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    取樣+放大一體化的電流采樣設計

    發布時間:2023-01-26 責任編輯:lina

    【導讀】在一些小功率的實際應用中,若要采集電流也是一件頭疼的事,要么成本高,要么取樣電阻功率消耗過大。比如一些直流無刷電機,100W以內,220V供電電流也就不到500mA。采樣電阻用1Ω的話,最大壓降0.5V,有點小。再加一級運算放大器,成本又高。若是采樣電阻6.8Ω,最大壓降3.4V,這個采集就不成問題了,但是采樣電阻的功耗是多少呢?差不多2W了,自身發熱太厲害。本文作為電流采樣的進階篇,當然得有些技術含量,否則體現不出價值來,且讓我一一道來。


    在一些小功率的實際應用中,若要采集電流也是一件頭疼的事,要么成本高,要么取樣電阻功率消耗過大。比如一些直流無刷電機,100W以內,220V供電電流也就不到500mA。采樣電阻用1Ω的話,最大壓降0.5V,有點小。再加一級運算放大器,成本又高。若是采樣電阻6.8Ω,最大壓降3.4V,這個采集就不成問題了,但是采樣電阻的功耗是多少呢?差不多2W了,自身發熱太厲害。本文作為電流采樣的進階篇,當然得有些技術含量,否則體現不出價值來,且讓我一一道來。


    主要采樣負載RL的電流,采集電流之后再乘以負載工作電壓就可知道當前的功率。負載工作電壓值容易獲得,對負載電壓用電阻進行分壓取樣即可。本文主要講解一種新的電流取樣方式,取樣+放大一體化,并且實現電路最簡化。


    模擬電路沒學好的話可能就比較吃力了,有原理圖也看不懂。若看起來別扭,不好分析,我再改變一下,根據應用電路畫出等效電路如下圖。


    取樣+放大一體化的電流采樣設計


    可以看出負載電流IL與三極管Q1發射極的電流之比就是R3與電流采樣電阻Rs之比,也即R3上的壓降絕對值等于Rs上的壓降絕對值,只不過是方向相反。R3與Rs之比就相當于電流放大倍數。這就是它的絕妙之處,現在我們來看實際應用情況。


    為方便計算及觀察,設整機最大功率為62W,采樣電阻Rs為1Ω。負載電壓為220V,整流濾波后約310V。那么負載電流為0.2A。采樣電阻Rs上的壓降為0.2A*1Ω = 0.2V。


    一個帶電流檢測和放大功能的電路就設計完成了。AD直接采樣Vo,無需添加電壓放大器,成本低廉,三極管Q2也可以用二極管替代。但是為了獲得更好的精度,需要兩個PN結壓降相互抵消。所以用2個相同的三極管,其中一個三極管作放大,另一個三極管只用其BE極之間的PN結而已。電阻R1盡量取大一些,這樣對精度也會有好處。


    影響此方案精度的主要原因就在于計算過程中的兩個“約等于”,具體原因有如下兩個方面。1. 兩個PN結始終存在差異,不能完全抵消而產生誤差。2. Q1的發射極電流并不完全等于集電極電流。


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