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用MAX4172构建32V的电路断路器
用MAX4172构建32V的电路断路器
&&&&&& 在电源、电机驱动器或其他功率 电路 中，可以在高压侧(电源端)，也可以在低压侧(地端)检测负载电流，比较而言，在低压侧进行要比在高压侧容易很多，但也不可避免舍弃了高压侧检测的优点。有些故障有可能不会被低压侧检测器检测到，从而使负载处于危险且无监视的状态下
&&&&&& 在电源、电机驱动器或其他功率 电路 中，可以在高压侧(电源端)，也可以在低压侧(地端)检测负载电流，比较而言，在低压侧进行要比在高压侧容易很多，但也不可避免舍弃了高压侧检测的优点。有些故障有可能不会被低压侧检测器检测到，从而使负载处于危险且无监视的状态下。
&&&&&& 另一方面，高压侧检测器直接与电源相连，能够检测到任何下游的故障并触发适当的纠正措施。以前，构成这种检测器需要一个精密运算放大器、高电压的电源(以适应运放有限的共模范围)和大量的精密电阻。现在，只需使用 MAX4172 这种单片IC，就可在高达32V的共模电压下检测高压侧电流。微型μMAX封装的MAX4172提供一路以地为参照的电流源，输出电流与需检测的高压侧电流成比例。这个输出电流在数值上等于外部检测电阻两端的电压除以100，可让其流过一个负载电阻，非常简单地得到电压输出。
图：用MAX4172构建电路 断路器
　　使用MAX4172与几个廉价的外部元件相配合可以构成一
个低成本的电路断路器。负载电流由RSENSE检测，受Q1控制。该设计可接受10V至32V的输入电压，并且经过简单调整后在6.5V的电压也可工作。
　　刚开始加入VIN和VCC时断路器处于触发态，按下S1可复位断路器并接通电源与负载，同时也激活了Q1、Q3和Q4b。Q3为IC1供电，Q4b建立过流门限。
&&&&&& VTHRESH = Vcc - Vbe(Q4b)&&& （1）
　　由于VCC（典型值为2.7V至5.5V）等于5.0V，Q4b的发射极电压Vbe(Q4b)约为0.7V，则VTHRESH典型值为4.3V。正常负载电流门限为1A。RSENSE、RTHRESH、ROUT的大小由系统精度、功耗确定，首先选择RSENSE=50mΩ，RTHRESH=10.0kΩ。
&&&&&& ROUT = Vcc/ILOAD×RSENSE×Gm&&& （2）
　　式中触发电流ILOAD=1A，RSENSE=50mΩ，IC1的跨导Gm等于0.010A/V，这样，ROUT=10.0kΩ。施加电源于Q3和Q4b使Q4b导通，后者建立起VTHRESH，Q3激活后为IC1供电。流过RSENSE的负载电流以一个很小的比例镜像到IC1的输出，并流过ROUT后提供为一个输出电压VOUT。当VOUT增大到VTHRESH+Vbe(Q4a)以上时Q4b关断，同时也关断了Q3，造成V+端（IC1引脚8）的电压下降。当V+达到典型值2.67V时，PG输出高电平，进而关断Q1，使断路器进入触发态。Q2引入的反馈能够保证在触发点干净地关断。触发状态的消耗电流极小，等于VCC负载电流，典型为0.5mA。
　　按下S1可复位断路器，若要自动复位，可将S1换为一只晶体管或开漏输出的比较器，图中所示设计适用于对触发电流绝对精度没有严格要求的低成本应用。该设计的精度取决于VCC、Vbe和流过R4的误差电流，在触发电流为1.0A时的精度大约为±15%。
&&&&&& 在电源、电机驱动器或其他功率 电路 中，可以在高压侧(电源端)，也可以在低压侧(地端)检测负载电流，比较而言，在低压侧进行要比在高压侧容易很多，但也不可避免舍弃了高压侧检测的优点。有些故障有可能不会被低压侧检测器检测到，从而使负载处于危险且无监视的状态下。
&&&&&& 另一方面，高压侧检测器直接与电源相连，能够检测到任何下游的故障并触发适当的纠正措施。以前，构成这种检测器需要一个精密运算放大器、高电压的电源(以适应运放有限的共模范围)和大量的精密电阻。现在，只需使用 MAX4172 这种单片IC，就可在高达32V的共模电压下检测高压侧电流。微型μMAX封装的MAX4172提供一路以地为参照的电流源，输出电流与需检测的高压侧电流成比例。这个输出电流在数值上等于外部检测电阻两端的电压除以100，可让其流过一个负载电阻，非常简单地得到电压输出。
