汽車級微功耗電流監測器ZXCT1107Q/09Q/10Q：特性、應用與設計要點

引言

在電子設計領域，尤其是汽車電子應用中，精確的電流監測至關重要。Diodes公司的ZXCT1107Q/09Q/10Q系列高側單極性電流監測器，憑借其獨特的特性和廣泛的應用場景，成為了眾多工程師的首選。本文將深入探討該系列產品的特性、應用及設計要點，希望能為工程師們在實際設計中提供有價值的參考。

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產品概述

ZXCT1107Q/09Q/10Q是高側單極性電流監測器，其最大的優勢在于無需破壞接地平面即可實現負載電流的監測。該系列產品具有寬共模輸入電壓范圍和低靜態電流，采用SOT23和SOT25封裝，適用于各種汽車應用。此外，它由線路供電，無需單獨的電源軌，靜態電流僅為3μA，可有效降低電流傳感誤差。通過一個外部增益設置電阻，還能實現寬增益范圍，增加了產品的通用性。該系列產品已通過AEC - Q100 Grade 1認證，符合汽車應用標準，并支持生產件批準程序（PPAP）。

產品特性

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，能適應不同的電源環境。
2. 低靜態電流：僅3μA的靜態電流，可顯著降低功耗，減少電流傳感誤差。
3. 擴展工業溫度范圍：工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，能在惡劣的工業環境中穩定工作。
4. 高可靠性：符合AEC - Q100標準，具備PPAP能力，適用于汽車等高可靠性要求的應用。

封裝特性

1. SOT23和SOT25封裝：提供3引腳的ZXCT1107Q/09Q和5引腳的ZXCT1110Q，滿足不同的設計需求。
2. 環保設計：完全無鉛，符合RoHS標準，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），同時也是襯底連接；引腳2為負輸入（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為負輸入（S - ）。

引腳描述

• OUT：輸出引腳，為電流輸出。
• S +：電流監測器的正輸入，具有寬共模輸入范圍，同時作為模擬電源為內部電路供電，通過該引腳的電流隨差分傳感電壓變化。
• S -：電流監測器的負輸入，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。

絕對最大額定值

在使用ZXCT1107Q/09Q/10Q時，需要注意其絕對最大額定值，以避免對器件造成永久性損壞。例如，S - 和S + 相對于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，要注意器件的存儲溫度范圍為 - 55°C至 + 150°C，最大結溫為 + 150°C。

典型特性

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

應用信息

基本應用電路

該系列產品的基本應用電路需要兩個外部電阻：RSENSE和RGAIN。RSENSE連接在待監測電流的路徑上，RGAIN用于將器件的輸出電流轉換為電壓，以便后續設備（如比較器、放大器或微控制器系統中的模數轉換器）進行處理。

電流計算

電流監測器的輸出電流通過標稱跨導4mA/V在10mV ≤ VSENSE ≤ 500mV范圍內定義，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，不建議測量導致VSENSE < 10mV的電流，因為在10mV以下，ZXCT11xxQ內部的偏移可能導致輸出電流降為零。

電阻值計算

在選擇RSENSE時，需要在功率效率和精度之間進行權衡。電阻值應足夠小以避免電源和負載之間的過大電壓降，同時又要足夠大以避免過大的電流測量誤差。對于ZXCT1107Q/09Q，不同VSENSE下的誤差可參考文檔中的表格；對于ZXCT1110Q，其輸出電流和誤差可通過相應公式計算。根據所需的閾值負載電流ILOADT和閾值輸出電壓VOUTT，可以計算出RSENSE和RGAIN的值。

設計示例

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

保護與濾波

在負載短路或過載時，為了保護電流監測器，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，需要考慮PCB銅箔和焊點到RSENSE的小電壓降，這些電壓降在1A及以上電流時可能會產生明顯誤差。因此，PCB應設計為通過傳感電阻提供最大可能的銅載流能力，S + 和S - 引腳的走線應僅連接到電阻焊盤，以最小化銅箔的影響。

高壓電流監測應用

該系列產品還可用于高壓應用，如電動汽車系統。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，同時將輸出電壓限制在幾伏。

訂購信息與封裝尺寸

訂購信息

該系列產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。

封裝尺寸

文檔中給出了SOT23和SOT25封裝的詳細尺寸信息，工程師可根據實際需求進行參考。

總結

ZXCT1107Q/09Q/10Q系列電流監測器以其低功耗、寬電壓范圍、高可靠性等特性，在汽車電子等領域具有廣泛的應用前景。工程師在使用該系列產品時，需要充分了解其特性、引腳功能、絕對最大額定值等信息，并根據實際應用需求進行合理的電路設計和PCB布局。希望本文能為工程師們在使用ZXCT1107Q/09Q/10Q系列產品時提供有益的參考。你在實際應用中是否遇到過類似產品的設計難題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。