可编程电源通过高精度采样、实时数据处理和灵活的监测接口，结合硬件与软件协同设计，能够实现对被测设备（DUT）电流的实时监测。以下是具体实现方式及关键技术：
一、实时电流监测的核心实现路径
1. 高精度电流采样
- 采样电阻法：
- 原理：在输出回路中串联低阻值、高精度采样电阻（如0.001Ω~0.1Ω），通过测量电阻两端电压降计算电流（I=V/R）。
- 优势：成本低、线性度好，适用于中低电流场景（<100A）。
- 优化设计：
- 四端子连接：消除引线电阻影响，提高采样精度。
- 低温度系数电阻：选用温度系数<50ppm/℃的采样电阻，减少温漂误差。
- 开尔文接法：分离电流路径与电压测量路径，避免接触电阻干扰。
- 霍尔传感器法：
- 原理：利用霍尔效应测量电流产生的磁场，实现电气隔离采样。
- 优势：适用于高电流（>100A）、高压隔离场景，无额外功率损耗。
- 典型应用：电动汽车充电桩测试、工业电机驱动测试。
- 罗氏线圈法：
- 原理：通过测量电流变化产生的磁场环形电压，积分后得到电流值。
- 优势：带宽高（可达MHz级），适用于瞬态电流监测（如开关电源启动冲击电流）。
2. 实时信号处理
- 硬件放大与滤波：
- 仪表放大器：采用AD8221等高精度运放，对采样电压进行差分放大，抑制共模噪声。
- 抗混叠滤波：在ADC前加入RC低通滤波器（截止频率<采样率/2），防止高频噪声混叠。
- 高速ADC转换：
- 分辨率：选用16位以上ADC（如AD7606），实现电流测量分辨率达0.1mA级。
- 采样率：根据电流变化速度选择采样率（如100kSPS），确保捕捉瞬态峰值。
3. 软件实时处理与显示
- 数字滤波算法：
- 移动平均滤波：减少随机噪声干扰，适用于稳态电流监测。
- 卡尔曼滤波：结合系统模型与测量数据，提高动态电流跟踪精度。
- 实时数据显示：
- 波形显示：通过LCD或上位机软件绘制电流随时间变化曲线，支持缩放、游标测量等功能。
- 数值显示：实时显示电流有效值（RMS）、峰值、平均值等参数。
- 触发记录：设置电流阈值触发记录，捕获异常事件（如过流、短路）。
二、关键技术优化
1. 同步采样与相位补偿
- 多通道同步采样：在三相电源测试中，采用AD7606等同步采样ADC，确保各相电流采样时间差<1μs，避免相位误差。
- 相位补偿算法：通过软件校准消除采样电路与功率电路的相位延迟，确保电流测量与电压测量同步。
2. 动态范围扩展
- 自动量程切换：根据电流大小自动切换采样电阻或ADC增益，实现宽动态范围监测（如0.1mA~1000A）。
- 对数放大器：采用AD8307等对数放大器，压缩大电流信号动态范围，提高小电流测量精度。
3. 隔离与抗干扰设计
- 电气隔离：
- 光耦隔离：在采样信号传输路径中加入高速光耦（如HCPL-0721），隔离高压与低压侧。
- 数字隔离器：采用ADuM5401等数字隔离芯片，实现SPI/I2C通信隔离。
- 电磁兼容（EMC）设计：
- 屏蔽罩：对采样电路进行金属屏蔽，减少外部电磁干扰。
- 滤波电容：在电源输入端加入X/Y电容，抑制共模/差模噪声。
三、典型应用场景与配置示例
1. 电动汽车充电桩测试
- 需求：实时监测充电电流（0~250A），精度±0.5%，带宽10kHz。
- 配置：
- 采样方式：霍尔传感器（如LEM LA 250-P）。
- ADC：AD7606（16位，200kSPS）。
- 软件功能：实时显示电流波形，触发记录过流事件（>260A）。
2. 开关电源效率测试
- 需求：监测输入/输出电流（0~10A），精度±0.1%，响应时间<10μs。
- 配置：
- 采样方式：采样电阻（0.01Ω，1W，50ppm/℃）+ 仪表放大器（AD8221）。
- ADC：AD7980（18位，1MSPS）。
- 软件功能：计算输入/输出功率，实时显示效率曲线。
3. 电机驱动器测试
- 需求：监测三相电流（0~50A），相位同步误差<0.1°，谐波分析至50次。
- 配置：
- 采样方式：霍尔传感器（如LEM HFK 50-SP）。
- ADC：AD7606（同步采样模式）。
- 软件功能：实时显示三相电流波形，计算THD（总谐波失真）。
四、实践建议
- 校准与验证：
- 定期使用标准源（如Fluke 8588A）对电流监测通道进行校准，确保长期稳定性。
- 在全量程范围内进行线性度测试，验证采样电阻与ADC的匹配性。
- 散热设计：
- 在高电流采样场景中，确保采样电阻散热充分，避免温升导致阻值漂移。
- 安全防护：
- 在高压测试中，采用双重隔离设计，防止采样电路击穿导致人员触电。
- 软件优化：
- 对实时性要求高的应用，采用中断驱动或DMA传输方式，减少CPU负载。
- 提供API接口，支持LabVIEW、Python等第三方软件集成。
