC = NO CONNECT. 的电平。 图35. 高边开关 8 7 高轨电流检测 OUT 在高轨电流检测配置中，采样电阻以电池为参考。电流检 VS INDUCTIVE LOAD VREF 1 + CLAMP DIODE +IN 5V BATTERY 11882-033 附近。当开关断开时，感性负载上的电压反向导致共模 OUTPUT 测放大器的输入端存在高压。当采样电阻以电池为参考 5 6 时，AD8417产生以地为基准的线性模拟输出。此外， – AD8214可在短至100 ns的时间内提供过流检测信号(参见图 AD8417 SHUNT 36)。对于过流条件下必须快速关断的大电流系统，该特性 很有用。 NC GND 11882-032 8 NC = NO CONNECT. 7 OUT 4 –IN 3 NC 2 VREF 2 –IN 1 GND SWITCH OVERCURRENT DETECTION (