MAX4211是美国美信公司推出的用于高边功率、高边电流检测的系列集成电路芯片，有A、B、C、D、E、F六个版本，分别在其型号后用这些字母作后缀予以区别。所谓高边检测，是将阻值很小的检测电阻串接在直流电源的正极端，而电源负极与负载负极直接相连的一种检测方法。MAX4211可在过功率断路器、智能充电器、短路保护、电流测量及显示仪表、功率电平检测器与模拟乘法器等电路中使用。
电路结构与主要参数
MAX4211有A、B、C、D、E、F六个功能版本，两种外封装结构。负载电源的电压范围可在4～28V之间选择，IC芯片的工作电压范围为2.7～5.5V。表1是MAX4211六个版本两种封装的引脚功能说明。图1是版本A、B、C的内部结构框图，图中R\(_{SENSE}\)是负载电流检测电阻，负载电流在电阻R\(_{SENSE}\)上生成的电流信号V\(_{SENSE}\)送到内部电流检测放大器放大，各种版本的电流检测放大器的增益略有不同，详见表2。V\(_{SENSE}\)的最大允许值即满量程检测电压分别为100mV和150mV，各版本的参数值见表2。电流检测信号电压V\(_{SENSE}\)经电流检测放大器自身固有增益的放大后，其输出电压IOUT应小于2.5V，因为MAX4211的工作电源电压最小值为2.7V，若IOUT继续增大，就有可能使放大器进入饱和状态，影响检测的精度。IOUT的信号电压除由一个IC引脚输出外，还作为模拟乘法器的电流信号使用。由RS\(_{+}\)端输入的负载电压经内部25∶1分压器分压，作为电压信号加到模拟乘法器的另一个输入端。经过模拟乘法器的运算，就可输出一个与负载功率成正比的信号电压POUT。
MAX4211内部还有一个经过校准的1.21V基准电压源REF+和两个开漏极输出的电压比较器，其中比较器2与常规比较器无异，比较器1则有两个特殊功能端，一个是INHIBIT，当该端为低电平时，对比较器不产生影响，为高电平时能禁止比较器1的输入信号；另一个是LE，低电平时比较器可正常工作，高电平时则锁存输出端，使输出端保持在锁存瞬间的状态。比较器的开漏输出端可经过电阻上拉至Vcc、RS\(_{+}\)、或其他低于+28V的电压。
除了检测电阻R\(_{SENSE}\)两端的满量程检测电压和电流检测放大器的增益有所不同外，版本D、E、F与版本A、B、C的另一区别是：前者内部没有25∶1的分压器，使用时可在外部连接两只电阻，上端接RS\(_{+}\)，下端接地，分压点经过IC的IN引脚连到模拟乘法器的电压输入端。该分压点的电压值应为1V左右。外接分压电阻使设计电路和使用该IC具有更大的灵活性。
应用电路
1.过功率断路器电路
图2是用MAX4211B组成的过功率断路器电路，设定负载最大消耗功率为100W，电源电压为25V，最大负载电流为4A。当负载功耗超过100W或出现短路时，该电路可将供电电源断开，有效保护电池或电源的安全。图2中集成电路黑线框内给出了内部功能略图，下面将内外电路融为一体，分析MAX4211B的工作过程。检测电阻R\(_{SENSE}\)（阻值0.025Ω）串接在负载电源的正极回路中，负载电流4A在R\(_{SENSE}\)两端产生的V\(_{SENSE}\)信号电压为100mV，该电压经2脚RS+和1脚RS—加到内部电流检测放大器输入端（MAX4211有两种封装，这里的引脚号是按16TSSOP封装给出的，下同），由表2可知，MAX4211B的电流增益为25，所以经电流检测放大器放大后的IOUT信号电压为2.5V，该电压分成两路，一路由16脚IOUT端输出，另一路成为内部模拟乘法器的电流输入信号。在芯片内部RS\(_{+}\)与地之间有一个25∶1的电阻分压器，将RS\(_{+}\)的25V电压进行分压，分压所得的1V电压加到模拟乘法器的另一个输入端，经计算可知，负载电流为4A时乘法器输出的POUT信号电压也是2.5V，并从15脚 POUT端送出。
