汽车级微功耗电流监测器ZXCT1107Q/09Q/10Q：特性、应用与设计要点

引言

在电子设计领域，尤其是汽车电子应用中，精确的电流监测至关重要。Diodes公司的ZXCT1107Q/09Q/10Q系列高侧单极性电流监测器，凭借其独特的特性和广泛的应用场景，成为了众多工程师的首选。本文将深入探讨该系列产品的特性、应用及设计要点，希望能为工程师们在实际设计中提供有价值的参考。

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产品概述

ZXCT1107Q/09Q/10Q是高侧单极性电流监测器，其最大的优势在于无需破坏接地平面即可实现负载电流的监测。该系列产品具有宽共模输入电压范围和低静态电流，采用SOT23和SOT25封装，适用于各种汽车应用。此外，它由线路供电，无需单独的电源轨，静态电流仅为3µA，可有效降低电流传感误差。通过一个外部增益设置电阻，还能实现宽增益范围，增加了产品的通用性。该系列产品已通过AEC - Q100 Grade 1认证，符合汽车应用标准，并支持生产件批准程序（PPAP）。

产品特性

电气特性

1. 宽电源和共模电压范围：工作电压范围为2.5V至36V，能适应不同的电源环境。
2. 低静态电流：仅3µA的静态电流，可显著降低功耗，减少电流传感误差。
3. 扩展工业温度范围：工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C，能在恶劣的工业环境中稳定工作。
4. 高可靠性：符合AEC - Q100标准，具备PPAP能力，适用于汽车等高可靠性要求的应用。

封装特性

1. SOT23和SOT25封装：提供3引脚的ZXCT1107Q/09Q和5引脚的ZXCT1110Q，满足不同的设计需求。
2. 环保设计：完全无铅，符合RoHS标准，无卤素和锑，是“绿色”器件。

引脚分配与描述

引脚分配

• ZXCT1107Q和ZXCT1109Q采用SOT23封装，ZXCT1110Q采用SOT25封装。
• ZXCT1107Q和ZXCT1109Q的引脚1为输出引脚（OUT），同时也是衬底连接；引脚2为负输入（S - ）；引脚3为正输入（S + ）。
• ZXCT1110Q的引脚1为空脚（NC）；引脚2为接地（GND）；引脚3为输出（OUT）；引脚4为正输入（S + ）；引脚5为负输入（S - ）。

引脚描述

• OUT：输出引脚，为电流输出。
• S +：电流监测器的正输入，具有宽共模输入范围，同时作为模拟电源为内部电路供电，通过该引脚的电流随差分传感电压变化。
• S -：电流监测器的负输入，具有宽共模输入范围。
• GND：仅ZXCT1110Q有此引脚，为接地引脚和衬底连接。
• NC：仅ZXCT1110Q有此引脚，为空脚。

绝对最大额定值

在使用ZXCT1107Q/09Q/10Q时，需要注意其绝对最大额定值，以避免对器件造成永久性损坏。例如，S - 和S + 相对于OUT（ZXCT1107Q/09Q）或GND（ZXCT1110Q）的电压范围为 - 0.3V至40V；差分传感电压VSENSE范围为 - 0.3V至 + 0.8V；S + 和S - 的最大输入电流为 ± 8.5mA等。同时，要注意器件的存储温度范围为 - 55°C至 + 150°C，最大结温为 + 150°C。

典型特性

文档中给出了该系列产品的典型特性曲线，包括输入电流与VS + 的关系、输出电流与输出电压的关系、输出电流与VSENSE的关系以及输出电流与环境温度的关系等。这些特性曲线能帮助工程师更好地了解产品在不同条件下的性能表现，从而进行合理的设计。但需要注意的是，这些典型特性仅为参考，不保证实际性能。

应用信息

基本应用电路

该系列产品的基本应用电路需要两个外部电阻：RSENSE和RGAIN。RSENSE连接在待监测电流的路径上，RGAIN用于将器件的输出电流转换为电压，以便后续设备（如比较器、放大器或微控制器系统中的模数转换器）进行处理。

电流计算

电流监测器的输出电流通过标称跨导4mA/V在10mV ≤ VSENSE ≤ 500mV范围内定义，公式为IOUT = 0.004 VSENSE。外部电阻RSENSE和RGAIN决定输出电压，公式为VOUT = ILOAD RSENSE 0.004 RGAIN。需要注意的是，不建议测量导致VSENSE < 10mV的电流，因为在10mV以下，ZXCT11xxQ内部的偏移可能导致输出电流降为零。

电阻值计算

在选择RSENSE时，需要在功率效率和精度之间进行权衡。电阻值应足够小以避免电源和负载之间的过大电压降，同时又要足够大以避免过大的电流测量误差。对于ZXCT1107Q/09Q，不同VSENSE下的误差可参考文档中的表格；对于ZXCT1110Q，其输出电流和误差可通过相应公式计算。根据所需的阈值负载电流ILOADT和阈值输出电压VOUTT，可以计算出RSENSE和RGAIN的值。

设计示例

文档中给出了一个设计示例，要求在12V电源的负载电流为2A时，提供2V ± 6%的输出电压。通过计算和选择合适的电阻值，可以满足设计要求。同时，还给出了使用ZXCT1107Q/09Q和ZXCT1110Q的不同电路示例。

保护与滤波

在负载短路或过载时，为了保护电流监测器，可使用电阻RPROT限制电流。此外，为了减少电磁兼容性（EMC）干扰，可使用低通滤波器（RPROT和C1），C1的推荐值为10pF至47pF的无铅陶瓷电容。

PCB布局考虑

在PCB布局时，需要考虑PCB铜箔和焊点到RSENSE的小电压降，这些电压降在1A及以上电流时可能会产生明显误差。因此，PCB应设计为通过传感电阻提供最大可能的铜载流能力，S + 和S - 引脚的走线应仅连接到电阻焊盘，以最小化铜箔的影响。

高压电流监测应用

该系列产品还可用于高压应用，如电动汽车系统。通过使用PNP晶体管、二极管和齐纳二极管等元件，可以将输入电压限制在安全范围内，同时将输出电压限制在几伏。

订购信息与封装尺寸

订购信息

该系列产品提供不同的器件变体，包括ZXCT1107Q、ZXCT1109Q和ZXCT1110Q，分别采用SOT23和SOT25封装，以7”卷带包装，每卷3000个。

封装尺寸

文档中给出了SOT23和SOT25封装的详细尺寸信息，工程师可根据实际需求进行参考。

总结

ZXCT1107Q/09Q/10Q系列电流监测器以其低功耗、宽电压范围、高可靠性等特性，在汽车电子等领域具有广泛的应用前景。工程师在使用该系列产品时，需要充分了解其特性、引脚功能、绝对最大额定值等信息，并根据实际应用需求进行合理的电路设计和PCB布局。希望本文能为工程师们在使用ZXCT1107Q/09Q/10Q系列产品时提供有益的参考。你在实际应用中是否遇到过类似产品的设计难题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。