T50C动态电流表 - 嘉立创EDA开源硬件平台

本工程改制T50表头，所以没有相关软件配套。只是为了验证电流挡位切换使用。

前言：

一般市面上的电流表都是一个挡位（万用表不算，算也没用，这里讨论的是自动量程），比如各家的USB表头，量程从2A-5A，分辨率0.01A-1ma都有，甚至是那种几百块的高价USB表头，虽然使用的是高位ADC，但是速度啊最小量程啊都会有局限，比如鸭掌心的表头，最小分辨率是10uA。如果用来测量几个ma以上还好说，用来测量某些设备的静态电流几个uA就没戏了。

本文讲解一种低成本的2挡位（多挡位也只需要简单的增加采样单元就行）大跨度量程的电流表。

设计：

先来说电流，一般测量电流就是测量采样电阻两端产生的压降，然后比例放大后送单片机ADC。

但是一个采样需要用至少21位ADC才能分辨1ua-2A的量程。高速高位的ADC价格昂贵，本文不采用这种方案。

不能采用1个采样1个高位ADC，那么势必是有多个采样来切换各种量程，就像万用表一样，不过万用表是手动方案。

下面以1-5000uA，1-2700ma，片内12位ADC来设计的两个挡位自动量程电流表。（也可以设计5000ma。12位校准的好也基本满足1个ma的显示）

首先采样电阻是串联在电路里的，这点很关键，如果是分辨接通采样电阻的话，不管切换的多块。间断的时间会造成后级设备掉电，影响测量。

如上图，GNDIN是输入-。GNDOUT是输出-。GND是模拟地，包括单片机的数字地供电也取自这里。

重头戏来了。

上图就是两个挡位的采样放大。

这里的运放用到了反相放大。对没错。就是把负电压放大成正电压。一般单电源供电的运放都会有-0.2V左右的共模输入。0.2V足以用来反应大电流量程的压降过程了。

大电流采样0.01R用反相放大，小电流用正向放大。

两组放大后的电压分别送单片机。

下面说挡位识别部分。

上图就是用电压比较的方法来确定换挡电流点。

因为两个采样电阻是串联的。电流都是相等的，所以采集0.01R采样电阻上的6mA电流点作为比较对象。换挡点要比小电流量程略高。

当整个电流回路超过6ma时，电压比较输出高电平。驱动并联在10R采样电阻上的Nmos导通实现换挡。也就是让电路能承受更大的电流。

当换挡完成后，小电流挡位就失效了。。但是大电流挡位依旧存在。或者说是说大电流挡位一直是存在的。只不过是增加了几个小电流量程。

实际测试。

上图是输入5V。输出加载2.3A负载时的电压变化。大概有10ms的电压降低情况。

上图是输出口负载500ma时的电压下降情况。

2个测试都是经过了自动换挡的情况。

使用T50表头改制方案。

实际验证可以显示1-5000ua，1-2700ma。精度也不错

基本可以满足日常测试需求。

总结：

再啰嗦下，自己也有个记录。

当测量5ma一下电流时，单片机调用的是10R采样的数据。当电流超过6ma时自动切换到大电流挡位。

因为小电流量程实际不止5ma。所以软件上可以留出一个余量。

当小电流达到5ma时，软件切换到大电流采样继续显示5ma。

继续增大电流到6ma时完成切换动作。使电路内阻降低，完全使用0.01R采样的数据来显示电流。

好了，上面就是大跨度量程电流表的设计思路。软件部分不是我能搞的定的了。我就不参和了。

引申：

至于还要更多细分的挡位。仔细想想吧。只要串更多的采样。然后用大电流反相放大的数据来区分挡位。切换不同的采样电阻就行。不过第三个-更多挡位的采样部分需要用差分放大比较好。