MAX4080/MAX4081：76V高压侧电流检测放大器的卓越之选

 

在电子工程师的日常工作中，电流检测是一个至关重要的环节，尤其是在高压系统中，精确的电流监测对于系统的稳定性和性能至关重要。今天，我们就来深入了解一下Maxim Integrated推出的两款高性能电流检测放大器：MAX4080和MAX4081。

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一、产品概述

MAX4080/MAX4081是Maxim Integrated推出的两款高压侧电流检测放大器，输入电压范围为4.5V至76V，适用于电信、汽车、背板等需要高压电流监测的系统。其中，MAX4080用于单向电流检测，MAX4081则支持双向电流检测。

二、产品特性

（一）宽输入电压范围

独立的4.5V至76V输入共模范围和工作电源电压，可监测低至4.5V的电池电流，也能在高于电源电压的情况下进行高压侧电流检测，适用于多种高压系统。

（二）高精度与低静态电流

1. 高精度：±0.1%的满量程精度和低至100μV的输入失调电压，满足高精度应用需求。
2. 低静态电流：MAX4080仅消耗75μA的电源电流，有助于降低系统功耗。

   （三）多种增益版本

   提供5V/V、20V/V、60V/V三种增益版本（分别对应后缀F、T、S），用户可根据需求选择合适的增益和外部检测电阻，设置满量程电流读数和输出电压。

   （四）节省空间的封装

   采用8引脚μMAX或SO封装，减少了电路板空间占用。

三、电气特性

（一）直流特性

1. 工作电压与共模范围：工作电压范围和共模范围均为4.5V至76V。
2. 电源电流：MAX4080在无负载、VCC = VRS+ = 76V时，电源电流为75 - 190μA；MAX4081为103 - 190μA。
3. 增益与精度：不同增益版本对应不同的满量程检测电压，增益精度在不同温度下有所差异，典型值在±0.1% - ±1.2%之间。
4. 输入失调电压：在不同温度下，输入失调电压的最大值为±1.2mV。
5. 共模抑制比和电源抑制比：CMRR和PSRR的最小值分别为100dB和100dB，保证了在不同共模电压和电源电压变化时的性能稳定性。

   （二）交流特性

6. 带宽：MAX4080F/T/S的带宽为250kHz，MAX4081F/T/S为150kHz。
7. 输出设置时间：VSENSE在10mV至100mV变化时，输出设置时间为20μs。
8. 容性负载稳定性：可稳定驱动500pF的容性负载。

四、工作原理

（一）MAX4080

电流从源端流经检测电阻RSENSE到负载，产生检测电压VSENSE。内部检测放大器的反相输入端具有高阻抗，使得流经RG2的电流可忽略不计。放大器的开环增益使同相输入端电压与反相输入端相等，从而使RG1上的压降等于VSENSE。内部电流镜将IRG1乘以电流增益因子β得到IA2，再经放大器A2和A3将输出电流转换为电压输出。不同增益版本的总增益不同，如MAX4080F为5V/V，MAX4080T为20V/V，MAX4080S为60V/V。

（二）MAX4081

其输入级拓扑允许监测通过检测电阻的双向电流。当电流从RS+流向RS - 时，通过增加Q1和RG1的电流来匹配外部检测电阻上的电压降，保持内部放大器A1输入端子的电压恒定，实现对检测电压的准确测量。后续放大器阶段将放大器A2的输出信号电平转换为参考电压VREF，输出引脚（OUT）的电压在正检测电压时高于VREF，负检测电压时低于VREF，VSENSE为零时，VOUT等于VREF。

五、应用与设计要点

（一）应用场景

1. 汽车领域：可用于12V、24V或42V电池的电流测量、双向电机控制等。
2. 电信与背板：适用于48V电信和背板的电流测量。
3. 电源管理系统：实现对电源的精确监测和管理。
4. 其他：如雪崩光电二极管和PIN二极管的电流监测、通用系统/板级电流检测等。

   （二）设计要点

5. 选择检测电阻
   • 电压损失：为减少电源电压的IR损失，应选择较低的Rsense值。
   • 精度：较高的RSENSE值可提高小电流测量的精度，建议为满量程电流提供约1000mV（5V/V增益）、250mV（20V/V增益）或100mV（60V/V增益）的检测电压。
   • 效率与功耗：高电流时，Rsense的I²R损耗较大，需考虑电阻的功率耗散和温度漂移问题。
   • 电感：当ISENSE包含较大高频分量时，应选择低电感的电阻，如低电感金属膜电阻。同时，要注意消除寄生走线电阻对检测电压的影响，可采用四端子电流检测电阻或Kelvin PCB布局技术。
6. 动态范围考虑 对于MAX4081，由于输出电压范围通常在REF至VCC和REF至GND之间不对称，用户需考虑双向监测电流的动态范围，合理选择电源电压和参考电压（REF），确保输出摆幅足够。
7. 电源旁路与接地 大多数应用中，使用0.1μF陶瓷电容将VCC旁路到GND。若VCC会受到快速线路瞬变影响，可在电源线上添加串联电阻（如1kΩ）与旁路电容配合使用，以减少输出干扰。此外，该器件在布局和接地方面无需特殊考虑，但要注意减少系统中大充放电电流引起的误差。

六、总结

MAX4080/MAX4081以其宽输入电压范围、高精度、低功耗和多种增益选择等优势，为高压系统中的电流检测提供了可靠的解决方案。在实际应用中，电子工程师需根据具体需求合理选择检测电阻、电源电压和参考电压，并注意布局和接地等问题，以充分发挥其性能优势。大家在使用这两款放大器时，有没有遇到过一些特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。