CN106645908B - 一种高共模小信号的采集方法及采集电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高共模小信号的采集方法及采集电路，包括步骤一通过悬浮电压为地线的放大电路将mV级电压小信号的电压放大；步骤二通过差分放大电路将步骤一中的放大电压信号转换为以系统地为地平面的电压信号，方便比较器进行比较。本发明创造所述的高共模小信号的采集电路，结构简单，容易实现；对电阻的精度要求低，误差小，数据采集值准确，为后续的设计工作提供便利，节约了设计成本；设置的运算放大器均为普通放大器，通用性强，适用范围广。

Description

一种高共模小信号的采集方法及采集电路
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，尤其是涉及一种高共模小信号的采集方法及采集电路。
背景技术
在要求车用发动机电控系统实现国产化的前提下，根据目前国产化器件的现状，电控系统的电路设计需要尽可能结构简单、器件通用化、易实现。在设计中，主控CPU需要驱动一些功率负载，其中的关键负载如喷油电磁阀的控制电流需要实时控制，即需要实时监测负载线上的电流。而在驱动过程中，负载线上的电压高达48V，电流为12A±1A或8A±0.5A，为达到精度高、实时性强的监测效果，设计在负载线上串联一个功率采样电阻，通过采集电阻上的电压变化来实现实时电流采集。
为实现电路结构简单，当前的电流采集电路首先在采样电阻两端用两个对称的对地电阻将高共模信号转换为对地的电压小信号，然后采用差分放大电路，将电压小信号放大到适合比较器比较的电压，最后比较器输出的比较值送到主控CPU，以监控负载线上的电路是否到达12A或8A。该电路结构简单，但误差大，全采用0.01％的电阻时，差分放大后的电压实测误差高达10％以上，导致驱动电流偏差较大。
而采用专用的高共模1:1差分放大器后，还需要增加一个放大电路，将小信号放大。由于高共模1:1差分放大器属于高精密器件，国产化后的成本是一个普通精密放大器的20倍以上。
这就需要一个误差小、器件通用化、电路结构简单易实现的高共模小信号采集电路。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种高共模小信号的采集方法，以提供一种过程简单、易实现的高共模小信号采集方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高共模小信号的采集方法，包括
步骤一：通过悬浮电压为地线的放大电路将mV级电压小信号的电压放大；
步骤二：通过差分放大电路将步骤一中的放大电压信号转换为以系统地为地平面的电压信号，方便比较器进行比较。
相对于现有技术，本发明所述的高共模小信号的采集方法具有以下优势：
(1)本发明所述的高共模小信号的采集方法，过程简答，容易实现。
本发明创造的另一目的在于提出一种高共模小信号的采集电路，以提供一种误差小、元器件通用性强、电路结构简单的高共模小信号采集电路。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种高共模小信号的采集电路，包括运算放大器U1和运算放大器U2，所述运算放大器U1的正向输入端经电阻R2连接至V1，负向输入端经电阻R3连接至V2，所述V2与所述V1之间连接电阻R1，所述运算放大器U1的输出端分别连接至电阻R4、电阻R5和电阻R8的一端，所述电阻R4的另一端连接至所述运算放大器U1的负向输入端；所述电阻R5的另一端连接至所述V1；所述电阻R8的另一端连接至所述运算放大器U2的正向输入端，所述运算放大器U2的正向输入端分别经电阻R6接至VSS、经电阻R10接至GND，所述运算放大器U2的负向输入端经电阻R7连接至所述V1；所述运算放大器U2的负向输入端分别经电阻R9接至GND、经电阻R12接至V0，所述运算放大器U2的输出端经电阻R11连接至VSS，所述运算放大器U2的输出端连接至所述V0。
进一步的，所述运算放大器U1和所述运算放大器U2的型号相同，型号可为LM158或OPO7。
进一步的，所述电阻R1为采样电阻，其功率为0.01Ω。
进一步的，所述电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R12的阻值相同。
进一步的，所述电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12的精度均为0.1％。
相对于现有技术，本发明创造所述的高共模小信号的采集电路具有以下优势：
(1)本发明创造所述的高共模小信号的采集电路，结构简单，容易实现；对电阻的精度要求低，误差小，数据采集值准确，为后续的设计工作提供便利，节约了设计成本。
