В статье пойдет речь об амперметре в положительной шине питания блока питания. Основой схемы будет являться специализированная микросхема INA193. Особенностью этой МС является то, что она имеет возможность работать с синфазными напряжениями на ее входах, превышающими в несколько раз напряжение питания непосредственно самой микросхемы. Электрическая схема МС представлена на рисунке ниже.

Все интересующие вас параметры можно посмотреть в технической спецификации на эту микросхему, пройдя по ссылке.

У меня сейчас нет возможности воплотить все в «железе» (но очень хочется собрать достойный блок питания с достойным амперметром), поэтому воспользуемся программой симулятором – программой схематического моделирования на русском языке TINA9-TI. Это девятая бесплатная русая версия. Прочитать об этой программе можно здесь

И так, рисуем нужную нам схему в программе, скрин ниже.

Из схемы видно, что напряжение питания микросхемы равно 12 вольтам, такое напряжение рекомендовано в технической спецификации. Ток будем измерять и мониторить в положительной шине +28 вольт. R1 является шунтом, т.е. датчиком измеряемого тока, и имеет сопротивление 0.01Ом. Падение напряжения, соответствующее проходящему току, мы и будем преобразовывать с помощью микросхемы INA193. Для микросхемы данного типа коэффициент передачи фиксированный и равен 20. Источник питания с напряжением 28 вольт нагружен на генератор тока до 20 ампер. После анализа схемы программа выводит окно DC-result с графиком. По оси Х отложен ток, проходящий через шунт, по осиY – напряжение на входе и выходе микросхемы. Линия напряжения на выходе U2 имеет зеленый цвет, а линия дифференциального напряжения на входе МС имеет коричневый цвет. В графике можно активировать ползунок «а», передвигая его по оси Х, мы можем наблюдать за данными графика в точке пересечения красной линии – Y ползунка и графиком входного дифференциального напряжения. Данные отображаются в маленьком окошке справа, вверху. На скрине ниже я увеличил масштаб графика.

Из графика видно, что при напряжении менее 20мВ, линейность преобразования ток – напряжение ухудшается. В нашем случае напряжение 20мВ будет падать на шунте при токе I равном 2 ампера, I = 0,02B/0,01Om = 2A. Это наглядно показывает и график. Таким образом, показания нашего амперметра будут корректны в диапазоне токов от 2 до 20 ампер. И отсюда напрашивается еще один вывод – величина корректных показаний минимального тока зависит от величины сопротивления шунта. Введем в программу величину сопротивления шунта равной 0,05ОМ. Запустим анализ схемы и получим результат на скриншоте 2. Смотрим данные в обведенном красным цветом окошечке. Ровно 20мВ выставить не получается, будем исходить из начала линейного участка характеристики при напряжении на входе микросхемы = 19,85мВ. При этом ток будет равен 0,397А. Но в этом случае нам, вернее микросхеме не хватает напряжения питания. При измеряемом токе более 12А микросхема уходит в режим отсечки.

Теперь посмотрим, какая тепловая, не нужная нам мощность выделится на шунте. P = I² x R = 144 x 0,05 = 7,2Вт!!! И при этом при токе в 12А мы не досчитаемся на выходе U = I x R = 12 x 0,05 = 0,6 В.

Еще один вывод – при использовании данной микросхемы нужно искать компромисс между необходимыми вам параметрами. Давайте смоделируем амперметр на 6А при напряжении питания микросхемы 5 вольт, это напряжение питания АЦП и сопротивлении датчика тока = 0,033Ом. Почему 0,033? Точно могу сказать, а хрен его знает. Так, посмотрим результат – скриншот 3

Линейность показаний амперметра от ≈0,6А до 6А. Мощность шунта = 6×6х0,033 = 1,188Вт – приемлемо. Падение напряжения на шунте при токе 6А – 6 х 0,033 = 0,198В. В принципе сопротивление шунта можно еще чуть-чуть увеличить.

Для меня, как радиолюбителя, эта микросхема с такими характеристиками вполне подходит. Для зарядных устройств, так вообще она прекрасна. Так, наверное, не успокоюсь. Нужен БП для питания микросхем, допустим, U = 15B, I = 2A, смотрим. Что получилось.

И так, амперметр начнет подвирать при токе меньше 0,2А. Мощность шунта – 0,4 Вт. При токе в 2А лишимся на выходе 200 мВ. Все, решать вам, применять эту микросхему или нет. Успехов. К.В.Ю.