硬件知识--单片机高精度电流测量电路

曾经终败给现在 2023-06-16 10:34 10阅读 0赞

在嵌入式（单片机）开发过程中，会有测量电流的需求。涉及到的有：

*  uA 级别的
 *  mA 级别的
 *  A 级别的

以上的需求电路都可以有一个基本的电路（如下）：同相放大电路

*  VDD–R6–GND：代表待测电路，R6为负载
 *  U1是这个同相放大电路的放大器
 *  R4是测量电阻（1KΩ意味着它是用于检测小电流的uA级别的）
 *  放大倍数为10倍：(R3+R2)/R1

如果这是一个理想电路的话，待测电路中的电流为100uA(500KΩ)那在测量电阻上的电压就是100uA\*1KΩ = 10mV经过10倍放大之后就是100mV。经过单片机的ADC采样就可以推算出电流值了。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9saWVmeXVhbi5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 测量范围 ##

上面那个电路的测量范围可以这么计算，前提设置为ADC参考电压为Vref = 0.6V，即放大器的输出端的最大输出电压就是VAout = 0.6V，因为放大器的放大倍数为10倍所以放大器输入电压就是VAin = 0.06V。  
 电流加载在电阻上面会有电压，通过这个基本原理就可以计算出该电路的最大测量电流为：Icmax = VAin/Rc = 0.06V/1000Ω = 0.00006A = 60uA。

## 进一步 ##

进一步来说，在这个电路的基础上通过更改R4的阻值就可以测量一个很大范围的电流值了，在实际应用过程中通过设置多路的测量电路，每一路设置不同的测量电阻，然后通过单片机控制各路的切换来达到精确的电流测量。比如可以设置：

测量电阻可选：

*  1000Ω—用于测量最大电流为60uA的电流
 *  120Ω—用于测量最大电流为500uA的电流
 *  15Ω—用于测量最大电流为4mA的电流
 *  2.3Ω—用于测量最大电流为26mA的电流
 *  0.23Ω—用于测量最大电流为260mA的电流
 *  0.02Ω—用于测量最大电流为3A的电流

通过使用比较器（单片机内部比较器或外部比较器）可以及时的转换相应的通道（比较电压0.6V检测信号高或低）。

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