电流检测电路设计方案汇总（六款模拟电路设计原理图详解）

电流检测电路设计方案（一）

低端检流电路的检流电阻串联到地（图1），而高端检流电路的检流电阻是串联到高电压端（图2）。两种方法各有特点：低端检流方式在地线回路中增加了额外的线绕电阻，高端检流方式则要处理较大的共模信号。

图1 所示的低端检流运放以地电平作为参考电平，检流电阻接在正相端。 运放的输入信号中的共模信号范围为：（GNDRSENSE*ILOAD）。尽管低端检流电路比较简单，但有几种故障状态是低端检流电路检测不到的，这会使负载处于危险的情况，利用高端检流电路则可解决这些问题。

高端检流电路直接连到电源端，能够检测到后续回路的任何故障并采取相应的保护措施，特别适合于自动控制应用领域，因为在这些应用电路中通常采用机壳作为参考地。

电流检测电路设计方案（二）

传统的高端/低端检流方式有多种实现方案，绝大多数基于分立或半分立元件电路。高端检流电路通常需要用一个精密运放和一些精密电阻电容，最常用的高端检流电路采用差分运放做增益放大并将信号电平从高端移位到参考地（图3）：

VO=IRS*RS;R1=R2=R3=R4

该方案已广泛应用于实际系统中，但该电路存在三个主要缺点：

1）输入电阻相对较低，等于R1;

2）输入端的输入电阻一般有较大的误差值；

3）要求电阻的匹配度要高，以保证可接受的CMRR.任何一个电阻产生1%变化就会使CMRR 降低到46dB;0.1%的变化使CMRR 达到66dB，0.01%的变化使CMRR 达到86dB.高端电流检测需要较高的测量技巧，这促进了高端检流集成电路的发展。而低端电流检测技术似乎并没有相应的进展。

电流检测电路设计方案（三）

采用集成差分运放实现高端电流检测

采用差分运放进行高端电流检测的电路更便于使用，因为近期推出了许多种集成电路解决方案。集成电路内部包括一个精密运放和匹配度很好的电阻，CMRR 高达105dB 左右。MAX4198/99 就是这样的产品，它的CMRR 为110dB，增益误差优于0.01%，而且采用小体积的8 引脚mMAX 封装。

专用高端检流电路内部包含了完成高端电流检测的所有功能单元，可在高达32V 的共模电压下检测高端电流，并提供与之成比例的、以地电平为参考点的电流输出。需要对电流做精确测量和控制的应用，如电源管理和电池充电控制，都适合采用这种方案。

MAXIM 的高端检流运放中所使用的检流电阻放置在电源的高端和被检测电路的电源输入端之间，检流电阻放在高端不给地线回路增加额外阻抗，这项技术提高了整个电路的性能并简化了布版要求。

MAXIM 推出了一系列双向或单向电流检测IC，有些双向电流检测IC 内置检流电阻，可检测流入或流出被检电路的电流大小并通过一个极性指示引脚显示电流方向。增益可调的电流检测IC、固定增益（+20V/V，+50V/V，或+100V/V）电流检测芯片或包括单双比较器的固定增益电流检测IC，都采用小体积封装，如SOT23，可满足对尺寸要求苛刻的应用。图4 是用MAX4173 构成的高端电流检测电路。

