CN103149422A - 一种电流检测电路 - Google Patents

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吕春松
李社伟
易健
郁春燕
顾超峰
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Abstract

本发明提出一种电流检测电路，该电路包含有采样电阻、A/D转换隔离调制芯片以及可编程逻辑单元，采样电阻接入伺服驱动器的工作电路中，A/D转换隔离调制芯片的输入端与采样电阻两端相接，电流流过采样电阻，产生电压供给A/D转换隔离调制芯片，A/D转换隔离调制芯片将该电压的模拟信号转换为数字信号，A/D转换隔离调制芯片的输出端连接至可编程逻辑单元，将数字信号送入可编程逻辑单元进行处理；该装置利用采样电阻结合A/D转换隔离调制芯片采样电流，并把高速数据直接反馈给可编程逻辑单元，因此可靠性高，抗干扰能力强，应用在伺服驱动器的电流采样环节，能有效提高伺服驱动器的性能。

Description

一种电流检测电路
技术领域
本发明涉及电流检测装置，尤其涉及一种电流检测电路。
背景技术
对于数字化伺服电机控制系统，电流环的性能直接影响着系统的控制效果，而电流采样的精度和实时性很大程度上决定了系统的动、静态性能，精确的电流检测是提高系统控制精度、稳定性和快速性的重要环节，也是实现高性能伺服闭环控制系统的关键。采用霍尔传感器+高精度AD转换器的方案虽然能在电流采用精度和速度方面都能达到要求，但是成本相对较高。大多数伺服驱动器使用精密采样电阻+线性光耦+AD采样芯片的方案成本虽然较低，由于受线性光耦、AD采样芯片的影响，有效精度一般在11位左右，响应一般在10μs左右，难以满足高精度高响应的要求。
因此，提供一种能成本较低的，且动、静态性能优异的电流检测方法成为了迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种电流检测电路，克服传统电流检测技术的缺陷。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，
一种电流检测电路，包含有采样电阻、A/D转换隔离调制芯片以及可编程逻辑单元，采样电阻接入伺服驱动器的工作电路中，A/D转换隔离调制芯片的输入端与采样电阻两端相接，电流流过采样电阻，产生电压供给A/D转换隔离调制芯片，A/D转换隔离调制芯片将该电压的模拟信号转换为数字信号，A/D转换隔离调制芯片的输出端连接至可编程逻辑单元，将数字信号送入可编程逻辑单元进行处理；
采样电阻由0.1%精度的金属膜贴片电阻构成，电流流过采样电阻，产生电压供给A/D转换隔离调制芯片，其具有功率负荷大，温度系数小，体积小，精度高等特点，保证了电流的采样精度，尽可能降低了采样电阻对采样准确性的影响；
A/D转换隔离调制芯片由转换编码模块和译码模块构成，转换编码模块包含∑-Δ式过采样A/D转换器，∑-Δ式过采样A/D转换器将输入的电压模拟信号转化为一位高速串行数据流，高速串行数据流和采样时钟编码后通过隔离带传输至译码模块，译码模块接收到数据解码后，将数据转换成分离的高速时钟和数据，再由可编程逻辑单元对时钟和数据进行处理；
可编程逻辑单元与微控制器相接，可编程逻辑单元通过SINC3滤波器将输入的串行数据流转化为16位的数字数据，并通过SPI同步串行接口通信协议传输给微控制器；可编程逻辑单元通过软件的方式，采集高速时钟和数据流，采用SINC3滤波器，完成电流数据的采集，在提高可靠性的同时，有效精度上能达到13位，且响应时间小于4μs。
本发明的优点在于，该装置利用采样电阻结合A/D转换隔离调制芯片采样电流，并把高速数据直接反馈给可编程逻辑单元，省去传统的模拟调制电路和AD转换芯片，另外由于其传输形式为数字传输，因此可靠性高，抗干扰能力强，应用在伺服驱动器的电流采样环节，能有效提高伺服驱动器的性能。
附图说明
图1是本发明提出的电流检测电路图；
图2是该电路中A/D转换隔离调制芯片的结构示意图；
图3是转换编码模块降低带宽模拟电压信号转化为一位高速串行数据流示意图；
