在一些小功率的实际应用中,若要采集电流也是一件头疼的事,要么成本高,要么取样电阻功率消耗过大。比如一些直流无刷电机,100W 以内,220V 供电电流也就不到 500mA。采样电阻用 1Ω的话,最大压降 0.5V,有点小。再加一级运算放大器,成本又高。若是采样电阻 6.8Ω,最大压降 3.4V,这个采集就不成问题了,但是采样电阻的功耗是多少呢?差不多 2W 了,自身发热太厉害。本文作为电流采样的进阶篇,当然得有些技术含量,否则体现不出价值来,且让我一一道来。
 
主要采样负载 RL 的电流,采集电流之后再乘以负载工作电压就可知道当前的功率。负载工作电压值容易获得,对负载电压用电阻进行分压取样即可。本文主要讲解一种新的电流取样方式,取样+放大一体化,并且实现电路最简化。
 
模拟电路没学好的话可能就比较吃力了,有原理图也看不懂。若看起来别扭,不好分析,我再改变一下,根据应用电路画出等效电路如下图。
 
 
可以看出负载电流 IL 与三极管 Q1 发射极的电流之比就是 R3 与电流采样电阻 Rs 之比,也即 R3 上的压降绝对值等于 Rs 上的压降绝对值,只不过是方向相反。R3 与 Rs 之比就相当于电流放大倍数。这就是它的绝妙之处,现在我们来看实际应用情况。
 
为方便计算及观察,设整机最大功率为 62W,采样电阻 Rs 为 1Ω。负载电压为 220V,整流滤波后约 310V。那么负载电流为 0.2A。采样电阻 Rs 上的压降为 0.2A*1Ω = 0.2V。
 
一个带电流检测和放大功能的电路就设计完成了。AD 直接采样 Vo,无需添加电压放大器,成本低廉,三极管 Q2 也可以用二极管替代。但是为了获得更好的精度,需要两个 PN 结压降相互抵消。所以用 2 个相同的三极管,其中一个三极管作放大,另一个三极管只用其 BE 极之间的 PN 结而已。电阻 R1 尽量取大一些,这样对精度也会有好处。
 
影响此方案精度的主要原因就在于计算过程中的两个“约等于”,具体原因有如下两个方面。1. 两个 PN 结始终存在差异,不能完全抵消而产生误差。2. Q1 的发射极电流并不完全等于集电极电流。