CN111669156A - 一种通用的前置放大型电流纹波采集电路装置 - Google Patents

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李榕程
马健
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Abstract

本发明公开了一种通用的前置放大型电流纹波采集电路装置，包括电感采集电路(1)、前置放大电路(2)、低通滤波电路(3)、差分放大电路(4)和比较整形电路(5)。本发明采用在电感采集电路与低通滤波电路之间设置前置放大电路进行一阶滤波和幅值放大，获得易于识别的前置放大波形信号，再对前置放大波形信号进行二阶低通滤波、差分放大和比较整形，获得脉冲方波信号供微处理器进行数据处理的技术方案，使电机转动圈数的电流纹波采集电路，达到了兼容通用、降低成本的目的。

Description

一种通用的前置放大型电流纹波采集电路装置
技术领域
本发明涉及一种电路装置，具体是指用于采集电机转动圈数的一种通用的前置放大型电流纹波采集电路装置。
背景技术
说明：本文所述的电机为有刷直流电机；电流纹波采集电路是用于采集电机转动圈数的电路装置；通过对电机转动圈数的计算处理可获得由电机驱动的物体的确切位置数据信息，例如汽车座椅、车窗玻璃、尾门等的位移数据；
电枢槽数与磁极对数之比的倍数是整数的电机简称整倍电机，如2极10槽、4极12槽的电机；由于整倍电机旋转产生的电流纹波比较规整且幅值尚可，因此，所述整倍电机可以通过对电流纹波的采集获取转动圈数数据；
电枢槽数与磁极对数之比的倍数是非整数的电机简称非整倍电机，如2极11槽、4极10槽的电机；由于非整倍电机旋转产生的电流纹波杂乱且幅值小，非整倍电机难以通过对电流纹波的采集获取转动圈数数据；因此，通常采用在非整倍电机内装置霍尔元件，通过霍尔信号获取非整倍电机转动圈数的数据，其问题是成本太高；
现有技术的电流纹波采集电路，参阅专利文献，一种电流波形/矩形脉冲转换电路装置CN201420503515.9；由于上述原因，该专利装置仅适合于对所述整倍电机旋转的电流纹波的采集，而难以对非整倍电机旋转的电流纹波进行采集，不能兼容通用，致使非整倍电机转动圈数的采集成本高，因此，现有技术存在难以兼容通用、成本高的问题与不足。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题与不足，本发明采用由电感采集电路、前置放大电路、低通滤波电路、差分放大电路和比较整形电路构成的装置，其中，电感采集电路由高频变压器和电机构成，高频变压器的初级线圈与电机串联，高频变压器的初级线圈的上端与12V电源连接，电机的下端接地；
前置放大电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2和运算放大器U1-A构成，电阻R1的右端、电容C1的上端和运算放大器U1-A的输入正极并联，电阻R2的右端、电容C2的上端、电阻R3的上端、运算放大器U1-A的输入负极和电阻R4的左端并联，电容C1的下端、电容C2的下端和电阻R3的下端并联接地，电阻R4的右端与运算放大器U1-A的输出端连接；
低通滤波电路由电阻R5、电阻R6、电容C3和电容C4构成，电阻R5的右端、电阻R6的左端和电容C3的左端并联，电阻R6的右端、电容C4的上端连接，C4的下端接地；
差分放大电路由电阻R7、电阻R8和运算放大器U1-B构成，运算放大器U1-B的输入负极、电阻R7的左端和电阻R8的上端并联，电阻R7的右端与运算放大器U1-B的输出端连接，电阻R8的下端接地；
比较整形电路由电阻R9、电阻R10、电阻R11和运算放大器U1-C构成，电阻R9的右端与运算放大器U1-C的输入正极连接，电阻R10的下端、电阻R11的上端和运算放大器U1-C的输入负极并联，电阻R10的上端与电源5V连接，电阻R11的下端接地；
高频变压器的次级线圈的上端与电阻R1的左端连接，高频变压器的次级线圈的下端与电阻R2的左端连接；运算放大器U1-A的输出端与电阻R5的左端连接；电容C3的右端与运算放大器U1-B的输出端连接，电容C4的上端与运算放大器U1-B的输入正极连接；电阻R9的左端与运算放大器U1-B的输出端连接，运算放大器U1-C的输出OUT与微处理器连接；