(2)本发明创造所述的高共模小信号的采集电路，设置的运算放大器均为普通放大器，通用性强，适用范围广。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的高共模小信号采集电路的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种高共模小信号的采集方法，包括
步骤一：通过悬浮电压为地线的放大电路将mV级电压小信号的电压放大；
步骤二：通过差分放大电路将步骤一中的放大电压信号转换为以系统地为地平面的电压信号，方便比较器进行比较。
一种高共模小信号的采集电路，如图1所示，包括运算放大器U1和运算放大器U2，所述运算放大器U1的正向输入端经电阻R2连接至V1，负向输入端经电阻R3连接至V2，所述V2与所述V1之间连接电阻R1，所述运算放大器U1供电电源接VDD，所述运算放大器U1的供电电源经电容C1后接GND；所述运算放大器U1的输出端分别连接至电阻R4、电阻R5和电阻R8的一端，所述电阻R4的另一端连接至所述运算放大器U1的负向输入端；所述电阻R5的另一端连接至所述V1；所述电阻R8的另一端连接至所述运算放大器U2的正向输入端，所述运算放大器U2的正向输入端分别经电阻R6接至VSS、经电阻R10接至GND，所述运算放大器U2的供电电源接VCC，所述VCC经电容C2连接至所述VSS，所述运算放大器U2的负向输入端经电阻R7连接至所述V1；所述运算放大器U2的负向输入端分别经电阻R9接至GND、经电阻R12接至V0，所述运算放大器U2的输出端经电阻R11连接至VSS，所述运算放大器U2的输出端连接至所述V0，电路结构简单，易实现。
所述运算放大器U1和所述运算放大器U2的型号相同，型号可为LM158或OPO7，元器件通用性强，有利于大范围推广使用。
所述电阻R1为采样电阻，其功率为0.01Ω。
所述电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R12的阻值相同，与所述运算放大器U2组成1:1差分放大电路。
所述电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12的精度均为0.1％，误差小，采集的数值更加精确。
一种高共模小信号的采集电路的工作原理为：
采样电阻R1选取0.01Ω的功率电阻，采集负载线上的电流信号，将大电流信号12A或8A转换为高共模mV级电压信号；然后通过运算放大器U1、电阻R2、电阻R3和R4组成的放大电路，将高共模mV级电压信号放大为V级电压信号；电阻R5为放大电路负载，并为后续的差分放大电路提供参考点；所述电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R12的阻值相同，与运算放大器U2组成1:1差分放大电路，该差分放大电路将放大后悬浮的V级电压信号转换为以系统地VSS为地平面的V级电压信号。
本发明的实施例电路中电阻的精度为1％时，误差控制在10％以下，可以稳定并准确的采集高共模小信号，为设计工作提供了便利，减少了设计成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高共模小信号的采集电路，其特征在于：包括运算放大器U1和运算放大器U2，
所述运算放大器U1的正向输入端经电阻R2连接至V1，负向输入端经电阻R3连接至V2，所述V2与所述V1之间连接电阻R1，所述运算放大器U1的输出端分别连接至电阻R4、电阻R5和电阻R8的一端，所述电阻R4的另一端连接至所述运算放大器U1的负向输入端；所述电阻R5的另一端连接至所述V1；所述电阻R8的另一端连接至所述运算放大器U2的正向输入端，所述运算放大器U2的正向输入端分别经电阻R6接至VSS、经电阻R10接至GND，所述运算放大器U2的负向输入端经电阻R7连接至所述V1；所述运算放大器U2的负向输入端分别经电阻R9接至GND、经电阻R12接至V0，所述运算放大器U2的输出端经电阻R11连接至VSS，所述运算放大器U2的输出端连接至所述V0。
2.根据权利要求1所述的一种高共模小信号的采集电路，其特征在于：所述运算放大器U1和所述运算放大器U2的型号相同，型号可为LM158或OPO7。
3.根据权利要求1所述的一种高共模小信号的采集电路，其特征在于：所述电阻R1为采样电阻，其功率为0.01Ω。
4.根据权利要求1所述的一种高共模小信号的采集电路，其特征在于：所述电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R12的阻值相同。
5.根据权利要求1所述的一种高共模小信号的采集电路，其特征在于：所述电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12的精度均为0.1％。
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