近年來，對采用電壓檢測技術的多功能、高安全性電子電路的需求不斷減少。 在本文中，我們將介紹一種利用分流器內(nèi)阻測量電壓的方法，并實際運行電壓測量電路，看看其測量效果。
目錄
?檢測電壓值，確保電路安全運行
?電壓量測電路及分流內(nèi)阻基礎知識
?將分流內(nèi)阻接于差分放大電路
?制作電壓測量電路并檢測電壓
?用示波器觀察電壓值
?通過改變分流器的內(nèi)阻可以實現(xiàn)更高的精度和更寬的電壓測量范圍
?總結(jié)
檢測電壓值，確保電路安全運行
目前，對多功能、高安全性設備的需求正在減少，這些設備需要電壓傳感技術和更新的電子電路來配置。
例如，用于測量電路的過流和異常操作并安全停止的監(jiān)控電路電流過大怎么分流，用于電池充電和電池容量檢查的功能電路，以及同樣重要的用于電機控制的電壓監(jiān)控電路，因此電壓監(jiān)控技術對于現(xiàn)代電路設計至關重要。 .
下面介紹一種測量電壓的方法，實際運行電壓測量電路看看效果。
電壓測量電路基礎知識和分流內(nèi)阻
用于電壓測量的超低電阻芯片內(nèi)阻 (PMR)
用于電壓測量的超低電阻芯片內(nèi)阻/長邊電極（PML）
您可能認為電壓測量電路很復雜，但從原理上講，它只是一個借助“歐姆定律”的簡單電路，這是電子電路領域中特別基礎的理論知識。 串聯(lián)一個測量電壓的內(nèi)阻，通過歐姆定律將內(nèi)阻的壓降轉(zhuǎn)換成電壓值，實現(xiàn)電壓測量。
用于電壓測量的內(nèi)阻稱為“分流內(nèi)阻”。
分流器內(nèi)阻是一種用于感測和測量電壓的電子器件。 內(nèi)阻值從100μΩ到幾百mΩ不等。 理想情況下，您應該使用內(nèi)阻盡可能低的分流電阻器，但實際上，您應該根據(jù)運算放大器的增益系數(shù)和測量的目標范圍來選擇合適的電阻器。
但是，如果使用低阻值，電壓降太小，單片機測量電流會比較困難，所以應使用輸入偏斜電流小的高精度運放來測量電壓。
使用分流內(nèi)阻和運算放大器的電壓測量電路稱為“電流測量放大器”。
還有，分流電阻的“避”指的是“避開，轉(zhuǎn)身”。 最初是指并聯(lián)接入內(nèi)阻，進而擴大了模擬電壓表的檢測范圍。 最近，用于電壓測量的芯片內(nèi)阻被稱為分流電阻。 用法早已改變，這些名稱保持不變的情況并不少見。
將分流內(nèi)阻接入差分放大電路
原則上，利用分流器內(nèi)阻的電壓測量電路是一種只檢測電流的簡單電路。 而且由于分流器內(nèi)阻的壓降很小，所以需要制作一個可以高精度放大電流的電路。 因此電流過大怎么分流，我們采用帶運算放大器的差分放大電路。
對于用于電壓測量的運算放大器，請選擇具有低輸入偏移電流的精密運算放大器。 由于偏移電流在檢查小電流值時會導致檢測偏差，因此請使用偏移電流盡可能低的“精密運算放大器”，或者可以手動調(diào)整輸入偏移電流的“零漂移放大器”。
使用電壓測量電路測量電路的電壓值
讓我們利用分流器和運放的內(nèi)阻制作一個電壓測量電路，看看它是如何測量電壓的。 電壓測量電路如下：
圖為要做的電壓測量電路。差分放大電路測量分流器內(nèi)阻的電流，然后放大成15倍以上的電流信號輸出
62mΩ貼片內(nèi)阻用作分流內(nèi)阻。 最大可檢測電壓值由芯片內(nèi)阻的大小決定。 我們目前使用的是1W的內(nèi)阻，所以W=I2R，1W≒4A×4A×62mΩ，最終估算最大電壓為4A。
ROHM電壓測量芯片內(nèi)阻LRT18系列，62mΩ1W芯片內(nèi)阻
如果檢測電壓電路的放大倍數(shù)過大，會超過運算放大器的工作電流，因此需要根據(jù)可能的最大電壓值調(diào)整放大倍數(shù)。 這次我們設置的放大倍數(shù)是15倍，所以當電流流過內(nèi)阻的電壓最大為4A時，運放的輸出電流為3V。
