ローサイド電流検出 | ハイサイド電流検出
1. ハイサイド電流検出の設計例
S-19630AとR1～R2、N-ch MOSFET(以下MOSFETと記載)でハイサイド電流検出回路を構成します。
電流センサの設計仕様
- シャント抵抗値RSHUNT:
1mΩ - 電流検出範囲:
IDET = 0A ～ 20A - 電流検出精度
オフセットエラー:
±0.1A以下（IDET=0A時）
ゲインエラー:
±0.5%以下（IDET=20A時±0.1A以下） - 電流検出周波数:
50kHz以上 - S-19630A電源電圧VDD:
12.0V - S-19630A利得帯域幅積GBP:
1.2MHz - MOSFETの入力容量Ciss （S-19630A負荷容量CL1）:
20pF - MOSFETの順伝達アドミタンス|Yfs|:
50mS（ドレイン電流=10mA条件） - MOSFETソースOUTAの電圧（IDET=0A時）:
0.0V - マイコンADコンバータ測定レンジ:
0V～5.0V - 入力部ノイズ除去フィルタ カットオフ周波数Fc1:
10MHz - マイコンADコンバータ入力部フィルタ カットオフ周波数Fc2:
10kHz
設計手順
設計手順1．ゲインの設定
MOSFETソースOUTAの電圧がIDET=0A時0.0V、IDET=20A時4.5Vとなるようにゲインを設定します
ゲイン＝(4.5V-0.0V)/(20mV-0mV)＝225倍
また設定したゲイン(225倍)、S-19630A利得帯域幅積(1.2MHz)より電流検出周波数は5.3kHzとなります。
設計手順2．R1、R2の設定
ゲインからR1、R2を設定します。
R1は、MOSFETのドレイン電流の大きさを考慮して適当な抵抗値に設定します。
今回はIDET＝20A時にドレイン電流が170μAとなる120Ωとします。すると、R2＝120Ω×225倍＝27kΩとなります。
設計手順3．達成すべき電流検出精度よりR1、R2の抵抗比精度を選択します。
比精度0.5%選択時のオフセットエラー=0.05A、ゲインエラー＝±1.0% ： ×
比精度0.1%選択時のオフセットエラー＝0.05A、ゲインエラー＝±0.2%： 〇
電流検出精度の仕様より比精度0.1%の抵抗を選択します。
設計手順4．入力部ノイズ除去フィルタの定数（R11、R12、C11、C12）の設定
ノイズ除去フィルタ カットオフ周波数Fc1(10MHz)、R11=R12=120ΩよりC11、C12を設定します。
Fc1=1/(2×π×R11×C11) より
C11=C12＝1/(2×π×R11×Fc)= 1/(2×π×120×10k)=150pF
設計手順5．マイコンADコンバータ入力部フィルタの定数（R3、C1）の設定
ADコンバータ入力部フィルタ カットオフ周波数Fc2(10kHz)よりR3、C1を設定します。
Fc2=1/(2×π×R3×C1) よりR3=120Ω、C1＝0.15μF
設計手順6．S-19630Aの発振対策
①発振対策1
ゲインの設定および出力端子OUTの負荷容量CL1（MOSFETの入力容量Ciss）の設定によっては発振対策が必要となります。
S-19630Aデータシート記載の最大負荷容量CL(470pF)とは、ゲインの設定が1倍の時に出力端子に接続しても安定動作をする負荷容量の最大値のことです。最大負荷容量CLは以下の式の通り、ゲインの設定によって変わります。
CL＝470pF×ゲイン
S-19630A負荷容量CL1＞CLとなる場合は、発振対策が必要です。
本設計例では、
CL1=20pF
CL=470pF×225倍＝0.11μF
であるため、CL1＜CLとなり発振対策は不要です。
②発振対策2
ゲインの設定およびR11(=R12)とC11(=C12)の設定によっては発振対策が必要となります。
発振対策が必要となる条件は以下の式の通りです。
R11×C11＞(ゲイン)／(2π×1.2MHz×10)
本設計例では、
R11×C11=120×150p=18n
(ゲイン)／(2π×1.2MHz×10)=3μ
であるため、R11×C11＜(ゲイン)／(2π×1.2MHz×10)となり発振対策は不要です。
※発振安定性の確認方法
発振安定性の確認は、出力端子OUTの信号波形をオシロスコープで確認することを推奨します。
OUTの信号をフィルタに通した後の信号波形を確認した場合や、OUTの信号を電圧計で電圧計測した場合（平均化処理をした場合）は発振安定性を正しく確認できない場合がありますので注意が必要です。
エイブリックのオペアンプ製品では、お客様の回路設計段階での回路シミュレーションサービスのご提供など回路設計についてのご相談を承っております。お気軽に販売窓口までお問い合わせ下さい。
電流センサの設計結果
- シャント抵抗値RSHUNT:
1mΩ - 電流検出範囲:
IDET = 0A ～ 20A - ゲイン:
225倍 - MOSFETソースOUTAの電圧:
0.5V（IDET=0A時）、4.5V（IDET=20A時） - 電流検出精度
オフセットエラー:
±0.05A 以下（IDET=0A時）
ゲインエラー:
±0.2% 以下（IDET=20A時±0.04A以下） - 電流検出周波数:
5.3kHz - 過渡応答特性（IDET 0Aから20Aへと変化した場合のOUTA電圧波形）