图中输出电压与检流电阻的关系式为：

o=RGD*（Iload*Rsense）/RG1）

*b 式中b 为镜像电流系数

上式可进一步简化为：

Vo=“Gain”*Rsense*Iload;Gain= b*RGD/RG1

Gain 分别为：20（MAX4173T），50（MAX4173F），100（MAX4173H）。

通过以上计算公式可看出，CMRR 由内部集成检流电路的工艺决定（典型值》90dB），不再受外部电阻的影响。

采用集成检流电路有以下优点：

1、器件的一致性好

2、极好的温漂特性

3、体积小

4、低功耗

5、使用方便

选择检流电阻的注意事项

检流电阻RSENSE 应根据以下几条原则进行选择：

1、电压损耗：检流电阻阻值过大会引起电源电压以IR 的数值降低。为了减少电压损耗，应选用小阻值的检流电阻。

2、精度：较大的检流电阻可以获得更高的小电流的测量精度。这是因为检流电阻上的电压越大，运放的失调电压和输入偏置电流的影响就相对越小。

3、效率和功耗：当电流较大时，RSENSE 上的功耗I2R 就不能忽略。在考虑检流电阻和功耗时，需要注意这一点。如果允许检流电阻发热，则电阻阻值可大一些。

4、电感：如果ISENSE 包含大量高频成分，则检流电阻的电感量要很小。线绕电阻的电感最大，金属膜电阻比较好。

5、成本：如果合适的检流电阻的价格太高，则可采用另一种替代方案（图5）。它采用电路板的印制线作为检流电阻。由于印制板铜线“电阻”并不精确，电路里需要一个电位器调节满量程电流值。另外，铜线的温漂较大（大约为0.4%/℃），在宽温度范围下工作的系统需要考虑这一点。

电流检测电路设计方案（四）

可调节的线性电流源

可调节线性电流源（图6）是利用高端电流检测器构成的一个典型应用电，IC1 将R1 电流转换成相应比例的电压信号，控制稳压芯片IC2 产生一个稳定的输出电流，D/A 转换器可以提供IOUT 的数字控制。要达到12 BIT 精度（60mA 每LSB）的要求，可使用并行接口的MAX530 或串行接口的MAX531.10 BIT 精度（250mA 每LSB），则可使用并行接口的MAX503 或串行接口的MAX504.

电流检测电路设计方案（五）

基于51单片机的电压电流检测系统rpotues仿真

本设计采用AT89C51为主控芯片，外部采用ADC0804作为电压采集芯片，外部电压最高为10V，而ADC0804最高电压为+5V，所以模拟量连接入ADC芯片之前，首先用电阻分压，把待测电压分为原来的一半，这样所检测的电压就用0-10V变成了0-5V，符合ADC芯片的输入要求，在检测电压后，经过单片机处理后，在在原来的电压基础上乘以2则可以恢复以前的待测电压。

电压报警电路则由一路继电器和发光二极管，以及喇叭所组成。当ADC芯片所检测的电压超过一定的限制，则使特定的IO口变成低电平，导通PNP三极管，使继电器导通，发光LED和喇叭行成压降。产生报警。

由ADC芯片采集的电压值，和由电阻所变换计算出的电流值，在LCD上显示。

报警电压由两个按键所设定，当按键一按下则报警值加0.1V，当按键二按下则报警值减掉0.1V。

片机内部随时把采集电压和报警电压进行比较，当采集电压高过报警电压，则启动报警。

整体电路图

仿真图形

电压，电流显示电路

声光报警电路

按键设置电路

本次设计由于protues中的12864只有不带字库的液晶显示器，操作极为复杂。由于时间问题。软件程序仅仅调试了液晶1602显示器。相信只要有时间12864的显示也一定能够完成。

电流检测电路设计方案（六）

具有较宽共模输入范围的电流检测放大器。MAX44284电流检测放大器集高精度、宽输入共模范围于一体。您可以同时获得高精度、低功耗性能——具备Maxim一贯的简约设计风格。这款器件树立了检流放大器高精度、高灵活性的新标杆，具有优异的性价比，非常适合医疗、消费类电子、移动、通信或电机控制应用——需要高精度、设计简便的任何应用。

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温度检测电路设计方案（一）

温度检测电路通常由温度探测、数模转换以及结果处理等部分组成。温度探测电路将环境温度转换成对应的电信号，模数转换电路将电信号转换成数字量，然后送处理器进行必要的处理，从而获得相应的环境温度参数，如图1所示。

其中，温度检测部分一般采用热敏电阻，但是热敏电阻精度比较低，响应速度较慢。目前出现了一些专用的温度探测芯片，精度大大提高，而且对温度改变的灵敏度也达到了非常高的标准，如NaTIonal公司的IM35系列。

温度探测电路一般是将温度的变化转化为电压信号的变化，因此需要通过模数转换电路转换成数字信号才能为处理器所接受，从而通过计算获得真实的温度信息以便处理器进行进一步的处理。

下面以NaTIonal公司的IM35系列温度传感器和AD公司的AD7812模数转换器为例，讨论基于支持串行总线多通道、高精度温度检测方案的设计思想。其电路原理框图如图2所示。

