电流监测器件INA139/INA169

INA139及INA169都是电流监测器件，其输出电压与监测的电流成比例。该两器件的主要特点是：完全的单极高端电流测量电路；宽的电源电压及共模范围（INA139为2.7V～40V ；INA169为 2.7V～60V）；电源电压和输入共模电压是独立的；可外接一个电阻来设定放大器的增益；静态电流低，典型值为60μA；小尺寸SOT23-5封装；工作温度范围为-40℃～+85℃。

此两器件主要应用于汽车、电话、计算机中的电流监测、便携式及电池备用系统、电池充电器、功率测量、蜂窝电话、精密电流源等。

INA139及INA169的管脚排列如图1所示，各管脚功能见附表。

INA139及INA169的典型应用电路如图2所示。图中V\(_{IN}\)+是供给负载的电源，V\(_{+}\)是供给器件内部电路用的电源。R\(_{S}\)是电流检测电阻，I\(_{S}\)是被监测的负载电流。I\(_{S}\)流过R\(_{S}\)，在R\(_{S}\)上产生一个电压降V\(_{SENSE}\)，V\(_{SENSE}\)=I\(_{S}\)×R\(_{S}\)，此电压输入器件内作为电流检测信号。经内部运放放大输出与I\(_{S}\)成比例的电压信号。输出电压V\(_{O}\)与I\(_{S}\)、R\(_{S}\)及放大器的增益G有关。增益G与内部的1kΩ电阻及外接R\(_{L}\)有关，其关系式为：

G=R\(_{L}\)/1kΩ

则输出电压V\(_{O}\)=I\(_{S}\)·R\(_{S}\)·R\(_{L}\)/1kΩ。选择不同的R\(_{L}\)值，可获得不同输出电压。

INA139及INA169的资料中规定：V\(_{SENSE}\)的典型值是100，最大值是500；INA139的共模电压范围是2.7～40V，INA169为2.7～60V；其共模抑制比在V\(_{SENSE}\)=50mV时分别为115dB（典型值）及120dB（典型值）； 在V\(_{SENSE}\)=10～150mV内，非线性误差典型值为±0.01％（最大值为±0.1％）；总的输出误差（V\(_{SENSE}\)=100mV） 典型值为±0.5％（最大值为±2％）；V\(_{O}\)的输出摆幅为（V\(_{+}\)）-0.9V（典型值）；带宽与R\(_{OUT}\)有关，R\(_{OUT}\)=10kΩ时，典型值为440kHz；R\(_{OUT}\)=20kΩ时，带宽典型值为220kHz；输出电流噪声密度典型值为20pA√\(\sqrt{Hz}\)；静态电流典型值为60μA（最大值为125μA）。

1.V\(_{+}\)的选取

V\(_{+}\)的电压可以是独立的（与V\(_{IN}\)+无关），例如，V\(_{IN}\)+=36V，V\(_{+}\)取5V；但也可以V\(_{+}\)与V\(_{IN}\)+用同一电压，即V\(_{+}\)连接到V\(_{IN}\)+端。但要注意的是，输出电压V\(_{O}\)与V\(_{+}\)是有关的。必须满足如下的条件：V\(_{O（max）}\)=（V\(_{+}\)）-0.7V-（V\(_{SENSE}\)）或V\(_{O（max）}\)=（V\(_{IN}\)-）-0.5V

一般V\(_{O}\)往往输入微处理器的ADC（或经ADC后输入微处理器），若一般的微处理器工作电压为+5V，V\(_{+}\)一般也用5V。若V\(_{O}\)过大时可适当减小增益RL值。

2.R\(_{S}\)及R\(_{L}\)的选择

R\(_{S}\)是检测电流I\(_{S}\)的电阻（有专用的检测电阻），一般使V\(_{SENSE}\)=50～100mV。即I\(_{smax}\)已知时，选择R\(_{S}\)值使它满足上式。为减少压降（R\(_{S}\)上的损失）R\(_{S}\)应取得小一些（一般R\(_{S}\)=0.01Ω～0.05Ω）。

R\(_{L}\)决定增益G，G=R\(_{L}\)/1k。可以根据ADC的输入电压范围来选择R\(_{L}\)，使I\(_{S}\)在最大时也在ADC输入电压范围之内。G一般可在1～100之间选取。R\(_{L}\)应采用精度1％的金属膜电阻。

3.R\(_{S}\)与印制板走线关系

为提高测量精度，要采用专门的采样电阻（2W）及较高的精度（0.05％）。在设计印制板时，尽量使走线短，防止产生附加的电阻误差。

4.与ADC连接

INA139或INA169的输出阻抗较高，若与ADC连接时，加一个电压跟随器，可避免因输入阻抗低而影响测量精度，如图3所示。

已知供负载的电源电压为26V，最大负载电流为5A，采用INA139来监测负载电流。试确定有关参数。

现设V\(_{SENSE}\)=100mV，则R\(_{S}\)= V\(_{SENSE}\)/I\(_{smax}\)= 100mV/5A =0.02Ω

设OUT输出电压在I\(_{S}\)=5A时，V\(_{O}\)≤4.0V，则R\(_{L}\)可按下式求出

R\(_{L}\)=V\(_{O}\)×1k /（R\(_{S}\)×I\(_{S（max）}\)）=4V×1k /（0.02Ω×5A）=40kΩ

则R\(_{L}\)可选用39kΩ（精度为1％）的金属膜电阻。而V\(_{+}\)可取5V即可。

现有的电流检测电阻有0.01Ω、0.02Ω、0.03Ω、0.04Ω等。选择时要考虑电阻上的压降损耗及电阻值的标准化。如计算出来的电阻RS=0.024Ω，可取值0.02Ω或0.03Ω标准电阻值。同样，R\(_{L}\)也应取标准值（如计算为40kΩ时取39kΩ）。

若INA139的输出要与ADC连接，则输出电压必须在ADC的输入电压范围内。例如5V工作电压的ADC，其最大输入电压为4.8V，则INA139输出最大电压为3.9V是合适的，并且符合V\(_{O}\)与V\(_{+}\)的要求。

文/戴维德

编者注：
INA139/INA169的详细资料见http：//focus.ti.com/lit/ds/symlink/ina169.pdf。