电流电压转换芯片MAX472在永磁直流电动机虚拟测试系统中应用链板
发布时间:2022-07-25 17:48:30
电流/电压转换芯片MAX472在永磁直流电动机虚拟测试系统中应用
电流/电压转换芯片MAX472在永磁直流电动机虚拟测试系统中应用 2011: 永磁直流电动机虚拟测试系统(以下简称测试系统)通过系统辩识原理获得直流电动机的有关机电参数,从而可以对电动机进行多功能测试。根据测试系统的要求,需要采集电动机阶跃过渡过程的电压u、电流i和转速n,这三个量的采集是至关重要的,它们直接影响到整个测试系统的测试精度。 常规测量电流i的方法多用在被测电路串联电阻,直接测量电阻两端电压的方法,但存在测量范围小、测量误差大等缺点。而测试系统采用电流/电压转换芯片MAX472,则克服了常规方法的缺点,实现了电动机阶跃电流的高精度测量。 1 电流测量方法及其电路实现 由于电流不能直接由A/D 转换器转换,因此必须先将其转变成电压信号,然后才能转换。所以,电流/电压转换电路在测试系统中占有很重要的地位。 常用的电流测量方法是在被测电路中串入精密电阻,通过直接采集电阻两端的电压来获得电流。这种方法的优点是测量简单方便。但当被测电流较大而串入的电阻阻值又较大时,电阻的压降对电路的带载能力将产生较大的影响;当被测电流很小时,从电阻上直接取得的电压值又可能太小,影响测量准确度。因而,这种直接测量的方法很难选择一合适的阻值,以适应电流变化范围较大的情况,尤其是较小电流的准确测量。由于测试系统的特殊要求,需要采集的是阶跃信号,因而电动机的电流变化范围较大(从毫安级到十几安),所以上述的串电阻直接测量的方法很难满足测试系统精度要求。 鉴于此,我们做了大量的调查和实验,最后选择了美国MAXIM公司最新生产的电流/电压转换器MAX472,其响应时间、线性度、漂移等指标均很理想,且能适应大范围大电流的测量,经过实际的实验验证和测试,很好地满足了本系统的要求。下面介绍该芯片的工作原理及其在测试系统中的具体应用。 1.1 MAX472的工作原理 MAX 472的工作原理如图1所示,方框内的部分是该芯片的内部结构,其中A1和A2是两个运算放大器,构成差动输入,这样可以增强抗干扰能力,提高小电流信号的测量准确度;Q1和Q2是两个三极管;COMP是一比较器;Rsence是电流采样电阻,测试系统采用热稳定性好、漂移小的康铜丝制作。方框外面的部分是用户可以根据自己的需要而改变的电路。其工作原理详述如下: 假定电流是从左向右(如图1中Iload方向所示)流过电流采样电阻Rsence管脚OUT通过一电阻Rout接地。这样,运放A1工作,产生电流Iout从Q1的发射极流出。而此时运放A2是截止的,没有电流从Q2流出。A1的负输入端(-)电位为: 根据(5)式Rsence取较小的值。通过(Rout/RG1)把比例P设置一个合适的值。对于小电流,可以获得较大的输出测量电压Vout,避免前述直接测量电压信号太小的缺点,对于较大的电流,又不会对电路的带载能力产生较大的影响。在电路的具体应用中,电路各参数具体计算要满足该芯片技术条件要求: 1.2 MAX472在测试系统中的具体应用 MAX472在测试系统中的应用电路如图2所示。 在图2中,功率驱动模块SWITCH POWER是实现施加阶跃电压的电路。MOTOR为永磁直流电动机,是测试系统的测试对象。 电流采样电阻Rsence的选择很重要,它的选择决定了电压/电流的转换比例P。对于较小的电流,Rsence的选择须使得P较大,才能使得转换得到的输出电压不至于太小而影响测量的准确度。而图2所示的MAX472的应用电路,正是可以通过调整其中的RG1、RG2和Rout来调整P,从而获得较理想的P。理想的P的获得是一个试凑计算的过程。 下面根据测试系统的要求,具体计算电路的各项参数。 已知测试系统最大电流为4A最小电流为100mA,电动机额定工作电压为24V(阶跃电压由20V到24V)。应根据上述已知条件初选Rsence的阻值为0.02Ω。转换电路首先必须满足对最大电流的测量。所以,根据最大转换电流和1.1节中的要求(1)和(2),计算Rout和RG1(=RG2)。 由(4)式得: 如此小的压降对电路的带载能力的影响可以忽略。 经过上述的计算,可以看出初选的Rsence值为0.02 Ω还是比较合适的。如果初选的值不合适,可以试着用其它的值按上述的过程来计算,直到获得较理想的P值。 2 精度分析 2.1 测试曲线的精度分析 根据上述计算的电路参数,将其应用到测试系统电路(图2所示)中,并实际采集了电动机的阶跃响应电流(阶跃电压为从20V加到24V),
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