CN109375689A - 一种电流调理电路 - Google Patents

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Abstract

一种电流调理电路，包括功率电路、检测电路、控制器、预设值电路；功率电路产生电流信号发送给检测电路，接收控制器发送的控制信号产生相应的功能；检测电路将电流信号通过检测电阻变成高、低电压信号，经过运算处理产生模拟采样信号传递给控制器，并接收预设值电路生成的比较值进行比较运算产生保护信号传递给控制器；控制器接收检测电路的模拟采样信号和保护信号经过运算发出相应的控制信号给功率回路，实现实时控制。本发明可以将检测信号的动态相应提高到百K级别；应用在七百伏高电压范围内，并有良好的动态响应，解决高功率大电流电路调理的问题，可调理电流到30安培的功率回路。

Description

一种电流调理电路
技术领域
本发明涉及一种机电伺服测试用地面电源电流调理电路。
背景技术
机电伺服技术，因其“可将电能直接转化为机械能、并作功控制舵面或喷管负载偏转”的技术特点，及其“组成简洁可靠、维护使用方便、储存稳定性好”等突出的应用优点，将大幅提高型号武器系统实战化水平，已成为我国新一代中远程地地导弹实现“全电动化”跨越的迫切需求。
地面电源作为机电伺服系统的关键组成部分，其性能的好坏直接决定了机电伺服系统的技术特点能否得以实现。市场上普通的大功率电源在功率、频率提升的同时，动态性能不能较好的满足伺服系统需求，其闭环小信号电流的精确检测变的更加困难和重要。
现有技术侧重于调理电路设计，对信号源的检测没有涉及到本电路所涉及的宽范围、动态响应快等特性，并对空间、成本和小信号的精确提等方面没有研究或者研究的不够充分。传统大功率电源检测电路采用电流传感器作为电流检测的主要来源，因此其检测动态响应限制在几十K级别；传统电阻检测电流信号主要应用于低电压范围，如几十伏范围。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提出了一种电流调理电路，可应用于大功率机电伺服产品、Buck变换器、boost变换器及各种高频小信号的精确采集电路中，可以将检测信号的动态相应提高到百K级别；应用在七百伏高电压范围内，并有良好的动态响应；解决高功率大电流电路调理的问题，可调理电流到30安培的功率回路。
本发明所采用的技术方案是：一种电流调理电路，包括功率电路、检测电路、控制器、预设值电路；功率电路产生电流信号发送给检测电路，接收控制器发送的控制信号产生相应的功能；检测电路将电流信号通过检测电阻变成高、低电压信号，经过运算处理产生模拟采样信号传递给控制器，并接收预设值电路生成的比较值进行比较运算产生保护信号传递给控制器；控制器接收检测电路的模拟采样信号和保护信号经过运算发出相应的控制信号给功率回路，实现实时控制。
所述检测电路包括检测电阻R2，电阻R1、R3、R6，隔离式差动放大器OP1，第一运算放大器LD1，比较器LD2，非线性光耦U1，触发器U2，分压电阻R4、R5、R7、R8，滤波电容C1、C2，电容C3；检测电阻R2的一端通过电阻R1与功率电路相连，检测电阻R2另一端通过电阻R3与功率电路相连并接功率地；电阻R1和检测电阻R2的公共端与分压电阻R7相连；滤波电容C2与分压电阻R5并联后，两端分别连接分压电阻R7、隔离式差动放大器OP1的正向输入端；检测电阻R2和电阻R3的公共端通过分压电阻R8与隔离式差动放大器OP1的负向输入端连接；滤波电容C1与分压电阻R4并联后，一端接地，另一端与隔离式差动放大器OP1的负向输入端连接；第一运算放大器LD1的正向输入端与隔离式差动放大器OP1的正向输出端相连，第一运算放大器LD1的负向输入端与隔离式差动放大器OP1的负向输出端相连，电容C3和电阻R6并联后，两端分别与第一运算放大器LD1的输出反馈端、输出端相连，第一运算放大器LD1的输出端连接控制器和比较器LD2的负向输入端，比较器LD2的正向输入端接入电压基准值VREF；比较器LD2的输出端依次连接非线性光耦U1、触发器U2后，与控制器连接。
所述预设值电路包括供电直流电源VCC,电阻R9、R10、R11，储能电容C4、去耦电容C5、非隔离式线性稳压器U3、第二运算放大器U4,直流电源VCC的负极与去耦电容C5连接后接地VSS1，正极与非隔离式线性稳压器U3的输入端相连，非隔离式线性稳压器U3的输出端分别与储能电容C4、电阻R9、第二运算放大器U4的正向输入端相连，储能电容C4的另一端接地VSS1，电阻R9的另一端依次连接电阻R10、电阻R11相连后接地VSS1；第二运算放大器U4的反向输入端与其输出端相连，输出端输出电压基准值VREF。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明取代了传统电流传感器，设计用毫欧级电阻进行电流采样，匹配滤波电路将高频大电流精确的转换为小电压信号，可有效的应用在空间要求高、成本控制严格的场合。
(2)本发明的电路提出了严格的滤波电路设计和高速隔离运算回路将150K赫兹、10安培电流信号精确采集到(+/-)200毫伏、精度在(+/-)200微伏，实现了大电流信号转换为小信号的精确采集，并提高了其抗干扰性，可有效的应用在大电流的应用场合。
(3)本发明的电路采用高速隔本电路离运算回路，将电阻采样信号与控制信号实现电气隔离，有效抑制了功率电路对控制电路的电磁干扰，进而提高了采样电阻两端的共模电压，本发明的电路可应用于共模电压七百伏以下的功率电路，改变了传统电阻采样应用在小电压模式的电源电路中。
(4)本发明主要解决的技术问题是传统电阻检测电流信号主要应用于低电压范围，如几十伏范围，本电路可以应用在七百伏高电压范围内，并有良好的动态响应；
