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根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的要求,往往需要采集被測(cè)對(duì)象的各種參數(shù),如過(guò)渡過(guò)程的電壓U、電流I等,這些量的采集是至關(guān)重要的,它們直接影響到整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度。 很多場(chǎng)合需在被測(cè)系統(tǒng)工作時(shí),對(duì)其電流進(jìn)行在線檢測(cè),因此如何無(wú)須串入電流表,直接對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行電流檢測(cè)就相當(dāng)重要。 常規(guī)測(cè)量電流I的方法存在測(cè)量范圍小、測(cè)量誤差大等缺點(diǎn)。本文介紹的在線電流檢測(cè)器采用電流/電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX472,克服了常規(guī)方法的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了電流的高精度測(cè)量。 MAX472的工作原理 MAX 472的工作原理如圖１所示。方框內(nèi)的部分是該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu),其中A1和A2是兩個(gè)運(yùn)算放大器,構(gòu)成差動(dòng)輸入,這樣可以增強(qiáng)抗干擾能力,提高小電流信號(hào)的測(cè)量準(zhǔn)確度;Q1和Q2是兩個(gè)三極管;COMP是一比較器;Rsence是電流采樣電阻,采用熱穩(wěn)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(jù)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(guò)電流采樣電阻Rsence,通過(guò)一電阻Rout接地。這樣,運(yùn)放A1工作,產(chǎn)生電流Iout從Q1的發(fā)射極流出。而此時(shí)運(yùn)放A2是截止的,沒(méi)有電流從Q2流出。A1的負(fù)輸入端(-)電位為： Vpower=Iload×Rsence,A1的開(kāi)環(huán)增益使其正輸入端(+)與負(fù)輸入端(-)有相同的電位。故RG1的壓降為：Iload×Rsence,經(jīng)過(guò)計(jì)算,電壓/電流轉(zhuǎn)換的比例P由下式給出： P=Vout/Iload=Rsence×(Rout/RG1) 根據(jù)上式Rsence取較小的值。通過(guò)(Rout/RG1)把比例Ｐ設(shè)置為一個(gè)合適的值。對(duì)于小電流,可以獲得較大的輸出測(cè)量電壓Vout,避免前述直接測(cè)量電流信號(hào)太小的缺點(diǎn);對(duì)于較大的電流,又不會(huì)對(duì)電路的帶載能力產(chǎn)生較大的影響。在電路的具體應(yīng)用中,電路各參數(shù)具體計(jì)算要滿足該芯片技術(shù)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(tǒng)構(gòu)成 系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖如圖2所示。本檢測(cè)器主要由電流檢測(cè)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、AT89C2051和鍵盤(pán)顯示部分組成。MAX472的SIGN端口與AT89C2051的P3.4相連,SIGN反映被測(cè)電流的方向。SIGN為低電平時(shí),傳感器兩端的電壓為負(fù)。 MAX472在電流測(cè)量電路中的應(yīng)用 由于電流不能直接由A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換,因此必須先將其轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào),然后才能轉(zhuǎn)換。所以,電流/電壓轉(zhuǎn)換電路在測(cè)試器中占有很重要的地位。 常用的電流測(cè)量方法是在被測(cè)電路中串入精密電阻,通過(guò)直接采集電阻兩端的電壓來(lái)獲得電流。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量簡(jiǎn)單方便。但當(dāng)被測(cè)電流較大而串入的電阻阻值又較大時(shí),電阻的壓降對(duì)電路的帶載能力將產(chǎn)生較大的影響;當(dāng)被測(cè)電流很小時(shí),從電阻上直接取得的電壓值又可能太小,影響測(cè)量準(zhǔn)確度。因而,這種直接測(cè)量的方法很難選擇一合適的阻值,以適應(yīng)電流變化范圍較大的情況,尤其是較小電流的準(zhǔn)確測(cè)量。由于檢測(cè)電流須在系統(tǒng)工作的情況下進(jìn)行,所以上述的串電阻直接測(cè)量的方法不能滿足本系統(tǒng)的要求。本電路采用兩探頭觸點(diǎn)并接到被測(cè)電流的電路上,達(dá)到測(cè)量的目的。 通過(guò)調(diào)研和實(shí)驗(yàn),最后選用美國(guó)MAXIM公司最新生產(chǎn)的電流／電壓轉(zhuǎn)換器MAX472,其響應(yīng)時(shí)間、線性度、漂移等指標(biāo)均很理想,且能適應(yīng)大范圍大電流的測(cè)量,經(jīng)過(guò)驗(yàn)證和測(cè)試,很好地滿足了設(shè)計(jì)的要求。 如需測(cè)量流經(jīng)印刷底板某銅箔線中的電流,可將探針A和探針B并聯(lián)在銅箔線上,而毋須切斷銅箔或斷開(kāi)器件間的焊點(diǎn)串入電流表,并利用圖3中Rsence與數(shù)厘米長(zhǎng)的銅箔線并聯(lián),這樣由于銅箔線AB段電阻RAB遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于探頭的輸入電阻,從而強(qiáng)制將流經(jīng)銅箔的電流分流至探頭。經(jīng)計(jì)算,Rsence =0.1 mΩ。設(shè)以1mm寬的印刷電路銅箔為例,測(cè)得其電阻率為2mΩ/cm,這樣在AB探頭并聯(lián)在1cm銅箔線上時(shí),流過(guò)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(guò)探頭電流為銅箔線電流的20倍,檢測(cè)誤差為5%,若AB間距擴(kuò)大到5cm,則檢測(cè)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(zhuǎn)換比例P。對(duì)于較小的電流,Rsence的選擇須使得Ｐ較大,才能使得轉(zhuǎn)換得到的輸出電壓不至于太小而影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。而圖２所示的MAX472的應(yīng)用電路,正是可以通過(guò)調(diào)整其中的RG1、RG2和Rout來(lái)調(diào)整P,從而獲得較理想的P。理想P的獲得是一個(gè)試湊計(jì)算的過(guò)程。 為獲得較寬的測(cè)量范圍,在實(shí)際電路中,通過(guò)量程切換,改變輸入電阻。 結(jié)語(yǔ) 在線電流檢測(cè)器中,采用電流/電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX472和AT89C2051單片機(jī),可提高測(cè)量精度,并且實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)。MAX472的應(yīng)用電路中,調(diào)整合適的P,可獲得較高的測(cè)量精度。 |