图：用MAX4172构建电路 断路器
　　使用MAX4172与几个廉价的外部元件相配合可以构成一
个低成本的电路断路器。负载电流由RSENSE检测，受Q1控制。该设计可接受10V至32V的输入电压，并且经过简单调整后在6.5V的电压也可工作。
　　刚开始加入VIN和VCC时断路器处于触发态，按下S1可复位断路器并接通电源与负载，同时也激活了Q1、Q3和Q4b。Q3为IC1供电，Q4b建立过流门限。
&&&&&& VTHRESH = Vcc - Vbe(Q4b)&&& （1）
　　由于VCC（典型值为2.7V至5.5V）等于5.0V，Q4b的发射极电压Vbe(Q4b)约为0.7V，则VTHRESH典型值为4.3V。正常负载电流门限为1A。RSENSE、RTHRESH、ROUT的大小由系统精度、功耗确定，首先选择RSENSE=50mΩ，RTHRESH=10.0kΩ。
&&&&&& ROUT = Vcc/ILOAD×RSENSE×Gm&&& （2）
　　式中触发电流ILOAD=1A，RSENSE=50mΩ，IC1的跨导Gm等于0.010A/V，这样，ROUT=10.0kΩ。施加电源于Q3和Q4b使Q4b导通，后者建立起VTHRESH，Q3激活后为IC1供电。流过RSENSE的负载电流以一个很小的比例镜像到IC1的输出，并流过ROUT后提供为一个输出电压VOUT。当VOUT增大到VTHRESH+Vbe(Q4a)以上时Q4b关断，同时也关断了Q3，造成V+端（IC1引脚8）的电压下降。当V+达到典型值2.67V时，PG输出高电平，进而关断Q1，使断路器进入触发态。Q2引入的反馈能够保证在触发点干净地关断。触发状态的消耗电流极小，等于VCC负载电流，典型为0.5mA。
　　按下S1可复位断路器，若要自动复位，可将S1换为一只晶体管或开漏输出的比较器，图中所示设计适用于对触发电流绝对精度没有严格要求的低成本应用。该设计的精度取决于VCC、Vbe和流过R4的误差电流，在触发电流为1.0A时的精度大约为±15%。
型号/产品名
深圳创恩电子有限公司
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深圳双赢视界数码科技有限公司
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深圳双赢视界数码科技有限公司MAX4172/MAX4173高端电流检测电路原理及设计
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MAX4172/MAX4173高端电流检测电路原理及设计
电流测量技术具有极为广泛的应用，许多系统中都需要检测流入、流出电流的大小。例如，电流保护/电流监测设备、4-20mA 电流环系统、可编程电流源、线性/开关模式电源、以及需要掌握流入流出电流比例的充电器或电池电量计量器。由于很多应用是便携式的，因此电流检测电路还必须具有小体积、低功耗的特性。高端/低端检流电路低端检流电路的检流电阻串联到地(图1），而高端检流电路的检流电阻是串联到高电压端(图2）。两种方法各有特点：低端检流方式在地线回路中增加了额外的电阻，高端检流方式则要处理较大的共模信号。图1 所示的低端检流运放以地电平作为参考电平，检流电阻接在正相端。运放的输入信号中的共模信号范围为：(GNDRSENSE*ILOAD）。尽管低端检流电路比较简单，但有几种故障状态是低端检流电路检测不到的，这会使负载处于危险的情况，利用高端检流电路则可解决这些问题。高端检流电路直接连到电源端，能够检测到后续回路的任何故障并采取相应的保护措施，特别适合于自动控制应用领域，因为在这些应用电路中通常采用机壳作为参考地。传统高端检流电路传统的高端/低端检流方式有多种实现方案，绝大多数基于分立或半分立元件电路。