【视频分享】如何简化高电压电流测量

视频部分内容:

 

问：客户正尝试监控他们的48伏特供应电压，而电流范围则是介于100毫安培到25安培之间。

答: 可以使用间接测量方式，使用变流器或霍尔效应感测器测量电流，不过很可惜，变流器只对AC有用，所以这个方式对客户不可行。

霍尔效应感测器也测量DC，不过价格稍贵一点，还有点苯重，而且如果处理的对象是金属和磁心，价格就会太昂贵。

最简单的方法是直接测量，只要将电阻和负载供应串联，分路电阻就会产生电压，代表你供应至放大器的电压，接着就能获得输出电压。

 

 

问: 您说最简单的方法是直接测量，我需要向客户推荐合适的放大器吗？

答: 是的。回想在学校的日子， 我们通常最常想到的是标准的四电阻差异放大器。但现在，因为我们必须测量微量电压，通常以毫安培为单位，还要测量大量电压，通常是48伏特，最高还会到好几百伏特。所以，必要条件是这些电阻必须非常契合。误差通常在1%以内，而且这个电路的问题之一，是它不会区分一般模式电压。换句话说，负载的供应电压是48伏特，不过放大器只通过5伏特或12伏特。不过输入电组只分成小于1，远小于1。结果放大器的输入高达48伏特，放大器立刻就出现异状，导致我们无法使用这个电路。我们能做的事情是把输入电压区分开来，所以我们将衰减加到输入。

现在我们正在区分一般模式电压，不过除了区分一般模式电压，我们也要区分信号。因此，我们现在必须在差动放大器使用更多增益，弥补损失，所以杂讯会变得更高，漂移也会变多，因此这不是理想的解决方案。

问：基于此种情况，我们还需要提供什么样的解决方案？

答：我们现有的是电流感测放大器，又称CSA。

 

 

运行时，它们会进入电流模式，其中，它们不会直接测量输入的输入电压，而是将电压转成电流，然后监控进入电阻的电流，透过电阻测量电压。然后，下面这个电阻会在两端产生电压。现在这里产生得自于输入的差分电压。然后，我们进入差动放大器， 将这股差分电压转成单端电压，就能获得0到5伏特输入。

问：这类CSA可以使用多大的供应电压范围？

答：这类装置通常是5-18伏特。

问：这就表示，我必须使用外部稳压器来调整48伏特电压，才能供电给这台装置，这会占用很多板级空间，我其他替代方案吗？

答：有配备内部稳压器的装置。现在你可以供电给装置，放大器可以立刻调整负载电压，无需使用外部稳压器或分压器。

问：所以我只要叫客户将感测器电阻连接到输入，然后将这台装置的输出直接送入可能配备简单反（无形）滤波器的ADC，就行了?

答：没错，大概是这样。我们这里只有放大器，很少外部元件，只有感测器电阻，它正从本机汇流排供应电压流出，所以我们不必为它建立独立供应电压。不过问题是14伏特的输出振幅。我们的ADC只有3.3伏输入，在这种情况下，ADC会损坏，因为它不是专门设计用于3.3伏特以上的。

 

 

 

你可能会认为：“很好，我们可以调整感测器电阻，限制输出振幅，将最大负载电压设为仅3伏特。”不过这不是个好办法，因为只要出了什么问题，就会产生暂态，导致输出短路或发生问题。然后，放大器输出可能会变高，可能会狂升到14伏特以上。就算只有5到6伏特，还是会损坏或影响ADC。所以，最方便的解决方案就是使输出衰减。你可以使用两个电阻，使14伏特的振幅下降到3 伏特，以适用于ADC。

 

 

 

 

不过有些小问题，其中一个是，如果你有很长的记录，并将很多电容加入放大器输出，就会影响放大器的稳定性，而且，这些记录刚好短路，就会在放大器上消耗一大堆电力，因为你使用48伏特供电。所以我们建议将这个上分压器电阻对分成一半。我将它称为分布分压器，我们可以在里面将一部分的分压器放在放大器旁，所以放大器就会更加稳定。我们也有同样好的箝制功能，我们知道输出会限制在14伏特。如此一来，就不会过度驱动ADC。此外，如果这条线路出现任何杂讯，就会因为这个电阻比例而衰减。籍由分割这个上电阻，我们其实可以获得一些好处。

总结: 实在太棒了，这还有节省板级空间的附加优势，而且不用将高电压线路绕接到敏感的精密元件。这是非常好的解决方案。