POUT电压经电阻R1、R2分压，加到比较器1的同相输入端 CIN1\(_{+}\)（12脚），根据图2给出的R1、R2阻值计算可得，负载电流4A时CIN1\(_{+}\)端电压为1.205V，略低于基准电压REF1.21V；而REF电压则加到反相输入端CIN1-（13脚）；比较器1的输出端经过上拉电阻R5接至RS_。根据比较器的工作原理，这时比较器1输出端COUT1为低电平，负载回路的开关管P1（P沟道的功率MOSFET）开通，负载正常用电。当负载电流小于4A时，模拟乘法器输出的POUT电压值相应降低，比较器1的输出端状态与负载电流等于4A时相同，负载当然也可正常用电。当负载出现过电流、短路或电源电压异常升高等过功率情况，模拟乘法器的输出电压POUT随之升高，继而使比较器1输出端状态变高，这种状态改变立即引发如下结果，首先是开关管P1阻断负载电流通路，保护电池或电源安全；同时由于锁存使能端LE同时变高，它将锁定比较器1的输出，从而使负载电流被阻断的状态得以维持。若欲使负载恢复供电，可按压“手动复位”按钮AS，或通过复位端μC给比较器2反相输入端CIN2-施以高电平，使比较器2输出低电平即可。
上电瞬间的开机涌流有可能使开关管误阻断，为此，通过电容器C1和电阻R4给比较器1的禁止端INHIBIT一个短暂的高电平，此期间比较器1的输入端被禁止，可防止开关管因开机涌流而误动作。
2.窗口比较器电路
在一些应用中，有时需要对过电流（过功率、短路）和欠电流（欠功率、开路）等情况同时进行监视，这时使用窗口比较器电路是适当的。图3就是一种用MAX4211A组成的过电流、欠电流监视电路。若将电阻R1、R3的上端从IOUT端改接至POUT端，则可实现过功率、欠功率监视。图3设定的最大工作电流为5A，最小工作电流为3.5A。负载电流在3.5～5A窗口范围以内时，窗口监视输出Q端为高电平；负载电流在窗口范围以外时，Q端为低电平，这时Q端可向μC或报警电路送出控制指令。下面具体分析监视过程：负载电流为3.5A和5A时，检测电阻R\(_{SENSE}\)两端产生的检测电压V\(_{SENSE}\)分别为105mV和150mV，经MAX4211A内部电流检测放大器16.67倍（查表2得知）的放大后，在IOUT端输出与负载电流成正比的信号电压，数值分别为1.75V和2.50V。IOUT电压经电阻R1、R2分压加到比较器1的同相输入端CIN1\(_{+}\)（12脚），经电阻R3、R4分压加到比较器2的反相输入端CIN2-（11脚）；基准电压REF加到CIN1-和CIN2\(_{+}\)端（13脚和10脚）；两个比较器的输出端线或连接，经电阻R5上拉至μC电源或报警电路电源Vcc2，以保证与相关电路的电平匹配。比较器1用于欠电流监视，比较器2用于过电流监视。
电路设计时首先选定电阻R2和R4为75k，然后计算电阻R1的阻值，使负载电流为3.5A时CIN1+端的电压刚好大于CIN1-的1.21V基准电压；这样，负载电流大于3.5A时，比较器1输出为高电平。计算电阻R3的阻值，使负载电流为5A时CIN2-端电压略微低于CIN2+端的1.21V基准电压，这样，在负载电流小于5A时，比较器2输出端也是高电平。比较器1和比较器2的输出端线或连接到Q端后其逻辑关系是：只有两个比较器输出端均为高电平时Q端才为高电平，只要有一个比较器输出端为低电平，Q端就为低电平，两输出端形成低电平有效的或门关系。根据以上分析我们知道，只要负载电流小于3.5A或大于5A，即超出窗口电流监视范围，则必有一个比较器输出端为低电平，Q端也为低电平，发出报警信号，实现窗口电流监视的目的。
文/杨德印