CN103869149B - 交流小电流高精度检测模块 - Google Patents

Abstract

本发明是一种精确测量1mA~50mA交流电流，精度千分之一的模块。该模块包括电流采集单元，模数（A/D）转换单元，电源单元。在电流采集单元，通过双极性低输入偏置电流运算放大器把需检测的交流电流转换成交流电压。通过双极性高分辨率A/D转换芯片，把采集的模拟电压量转换成数字量再输出。电源单元使用精度为万分之五的参考电源模块给A/D提供基准电压。在实际应用中，本发明达到测量精度千分之一的要求，测量速度快。

Description

交流小电流高精度检测模块

技术领域

本发明属于交流小电流检测领域，特别是一种用于精确测量1mA～50mA交流小电流的检测模块。

背景技术

在电流检测领域中，现有的检测仪器及检测装置一般多用于大电流的测量，如10A，100A，1000A等，并且多用电流互感器进行电流的检测。小电流测量在物理学，医学等领域有很多应用，需要把小电流放大后，以便于检测，然而少数的可进行小电流测量的仪表存在精度不高，瞬时响应速度慢等缺点，但是，在一些特定场合，比如对于电源芯片性能检测中，对于小交流电流的检测，要求测量精度高，响应速度快，稳定性好，因此需要一种精度高，检测稳定的交流小电流检测模块。但是现有技术中尚无这种模块。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种检测精度高，稳定性好的交流小电流检测模块。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：一种交流小电流高精度检测模块，包括放大器U1A、第一电阻R1、第二电阻R2、A/D转换模块U2、LED灯D1、参考电源U3，放大器U1A的正相输入接地，放大器U1A的反相输入连接被测电流，放大器U1A的反相输入同时连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端与放大器U1A的输出端相连，放大器U1A的输出端同时与A/D转换模块U2的输入端相连，A/D转换模块U2的REFIN脚与参考电源U3的Vout脚相连；A/D转换模块U2的FRSTDATA脚与第二电阻R2的一端相连，A/D转换模块U2的SER脚与3.3V电源相连，A/D转换模块U2的RANGE脚与地相连，A/D转换模块U2的REF SELECT脚与地相连；第二电阻R2的另一端与LED灯D1的负极相连，LED灯D1的正极与3.3V电源相连；参考电源U3的Vout脚与放大器U1A的REFIN脚相连，参考电源U3的Vin接5V。

所述放大器U1A为双电源供电，输入偏置电流最大40pA。所述放大器U1A的型号优选为AD8639。

第一电阻R1的阻值为100欧姆，温漂±5ppm/℃。

第二电阻R2的阻值为330欧姆。

A/D转换模块U2为双极性的分辨率在16位以上的转换芯片。A/D转换模块U2优选的型号为AD7606-4；A/D转换模块U2的SER脚与3.3V电源相连，A/D转换模块U2的8脚RANGE与地相连，A/D转换模块U2的REF SELECT脚与地相连。

所述参考电源U3的精度至少为万分之八的精度。所述参考电源U3的优选型号为REF5040。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：在一些设备系统中，微小的电流变化变会导致系统的失灵，本模块可在测电流发生微小变化，可以最快的最准确的检测出。检测模块结构简单，检测结果稳定，检测精度高。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明

图1是本发明的交流小电流高精度检测模块电路图。

具体实施方式

本发明的一种交流小电流高精度检测模块，包括放大器U1A、第一电阻R1、第二电阻R2、A/D转换模块U2、LED灯D1、参考电源U3，放大器U1A的正相输入接地，放大器U1A的反相输入连接被测电流，放大器U1A的反相输入同时连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端与放大器U1A的输出端相连，放大器U1A的输出端同时与A/D转换模块U2的输入端相连，A/D转换模块U2的REFIN脚与参考电源U3的Vout脚相连；A/D转换模块U2的FRSTDATA脚与第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端与LEDD1的负极相连，LEDD1的正极与3.3V电源相连；参考电源U3的Vout脚与放大器U1A的REFIN脚相连，参考电源U3的Vin接5V。

所述放大器U1A为双电源供电，输入偏置电流最大40pA。所述放大器U1A的型号为AD8639。

第一电阻R1的阻值为100欧姆，温漂±5ppm/℃。第二电阻R2的阻值为330欧姆。

A/D转换模块U2为双极性的分辨率在16位以上的转换芯片。A/D转换模块U2的型号为AD7606-4；A/D转换模块U2的SER脚与3.3V电源相连，A/D转换模块U2的8脚RANGE与地相连，A/D转换模块U2的REF SELECT脚与地相连。

所述参考电源U3的精度至少为万分之八的精度。所述参考电源U3的型号为REF5040。

下面进行更详细的描述：

如图所示，在本发明的检测电路中，包括一个双极性低输入偏置电流运算放大器U1A、一个双极性高分辨率A/D转换模块U2、一个参考电源U3、第一电阻R1、第二电阻R2、LED灯D1。