电压正比于当前环境温度，在室温下，它的探测精度可以达到±1／4。C，在一55～+150℃区间，它的精度可以达到±34~C，它的典型变化趋势是温度每变化l℃，电压变化10mV，其温度／电压转化公式为：

V一10mV／℃·C（1）

式中：为转换输出电压，C为系统实际温度。

AD7812是一种串行AD转换芯片，它支持最多8通道输入（AD78ll为4通道），这样我们就可以很容易的设计支持多路温度检测的电路。

AD7812的工作方式由一片内部控制寄存器决定，它可以由Convst脚的脉冲输入启动转换，也可以通过软件控制完成转换，在实际设计中，由于软件控制更加灵活，所以一般采用软件控制的方法进行转换，它的控制寄存器定义如下：

软件编程

软件控制主要针对AD转换芯片AD78l2进行控制。需要完成模数转换、串行数据读取等功能。AD7812有两种工作状态，模式1在转换完成后不关闭电源；模式2在转换完成后关闭电源。一般情况下都选用模式l工作方式，以下就主要针对模式1工作方式展开讨论。

图3是一种典型的控制时序图，首先置PD0、PD1位为l，开启片内电源，使芯片开始工作；在下一个启动转换完成后，数据总线上数据就有效了，转换数据就可以串行输出了。从图中可以看出，第一次转换的数据是无效的，这是因为片内电源还未开启，这是编程者需要注意的地方。

图4就是实际通讯时序图。RFS是接收数据同步信号，TFS是发送数据同步信号。平时，Dout的输出处于高阻状态，在RFS上升沿后的第一个SCIK上升沿，Dour输出数据有效，在第11个SCIK上升沿后，Dour重新回到高阻状态；在TFS下降沿后的第一个SCIK下降沿。Din线上的数据串行移入片内，在第l3个SCIKF降沿，片内控制寄存器内容被更新。在这里要注意，SCIK时钟个数一定要保证，否则容易产生问题。

温度检测电路设计方案（二）

1、控总电路组成

温控电路主要由电源部分、温度检测元件、信号放大、比例积分、电压比较、移相触发控制继电器、超温保护、加热炉和LED显示几部分组成，其电路结构如图1所示。

图1  温控系统电路组成图

由温度检测元件可以检测到温度值信号，该信号经过放大后输送至比例积分电路并与温度设定电压比较，比较结果输送至相触发电路产生可变周期的脉冲以触发固态继电器中可控硅导通角，从而可控制加热装置的加热功率，达到控制温度的目的。温度补偿电路减少室温对温度测量准确度的影响；超温保护电路可以保证在加热温度超过设定值时，装置停止加热，起到保护设备的作用。

2、各分电路设计

2.1、电源电路

温控电路中需要直流电压的器件为运算放大器及电子信息显示模块。该电压由220V交流电压经整流滤波后加。至三端稳压器输出得到。其电路如图2所示。

图2  电源电路图

2.2、输入温度信号放大及温度补偿电路

用感温元件镍硌一镍铬K型热电偶作温度传感器来采集温度信号，温度信号为mV级，实际测量时需经过放大处理。热电偶测量温度信号受工作端温度和自由端环境温度影响，所以测量中需要加补偿信号消除环境温度变化对温度测量的影响。具体电路如图3所示。

图3   信号放大及温度补偿电路

2.3、超温保护电路

以将功率为60w将加热装置加热至750℃为例，图3中温度信号经过放大100倍后加到比例积分电路并与温度设定电压比较，比较结果输送相触发电路产生可变周期脉冲以触发固态继电器。为避免加热温度过高设置超温保护电路，在温度过高时切断加热电压。具体电路如图4所示。

图4  比例积分、电压比较、移相触发及超温保护电路

温度检测电路设计方案（三）

在温度监测系统中，传感器必须把温度转换成电信号，经过信号调节阶段（信号处理取决于不同的传感器），然后送到一个模拟数字转换器（ADC），进行转换得到数值。系统还需要通信外设电路来和其它大的设备接口连接以便提供反馈，或者将数值送至片上闪存来存储测量值或者进行必要的显示。图2显示了温度测量系统的基本框图。

