INA168高侧电流分流监控器中文技术详解

一、产品概述

INA168是德州仪器（Texas Instruments）推出的一款高侧单极电流分流监控器，专为高精度电流测量设计。其核心功能是将差分输入电压转换为电流输出，并通过外部负载电阻实现电压输出，增益可调范围覆盖1至100以上。该器件采用SOT-23-5小型封装，具备宽输入共模电压范围（2.7V至60V）、低静态电流（25μA典型值）及-40°C至+125°C的宽温工作范围，适用于汽车电子、工业控制、电池管理、便携设备等场景。其高共模抑制比（CMRR≥100dB）和低输入失调电压（±1mV最大值）确保了测量精度，而单电阻增益设定方式简化了电路设计，成为高侧电流检测领域的经典解决方案。

二、核心特性解析

1. 宽输入共模电压范围

INA168支持2.7V至60V的输入共模电压，远超同类产品（如INA138的36V上限）。这一特性使其能够直接连接至高电压系统（如48V工业总线、汽车电池组），无需额外电压转换电路。例如，在电动汽车的电池管理系统中，INA168可实时监测高压电池组的充放电电流，同时避免因共模电压过高导致的测量误差。其独立电源与输入共模电压设计，允许电源端与分流电阻任意侧连接，进一步提升了电路设计的灵活性。

2. 超低静态电流与低功耗

典型静态电流仅为25μA，在休眠模式下可降至10μA以下，适用于对功耗敏感的便携设备（如智能手表、无线传感器节点）。以智能手环为例，INA168可连续监测电池电流而无需频繁唤醒主控芯片，显著延长续航时间。此外，其低功耗特性也符合汽车电子AEC-Q100标准，可在-40°C至+125°C的极端温度下稳定工作，满足车载电子的严苛要求。

3. 高精度与增益可调性

通过外部负载电阻（RL）可灵活设置增益，计算公式为：

其中，ISENSE为被测电流，RSHUNT为分流电阻阻值。例如，当RL=50kΩ、RSHUNT=10mΩ时，增益为10，可实现100mV/A的输出电压。增益误差典型值为±2%，温度漂移低于100ppm/°C，确保了长期稳定性。

4. 小型化封装与高可靠性

采用SOT-23-5封装，尺寸仅为2.9mm×1.6mm，适用于高密度PCB布局。其引脚镀层符合RoHS与REACH标准，MSL等级为Level-2（260°C峰值回流焊温度），兼容自动化贴片工艺。此外，INA168的抗静电能力（HBM ESD等级2、CDM ESD等级C6）可有效防止生产过程中的静电损伤，提升产品良率。

三、典型应用场景

1. 汽车电子：电池管理系统（BMS）

在电动汽车中，INA168可实时监测高压电池组的充放电电流，结合分流电阻实现毫安级精度测量。例如，某款48V电池组采用10mΩ分流电阻与INA168组合，输出电压范围覆盖0-5V（对应0-500A电流），通过ADC采样后送入MCU进行SOC（剩余电量）估算。其60V共模电压耐受能力可抵御电池组电压波动，而-40°C至+125°C的工作温度范围则适应发动机舱的高温环境。

2. 工业控制：电机驱动电流监测

在伺服电机驱动器中，INA168可检测相电流以实现闭环控制。例如，某款三相无刷电机采用三通道INA168分别监测U、V、W相电流，通过隔离ADC采样后送入DSP进行FOC（磁场定向控制）算法处理。其800kHz带宽可覆盖PWM载波频率（通常为20kHz-100kHz），而低输入失调电压（±1mV）确保了电流波形的高保真度。

3. 消费电子：便携设备电源管理

在智能手机中，INA168可集成于充电管理芯片内部，实时监测充电电流与放电电流。例如，某款快充协议芯片采用INA168实现20A级电流检测，结合温度传感器实现动态功率调整。其低静态电流（25μA）对续航影响微乎其微，而增益可调性则支持不同快充协议（如PD3.0、QC4.0）的电流阈值设置。

4. 新能源：光伏逆变器MPPT控制

在光伏系统中，INA168可监测光伏板输出电流以实现最大功率点跟踪（MPPT）。例如，某款5kW逆变器采用INA168与分流电阻组合，输出电压经差分ADC采样后送入MCU进行扰动观察法（P&O）控制。其60V共模电压耐受能力可适配开路电压达70V的光伏板，而高CMRR（≥100dB）则有效抑制了逆变器开关噪声的干扰。

四、电路设计指南

1. 分流电阻选型

分流电阻的阻值需权衡功耗与精度：

• 低阻值（如1mΩ）：功耗低，但输出电压小，需高精度ADC；

• 高阻值（如100mΩ）：输出电压大，但功耗高，可能影响系统效率。
  建议根据应用场景选择：

• 汽车电子：优先选择低阻值（5mΩ以下）以降低发热；

• 消费电子：可选择中等阻值（10-20mΩ）以平衡成本与精度。

2. 增益电阻计算

增益电阻RL的取值需结合ADC输入范围与分流电阻：

例如，若ADC输入范围为0-3.3V，分流电阻为10mΩ，最大电流为50A，则：

3. 滤波与抗干扰设计

为抑制高频噪声，建议在输出端添加RC滤波器：

• 截止频率：fc=2πRLCF1，需低于信号带宽；

• 推荐值：RL=33kΩ、CF=100pF，对应截止频率约48kHz。
  此外，PCB布局时需将INA168靠近分流电阻，并缩短走线长度以减少寄生电感。

4. 电源与接地设计

• 电源退耦：在V+引脚添加0.1μF陶瓷电容与10μF钽电容，抑制电源噪声；

• 接地策略：采用单点接地，避免地环路干扰；

• 保护电路：在输入端添加TVS二极管（如SMBJ5.0CA）以防止浪涌电压。

五、性能参数详解

六、选型与替代方案

1. 替代型号对比

2. 选型建议

• 高压应用：优先选择INA168或INA199；

• 超低功耗：选择INA199（10μA）；

• 双向电流检测：选择INA240；

• 成本敏感型：选择INA138。

七、常见问题与解决方案

1. 输出电压漂移

• 原因：温度变化导致输入失调电压漂移；

• 解决方案：选择低温漂型号（如INA168-Q1），或增加软件校准。

2. 噪声干扰

• 原因：高频开关噪声耦合至输出端；

• 解决方案：在输出端添加RC滤波器，或采用屏蔽走线。

3. 增益非线性

• 原因：分流电阻温漂导致增益变化；

• 解决方案：选择低温漂电阻（如0.1%/°C），或采用四线制连接。

4. 共模抑制不足

• 原因：PCB布局不合理导致地环路干扰；

• 解决方案：采用单点接地，缩短输入走线长度。

INA168凭借其宽共模电压范围、低静态电流、高精度与小型化封装，已成为高侧电流检测领域的标杆产品。在电动汽车、工业控制、消费电子等领域，INA168通过优化电路设计与选型，可显著提升系统性能与可靠性。未来，随着新能源与物联网技术的快速发展，INA168有望在更高电压（如100V）、更低功耗（如5μA）以及集成化方向（如内置ADC）持续迭代，为工程师提供更高效的电流检测解决方案。