求电流检测功用的运算放大器电路解析

只看该作者 · 2017-11-25 21:47

zyj9490 发表于 2017-11-25 09:11
R80,R81取值是有问题的，如最大负载电流为30A计，产生的信号电流为30*0.002/220=0.96MA，输出电压了不超过3 ...

是CURR_DIV不能超过3.3V，即R81上的电压不能超过3.3V。从电路看，R80+R81的电压应该不会超过4V，因为二极管在钳制电压。
我觉得你的结论是没错的，即：如果是真如大家所说，三极管的集电极电流是R1上电流的1/110000的话，那么R81的取值一定是有问题的，取的过大了。
但是产品是非常成熟，并且已经量产的产品，所以该电路肯定是不会有问题的。

只看该作者 · 2017-11-25 21:53

zyj9490 发表于 2017-11-25 09:12
计算对的，电路参数有问题。如果作为模拟信号取样，这个电路参数是有问题的，如作为比较信号，作为有负载 ...

CURR_DIV电压会进入电压比较器的其中一个输入端，该比较器的另外一个输入端是3.3V经过一个数字电阻的分压（分压之后的电压肯定小于3.3V，这个就不用说了。）比较器的输出端（高电平或者低电平）连接主控的I/O脚。
总之来说就是系统判断POWER+电源（即R1上的电流）有没有电流过载的。

只看该作者 · 2017-11-25 21:59

本帖最后由毛毛狗呀于 2017-11-25 22:26 编辑

大家注意，该电路的旁边有注释，后面的三行是啥意思呢？
Req为等效电阻的意思，谁的等效电阻是90.91毫欧呢？谁的最大电流又是36.3呢？如何算出来的？

只看该作者 · 2017-11-25 23:23

R81取值47K不对吧.
采样电阻0.002欧,满载36.3A时,三极管集电极电流为330uA.R81取值10K,算下来CURR_DIV刚好3.3V
照图里的参数计算,如果CURR_DIV最大不能超过3.3V,负载只能达到7.7A.
不知道计算错了没有!

1万 · 2017-11-25 23:45

本帖最后由玄德于 2017-11-25 23:48 编辑

毛毛狗呀发表于 2017-11-25 21:59
大家注意，该电路的旁边有注释，后面的三行是啥意思呢？
Req为等效电阻的意思，谁的等效电阻是90.91毫欧呢 ...

这个容易理解。
MAX表示：最大可检测的电流，即量程，是36.3A。
Req表示：在被测电流回路串联了这么大的一个电阻，3.3v / 90.91mΩ = 36.3A 。

最后一行不理解，估计和后面电路有关，
感觉不必关注。

只看该作者 · 2017-11-26 16:00

chain-接到哪里的?

只看该作者 · 2017-11-26 16:12

鸟鸟发表于 2017-11-26 16:00
chain-接到哪里的?

CHAIN-是POWER+电源的负极网络名称。POWER+是50V的，CHAIN-通过0欧电阻与主GND相连。

只看该作者 · 2017-11-26 16:45

玄德发表于 2017-11-25 23:45
这个容易理解。
MAX表示：最大可检测的电流，即量程，是36.3A。
Req表示：在被测电流回路串联了这么大的 ...

嗯，可是这个最大可检测电流和等效电阻的算式该怎么理解呢？

只看该作者 · 2017-11-26 19:07

毛毛狗呀发表于 2017-11-25 21:53
CURR_DIV电压会进入电压比较器的其中一个输入端，该比较器的另外一个输入端是3.3V经过一个数字电阻的分压 ...

压控电流源电路不难理解。
但缺了有关电路，达林顿管集电极负载电路难以分析……

LZ 把下列电路也贴出来看看？
1. VD22 （节点3V3）后面的电路；
2. 节点 CURR_DIV 后面的电路。

只看该作者 · 2017-11-26 20:30

VD22后面的电路就是R80,R81接地。CURR接到主控STM32F407。CURR_DIV接入比较器，比较器的另外一个输入端接3.3V通过3K与数字电阻器之后的分压。如下：

只看该作者 · 2017-11-26 20:55

主控 (MCU?) 通过 U7 调整比较器的比较基准电压。
比较器 U67 比较 CURR_DIV 与设定的比较基准电压比较并输出相应结果。

CURR 电压有两种情况：
1. 小于 3.3V + 0.7V 时，达林顿管的集电极电流和发射极电流基本相同。
即 CURR 电压与流过 R1 的电流成比例；
2. 当流过 R1 的电流超过一定值时，CURR 电压被箝位在 3.3V + 0.7V，
这时，CURR_DIV 的电压为 4 × 47 / （27 + 47）= 2.54V 。

只看该作者 · 2017-11-26 22:12

Jack315 发表于 2017-11-26 20:55
主控 (MCU?) 通过 U7 调整比较器的比较基准电压。
比较器 U67 比较 CURR_DIV 与设定的比较基准电压比较并输 ...

