利用0至1V模擬乘法器實(shí)現(xiàn)電池供電系統(tǒng)的精確功率管理

摘要：有些系統(tǒng)要求測(cè)量輸出到負(fù)載的功率，這比通過(guò)傳統(tǒng)的電流檢測(cè)放大器簡(jiǎn)單測(cè)量電流更為重要。負(fù)載功率測(cè)量可以精確管理電池或交流適配器供電設(shè)備的功率。該應(yīng)用筆記顯示了創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)易模擬乘法器(用MAX4210D/E/F)的方法，將兩路0到1V的輸入信號(hào)相乘，從而實(shí)現(xiàn)精確的負(fù)載功率測(cè)量。

負(fù)載功率測(cè)量的重要性

在筆記本電腦應(yīng)用中，負(fù)載功率的測(cè)量往往非常重要，此類應(yīng)用中，整個(gè)電路(負(fù)載)是由鋰離子(Li+)電池供電或由同時(shí)向電池充電的交流適配器供電。因?yàn)槊總€(gè)電源的輸出電壓不同，負(fù)載電流也不同。通常情況下，交流適配器輸出16V，而電池包由3節(jié)Li離子電池組成，充滿電時(shí)電壓約12.6V，完全放電時(shí)約為9V。

要精確管理電路中的功率，僅僅測(cè)量負(fù)載電流是不夠的，因?yàn)槟菢訜o(wú)法給出正在使用哪種類型的電壓源的信息。此外，有些便攜式應(yīng)用中的微控制器所能提供的引腳有限，所以需要直接測(cè)量功率，而不是分別測(cè)量電壓和電流，然后在固件中相乘。

用MAX4210D/E/F構(gòu)建0至1V模擬乘法器

MAX4210D/MAX4210E/MAX4210F為高邊電流和功率監(jiān)測(cè)器，具有內(nèi)部真模擬乘法器。這些器件可以直接將電池電流和0到1V的輸入電壓相乘。但如果需要簡(jiǎn)單的將兩個(gè)0到1V的信號(hào)相乘，輸入共模電壓門(mén)限(4.5V最小)將使電路無(wú)法工作。

圖1顯示了利用MAX4210D/E/F與一個(gè)MAX4477運(yùn)放和n溝道MOSFET構(gòu)建0到1V模擬乘法器的電路。該電路可以將最高1V的2個(gè)獨(dú)立輸入電壓相乘。

圖1： 采用MAX4210D/E/F和MAX4477構(gòu)建通用的1V模擬乘法器。

本應(yīng)用筆記以MAX4210E為例；MAX4210D和MAX4210F也可以用于構(gòu)建通用模擬乘法器。

在圖1電路中，輸入電壓V1通過(guò)運(yùn)放、MOSFET和R1電阻轉(zhuǎn)換成電流；R2電阻再將其轉(zhuǎn)換至較小的電壓。這個(gè)小電壓連接至MAX4210E的差分輸入。MAX4210E允許的最大輸入檢測(cè)電壓為150mV。據(jù)此，選擇R1和R2值：R1 = 1kΩ 和R2 = 150Ω 。整個(gè)電路的電源VCC為5V；MAX4210E具有25V/V的增益。因此，滿幅輸出電壓為3.75V。

電路中應(yīng)選擇輸入共模電壓范圍包含地、而且精度應(yīng)該優(yōu)于MAX4210E的運(yùn)算放大器。25°C時(shí)，MAX4210E的總輸出誤差小于滿量程輸出(FSO)范圍的±1.5%。MAX4477具有pA級(jí)的超小偏置電流，輸入電壓偏置小于350μV，CMRR至少90dB；因此，所引入的誤差相比于MAX4210E可以忽略。[!--empirenews.page--]

圖2顯示了第一組測(cè)量結(jié)果，輸入V2為0.9V，輸入V1從0至1V范圍內(nèi)以100mV遞增。

圖2： VOUT與V1的關(guān)系，V2 = 0.9V。

計(jì)算增益誤差為0.8%，總輸出誤差為FSO的0.6%。增益誤差等于：測(cè)量的曲線斜率和理想曲線斜率之間的差與理想曲線斜率的比值，以百分比表示。每個(gè)斜率由假設(shè)為線性的2個(gè)端點(diǎn)測(cè)量值得到?？傒敵稣`差為測(cè)量值和理想曲線的最大差值與3.75V的FSO比值，以百分比表示。

圖3顯示了另一組測(cè)量值，輸入V1為0.9V，輸入V2在0到1V之間以100mV遞增。計(jì)算增益誤差為0.81%，總輸出誤差為FSO的0.58%。

圖3： VOUT與V2的關(guān)系，V1 = 0.9V。

兩組測(cè)量中，增益誤差和總輸出誤差均在MAX4210的參數(shù)范圍內(nèi)。

結(jié)論

為實(shí)現(xiàn)精確的功率管理，一些應(yīng)用需要進(jìn)行負(fù)載功率檢測(cè)，而不僅僅是負(fù)載電流檢測(cè)。MAX4210D/E/F能同時(shí)檢測(cè)負(fù)載電流和電源電壓，理想用于由電池或交流適配器供電的應(yīng)用中。應(yīng)用筆記中提供了采用MAX4210D/E/F構(gòu)建通用模擬乘法器，能夠?qū)陕?至1V的信號(hào)相乘，實(shí)現(xiàn)精確的功率管理。