MAX9937：具備反向電池保護功能的電流檢測放大器

在電子設(shè)備的設(shè)計中，電流檢測是至關(guān)重要的一環(huán)，它能夠幫助我們監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)、確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。今天，讓我們一起來深入了解一款高性能的電流檢測放大器——MAX9937。

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一、產(chǎn)品概述

MAX9937是一款專為單向高端電流檢測應(yīng)用而設(shè)計的小型電流檢測放大器。它具有諸多令人矚目的特性，能夠滿足各種復(fù)雜應(yīng)用的需求。該器件具備負(fù)載突降保護（高達(dá) +40V）、反向電池保護功能，還能對電磁干擾（EMI）和瞬態(tài)性能進(jìn)行有效的濾波處理。在溫度特性方面，它在 +25°C 時的輸入失調(diào)電壓低至 ±1.2mV（最大值），且溫度漂移僅為 1μV/°C（典型值）。MAX9937采用 5 引腳 SC70 封裝，工作溫度范圍為 -40°C 至 +125°C。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 電池電流檢測：在電池管理系統(tǒng)中，準(zhǔn)確檢測電池的充放電電流對于評估電池狀態(tài)、延長電池壽命至關(guān)重要。MAX9937能夠精確地測量電池電流，為電池管理提供可靠的數(shù)據(jù)支持。
2. 保險絲盒電流檢測：在電氣系統(tǒng)中，保險絲盒用于保護電路免受過載和短路的影響。通過檢測保險絲盒中的電流，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障，確保系統(tǒng)的安全運行。
3. 電子控制單元（ECU）電流監(jiān)測：ECU 是汽車、工業(yè)設(shè)備等系統(tǒng)中的核心控制部件，監(jiān)測其電流可以了解 ECU 的工作狀態(tài)，有助于故障診斷和性能優(yōu)化。

三、產(chǎn)品特性

1. 反向電池和負(fù)載突降保護：能夠承受 -20V 至 +40V 的電壓范圍，有效保護設(shè)備免受反向電池和負(fù)載突降的損害。
2. 寬輸入共模范圍：輸入共模電壓范圍為 +4V 至 +28V，可適應(yīng)不同的電源電壓和負(fù)載條件。
3. 靈活的 EMI 濾波：通過外部電容可以實現(xiàn)靈活的 EMI 濾波，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
4. 低失調(diào)電壓和低失調(diào)電壓漂移：輸入失調(diào)電壓低至 ±1.2mV（最大值），失調(diào)電壓漂移僅為 1μV/°C（典型值），確保了在不同溫度下的高精度測量。
5. 低電源電流：僅需 20μA 的電源電流，有助于降低系統(tǒng)功耗。
6. 寬帶寬：3dB 小信號帶寬可達(dá) 350kHz，能夠快速響應(yīng)電流變化。

四、技術(shù)參數(shù)

（一）絕對最大額定值

• RSP、RSN 至 GND 電壓：連續(xù) -0.3V 至 +30V。
• 負(fù)載突降電壓持續(xù)時間：在典型應(yīng)用電路中，當(dāng) (V_{BAT}=40V) 時，持續(xù)時間為 1s。
• 反向電池電壓持續(xù)時間：在典型應(yīng)用電路中，當(dāng) (V_{BAT}=-20V) 時，可連續(xù)承受。
• 差分輸入電壓：±0.3V。
• VCC 至 GND 電壓：-0.3V 至 +6.0V。
• 輸出至 GND 電壓：-0.3V 至 (VCC + 0.3V)。
• 輸出短路至地：可連續(xù)短路。
• 輸入電流：流入 RSN、RSP 的連續(xù)輸入電流為 ±50mA，流入 OUT 的連續(xù)輸入電流為 ±25mA。

