用一个运放测量总负载电流
文章作者：Konstantin Stefanov
了解一个简单的方法来测量总负载电流只用一个运放。
测试电源和电池需要能够吸收大电流并消耗大量电力的电流负载。一个简单但精确的电流负载可以只用一个运放和一个功率MOSFET来构建，如中所示图1.
图1这种简单的电流负载和并联MOSFET可以用于更大的电流和功耗。
通过Q1的电流由以下方程式得出：
通过改变参考电压（V裁判). 运算放大器应具有低输入偏置电压，并能从单一电源工作。
如果电路需要能够吸收大电流或耗散几十瓦，一个运放可以用来控制几个并联运行的mosfet。然而，简单地并联MOSFET会产生两个不想要的效果。一方面，晶体管之间的开启阈值经常不同（即使是同一型号的），并且它们的阈值具有负的温度系数。这意味着每个晶体管的漏极电流之间可能会有很大的差异，一旦晶体管温度升高，其阈值就会降低，从而进一步增加电流，使其更热。
为了均衡晶体管电流，可以在每个晶体管的源极上加一个串联的小电阻。为了有效，通过源电阻的电压降必须与阈值相当，使其成为伏特的很大一部分。其结果是均衡电阻消耗了大量的功率，通过它们的电压降消耗了电路可以工作的最小电压。
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构建大电流、大功率负载的更好方法是分别控制每个MOSFET，避免由于阈值扩展而导致的电流不平衡。图2显示两个并行的电路块，但如果需要，可以添加更多的电路块。当跨接导线J1闭合而J2断开时，电路以恒流模式工作，总负载电流由下式给出：
如果感测电阻器相等（R2.=R5.=RS)，总负载电流为：
图2此电流负载示意图使用两个独立控制的MOSFET。
为了测量总负载电流，我们需要将每个晶体管的电流相加，在这种情况下，将所有感测电阻器的电压降相加。通常这是由一个逆变加法器后接一个逆变器，内置两个运算放大器。缺点是，他们需要一个双极性电源，由于在加法器的输出电压倒置。
在这种设计思想中，使用电阻R来增加电压降是一种更简单的方法7.和R8.只有一个运放。此加法的原理如所示图3. 每个N电阻是由一个非常低阻抗的电压源驱动的，这就是我们在感测电阻上施加电压下降时的情况。
图3此图显示了在V下的电压总和出去.
如果没有电流从输出端流出，根据基尔霍夫定律，我们得到：
因此
在两个感测电阻器的情况下，如图2所示，U2A的非反相输入端的电压是R上电压降之和的一半2.和R5.. U2A获得2后，输出电压IMON是两个感测电阻器电压之和，可用于监测总负载电流。通过增加更多的并行基本块，电路具有可扩展性，并且通过使用等式3和等式5以及块的数量，我们可以计算总负载电流和U2A放大前的电流检测输出。方便的是，一个四运放可以与三个电源块一起使用。
最后，电流负载可以表现为一个恒定的电阻，这在测试某些电源时非常有用。这是通过提供负载电压V的一小部分来实现的L作为参考电压。跨接导线J2接通（J1断开）时，U1A和U1B的非反相输入端的电压由V决定L以及由R构成的分隔线9和R10，负载电流变为：
从这里我们可以看到，有效负载电阻RL是：
通过调整分压比或替换R10使用电位计，负载电阻可以从公式7（2.55）计算的标称值变化Ω 对于图2）中的值，当R10=0.
这篇文章最初发表在EDN公司.
康斯坦丁斯特凡诺夫是英国开放大学电子成像中心的高级研究员。
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