CN109116092A - 一种数字化电流传感器模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字化电流传感器模块，与控制电路相连，包括电源单元、模拟电路单元、数字电路单元，电源单元的输入端与控制电路的电源输出端相连，电源单元的输出端与模拟电路单元、数字电路单元相连以用于供电；模拟电路单元包括电流传感器、采样电路、信号调理电路，数字电路单元包括AD转换电路、数字化处理模块，电流传感器的输出端与采样电路的输入端相连，采样电路的输出端与信号调理电路的输入端相连，信号调理电路的输出端与AD转换电路的输入端相连，AD转换电路的输出端与数字化处理模块的输入端相连，数字化处理模块的输出端通过通信模块与控制电路相连。本发明能简化控制电路规模、便于维修、还能避免模拟信号对控制电路的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及电流传感器领域，具体的涉及一种数字化电流传感器模块。
背景技术
目前电流传感器均是模拟信号输出，其信号处理流程是先通过模拟采样和信号变换输出AD转换电路，最后经过FPGA数字化处理，然后通过数据总线输入到控制芯片。目前采样、信号变换、AD转换过程都是需要在控制电路中实现，但是模拟信号的引入，会增加对控制电路的信号干扰，与此同时，控制电路中需要增加给模拟采样和数字化处理两个部分供电的电源，也增加了其电路的复杂程度。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种简化控制电路规模、减少对控制电路干扰的数字化电流传感器模块。
本发明采用的技术方案是：
一种数字化电流传感器模块，与控制电路相连，包括：电源单元、模拟电路单元、数字电路单元，所述电源单元的输入端与控制电路的电源输出端相连，电源单元的输出端分别与模拟电路单元、数字电路单元相连以用于供电；所述模拟电路单元包括电流传感器、采样电路、信号调理电路，所述数字电路单元包括AD转换电路、数字化处理模块，所述电流传感器的输出端与采样电路的输入端相连，所述采样电路的输出端与信号调理电路的输入端相连，所述信号调理电路的输出端与AD转换电路的输入端相连，所述AD转换电路的输出端与数字化处理模块的输入端相连，所述数字化处理模块的输出端通过通信模块与控制电路相连。
进一步的，所述数字化处理模块采用FPGA模块或CPLD模块中的一种。
进一步的，所述通信模块为485信号驱动电路，所述485信号驱动电路通过485总线与控制电路的485端子相连。
进一步的，所述采样电路包括运算放大器U2A、TVS瞬态抑制二极管D1A、电阻R4，所述信号调理电路包括运算放大器U2B和若干电阻；所述电流传感器的输出端与运算放大器U2A的同相输入端相连，所述电阻R4与TVS瞬态抑制二极管D1A并联，电阻R4与TVS瞬态抑制二极管D1A的一个公共端与运算放大器U2A的同相输入端相连，电阻R4与TVS瞬态抑制二极管D1A的另一个公共端接地，所述运算放大器U2A的输出端通过电阻R2与运算放大器U2B的反相输入端相连，所述运算放大器U2B的输出端与AD转换电路的信号输入端相连。
进一步的，所述运算放大器U2A的反相输入端与输入端相连，所述运算放大器U2B的同相输入端接地，运算放大器U2B的反向输入端与输入端之间设置有彼此并联的电容C5和电阻R1。
进一步的，所述电源单元包括滤波器F1和DC-DC隔离电源模块U3，所述滤波器的输入端与控制电路的电源输出端相连，滤波器的输出端与DC-DC隔离电源模块U3的输入端相连，所述DC-DC隔离电源模块U3的输出端用于输出15V电流。
进一步的，还包括稳压器U4，所述稳压器U4的输入端与DC-DC隔离电源模块U3输出端相连，稳压器U4的输出端用于输出5V电流。
本发明的有益效果：
1、在电流传感器模块的电路板上集成有提供低压工作电流的电源单元，可以简化控制电路规模，使控制电路集成度更高。
2、将传感器模块化处理，使其成为一个独立的单元，检修维护更加方便。
3、将模拟信号处理环节放在传感器处理电路板上，减少对控制电路的干扰。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明；
图1为本发明数字化电流传感器模块的原理示意图；
图2为本发明模拟电路单元和数字电路单元的电路原理图；
图3为本发明电源单元滤波器F1和DC-DC隔离电源模块的电路原理图；
图4为本发明电源单元稳压器U4的电路原理图；
图5a-5b为电流传输协议的原理示意图。
具体实施方式
如图1-图3所示为本发明的一种数字化电流传感器模块，与控制电路相连，包括：电源单元1、模拟电路单元2、数字电路单元3，电源单元1的输入端与控制电路的电源输出端相连，电源单元1的输出端分别与模拟电路单元2、数字电路单元3相连以用于供电；模拟电路单元2包括电流传感器21、采样电路22、信号调理电路23，数字电路单元3包括AD转换电路31、数字化处理模块32，电流传感器21的输出端与采样电路22的输入端相连，采样电路22的输出端与信号调理电路23的输入端相连，信号调理电路23的输出端与AD转换电路31的输入端相连，AD转换电路31的输出端与数字化处理模块32的输入端相连，数字化处理模块32的输出端通过通信模块与控制电路相连。
优选的，数字化处理模块32采用FPGA模块或CPLD模块中的一种，本实施例中采用FPGA模块。
