中山火炬职业技术学院 李逵

一种低成本的电流监控电路设计

中山火炬职业技术学院 李逵

电流检测监控是一些设计电路的要点,但是目前的电流检测电路往往成本过高,并不利用集成,因此,本文设计了一种纯基于数模电的低成本电路

电流监控模拟开关

一、引言

在一些电路设计中,往往需要检测监控电流,并需要比较前后电流的大小以实现实时控制。目前常用的电流监控电路是采用霍尔电流传感器,但这种方法成本较高,同时不利于集成电路。为了节省成本并易于集成电路,本文设计了一种低成本的电流监控电路。

二、电路设计

在光伏系统的设计中,往往需要实时监测储能电源的充电电流,因此,本文以光伏系统的电流监控为例进行说明,设计电路图如下:

图1 电流监控电路图

为了精确检测电流,本文使用了高精度的1Ω电阻将电流转化为电压进行检测。为了实现前后电流比较,我们需要将前一次的电流测量值储存起来,以便和后一次的测量值进行比较。为此,我们使用模拟开关CD4066与储能电容来实现这个功能。

CD4066是四双向模拟开关,每个封装内部有4个独立的模拟开关,每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子,其中输入端和输出端可互换。当控制端加高电平时,开关导通;当控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时,导通电阻为几十欧姆;模拟开关截止时,呈现为的阻抗,可以看成为开路。在模拟开关导通期间,电容把前一次的电能储存起来;模拟开关关闭期间,比较器LM339将会比较前后两次电压,并输出相应的状态信号以显示比较结果。

设计中储能电容的选取:

为了有足够的采集时间及精确的比较,我们设定采集时间为1秒,即要求CD4066的输入控制脉冲频率为1HZ。根据系统设计,在脉冲高电平期间,储能电容充电;在脉冲低电平期间,比较器比较前后电压并输出相应的控制电平。因此电容的充电时间

又因为电容端电压的变化与充电时间的关系为:

其中,U为电容端电压,t为充电时间,E为充电电源,R为充电电阻,RC为充电时间常数。

由式(1)可知,当t=5RC时,U=0.99E。

由式(2)得 5RC<0.5

又因为根据实验所得,当模拟开关导通时, CD4066的导通电阻R≈300Ω。

因此储能电容C<0.5/(5R)=333μF

可取C=220μF。

为了让比较器准确比较前后电压,我们需要将检测到的电压进行放大,为此,我们使用了常用的运算放大器LM324进行电压放大。

三、实验结果

实验中,用电流源每隔2秒改变I0,实验结果证明,该电流监视电路能检测到的电流精度为1mA,时间精度为1秒。对于光伏系统而言,特别是对于基于电流控制的最大功率跟踪系统[2]而言,这个精度是远远足够的。

四、结束语

电流检测在电流控制中起着重要的作用,电流检测分为电阻检测和电流互感器检测。为了减少损耗,常采用电流互感器检测。但由于电流互感器如霍尔电流传感器等价格不菲,不便于大规模电路集成等缺点,本文对电流监控电路进行了创新性改造,实验证明,本文基于基本元器件的电流监控电流的设计简单,价格低廉,便于集成,检测精度高等优点。在一些电流控制中特别是在基于电流控制的能源系统中应用广泛。

[1]周惠潮.常用电子元件及典型应用[M].北京:电子工业出版社,2005

[2]王康模,陈长缨,于志刚,等.太阳能电池的负载匹配理论与负载变换技术[J].半导体光电,2009,2 (30):191～193

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