(5)本发明主要解决高功率大电流电路调理的问题，可调理电流到30安培的功率回路。
附图说明
图1为电流调理电路示意框图。
图2为电流调理电路工作原理图。
图3为电流调理电路预设值原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明。
如图2所示，一种电流调理电路包括功率电路、检测电路、控制器、预设值电路；功率电路分别与控制电路和检测电路相连接；检测电路两端的输入与功率电路相连，输出与控制器连接。功率电路产生电流信号发送给检测电路，接收控制器发送的控制信号产生相应的功能；检测电路将电流信号通过检测电阻变成高、低电压信号，经过运算处理产生模拟采样信号传递给控制器，并接收预设值电路生成的比较值进行比较运算产生保护信号传递给控制器；控制器接收检测电路的模拟采样信号和保护信号经过运算发出相应的控制信号给功率回路，实现实时控制。
该电路框图如图2所示。电路输入电流信号经过检测电路达到隔离、缩小、滤波等效果转化为相应的电压信号，然后与预设值电压进行比较，若电压信号的电压值小于预设电压值，检测电路的比较电路输出为高，模拟采样信号和比较结果由控制器进行采样、逻辑运算和软件算法后，通过控制信号控制功率回路正常驱动功率回路的MOSFET管等元器件；若其电压值高于预设电压值，检测电路的比较电路输出变为低，控制器接收这个低信号并通过逻辑运算将控制信号切断，停止向功率回路输入驱动信号，因而降低功率回路产生的过电流和炸毁功率回路器件，起到保护作用。
(1)检测电路
如图2所示，检测电路包括括检测电阻R2，电阻R1、R3、R6，隔离式差动放大器OP1，第一运算放大器LD1，比较器LD2，非线性光耦U1，触发器U2，分压电阻R4、R5、R7、R8，滤波电容C1、C2，电容C3；
检测电阻R2的一端通过电阻R1与功率电路相连，检测电阻R2另一端通过电阻R3与功率电路相连并接功率地；电阻R1和检测电阻R2的公共端与分压电阻R7相连；滤波电容C2与分压电阻R5并联后，两端分别连接分压电阻R7、隔离式差动放大器OP1的正向输入端；检测电阻R2和电阻R3的公共端通过分压电阻R8与隔离式差动放大器OP1的负向输入端连接；滤波电容C1与分压电阻R4并联后，一端接地，另一端与隔离式差动放大器OP1的负向输入端连接；第一运算放大器LD1的正向输入端与隔离式差动放大器OP1的正向输出端相连，第一运算放大器LD1的负向输入端与隔离式差动放大器OP1的负向输出端相连，电容C3和电阻R6并联后，两端分别与第一运算放大器LD1的输出反馈端、输出端相连，第一运算放大器LD1的输出端连接控制器和比较器LD2的负向输入端，比较器LD2的正向输入端接入电压基准值VREF；比较器LD2的输出端依次连接非线性光耦U1、触发器U2后，与控制器连接。
检测电阻R2的一端与电阻R1相连，产生检测电压的高电压信号，检测电阻R2另一端与电阻R3相连得到检测电压的低电压信号，高、低电压信号分别通过分压电阻R7、R5和R8、R4将其进行放大送到隔离式差动放大器OP1，分压电阻R7一端与高电压信号连接，另一端与电阻R5连接，分压电阻R8一端与低电压信号连接，另一端与R4连接，滤波电容C1、C2分别与电阻R4、R5并联，达到滤波作用。
隔离式差动放大器OP1的差动输出与第一运算放大器LD1相连，电阻R6一端与第一运算放大器LD1的输出反馈相连，另一端与第一运算放大器LD1的输出引脚相连，起到缩放比例的作用，同时电容C3与电阻R6并联，起到滤波作用。
第一运算放大器LD1的输出一方面与控制器相连为其输送模拟采样信号，同时第一运算放大器LD1的输出与比较器LD2的“-”相连，比较器LD2的“+”与预设值相连，若第一运算放大器LD1的输出电压值小于预设电压值电路的比较值，比较器LD2输出为高，模拟采样信号和比较结果由控制器进行采样、逻辑运算和软件算法后通过控制信号控制功率回路正常驱动功率回路的MOSFET管等元器件；若第一运算放大器LD1的输出电压值高于预设电压值，比较器LD2输出变为低，控制器接收这个低信号并通过逻辑运算将控制信号切断，停止向功率回路输入驱动信号，因而降低功率回路产生的过电流和炸毁功率回路器件，起到保护作用。
比较器LD2的输出与高速型非线性光耦U1相连，控制器与功率回路间接相连。
(2)预设值电路
如图3所示，预设值电路包括供电直流电源VCC,电阻R9、R10、R11，储能电容C4、去耦电容C5、非隔离式线性稳压器U3、第二运算放大器U4,直流电源VCC的负极与去耦电容C5并联，正极与非隔离式线性稳压器U3的输入端相连，非隔离式线性稳压器U3的输出端与储能电容C4相连，并与电阻R9相连，R9的另一端与电阻R10相连，电阻R10的另一端与电阻R11相连，并与第二运算放大器U4的正向输入端相连，电阻R11的另一端与地VSS1相连，第二运算放大器U4的反向输入端与其输出相连，储能电容的另一端与地VSS1相连。
(3)功率回路是一种产生电流信号的电流调理电路应用的功率场合。
(4)控制器是TI公司的微处理器及相关外围电路和模数转换芯片等。
实施例：
采样电阻R2＝10毫欧，R7＝R8＝10K,R4＝R5＝100K,R6＝100欧姆，C1＝C2＝30PF,C3＝100PF,VREF＝3.1V；
隔离式差动放大器OP1的型号为LUM3190,第一运算放大器LD1的型号为TL024,比较器LD2的型号为LM139,非线性光耦U1的型号为TL185,触发器U2为74LCV1G17。
经过运算，可将0-30A电流检测到0-3V，并在31A时保护动作，系统可工作在电压范围0-780V内。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (3)

