style=“text-indent:0.75“電流傳感放大器MAX471／MAX472的原理及應(yīng)用

摘 要： MAX471／MAX472是美國(guó)MAXIM公司推出的精密電流傳感放大器。對(duì)它們的功能、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合作了簡(jiǎn)單說(shuō)明，并介紹了其引腳功能及工作原理，最后給出一個(gè)基于MAX471的電流傳感實(shí)例。

關(guān)鍵詞： 電流傳感放大器 電流增益 輸出電壓

MAX471／MAX472是美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的雙向、精密電流傳感放大器。MAX471內(nèi)置35mΩ精密傳感電阻，可測(cè)量電流的上下限為±3A。對(duì)于允許較大電流的場(chǎng)合，則可選用MAX472。在這種情況下，用戶(hù)可根據(jù)自己的需要配置外接的傳感電阻與增益電阻。MAX471／MAX472都可通過(guò)一個(gè)輸出電阻將電流輸出轉(zhuǎn)化為對(duì)地電壓輸出。

MAX471／MAX472所需的供電電壓VBR／VCC為3～36V，所能跟蹤的電流的變化頻率可達(dá)到130kHz。二者均采用8腳封裝。

MAX471／MAX472可廣泛應(yīng)用于電流供電系統(tǒng)、便攜式設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)及能源管理系統(tǒng)等。

１ 引腳說(shuō)明

MAX471引腳圖如圖１所示，MAX472引腳圖如圖２所示。

各引腳功能說(shuō)明如下：

SHDN為關(guān)閉信號(hào)，正常操作時(shí)接地；當(dāng)它為高電平時(shí)，供電電流小于5μA。

RS+為內(nèi)傳感電阻的電源端。

N.C．表示無(wú)內(nèi)部連接。

RG1為增益電阻的連接端，增益電阻RG1連接到傳感電阻的電源端。

GND為地端或電源負(fù)端。

SIGN為集電極開(kāi)路邏輯輸出。對(duì)于MAX471，SIGN為低電平表示電流由RS-流向RS+；對(duì)于MAX472，SIGN為低電平表示Vsense（傳感電阻兩端的電壓）為負(fù)。當(dāng)SIGN為高電平時(shí)，SIGN呈高阻狀態(tài)。

RS-為內(nèi)傳感電阻的負(fù)載端。

RG２為增益電阻的連接端，增益電阻RG２連接到傳感電阻的負(fù)載端。

Vcc為MAX472的正電源連接端。連接傳感電阻與增益電阻。

OUT為電流輸出端，該電流的大小正比于流過(guò)傳感電阻的電流。

２ 工作原理

MAX471的功能框圖如圖3所示，MAX472的功能框圖如圖4所示。

MAX471和MAX472電流傳感放大器的獨(dú)特布局大大簡(jiǎn)化了電流監(jiān)控的設(shè)計(jì)。MAX471／MAX472包含兩個(gè)放大器，如圖３和圖４所示。傳感電流Isense通過(guò)傳感電阻Rsense從RS+流向RS-（反之亦然）。輸出電流Iout流過(guò)RG1和Q1還是RG2和Q2取決于傳感電阻中電流的方向。內(nèi)部電路（圖中沒(méi)有畫(huà)出來(lái)）不允許Q1和Q2同時(shí)打開(kāi)。MAX472除了傳感電阻Rsense、增益電阻RG1和RG2外置外，其它用法和MAX471是一樣的。

以圖3為例，若傳感電流Isense從RS+經(jīng)精密傳感電阻Rsense流向RS-，輸出端OUT通過(guò)輸出電阻ROUT接地（GND）。此時(shí)，Q2斷開(kāi)，放大器Ａ1工作，輸出電流Iout從Q1的發(fā)射極流出。由于沒(méi)有電流流過(guò)RG2，A1的反向輸入端的電位就等于Rsense和RG2交點(diǎn)的電位；因A1的開(kāi)環(huán)增益很大，其正向輸入端與反向輸入端基本上保持同一電位。所以，A1的正向輸入端的電位也近似等于Rsense和RG2交點(diǎn)的電位。因此，傳感電流Isense流過(guò)Rsense所產(chǎn)生的壓降就等于輸出電流Iout流過(guò)RG1所產(chǎn)生的壓降，即

