常見(jiàn)的6種電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)方案

01低端檢流電路的檢流電阻串聯(lián)到地（圖1），而高端檢流電路的檢流電阻是串聯(lián)到高電壓端（圖2）。兩種方法各有特點(diǎn)：低端檢流方式在地線回路中增加了額外的線繞電阻，高端檢流方式則要處理較大的共模信號(hào)。

圖1 所示的低端檢流運(yùn)放以地電平作為參考電平，檢流電阻接在正相端。運(yùn)放的輸入信號(hào)中的共模信號(hào)范圍為：（GNDRSENSE*ILOAD）。盡管低端檢流電路比較簡(jiǎn)單，但有幾種故障狀態(tài)是低端檢流電路檢測(cè)不到的，這會(huì)使負(fù)載處于危險(xiǎn)的情況，利用高端檢流電路則可解決這些問(wèn)題。

高端檢流電路直接連到電源端，能夠檢測(cè)到后續(xù)回路的任何故障并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，特別適合于自動(dòng)控制應(yīng)用領(lǐng)域，因?yàn)樵谶@些應(yīng)用電路中通常采用機(jī)殼作為參考地。

02傳統(tǒng)的高端/低端檢流方式有多種實(shí)現(xiàn)方案，絕大多數(shù)基于分立或半分立元件電路。高端檢流電路通常需要用一個(gè)精密運(yùn)放和一些精密電阻電容，最常用的高端檢流電路采用差分運(yùn)放做增益放大并將信號(hào)電平從高端移位到參考地（圖3）：

VO=IRS*RS;R1=R2=R3=R4

該方案已廣泛應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中，但該電路存在三個(gè)主要缺點(diǎn)：

1）輸入電阻相對(duì)較低，等于R1;

2）輸入端的輸入電阻一般有較大的誤差值；

3）要求電阻的匹配度要高，以保證可接受的CMRR.任何一個(gè)電阻產(chǎn)生1%變化就會(huì)使CMRR 降低到46dB;0.1%的變化使CMRR 達(dá)到66dB，0.01%的變化使CMRR 達(dá)到86dB.高端電流檢測(cè)需要較高的測(cè)量技巧，這促進(jìn)了高端檢流集成電路的發(fā)展。而低端電流檢測(cè)技術(shù)似乎并沒(méi)有相應(yīng)的進(jìn)展。

03采用集成差分運(yùn)放實(shí)現(xiàn)高端電流檢測(cè)

采用差分運(yùn)放進(jìn)行高端電流檢測(cè)的電路更便于使用，因?yàn)榻谕瞥隽嗽S多種集成電路解決方案。集成電路內(nèi)部包括一個(gè)精密運(yùn)放和匹配度很好的電阻，CMRR 高達(dá)105dB 左右。MAX4198/99 就是這樣的產(chǎn)品，它的CMRR 為110dB，增益誤差優(yōu)于0.01%，而且采用小體積的8 引腳mMAX 封裝。

專用高端檢流電路內(nèi)部包含了完成高端電流檢測(cè)的所有功能單元，可在高達(dá)32V 的共模電壓下檢測(cè)高端電流，并提供與之成比例的、以地電平為參考點(diǎn)的電流輸出。需要對(duì)電流做精確測(cè)量和控制的應(yīng)用，如電源管理和電池充電控制，都適合采用這種方案。

MAXIM 的高端檢流運(yùn)放中所使用的檢流電阻放置在電源的高端和被檢測(cè)電路的電源輸入端之間，檢流電阻放在高端不給地線回路增加額外阻抗，這項(xiàng)技術(shù)提高了整個(gè)電路的性能并簡(jiǎn)化了布版要求。

MAXIM 推出了一系列雙向或單向電流檢測(cè)IC，有些雙向電流檢測(cè)IC 內(nèi)置檢流電阻，可檢測(cè)流入或流出被檢電路的電流大小并通過(guò)一個(gè)極性指示引腳顯示電流方向。增益可調(diào)的電流檢測(cè)IC、固定增益（+20V/V，+50V/V，或+100V/V）電流檢測(cè)芯片或包括單雙比較器的固定增益電流檢測(cè)IC，都采用小體積封裝，如SOT23，可滿足對(duì)尺寸要求苛刻的應(yīng)用。圖4 是用MAX4173 構(gòu)成的高端電流檢測(cè)電路。

圖中輸出電壓與檢流電阻的關(guān)系式為：

o=RGD*（Iload*Rsense）/RG1）

*b 式中b 為鏡像電流系數(shù)

上式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：

Vo=“Gain”*Rsense*Iload;Gain= b*RGD/RG1

Gain 分別為：20（MAX4173T），50（MAX4173F），100（MAX4173H）。

通過(guò)以上計(jì)算公式可看出，CMRR 由內(nèi)部集成檢流電路的工藝決定（典型值》90dB），不再受外部電阻的影響。

采用集成檢流電路有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、器件的一致性好

2、極好的溫漂特性

3、體積小

4、低功耗

5、使用方便

選擇檢流電阻的注意事項(xiàng)

