汽車級(jí)微功耗電流監(jiān)測(cè)器ZXCT1107Q/09Q/10Q：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是汽車電子應(yīng)用中，精確的電流監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。Diodes公司的ZXCT1107Q/09Q/10Q系列高側(cè)單極性電流監(jiān)測(cè)器，憑借其獨(dú)特的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為了眾多工程師的首選。本文將深入探討該系列產(chǎn)品的特性、應(yīng)用及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能為工程師們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)中提供有價(jià)值的參考。

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產(chǎn)品概述

ZXCT1107Q/09Q/10Q是高側(cè)單極性電流監(jiān)測(cè)器，其最大的優(yōu)勢(shì)在于無需破壞接地平面即可實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流的監(jiān)測(cè)。該系列產(chǎn)品具有寬共模輸入電壓范圍和低靜態(tài)電流，采用SOT23和SOT25封裝，適用于各種汽車應(yīng)用。此外，它由線路供電，無需單獨(dú)的電源軌，靜態(tài)電流僅為3μA，可有效降低電流傳感誤差。通過一個(gè)外部增益設(shè)置電阻，還能實(shí)現(xiàn)寬增益范圍，增加了產(chǎn)品的通用性。該系列產(chǎn)品已通過AEC - Q100 Grade 1認(rèn)證，符合汽車應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并支持生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序（PPAP）。

產(chǎn)品特性

電氣特性

1. 寬電源和共模電壓范圍：工作電壓范圍為2.5V至36V，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
2. 低靜態(tài)電流：僅3μA的靜態(tài)電流，可顯著降低功耗，減少電流傳感誤差。
3. 擴(kuò)展工業(yè)溫度范圍：工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定工作。
4. 高可靠性：符合AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)，具備PPAP能力，適用于汽車等高可靠性要求的應(yīng)用。

封裝特性

1. SOT23和SOT25封裝：提供3引腳的ZXCT1107Q/09Q和5引腳的ZXCT1110Q，滿足不同的設(shè)計(jì)需求。
2. 環(huán)保設(shè)計(jì)：完全無鉛，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，無鹵素和銻，是“綠色”器件。

引腳分配與描述

引腳分配

• ZXCT1107Q和ZXCT1109Q采用SOT23封裝，ZXCT1110Q采用SOT25封裝。
• ZXCT1107Q和ZXCT1109Q的引腳1為輸出引腳（OUT），同時(shí)也是襯底連接；引腳2為負(fù)輸入（S - ）；引腳3為正輸入（S + ）。
• ZXCT1110Q的引腳1為空腳（NC）；引腳2為接地（GND）；引腳3為輸出（OUT）；引腳4為正輸入（S + ）；引腳5為負(fù)輸入（S - ）。

引腳描述

• OUT：輸出引腳，為電流輸出。
• S +：電流監(jiān)測(cè)器的正輸入，具有寬共模輸入范圍，同時(shí)作為模擬電源為內(nèi)部電路供電，通過該引腳的電流隨差分傳感電壓變化。
• S -：電流監(jiān)測(cè)器的負(fù)輸入，具有寬共模輸入范圍。
• GND：僅ZXCT1110Q有此引腳，為接地引腳和襯底連接。
• NC：僅ZXCT1110Q有此引腳，為空腳。

絕對(duì)最大額定值

在使用ZXCT1107Q/09Q/10Q時(shí)，需要注意其絕對(duì)最大額定值，以避免對(duì)器件造成永久性損壞。例如，S - 和S + 相對(duì)于OUT（ZXCT1107Q/09Q）或GND（ZXCT1110Q）的電壓范圍為 - 0.3V至40V；差分傳感電壓VSENSE范圍為 - 0.3V至 + 0.8V；S + 和S - 的最大輸入電流為 ± 8.5mA等。同時(shí)，要注意器件的存儲(chǔ)溫度范圍為 - 55°C至 + 150°C，最大結(jié)溫為 + 150°C。

典型特性

文檔中給出了該系列產(chǎn)品的典型特性曲線，包括輸入電流與VS + 的關(guān)系、輸出電流與輸出電壓的關(guān)系、輸出電流與VSENSE的關(guān)系以及輸出電流與環(huán)境溫度的關(guān)系等。這些特性曲線能幫助工程師更好地了解產(chǎn)品在不同條件下的性能表現(xiàn)，從而進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。但需要注意的是，這些典型特性僅為參考，不保證實(shí)際性能。