图4是A/D转换隔离调制芯片的模拟输入电压与数字量的关系图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明提出的电流检测电路包含有采样电阻、A/D转换隔离调制芯片以及可编程逻辑单元，采样电阻接入伺服驱动器的工作电路中，A/D转换隔离调制芯片的输入端与采样电阻两端相接，电流流过采样电阻，产生电压供给A/D转换隔离调制芯片，A/D转换隔离调制芯片将该电压的模拟信号转换为数字信号，A/D转换隔离调制芯片的输出端连接至可编程逻辑单元，将数字信号送入可编程逻辑单元进行处理；采样电阻由0.1%精度的金属膜贴片电阻构成，电流流过采样电阻，产生电压供给A/D转换隔离调制芯片，其具有功率负荷大，温度系数小，体积小，精度高等特点，保证了电流的采样精度，尽可能降低了采样电阻对采样准确性的影响；A/D转换隔离调制芯片由转换编码模块和译码模块构成，转换编码模块包含∑-Δ式过采样A/D转换器，∑-Δ式过采样A/D转换器将输入的电压模拟信号转化为一位高速串行数据流，高速串行数据流和采样时钟编码后通过隔离带传输至译码模块，译码模块接收到数据解码后，将数据转换成分离的高速时钟和数据，再由可编程逻辑单元对时钟和数据进行处理；可编程逻辑单元与微控制器相接，可编程逻辑单元通过SINC3滤波器将输入的串行数据流转化为16位的数字数据，并通过SPI同步串行接口通信协议传输给微控制器；可编程逻辑单元通过软件的方式，采集高速时钟和数据流，采用SINC3滤波器，完成电流数据的采集，在提高可靠性的同时，有效精度上能达到13位，且响应时间小于4μs。
该装置利用采样电阻结合A/D转换隔离调制芯片采样电流，并把高速数据直接反馈给可编程逻辑单元，省去传统的模拟调制电路和AD转换芯片，另外由于其传输形式为数字传输，因此可靠性高，抗干扰能力强，应用在伺服驱动器的电流采样环节，能有效提高伺服驱动器的性能。
电流采样硬件电路如图1所示，取其采样电阻两端的电压通过RC低通滤波器输入A/D转换隔离调制芯片，输入端提供稳定的5V电源，经过A/D转换隔离调制输出频率为10MHZ的时钟脉冲和一位数据流，通过可编程逻辑单元转换处理后，微处理器通过SPI接口读取可编程逻辑单元转换后的电流数据。
如图2，A/D转换隔离调制芯片内部分为转换编码模块和译码模块，转换编码模块包含一个∑-Δ式过采样A/D转换器，它将输入的低带宽模拟电压信号转化为一位高速串行数据流，如图3；该高速数据流和采样时钟的编码后通过隔离带传输至译码模块，译码模块接收到数据解码后，将数据转换成分离的高速时钟和数据，再由可编程逻辑单元进行处理。
A/D转换隔离调制芯片能直接将模拟量转化为数字量输出，波形稳定，输入数字量偏差小，数据准确度较高，其模拟输入电压与数字量的关系如图4。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种电流检测电路，其特征在于，包含有采样电阻、A/D转换隔离调制芯片以及可编程逻辑单元，采样电阻接入伺服驱动器的工作电路中，A/D转换隔离调制芯片的输入端与采样电阻两端相接，电流流过采样电阻，产生电压供给A/D转换隔离调制芯片，A/D转换隔离调制芯片将该电压的模拟信号转换为数字信号，A/D转换隔离调制芯片的输出端连接至可编程逻辑单元，将数字信号送入可编程逻辑单元进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种电流检测电路，其特征在于，采样电阻由0.1%精度的金属膜贴片电阻构成。
3.根据权利要求1所述的一种电流检测电路，其特征在于，A/D转换隔离调制芯片由转换编码模块和译码模块构成，转换编码模块包含∑-Δ式过采样A/D转换器，∑-Δ式过采样A/D转换器将输入的电压模拟信号转化为一位高速串行数据流，高速串行数据流和采样时钟编码后通过隔离带传输至译码模块，译码模块接收到数据解码后，将数据转换成分离的高速时钟和数据，再由可编程逻辑单元对时钟和数据进行处理。
4.根据权利要求3所述的一种电流检测电路，其特征在于，可编程逻辑单元与微控制器相接，可编程逻辑单元通过SINC3滤波器将输入的串行数据流转化为16位的数字数据，并通过SPI同步串行接口通信协议传输给微控制器。
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