MAX9937：具备反向电池保护功能的电流检测放大器

在电子设备的设计中，电流检测是至关重要的一环，它能够帮助我们监测设备的运行状态、确保系统的稳定性和安全性。今天，让我们一起来深入了解一款高性能的电流检测放大器——MAX9937。

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一、产品概述

MAX9937是一款专为单向高端电流检测应用而设计的小型电流检测放大器。它具有诸多令人瞩目的特性，能够满足各种复杂应用的需求。该器件具备负载突降保护（高达 +40V）、反向电池保护功能，还能对电磁干扰（EMI）和瞬态性能进行有效的滤波处理。在温度特性方面，它在 +25°C 时的输入失调电压低至 ±1.2mV（最大值），且温度漂移仅为 1µV/°C（典型值）。MAX9937采用 5 引脚 SC70 封装，工作温度范围为 -40°C 至 +125°C。

二、应用领域

1. 电池电流检测：在电池管理系统中，准确检测电池的充放电电流对于评估电池状态、延长电池寿命至关重要。MAX9937能够精确地测量电池电流，为电池管理提供可靠的数据支持。
2. 保险丝盒电流检测：在电气系统中，保险丝盒用于保护电路免受过载和短路的影响。通过检测保险丝盒中的电流，可以及时发现潜在的故障，确保系统的安全运行。
3. 电子控制单元（ECU）电流监测：ECU 是汽车、工业设备等系统中的核心控制部件，监测其电流可以了解 ECU 的工作状态，有助于故障诊断和性能优化。

三、产品特性

1. 反向电池和负载突降保护：能够承受 -20V 至 +40V 的电压范围，有效保护设备免受反向电池和负载突降的损害。
2. 宽输入共模范围：输入共模电压范围为 +4V 至 +28V，可适应不同的电源电压和负载条件。
3. 灵活的 EMI 滤波：通过外部电容可以实现灵活的 EMI 滤波，提高系统的抗干扰能力。
4. 低失调电压和低失调电压漂移：输入失调电压低至 ±1.2mV（最大值），失调电压漂移仅为 1µV/°C（典型值），确保了在不同温度下的高精度测量。
5. 低电源电流：仅需 20µA 的电源电流，有助于降低系统功耗。
6. 宽带宽：3dB 小信号带宽可达 350kHz，能够快速响应电流变化。

四、技术参数

（一）绝对最大额定值

• RSP、RSN 至 GND 电压：连续 -0.3V 至 +30V。
• 负载突降电压持续时间：在典型应用电路中，当 (V_{BAT}=40V) 时，持续时间为 1s。
• 反向电池电压持续时间：在典型应用电路中，当 (V_{BAT}=-20V) 时，可连续承受。
• 差分输入电压：±0.3V。
• VCC 至 GND 电压：-0.3V 至 +6.0V。
• 输出至 GND 电压：-0.3V 至 (VCC + 0.3V)。
• 输出短路至地：可连续短路。
• 输入电流：流入 RSN、RSP 的连续输入电流为 ±50mA，流入 OUT 的连续输入电流为 ±25mA。

