電流を監視します
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オペアンプで電流を監視します, BJTと3つの抵抗
この記事では、正確に電源電流を測定するインテリジェント回路の機能を説明します.
まず第一に, 私はタイトルがやや誤解を招くされていることを認めなければなりません. この記事で紹介した回路はオペアンプが必要です, トランジスタと3つの抵抗. そうではありません, 但し, 独立したパワーモニタ, 多分 “電流を測定します” それは、より正確になります “電流モニタ”, それでも、この定義は正確です. 私は最終的に回路がわずかであると仮定することができます “電流 - 電圧変換回路”, しかし、供給電流監視アプリケーションと互換性のある方法で電流を電圧に変換する心に留めておきます. そのため、おそらく我々はそれを呼び出す必要があります “出力電流監視アプリケーションのための電流 - 電圧変換器”
何故?
あなたのプロジェクトで消費される電流を測定したい様々な状況があります。.
多くの人が私に頭に浮かぶの中で動的に別のサブシステムの消費電流に基づいて、サブシステムの機能を調整します, バッテリの寿命を推定, あるいは十分な出力電流を提供することができる可能な最小ICレギュレータを確立します. 上部および下部の電力のマイクロコントローラの状態間の遷移を追跡する低侵襲方法として記録し、消費電流の測定値を使用することも可能です.
来ます?
冒頭で説明したように, この回路は、電流を電圧に変換します. あなたは、その記録する機能や、より自律的な回路を必要とする場合 / または現在の消費行動への対応, あなたはおそらく、マイクロコントローラを使用して測定をデジタル化したいです. あなたは、基本的な機能のみを必要としているし、他のプロセッサを必要としない場合, あなたは、コンパレータやアナログ検出器の窓を使用することができます.
回路
この記事で紹介した回路が権利アプリケーションノートで見つかった回路に基づいています “オペアンプ回路のコレクション”, 公表 (で 2002) ダ・ナショナルセミコンダクター. 私のバージョンでは、このようになります:
そして、ここに私の実装LTspiceであります:
これは、一見少し混乱に見えるかもしれません, しかし、このシステムは実際にはかなり簡単です:
- 電源から電流が流れ, R1を介して, ロード. R1は、典型的な抵抗電流センサのように動作します, 電力消費を低減し、測定上の負荷回路への影響を最小にするように、このような非常に低い抵抗を有するように.
- 演算増幅器の非反転入力の入力端子に印加される電圧は、電源電圧のマイナスに等しいです。 (電源電流×R1).
- PNPトランジスタは、オペアンプが実際に負のフィードバックを持っているという事実を損なうことになる聞かせてはいけません.
- 抵抗R1とR2の両方の上端部は、電源電圧に接続されているので, 運用のバランスをもたらすために、両方のこれらの抵抗に等しいテンションがなければなりません, その結果R2を流れる電流はR2とR1の比で割った値R1を通る電流に等しいです。. 上に示した回路に, R2は、 1000 R1より大きい倍, これは、R2を流れる電流がなることを意味します 1000 R1を流れる電流よりも小さい回.
- BJTのベース電流は非常に小さいです, その後、我々は、R3を流れる電流は、多かれ少なかれ等しいR2を流れる電流にあると言うことができます. それから, 我々はR2に流れる電流に直接比例した電圧を作成するために使用R3, 今度はR1を流れる電流に正比例しています.
これは、この説明を明確にし、強化するために役立つはずスキームです:
VOUTの最終的な式は、
まさに彼がPNPを何をしているのです?
次の2つの方法でトランジスタを考えることができます: オペアンプは、R2とR3に流れる電流を増減することを可能にする調節可能な弁として, またはオペアンプは、ノード上の正しい電圧VOUTを確立するために使用することができる可変電圧降下を有するデバイスとして. 両方の場合において、最終的な結果は同じです: トランジスタは、演算増幅器は非反転入力端子の電圧と一致するように反転入力端子の電圧を強制することができる手段であります.
トランジスタは本当にこの回路の最も興味深い部分です. 私たちは、多くの場合、アプリケーションで使用BJT “オンオフ” そして、状況が、この回路では完全に異なっていることを認識することが重要です. オペアンプ (負のフィードバックの助けを借りて、, 明らかに) 彼は、実際にPNPのエミッタ - ベース電圧に小さく、正確な調整を行っています (ウェブサイト). 次のグラフは、負荷電流の範囲に対してVEBを示し (負荷抵抗に対応 50 ΩA 300 まあ).
すべてのこれらの電圧が点火の典型的なしきい値に近づいているかに注意してください (〜 0,6 V) pn接合シリコンの. これは、オペアンプは非常に慎重に、エミッタとコレクタとの間に大きな電圧降下を生成するために必要な変更を生成するBJT閾値の領域にオペランドであることを示しています. 値の範囲全体がVEBについてです 50 mVの
周りにこの変化を比較 50 約の変更を伴うmVの 4 エミッタ - コレクタ電圧V:
結論
使用は、抵抗の低い寛容と良いオペアンプで構成されている場合, この回路は非常に正確であると考えることができます. 私は正確に測定することができる電圧に電源電流に変換興味深く有効な回路を扱わ, デジタル化された又は比較器への入力として使用.