1.一种电流调理电路，其特征在于：包括功率电路、检测电路、控制器、预设值电路；功率电路产生电流信号发送给检测电路，接收控制器发送的控制信号产生相应的功能；检测电路将电流信号通过检测电阻变成高、低电压信号，经过运算处理产生模拟采样信号传递给控制器，并接收预设值电路生成的比较值进行比较运算产生保护信号传递给控制器；控制器接收检测电路的模拟采样信号和保护信号经过运算发出相应的控制信号给功率回路，实现实时控制。
2.根据权利要求1所述的一种电流调理电路，其特征在于：所述检测电路包括检测电阻R2，电阻R1、R3、R6，隔离式差动放大器OP1，第一运算放大器LD1，比较器LD2，非线性光耦U1，触发器U2，分压电阻R4、R5、R7、R8，滤波电容C1、C2，电容C3；检测电阻R2的一端通过电阻R1与功率电路相连，检测电阻R2另一端通过电阻R3与功率电路相连并接功率地；电阻R1和检测电阻R2的公共端与分压电阻R7相连；滤波电容C2与分压电阻R5并联后，两端分别连接分压电阻R7、隔离式差动放大器OP1的正向输入端；检测电阻R2和电阻R3的公共端通过分压电阻R8与隔离式差动放大器OP1的负向输入端连接；滤波电容C1与分压电阻R4并联后，一端接地，另一端与隔离式差动放大器OP1的负向输入端连接；第一运算放大器LD1的正向输入端与隔离式差动放大器OP1的正向输出端相连，第一运算放大器LD1的负向输入端与隔离式差动放大器OP1的负向输出端相连，电容C3和电阻R6并联后，两端分别与第一运算放大器LD1的输出反馈端、输出端相连，第一运算放大器LD1的输出端连接控制器和比较器LD2的负向输入端，比较器LD2的正向输入端接入电压基准值VREF；比较器LD2的输出端依次连接非线性光耦U1、触发器U2后，与控制器连接。
3.根据权利要求2所述的一种电流调理电路，其特征在于：所述预设值电路包括供电直流电源VCC,电阻R9、R10、R11，储能电容C4、去耦电容C5、非隔离式线性稳压器U3、第二运算放大器U4,直流电源VCC的负极与去耦电容C5连接后接地VSS1，正极与非隔离式线性稳压器U3的输入端相连，非隔离式线性稳压器U3的输出端分别与储能电容C4、电阻R9、第二运算放大器U4的正向输入端相连，储能电容C4的另一端接地VSS1，电阻R9的另一端依次连接电阻R10、电阻R11相连后接地VSS1；第二运算放大器U4的反向输入端与其输出端相连，输出端输出电压基准值VREF。
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