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模拟乘法器提高高边电流检测的测量精度

发布时间:2020-07-21 18:36:44 阅读: 来源:立德粉厂家

将模拟乘法器和高边电流检测放大器相结合,能够在笔记本电脑或其他便携仪器中实现电池充、放电电流的测量。本文讨论将ADC的基准电压加到模拟乘法器的一个输入端,以提高电流测量精度的方法。

本文引用地址:对可靠性和精确性要求非常高的应用中大量使用了高边电流检测放大器。笔记本电脑中,它被用来监测电池的充、放电电流,也可以用来监测USB口和其他电压的电流。为了控制系统发热和电源损耗,要求降低这些电压的输出功率。在便携式消费类产品中,高边电流检测放大器用来监测锂电池的充、放电电流。汽车应用中,这样的放大器不仅可以监测电池电流,也可以用来进行电机控制和GPS天线检测。在通信基站中,这样的放大器也被用来监测功率放大器的电流。

很多应用中,高边电流检测放大器能够直接与ADC相连。有一些ADC由外部基准电压决定满量程输入范围,它们的输出精度在很大程度上取决于基准电压的精度。本文介绍了在多数应用中,如何利用一个集成了高边电流检测放大器的模拟乘法器来检测电池的充、放电电流。本设计方案通过把ADC的基准电压加到模拟乘法器的输入端,有效提高了检测精度。

高边与低边电流检测技术

高边、低边电流检测是两种通用的电流测量方法。高边检测是在电源(如电池)和负载之间放一个检流电阻;低边检测是在接地回路上串联一个检流电阻,这种方法与高边检测相比有2个缺点:第一,如果负载发生意外短路,低边电流检测放大器将被旁路,不能检测短路状态;第二,由于在接地回路中引入了所不期望的阻抗,从而把地平面分割开。

图1 高边电流检测(MAX4211)

高边电流检测也有一个缺点:电流检测放大器必需支持高共模电压输入,幅度取决于具体的电压源。高边检测主要用于电流检测放大器,而低边检测可采用简单的运算放大器,只要这个放大器能够处理以地为参考的共模输入即可。

利用高边检流放大器测量功率

图1说明了如何利用集成了模拟乘法器的高边电流检测放大器测量供给负载的功率(定义为负载电流与电压的乘积)。高边电流检测提供与负载电流成比例的电压输出,该输出电压加到模拟乘法器,而模拟乘法器的另一个输入为负载电压。由此,乘法器输出一个与负载功率成正比的电压。

这里的模拟乘法器不仅仅提供功率测量,还可提供其他用途。如果其外部输入没有连接到负载电压,也可以把它连接到ADC的基准电压。这种情况下,乘法器将不再测量功率,而是把电流检测放大器的输出电压与ADC的基准电压相关联。

图2说明了这种用法,高边电流检测放大器测量电池的充电电流。电压输出(POUT)加到输入范围为0V~VREF的16位ADC。这里,外部稳压源提供VREF,电压范围:1.2~3.8V(该例中为 3.8V)。乘法器的输入范围是0~1V,可以把3.8V基准电压通过R1/R2分压实现。假设R2=1kΩ,R1=2.8kΩ,则VREF=1V。MAX4211的增益为25,则电压测量范围为:0~150mV,输出电压(对POUT和IOUT)范围为0~3.75V(与流入负载的电流成正比)。

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