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

　　摘要：有些系統(tǒng)要求測量輸出到負載的功率，這比通過傳統(tǒng)的電流檢測放大器簡單測量電流更為重要。負載功率測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)建一個簡易模擬乘法器(用MAX4210D/E/F)的方法，將兩路0到1V的輸入信號相乘，從而實現(xiàn)精確的負載功率測量。

　　負載功率測量的重要性

　　在筆記本電腦應(yīng)用中，負載功率的測量往往非常重要，此類應(yīng)用中，整個電路(負載)是由鋰離子(Li+)電池供電或由同時向電池充電的交流適配器供電。因為每個電源的輸出電壓不同，負載電流也不同。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，充滿電時電壓約12.6V，完全放電時約為9V。

　　要精確管理電路中的功率，僅僅測量負載電流是不夠的，因為那樣無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，所以需要直接測量功率，而不是分別測量電壓和電流，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。但如果需要簡單的將兩個0到1V的信號相乘，輸入共模電壓門限(4.5V最小)將使電路無法工作。

　　圖1顯示了利用MAX4210D/E/F與一個MAX4477運放和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個獨立輸入電壓相乘。

　　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通過運放、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。這個小電壓連接至MAX4210E的差分輸入。MAX4210E允許的最大輸入檢測電壓為150mV。據(jù)此，選擇R1和R2值：R1 = 1kΩ 和R2 = 150Ω 。整個電路的電源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的運算放大器。25°C時，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。

　　圖2顯示了第一組測量結(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。每個斜率由假設(shè)為線性的2個端點測量值得到?？傒敵稣`差為測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顯示了另一組測量值，輸入V1為0.9V，輸入V2在0到1V之間以100mV遞增。計算增益誤差為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

　　為實現(xiàn)精確的功率管理，一些應(yīng)用需要進行負載功率檢測，而不僅僅是負載電流檢測。MAX4210D/E/F能同時檢測負載電流和電源電壓，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的信號相乘，實現(xiàn)精確的功率管理。