摘　要： MAX471/MAX472是美國(guó)MAXIM公司推出的精密電流傳感放大器。對(duì)它們的功能、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合作了簡(jiǎn)單說(shuō)明，并介紹了其引腳功能及工作原理，最后給出一個(gè)基于MAX471的電流傳感實(shí)例。
　　關(guān)鍵詞： 電流傳感放大器 電流增益 輸出電壓

 　　MAX471/MAX472是美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的雙向、精密電流傳感放大器。MAX471內(nèi)置35mΩ精密傳感電阻，可測(cè)量電流的上下限為±3A。對(duì)于允許較大電流的場(chǎng)合，則可選用MAX472。在這種情況下，用戶可根據(jù)自己的需要配置外接的傳感電阻與增益電阻。MAX471/MAX472都可通過(guò)一個(gè)輸出電阻將電流輸出轉(zhuǎn)化為對(duì)地電壓輸出。
　　MAX471/MAX472所需的供電電壓V_BR/V_CC為3～36V，所能跟蹤的電流的變化頻率可達(dá)到130kHz。二者均采用8腳封裝。
　　MAX471/MAX472可廣泛應(yīng)用于電流供電系統(tǒng)、便攜式設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)及能源管理系統(tǒng)等。
1 引腳說(shuō)明
　　MAX471引腳圖如圖1所示，MAX472引腳圖如圖2所示。

　　各引腳功能說(shuō)明如下：
　　SHDN為關(guān)閉信號(hào)，正常操作時(shí)接地；當(dāng)它為高電平時(shí)，供電電流小于5μA。
　　RS+為內(nèi)傳感電阻的電源端。
　　N.C.表示無(wú)內(nèi)部連接。
　　RG1為增益電阻的連接端，增益電阻RG1連接到傳感電阻的電源端。
　　GND為地端或電源負(fù)端。
　　SIGN為集電極開(kāi)路邏輯輸出。對(duì)于MAX471，SIGN為低電平表示電流由RS－流向RS+；對(duì)于MAX472，SIGN為低電平表示V_sense(傳感電阻兩端的電壓)為負(fù)。當(dāng)SIGN為高電平時(shí)，SIGN呈高阻狀態(tài)。
　　RS－為內(nèi)傳感電阻的負(fù)載端。
　　RG2為增益電阻的連接端，增益電阻RG2連接到傳感電阻的負(fù)載端。
　　V_CC為MAX472的正電源連接端。連接傳感電阻與增益電阻。
　　OUT為電流輸出端，該電流的大小正比于流過(guò)傳感電阻的電流。
2 工作原理
　　MAX471的功能框圖如圖3所示，MAX472的功能框圖如圖4所示。

