永磁直流電動機虛擬測試系統(tǒng)(以下簡稱測試系統(tǒng))通過系統(tǒng)辯識原理獲得直流電動機的有關機電參數，從而可以對電動機進行多功能測試。根據測試系統(tǒng)的要求，需要采集電動機階躍過渡過程的電壓u、電流i和轉速n，這三個量的采集是至關重要的，它們直接影響到整個測試系統(tǒng)的測試精度。
　　常規(guī)測量電流i的方法多用在被測電路串聯(lián)電阻，直接測量電阻兩端電壓的方法，但存在測量范圍小、測量誤差大等缺點。而測試系統(tǒng)采用電流/電壓轉換芯片MAX472，則克服了常規(guī)方法的缺點，實現了電動機階躍電流的高精度測量。
1 電流測量方法及其電路實現
　　由于電流不能直接由A/D 轉換器轉換，因此必須先將其轉變成電壓信號，然后才能轉換。所以，電流/電壓轉換電路在測試系統(tǒng)中占有很重要的地位。
　　常用的電流測量方法是在被測電路中串入精密電阻，通過直接采集電阻兩端的電壓來獲得電流。這種方法的優(yōu)點是測量簡單方便。但當被測電流較大而串入的電阻阻值又較大時，電阻的壓降對電路的帶載能力將產生較大的影響；當被測電流很小時，從電阻上直接取得的電壓值又可能太小，影響測量準確度。因而，這種直接測量的方法很難選擇一合適的阻值，以適應電流變化范圍較大的情況，尤其是較小電流的準確測量。由于測試系統(tǒng)的特殊要求，需要采集的是階躍信號，因而電動機的電流變化范圍較大(從毫安級到十幾安)，所以上述的串電阻直接測量的方法很難滿足測試系統(tǒng)精度要求。
　　鑒于此，我們做了大量的調查和實驗，最后選擇了美國MAXIM公司最新生產的電流/電壓轉換器MAX472，其響應時間、線性度、漂移等指標均很理想，且能適應大范圍大電流的測量，經過實際的實驗驗證和測試，很好地滿足了本系統(tǒng)的要求。下面介紹該芯片的工作原理及其在測試系統(tǒng)中的具體應用。
1.1 MAX472的工作原理
　　MAX 472的工作原理如圖1所示，方框內的部分是該芯片的內部結構，其中A1和A2是兩個運算放大器，構成差動輸入，這樣可以增強抗干擾能力，提高小電流信號的測量準確度；Q1和Q2是兩個三極管；COMP是一比較器；R_sence是電流采樣電阻，測試系統(tǒng)采用熱穩(wěn)定性好、漂移小的康銅絲制作。方框外面的部分是用戶可以根據自己的需要而改變的電路。其工作原理詳述如下：

　　假定電流是從左向右(如圖1中I_load方向所示)流過電流采樣電阻R_sence,管腳OUT通過一電阻R_out接地。這樣，運放A1工作，產生電流I_out,從Q1的發(fā)射極流出。而此時運放A2是截止的，沒有電流從Q2流出。A1的負輸入端(－)電位為：
　　

　　根據(5)式,R_sence取較小的值。通過(R_out/RG1)把比例P設置一個合適的值。對于小電流，可以獲得較大的輸出測量電壓V_out,避免前述直接測量電壓信號太小的缺點，對于較大的電流，又不會對電路的帶載能力產生較大的影響。在電路的具體應用中，電路各參數具體計算要滿足該芯片技術條件要求：
　　(1) OUT端的輸出電壓V_out＜(V_RG－1.5V)
　　(2) OUT端的輸出電流I_out≤1.5mA
1.2 MAX472在測試系統(tǒng)中的具體應用
　　MAX472在測試系統(tǒng)中的應用電路如圖2所示。

　　在圖2中，功率驅動模塊SWITCH POWER是實現施加階躍電壓的電路。MOTOR為永磁直流電動機，是測試系統(tǒng)的測試對象。
　　電流采樣電阻R_sence的選擇很重要，它的選擇決定了電壓/電流的轉換比例P。對于較小的電流，R_sence的選擇須使得P較大，才能使得轉換得到的輸出電壓不至于太小而影響測量的準確度。而圖2所示的MAX472的應用電路，正是可以通過調整其中的RG1、RG2和R_out來調整P,從而獲得較理想的P。理想的P的獲得是一個試湊計算的過程。
　　下面根據測試系統(tǒng)的要求，具體計算電路的各項參數。
　　已知測試系統(tǒng)最大電流為4A,最小電流為100mA,電動機額定工作電壓為24V(階躍電壓由20V到24V)。應根據上述已知條件初選R_sence的阻值為0.02Ω。轉換電路首先必須滿足對最大電流的測量。所以，根據最大轉換電流和1.1節(jié)中的要求(1)和(2)，計算R_out和RG1(＝RG2)。
　　由(4)式得：
　　V_out(max)＝(R_sence×R_out×I_load)/RG1
　?。?.02×R_out×4/RG1
　?。?.08×R_out/RG1
　　所以 I_out(max)＝V_out(max)/R_out＝0.08/RG1
　　即：RG1＝0.08/I_out(max)
　　將要求(2)：I_out(max)≤1.5mA代入，
　　得：RG1≥53.33Ω
　　選定： RG1＝RG2＝55Ω，
　　取電動機電壓V_RG＝20V，由要求(1)：
　　V_out(max)＜(V_RG－1.5V
　　得： V_out(max)＜18.5V
　　將此值代入由(4)得出的V_out(max)，即可求出：
　　R_out≤12.72kΩ
　　選定： R_out＝12.5kΩ
　　則電壓/電流的轉換比例為：
　　p＝V_out/I_load＝R_sence×(R_out/RG)＝10.02×12500/55≈4.55
　　對于測試系統(tǒng)的最小電流100mA,經過轉換后放大4.55倍，得到的電壓值V_out(min)為：
　　V_out(min)＝0.1×4.55＝0.455V＝455mV
　　這樣，最小電流經過放大后測量準確度就大大提高了。
　　采樣電阻R_sence的壓降最大為：
　　V_rsence＝R_sence×4＝0.02×4＝0.08V
　　如此小的壓降對電路的帶載能力的影響可以忽略。
　　經過上述的計算，可以看出初選的R_sence值為0.02Ω還是比較合適的。如果初選的值不合適，可以試著用其它的值按上述的過程來計算，直到獲得較理想的P值。
2 精度分析
2.1 測試曲線的精度分析
　　根據上述計算的電路參數，將其應用到測試系統(tǒng)電路(圖2所示)中，并實際采集了電動機的階躍響應電流(階躍電壓為從20V加到24V)，經此電流/電壓轉換后的電壓響應曲線如圖3所示。