style="text-indent:0.75"电流传感放大器MAX471／MAX472的原理及应用

    摘 要： MAX471／MAX472是美国MAXIM公司推出的精密电流传感放大器。对它们的功能、特点及应用场合作了简单说明，并介绍了其引脚功能及工作原理，最后给出一个基于MAX471的电流传感实例。

    关键词： 电流传感放大器 电流增益 输出电压

    MAX471／MAX472是美国MAXIM公司生产的双向、精密电流传感放大器。MAX471内置35mΩ精密传感电阻，可测量电流的上下限为±3A。对于允许较大电流的场合，则可选用MAX472。在这种情况下，用户可根据自己的需要配置外接的传感电阻与增益电阻。MAX471／MAX472都可通过一个输出电阻将电流输出转化为对地电压输出。

    MAX471／MAX472所需的供电电压VBR／VCC为3～36V，所能跟踪的电流的变化频率可达到130kHz。二者均采用8脚封装。

    MAX471／MAX472可广泛应用于电流供电系统、便携式设备、监控系统及能源管理系统等。

    １ 引脚说明

    MAX471引脚图如图１所示，MAX472引脚图如图２所示。

    各引脚功能说明如下：

    SHDN为关闭信号，正常操作时接地；当它为高电平时，供电电流小于5μA。

    RS+为内传感电阻的电源端。

    N.C．表示无内部连接。

    RG1为增益电阻的连接端，增益电阻RG1连接到传感电阻的电源端。

    GND为地端或电源负端。

    SIGN为集电极开路逻辑输出。对于MAX471，SIGN为低电平表示电流由RS-流向RS+；对于MAX472，SIGN为低电平表示Vsense（传感电阻两端的电压）为负。当SIGN为高电平时，SIGN呈高阻状态。

    RS-为内传感电阻的负载端。

    RG２为增益电阻的连接端，增益电阻RG２连接到传感电阻的负载端。

    Vcc为MAX472的正电源连接端。连接传感电阻与增益电阻。

    OUT为电流输出端，该电流的大小正比于流过传感电阻的电流。

    ２ 工作原理

    MAX471的功能框图如图3所示，MAX472的功能框图如图4所示。

    MAX471和MAX472电流传感放大器的独特布局大大简化了电流监控的设计。MAX471／MAX472包含两个放大器，如图３和图４所示。传感电流Isense通过传感电阻Rsense从RS+流向RS-（反之亦然）。输出电流Iout流过RG1和Q1还是RG2和Q2取决于传感电阻中电流的方向。内部电路（图中没有画出来）不允许Q1和Q2同时打开。MAX472除了传感电阻Rsense、增益电阻RG1和RG2外置外，其它用法和MAX471是一样的。

    以图3为例，若传感电流Isense从RS+经精密传感电阻Rsense流向RS-，输出端OUT通过输出电阻ROUT接地（GND）。此时，Q2断开，放大器Ａ1工作，输出电流Iout从Q1的发射极流出。由于没有电流流过RG2，A1的反向输入端的电位就等于Rsense和RG2交点的电位；因A1的开环增益很大，其正向输入端与反向输入端基本上保持同一电位。所以，A1的正向输入端的电位也近似等于Rsense和RG2交点的电位。因此，传感电流Isense流过Rsense所产生的压降就等于输出电流Iout流过RG1所产生的压降，即

    同理，若传感电流Isense从RS－经传感电阻Rsnse流向RS＋，则可得

    综合上述两种情况，可得MAX471／MAX472输出电压方程

    其中 Vout——期望的实际输出电压

   Isense——所传感的实际电流

    Rsense——精密传感电阻

    Rout——输出调压电阻

    RG——增益电阻（RG＝RG1＝RG2）

    对于MAX471，所设定的电流增益为：Rsense／RG=500×，Vout＝500××Isense×Rout。

    当输出电阻Rout2kΩ时，在传感电流Isense允许变化范围（－3A≤Isense≤3A）内，输出电压Vout的变化范围为：－3V≤Vout≤3V 即满标电压值为3V。

    特定的满标范围所对应的输出调压电阻Rout为：

    但要注意，变化Rout时，须保证MAX471输出电压的上限值不能超过VRS＋-1.5V；对于MAX472，其输出电压的的上限值不超过Vcc-1.5V。

    MAX471／MAX472对瞬变电流的响应非常快，若要减弱由于噪声在输出端产生的干扰，可在输出调压电阻的两端并联一个1F电容（也可根据实验确定）进行旁路。这一电容的引入不会影响到MAX471／MAX472的使用性能。

    ３ 应用实例

    我们在设计斩波恒流细分步进电机驱动器时，需要对绕组电流进行检测，传统的方式是通过电流互感器、霍尔元件或检测电阻来实现的。由于检测电阻价格便宜、使用简单，因此应用比较广泛。但这种传统检测电阻的弊端是很明显的，一方面其阻值难以做的很小，影响到步进电机绕组电流上升前沿的陡度，且三相间难于精确匹配；另一方面，所得到的电流检测信号（电压信号）通过放大以后才能进入步进电机前级驱动电路的比较器，从而增加了电路设计调试时的复杂度。因此，有必要选用精密电流传感元器件来取代传统的检测电阻。　

    由于我们所设计的驱动器主要用来驱动75BF3型步进电机，而该电机的额定电压、额定电流分别为27V、3A ，故选用MAX471便可达到设计要求。该部分的电路如图5所示。图中所用其它元器件及符号说明如下：

    Eg——步进电机相绕组供电电压

    L——步进电机Ａ相绕组

    R——泄放回路电阻

    D——快恢复二极管

    VT——功率开关管通断控制信号

    图6为75BF3步进电机在单三拍运行方式下，运行频率为2000pps时 所得A相绕组的相控信号及电流传感器输出电压波形。

    实验表明，以电流传感放大器件MAX471代替传统的取样电阻，不仅大大简化了电路的设计调试，节省了电路板空间；同时所得取样电压波形好，驱动器性能优越。

    电流传感放大器MAX471／MAX472的应用非常广泛，以上仅是其中一个实例。