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电流传感放大器MAX471/MAX472的原理及应用

电流传感放大器MAX471/MAX472的原理及应用

2010/1/15 9:49:00
摘 要: MAX471/MAX472是美国MAXIM公司推出的精密电流传感放大器。对它们的功能、特点及应用场合作了简单说明,并介绍了其引脚功能及工作原理,最后给出一个基于MAX471的电流传感实例。
关键词: 电流传感放大器 电流增益 输出电压

   MAX471/MAX472是美国MAXIM公司生产的双向、精密电流传感放大器。MAX471内置35mΩ精密传感电阻,可测量电流的上下限为±3A。对于允许较大电流的场合,则可选用MAX472。在这种情况下,用户可根据自己的需要配置外接的传感电阻与增益电阻。MAX471/MAX472都可通过一个输出电阻将电流输出转化为对地电压输出。
  MAX471/MAX472所需的供电电压VBR/VCC为3~36V,所能跟踪的电流的变化频率可达到130kHz。二者均采用8脚封装。
  MAX471/MAX472可广泛应用于电流供电系统、便携式设备、监控系统及能源管理系统等。
1 引脚说明
  MAX471引脚图如图1所示,MAX472引脚图如图2所示。

 


  各引脚功能说明如下:
  SHDN为关闭信号,正常操作时接地;当它为高电平时,供电电流小于5μA。
  RS+为内传感电阻的电源端。
  N.C.表示无内部连接。
  RG1为增益电阻的连接端,增益电阻RG1连接到传感电阻的电源端。
  GND为地端或电源负端。
  SIGN为集电极开路逻辑输出。对于MAX471,SIGN为低电平表示电流由RS-流向RS+;对于MAX472,SIGN为低电平表示Vsense(传感电阻两端的电压)为负。当SIGN为高电平时,SIGN呈高阻状态。
  RS-为内传感电阻的负载端。
  RG2为增益电阻的连接端,增益电阻RG2连接到传感电阻的负载端。
  VCC为MAX472的正电源连接端。连接传感电阻与增益电阻。
  OUT为电流输出端,该电流的大小正比于流过传感电阻的电流。
2 工作原理
  MAX471的功能框图如图3所示,MAX472的功能框图如图4所示。

 


  MAX471和MAX472电流传感放大器的独特布局大大简化了电流监控的设计。MAX471/MAX472包含两个放大器,如图3和图4所示。传感电流Isense通过传感电阻Rsense从RS+流向RS-(反之亦然)。输出电流Iout流过RG1和Q1还是RG2和Q2取决于传感电阻中电流的方向。内部电路(图中没有画出来)不允许Q1和Q2同时打开。MAX472除了传感电阻Rsense、增益电阻RG1和RG2外置外,其它用法和MAX471是一样的。
  以图3为例,若传感电流Isense从RS+经精密传感电阻Rsense流向RS-,输出端OUT通过输出电阻Rout接地(GND)。此时,Q2断开,放大器A1工作,输出电流Iout从Q1的发射极流出。由于没有电流流过RG2,A1的反向输入端的电位就等于Rsense和RG2交点的电位;因A1的开环增益很大,其正向输入端与反向输入端基本上保持同一电位。所以,A1的正向输入端的电位也近似等于Rsense和RG2交点的电位。因此,传感电流Isense流过Rsense所产生的压降就等于输出电流Iout流过RG1所产生的压降,即
  Iout×RG1=Isense×Rsense
  所以Iout=(Isense×Rsense)/RG1
  Vout=(Iout×Rout)=(Isense×Rsense×Rout)/RG1
  同理,若传感电流Isense从RS-经传感电阻Rsense流向RS+,则可得
  Vout=(Isense×Rsense×Rout)/RG2
  综合上述两种情况,可得MAX471/MAX472输出电压方程
   Vout=(Isense×Rsense×Rout)/RG
  其中 Vout——期望的实际输出电压
  Isense——所传感的实际电流
  Rsense——精密传感电阻
  Rout——输出调压电阻
  RG——增益电阻(RG=RG1=RG2)
  对于MAX471,所设定的电流增益为:Rsense/RG=500×10-6,Vout=500×10-6×Isense×Rout
  当输出电阻Rout=2kΩ时,在传感电流Isense允许变化范围(-3A≤Isense≤3A)内,输出电压Vout的变化范围为:-3V≤Vout≤3V, 即满标电压值为3V。
  特定的满标范围所对应的输出调压电阻Rout为:
  Rout=(Vout×RG)/(Isense×Rsense)
  对于MAX×471,Rout=Vout/Isense×500×10-6
  但要注意,变化Rout时,须保证MAX471输出电压的上限值不能超过VRS+-1.5V;对于MAX472,其输出电压的的上限值不超过VCC-1.5V。
  MAX471/MAX472对瞬变电流的响应非常快,若要减弱由于噪声在输出端产生的干扰,可在输出调压电阻的两端并联一个1μF电容(也可根据实验确定)进行旁路。这一电容的引入不会影响到MAX471/MAX472的使用性能。
3 应用实例
  我们在设计斩波恒流细分步进电机驱动器时,需要对绕组电流进行检测,传统的方式是通过电流互感器、霍尔元件或检测电阻来实现的。由于检测电阻价格便宜、使用简单,因此应用比较广泛。但这种传统检测电阻的弊端是很明显的,一方面其阻值难以做的很小,影响到步进电机绕组电流上升前沿的陡度,且三相间难于精确匹配;另一方面,所得到的电流检测信号(电压信号)通过放大以后才能进入步进电机前级驱动电路的比较器,从而增加了电路设计调试时的复杂度。因此,有必要选用精密电流传感元器件来取代传统的检测电阻。 


  由于我们所设计的驱动器主要用来驱动75BF3型步进电机,而该电机的额定电压、额定电流分别为27V、3A ,故选用MAX471便可达到设计要求。该部分的电路如图5所示。图中所用其它元器件及符号说明如下:
  Eg——步进电机相绕组供电电压
  L——步进电机A相绕组
  R——泄放回路电阻
  D——快恢复二极管
  VT——功率开关管通断控制信号


  图6为75BF3步进电机在单三拍运行方式下,运行频率为2000pps时, 所得A相绕组的相控信号及电流传感器输出电压波形。
  实验表明,以电流传感放大器件MAX471代替传统的取样电阻,不仅大大简化了电路的设计调试,节省了电路板空间;同时所得取样电压波形好,驱动器性能优越。
  电流传感放大器MAX471/MAX472的应用非常广泛,以上仅是其中一个实例。
参考文献
1 王鸿钰. 步进电动机控制技术入门. 上海:同济大学出版社, 1990
2 MAXIM Corp. MAXIM DATA SHEETS 数据光盘手册, 1998

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