CN102495275A

CN102495275A - 基于cpu的高精度电流检测电路

Info

Publication number: CN102495275A
Application number: CN2011104301540A
Authority: CN
Inventors: 康现伟; 王胜勇; 卢家斌; 唐文秀; 李传涛; 李四川; 李海东
Original assignee: Wisdri Wuhan Automation Co Ltd
Current assignee: Wisdri Wuhan Automation Co Ltd
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: CN102495275B

Abstract

本发明涉及基于CPU高精度电流检测电路，主要由多个滤波电容、旁路电容、跟随电阻、输入电阻、反馈电阻、绝对值二极管、保护二极管和运算放大器组成，该电路工作时：被测电流IUin通过电流霍尔传感器T1后变成弱电流IS，通过采样电阻R1得到IS对应的电压值，然后经过运放跟随得到和被测电路相对应的电压值IU；通过电流传感器后的电流IU经过电阻R4、滤波电容C2组成的滤波电路后，再经过运放U2的跟随后分成两路，其中一路经过绝对值电路和反向抬升电路后得到电流的正半波，另一路经过反向后再经过绝对值和反向抬升电路得到电流的负半波。本发明的优点是：在AD线性区不变的情况下，放大力被测信号，使得精度得到很大提高。

Description

基于CPU的高精度电流检测电路

技术领域

本发明涉及电源技术领域，特别是涉及一种变频器功率单元的输出三相电流检测电路。

背景技术

在现代工业应用中，随着电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论的不断发展，变频器、UPS、电源等产品会应用于很多工业、民用场合，一款好的产品需要对三相交流输出或输入电流进行实时检测，以实现监测和控制的需要。

现有的方法一般都是采用通过霍尔采集到的交流信号直接通过整体抬升一定幅值VREF使得整个交流信号为正值以便道道CPU的AD口线性区，如图1所示。该电路实现三相输出电流检测，其中IUin为三相输出电流其中一相，其它两相电路与之相同。IU为该电路输出的检测电流，IU是进入CPU的AD转换输入。该电路主要包括：电流传感霍尔TI、运放U1、采样电阻R1、跟随电阻R2、输入电阻R5、R8、R9；反馈电阻R6、R10、电容C1～C3；保护二极管D1。输出电流经过电流传感霍尔TI后经过采样电阻R1和滤波电容C1，再经过跟随电路和比例电路变成幅值减半，方向相反对信号，通过参考电源的抬升和反向达到电流信号的整体抬升到正值以上，以便输入到AD口。

这种方式的电路不足之处在于信号由于被压缩一半，使得整个采样精度将减少一半，将不利于高精度的产品系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种高精度的电路检测电路，以便解决现有电路中信号采样精度不高的缺陷。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：主要由多个滤波电容、旁路电容、跟随电阻、输入电阻、反馈电阻、绝对值二极管、保护二极管和运算放大器组成。该电路工作时：被测电流IUin通过电流霍尔传感器T1后变成弱电流IS，通过采样电阻R1得到IS对应的电压值，然后经过运放跟随得到和被测电路相对应的电压值IU；其中一个滤波电容C1并在采样电阻R1两端；通过电流传感器后的电流IU经过电阻R4、滤波电容C2组成的滤波电路后，再经过运放U2的跟随后分成两路，其中一路经过绝对值电路和反向抬升电路后得到电流的正半波，另一路经过反向后再经过绝对值和反向抬升电路得到电流的负半波。

本发明提供的基于CPU高精度电流检测电路，可以由3个滤波电容、4个旁路电容、3个运算放大器、2个跟随电阻、7个输入电阻、5个反馈电阻、2个绝对值二极管以及2个保护二极管组成，其中：第一绝对值二极管D1的一端接第二运算放大器U2的7脚和第二运算放大器U2的6脚，另一端接第三输入电阻R15；第二绝对值二极管D2的一端接第二运放U2的8脚和第二运算放大器U2的9脚，另一端接第六输入电阻R22；第一保护二极管D3接第三运算放大器U3的7脚；第二保护二极管D4接第三运算放大器U3的1脚。

所述的被测电流IUin通过电流霍尔传感器T1后变成弱电流IS时，其变比为（9000～1000）:1，其变比优选值为1000:1。

本发明中，为使电流采样更加精确，需使采样有效值落在AD线性区内，这样就要求对调理后的电路进行一个提升。因此对所述的第三运算放大器U3输出的正负半波加一个0.2V的提升。正半波的提升需第四输入电阻R16接第三运算放大器U3的6脚；负半波的提升需第七输入电阻R23接第三运算放大器U3的2脚。