（二）电气特性

1. 输入共模电压范围：4V 至 28V。
2. 电源电压范围：2.7V 至 5.5V。
3. 输入失调电压：在 +25°C 时，最大值为 ±1.2mV；在 -40°C 至 +125°C 温度范围内，最大值为 ±1.6mV。
4. 共模抑制比（CMRR）：在 +25°C 时，典型值为 120dB；在 +125°C 时，最小值为 90dB。
5. 电源抑制比（PSRR）：在 2.7V 至 5.5V 电源电压范围内，典型值为 120dB。
6. 静态电源电流：在 (V_{CC}=5V) 时，典型值为 20µA，最大值为 55µA。
7. 输入偏置电流：在 +25°C 时，典型值为 2µA，最大值为 5.6µA；在 -40°C 至 +125°C 温度范围内，最大值为 6.5µA。
8. 输入偏置电流失配：在 +25°C 时，最大值为 ±12%；在 -40°C 至 +125°C 温度范围内，最大值为 ±15%。
9. 关断时输入电流：在 +25°C、(V{CC}=0V) 时，最大值为 1µA；在 -40°C 至 +125°C、(V{CC}=0V) 时，最大值为 10µA。
10. 电压增益：20V/V。
11. 电压增益误差：在 +25°C 时，最大值为 ±1.5%；在 -40°C 至 +125°C 温度范围内，最大值为 ±2.0%。
12. 最大输出电流：在 (R{RSN}=500Ω)、(R{RSP}=0)、(V_{OUT}=0V) 时，最小值为 2mA，典型值为 7.5mA，最大值为 22mA。
13. 输出电压摆幅：在不同条件下有不同的取值范围。
14. 交流特性：3dB 大信号带宽为 250kHz，3dB 小信号带宽为 350kHz，建立时间至 1% 为 5µs，输入电压噪声为 28nV/√Hz（f = 1kHz），输入电流噪声为 1pA/√Hz（f = 1kHz）。

五、典型应用电路

MAX9937 的典型应用电路中，通过外部电阻 (R{RSN}) 和 (R{RSP}) 连接到负载和电源，将检测到的电流转换为电压信号输出。输出电压 (V{OUT}) 与检测电压 (V{SENSE}) 的比值即为增益，增益由外部电阻 (R{OUT}) 和 (R{RSP}) 的比值决定。

六、设计要点

（一）选择合适的检测电阻 (R_{SENSE})

为了更精确地测量小电流，可以选择较大阻值的 (R{SENSE})，这样可以产生更高的检测电压，减少内部运算放大器失调电压误差的影响。但在监测大电流时，(R{SENSE}) 必须能够承受 (I^{2}R) 损耗，否则可能导致电阻值漂移或损坏。

（二）计算总输入失调电压

总输入失调电压的计算需要考虑输入偏置电流、外部电阻的容差以及运算放大器的核心输入失调电压等因素。通过对这些不相关误差源进行平方和开方（RSS）计算，可以得到最终的输入失调电压。

（三）灵活的 EMI 滤波

在实际应用中，为了提高系统的抗干扰能力，可以在 RS+ 和 RSN 之间连接电容 (C{IN}) 来过滤输入差分电压，在 OUT 至地之间连接电容 (C{OUT}) 来过滤输出电压。

（四）输入共模电压超过 28V 或低于 0V 的处理

通过使用输入电阻 (R{RSP}) 和 (R{RSN})，可以将电池线上的短时过电压与 MAX9937 的 RSP 和 RSN 引脚隔离开来。在典型应用电路中，使用 500Ω 或更大阻值的电阻时，器件可以承受高达 40V 的短时过电压。

（五）生产校准的偏置输入失调电压

由于 MAX9937 的输入偏置电流和输入失调电压具有较低的温度漂移，可以通过故意使输入电阻 (R{RSP}) 和 (R{RSN}) 不匹配，引入外部可控的输入失调电压，从而在生产过程或系统运行中通过校准消除输入失调电压。

（六）(V_{CC}=0V) 时的操作（关断模式）

当 (V_{CC}=0) 时，输入端子进入高阻抗模式。由于其低电源电流（20µA），可以通过微控制器的数字 I/O 端口方便地控制 MAX9937 的上电和关断，这在某些电池供电的应用中非常有用。

七、总结

MAX9937 是一款功能强大、性能优异的电流检测放大器，它具有反向电池保护、负载突降保护、低失调电压、低温度漂移等特点，适用于多种电流检测应用。在设计过程中，需要根据具体的应用需求选择合适的检测电阻、进行合理的 EMI 滤波和输入失调电压校准等操作，以确保系统的高精度和稳定性。希望本文能为电子工程师在使用 MAX9937 进行电路设计时提供一些有价值的参考。你在使用电流检测放大器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区留言分享。