INA168高側電流分流監控器中文技術詳解

一、產品概述

INA168是德州儀器（Texas Instruments）推出的一款高側單極電流分流監控器，專為高精度電流測量設計。其核心功能是將差分輸入電壓轉換為電流輸出，并通過外部負載電阻實現電壓輸出，增益可調范圍覆蓋1至100以上。該器件采用SOT-23-5小型封裝，具備寬輸入共模電壓范圍（2.7V至60V）、低靜態電流（25μA典型值）及-40°C至+125°C的寬溫工作范圍，適用于汽車電子、工業控制、電池管理、便攜設備等場景。其高共模抑制比（CMRR≥100dB）和低輸入失調電壓（±1mV最大值）確保了測量精度，而單電阻增益設定方式簡化了電路設計，成為高側電流檢測領域的經典解決方案。

二、核心特性解析

1. 寬輸入共模電壓范圍

INA168支持2.7V至60V的輸入共模電壓，遠超同類產品（如INA138的36V上限）。這一特性使其能夠直接連接至高電壓系統（如48V工業總線、汽車電池組），無需額外電壓轉換電路。例如，在電動汽車的電池管理系統中，INA168可實時監測高壓電池組的充放電電流，同時避免因共模電壓過高導致的測量誤差。其獨立電源與輸入共模電壓設計，允許電源端與分流電阻任意側連接，進一步提升了電路設計的靈活性。

2. 超低靜態電流與低功耗

典型靜態電流僅為25μA，在休眠模式下可降至10μA以下，適用于對功耗敏感的便攜設備（如智能手表、無線傳感器節點）。以智能手環為例，INA168可連續監測電池電流而無需頻繁喚醒主控芯片，顯著延長續航時間。此外，其低功耗特性也符合汽車電子AEC-Q100標準，可在-40°C至+125°C的極端溫度下穩定工作，滿足車載電子的嚴苛要求。

3. 高精度與增益可調性

通過外部負載電阻（RL）可靈活設置增益，計算公式為：

其中，ISENSE為被測電流，RSHUNT為分流電阻阻值。例如，當RL=50kΩ、RSHUNT=10mΩ時，增益為10，可實現100mV/A的輸出電壓。增益誤差典型值為±2%，溫度漂移低于100ppm/°C，確保了長期穩定性。

4. 小型化封裝與高可靠性

采用SOT-23-5封裝，尺寸僅為2.9mm×1.6mm，適用于高密度PCB布局。其引腳鍍層符合RoHS與REACH標準，MSL等級為Level-2（260°C峰值回流焊溫度），兼容自動化貼片工藝。此外，INA168的抗靜電能力（HBM ESD等級2、CDM ESD等級C6）可有效防止生產過程中的靜電損傷，提升產品良率。

三、典型應用場景

1. 汽車電子：電池管理系統（BMS）

在電動汽車中，INA168可實時監測高壓電池組的充放電電流，結合分流電阻實現毫安級精度測量。例如，某款48V電池組采用10mΩ分流電阻與INA168組合，輸出電壓范圍覆蓋0-5V（對應0-500A電流），通過ADC采樣后送入MCU進行SOC（剩余電量）估算。其60V共模電壓耐受能力可抵御電池組電壓波動，而-40°C至+125°C的工作溫度范圍則適應發動機艙的高溫環境。

2. 工業控制：電機驅動電流監測

在伺服電機驅動器中，INA168可檢測相電流以實現閉環控制。例如，某款三相無刷電機采用三通道INA168分別監測U、V、W相電流，通過隔離ADC采樣后送入DSP進行FOC（磁場定向控制）算法處理。其800kHz帶寬可覆蓋PWM載波頻率（通常為20kHz-100kHz），而低輸入失調電壓（±1mV）確保了電流波形的高保真度。

3. 消費電子：便攜設備電源管理

在智能手機中，INA168可集成于充電管理芯片內部，實時監測充電電流與放電電流。例如，某款快充協議芯片采用INA168實現20A級電流檢測，結合溫度傳感器實現動態功率調整。其低靜態電流（25μA）對續航影響微乎其微，而增益可調性則支持不同快充協議（如PD3.0、QC4.0）的電流閾值設置。

4. 新能源：光伏逆變器MPPT控制

在光伏系統中，INA168可監測光伏板輸出電流以實現最大功率點跟蹤（MPPT）。例如，某款5kW逆變器采用INA168與分流電阻組合，輸出電壓經差分ADC采樣后送入MCU進行擾動觀察法（P&O）控制。其60V共模電壓耐受能力可適配開路電壓達70V的光伏板，而高CMRR（≥100dB）則有效抑制了逆變器開關噪聲的干擾。

四、電路設計指南

1. 分流電阻選型

分流電阻的阻值需權衡功耗與精度：

• 低阻值（如1mΩ）：功耗低，但輸出電壓小，需高精度ADC；

• 高阻值（如100mΩ）：輸出電壓大，但功耗高，可能影響系統效率。
  建議根據應用場景選擇：

• 汽車電子：優先選擇低阻值（5mΩ以下）以降低發熱；

• 消費電子：可選擇中等阻值（10-20mΩ）以平衡成本與精度。

2. 增益電阻計算

增益電阻RL的取值需結合ADC輸入范圍與分流電阻：

例如，若ADC輸入范圍為0-3.3V，分流電阻為10mΩ，最大電流為50A，則：

3. 濾波與抗干擾設計

為抑制高頻噪聲，建議在輸出端添加RC濾波器：

• 截止頻率：fc=2πRLCF1，需低于信號帶寬；

• 推薦值：RL=33kΩ、CF=100pF，對應截止頻率約48kHz。
  此外，PCB布局時需將INA168靠近分流電阻，并縮短走線長度以減少寄生電感。

4. 電源與接地設計

• 電源退耦：在V+引腳添加0.1μF陶瓷電容與10μF鉭電容，抑制電源噪聲；

• 接地策略：采用單點接地，避免地環路干擾；

• 保護電路：在輸入端添加TVS二極管（如SMBJ5.0CA）以防止浪涌電壓。

五、性能參數詳解

六、選型與替代方案

1. 替代型號對比

2. 選型建議

• 高壓應用：優先選擇INA168或INA199；

• 超低功耗：選擇INA199（10μA）；

• 雙向電流檢測：選擇INA240；

• 成本敏感型：選擇INA138。

七、常見問題與解決方案

1. 輸出電壓漂移

• 原因：溫度變化導致輸入失調電壓漂移；

• 解決方案：選擇低溫漂型號（如INA168-Q1），或增加軟件校準。

2. 噪聲干擾

• 原因：高頻開關噪聲耦合至輸出端；

• 解決方案：在輸出端添加RC濾波器，或采用屏蔽走線。

3. 增益非線性

• 原因：分流電阻溫漂導致增益變化；

• 解決方案：選擇低溫漂電阻（如0.1%/°C），或采用四線制連接。

4. 共模抑制不足

• 原因：PCB布局不合理導致地環路干擾；

• 解決方案：采用單點接地，縮短輸入走線長度。

INA168憑借其寬共模電壓范圍、低靜態電流、高精度與小型化封裝，已成為高側電流檢測領域的標桿產品。在電動汽車、工業控制、消費電子等領域，INA168通過優化電路設計與選型，可顯著提升系統性能與可靠性。未來，隨著新能源與物聯網技術的快速發展，INA168有望在更高電壓（如100V）、更低功耗（如5μA）以及集成化方向（如內置ADC）持續迭代，為工程師提供更高效的電流檢測解決方案。