CN109638767B - 一种减少电流采样误差的电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减少电流采样误差的电路和方法，包括电流发生元件、电流采样元件和主控芯片，所述电流发生元件产生并向设置在需采样的负载电路中的所述电流采样元件通以恒定数值的保护参考电流；所述电流采样元件将所述保护参考电流转换成参考采样值信号并输出给主控芯片用于计算、记录、保护整定或输出控制。在本发明中，通过在采样电路中通以预设的保护参考电流，并将所述预设的保护参考电流的采样值作为保护整定值，基本消除了取样电路中采样元件的误差影响，提高了电路采样和保护的精度，通过软件步骤改善，不额外增加产品硬件成本。

Description

一种减少电流采样误差的电路和方法

技术领域

本发明涉及电路采样领域，尤其涉及一种减少电流采样误差的电路和方法。

背景技术

采样电路的作用是对主电路中的参数(如：电流或电压等)进行实时采样，并将采样信号用于显示和保护动作，电路中的过流保护、过压保护等都离不开采样电路。

采样电路的误差直接关系到对主回路参数控制的精度，而采样电路的误差又主要由采样电路的元件参数误差叠加而来，不同产品的误差不一样，目前主要采用误差更小的元件来减少采样电路元件参数引起的误差，成本较高、效果也不好。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种减少电流采样误差的电路和方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种减少电流采样误差的电路，包括：

电流发生元件，用于产生的恒定数值的保护参考电流；

电流采样元件，设置在需采样的负载电路中，与所述电流发生元件并联连接，用于将所述保护参考电流转换成参考采样信号并输出；

主控芯片，所述主控芯片的信号输入端与所述电流采样元件的高电势端连接，用于获取所述参考采样信号，并根据所述参考采样信号计算出流经所述电流采样元件的保护参考电流的参考采样值。

一种减少电流采样误差的方法，包括如下步骤：

向电流采样元件输送预设数值的保护参考电流；

获取所述电流采样元件流过所述保护参考电流时输出的参考采样值；

记录并设置所述参考采样值。

在本发明中，通过在采样电路中通以预设的保护参考电流，并将所述预设的保护参考电流的采样值作为保护定值，基本消除了取样电路中采样元件的误差影响，提升了电路采样和保护的精度，通过软件步骤改善，不额外增加产品硬件成本。

附图说明

图1为本发明提供的一种减少电流采样误差的电路原理示意图；

图2为本发明提供的一种减少电流采样误差的方法的流程图；

图3为本发明提供的又一种减少电流采样误差的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本发明提供一种减少电流采样误差的电路，包括电流发生元件101、电流采样元件102和主控芯片103，所述电流发生元件101用于产生的恒定数值的保护参考电流，所述电流发生元件101可以为恒流源；所述电流采样元件102设置在需采样的负载电路中，与所述电流发生元件101并联连接，用于将所述保护参考电流转换成参考采样信号并输出；所述主控芯片103的信号输入端与所述电流采样元件102的高电势端连接，用于获取所述参考采样信号，并根据所述参考采样信号计算出流经所述电流采样元件102的保护参考电流的参考采样值。所述参考采样值与所述电流发生元件101产生的恒定数值的保护参考电流的数值存在一定的偏差，此偏差即为电流采样元件102的误差值，也是本发明实施例需要解决的误差值。