高端检流电路通常需要用一个精密运放和一些精密电阻电容，最常用的高端检流电路采用差分运放做增益放大并将信号电平从高端移位到参考地(图3）： VO=IRS*RS；R1=R2=R3=R4 　　该方案已广泛应用于实际系统中，但该电路存在三个主要缺点：1）输入电阻相对较低，等于R1；2）输入端的输入电阻一般有较大的误差值；3）要求电阻的匹配度要高，以保证可接受的CMRR。任何一个电阻产生1%变化就会使CMRR 降低到46dB；0.1%的变化使CMRR 达到66dB，0.01%的变化使CMRR 达到86dB。高端电流检测需要较高的测量技巧，这促进了高端检流集成电路的发展。而低端电流检测技术似乎并没有相应的进展。采用集成差分运放实现高端电流检测采用差分运放进行高端电流检测的电路更便于使用，因为近期推出了许多种集成电路解决方案。集成电路内部包括一个精密运放和匹配度很好的电阻，CMRR 高达105dB 左右。MAX4198/99 就是这样的产品，它的CMRR 为110dB，增益误差优于0.01%，而且采用小体积的8 引脚MMAX 封装。专用高端检流电路内部包含了完成高端电流检测的所有功能单元，可在高达32V 的共模电压下检测高端电流，并提供与之成比例的、以地电平为参考点的电流输出。需要对电流做精确测量和控制的应用，如电源管理和电池充电控制，都适合采用这种方案。MAXIM 的高端检流运放中所使用的检流电阻放置在电源的高端和被检测电路的电源输入端之间，检流电阻放在高端不给地线回路增加额外阻抗，这项技术提高了整个电路的性能并简化了布版要求。MAXIM 推出了一系列双向或单向电流检测IC，有些双向电流检测IC 内置检流电阻，可检测流入或流出被检电路的电流大小并通过一个极性指示引脚显示电流方向。增益可调的电流检测IC、固定增益（+20V/V，+50V/V，或+100V/V）电流检测芯片或包括单双比较器的固定增益电流检测IC，都采用小体积封装，如SOT23，可满足对尺寸要求苛刻的应用。图4 是用MAX4173 构成的高端电流检测电路。图中输出电压与检流电阻的关系式为：Vo=RGD*(Iload*Rsense)/RG1)*B 式中B 为镜像电流系数上式可进一步简化为:Vo=Gain*Rsense*IGain= B*RGD/RG1 Gain 分别为：20(MAX4173T)，50(MAX4173F)，100(MAX4173H).通过以上计算公式可看出，CMRR 由内部集成检流电路的工艺决定(典型值>90dB），不再受外部电阻的影响。采用集成检流电路有以下优点：1、器件的一致性好2、极好的温漂特性3、体积小4、低功耗5、使用方便选择检流电阻的注意事项检流电阻RSENSE 应根据以下几条原则进行选择：1、电压损耗：检流电阻阻值过大会引起电源电压以IR 的数值降低。为了减少电压损耗，应选用小阻值的检流电阻。2、精度：较大的检流电阻可以获得更高的小电流的测量精度。这是因为检流电阻上的电压越大，运放的失调电压和输入偏置电流的影响就相对越小。3、效率和功耗：当电流较大时，RSENSE 上的功耗I2R 就不能忽略。在考虑检流电阻和功耗时，需要注意这一点。如果允许检流电阻发热，则电阻阻值可大一些。4、电感：如果ISENSE 包含大量高频成分，则检流电阻的电感量要很小。线绕电阻的电感最大，金属膜电阻比较好。5、成本：如果合适的检流电阻的价格太高，则可采用另一种替代方案(图5）。它采用电路板的印制线作为检流电阻。由于印制板铜线&电阻&并不精确，电路里需要一个电位器调节满量程电流值。另外，铜线的温漂较大(大约为0.4%/℃），在宽温度范围下工作的系统需要考虑这一点。可调节的线性电流源可调节线性电流源(图6)是利用高端电流检测器构成的一个典型应用电，IC1 将R1 电流转换成相应比例的电压信号，控制稳压芯片IC2 产生一个稳定的输出电流，D/A 转换器可以提供IOUT 的数字控制。要达到12 BIT 精度(60mA 每LSB)的要求，可使用并行接口的MAX530 或串行接口的MAX531。10 BIT 精度(250mA 每LSB)，则可使用并行接口的MAX503 或串行接口的MAX504。
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