图2：温度测量系统框图

尽管图2显示在ADC之前进行了信号处理，是否有需要在信号转换之后进行处理还取决于是模拟系统还是数字系统。整体精度依赖于噪声控制、偏移、预处理电路及ADC所带来的增益误差。很多应用需要从远端进行实时温度数据采集，比如矿场、工业、和各种自动化场合。利用串行通信协议，如UART、I2C都可以用来给主系统控制器传输这种温度数据。

模拟数字转换器ADC的本身有一个低通滤波来去除高频噪声。然而，在模数转换器ADC输出端的IIR滤波器将有助于进一步弱化经过它或传输给模拟数字转换器ADC的噪声频带。市面上的混合信号控制器都可配置数字滤波器，它可以通过器件本身硬件处理过滤而无需在固件电路上进行过滤从而可以节省CPU周期。图3所示实现了一个基于热电偶的温度监测系统，它使用了赛普拉斯公司的PSoC5和PSoC3器件来实现。这些器件都有片上20位分辨率的delta-sigma模数转换器，都内置了可编程增益缓存用来放大信号，内置了数字滤波器模块（DFB）来滤波。它提供了一个高度集成的温度测量系统。然而，由于设计中有热电偶，所以可能需要附加一个增益段。这个增益可以通过一个放大器来实现，可以使用片上的可编程增益放大器（PGA）。

图3：基于热电偶传感器的温度测量系统电路。

在图3的系统中，模拟MUX、AMuxCDS和AMuxCDS_1是用来把传感器正端和负端输出的信号转换成模数转换器的正输入来实施相关双抽样。现在的问题是使用相同的模数转换器时如何让两个传感器电路都是一样的零参考值。答案是这样的--热敏电阻、热电偶有不同的输出电压范围，因此需要不同倍数的放大。PSoC3和PSoC5器件中的ADC有多个配置，可以改变运行时间。对于不同的增益设置，偏移也不同，所以需要两种传感器电路中都使用相关双抽样。这会帮助消除整个模拟信号链的偏移。AMux用于传感器在热电偶、热敏电阻之间的选择。直接内存访问（DMA）读取ADC值并写入数字滤波模块（DFB）来过滤噪声。

RTD和热敏电阻温度传感器设计电路

使用电阻式温度检测器（RTD）和热敏电阻测量温度时需要测量电阻，所以测量的方式决定了系统的精度。为了测量到精确的信号，应该使用差分输入而不是单端输入。差分输入可以消除普通噪声，而且效果不错，可以达到μV级的敏感度（相对于单端输入的mV灵敏度好多了）。让我们来看看两种连接-ve输入到ADC的不同模式，详见图4。

图4：两种不同的-ve连接方式设计电路

图4右边的电路设计好于左边的。在右面的电路中，-ve直接连接到靠近分压电阻的参考电压。右面的电路可以帮助降低测量时的噪声的和由于PCB布局或走线阻抗带来的误差等等。

测量的准确度主要取决于Rref的精确度。为了在电压激励中克服这个问题，RTD使用恒流源来代替电压源。当使用恒流源时，穿过RTD的电压降只取决于其电阻值和恒流源值。然而，使用恒流源励磁时测量的准确度取决于电流源的精确度。由于是进行精密的温度测量工作，DAC电流应该被TIA校准。图6显示了使用PSoC3和PSoC5器件实现的一个基于RTD的温度测量系统。这些器件有片上电流源，不需要额外增加模拟放大器电路。同时，这些设备有片上TIA可以用于为IDAC校准。

图6：基于电阻式温度检测器RTD的温度测量设计电路

温度检测电路设计方案（四）

智能小车是一个运用传感器、单片机、信号处理、电机驱动及自动控制等技术来实现环境感和自动行驶为一体的高新技术综合体，它在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用。本设计主要分为两部分：按键控制部分和温度检测部分。控制部分主要由电源电路，单片机最小系统，按键模块和电机驱动模块组成，遥控部分的系统框图如图2-1所示。

小车部分由电源电路，单片机最小系统，显示电路，无线电木块，报警电路，超声波电路等电路模块组成，小车部分的系统框图如图2-2所示。

本设计采用直流电机，电机专用驱动芯片L298N进行电机驱动控制，主控芯片为STC89C52，控制器部分采用简单按键，温度数据的采集采用DS18B20温度传感器模块，显示部分采用1602液晶。

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