中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李逵

一種低成本的電流監(jiān)控電路設(shè)計(jì)

中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李逵

電流檢測監(jiān)控是一些設(shè)計(jì)電路的要點(diǎn),但是目前的電流檢測電路往往成本過高,并不利用集成,因此,本文設(shè)計(jì)了一種純基于數(shù)模電的低成本電路

電流監(jiān)控模擬開關(guān)

一、引言

在一些電路設(shè)計(jì)中,往往需要檢測監(jiān)控電流,并需要比較前后電流的大小以實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制。目前常用的電流監(jiān)控電路是采用霍爾電流傳感器,但這種方法成本較高,同時不利于集成電路。為了節(jié)省成本并易于集成電路,本文設(shè)計(jì)了一種低成本的電流監(jiān)控電路。

二、電路設(shè)計(jì)

在光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,往往需要實(shí)時監(jiān)測儲能電源的充電電流,因此,本文以光伏系統(tǒng)的電流監(jiān)控為例進(jìn)行說明,設(shè)計(jì)電路圖如下:

圖1 電流監(jiān)控電路圖

為了精確檢測電流,本文使用了高精度的1Ω電阻將電流轉(zhuǎn)化為電壓進(jìn)行檢測。為了實(shí)現(xiàn)前后電流比較,我們需要將前一次的電流測量值儲存起來,以便和后一次的測量值進(jìn)行比較。為此,我們使用模擬開關(guān)CD4066與儲能電容來實(shí)現(xiàn)這個功能。

CD4066是四雙向模擬開關(guān),每個封裝內(nèi)部有4個獨(dú)立的模擬開關(guān),每個模擬開關(guān)有輸入、輸出、控制三個端子,其中輸入端和輸出端可互換。當(dāng)控制端加高電平時,開關(guān)導(dǎo)通;當(dāng)控制端加低電平時開關(guān)截止。模擬開關(guān)導(dǎo)通時,導(dǎo)通電阻為幾十歐姆;模擬開關(guān)截止時,呈現(xiàn)為的阻抗,可以看成為開路。在模擬開關(guān)導(dǎo)通期間,電容把前一次的電能儲存起來;模擬開關(guān)關(guān)閉期間,比較器LM339將會比較前后兩次電壓,并輸出相應(yīng)的狀態(tài)信號以顯示比較結(jié)果。

設(shè)計(jì)中儲能電容的選取:

為了有足夠的采集時間及精確的比較,我們設(shè)定采集時間為1秒,即要求CD4066的輸入控制脈沖頻率為1HZ。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì),在脈沖高電平期間,儲能電容充電;在脈沖低電平期間,比較器比較前后電壓并輸出相應(yīng)的控制電平。因此電容的充電時間

又因?yàn)殡娙荻穗妷旱淖兓c充電時間的關(guān)系為:

其中,U為電容端電壓,t為充電時間,E為充電電源,R為充電電阻,RC為充電時間常數(shù)。

由式(1)可知,當(dāng)t=5RC時,U=0.99E。

由式(2)得 5RC<0.5

又因?yàn)楦鶕?jù)實(shí)驗(yàn)所得,當(dāng)模擬開關(guān)導(dǎo)通時, CD4066的導(dǎo)通電阻R≈300Ω。

因此儲能電容C<0.5/(5R)=333μF

可取C=220μF。

為了讓比較器準(zhǔn)確比較前后電壓,我們需要將檢測到的電壓進(jìn)行放大,為此,我們使用了常用的運(yùn)算放大器LM324進(jìn)行電壓放大。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中,用電流源每隔2秒改變I0,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,該電流監(jiān)視電路能檢測到的電流精度為1mA,時間精度為1秒。對于光伏系統(tǒng)而言,特別是對于基于電流控制的最大功率跟蹤系統(tǒng)[2]而言,這個精度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)足夠的。

四、結(jié)束語

電流檢測在電流控制中起著重要的作用,電流檢測分為電阻檢測和電流互感器檢測。為了減少損耗,常采用電流互感器檢測。但由于電流互感器如霍爾電流傳感器等價格不菲,不便于大規(guī)模電路集成等缺點(diǎn),本文對電流監(jiān)控電路進(jìn)行了創(chuàng)新性改造,實(shí)驗(yàn)證明,本文基于基本元器件的電流監(jiān)控電流的設(shè)計(jì)簡單,價格低廉,便于集成,檢測精度高等優(yōu)點(diǎn)。在一些電流控制中特別是在基于電流控制的能源系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

[1]周惠潮.常用電子元件及典型應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005

[2]王康模,陳長纓,于志剛,等.太陽能電池的負(fù)載匹配理論與負(fù)載變換技術(shù)[J].半導(dǎo)體光電,2009,2 (30):191～193

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