在本发明实施例中，通过利用电流发生元件101产生恒定数值的保护参考电流，再将此保护参考电流通过电流采样元件102，电流采样元件102检测到此保护参考电流后，将此保护参考电流转换成参考采样信号并输出给主控芯片103，主控芯片103根据所述参考采样信号计算出流经电流采样元件102的保护参考电流的参考采样值，此参考采样值与电流发生元件101产生的保护参考电流的数值存在一定的偏差，再通过所述主控芯片103将此参考采样值设置为过流保护定值，而非将电流发生元件101产生的保护参考电流设置为过流保护定值。例如，假设某一电机电路中过流保护的定值应为10A，如果按照目前常规的保护定值设置方法，通过主控芯片103将此电机电路的过流保护定值设置为10A，当电流采样元件102的误差范围为+1％时，所述电机电路中的电流为9.9A时，经所述电流采样元件102采样输出计算后的电流为10A，启动过流保护，而实际电流未达到过流保护定值；当电流采样元件102的误差范围为-1％时，所述电机电路中的电流为10.1A时，经所述电流采样元件102采样输出计算后的电流为10A，启动过流保护，而实际电流已超过到过流保护定值，由于所述电流采样元件102的误差造成了电路保护动作不精准。如果按本发明所述，先利用所述电流发生装置向所述电流采样元件102通以数值为10A的保护参考电流，所述电流采样元件102采样后将采样信号输出给所述主控芯片103，所述主控芯片103经计算后得出参考采样值，再将此参考采样值设置为过流保护定值，当所述电流采样元件102的误差范围为+1％时，此参考采样值为10.1A，所述主控芯片103再将此参考采样值10.1A设置为过流保护值，即当经所述电流采样元件102采样输出计算后的电流为10.1A时，启动过流保护，此时所述电机电路中的实际电流值为10A，动作正确；当所述电流采样元件102的误差范围为-1％时，此参考采样值为9.9A，所述主控芯片103将此参考采样值9.9A设置为过流保护值，即当经所述电流采样元件102采样输出计算后的电流为9.9A时，启动过流保护，此时所述电机电路中的实际电流值为10A，动作正确。在目前电子电路比较普及且电子元器件体积日渐趋小的情况下，电子电路中各种元器件承受的电流数值逐渐偏小，采样元件的误差对于小电流保护电路的影响尤其重要。

综上所述，本发明实施例通过在采样电路中通以预设的保护参考电流，并将所述预设的保护参考电流的采样值作为保护定值，基本消除了取样电路中采样元件的误差影响，提升了电路采样和保护的精度，通过软件步骤改善，不额外增加产品硬件成本。

作为本发明的一个实施例，所述减少电流采样误差的电路还包括输入匹配电阻104，所述输入匹配电阻104一端与所述电流采样元件102的高电势端连接，另一端与所述主控芯片103的信号输入端连接。

在本发明实施例中，对于所述电流采样元件102所述主控芯片103与所述负载电路相当于并联状态，为了使所述电流采样元件102采样的电流值更精准，需要增大所述主控芯片103连接回路的电阻值，同时为了保护所述主控芯片103免受过电流的冲击，在所述主控芯片103与所述电流采样元件102之间串接了输入匹配电阻104，所述输入匹配电阻104尽量选择数值较大的电阻，优选10kΩ～100kΩ。

作为本发明的一个实施例，所述减少电流采样误差的电路还包括采样开关105，所述采样开关105连接在所述主控芯片与地之间。

在本发明实施例中，为了便于用户对采样电流进行设置和存储，在所述主控芯片的输入端与地之间设置了采样开关105，当触发所述采样开关105时，所述主控芯片103即读取采样后的采样信号，并将此采样信号计算出的采样值保存，同时将此采样值设置为过流保护定值，相当于一键设置过流保护值，作为本领域普通技术人员可知，也可以将此采样值做其他用途，此处不做限制。

作为本发明的一个实施例，所述减少电流采样误差的电路还包括控制开关106，所述控制开关106一端与所述电流采样元件102的高电势端连接，另一端与所述负载电路的负荷侧连接。

在本发明实施例中，为了使所述电流发生元件101所产生的所有电流全部流经所述采样元件，以保证所述采样元件采样的准确性，在所述负载电路的负荷侧和所述电流采样元件102的高电势端串联控制开关106，当用户需要使用电流发生元件101产生电流进行采样设置时，断开所述控制开关106。

优选的，为了降低成本，所述控制开关106设置为手动开关。当然，作为本领域技术人员可知的是，所述控制开关106和采样开关105也可以设置为电动控制开关106，控制端与所述主控芯片103连接，当用户需要操作所述控制开关106时，通过所述主控芯片103进行操作即可，非本发明重点，此处不做详述。

优选的，为了使用方便和降低成本，所述电流发生元件101为可拆卸式，需要使用时接入电流采样电路，不需要使用时可以取走，同时也可以两个或两个以上的电流采样电路共用一个电流发生元件101。

