【应用】1V以下单个电池电流感测解决方案：Silicon Labs 0.8V/0.6µA运算放大器TS1001
电流感测放大器可以监测电池或太阳能电池的电流，并有助于估计功率容量和剩余寿命。然而，如果电池或太阳能源是单个电池，则很难找到工作在1V以下且工作电流是微安级的低压解决方案。一类新的纳米功率模拟IC，即TS1001 0.8V/0.6μA运算放大器，可实现图1所示的低于1V电源的电流感测放大器。
TS1001是SILICON LABS推出的一款纳米CMOS运算放大器。其采用0.65V~2.5V单电源供电，电源电压的典型值为0.8V，电源电流的典型值为0.6μA。其采用5针脚SC70封装。TS1001可用于的领域包括：电池/太阳能仪表，便携式气体监测仪，低压信号处理，微功耗有源滤波器，无线遥控传感器，有源RFID读卡器，电力线或电池电流感应，手持/便携式POS终端。
图1 采用纳米级运算放大器和低阈值P通道MOSFET的低压电流感测放大器
该分立电路工作电压低至0.8V，无负载时功耗为860nA，同时为0-100mA的测量电流提供0-500mV输出，可通过改变几个电阻的值来调节电平。凭借其极低的功率，电路可以简单地保持“始终开启”，提供连续监控的平均电流值，随后可由微控制器定期读取，而不会导致电池中过多的电流消耗。
该电路可用于估算小型纽扣电池型碱性电池的阻抗，以确定其状态，供电能力以及估算其剩余寿命。对电池电压（不知道负载）的测量通常只提供粗略的估计，而通常电池制造商推荐的“脉冲测试”会破坏电池的供电电路。
在电流源配置中，将TS1001配置为伺服P通道MOSFET Q1，通过R1吸收电流，以补偿由于电流从IN流向负载而导致的R2两端压降。电阻器R3将电流转换为电压，C1提供滤波。滤波使微控制器能够长时间休眠并节省功率，对于电流感测放大器连续提供平均电流的输出至关重要，它仅周期性的唤醒以读取该平均电流水平。
图2 测量的V_iload与输入电流的关系
表1.电流感测放大器电路的电源电流与负载电流的关系
在该电路中需要仔细考虑运算放大器输入偏移电压。TS1001运算放大器在25°C时的最大输入偏移电压为+/-3mV，相当于±3mA的误差。另一个考虑因素是，Q1在25℃时的漏源泄漏电流只有几十纳米安培，但在商业温度范围内可以接近1μA。由于通过Q1的电流由运算放大器环路有效地控制，因此来自Q1的任何漏源泄漏都显示为电流最小值，这会在R3上产生相应的最小电压输出，低于该最小电压输出不能测量电流，直到运算放大器接受更高的测量电流时才能测量。因此，通过减去V_iload处的零负载电压来消除电流检测放大器偏移的常规方法将不起作用，因为运算放大器的VOS引起的偏移电压和Q1的漏源泄漏的最低电流不能分开来看。
图3.具有放大器偏移电压校正的超低电源电流放大器电路
图3提供了一种放大器偏移电压校准的方法。该电路用于测量三个PIN太阳能电池串联连接时产生的非常低的电流。该电路可以用作最大功率点跟踪(MPPT)方案中的能量收集系统的一部分，其中微控制器调整电池的负载以最大化V x I并产生最大可用功率。该电路的工作方式与图1类似，但已针对可选择的100μA/500μA满量程电流进行调整，其中R2上的满量程检测电压已降至50 mV，这样可以提高效率。在较低的电压下，TS1001的±3mV指定输入偏移电压会导致高达6％的偏移误差，这是不被接受的。
可以使用在两个增益设置下对相同参数进行两次测量的原理来校准放大器输入偏移电压。可以找到偏移电压如下：
Viload_G1和Viload_G2分别是低范围和高范围模式下的测量值，其中：
近年来，基于微控制器的系统功耗一直在降低，使这些系统能够从诸如纽扣电池和微型太阳能电池等电源供电。像低功率电流感测放大器之类的模拟电路始终保持接通，其从电源获取的功率非常小，并且微控制器保持睡眠状态而电路定期唤醒来检测平均电流，这样可以节省更多系统功率。
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