利用0至1V模拟乘法器实现电池供电系统的精确功率管理

电子发烧友网工程师 发表于 2009-05-06 11:11:08 收藏 已收藏
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利用0至1V模拟乘法器实现电池供电系统的精确功率管理

电子发烧友网工程师 发表于 2009-05-06 11:11:08
摘要:有些系统要求测量输出到负载的功率,这比通过传统的电流检测放大器简单测量电流更为重要。负载功率测量可以精确管理电池或交流适配器供电设备的功率。该应用笔记显示了创建一个简易模拟乘法器(用MAX4210D/E/F)的方法,将两路0到1V的输入信号相乘,从而实现精确的负载功率测量。

负载功率测量的重要性

在笔记本电脑应用中,负载功率的测量往往非常重要,此类应用中,整个电路(负载)是由锂离子(Li+)电池供电或由同时向电池充电的交流适配器供电。因为每个电源的输出电压不同,负载电流也不同。通常情况下,交流适配器输出16V,而电池包由3节Li离子电池组成,充满电时电压约12.6V,完全放电时约为9V。

要精确管理电路中的功率,仅仅测量负载电流是不够的,因为那样无法给出正在使用哪种类型的电压源的信息。此外,有些便携式应用中的微控制器所能提供的引脚有限,所以需要直接测量功率,而不是分别测量电压和电流,然后在固件中相乘。

用MAX4210D/E/F构建0至1V模拟乘法器

MAX4210D/MAX4210E/MAX4210F为高边电流和功率监测器,具有内部真模拟乘法器。这些器件可以直接将电池电流和0到1V的输入电压相乘。但如果需要简单的将两个0到1V的信号相乘,输入共模电压门限(4.5V最小)将使电路无法工作。

图1显示了利用MAX4210D/E/F与一个MAX4477运放和n沟道MOSFET构建0到1V模拟乘法器的电路。该电路可以将最高1V的2个独立输入电压相乘。

图1. 采用MAX4210D/E/F和MAX4477构建通用的1V模拟乘法器
图1. 采用MAX4210D/E/F和MAX4477构建通用的1V模拟乘法器

本应用笔记以MAX4210E为例;MAX4210D和MAX4210F也可以用于构建通用模拟乘法器。

在图1电路中,输入电压V1通过运放、MOSFET和R1电阻转换成电流;R2电阻再将其转换至较小的电压。这个小电压连接至MAX4210E的差分输入。MAX4210E允许的最大输入检测电压为150mV。据此,选择R1和R2值:R1 = 1kΩ 和R2 = 150Ω 。整个电路的电源VCC为5V;MAX4210E具有25V/V的增益。因此,满幅输出电压为3.75V。

电路中应选择输入共模电压范围包含地、而且精度应该优于MAX4210E的运算放大器。25°C时,MAX4210E的总输出误差小于满量程输出(FSO)范围的±1.5%。MAX4477具有pA级的超小偏置电流,输入电压偏置小于350µV,CMRR至少90dB;因此,所引入的误差相比于MAX4210E可以忽略。

图2显示了第一组测量结果,输入V2为0.9V,输入V1从0至1V范围内以100mV递增。

图2. V<sub>OUT</sub>与V1的关系,V2 = 0.9V
图2. VOUT与V1的关系,V2 = 0.9V

计算增益误差为0.8%,总输出误差为FSO的0.6%。增益误差等于:测量的曲线斜率和理想曲线斜率之间的差与理想曲线斜率的比值,以百分比表示。每个斜率由假设为线性的2个端点测量值得到。总输出误差为测量值和理想曲线的最大差值与3.75V的FSO比值,以百分比表示。

图3显示了另一组测量值,输入V1为0.9V,输入V2在0到1V之间以100mV递增。计算增益误差为0.81%,总输出误差为FSO的0.58%。

图3. V<sub>OUT</sub>与V2的关系,V1 = 0.9V
图3. VOUT与V2的关系,V1 = 0.9V

两组测量中,增益误差和总输出误差均在MAX4210的参数范围内。

结论

为实现精确的功率管理,一些应用需要进行负载功率检测,而不仅仅是负载电流检测。MAX4210D/E/F能同时检测负载电流和电源电压,理想用于由电池或交流适配器供电的应用中。应用笔记中提供了采用MAX4210D/E/F构建通用模拟乘法器,能够将两路0至1V的信号相乘,实现精确的功率管理。


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