在研发设计电路项目时,依据需要实现的功能指标,进行详细的电路方案开发与验证;面对项目的功能电路研发,工程师一般采用的做法是化整为零,化繁为简,也就是将项目的需要实现的整体功能逐一分解拆散,拆散成众多的小功能。例如电磁炉项目,工程师可以将其拆散成按键检测功能、数码管显示功能、线圈加热功能、AC-DC功能、线圈驱动功能、风扇散热功能等等; 智能马桶盖项目,工程师可以将其拆散成DC-DC功能、座圈加热功能、位置调节功能、水压调节功能、LCD显示功能、蓝牙功能等等; 电动晾衣架项目,工程师可以将其拆散成红外遥控功能、电机驱动功能、LED驱动功能、LDO电源功能、声音提示功能、过载保护功能等等; 在将项目的整体功能拆散成众多的小功能后,工程师就可以根据每一个小功能,开发出对应的电路解决方案,形成 电路设计方案A,解决了小功能A的研发需求; 电路设计方案B,解决了小功能B的研发需求; 电路设计方案C,解决了小功能C的研发需求; 以此类推...... 项目需求分解拆散图 最后将这些电路设计方案A、电路设计方案B、电路设计方案C等等通过一定的逻辑关系组合,构成完整的项目方案原理设计。 无论项目方案如何设计,工程师都了解,在电路方案设计中,存在一个重要的参数,也就是电流参数; 除了电流参数,电路中还存在另外三个重要的参数,电压参数、功率参数与时间频率参数。 衡量电路的一些工作状态,就可以通过电流参数的检测获得。比如 三极管的放大倍数,工程师可以通过检测三极管的基级电流与集电极电流获得; LED灯的亮度,工程师可以通过检测流过LED灯的电流获得; 加热电阻丝的温度,工程师可以通过检测加热电阻丝的电流获得; 换言之,项目的工作状态判断,工程师可以利用检测项目中的电流参数等这些数据分析得出。如何检测这些电路中的电流参数,就成为工程师必须要解决的问题了。 怎么检测项目电路中的电流参数呢?这需要从项目的原始电路方案设计过程中去寻找。 既然项目的设计需求可以被分解拆散成众多的小功能A、小功能B、小功能C等等,工程师就能据此确定被检测的电流参数是在哪一个小功能电路中,举例说明 项目系统电流分配图 检测电机的工作电流,工程师需要确定项目中的电机是处于小功能A中的Ia,还是小功能B中的Ib,亦或是小功能C中的Ic,还是系统电源中的电流I。 不同电路的电流检测,其设计方案也不相同,电路中的电流大致可以细分为两个类别 类别一:小功能A的电流Ia,小功能B的电流Ib,小功能C的电流Ic 类别二:项目系统电源的电流I 电流Ia、Ib与Ic之所以能归纳成一个相同的类别,主要是因为电流Ia、Ib与Ic在电路结构中,是处于独立分支的工作状态,电流Ia、电流Ib与电流Ic的检测互不影响互不干涉,也就是工程师在检测电流Ia的时候,不需要检测电流Ib或者电流Ic;检测电流Ib的时候,不需要检测电流Ia或者Ic;检测电流Ic的时候,不需要检测电流Ia或者电流Ic。 与之相反,项目系统电源的电流I,其检测的电路方案设计则需要兼顾电流Ia、电流Ib与电流Ic。为什么会出现这种特殊现象呢?为什么检测系统电源的电流I还需要兼顾小功能电路中的电流Ia、电流Ib与电流Ic呢?工程师是时候回顾一下电路中的基尔霍夫定律了,它会告诉答案 系统电源电流I = 电流Ia + 电流Ib + 电流Ic 针对电路中这两个类别的电流,工程师该如何去检测呢?如何设计电流检测功能的电路方案呢?同样地,电路中的电流被分为两个类别,与之对应的检测方案,也分为两个 方案一:电阻电压ADC采集方案 方案二:电阻电压运算放大方案 电阻电压ADC采集方案电流,经过电阻,在其两端会产生一个压降差----欧姆定律 通过检测电路中的电阻R两端的电压U,依据电阻的电路特性,电流I = 电压U / 电阻R,工程师就可以间接检测出电路中的电流。 电阻电压ADC采集方案图 在电阻电压ADC采集方案图中,由于电路的串联关系,流入电阻R的电流是等于Ia,也就是被检测的电流参数。 当被检测电流Ia流入电阻R,电阻R两端产生一个压降差Ur,由于电阻R的右端直接连接到GND地线(0V),电阻R的左端连接ADC采集端,因此ADC采集的电压也就为电阻R两端的电压Ur。电压Ur通过ADC采集分析处理后,工程师便可以精确地得知检测的电流Ia,Ia = Ur / R。 这就是电阻电压ADC采集方案,电流Ib与电流Ic的检测方案与电流Ia原理类似。 电阻电压ADC采集方案,虽然能实现工程师检测电路中的电流,但也存在一些优缺点 (1)电阻电压ADC采集方案优点 工程师在进行项目电路设计的时候,首选的是电路简洁、稳定可靠、成本低廉、较容易实现的方案。电阻电压ADC采集方案,工程师仅仅通过在电路中串联一个电阻R,不需要经过复杂的电路设计、采用高昂的设计成本,就能实现电流I的检测,非常符合首选方案的要求。 (2)电阻电压ADC采集方案缺点 电阻电压ADC采集方案,虽能帮助工程师实现电流的检测目的,但并非项目系统电路中的电流都能通过此方案检测。在电阻电压ADC采集方案图中,显而易见,检测电路中的电流Ia、电流Ib与电流Ic没有问题,可以分别检测;但若检测电流I,工程师则需要通过同时检测电流Ia、电流Ib与电流Ic,同时设计三个检测电路,同时处理三个电流采集数据,才能依据电流I = 电流Ia + 电流Ib + 电流Ic关系式间接确定电流I的检测,电路设计冗余复杂。 因此电阻电压ADC采集方案,适合电路中的电路Ia、电流Ib与电流Ic这种类似属性的电流检测,对于类似项目系统电流I的电流检测,则显得不是非常适合,不是最优方案。
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