Измерение потребляемого тока с помощью микросхем MAX471/472. Часть первая.

Автор:
Опубликовано 26.07.2006

Всем привет. В аппаратуре с батарейным питанием частенько бывает необходимость измерить или хотя бы оценить потребляемый нагрузкой ток от этих самых батарей. Причем, хочется, чтобы это было красиво - что-то вроде цифрового индикатора или столбика светодиодов. Однако все эти классные штуки не хотят работать с такой величиной, как ток - им подавай напряжение. И чтобы не заморачиваться с расчетами токовых резисторов и всякой прочей фигни, очень удобно воспользоваться микросхемами, названия которых указаны в заголовке.

Для начала посмотрим на MAX471.
Микросхема работает с напряжениями от 3 до 36 Вольт и током нагрузки до 3 Ампер. Потребляемый ток составляет около 100мкА во включенном состоянии и 18 мкА в выключенном. Чтобы лучше понять как это все работает, давайте немножко препарируем микросхему и взглянем на её упрощенную функциональную схему:

Итак, датчиком тока тут является резистор Rsense. Через него протекает ток от батареи, которая подключается к контактам RS+, к нагрузке, которая подключается к контактам RS-. Возможно так же и обратное течение тока, если мы хотим, например, зарядить батарею. То есть - к RS- подключается зарядное устройство, а к RS+ - батарея - и voila - мы уже можем контролировать зарядный ток. Ток так же протекает через резисторы RG1 или RG2 и транзисторы VT1 или VT2 в зависимости от направления протекания этого самого тока. Хитрая схема, которая не показана на рисунке, не позволяет транзисторам открываться одновременно.

Для определенности давайте предположим, что ток у нас протекает в прямом направлении - то есть от батареи к нагрузке. А вывод 8 через резистор мы подсоединили к земле. В этом случае, у нас открыт транзистор VT1 и через него, и через резистор RG1 так же протекает ток. Поскольку транзистор VT2 закрыт и ток через него не течет, то напряжение на инвертирующем входе DA1 равно Vпит-(Iнагр*Rsense). Так как этот операционный усилитель включен без обратной связи, а как мы помним, первейшая задача любого уважающего себя операционного усилителя - уравнять напряжения на своих входах, то и на неинвертирующем входе устанавливается такое же напряжение. Стало быть, падение напряжения на резисторе RG1 составляет Iнагр*Rsense. Таким образом, поскольку выходной ток Iout (не путайте с Iнагр) протекает через VT1 и RG1 - Iout*RG1=Iнагр*Rsense или Iout=(Iнагр*Rsense)/RG1.

Итак, на выходе 8 мы получаем некий ток, который изменяется пропорционально току нагрузки. Хм, но мы же вроде хотели напряжение? Нет проблем - как отмечалось выше, цепляем вывод 8 через резистор к общему проводу - получаем напряжение, которое так же будет меняться в зависимости от тока нагрузки. Например, если мы возьмем резистор величиной 2 кОм, то выходное напряжение на выводе 8 составит 1 вольт/ампер. То есть, если нагрузка у нас трескает 0,5 ампера, то и на выводе 8 будет напряжение 0,5 вольта, если 2 ампера - 2 вольта и т.д. Правда, тут еще надо учесть то обстоятельство, что напряжение на выводе 8 не может быть больше напряжения питания, а точнее Vбат-1,5В. Поэтому, если необходимо пересчитать резистор под конкретные величины напряжения и тока, это можно сделать по следующей формуле: Rout=Vout/(Iнагр*500мкА/А)
Что, ничего непонятно? Ну и ладно - смотрим типовую схему включения - это самое главное:

Пробежимся быстренько по выводам, дабы не осталось никаких вопросов что и куда подключать:
1 - SHDN - позволяет перевести микросхему в модный теперь "спящий" режим. Для этого, на вывод подается напряжение высокого уровня. Если же на нем низкий уровень -как показано на схеме, то микросхема фунциклирует в нормальном режиме.
2, 3 - RS+ - сюда подключается плюсовой вывод батареи.
4 - GND - земля, что тут еще можно сказать?
5 - SIGN - выход индикации направления протекания тока через микросхему. Короче говоря, если батарея разряжается через нагрузку - на выходе высокий уровень, если же батарея заряжается от зарядного устройства - вывод сбрасывается в низкий уровень. При необходимости сопряжения его с какой-либо внешней логикой вывод подтягивается через резистор 100 кОм к напряжению питания этой самой логики.
6, 7 - RS- - сюда подключается нагрузка или же зарядное устройство (плюсовой вывод и того и другого - не перепутайте)
8 - OUT - вывод с которого мы снимаем напряжение для измерения тока нагрузки

Как уже отмечалось в начале этой статьи - максимальный ток нагрузки, который переваривает эта микросхема составляет 3А. Однако, эта штуковина позволяет параллелить себя в количестве нескольких штук для получения больших измеряемых токов. Например, как показано на рисунке:

В данном случае, мы можем отдать в нагрузку через микросхему уже 6А.
Хотелось бы отметить еще одну вещь. Поскольку резистивный датчик тока упрятан внутрь микросхемы, то при значительных токах нагрузки на нем выделяется некоторое количество тепла. Поэтому, при проектировании печатной платы желательно под выводами 2,3 и 6,7 оставлять довольно большие куски фольги, которые будут играть роль теплоотвода.
На этом пока все - MAX472 будем препарировать в следующей части.
Вопросы как обычно складываем тут.