深入解析MAX4373/MAX4374/MAX4375：低成本微功耗高側(cè)電流檢測(cè)芯片

一、引言

在當(dāng)今的電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，對(duì)電池和直流電流的監(jiān)測(cè)變得至關(guān)重要，尤其是在筆記本電腦、手機(jī)和其他便攜式設(shè)備中。MAX4373/MAX4374/MAX4375這一系列低成本、微功耗、高側(cè)電流檢測(cè)監(jiān)控芯片應(yīng)運(yùn)而生，為電流監(jiān)測(cè)提供了簡(jiǎn)單而有效的解決方案。接下來(lái)，讓我們深入了解這三款芯片的特點(diǎn)、性能及應(yīng)用。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 芯片集成特性

MAX4373/MAX4374/MAX4375集成了高側(cè)電流檢測(cè)放大器、帶隙基準(zhǔn)源和帶鎖存輸出的比較器。這種高度集成的設(shè)計(jì)使得芯片無(wú)需增益設(shè)置電阻，就能提供電壓輸出，大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

2.2 高側(cè)電流監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)

高側(cè)電流監(jiān)測(cè)在電池供電系統(tǒng)中非常實(shí)用，因?yàn)樗粫?huì)干擾電池充電器的接地路徑。而且，其0至 +28V的輸入共模范圍獨(dú)立于電源電壓，即使連接深度放電的電池組，電流檢測(cè)反饋依然有效。

2.3 比較器功能

MAX4373/MAX4374/MAX4375的比較器輸出采用鎖存設(shè)計(jì)，提供不會(huì)振蕩的關(guān)斷標(biāo)志。此外，MAX4374/MAX4375還包含第二個(gè)比較器，可用于窗口檢測(cè)功能。

2.4 增益版本

芯片提供三種不同的增益版本（T = +20V/V、F = +50V/V、H = +100V/V），可以根據(jù)不同大小的電池組選擇合適的增益版本，通過(guò)外部檢測(cè)電阻來(lái)設(shè)置輸入電壓對(duì)負(fù)載電流的靈敏度。

2.5 電源和功耗

芯片工作在單 +2.7V至 +28V電源下，僅消耗50μA的電流，具有低功耗的特點(diǎn)，能夠有效延長(zhǎng)電池壽命。它的工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C，提供8引腳和10引腳μMAX?封裝。

三、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)

3.1 集成解決方案

高度集成的電流檢測(cè)解決方案簡(jiǎn)化了高側(cè)電流監(jiān)測(cè)，將電流檢測(cè)放大器、內(nèi)部比較器和帶隙基準(zhǔn)源集成在一起，提高了檢測(cè)精度。

3.2 高精度性能

• 最大輸入失調(diào)電壓為1mV，滿量程精度最大為2%，內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)源精度為±1.6%。
• 具有 +2V至 +28V的高共模范圍，在低至0V時(shí)仍能正常工作，且不受電源電壓影響，確保在電池組深度放電時(shí)也能進(jìn)行電流監(jiān)測(cè)。

  3.3 低功耗設(shè)計(jì)

  僅需50μA的電源電流，單 +2.7V至 +28V的工作電源，有效降低了功耗，延長(zhǎng)了電池的使用時(shí)間。

  3.4 鎖存輸出

  鎖存比較器輸出避免了振蕩問(wèn)題，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

  3.5 多增益選擇

  三種增益版本支持不同大小的電池組，滿足多樣化的應(yīng)用需求。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

• 筆記本電腦：監(jiān)測(cè)電池和電源的電流，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
• 便攜式/電池供電系統(tǒng)：有效管理電池電量，延長(zhǎng)設(shè)備使用時(shí)間。
• 智能電池組/充電器：實(shí)現(xiàn)對(duì)電池充電和放電過(guò)程的精確監(jiān)測(cè)。
• 手機(jī)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電流，優(yōu)化電源管理。
• 電源管理系統(tǒng)：對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電流進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。
• 通用系統(tǒng)/板級(jí)電流監(jiān)測(cè)：在各種電子系統(tǒng)中進(jìn)行電流監(jiān)測(cè)。
• 精密電流源：為需要高精度電流的應(yīng)用提供穩(wěn)定的電流。

五、參數(shù)與性能

5.1 絕對(duì)最大額定值

包括電源電壓、引腳電壓、差分輸入電壓、引腳電流、功耗等參數(shù)的最大額定值，使用時(shí)需確保不超過(guò)這些限制，否則可能會(huì)對(duì)芯片造成永久性損壞。