放大器U1A的正相输入接地，放大器U1A的反相输入连接被测电流，放大器U1A的反相输入同时连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端与放大器U1A的输出端相连，放大器U1A的输出端同时与A/D转换模块U2的输入端相连，A/D转换模块U2的REFIN脚与参考电源U3的Vout脚相连，A/D转换模块U2的FRSTDATA脚与第二电阻R2的一端相连，A/D转换模块U2的SER脚与3.3V电源相连，A/D转换模块U2的RANGE脚与地相连，A/D转换模块U2的REF SELECT脚与地相连。第二电阻R2的另一端与LED灯D1的负极相连，LED灯D1的正极与3.3V电源相连；参考电源U3的Vout脚与放大器U1A的REFIN脚相连，参考电源U3的Vin接5V。

该检测模块实际使用过程中，所使用的精密运算放大器U1A的偏置电流控制在40pA左右，就使得可检测的最小电流1mA的检测误差可以控制在千分之一以内。选择100欧姆，温漂±5ppm/℃的反馈电阻R1。产生的输出电压：

Vo=-（Iin*R）；

被测电流范围是1mA～50mA，因此Vo的范围为0.1V～5V。

反馈电阻误差计算，当输入电流为Iin时，温度出现了n摄氏度的变化，则电阻的变化为0.5*n*mΩ。误差为：

$p=\frac{0.5*n*\mathrm{m\Ω}*\mathrm{Iin}}{100\mathrm{\Ω}*\mathrm{Iin}}=0.0005n;$

误差为千分之0.05n，只有当出现200摄氏度变化时才会有千分之一的误差出现，因此选择温漂±5ppm/℃的反馈电阻R1可以使检测精度达到千分之一。

在下一级A/D转换模块U2中选择双极性的分辨率在16位以上的转换芯片。以分辨率16位的A/D转换模块U2为例。在本发明中，运算放大器U1A的输出端与A/D转换模块U2的输入端相连，Vo的范围为0.1V～5V。因此A/D转换器的基准电压选择5V。那么此A/D转换器可分辨的最小电压为：

$V\min =\frac{\mathrm{Vref}}{2^n};$

选用的A/D转换模块U2为双极性16位A/D转换器。N为16，Vmin=0.0503mV。根据所要测量的最小电流1mA计算其千分之一的变化为0.001mA，Vo在千分之一要求下的最小变换为0.1mV，因此在被测电流发生千分之一的变化时，A/D转换模块U2可以读出相应的变化。在本发明中，运算放大器U1A与A/D转换模块U2都选择双极性，为了在测交流小电流时，当检测为负相电流时不用再使用加法器，变为正相电流再进行检测处理。在本发明中，在A/D转换模块U2进行模数转换完成后，输出采集到的数据。

由上可知，本发明的交流小电流高精度检测模块检测稳定性好，检测精度高，检测模块简洁。

Claims (9)

1.一种交流小电流高精度检测模块，其特征在于，包括放大器[U1A]、第一电阻[R1]、第二电阻[R2]、A/D转换模块[U2]、LED[D1]、参考电源[U3]，放大器[U1A]的正相输入接地，放大器[U1A]的反相输入连接被测电流，放大器[U1A]的反相输入同时连接第一电阻[R1]的一端，第一电阻[R1]的另一端与放大器[U1A]的输出端相连，放大器[U1A]的输出端同时与A/D转换模块[U2]的输入端相连，A/D转换模块[U2]的REFIN脚与参考电源[U3]的Vout脚相连；A/D转换模块[U2]的FRSTDATA脚与第二电阻[R2]的一端相连，第二电阻[R2]的另一端与LED[D1]的负极相连，LED[D1]的正极与3.3V电源相连；参考电源[U3]的Vout脚与放大器[U1A]的REFIN脚相连，参考电源[U3]的Vin接5V。

2.根据权利要求1所述的交流小电流高精度检测模块，其特征在于，所述放大器[U1A]为双电源供电，输入偏置电流最大40pA。

3.根据权利要求2所述的交流小电流高精度检测模块，其特征在于，所述放大器[U1A]的型号为AD8639。

4.根据权利要求1所述的交流小电流高精度检测模块，其特征在于，第一电阻[R1]的阻值为100欧姆，温漂±5ppm/℃。

5.根据权利要求1所述的交流小电流高精度检测模块，其特征在于，第二电阻[R2] 的阻值为330欧姆。

6.根据权利要求1所述的交流小电流高精度检测模块，其特征在于，A/D转换模块[U2]为双极性的分辨率在16位以上的转换芯片。

7.根据权利要求6所述的交流小电流高精度检测模块，其特征在于，A/D转换模块[U2]的型号为AD7606-4；A/D转换模块[U2]的SER脚与3.3V电源相连，A/D转换模块[U2]的8脚RANGE与地相连，A/D转换模块[U2]的REF SELECT脚与地相连。

8.根据权利要求1所述的交流小电流高精度检测模块，其特征在于，所述参考电源[U3]的精度至少为万分之八的精度。

9.根据权利要求8所述的交流小电流高精度检测模块，其特征在于，所述参考电源[U3]的型号为REF5040。