檢流電阻RSENSE 應(yīng)根據(jù)以下幾條原則進(jìn)行選擇：

1、電壓損耗：檢流電阻阻值過(guò)大會(huì)引起電源電壓以IR 的數(shù)值降低。為了減少電壓損耗，應(yīng)選用小阻值的檢流電阻。

2、精度：較大的檢流電阻可以獲得更高的小電流的測(cè)量精度。這是因?yàn)闄z流電阻上的電壓越大，運(yùn)放的失調(diào)電壓和輸入偏置電流的影響就相對(duì)越小。

3、效率和功耗：當(dāng)電流較大時(shí)，RSENSE 上的功耗I2R 就不能忽略。在考慮檢流電阻和功耗時(shí)，需要注意這一點(diǎn)。如果允許檢流電阻發(fā)熱，則電阻阻值可大一些。

4、電感：如果ISENSE 包含大量高頻成分，則檢流電阻的電感量要很小。線繞電阻的電感最大，金屬膜電阻比較好。

5、成本：如果合適的檢流電阻的價(jià)格太高，則可采用另一種替代方案（圖5）。它采用電路板的印制線作為檢流電阻。由于印制板銅線“電阻”并不精確，電路里需要一個(gè)電位器調(diào)節(jié)滿量程電流值。另外，銅線的溫漂較大（大約為0.4%/℃），在寬溫度范圍下工作的系統(tǒng)需要考慮這一點(diǎn)。

04可調(diào)節(jié)線性電流源（圖6）是利用高端電流檢測(cè)器構(gòu)成的一個(gè)典型應(yīng)用電，IC1 將R1 電流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)比例的電壓信號(hào)，控制穩(wěn)壓芯片IC2 產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的輸出電流，D/A 轉(zhuǎn)換器可以提供IOUT 的數(shù)字控制。要達(dá)到12 BIT 精度（60mA 每LSB）的要求，可使用并行接口的MAX530 或串行接口的MAX531.10 BIT 精度（250mA 每LSB），則可使用并行接口的MAX503 或串行接口的MAX504.

05基于51單片機(jī)的電壓電流檢測(cè)系統(tǒng)rpotues仿真

本設(shè)計(jì)采用AT89C51為主控芯片，外部采用ADC0804作為電壓采集芯片，外部電壓最高為10V，而ADC0804最高電壓為+5V，所以模擬量連接入ADC芯片之前，首先用電阻分壓，把待測(cè)電壓分為原來(lái)的一半，這樣所檢測(cè)的電壓就用0-10V變成了0-5V，符合ADC芯片的輸入要求，在檢測(cè)電壓后，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后，在在原來(lái)的電壓基礎(chǔ)上乘以2則可以恢復(fù)以前的待測(cè)電壓。

電壓報(bào)警電路則由一路繼電器和發(fā)光二極管，以及喇叭所組成。當(dāng)ADC芯片所檢測(cè)的電壓超過(guò)一定的限制，則使特定的IO口變成低電平，導(dǎo)通PNP三極管，使繼電器導(dǎo)通，發(fā)光LED和喇叭行成壓降。產(chǎn)生報(bào)警。

由ADC芯片采集的電壓值，和由電阻所變換計(jì)算出的電流值，在LCD上顯示。

報(bào)警電壓由兩個(gè)按鍵所設(shè)定，當(dāng)按鍵一按下則報(bào)警值加0.1V，當(dāng)按鍵二按下則報(bào)警值減掉0.1V。

片機(jī)內(nèi)部隨時(shí)把采集電壓和報(bào)警電壓進(jìn)行比較，當(dāng)采集電壓高過(guò)報(bào)警電壓，則啟動(dòng)報(bào)警。

整體電路圖

仿真圖形

電壓，電流顯示電路

聲光報(bào)警電路

按鍵設(shè)置電路

本次設(shè)計(jì)由于protues中的12864只有不帶字庫(kù)的液晶顯示器，操作極為復(fù)雜。由于時(shí)間問(wèn)題。軟件程序僅僅調(diào)試了液晶1602顯示器。相信只要有時(shí)間12864的顯示也一定能夠完成。

06具有較寬共模輸入范圍的電流檢測(cè)放大器。MAX44284電流檢測(cè)放大器集高精度、寬輸入共模范圍于一體。您可以同時(shí)獲得高精度、低功耗性能——具備Maxim一貫的簡(jiǎn)約設(shè)計(jì)風(fēng)格。這款器件樹立了檢流放大器高精度、高靈活性的新標(biāo)桿，具有優(yōu)異的性價(jià)比，非常適合醫(yī)療、消費(fèi)類電子、移動(dòng)、通信或電機(jī)控制應(yīng)用——需要高精度、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便的任何應(yīng)用。

優(yōu)異的精度

2μV輸入失調(diào)電壓，增益誤差僅為0.05%

極低的輸入失調(diào)溫度系數(shù)：50nV/°C

-0.1V至+36V寬輸入共模范圍

低失調(diào)漂移和輸入噪聲

提供關(guān)斷控制，節(jié)省電池電量

審核編輯：湯梓紅