谢谢你的回复。你说的我觉得都是对的。
重点是：如何理解R98的电流等于达林顿管的集电极电流呢？如何知道达林顿管的基极电流为0A？
此时达林顿管工作在什么状态？

1万 · 2017-11-26 22:34

毛毛狗呀发表于 2017-11-26 22:12
谢谢你的回复。你说的我觉得都是对的。
重点是：如何理解R98的电流等于达林顿管的集电极电流呢？如何知道 ...

你这个思维还停在理想模型上的状态，实际上在工程上说，只要电流放大倍数名够大，基准那点电流影响不了测量电流的精度，就可以认为R98的电流就等于集电极的电流，你为何认为OP的输入级的电流不影响呢？实际上还是有电流的，只不过很小。

只看该作者 · 2017-11-26 22:51

毛毛狗呀发表于 2017-11-26 22:12
谢谢你的回复。你说的我觉得都是对的。
重点是：如何理解R98的电流等于达林顿管的集电极电流呢？如何知道 ...

为便于说明，假设运放为理想运放，达林顿管等有效为一个 Hfe 比较大的 PNP 三极管。

对于理想运放，输入电流为 0，因此 R98 中的电流与 R82 中的电流相同，
等于达林顿管的发射极极电流。

对于三极管，Ie = Ib + Ic = Ic (1 / Hfe + 1)
当 Hfe >>1 时，Ie 与 Ic 近似相等。
因此 R98 中的电流等于达林顿管的集电极电流。

当 R1 中无电流流过时，如负载（SWITCH+）开路，
此时 R98 （达林顿管）中也无电流流过。
运放输出接近电源电压（POWER+ ? —— 取样电阻的画法比较特别，因而不确定）。
达林顿基极电流为 0，达林顿管处于截止状态。

只看该作者 · 2017-11-26 22:53

zyj9490 发表于 2017-11-26 22:34
你这个思维还停在理想模型上的状态，实际上在工程上说，只要电流放大倍数名够大，基准那点电流影响不了 ...

嗯，我也知道运放在工程应用中进行计算时，是把它看成近似理想状态的。比如续断，并不是输入端真的开路状态，只是输入电阻非常大，通常为兆欧级。
所以OP的输入的电流可以忽略是可以的。
我不太清楚，达林顿的基极电流与发射极电流的比例是不是也非常非常小，可以忽略？
这个达林顿管的基极电流大概有多大呢？使其处于工作在饱和区吗？

只看该作者 · 2017-11-26 22:58

LZ 产品的硬件和软件设计需要一定的设计功底。
不过问的问题看起来像是 LZ 缺乏相应的理论基础训练。
楼主能介绍下背景情况吗？

1万 · 2017-11-26 23:17

毛毛狗呀发表于 2017-11-26 22:53
嗯，我也知道运放在工程应用中进行计算时，是把它看成近似理想状态的。比如续断，并不是输入端真的开路状 ...

达林顿管的放大倍数只少1000，明白吗？

只看该作者 · 2017-11-27 09:20

见这个链接: 宽动态范围的高端电流检测
http://www.go-gddq.com/html/ZongHe-QiTabhdl/2011-04/618775.htm

用bjt的话Ib会导致少量误差, 但他这个用pmos需要加一些措施否则会振荡, 所以用达林顿是个比较好的方案.

只看该作者 · 2017-11-27 15:25

感谢大家的讨论分享。
我一开始也是按达林顿关的发射极电流等于集极电流来分析的，即基极电流忽略不计。
CURR_DIV=0.002/220*I*47K
I即为R1的过电流。实际产品，这个电流为20A左右。
我按I=18A，代入上面的公式，CURR_DIV=7.6V。
可实际测量，CURR_DIV为0.48V。我用万用表测量的，而没有用精密仪器，不知道是不是电流被泄走的缘故，因为该电流为微安级的，特别小。
另外，该达林顿管是工作在放大区，还是饱和区，如何判断呢