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电流检测电路
摘要：MAX471/MAX472是MAXIM公司生产的精密高端电流检测放大器，利用该器件可以实现以地为参考的电流/电压的转换，本文介绍了用MAX471/472高端双向电流检测技术来实现对电源电流的监测和保护的方法，并给出了直流电源监测与保护的实现电路
1 电源电流检测
长期以来，电源电流的检测都是利用串联的方法来完成的。而对于磁电仪表，一般都必须外加分流电阻以实现对大电流的测量，在量程范围不统一时，分流电阻的选择也不标准，从而影响到测量精度。对于互逆电源，由于测量必须利用转换开并来实现，因而不能随机地跟踪测量和自动识别。
在教学和实验室使用的稳压电源中，为了能够进行电流/电压的适时测量，可用两种方法来实现。一种方法是彩 双表法显示，此法虽好，但成本较高，同时体积也较大；另一种方法是采用V/I复用转换结构，这种方法成本低，体积小，因而为大多数电源所采用，但它在测量中需要对电压/电流进行转换显示，也不方便。那么，如何对电源进行自动监测呢？笔者在使用中发现，稳压电源的电压在初始调节状态时，往往显示出空载，而在接入负载后，则需要适时显示负载电流，因此，利用负载电流作为监测信号来完成I/V的测量转换，可实现一种电量用两种方法表示，并可完成自动监测转换功能。
为了实现I/V的转换，笔者利用MAX271/MAX472集成电路优良的I/V转换特性、完善的高端双向电流灵敏放大器和内置检流电阻来实现对稳压电流电流的检测。
2 MAX471/MAX472的特点、功能
美国美信公司生产的精密高端电流检测放大器是一个系列化产品，有MAX471/MAX472、MAX4172/MAX4173等。它们均有一个电流输出端，可以用一个电阻来简单地实现以地为参考点的电流/电压的转换，并可工作在较宽的电压和较大的电流范围内。
MAX471/MAX472具有如下特点：
●具有完美的高端电流检测功能；
●内含精密的内部检测电阻（MAX471）；
●在工作温度范围内，其精度为2%；
●具有双向检测指示，可监控充电和放电状态；
●内部检测电阻和检测能力为3A，并联使用时还可扩大检测电流范围；
●使用外部检测电阻可任意扩展检测电流范围（MAX472）；
●最大电源电流为100μA；
●关闭方式时的电流仅为5μA；
●电压范围为3～36V；
●采用8脚DIP/SO/STO三种封装形式。
MAX471/MAX472的引脚排列如图1所示，图2所示为其内部功能框图。表1为MAX471/MAX472的引脚功能说明。MAX471的电流增益比已预设为500μA/A，由于2kΩ的输出电阻（ROUT）可产生1V/A的转换，因此±3A时的满度值为3V.用不同的ROUT电阻可设置不同的满度电压。但对于MAX471，其输出电压不应大于VRS+-1.5V，对于MAX472，则不能大于VRG-1.5V。
表1 MAX471/MAX472的引脚功能说明
引 脚 名 称 MAX471 MAX472 1 1 SHDN 关闭端。正常运用时连接到地。当此端接高电平时，电源电流小于5μA 内部电流检测电阻电池（或电源端）。“+”仅指示与SIGN输出有关的流动方向。封装时已将2和3连在了一2，3 - RS+ 起 - - 4 2 3 4 N.C RG1 GND 空脚 增益电阻端。通过增益设置电阻连接到电流检测电阻的电池端 地或电池负端 集电极开路逻辑输出端。对于MAX471来说，低电平表示电流从RS-流向RS+，对于MAX472，低电平表5 5 SIGN 示VSENSE为负。当SHND为高电平时，SIGN不为高阻抗，如果不需要SIGN，可将其悬空 6，7 - - - 6 7 RS- RG2 Vcc 内部电流检测电阻的负载端。“-”仅表示与SIGN输出有关的流动方向，封装时已将6和7连在一起 增益电阻端。通道增益设置电阻连接至电流检测电阻负载端 MAX471电源输入端。连接至检测电阻与RG1的连接点 电流输出，它正比于流过TSENSE被测电路的幅度，在MAX741中，此引脚到地之间应接一个2kΩ电阻，8 8 OUT 每一安培被测电流将产生大小等于1V的电压 功 能 OUT端为电流幅度输出端，而SIGN端可用来指示输出电流的方向。SIGN是一个集电极开路的输出端（仅吸收电流），可和任何采用电压供电的逻辑电路相连，用100kΩ的上拉电阻即可把SIGN连接到逻辑电源。对于MAX471来说，在电流从RS-流向RS+时，输出低电平。而当电流从RS+流向RS-时，输出高电平。在采有电流供电的电路中，无论是充电还是放电，只要负载电流大于1mA，SIGN端的输出都能精确地指示出电流方向。
在SHDN为高电平时，MAX471/MAX472进入关闭模式，此时系统的消耗电流小于5μA。在关闭状态下，SIGN为高阻状态，OUT截止。
3 电源监测与保护电路
用MAX471构成的直流电源监测与保护电路如图3所示，该电路可以和任意电源相连，能进行电流、电压的自动显示和过流报警与保护。图中R1为MAX471输出端电阻，用于决定I/V的转换灵敏度。由于笔者是采用85C1-V30V磁电式直流电压表来显示输出电压和电流的，所以R2为20kΩ，灵敏度为10V/A。实际应用时，R1可用标准仪表来进行微调校正。J1-1为电压/电流显示转换继电器。在初始状态下调整输出电压时，由于未接负载，Irt为零，IOUT端的输出电压为零，J1不吸合，J1-1常闭以使昨电压表接入电源输出端，从而显示输出电压，并使VD3发光，以表示测接入量值为电压。当负载电源后，IOUT端通过R1使VT2导通，继电器J1吸合，电压表通过JL-1接入IOUT端以显示I/V转换器，同时，VD4发光以表示测量值为负载电流，开关K为强制转换开关，可方便地将显示仪表设置为输出电压测量。此开关一般情况下处在打开状态。VT1为射极输出器，可用于减小VT2和IC2对IOUT端的影响。过流保护电路用集成电路TL431来完成，J2为过流保护用继电器，W为过流保护调节电位器，当VA=UB[R5/（W+R5）]=2.5V时，TL431的阳极端电压为2.5V，J2吸合，J2-1切断输出；同时J2-2闭合，VD5发光指示，报警音乐集成电路IC3得电并通过VT3驱动报警喇叭，从而以声、光形式构成流保护指示。
用MAX471MAX472实现I/V的转换可简化对电源电流的测量，并可实行对高端电流的监测，可以和任意电源共地应用，它内置电阻精度高，且能关联扩流使用。这对学生用实验电源的改造非常方便。尤其是模块化电源监测的保扩板，由于它能够完成完整的I/V显示及过程保护功能，因此，特别适用于通用的实验电源。