　　MAX471和MAX472電流傳感放大器的獨(dú)特布局大大簡(jiǎn)化了電流監(jiān)控的設(shè)計(jì)。MAX471/MAX472包含兩個(gè)放大器，如圖3和圖4所示。傳感電流I_sense通過(guò)傳感電阻R_sense從RS+流向RS－(反之亦然)。輸出電流I_out流過(guò)RG1和Q1還是RG2和Q2取決于傳感電阻中電流的方向。內(nèi)部電路(圖中沒(méi)有畫出來(lái))不允許Q1和Q2同時(shí)打開(kāi)。MAX472除了傳感電阻R_sense、增益電阻RG1和RG2外置外，其它用法和MAX471是一樣的。
　　以圖3為例，若傳感電流I_sense從RS+經(jīng)精密傳感電阻R_sense流向RS－，輸出端OUT通過(guò)輸出電阻R_out接地(GND)。此時(shí)，Q2斷開(kāi)，放大器A1工作，輸出電流I_out從Q1的發(fā)射極流出。由于沒(méi)有電流流過(guò)RG2，A1的反向輸入端的電位就等于R_sense和RG2交點(diǎn)的電位；因A1的開(kāi)環(huán)增益很大，其正向輸入端與反向輸入端基本上保持同一電位。所以，A1的正向輸入端的電位也近似等于R_sense和RG2交點(diǎn)的電位。因此，傳感電流I_sense流過(guò)R_sense所產(chǎn)生的壓降就等于輸出電流I_out流過(guò)RG1所產(chǎn)生的壓降，即
　　I_out×RG1＝I_sense×R_sense
　　所以I_out＝(I_sense×R_sense)/RG1
　　V_out＝(I_out×R_out)＝(I_sense×R_sense×R_out)/RG1
　　同理，若傳感電流I_sense從RS－經(jīng)傳感電阻R_sense流向RS+，則可得
　　V_out＝(I_sense×R_sense×R_out)/RG2
　　綜合上述兩種情況，可得MAX471/MAX472輸出電壓方程
　　 V_out＝(I_sense×R_sense×R_out)/RG
　　其中 V_out——期望的實(shí)際輸出電壓
　　I_sense——所傳感的實(shí)際電流
　　R_sense——精密傳感電阻
　　R_out——輸出調(diào)壓電阻
　　RG——增益電阻(RG＝RG1＝RG2)
　　對(duì)于MAX471，所設(shè)定的電流增益為：R_sense/RG＝500×10^－6，V_out＝500×10^－6×I_sense×R_out。
　　當(dāng)輸出電阻R_out＝2kΩ時(shí)，在傳感電流I_sense允許變化范圍(－3A≤I_sense≤3A)內(nèi)，輸出電壓V_out的變化范圍為：－3V≤V_out≤3V, 即滿標(biāo)電壓值為3V。
　　特定的滿標(biāo)范圍所對(duì)應(yīng)的輸出調(diào)壓電阻R_out為：
　　R_out＝(V_out×RG)/(I_sense×R_sense)
　　對(duì)于MAX×471，R_out＝V_out/I_sense×500×10^－6
　　但要注意，變化R_out時(shí)，須保證MAX471輸出電壓的上限值不能超過(guò)V_RS+－1.5V；對(duì)于MAX472，其輸出電壓的的上限值不超過(guò)V_CC－1.5V。
　　MAX471/MAX472對(duì)瞬變電流的響應(yīng)非?？?，若要減弱由于噪聲在輸出端產(chǎn)生的干擾，可在輸出調(diào)壓電阻的兩端并聯(lián)一個(gè)1μF電容(也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定)進(jìn)行旁路。這一電容的引入不會(huì)影響到MAX471/MAX472的使用性能。
3 應(yīng)用實(shí)例
　　我們?cè)谠O(shè)計(jì)斬波恒流細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，需要對(duì)繞組電流進(jìn)行檢測(cè)，傳統(tǒng)的方式是通過(guò)電流互感器、霍爾元件或檢測(cè)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于檢測(cè)電阻價(jià)格便宜、使用簡(jiǎn)單，因此應(yīng)用比較廣泛。但這種傳統(tǒng)檢測(cè)電阻的弊端是很明顯的，一方面其阻值難以做的很小，影響到步進(jìn)電機(jī)繞組電流上升前沿的陡度，且三相間難于精確匹配；另一方面，所得到的電流檢測(cè)信號(hào)(電壓信號(hào))通過(guò)放大以后才能進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路的比較器，從而增加了電路設(shè)計(jì)調(diào)試時(shí)的復(fù)雜度。因此，有必要選用精密電流傳感元器件來(lái)取代傳統(tǒng)的檢測(cè)電阻。　

　　由于我們所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)75BF3型步進(jìn)電機(jī)，而該電機(jī)的額定電壓、額定電流分別為27V、3A ，故選用MAX471便可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該部分的電路如圖5所示。圖中所用其它元器件及符號(hào)說(shuō)明如下：
　　E_g——步進(jìn)電機(jī)相繞組供電電壓
　　L——步進(jìn)電機(jī)A相繞組
　　R——泄放回路電阻
　　D——快恢復(fù)二極管
　　V_T——功率開(kāi)關(guān)管通斷控制信號(hào)

　　圖6為75BF3步進(jìn)電機(jī)在單三拍運(yùn)行方式下，運(yùn)行頻率為2000pps時(shí), 所得A相繞組的相控信號(hào)及電流傳感器輸出電壓波形。
　　實(shí)驗(yàn)表明，以電流傳感放大器件MAX471代替?zhèn)鹘y(tǒng)的取樣電阻，不僅大大簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)調(diào)試，節(jié)省了電路板空間；同時(shí)所得取樣電壓波形好，驅(qū)動(dòng)器性能優(yōu)越。
　　電流傳感放大器MAX471/MAX472的應(yīng)用非常廣泛，以上僅是其中一個(gè)實(shí)例。
參考文獻(xiàn)
1 王鴻鈺. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)入門. 上海:同濟(jì)大學(xué)出版社, 1990
2 MAXIM Corp. MAXIM DATA SHEETS 數(shù)據(jù)光盤手冊(cè), 1998