作为本发明的一个实施例，在电流较小的电路中，所述电流采样元件102可以使用采样电阻，为了不影响正常的负载电路和保证采样的准确，所述电阻的阻值应尽量偏小，电阻值误差范围为－0.1％～+0.1％，采样电阻阻值优选1mΩ～100mΩ。

作为本发明的一个实施例，当需采样的负载电路中的正常工作电流为交流且电流较大时，所述电流采样元件102可以为电流互感器，所述电流互感器的二次侧高电势端与所述主控芯片103连接，另一端接地。作为本领域普通技术人员可知的是，所述电流检测元件还可以是霍尔传感器、分流器等，只要能实现电流采样功能即可，此处不做限制。

作为本发明的一个实施例，所述减少电流采样误差的电路还包括保护控制元件107，由控制部分和开关部分组成，所述控制部分与所述主控芯片的输出端连接，受所述主控芯片控制；所述开关部分一端与所述电流采样元件102的高电势端连接，另一端与所述负载电路的负荷侧连接，受所述控制部分控制。

在本发明实施例中，所述主控芯片103将所述参考采样值设置为过流保护值后，所述采样元件对所述需采样的负载电路中的电流值进行实时采样，并将所述实时采样信号发送给所述主控芯片103计算和判断，当所述主控芯片103判断实时采样的电流值超过所述过流保护值后，所述主控芯片103向所述保护控制元件107输出保护控制信号，所述需采样的负载电路的通断，以达到过流保护的作用，当然，所述主控芯片103也可以输出报警或其他控制信号。作为本领域普通技术人员可知的是，所述保护控制元件107可以是场效应晶体管、可控硅或继电器等，只要能实现根据所述主控芯片103输出的保护控制信号控制电路的通断的元件均可。

如图2所示，本发明还提供一种减少电流采样误差的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S101，向电流采样元件输送预设数值的保护参考电流。

在本发明实施例中，通过电流发生元件向电流采样元件输送预设数值的保护参考电流，所述保护参考电流的数值可以由用户设置。

步骤S102，获取所述电流采样元件流过所述保护参考电流时输出的参考采样值。

通过电流采样元件检测所述保护参考电流，将此保护参考电流转换成参考采样信号并输出给主控芯片，主控芯片根据所述参考采样信号计算出流经电流采样元件的保护参考电流的参考采样值，此参考采样值与电流发生元件产生的保护参考电流的数值存在一定的偏差。

步骤S103，记录并设置所述参考采样值。

通过所述主控芯片记录此参考采样值并将此参考采样值设置为过流保护定值。例如，假设某一电机电路中过流保护的理论定值应为10A，如果按照目前常规的保护定值设置方法，通过主控芯片将此电机电路的过流保护定值设置为10A，当电流采样元件的误差范围为+1％时，所述电机电路中的电流为9.9A时，经所述电流采样元件采样输出计算后的电流为10A，判断所述电机电路中的实际电流达到过流保护值，而实际电流未达到，判断不准确；当电流采样元件的误差范围为-1％时，所述电机电路中的电流为10.1A时，判断所述电机电路中的实际电流达到过流保护值，而实际电流已超过，判断不准确，由于所述电流采样元件的误差造成了电路采样数值不精准，导致所述主控芯片对电路的保护判断不精准。如果按本发明所述，先利用所述电流发生装置向所述电流采样元件通以数值为10A的保护参考电流，所述电流采样元件采样后将采样信号输出给所述主控芯片，所述主控芯片经计算后得出参考采样值，再将此参考采样值设置为过流保护定值，当所述电流采样元件的误差范围为+1％时，此参考采样值为10.1A，所述主控芯片再将此参考采样值10.1A设置为过流保护值，即当经所述电流采样元件采样输出计算后的电流为10.1A时，判断所述电机电路中的实际电流达到过流保护值，而实际电流也刚好达到10A，为所述电机电路过流保护的理论定值,判断准确；当所述电流采样元件的误差范围为-1％时，此参考采样值为9.9A，所述主控芯片将此参考采样值9.9A设置为过流保护值，即当经所述电流采样元件采样输出计算后的电流为9.9A时，判断所述电机电路中的实际电流达到过流保护值，而实际电流也刚好达到10A，为所述电机电路过流保护的理论定值,判断准确。在目前电子电路比较普及且电子元器件体积日渐趋小的情况下，电子电路中各种元器件承受的电流数值逐渐偏小，采样元件的误差对于小电流保护电路的影响尤其重要。

