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根據測試系統的要求,往往需要采集被測對象的各種參數,如過渡過程的電壓U、電流I等,這些量的采集是至關重要的,它們直接影響到整個測試系統的測試精度。 很多場合需在被測系統工作時,對其電流進行在線檢測,因此如何無須串入電流表,直接對被測器件進行電流檢測就相當重要。 常規測量電流I的方法存在測量范圍小、測量誤差大等缺點。本文介紹的在線電流檢測器采用電流/電壓轉換芯片MAX472,克服了常規方法的缺點,實現了電流的高精度測量。 MAX472的工作原理 MAX 472的工作原理如圖１所示。方框內的部分是該芯片的內部結構,其中A1和A2是兩個運算放大器,構成差動輸入,這樣可以增強抗干擾能力,提高小電流信號的測量準確度;Q1和Q2是兩個三極管;COMP是一比較器;Rsence是電流采樣電阻,采用熱穩定性好、漂移小的康銅絲制作。方框外面的部分是用戶可以根據自己的需要而改變的電路。其工作原理詳述如下： 假定電流是從左向右(如圖１中Iload方向所示)流過電流采樣電阻Rsence,通過一電阻Rout接地。這樣,運放A1工作,產生電流Iout從Q1的發射極流出。而此時運放A2是截止的,沒有電流從Q2流出。A1的負輸入端(-)電位為： Vpower=Iload×Rsence,A1的開環增益使其正輸入端(+)與負輸入端(-)有相同的電位。故RG1的壓降為：Iload×Rsence,經過計算,電壓/電流轉換的比例P由下式給出： P=Vout/Iload=Rsence×(Rout/RG1) 根據上式Rsence取較小的值。通過(Rout/RG1)把比例Ｐ設置為一個合適的值。對于小電流,可以獲得較大的輸出測量電壓Vout,避免前述直接測量電流信號太小的缺點;對于較大的電流,又不會對電路的帶載能力產生較大的影響。在電路的具體應用中,電路各參數具體計算要滿足該芯片技術條件要求： OUT端的輸出電壓Vout 圖1 MAX 472的工作原理圖 圖2 硬件組成框圖 系統構成 系統硬件構成框圖如圖2所示。本檢測器主要由電流檢測電路、A/D轉換電路、AT89C2051和鍵盤顯示部分組成。MAX472的SIGN端口與AT89C2051的P3.4相連,SIGN反映被測電流的方向。SIGN為低電平時,傳感器兩端的電壓為負。 MAX472在電流測量電路中的應用 由于電流不能直接由A/D 轉換器轉換,因此必須先將其轉變成電壓信號,然后才能轉換。所以,電流/電壓轉換電路在測試器中占有很重要的地位。 常用的電流測量方法是在被測電路中串入精密電阻,通過直接采集電阻兩端的電壓來獲得電流。這種方法的優點是測量簡單方便。但當被測電流較大而串入的電阻阻值又較大時,電阻的壓降對電路的帶載能力將產生較大的影響;當被測電流很小時,從電阻上直接取得的電壓值又可能太小,影響測量準確度。因而,這種直接測量的方法很難選擇一合適的阻值,以適應電流變化范圍較大的情況,尤其是較小電流的準確測量。由于檢測電流須在系統工作的情況下進行,所以上述的串電阻直接測量的方法不能滿足本系統的要求。本電路采用兩探頭觸點并接到被測電流的電路上,達到測量的目的。 通過調研和實驗,最后選用美國MAXIM公司最新生產的電流／電壓轉換器MAX472,其響應時間、線性度、漂移等指標均很理想,且能適應大范圍大電流的測量,經過驗證和測試,很好地滿足了設計的要求。 如需測量流經印刷底板某銅箔線中的電流,可將探針A和探針B并聯在銅箔線上,而毋須切斷銅箔或斷開器件間的焊點串入電流表,并利用圖3中Rsence與數厘米長的銅箔線并聯,這樣由于銅箔線AB段電阻RAB遠遠大于探頭的輸入電阻,從而強制將流經銅箔的電流分流至探頭。經計算,Rsence =0.1 mΩ。設以1mm寬的印刷電路銅箔為例,測得其電阻率為2mΩ/cm,這樣在AB探頭并聯在1cm銅箔線上時,流過銅箔線上的電流與探頭電流之比為： Iload / I銅箔=R銅箔/Rsence=20 因此,流過探頭電流為銅箔線電流的20倍,檢測誤差為5%,若AB間距擴大到5cm,則檢測誤差為1%。 電流采樣電阻Rsence的選擇很重要,它決定了電壓／電流的轉換比例P。對于較小的電流,Rsence的選擇須使得Ｐ較大,才能使得轉換得到的輸出電壓不至于太小而影響測量的準確度。而圖２所示的MAX472的應用電路,正是可以通過調整其中的RG1、RG2和Rout來調整P,從而獲得較理想的P。理想P的獲得是一個試湊計算的過程。 為獲得較寬的測量范圍,在實際電路中,通過量程切換,改變輸入電阻。 結語 在線電流檢測器中,采用電流/電壓轉換芯片MAX472和AT89C2051單片機,可提高測量精度,并且實現智能化檢測。MAX472的應用電路中,調整合適的P,可獲得較高的測量精度。 |