應(yīng)用信息

基本應(yīng)用電路

該系列產(chǎn)品的基本應(yīng)用電路需要兩個(gè)外部電阻：RSENSE和RGAIN。RSENSE連接在待監(jiān)測(cè)電流的路徑上，RGAIN用于將器件的輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓，以便后續(xù)設(shè)備（如比較器、放大器或微控制器系統(tǒng)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器）進(jìn)行處理。

電流計(jì)算

電流監(jiān)測(cè)器的輸出電流通過標(biāo)稱跨導(dǎo)4mA/V在10mV ≤ VSENSE ≤ 500mV范圍內(nèi)定義，公式為IOUT = 0.004 VSENSE。外部電阻RSENSE和RGAIN決定輸出電壓，公式為VOUT = ILOAD RSENSE 0.004 RGAIN。需要注意的是，不建議測(cè)量導(dǎo)致VSENSE < 10mV的電流，因?yàn)樵?0mV以下，ZXCT11xxQ內(nèi)部的偏移可能導(dǎo)致輸出電流降為零。

電阻值計(jì)算

在選擇RSENSE時(shí)，需要在功率效率和精度之間進(jìn)行權(quán)衡。電阻值應(yīng)足夠小以避免電源和負(fù)載之間的過大電壓降，同時(shí)又要足夠大以避免過大的電流測(cè)量誤差。對(duì)于ZXCT1107Q/09Q，不同VSENSE下的誤差可參考文檔中的表格；對(duì)于ZXCT1110Q，其輸出電流和誤差可通過相應(yīng)公式計(jì)算。根據(jù)所需的閾值負(fù)載電流ILOADT和閾值輸出電壓VOUTT，可以計(jì)算出RSENSE和RGAIN的值。

設(shè)計(jì)示例

文檔中給出了一個(gè)設(shè)計(jì)示例，要求在12V電源的負(fù)載電流為2A時(shí)，提供2V ± 6%的輸出電壓。通過計(jì)算和選擇合適的電阻值，可以滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，還給出了使用ZXCT1107Q/09Q和ZXCT1110Q的不同電路示例。

保護(hù)與濾波

在負(fù)載短路或過載時(shí)，為了保護(hù)電流監(jiān)測(cè)器，可使用電阻RPROT限制電流。此外，為了減少電磁兼容性（EMC）干擾，可使用低通濾波器（RPROT和C1），C1的推薦值為10pF至47pF的無鉛陶瓷電容。

PCB布局考慮

在PCB布局時(shí)，需要考慮PCB銅箔和焊點(diǎn)到RSENSE的小電壓降，這些電壓降在1A及以上電流時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生明顯誤差。因此，PCB應(yīng)設(shè)計(jì)為通過傳感電阻提供最大可能的銅載流能力，S + 和S - 引腳的走線應(yīng)僅連接到電阻焊盤，以最小化銅箔的影響。

高壓電流監(jiān)測(cè)應(yīng)用

該系列產(chǎn)品還可用于高壓應(yīng)用，如電動(dòng)汽車系統(tǒng)。通過使用PNP晶體管、二極管和齊納二極管等元件，可以將輸入電壓限制在安全范圍內(nèi)，同時(shí)將輸出電壓限制在幾伏。

訂購(gòu)信息與封裝尺寸

訂購(gòu)信息

該系列產(chǎn)品提供不同的器件變體，包括ZXCT1107Q、ZXCT1109Q和ZXCT1110Q，分別采用SOT23和SOT25封裝，以7”卷帶包裝，每卷3000個(gè)。

封裝尺寸

文檔中給出了SOT23和SOT25封裝的詳細(xì)尺寸信息，工程師可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行參考。

總結(jié)

ZXCT1107Q/09Q/10Q系列電流監(jiān)測(cè)器以其低功耗、寬電壓范圍、高可靠性等特性，在汽車電子等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。工程師在使用該系列產(chǎn)品時(shí)，需要充分了解其特性、引腳功能、絕對(duì)最大額定值等信息，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行合理的電路設(shè)計(jì)和PCB布局。希望本文能為工程師們?cè)谑褂肸XCT1107Q/09Q/10Q系列產(chǎn)品時(shí)提供有益的參考。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。