（二）電氣特性

1. 輸入共模電壓范圍：4V 至 28V。
2. 電源電壓范圍：2.7V 至 5.5V。
3. 輸入失調(diào)電壓：在 +25°C 時，最大值為 ±1.2mV；在 -40°C 至 +125°C 溫度范圍內(nèi)，最大值為 ±1.6mV。
4. 共模抑制比（CMRR）：在 +25°C 時，典型值為 120dB；在 +125°C 時，最小值為 90dB。
5. 電源抑制比（PSRR）：在 2.7V 至 5.5V 電源電壓范圍內(nèi)，典型值為 120dB。
6. 靜態(tài)電源電流：在 (V_{CC}=5V) 時，典型值為 20μA，最大值為 55μA。
7. 輸入偏置電流：在 +25°C 時，典型值為 2μA，最大值為 5.6μA；在 -40°C 至 +125°C 溫度范圍內(nèi)，最大值為 6.5μA。
8. 輸入偏置電流失配：在 +25°C 時，最大值為 ±12%；在 -40°C 至 +125°C 溫度范圍內(nèi)，最大值為 ±15%。
9. 關(guān)斷時輸入電流：在 +25°C、(V{CC}=0V) 時，最大值為 1μA；在 -40°C 至 +125°C、(V{CC}=0V) 時，最大值為 10μA。
10. 電壓增益：20V/V。
11. 電壓增益誤差：在 +25°C 時，最大值為 ±1.5%；在 -40°C 至 +125°C 溫度范圍內(nèi)，最大值為 ±2.0%。
12. 最大輸出電流：在 (R{RSN}=500Ω)、(R{RSP}=0)、(V_{OUT}=0V) 時，最小值為 2mA，典型值為 7.5mA，最大值為 22mA。
13. 輸出電壓擺幅：在不同條件下有不同的取值范圍。
14. 交流特性：3dB 大信號帶寬為 250kHz，3dB 小信號帶寬為 350kHz，建立時間至 1% 為 5μs，輸入電壓噪聲為 28nV/√Hz（f = 1kHz），輸入電流噪聲為 1pA/√Hz（f = 1kHz）。

五、典型應(yīng)用電路

MAX9937 的典型應(yīng)用電路中，通過外部電阻 (R{RSN}) 和 (R{RSP}) 連接到負(fù)載和電源，將檢測到的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。輸出電壓 (V{OUT}) 與檢測電壓 (V{SENSE}) 的比值即為增益，增益由外部電阻 (R{OUT}) 和 (R{RSP}) 的比值決定。

六、設(shè)計要點

（一）選擇合適的檢測電阻 (R_{SENSE})

為了更精確地測量小電流，可以選擇較大阻值的 (R{SENSE})，這樣可以產(chǎn)生更高的檢測電壓，減少內(nèi)部運算放大器失調(diào)電壓誤差的影響。但在監(jiān)測大電流時，(R{SENSE}) 必須能夠承受 (I^{2}R) 損耗，否則可能導(dǎo)致電阻值漂移或損壞。

（二）計算總輸入失調(diào)電壓

總輸入失調(diào)電壓的計算需要考慮輸入偏置電流、外部電阻的容差以及運算放大器的核心輸入失調(diào)電壓等因素。通過對這些不相關(guān)誤差源進(jìn)行平方和開方（RSS）計算，可以得到最終的輸入失調(diào)電壓。

（三）靈活的 EMI 濾波

在實際應(yīng)用中，為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，可以在 RS+ 和 RSN 之間連接電容 (C{IN}) 來過濾輸入差分電壓，在 OUT 至地之間連接電容 (C{OUT}) 來過濾輸出電壓。

（四）輸入共模電壓超過 28V 或低于 0V 的處理

通過使用輸入電阻 (R{RSP}) 和 (R{RSN})，可以將電池線上的短時過電壓與 MAX9937 的 RSP 和 RSN 引腳隔離開來。在典型應(yīng)用電路中，使用 500Ω 或更大阻值的電阻時，器件可以承受高達(dá) 40V 的短時過電壓。

（五）生產(chǎn)校準(zhǔn)的偏置輸入失調(diào)電壓

由于 MAX9937 的輸入偏置電流和輸入失調(diào)電壓具有較低的溫度漂移，可以通過故意使輸入電阻 (R{RSP}) 和 (R{RSN}) 不匹配，引入外部可控的輸入失調(diào)電壓，從而在生產(chǎn)過程或系統(tǒng)運行中通過校準(zhǔn)消除輸入失調(diào)電壓。

（六）(V_{CC}=0V) 時的操作（關(guān)斷模式）

當(dāng) (V_{CC}=0) 時，輸入端子進(jìn)入高阻抗模式。由于其低電源電流（20μA），可以通過微控制器的數(shù)字 I/O 端口方便地控制 MAX9937 的上電和關(guān)斷，這在某些電池供電的應(yīng)用中非常有用。

七、總結(jié)

MAX9937 是一款功能強大、性能優(yōu)異的電流檢測放大器，它具有反向電池保護、負(fù)載突降保護、低失調(diào)電壓、低溫度漂移等特點，適用于多種電流檢測應(yīng)用。在設(shè)計過程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的檢測電阻、進(jìn)行合理的 EMI 濾波和輸入失調(diào)電壓校準(zhǔn)等操作，以確保系統(tǒng)的高精度和穩(wěn)定性。希望本文能為電子工程師在使用 MAX9937 進(jìn)行電路設(shè)計時提供一些有價值的參考。你在使用電流檢測放大器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)留言分享。