개요: 많은 배터리 전류 모니터링 애플리케이션에서는 배터리의 충전 및 방전 전류를 모두측정하기 위해 양방향 전류 감지를 필요로 한다. 이 애플리케이션 노트에서는 MAX4172 및 MAX4173과 같은 2개의 단방향 전류 출력, 전류 감지 앰프를 연결하여 하나의 양방향 전류 감지 앰프를 구성하는 방법에 대해 설명한다.
머리말
많은 전류 감지 애플리케이션은 양방향 전류 감지 기능을 필요로 한다. 예를 들어 랩탑을 AC 전력선에 꽂으면 AC 어댑터가 랩탑에 전력을 공급하고 배터리를 충전한다. 배터리 충전 전류는 모니터링 되어 배터리가 과열되지 않도록 보장하면서 AC 어댑터로부터 소비되는 전체 입력 전력이 UL 규격 제한을 초과하지 않도록 한다. 마찬가지로 배터리 방전 전류는 AC 어댑터를 사용할 수 없고 배터리 용량을 보존할 필요가 있을 때 부하 장치의 배터리 게이지/동작 전력 관리에 대해 모니터링된다. 그림 1은 배터리 충전/방전 애플리케이션에서 일반적인 전류 감지 앰프 구현을 보여준다.
그림 1. 랩탑 애플리케이션에 사용되는 일반 배터리 충전/방전 회로
양방향 전류 감지 앰프 구성
가장 많이 사용되는 MAX4172, MAX4173, MAX4073은 전류 출력을 갖는 단방향 전류 감지 앰프다. MAX4172는 µMAX® 패키지로 제공되며 산업 온도 범위에서 높은 정확도의 1.6mV 최대 오프셋 전압 (0.75mV VOS, SOIC 버전) 및 ±2% 최대 이득 오차 규격을 제공한다. MAX4173은 초소형 SOT23 패키지로 제공되며 전류 출력을 전압 출력으로 변환하기 위해 3mV 최대 오프셋 및 내부 12kΩ 부하 저항을 갖는다. 또한 MAX4073 역시 초소형 SC70 패키지로 제공된다. 세 소자는 모두 높은 신호 대역폭을 제공하므로 아날로그 제어 루프에서 매력적인 솔루션이다.
이들 소자는 전압 입력, 전류 출력 기능을 갖추고 있어 다양한 적합한 회로에 이용되고 있다. 예를 들어 MAX4172 또는 MAX4173과 같은 2개의 단방향 전류 감지 앰프를 사용하여 고속의 양방향 전류 감지 앰프를 구성할 수 있다(그림 2).
그림 2. 2개의 단방향 전류 감지 앰프로부터 생성된 양방향 전류 감지 앰프를 보여주는 2개 회로
Part A는 VRS+가 VRS-보다 클 때 (배터리에서 부하 전류를 공급할 때) 동작하며 Part B는 VRS-가 VRS+보다 클 때 (배터리가 AC 어댑터에 의해 충전될 때) 동작한다. 범용 op 앰프는 2개의 앰프로부터 나오는 출력 전류를 적절한 출력 전압으로 결합한다. VREF는 제로 전류(제로 감지 전압)에서 출력 전압을 설정한다. 출력 전압은 Part A가 동작할 때 VREF 이상으로 증가하고 Part B가 동작할 때 VREF 미만으로 감소한다. MAX4172 회로에서 Ra ≠ Rb를 사용하면 포지티브 (방전) 전류와 네거티브 (충전) 전류에 대해 서로 다른 이득을 사용할 수 있다.
MAX4173 회로는 피드백에서 1nF 커패시터를 사용하여 제어 루프를 안정화한다. Part B의 GND 핀은 op 앰프의 출력에 의해 변조되기 때문에 MAX4173에 인가되는 VCC는 MAX4230의 최대 출력에서 최소 3V 이상이 되어야 한다. 이 값은 소자의 적절한 동작을 위한 충분한 전원 전압 헤드룸을 보장한다.
MAX4172 및 MAX4173 회로의 전송 특성은 각각 그림 3과 그림 4에 나와 있다.
MAX4172 회로의 조건은 다음과 같다.
VBAT = 8V
VCC = 3.3V for MAX4172 및 MAX4230
Ra = Rb = 1kΩ
VREF = 1.2V
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