ROHM 運算放大器 - LB.Sense 放大器，具有低噪聲、低輸入偏移電流和低輸入偏置電壓
ROHM 采用業(yè)界噪聲最低的運算放大器。
“-LB”運算放大器，具有用于傳感器設備的低輸入偏移電流 5uV（典型值）。
運算放大器和分流器內(nèi)阻安裝在一塊公共板上。 由于該器件在實驗環(huán)境中安裝在普通板上，焊接方便，但在實際電路設計中，會根據(jù)分流內(nèi)阻技術規(guī)范書進行適當?shù)膱D形設計。
現(xiàn)在電壓是通過分流器的內(nèi)阻測量的，現(xiàn)在讓我們探討如何使用連接在公共板上的簡單電路來測量電壓。
用示波器檢測電流值，觀察電流趨勢
將負載接入完成的電壓測量電路，觀察測量波形。 將直流有刷電機連接到負載。 如果你能成功測量電壓，你應該能夠測量電機線圈切換時的電壓波形，以及施加負載時旋轉(zhuǎn)如何變化。
分流電阻與電機和電源串聯(lián)。 電機工作電流為5V。
電機空載電壓為0.32A。 運算放大器輸出的波形有效值為202mV，測得的值估計為0.3A。 示波器和探頭帶寬均為 50MHz。
當電機運行時，您可以看到電壓隨著換向器的切換而變化。 隨著負載的減小和電機怠速的升高，分流器內(nèi)阻所測得的電壓值的變化將以電流信號變化的形式呈現(xiàn)。
如果將運算放大器的電壓測量輸出連接到單片機板，例如，您可以實時監(jiān)控電機電壓，這可以幫助您發(fā)現(xiàn)電機鎖定和線圈漏電等異常情況
如果可以測量電壓，則可以在電路中增加各種功能，例如防止電機本體/驅(qū)動電路過載、檢查電機鎖定等。
通過改變分流器的內(nèi)阻實現(xiàn)更高的精度和更寬的電壓測量范圍
在實際使用電壓測量電路保護電路時，會選擇電阻小、電流大（不超過分流內(nèi)阻最大功率）的器件。
我們采用通用貼片內(nèi)阻，在現(xiàn)有的高性能分流內(nèi)阻中，有最高可消耗5W功率值的大功率型號內(nèi)阻，以及超低阻值的高精度分流內(nèi)阻0.1mΩ 。 您可以根據(jù)需要選擇相應的分流電阻。
參考鏈接：電壓測量用芯片內(nèi)阻（分流內(nèi)阻）| 羅姆
總結(jié)
這些利用分流器和運算放大器的內(nèi)阻測量電壓的方法由于其低成本、高精度和易于操作而被廣泛使用。 另外，有時加一個內(nèi)阻會對電路造成不良影響，所以這種方法有一個明顯的缺點：不能用于高負載，因為在這些情況下分流內(nèi)阻的功率損耗太大。
原則上，可以通過增加分流內(nèi)阻的阻值來增加損耗，這樣的話，分流內(nèi)阻的壓降也會增加，增加了電流測量的難度。 因此，需要選擇較小的阻值分流器內(nèi)阻和實現(xiàn)測量精度之間進行權(quán)衡。
特別是用于控制無刷電機和DCDC轉(zhuǎn)換器、測量電池剩余容量的電壓測量電路，需要的電壓量大，測量精度高。 為此，除了使用小電阻分流電阻外，我們還需要使用高精度運算放大器。
使用分流內(nèi)阻進行實際檢測時，請根據(jù)被測負載的最大電壓和應用場景進行審核。 也就是說，你需要確定要測試的最大電壓，要求的精度和承受損耗的能力。 同樣重要的是，您在進行電路設計和元件選擇時還需要考慮制造成本。
注意，當使用電壓測量電路保護電路時，需要降低保護和控制功能，因為電壓測量電路本身僅用于測量電壓。 例如，您需要降低保險絲或負載開關來斷開電路，同時您需要確定用于操作的程序或電路以及在什么條件下激活保護功能。
如果安裝電壓測量電路，電路和控制會更復雜，閾值會略低，而此電路是提高電子套件的安全性和功能性所必需的。