深入解析MAX4373/MAX4374/MAX4375：低成本微功耗高侧电流检测芯片

一、引言

在当今的电子设备设计中，对电池和直流电流的监测变得至关重要，尤其是在笔记本电脑、手机和其他便携式设备中。MAX4373/MAX4374/MAX4375这一系列低成本、微功耗、高侧电流检测监控芯片应运而生，为电流监测提供了简单而有效的解决方案。接下来，让我们深入了解这三款芯片的特点、性能及应用。

文件下载：MAX4375.pdf

二、产品概述

2.1 芯片集成特性

MAX4373/MAX4374/MAX4375集成了高侧电流检测放大器、带隙基准源和带锁存输出的比较器。这种高度集成的设计使得芯片无需增益设置电阻，就能提供电压输出，大大简化了电路设计。

2.2 高侧电流监测优势

高侧电流监测在电池供电系统中非常实用，因为它不会干扰电池充电器的接地路径。而且，其0至 +28V的输入共模范围独立于电源电压，即使连接深度放电的电池组，电流检测反馈依然有效。

2.3 比较器功能

MAX4373/MAX4374/MAX4375的比较器输出采用锁存设计，提供不会振荡的关断标志。此外，MAX4374/MAX4375还包含第二个比较器，可用于窗口检测功能。

2.4 增益版本

芯片提供三种不同的增益版本（T = +20V/V、F = +50V/V、H = +100V/V），可以根据不同大小的电池组选择合适的增益版本，通过外部检测电阻来设置输入电压对负载电流的灵敏度。

2.5 电源和功耗

芯片工作在单 +2.7V至 +28V电源下，仅消耗50µA的电流，具有低功耗的特点，能够有效延长电池寿命。它的工作温度范围为 -40°C至 +85°C，提供8引脚和10引脚µMAX®封装。

三、产品特性与优势

3.1 集成解决方案

高度集成的电流检测解决方案简化了高侧电流监测，将电流检测放大器、内部比较器和带隙基准源集成在一起，提高了检测精度。

3.2 高精度性能

• 最大输入失调电压为1mV，满量程精度最大为2%，内部带隙基准源精度为±1.6%。
• 具有 +2V至 +28V的高共模范围，在低至0V时仍能正常工作，且不受电源电压影响，确保在电池组深度放电时也能进行电流监测。

  3.3 低功耗设计

  仅需50µA的电源电流，单 +2.7V至 +28V的工作电源，有效降低了功耗，延长了电池的使用时间。

  3.4 锁存输出

  锁存比较器输出避免了振荡问题，保证了系统的稳定性。

  3.5 多增益选择

  三种增益版本支持不同大小的电池组，满足多样化的应用需求。

四、应用领域

• 笔记本电脑：监测电池和电源的电流，确保系统稳定运行。
• 便携式/电池供电系统：有效管理电池电量，延长设备使用时间。
• 智能电池组/充电器：实现对电池充电和放电过程的精确监测。
• 手机：实时监测电池电流，优化电源管理。
• 电源管理系统：对整个系统的电流进行监控和调节。
• 通用系统/板级电流监测：在各种电子系统中进行电流监测。
• 精密电流源：为需要高精度电流的应用提供稳定的电流。

五、参数与性能

5.1 绝对最大额定值

包括电源电压、引脚电压、差分输入电压、引脚电流、功耗等参数的最大额定值，使用时需确保不超过这些限制，否则可能会对芯片造成永久性损坏。

5.2 电气特性

• 工作电压范围：2.7V至28V。
• 共模输入范围：0至28V。
• 共模抑制比：在VRS+ > 2V时为85dB。
• 电源电流：在VRS+ > 2V，VSENSE = 5mV时为50µA，最大为100µA。
• 泄漏电流：在VCC = 0V，VRS+ = 28V时最大为±0.5µA。
• 输入偏置电流：根据不同条件有所不同。
• 满量程检测电压：不同增益版本有不同的值，如 +20V/V和 +50V/V增益时为150 - 170mV，+100V/V增益时为100 - 120mV。
• 输入失调电压：最大为1mV，在不同温度下有不同的取值。
• 总输出电压误差：在不同条件下的最大误差为±3%。
• -3dB带宽：根据不同增益和条件有所不同，如增益为 +20V/V时为200kHz。
• 增益准确性：在不同温度和检测电压范围内，最大误差为±2.7%。
• 输出建立时间：在增益为 +20V/V，VSENSE从6.25mV到100mV时为20µs。
• 电容负载稳定性：最大可承受1000pF的电容负载而无持续振荡。
• 输出电阻：VSENSE = 100mV时为1.5Ω。
• 电源抑制比：在VOUT = 2V，VRS+ > 2V时为72 - 87dB。
• 电源上电时间：在VSENSE = 100mV，CLOAD = 10pF，VCC = 12V，VRS+ = 12V时为0.5ms。
• 饱和恢复时间：在VCC = 12V，VRS+ = 12V，CLOAD = 10pF时为0.1ms。

  5.3 比较器特性

• 比较器阈值：在TA = +25°C时为590 - 610mV，在不同温度范围有所变化。
• 比较器迟滞：为 -9mV。
• 输入偏置电流：最大为±15nA。
• 传播延迟：在CL = 10pF，RL = 10kΩ上拉到5V，5mV过驱动时为4µs。
• 输出低电平电压：在ISINK = 1mA时为0.6V。

六、典型应用电路与设计要点

6.1 推荐组件值选择

根据公式 [V{OUT }=V{SENSE } × A{V}] 选择合适的增益版本以获得所需的最大输出电压，其中VSENSE为满量程检测电压（+20V/V和 +50V/V增益时为150mV，+100V/V增益时为100mV），AV为芯片增益。计算RSENSE的最大值公式为 [R{SENSE(MAX)}=frac{V{SENSE(MAX)}}{I{LOAD}}] ，选择尽可能高的电阻值以最大化VSENSE并最小化总输出误差。在监测大电流的应用中，要确保RSENSE能承受其自身的 (I^{2} R) 损耗。

6.2 过流保护电路

使用MAX4373控制外部P沟道MOSFET，当出现过载情况时，MOSFET断开电流路径。MAX4373比较器的锁存输出可防止电路振荡，通过按钮可以在过流情况后重置电流路径。

6.3 窗口检测电路

通过连接COUT1和COUT2，当电流在设定的窗口范围内时，比较器输出为高电平；当电流超出窗口范围时，输出为低电平。窗口范围由公式 [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)] 确定，其中AV为芯片增益，VREF为内部参考电压（典型值为0.6V）。

6.4 电源旁路

建议使用至少0.1µF的陶瓷电容将VCC旁路到GND，以隔离芯片免受电源电压瞬变的影响。对于高速VCC瞬变，可以在VCC引脚串联一个电阻和一个0.1µF电容，形成RC时间常数来减缓瞬变的上升时间。

6.5 上电复位

RESET引脚用于控制比较器1的锁存功能。在电源上电期间，为防止误锁存，必须将RESET保持低电平，直到VCC电源上升到高于2.7V的最小工作电源电压。可以使用公式 [R C=frac{T}{ln (2.7 V /(2.7 V-0.8 V))}=frac{T}{0.3514}] 确定合适的RC值，其中T为VCC达到2.7V的最大时间。

七、总结

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点，为电子工程师在电池和直流电流监测方面提供了优秀的解决方案。在设计过程中，合理选择芯片的增益版本、外部组件值，并注意电源旁路和上电复位等问题，能够充分发挥芯片的性能，确保系统的稳定运行。无论是在便携式设备还是其他需要电流监测的应用中，这三款芯片都具有很大的应用价值。