电子论文-基于MAX4069的电流测量电路设计.pdf

1 基于基于 MAX4069 的电流测量电路设计的电流测量电路设计 史坡 沈昱明 张轩雄 上海理工大学光电学院学院 200093 摘要摘要 本文介绍了基于电流检测芯片 MAX4069 实现对给定电压下的 GPRS 模块的耗电电流 自动测量电路设计 通过该芯片将微弱电压信号放大 然后经过模数转换电路 即可以测得 负载在给定电压下的电流 关键词关键词 MAX4069 电流 测量 中图分类号 中图分类号 TP312 The Design of Current Detection Based on MAX4069 Shipo Shen Yuming Zhang Xuanxiong College of Optoelectric Electric Information Engineering of the University of Shanghai for Science and Technology 200093 Abstract This article introduces how to detect Voltage s Current based on MAX4069 automatically A feebleness Voltage can be amplified through the chip then the Voltage is sent to ADC for detecting With this way Voltage s Current can be calculated easily Key words MAX4069 Current Detection 1 引言引言 在自动检测系统中 一般采用ADC来实现对一定的电压的电流自动测量 一般情况下 ADC的输入信号为电压信号 而无法把电流信号直接引入到ADC中 笔者尝试通过把电压 信号经过一个阻值较小的电阻 不超过0 1 转换为电流信号 然后再把电流信号转换为 电压信号 输入到ADC中测量 然后根据对应关系 即可测得电流 因为电阻的值比较小 且电流的值通常不超过1A 这样在电阻上的电压降小于0 1V 不会影响给定电压的供电能 力 在设计中 以测量Vbat GPRS模块的供电电压 电压范围为3 6V Vbat 4 2V 电压 的电流为例 测量微弱电流 使用的主芯片是MAX4069 2 测量原理测量原理 MAX4069 是一组双向 高效 电流检测放大器 适合于便携式设备中电池充 放电电 流的检测 内置一个 2 5V 基准 输入电压范围从 1 35V 至 24V 供电电压 2 7V 至 24V 供 电电流低于 100 A 总的输入误差小于 5 可选择增益为 50V V 或 100V V 图 1 为 MAX4069 的功能管脚示意图 各个管脚的功能如下 VCC 即输入电压 范围为 2 7V 至 24V Load 为外部的输入电压 图中为测量电池的电流 RSENSE是负载电阻 可以根据通过 RSENSE电流的大小来选择它的阻值 GSEL 即 GAIN 的 SELECT 为增益选择管脚 当 GSEL 0 时 增益为 50V V 当 GSEL 1 时 增益为 100V V R1 和 R2 为可调电阻 可以通过调节二者的大小来改变内部的参考电压的值 且有 20K R1 R2 500K 本项目编号 国家自然科学基金 60776018 2 图 1 MAX4069 的功能结构示意图 图 2 MAX4069 内部比较电路 图2 为MAX4069的内部比较电路 当电流从RSENSE的RS 端流到RS 端时 在CSA中 内部流过Q1和RG1的电流增加 而流过Q2和RG2的电流减少 反之 当电流从RSENSE的RS 端流到RS 端时 在CSA内部 经过Q2和RG2的电流增加 Q1和RG1的电流减少 通过这种 方式 就可以从内部放大器持续不断的送入电压 从而实现精确的测量 在OUT端有另外 一个放大器 输出电压信号 因为RSENSE值比较小 这样在RSENSE的电压就很小 不到0 1V 对被测量的电压信号的影响比较小 通过MAX4069 把电阻RSENSE两端较小的电压放大 然 后通过OUT把放大后的电压值送到ADC进行测量 就可以得到电压值 再根据二者的换算 关系 即可以计算出流出RSENSE的电流值 3 电流测量电路设计电流测量电路设计 设计中 Vbat的电流范围是0mA 750mA以内 在电路的设计中 在MAX4069的RS 端给定 4 0V的电压 输入到GPRS模块中 需要测量整个模块的电流大小 此电流就是Vbat 的电流 4 0V通过 RSENSE后有较小的电压降 输出的电压即为Vbat Vbat为给后面的GPRS 模块供电电压 灵敏电阻RSENSE的两端分别为RS 和RS 当电压流过时 在两端有一个较小 的电压降 根据以上原理就可以设计出测量Vbat电流的电路 图3为电路原理图 各部分设 3 计如下 1 输入设计 为了测量 Vbat 的电流 系统提供 4V 输入 通过 RSENSE后转变为 Vbat 根据实际测量的需求 此时 RSENSE 0 1 而通过它的电流不大于 1A 这样 VSENSE 0 1V 所以 Vbat 4 0V 这样的电压满足 GPRS 模块工作电压的需要 2 精密电阻和增益设计 根据设计需求 Vbat 的电流小于 750mA 这样选精密电 阻的阻值为 RSENSE 0 1 需要精度为 1 选择增益为 50V V 则 GSEL 接地 3 输出设计 增益为 50V V 时 满量程输出电压为 VOUT VSENSE AV 750mV 50V V 3 75V VSENSE RSENSE的满量程电压 AV 输出增益 设计中 AV 50V V 4 供电电压及其它部分设计 供电电压为 5V 在输入端对地并以一个 0 1 f 的对 地电容 起到退偶作用 SHDN 作为模式选择脚 设计中 通过 0 连接 5V 进入非SHDN 模式 同时 通过 NC 连接后续的微处理器作为兼容设计 通过以上的设计就建立如下的线性对应关系 750mA Vbat电流 3 75V OUT端输出电压 212 ADC选用的位数 则ADC的每个刻 度代表的电流值为 750mA 212 0 1831mA 通过MAX4069的OUT口 放大的电压信号被送到ADC中 ADC再把数字信号送入到后 续处理器中 在正常情况下 Vbat的电流为2mA 300mA之间 根据上面的对应关系 便可以方便的 测量出Vbat的电流值 图 3 MAX4069 的电流测量电路原理图 设计的时候要注意 为了能测量到高速电流信号 需要注意把RSENSE消耗的热量及时散 发出去 否则 在输出端就可能产生误差 4 本文作者的创新之处本文作者的创新之处 设计使用 MAXMIM 公司的电流检测芯片 MAX4069 通过在外部增加灵敏电阻 RSENSE 可以测得 RSENSE两端微弱电压信号 送入 MAX4069 中放大 并输出送到 ADC 中 可以测 得电阻两端的电压 然后在根据对应关系 便可以求出通过 RSENSE的电流 即为外部供电 电压的电流 因为 RSENSE值很小 所以在不会影响输入电压的情况下 实现了对输入电压 后负载的电流自动测量 4 参考文献参考文献 1 Neamen D A Semiconductor Physics and Devices Basic Principles 2nd ed Homewood IL Richard D Irwin Inc 1997 2 Datasheet of MAX 4069 4072 pdf 3 熊莉英 宁宁 吴霜毅 改进的低功耗两步式ADC结构 微计算机信息 2006 5 2 246 247 作者简介 史坡 男 1982 年出生 现为上海理工大学光学与电子信息工程学院的在读研究生 攻 读检测技术及自动化装置硕士