同理，若傳感電流Isense從RS－經(jīng)傳感電阻Rsnse流向RS＋，則可得

綜合上述兩種情況，可得MAX471／MAX472輸出電壓方程

其中 Vout——期望的實(shí)際輸出電壓

Isense——所傳感的實(shí)際電流

Rsense——精密傳感電阻

Rout——輸出調(diào)壓電阻

RG——增益電阻（RG＝RG1＝RG2）

對(duì)于MAX471，所設(shè)定的電流增益為：Rsense／RG=500×，Vout＝500××Isense×Rout。

當(dāng)輸出電阻Rout2kΩ時(shí)，在傳感電流Isense允許變化范圍（－3A≤Isense≤3A）內(nèi)，輸出電壓Vout的變化范圍為：－3V≤Vout≤3V 即滿標(biāo)電壓值為3V。

特定的滿標(biāo)范圍所對(duì)應(yīng)的輸出調(diào)壓電阻Rout為：

但要注意，變化Rout時(shí)，須保證MAX471輸出電壓的上限值不能超過(guò)VRS＋-1.5V；對(duì)于MAX472，其輸出電壓的的上限值不超過(guò)Vcc-1.5V。

MAX471／MAX472對(duì)瞬變電流的響應(yīng)非?？欤粢獪p弱由于噪聲在輸出端產(chǎn)生的干擾，可在輸出調(diào)壓電阻的兩端并聯(lián)一個(gè)1F電容（也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定）進(jìn)行旁路。這一電容的引入不會(huì)影響到MAX471／MAX472的使用性能。

３ 應(yīng)用實(shí)例

我們?cè)谠O(shè)計(jì)斬波恒流細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，需要對(duì)繞組電流進(jìn)行檢測(cè)，傳統(tǒng)的方式是通過(guò)電流互感器、霍爾元件或檢測(cè)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于檢測(cè)電阻價(jià)格便宜、使用簡(jiǎn)單，因此應(yīng)用比較廣泛。但這種傳統(tǒng)檢測(cè)電阻的弊端是很明顯的，一方面其阻值難以做的很小，影響到步進(jìn)電機(jī)繞組電流上升前沿的陡度，且三相間難于精確匹配；另一方面，所得到的電流檢測(cè)信號(hào)（電壓信號(hào)）通過(guò)放大以后才能進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路的比較器，從而增加了電路設(shè)計(jì)調(diào)試時(shí)的復(fù)雜度。因此，有必要選用精密電流傳感元器件來(lái)取代傳統(tǒng)的檢測(cè)電阻。　

由于我們所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)75BF3型步進(jìn)電機(jī)，而該電機(jī)的額定電壓、額定電流分別為27V、3A ，故選用MAX471便可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該部分的電路如圖5所示。圖中所用其它元器件及符號(hào)說(shuō)明如下：

Eg——步進(jìn)電機(jī)相繞組供電電壓

L——步進(jìn)電機(jī)Ａ相繞組

R——泄放回路電阻

D——快恢復(fù)二極管

VT——功率開(kāi)關(guān)管通斷控制信號(hào)

圖6為75BF3步進(jìn)電機(jī)在單三拍運(yùn)行方式下，運(yùn)行頻率為2000pps時(shí) 所得A相繞組的相控信號(hào)及電流傳感器輸出電壓波形。

實(shí)驗(yàn)表明，以電流傳感放大器件MAX471代替?zhèn)鹘y(tǒng)的取樣電阻，不僅大大簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)調(diào)試，節(jié)省了電路板空間；同時(shí)所得取樣電壓波形好，驅(qū)動(dòng)器性能優(yōu)越。

電流傳感放大器MAX471／MAX472的應(yīng)用非常廣泛，以上僅是其中一個(gè)實(shí)例。