综上所述，本发明实施例通过在采样电路中通以预设的保护参考电流，并将所述预设的保护参考电流的采样值作为保护定值，基本消除了取样电路中采样元件的误差影响，提升了电路采样和保护的精度，通过软件步骤改善，不额外增加产品硬件成本。

如图3所示，本发明还提供另一种减少电流采样误差的方法，对比图2，步骤S103之后还包括步骤S201和S202，具体如下：

步骤S201，获取负载电路正常工作时流经所述电流采样元件的实时采样值。

在本发明实施例中，当所述负载电路正常工作时，所述电流采样元件实时采集所述负载电路中的实时电流值，并将所述实时电流值转化成实时采样信号输送给主控芯片。

步骤S202，将所述实时采样值与所述参考采样值进行比较，当判断所述实时采样值大于所述参考采样值时，输出控制信号。

在本发明实施例中，所述主控芯片根据所述实时采样信号计算出流经所述电流采样元件的负载电流的实时采样值，并将此实时采样值与所述参考采样值进行比较，当判断所述实时采样值大于所述参考采样值时，输出控制信号。所述控制信号可以用来驱动报警装置报警，也可以用来驱动保护控制元件来控制所述负载电路的通断，以达到过流保护的作用。例如，假设某一电机电路中过流保护的定值应为10A，先利用所述电流发生装置向所述电流采样元件通以数值为10A的保护参考电流，所述电流采样元件采样后将采样信号输出给所述主控芯片，所述主控芯片经计算后得出参考采样值，再将此参考采样值设置为过流保护定值，当所述电流采样元件的误差范围为+1％时，此参考采样值为10.1A，所述主控芯片再将此参考采样值10.1A设置为过流保护值，即当经所述电流采样元件采样输出计算后的电流为10.1A时，所述主控芯片输出控制信号进行报警或断开所述负载电路，已达到过流保护的作用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种减少电流采样误差的电路，其特征在于，包括：

电流发生元件，用于产生的恒定数值的保护参考电流；

电流采样元件，设置在需采样的负载电路中，与所述电流发生元件并联连接，用于将所述保护参考电流转换成参考采样信号并输出；

主控芯片，所述主控芯片的信号输入端与所述电流采样元件的高电势端连接，用于获取所述参考采样信号，并根据所述参考采样信号计算出流经所述电流采样元件的保护参考电流的参考采样值。

2.根据权利要求1所述的减少电流采样误差的电路，还包括输入匹配电阻，所述输入匹配电阻一端与所述电流采样元件的高电势端连接，另一端与所述主控芯片的信号输入端连接。

3.根据权利要求1所述的减少电流采样误差的电路，还包括采样开关，所述采样开关连接在所述主控芯片与地之间。

4.根据权利要求1所述的减少电流采样误差的电路，还包括控制开关，所述控制开关一端与所述电流采样元件的高电势端连接，另一端与所述负载电路的负荷侧连接。

5.根据权利要求1所述的减少电流采样误差的电路，所述电流采样元件为采样电阻，电阻值误差范围为－0.1％～+0.1％。

6.根据权利要求1所述的减少电流采样误差的电路，所述电流采样元件为电流互感器。

7.根据权利要求1所述的减少电流采样误差的电路，还包括保护控制元件，由控制部分和开关部分组成，所述控制部分与所述主控芯片的输出端连接，受所述主控芯片控制；所述开关部分一端与所述电流采样元件的高电势端连接，另一端与所述负载电路的负荷侧连接，受所述控制部分控制。

8.一种减少电流采样误差的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

向电流采样元件输送预设数值的保护参考电流；

获取所述电流采样元件流过所述保护参考电流时输出的参考采样值；

记录并设置所述参考采样值。

9.根据权利要求8所述的减少电流采样误差的方法，其特征在于，所述记录并设置所述参考采样值之后，还包括：

获取负载电路正常工作时流经所述电流采样元件的实时采样值；

将所述实时采样值与所述参考采样值进行比较，当判断所述实时采样值大于所述参考采样值时，输出控制信号。

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