用MAX471/MAX472實現(xiàn)對電源的監(jiān)測與保護

摘要：MAX471/MAX472是MAXIM公司生產(chǎn)的精密高端電流檢測放大器，利用該器件可以實現(xiàn)以地為參考的電流/電壓的轉(zhuǎn)換，本文介紹了用MAX471/472高端雙向電流檢測技術(shù)來實現(xiàn)對電源電流的監(jiān)測和保護的方法，并給出了直流電源監(jiān)測與保護的實現(xiàn)電路

關(guān)鍵詞：高端電流監(jiān)測 I/V轉(zhuǎn)換 MAX471 MAX472

1 電源電流檢測

長期以來，電源電流的檢測都是利用串聯(lián)的方法來完成的。而對于磁電儀表，一般都必須外加分流電阻以實現(xiàn)對大電流的測量，在量程范圍不統(tǒng)一時，分流電阻的選擇也不標(biāo)準(zhǔn)，從而影響到測量精度。對于互逆電源，由于測量必須利用轉(zhuǎn)換開并來實現(xiàn)，因而不能隨機地跟蹤測量和自動識別。

在教學(xué)和實驗室使用的穩(wěn)壓電源中，為了能夠進(jìn)行電流/電壓的適時測量，可用兩種方法來實現(xiàn)。一種方法是彩 雙表法顯示，此法雖好，但成本較高，同時體積也較大；另一種方法是采用V/I復(fù)用轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，這種方法成本低，體積小，因而為大多數(shù)電源所采用，但它在測量中需要對電壓/電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換顯示，也不方便。那么，如何對電源進(jìn)行自動監(jiān)測呢？筆者在使用中發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)壓電源的電壓在初始調(diào)節(jié)狀態(tài)時，往往顯示出空載，而在接入負(fù)載后，則需要適時顯示負(fù)載電流，因此，利用負(fù)載電流作為監(jiān)測信號來完成I/V的測量轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)一種電量用兩種方法表示，并可完成自動監(jiān)測轉(zhuǎn)換功能。

為了實現(xiàn)I/V的轉(zhuǎn)換，筆者利用MAX271/MAX472集成電路優(yōu)良的I/V轉(zhuǎn)換特性、完善的高端雙向電流靈敏放大器和內(nèi)置檢流電阻來實現(xiàn)對穩(wěn)壓電流電流的檢測。

2 MAX471/MAX472的特點、功能

美國美信公司生產(chǎn)的精密高端電流檢測放大器是一個系列化產(chǎn)品，有MAX471/MAX472、MAX4172/MAX4173等。它們均有一個電流輸出端，可以用一個電阻來簡單地實現(xiàn)以地為參考點的電流/電壓的轉(zhuǎn)換，并可工作在較寬的電壓和較大的電流范圍內(nèi)。

MAX471/MAX472具有如下特點：

●具有完美的高端電流檢測功能；

●內(nèi)含精密的內(nèi)部檢測電阻（MAX471）；

●在工作溫度范圍內(nèi)，其精度為2%；

●具有雙向檢測指示，可監(jiān)控充電和放電狀態(tài)；

●內(nèi)部檢測電阻和檢測能力為3A，并聯(lián)使用時還可擴大檢測電流范圍；

●使用外部檢測電阻可任意擴展檢測電流范圍（MAX472）；

●最大電源電流為100μA；

●關(guān)閉方式時的電流僅為5μA；

●電壓范圍為3～36V；

●采用8腳DIP/SO/STO三種封裝形式。

MAX471/MAX472的引腳排列如圖1所示，圖2所示為其內(nèi)部功能框圖。表1為MAX471/MAX472的引腳功能說明。MAX471的電流增益比已預(yù)設(shè)為500μA/A，由于2kΩ的輸出電阻（ROUT）可產(chǎn)生1V/A的轉(zhuǎn)換，因此±3A時的滿度值為3V.用不同的ROUT電阻可設(shè)置不同的滿度電壓。但對于MAX471，其輸出電壓不應(yīng)大于VRS+-1.5V，對于MAX472，則不能大于VRG-1.5V。

表1 MAX471/MAX472的引腳功能說明

OUT端為電流幅度輸出端，而SIGN端可用來指示輸出電流的方向。SIGN是一個集電極開路的輸出端（僅吸收電流），可和任何采用電壓供電的邏輯電路相連，用100kΩ的上拉電阻即可把SIGN連接到邏輯電源。對于MAX471來說，在電流從RS-流向RS+時，輸出低電平。而當(dāng)電流從RS+流向RS-時，輸出高電平。在采有電流供電的電路中，無論是充電還是放電，只要負(fù)載電流大于1mA，SIGN端的輸出都能精確地指示出電流方向。

在SHDN為高電平時，MAX471/MAX472進(jìn)入關(guān)閉模式，此時系統(tǒng)的消耗電流小于5μA。在關(guān)閉狀態(tài)下，SIGN為高阻狀態(tài)，OUT截止。

3 電源監(jiān)測與保護電路

用MAX471構(gòu)成的直流電源監(jiān)測與保護電路如圖3所示，該電路可以和任意電源相連，能進(jìn)行電流、電壓的自動顯示和過流報警與保護。圖中R1為MAX471輸出端電阻，用于決定I/V的轉(zhuǎn)換靈敏度。由于筆者是采用85C1-V30V磁電式直流電壓表來顯示輸出電壓和電流的，所以R2為20kΩ，靈敏度為10V/A。實際應(yīng)用時，R1可用標(biāo)準(zhǔn)儀表來進(jìn)行微調(diào)校正。J1-1為電壓/電流顯示轉(zhuǎn)換繼電器。在初始狀態(tài)下調(diào)整輸出電壓時，由于未接負(fù)載，Irt為零，IOUT端的輸出電壓為零，J1不吸合，J1-1常閉以使昨電壓表接入電源輸出端，從而顯示輸出電壓，并使VD3發(fā)光，以表示測接入量值為電壓。當(dāng)負(fù)載電源后，IOUT端通過R1使VT2導(dǎo)通，繼電器J1吸合，電壓表通過JL-1接入IOUT端以顯示I/V轉(zhuǎn)換器，同時，VD4發(fā)光以表示測量值為負(fù)載電流，開關(guān)K為強制轉(zhuǎn)換開關(guān)，可方便地將顯示儀表設(shè)置為輸出電壓測量。此開關(guān)一般情況下處在打開狀態(tài)。VT1為射極輸出器，可用于減小VT2和IC2對IOUT端的影響。過流保護電路用集成電路TL431來完成，J2為過流保護用繼電器，W為過流保護調(diào)節(jié)電位器，當(dāng)VA=UB[R5/（W+R5）]=2.5V時，TL431的陽極端電壓為2.5V，J2吸合，J2-1切斷輸出；同時J2-2閉合，VD5發(fā)光指示，報警音樂集成電路IC3得電并通過VT3驅(qū)動報警喇叭，從而以聲、光形式構(gòu)成流保護指示。

用MAX471MAX472實現(xiàn)I/V的轉(zhuǎn)換可簡化對電源電流的測量，并可實行對高端電流的監(jiān)測，可以和任意電源共地應(yīng)用，它內(nèi)置電阻精度高，且能關(guān)聯(lián)擴流使用。這對學(xué)生用實驗電源的改造非常方便。尤其是模塊化電源監(jiān)測的保擴板，由于它能夠完成完整的I/V顯示及過程保護功能，因此，特別適用于通用的實驗電源。