所述7个输入电阻均可以包括一个或至少一个串联电阻。

所述5个反馈电阻均可以包括一个或至少一个串联电阻。

本发明提供的基于CPU高精度电流检测电路电路中，其电阻的参数可以满足以下关系：第一输入电阻R8=第一反馈电阻R9，第二输入电阻R11=第二反馈电阻 R12，第三输入电阻R15=第四输入电阻R16=第三反馈电阻R17，第五输入电阻R19=第四反馈电阻R20，第六输入电阻R22=第七输入电阻R23=第五反馈电阻R24。

本发明与现有技术相比具有以下突出效果：

1.高精度电流检测电路与现有技术中的电流检测对于参考电源稳定性的依赖程度不同。在现有的电流检测电路中，对于计算电流值非常依赖于参考电源的稳定程度，也就是说，如果参考电源变化了，那么计算的电流值就会跟着变化，影响整个电路的检测精度。本发明的电流检测电路中，对电流值的处理是用电流正半波值减去负半波值以得到整个的检测电流值，由于检测到的正负半波值均含有参考电源信息，经过减法运算使参考电源抵消掉了，因此本发明电路对参考电源稳定性的依赖程度就减小了，间接提高了整个电路的精度。

2.高精度电流检测电路与现有技术中的电流检测精度不同。现有电路检测电路把电流检测值压缩了，以使电流值在AD线性采样区。本发明通过原有技术的基础作了改进，在不影响电流传感方式的前提下，将电流分成正负半波分别检测，相当把AD线性采样区扩大了一倍，因此将电流检测精度提高了一倍，为高性能产品研发提供硬件基础，同时也提高了产品的竞争力。

附图说明

图1为现有技术中的电流检测电路原理图。

图2为本发明中电流检测电路原理图。

图3为应用原有技术时的电流采样及电流调理后的波形。

图4为应用本发明技术时的电流采样及电流调理后的波形。

具体实施方式

本发明提供的基于CPU高精度电流检测电路电路，参见图2，包括电流霍尔传感电路，用于把大电流转换为低电压信号；电流调理电路，用于把传感器转换的低电压信号调理成正负半波信号送入CPU的AD口检测；对于AD采样值由AD转化公式和电流采样合成关系得到输出的电流值。被测电流IUin通过电流霍尔传感器T1后变成弱电流IS，其变比为（9000～1000）:1，优选1000:1；通过采样电阻R1得到其对应的电压值，然后经过运放跟随得到和被测电路相对应的电压值IU。滤波电容C1并在采样电阻R1两端。通过电流传感器后的电流IU经过R4、C2组成的滤波电路经过运放U2的跟随后分成两路，一路经过绝对值电路和反向抬升电路后得到电流的正半波；另一路经过反向后再经过绝对值和反向抬升电路得到电流的负半波。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

本发明提供的基于CPU高精度电流检测电路电路，其结构如图2所示，包括：第一滤波电容C1、第二滤波电容C2和第三滤波电容C5，第一旁路电容C3、第二旁路电容C4、第三旁路电容C6和第四旁路电容C7，第一运放U1、第二运放U2和第三运放U3，第一跟随电阻R2和第二跟随电阻R5，第一输入电阻R8、第二输入电阻R11、第三输入电阻R15、第四输入电阻R16、第五输入电阻R19、第六输入电阻R22和第七输入电阻R23，第一反馈电阻R9、第二反馈电阻R12、第三反馈电阻R17、第四反馈电阻R20和第五反馈电阻R24，第一绝对值二极管D1和第二绝对值二极管D2，以及第一保护二极管D3和第二保护二极管D4。

所述第一绝对值二极管D1，其一端接第二运放U2的7脚和第二运放U2的6脚，其另一端接所述第三输入电阻R15。第二绝对值二极管D2的一端接第二运放U2的8脚和第二运放U2的9脚，D2的另一端接第六输入电阻R22。

所述第一保护二极管D3接第三运放U3的7脚。

所述第二保护二极管D4接第三运放U3的1脚。

所述第一运放U1和第三运放U3，采用型号为TL082运算放大器。第二运放U2采用型号为TL084运算放大器。

本发明中，为使电流采样更加精确，需使采样有效值落在AD线性区内，这样就要求对调理后的电路进行一个提升。因此，对第三运放U3输出的正负半波应该加一个0.2V的提升。正半波的提升需所述第四输入电阻R16接第三运放U3的6脚；负半波的提升需所述第七输入电阻R23接第三运放U3的2脚。

