Простая схема измерения тока в цепи нагрузки

В источниках питания или зарядных устройствах часто требуется информация о токе, протекающем в цепи нагрузки, подключенной к положительной шине. На Рисунке 1 показана общая схема, предназначенная для получения этой информации. Схема вырабатывает привязанное к земле напряжение, пропорциональное току, протекающему через измерительный резистор R_S, включенный между нагрузкой и шиной питания. Схеме требуется дополнительный источник питания V_P.

Рисунок 1.	Для этого метода измерения тока питания в цепи нагрузки требуется вспомогательный транзистор.

Если используется низковольтный операционный усилитель, такой как OP90, достаточно V_P = 1.5 В, поэтому во многих приложениях можно получить это питание за счет падения напряжения на последовательном транзисторе. Операционный усилитель поддерживает равенство падений напряжения на измерительном резисторе R_S и преобразовательном резисторе R_C, поэтому ток через резистор R₁ равен

а падение напряжения на резисторе R₁ равно

На Рисунке 2 показана схема, которой вспомогательный транзистор не нужен. Выходной каскад операционного усилителя в некотором смысле заменяет транзистор. Ток, проходящий через резистор R_C, такой же, как в схеме на Рисунке 1. Теперь этот ток протекает через вывод отрицательного источника питания операционного усилителя и, как и прежде, служит источником тока для резистора R₁. В схеме используется маломощный операционный усилитель OP90, потребляющий от источника питания небольшой ток. Идея состоит в том, что вклад тока питания в I₁ незначителен. Измерения показывают, что положительный ток питания I_P увеличивается с ростом тока I₁. Из-за этого измеренные значения тока оказываются завышенными. Результат показан на Рисунке 3. Точками на Рисунке 3 отмечены измеренные значения V₁, а прямая линия показывает, как выглядела бы эта зависимость, если бы ток I_P был равен нулю.

Рисунок 2.	В этой схеме для измерения тока в цепи нагрузки используется ток, протекающий через вывод отрицательного источника питания операционного усилителя.

Рисунок 3.	Из-за положительного тока питания измеренные значения (точки) не очень хорошо согласуются с теоретическими значениями (прямая линия).

К счастью, ток I_P почти пропорционален выходному току операционного усилителя. Поэтому сопротивление R_C на Рисунке 2 устанавливается таким, чтобы получить правильное значение при максимальном токе 2.5 А. Эта простая одноточечная регулировка корректирует ошибку усиления. На Рисунке 4 показан результат после такой компенсации ошибки усиления. Теперь отклонение измеренных значений V₁ от требуемых значений находится в пределах 5%, что допустимо для многих приложений. Измерения показывают, что такая точность сохраняется для входных напряжений от 5 до 25 В при напряжении дополнительного источника питания от 2 до 15 В.

Рисунок 4.	Компенсация ошибки усиления регулировкой сопротивления RC повышает точность измерений.

Материалы по теме

1. Datasheet Analog Devices OP90