[FAQ] [参考译文] [常见问题解答] INA199：如果我限制输入电流、为什么我可以超过绝对最大额定电压

德州仪器提供了广泛的电流感应选项、使其能够集成到许多具有不同要求的系统中。  因此、客户通常需要评估折衷方案、以便找到有助于实现最终目标的器件。  在选择器件的过程中、客户可能会找到具有许多所需属性的器件、但也可能会发现某些规格略低于某些设计要求。  有些人可能会认为这些列出的值是保守的和过度的保护措施、可以忽略这些措施、但危害极小、甚至可能会一厢情愿地认为、在器件在建议的工作范围之外甚至在绝对工作范围之外工作时、它们可以观察到类似的性能。  最大输入电压通常是一个难以满足系统需求的特殊运行特性。 因此、人们可能会问、器件是否可以提供超出规格的电压、结果如何？  答案是肯定的、可以做到、但有一个问题。

电流分流监控器和感应放大器的许多数据表在绝对最大额定值表下面有一条规定，即“如果该引脚上的电流限制为5mA，则任何引脚上的输入电压都可能超过所示的电压。”  有两种常见情况、即超出规格的电压瞬态尖峰或超出规格的持续电压。  瞬态尖峰通常来自静电放电(ESD)、可能为数千伏。  器件应能够承受这些事件、并配备 ESD 二极管结构或其他一些特殊的内部保护电路来实现这一目的。  由于这些二极管、器件在经历远远超出建议工作规格的电压后、在技术上通常仍然可以工作。  但是、在 ESD 事件期间、输出将无法正常工作、也无法匹配在建议的工作范围内观察到的行为。  另外需要注意的一点是、ESD 事件仍可能导致不可恢复的损坏、因为 ESD 事件也具有数据表中定义的最大阈值、超过这些阈值将损坏器件。

如图1所示、目标引脚上的典型 ESD 二极管保护电路具有正向偏置到电源的二极管和反向偏置到接地的二极管。  这种设置利用了二极管 在过压条件下拉大量电流的优势、其中一个二极管正向偏置强烈、另一个二极管反向偏置强烈、如图2所示。   当这些二极管开始消耗大量电流时，实际实现芯片功能的下游电路就会耗尽电流。    虽然这些二极管可保护器件免受临时浪涌的影响、但不能保护器件免受持续高电压的影响。  这是由二极管产生的热量造成的。  

如果长时间持续电压超出范围规格、并且没有电流钳位机制、则 ESD 二极管会发热。  在 ESD 二极管周围积累足够的热量后、该器件会因痕量金属短路、器件封装熔化或硅结构化学改变而受到热损坏。  限制器件输入压摆率等替代过压保护方法也会出现类似的发热问题。  这些保护电路通常用于 SENSE 引脚、仅用于瞬态过压。  可在外部提供额外保护；TI 参考设计 TIDA-00302中对多种外部保护方法进行了更详细的比较。  

当超过输入电压时、会产生过多热量的实际上是更大的电流、从而产生更多热量。  如果输入电流分别受到限制或钳制、如图3和4、则可以假设所有问题都已解决、但不一定解决。  零件将被保存、但性能可能并不总是产生理想或预期的结果。  不建议如图3所示添加大电阻器、因为它会影响增益、增益误差和漂移。  至于图4、该电路和器件非常适合高侧应用。  但是、当负载电流远远低于预期的平均值和最大值时、此实现确实会出现线性问题(请参阅表2第4.2节、tidu833)。  此外、如果不是绝对必要的高侧测量、此解决方案会增加成本和额外的布板空间、因为它需要多个随附器件才能正常运行、而使用另一个器件的低侧实施可能会更好。  最后、该解决方案只能通过几个电流分流监控器来实现、这些监控器具有类似于 INA168的拓扑、这些拓扑具有电流输出而不是电压输出。

因此、了解上述实现的利弊后、人们可能会问如何为其系统设计上述实现之一。  首先、考虑设计工程师具有需要电流监控器的100V 电源、并且管理层告知、价格和布板空间比精度更重要。  在搜索器件时、他意识到任何器件都不能直接采用这种共模。  因此，他考虑将图3的实现与 TI.com 上的浮点26V 共模最大器件结合使用。   他认为、串联电阻 R1和 R3攻丝电流分流器节点将限制电流。  为了正确执行此操作、他获取器件上的最高电位电压减去器件上的最低电位、除以5mA。  因此、在这种情况下、他将采用100V-GND=100V；100V/5mA = 20kΩ Ω。  因此、建议为 RD1和 RD3放置20kΩ Ω 电阻器、以考虑流经器件接地的输入端的所有可能电压、并将电流限制在5mA。  有关此方法的更多信息、您可以考虑阅读技术手册 sboa198.pdf (扩展到分立式电流感应放大器的最大共模范围之外)。  关于图4中的方法、应用手册 slla190.pdf (电流分流监控器的扩展电压范围)简要介绍了相关操作、而 tidu833.pdf (高电压12V–400V 直流电流感应参考设计)和 tidu849.pdf (40V 至400V 单向电流/电压/功率监控参考设计)、 利用图4中的实现方案为特定应用提供详细的参考设计。