所述第一至第七输入电阻均包括一个或至少一个串联电阻。

所述第一至第五反馈电阻均包括一个或至少一个串联电阻。

本发明的电路中，其电阻的参数满足以下关系：

Figure 2011104301540100002DEST_PATH_IMAGE002

；

Figure 2011104301540100002DEST_PATH_IMAGE004

；

上述公式中，R11= R12，R8= R9，R15= R16=R17，R19= R20，R22= R23=R24。

本发明通过试验可得到如图4所示的采样波形，从上到下依次表示：霍尔输出经电阻采样后的电流信号iuin，经绝对值电路处理后的正半波信号iu+，经绝对值电路处理后的负半波信号iu-。原有技术下的采样波形如图3所示，从上到下依次表示：霍尔输出经电阻采样后的电流信号iuin，经过中点提升处理后的信号iu。比较图4和图3所示的采样波形，可见：本发明对原有技术的基础作了改进后，优势明显，主要是：本发明在不影响电流传感方式的前提下，将交流波形分成正负半波分别进行处理，相当于放大力AD采用的线性区域，使得采样精度提高了2倍，为高性能产品研发提供硬件基础，同时也提高了产品的竞争力。

本发明提供的基于CPU高精度电流检测电路电路，其工作过程是：被测电流IUin通过电流霍尔传感器得到弱电流信号，经过采样电阻和滤波，得到和被测电流成比例的电压信号，然后电压信号经过正负半波处理电路得到可以在CPU的AD采集线性区间内的被测电流的正半波信号和负半波信号。

Claims

1.一种基于CPU高精度电流检测电路，其特征是主要由多个滤波电容、旁路电容、跟随电阻、输入电阻、反馈电阻、绝对值二极管、保护二极管和运算放大器组成，该电路工作时：被测电流IUin通过电流霍尔传感器T1后变成弱电流IS，通过采样电阻R1得到IS对应的电压值，然后经过运放跟随得到和被测电路相对应的电压值IU；其中一个滤波电容C1并在采样电阻R1两端；通过电流传感器后的电流IU经过电阻R4、滤波电容C2组成的滤波电路后，再经过运放U2的跟随后分成两路，其中一路经过绝对值电路和反向抬升电路后得到电流的正半波，另一路经过反向后再经过绝对值和反向抬升电路得到电流的负半波。

2.根据权利要求1所述的基于CPU高精度电流检测电路，其特征在于由3个滤波电容、4个旁路电容、3个运算放大器、2个跟随电阻、7个输入电阻、5个反馈电阻、2个绝对值二极管以及2个保护二极管组成，其中：第一绝对值二极管D1的一端接第二运算放大器U2的7脚和第二运算放大器U2的6脚，另一端接第三输入电阻R15；第二绝对值二极管D2的一端接第二运放U2的8脚和第二运算放大器U2的9脚，另一端接第六输入电阻R22；第一保护二极管D3接第三运算放大器U3的7脚；第二保护二极管D4接第三运算放大器U3的1脚。

3.根据权利要求1或2所述的基于CPU高精度电流检测电路，其特征在于被测电流IUin通过电流霍尔传感器T1后变成弱电流IS时，其变比为（9000～1000）:1。

4.根据权利要求3所述的基于CPU高精度电流检测电路，其特征在于所述变比为1000:1。

5.根据权利要求2所述的基于CPU高高精度电流检测电路，其特征在于第三运算放大器U3输出的正负半波加一个0.2V的提升，正半波的提升需第四输入电阻R16接第三运算放大器U3的6脚；负半波的提升需第七输入电阻R23接第三运算放大器U3的2脚。

6.根据权利要求2所述的基于CPU高高精度电流检测电路，其特征在于所述7个输入电阻均包括一个或至少一个串联电阻。

7.根据权利要求2所述的基于CPU高高精度电流检测电路，其特征在于所述5个反馈电阻均包括一个或至少一个串联电阻。

8.根据权利要求2所述的基于CPU高高精度电流检测电路，其特征在于电路中的电阻的参数满足以下关系：第一输入电阻R8=第一反馈电阻R9，第二输入电阻R11=第二反馈电阻 R12，第三输入电阻R15=第四输入电阻R16=第三反馈电阻R17，第五输入电阻R19=第四反馈电阻R20，第六输入电阻R22=第七输入电阻R23=第五反馈电阻R24。