电流/电压转换芯片MAX472在电流检测器中的应用

引言
根据测试系统的要求，往往需要采集被测对象的各种参数，如过渡过程的电压U、电流I等，这些量的采集是至关重要的，它们直接影响到整个测试系统的测试精度。 很多场合需在被测系统工作时，对其电流进行在线检测，因此如何无须串入电流表，直接对被测器件进行电流检测就相当重要。
常规测量电流I的方法存在测量范围小、测量误差大等缺点。本文介绍的在线电流检测器采用电流/电压转换芯片MAX472，克服了常规方法的缺点，实现了电流的高精度测量。

MAX472的工作原理
MAX 472的工作原理如图１所示。方框内的部分是该芯片的内部结构，其中A1和A2是两个运算放大器，构成差动输入，这样可以增强抗干扰能力，提高小电流信号的测量准确度；Q1和Q2是两个三极管；COMP是一比较器；Rsence是电流采样电阻，采用热稳定性好、漂移小的康铜丝制作。方框外面的部分是用户可以根据自己的需要而改变的电路。其工作原理详述如下：
假定电流是从左向右(如图１中Iload方向所示)流过电流采样电阻Rsence，通过一电阻Rout接地。这样，运放A1工作，产生电流Iout从Q1的发射极流出。而此时运放A2是截止的，没有电流从Q2流出。A1的负输入端(-)电位为：Vpower=Iload×Rsence，A1的开环增益使其正输入端(+)与负输入端(-)有相同的电位。故RG1的压降为：Iload×Rsence，经过计算，电压/电流转换的比例P由下式给出：
P=Vout/Iload=Rsence×(Rout/RG1)
根据上式Rsence取较小的值。通过(Rout/RG1)把比例Ｐ设置为一个合适的值。对于小电流，可以获得较大的输出测量电压Vout，避免前述直接测量电流信号太小的缺点；对于较大的电流，又不会对电路的带载能力产生较大的影响。在电路的具体应用中，电路各参数具体计算要满足该芯片技术条件要求：
OUT端的输出电压Vout<(VRG-1.5V)
OUT端的输出电流Iout≤1.5mA

图1 MAX472工作原理图

图2 硬件组成框图

图3 MAX472在测试器中的应用
系统构成
系统硬件构成框图如图2所示。本检测器主要由电流检测电路、A/D转换电路、AT89C2051和键盘显示部分组成。MAX472的SIGN端口与AT89C2051的P3.4相连，SIGN反映被测电流的方向。SIGN为低电平时，传感器两端的电压为负。

MAX472在电流测量电路中的应用
由于电流不能直接由A/D 转换器转换，因此必须先将其转变成电压信号，然后才能转换。所以，电流/电压转换电路在测试器中占有很重要的地位。
常用的电流测量方法是在被测电路中串入精密电阻，通过直接采集电阻两端的电压来获得电流。这种方法的优点是测量简单方便。但当被测电流较大而串入的电阻阻值又较大时，电阻的压降对电路的带载能力将产生较大的影响；当被测电流很小时，从电阻上直接取得的电压值又可能太小，影响测量准确度。因而，这种直接测量的方法很难选择一合适的阻值，以适应电流变化范围较大的情况，尤其是较小电流的准确测量。由于检测电流须在系统工作的情况下进行，所以上述的串电阻直接测量的方法不能满足本系统的要求。本电路采用两探头触点并接到被测电流的电路上，达到测量的目的。
通过调研和实验，最后选用美国MAXIM公司最新生产的电流／电压转换器MAX472，其响应时间、线性度、漂移等指标均很理想，且能适应大范围大电流的测量，经过验证和测试，很好地满足了设计的要求。MAX472在测试器中的应用电路如图3所示。
如需测量流经印刷底板某铜箔线中的电流，可将探针A和探针B并联在铜箔线上，而毋须切断铜箔或断开器件间的焊点串入电流表，并利用图3中Rsence与数厘米长的铜箔线并联，这样由于铜箔线AB段电阻RAB远远大于探头的输入电阻，从而强制将流经铜箔的电流分流至探头。经计算，Rsence =0.1 mΩ。设以1mm宽的印刷电路铜箔为例，测得其电阻率为2mΩ/cm，这样在AB探头并联在1cm铜箔线上时，流过铜箔线上的电流与探头电流之比为：
Iload / I铜箔=R铜箔/Rsence=20
因此，流过探头电流为铜箔线电流的20倍，检测误差为5%，若AB间距扩大到5cm，则检测误差为1%。
电流采样电阻Rsence的选择很重要，它决定了电压／电流的转换比例P。对于较小的电流，Rsence的选择须使得Ｐ较大，才能使得转换得到的输出电压不至于太小而影响测量的准确度。而图２所示的MAX472的应用电路，正是可以通过调整其中的RG1、RG2和Rout来调整P,从而获得较理想的P。理想P的获得是一个试凑计算的过程。 为获得较宽的测量范围，在实际电路中，通过量程切换，改变输入电阻。

结语
在线电流检测器中，采用电流/电压转换芯片MAX472和AT89C2051单片机，可提高测量精度，并且实现智能化检测。MAX472的应用电路中，调整合适的P，可获得较高的测量精度。■

参考文献
1 何立民.《单片机应用系统设计》. 北京：北京航空航天大学出版社.1990年
2 Amtel. AT89C2051 User's Manual