Amilcareのご挨拶
記事は非常に興味深く、さらに生じた議論であります, もちろん、これらの回路, 現時点で, 今、すべての半導体企業は、特別なCIを生成するので、良いプロバイダのチャンスがある一時的な問題のsensaを解決するために制限されています, そのうちのいくつかは、正確な啓示を許可同じトポロジに従ってください, 簡単で安価な回路で、特に微小電圧降下を必要としています. 私はまだコメントで数字をフィットする方法を考え出したていません (彼らは愚かです), しかし、私が参照先のスキームの良い部分は、ここで見つけることができます http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an105fa.pdf リニアICに関する何のため, 他の家のデータシートをふるいT /インフィニオンなど、他のソリューションがあります
E’ これらのICを使用すると、ハイサイドまたはローサイドなどを測定したいという事実のために、集積回路の電源電圧と回路に関連するすべての問題を解決することを言うのはほとんど必要.
リンクされた非常に興味深いAN105, 私は知りませんでした.
あなたが知っている面白いアプリケーションノートを指すリンクのリストを少し記事をしないのはなぜ?
最終的に私たちも、後にリストを更新することができます。, すべてのコラボレーションで.
但し, 特別な統合がありますが、, それは、常に基本的な動作との良好な魔術師であります. あなたは、例えばクワッドLM324の自由断面を持っているし、電流を測定するためにそれを使用することができます. それとも、一日で終わるしたい場合があります, 特別な統合の配信を待たずに, 方法によってどの, Mouser初とファーネルから1を注文するだけ, それは、送料の誇張がかかります.
あなたはこれらの統合のためにワシの目を持っているので、, あなたは私たちのシステムに最も適したを見つけるのに役立つだろう?
これまでのところ私が見つけた最高のは、LT1999がで電源が入っていることです 5 ボルト, それはへの一般的な方法です -5 A +80 ボルトと3バージョンがあります, 10V / V, 20V / VのE 50V / V
残念それだけMSOPおよびSOICおよびコストのです 3 へ 8 ユーロ (いくつかを購入します) 非常に多くの愛好家のためのビットがあります’ 不快な.
あなたは、彼らがより少ない費用がかかり、さらにはDIL8があることを知っていますか?
私はまた、LT1999よりも優れているMAX4173を見つけました
– 少ない外付け部品
– コモドケースSOT23, 小さいながらも、はんだにとても簡単
– 食べ物 3 A 28 ボルト
– によってコモンモード 0 A 28 ボルト (電源の独立しました)
– ゲイン10倍, 50xまたはさえ100X (抵抗としてトラックの一部を使用することが可能)
– 低コスト 1 ユーロ (年頃) 代わりに 2 LT1999
ここではいくつかのケースで役に立つかもしれないもう一つの小さな変化があります.
2個の抵抗を使用して、ほとんどの電流を測定することができない場合でも、高い枝の電圧 (ハイサイド) これは、演算増幅器の電源電圧よりも大きいです.
このバリアントを使用すると、また、動作していないレール・ツー・レールを使用することができます, しかし、彼らが持っている場合にのみ、出力がゼロ・ボルトまたはほぼに低下します. 例えば、一般的なLM324は大丈夫です.
簡潔にするために、おそらく私は誇張しました!!
フローティング電源でオペアンプに電源を供給するために、シミュレータを試したりしても実際のテストで, ポジティブにフックが、質量に対して浮動.
多分地面に制限抵抗と直列にツェナーダイオードと.
あなたはどんな主電源の値回路が動作していることがわかります.
トランジスタは、電圧レベルを変換するために、テストが正電源で行われる場合でも、接地に電圧基準を与えるために、正確に機能します.
R3のみ下流回路と最大電圧互換性がそれの下流の回路を参照する対向分圧器を提供するつもり
レールにすべての非動作レール, 例えば、LM324など, 彼らは、電源電圧を超えない入力で最大コモンモード電圧を持っています レス 1.5 ボルト 年頃. しかし、この回路では、入力電圧 + (そのためオーバー -) 彼らは、供給電圧に等しいです. これらの条件の下で第一のトランジスタ, 彼らは、レールに運用非レールの入り口であること, 彼らは脱分極し、もはや機能.
それらの年で、高電圧で運用を供給するのが通例であったため、国民の元の回路では、この問題が強調されていません, 多くの場合、双対, 例えば +/- 15 ボルト, 処理すべき信号が小さかったとしても, 例えば数ボルト.
ただ、最近では、サーボモータの電流を測定する方法を私に尋ねました, この記事では、適切なタイミングで来た理由.
それについて少し考えて’ 私は、アセンブリを簡素化するために有用である可能性バリアントを見つけました.
動作は、元の回路と同様です, しかし、抵抗とトランジスタを交換します, それは両方ともそれが溶接される見つけることが容易です.
運用の必要性は必ずしもLMC6482ではありません, それはレール・ツー・レールでなければなりません (それは元の回路でもなければならなかったことに注意してください, そうでない場合は、オペアンプ入力の電圧が許容最大コモンモード電圧を超え).
回路Amilcareこのことの両方, 電源電圧がオペアンプのそれより大きい場合、それらは動作しない可能性が. しかし、抵抗の値を変化させることによって、おそらくあなたは成功するかもしれません. 私は近くのポストにスキームを公開することができた場合.