如图2所示，采样电路22包括运算放大器U2A、TVS瞬态抑制二极管D1A、电阻R4，信号调理电路23包括运算放大器U2B和若干电阻；电流传感器21的输出端与运算放大器U2A的同相输入端相连，电阻R4与TVS瞬态抑制二极管D1A并联，电阻R4与TVS瞬态抑制二极管D1A的一个公共端与运算放大器U2A的同相输入端相连，电阻R4与TVS瞬态抑制二极管D1A的另一个公共端接地，运算放大器U2A的输出端通过电阻R2与运算放大器U2B的反相输入端相连，运算放大器U2B的输出端与AD转换电路31的信号输入端相连。
其中，运算放大器U2A的反相输入端与输入端相连，运算放大器U2B的同相输入端接地，运算放大器U2B的反向输入端与输入端之间设置有彼此并联的电容C5和电阻R1。
如图3所示，电源单元1包括滤波器F1和DC-DC隔离电源模块U3，滤波器的输入端与控制电路的电源输出端相连，滤波器F1的输出端与DC-DC隔离电源模块U3的输入端相连，DC-DC隔离电源模块U3的输出端用于输出15V电流。还包括稳压器U4，稳压器U4的输入端与DC-DC隔离电源模块U3输出端相连，稳压器U4的输出端用于输出5V电流。
优选的，通信模块为485信号驱动电路33，485信号驱动电路33通过485总线与控制电路的485端子相连。
为了提高数据传输效率以及传输过程中的抗干扰能力，优选的，本实施例中通过一种电流传输协议在电流传感器模块和控制电路之间传输信号，如图5a所示，电流传输协议的数据帧包括同步字和数据字，同步字和数据字交替传送，数据字宽度为12位，数据字第一位为最高位、最后一位为最低位；同步字宽度为13位，同步字最后1位为低位L，其余位为高位H。
如图5b所示，数据字和同步字以75％与25％的占空比调制对状态“H”与“L”进行位编码。
优选的，本实施例中数据帧采用485电平输出。每路通道传输波特率为1Mb/s,各通道输出为RS485电平，信号采用差分形式组成。
其中，在发送电流数据时，编码值每数字量1代表0.03663A，以用于对应0～150A的电流数据信号，如下表所示
通过同步字和数据字交替传送交替发送数据帧，采用间隙、加速度信号的方式传输协议发送电流信号，可以简化程序、提高数据传输效率，提高传输过程中的抗干扰能力。
本发明通过在电流传感器电路板上集成有提供低压工作电流的电源单元，可以简化控制电路规模，使控制电路集成度更高。将传感器模块化处理，使其成为一个独立的单元，检修维护更加方便。并且将模拟信号处理环节放在传感器处理电路板上，减少对控制电路的干扰。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种数字化电流传感器模块，与控制电路相连，其特征在于，包括：电源单元(1)、模拟电路单元(2)、数字电路单元(3)，所述电源单元(1)的输入端与控制电路的电源输出端相连，电源单元(1)的输出端分别与模拟电路单元(2)、数字电路单元(3)相连以用于供电；所述模拟电路单元(2)包括电流传感器(21)、采样电路(22)、信号调理电路(23)，所述数字电路单元(3)包括AD转换电路(31)、数字化处理模块(32)，所述电流传感器(21)的输出端与采样电路(22)的输入端相连，所述采样电路(22)的输出端与信号调理电路(23)的输入端相连，所述信号调理电路(23)的输出端与AD转换电路(31)的输入端相连，所述AD转换电路(31)的输出端与数字化处理模块(32)的输入端相连，所述数字化处理模块(32)的输出端通过通信模块与控制电路相连。
2.根据权利要求1所述的数字化电流传感器模块，其特征在于：所述数字化处理模块(32)采用FPGA模块或CPLD模块中的一种。
3.根据权利要求1所述的数字化电流传感器模块，其特征在于：所述通信模块为485信号驱动电路(33)，所述485信号驱动电路(33)通过485总线与控制电路的485端子相连。
4.根据权利要求1所述的数字化电流传感器模块，其特征在于：所述采样电路(22)包括运算放大器U2A、TVS瞬态抑制二极管D1A、电阻R4，所述信号调理电路(23)包括运算放大器U2B和若干电阻；所述电流传感器(21)的输出端与运算放大器U2A的同相输入端相连，所述电阻R4与TVS瞬态抑制二极管D1A并联，电阻R4与TVS瞬态抑制二极管D1A的一个公共端与运算放大器U2A的同相输入端相连，电阻R4与TVS瞬态抑制二极管D1A的另一个公共端接地，所述运算放大器U2A的输出端通过电阻R2与运算放大器U2B的反相输入端相连，所述运算放大器U2B的输出端与AD转换电路(31)的信号输入端相连。
5.根据权利要求4所述的数字化电流传感器模块，其特征在于：所述运算放大器U2A的反相输入端与输入端相连，所述运算放大器U2B的同相输入端接地，运算放大器U2B的反向输入端与输入端之间设置有彼此并联的电容C5和电阻R1。
6.根据权利要求1所述的数字化电流传感器模块，其特征在于：所述电源单元(1)包括滤波器F1和DC-DC隔离电源模块U3，所述滤波器的输入端与控制电路的电源输出端相连，滤波器的输出端与DC-DC隔离电源模块U3的输入端相连，所述DC-DC隔离电源模块U3的输出端用于输出15V电流。
7.根据权利要求6所述的数字化电流传感器模块，其特征在于：还包括稳压器U4，所述稳压器U4的输入端与DC-DC隔离电源模块U3输出端相连，稳压器U4的输出端用于输出5V电流。
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