5.2 電氣特性

• 工作電壓范圍：2.7V至28V。
• 共模輸入范圍：0至28V。
• 共模抑制比：在VRS+ > 2V時(shí)為85dB。
• 電源電流：在VRS+ > 2V，VSENSE = 5mV時(shí)為50μA，最大為100μA。
• 泄漏電流：在VCC = 0V，VRS+ = 28V時(shí)最大為±0.5μA。
• 輸入偏置電流：根據(jù)不同條件有所不同。
• 滿量程檢測(cè)電壓：不同增益版本有不同的值，如 +20V/V和 +50V/V增益時(shí)為150 - 170mV，+100V/V增益時(shí)為100 - 120mV。
• 輸入失調(diào)電壓：最大為1mV，在不同溫度下有不同的取值。
• 總輸出電壓誤差：在不同條件下的最大誤差為±3%。
• -3dB帶寬：根據(jù)不同增益和條件有所不同，如增益為 +20V/V時(shí)為200kHz。
• 增益準(zhǔn)確性：在不同溫度和檢測(cè)電壓范圍內(nèi)，最大誤差為±2.7%。
• 輸出建立時(shí)間：在增益為 +20V/V，VSENSE從6.25mV到100mV時(shí)為20μs。
• 電容負(fù)載穩(wěn)定性：最大可承受1000pF的電容負(fù)載而無(wú)持續(xù)振蕩。
• 輸出電阻：VSENSE = 100mV時(shí)為1.5Ω。
• 電源抑制比：在VOUT = 2V，VRS+ > 2V時(shí)為72 - 87dB。
• 電源上電時(shí)間：在VSENSE = 100mV，CLOAD = 10pF，VCC = 12V，VRS+ = 12V時(shí)為0.5ms。
• 飽和恢復(fù)時(shí)間：在VCC = 12V，VRS+ = 12V，CLOAD = 10pF時(shí)為0.1ms。

  5.3 比較器特性

• 比較器閾值：在TA = +25°C時(shí)為590 - 610mV，在不同溫度范圍有所變化。
• 比較器遲滯：為 -9mV。
• 輸入偏置電流：最大為±15nA。
• 傳播延遲：在CL = 10pF，RL = 10kΩ上拉到5V，5mV過(guò)驅(qū)動(dòng)時(shí)為4μs。
• 輸出低電平電壓：在ISINK = 1mA時(shí)為0.6V。

六、典型應(yīng)用電路與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

6.1 推薦組件值選擇

根據(jù)公式 [V{OUT }=V{SENSE } × A{V}] 選擇合適的增益版本以獲得所需的最大輸出電壓，其中VSENSE為滿量程檢測(cè)電壓（+20V/V和 +50V/V增益時(shí)為150mV，+100V/V增益時(shí)為100mV），AV為芯片增益。計(jì)算RSENSE的最大值公式為 [R{SENSE(MAX)}=frac{V{SENSE(MAX)}}{I{LOAD}}] ，選擇盡可能高的電阻值以最大化VSENSE并最小化總輸出誤差。在監(jiān)測(cè)大電流的應(yīng)用中，要確保RSENSE能承受其自身的 (I^{2} R) 損耗。

6.2 過(guò)流保護(hù)電路

使用MAX4373控制外部P溝道MOSFET，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載情況時(shí)，MOSFET斷開(kāi)電流路徑。MAX4373比較器的鎖存輸出可防止電路振蕩，通過(guò)按鈕可以在過(guò)流情況后重置電流路徑。

6.3 窗口檢測(cè)電路

通過(guò)連接COUT1和COUT2，當(dāng)電流在設(shè)定的窗口范圍內(nèi)時(shí)，比較器輸出為高電平；當(dāng)電流超出窗口范圍時(shí)，輸出為低電平。窗口范圍由公式 [I{UNDER} =frac{V{REF }}{R{SENSE × A{V}}}left(frac{R 4+R 5}{R 5}right)] 和 [I{OVER} =frac{V{REF }}{R{SENSE } × A{V}}left(frac{R 1+R 2}{R 2}right)] 確定，其中AV為芯片增益，VREF為內(nèi)部參考電壓（典型值為0.6V）。

6.4 電源旁路

建議使用至少0.1μF的陶瓷電容將VCC旁路到GND，以隔離芯片免受電源電壓瞬變的影響。對(duì)于高速VCC瞬變，可以在VCC引腳串聯(lián)一個(gè)電阻和一個(gè)0.1μF電容，形成RC時(shí)間常數(shù)來(lái)減緩瞬變的上升時(shí)間。

6.5 上電復(fù)位

RESET引腳用于控制比較器1的鎖存功能。在電源上電期間，為防止誤鎖存，必須將RESET保持低電平，直到VCC電源上升到高于2.7V的最小工作電源電壓?？梢允褂霉?[R C=frac{T}{ln (2.7 V /(2.7 V-0.8 V))}=frac{T}{0.3514}] 確定合適的RC值，其中T為VCC達(dá)到2.7V的最大時(shí)間。

七、總結(jié)

MAX4373/MAX4374/MAX4375系列芯片以其低成本、微功耗、高集成度和高精度的特點(diǎn)，為電子工程師在電池和直流電流監(jiān)測(cè)方面提供了優(yōu)秀的解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理選擇芯片的增益版本、外部組件值，并注意電源旁路和上電復(fù)位等問(wèn)題，能夠充分發(fā)揮芯片的性能，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。無(wú)論是在便攜式設(shè)備還是其他需要電流監(jiān)測(cè)的應(yīng)用中，這三款芯片都具有很大的應(yīng)用價(jià)值。