工作时，在电感采集电路中，驱动电机的电流通过高频变压器的初级线圈，电机转动时产生的电流纹波从高频变压器的初级圈耦合到次级线圈，高频变压器的次级线圈的上下两端会产生相位差为180°的两个近似正弦波的复杂波形，之后，该两个复杂波形信号先通过前置放大电路的电阻R1、电阻R2、电容C1和电容C2滤去高频杂波，再通过电阻R3、电阻R4和运算放大器U1-A进行幅值放大，获得易于识别、两个相位差为180°的前置放大波形信号，之后，所述前置放大波形信号通过低通滤波电路的电阻R5、电阻R6、电容C3和电容C4的低通滤波，得到相位差为180°的两个正弦波信号，之后，该两个正弦波信号经差分放大电路进行功率放大，再通过比较整形电路进行方波转换得到相位差为180°的两组脉冲方波信号，运算放大器U1-C的输出OUT将该两组脉冲方波信号送至微处理器进行数据处理，获得电机转动圈数及转动方向的数据的技术方案，提供一种通用的前置放大型电流纹波采集电路装置，旨在使电机转动圈数的电流纹波采集电路达到兼容通用、降低成本的目的。
本发明的目的是这样实现的：一种通用的前置放大型电流纹波采集电路装置，包括电感采集电路、前置放大电路、低通滤波电路、差分放大电路和比较整形电路，其中：所述的电感采集电路由高频变压器和电机构成，高频变压器的初级线圈与电机串联，高频变压器的初级线圈的上端与12V电源连接，电机的下端接地；
所述的前置放大电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2和运算放大器U1-A构成，电阻R1的右端、电容C1的上端和运算放大器U1-A的输入正极并联，电阻R2的右端、电容C2的上端、电阻R3的上端、运算放大器U1-A的输入负极和电阻R4的左端并联，电容C1的下端、电容C2的下端和电阻R3的下端并联接地，电阻R4的右端与运算放大器U1-A的输出端连接；
所述的低通滤波电路由电阻R5、电阻R6、电容C3和电容C4构成，电阻R5的右端、电阻R6的左端和电容C3的左端并联，电阻R6的右端、电容C4的上端连接，C4的下端接地；
所述的差分放大电路由电阻R7、电阻R8和运算放大器U1-B构成，运算放大器U1-B的输入负极、电阻R7的左端和电阻R8的上端并联，电阻R7的右端与运算放大器U1-B的输出端连接，电阻R8的下端接地；
所述的比较整形电路由电阻R9、电阻R10、电阻R11和运算放大器U1-C构成，电阻R9的右端与运算放大器U1-C的输入正极连接，电阻R10的下端、电阻R11的上端和运算放大器U1-C的输入负极并联，电阻R10的上端与电源5V连接，电阻R11的下端接地；
高频变压器的次级线圈的上端与电阻R1的左端连接，高频变压器的次级线圈的下端与电阻R2的左端连接；运算放大器U1-A的输出端与电阻R5的左端连接；电容C3的右端与运算放大器U1-B的输出端连接，电容C4的上端与运算放大器U1-B的输入正极连接；电阻R9的左端与运算放大器U1-B的输出端连接，运算放大器U1-C的输出OUT与微处理器连接；
上述电路结构表述的方向是基于本装置电路图的上、下、左、右的方向。
工作原理及有益效果
工作时，在电感采集电路中，驱动电机的电流通过高频变压器的初级线圈，电机转动时产生的电流纹波从高频变压器的初级圈耦合到次级线圈，高频变压器的次级线圈的上下两端会产生相位差为180°的两个近似正弦波的复杂波形，之后，该两个复杂波形信号先通过前置放大电路的电阻R1、电阻R2、电容C1和电容C2滤去高频杂波，再通过电阻R3、电阻R4和运算放大器U1-A进行幅值放大，获得易于识别、两个相位差为180°的前置放大波形信号，之后，所述前置放大波形信号通过低通滤波电路的电阻R5、电阻R6、电容C3和电容C4的低通滤波，得到相位差为180°的两个正弦波信号，之后，该两个正弦波信号经差分放大电路进行功率放大，再通过比较整形电路进行方波转换得到相位差为180°的两组脉冲方波信号，运算放大器U1-C的输出OUT将该两组脉冲方波信号送至微处理器进行数据处理，获得电机转动圈数及转动方向的数据。
本装置结构简单，工作可靠，通过在电感采集电路与低通滤波电路之间设置前置放大电路进行一阶滤波，滤去高频杂波，进行幅值放大，获得易于识别的前置放大波形信号，再对前置放大波形信号进行二阶低通滤波、差分放大和比较整形，获得脉冲方波信号供微处理器进行数据处理；因此，本装置既能够用于整倍电机，又能够用于非整倍电机的电流纹波的采集，解决了现有技术不能兼容通用的问题，使电机转动圈数的电流纹波采集电路兼容通用化，对非整倍电机的电流纹波的采集降低了成本。
上述，本发明采用由电感采集电路、前置放大电路、低通滤波电路、差分放大电路和比较整形电路构成的装置，其中，电感采集电路由高频变压器和电机构成，前置放大电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2和运算放大器U1-A构成，低通滤波电路由电阻R5、电阻R6、电容C3和电容C4构成，差分放大电路由电阻R7、电阻R8和运算放大器U1-B构成，比较整形电路由电阻R9、电阻R10、电阻R11和运算放大器U1-C构成；高频变压器的次级线圈的上端与电阻R1的左端连接，高频变压器的次级线圈的下端与电阻R2的左端连接；运算放大器U1-A的输出端与电阻R5的左端连接；电容C3的右端与运算放大器U1-B的输出端连接，电容C4的上端与运算放大器U1-B的输入正极连接；电阻R9的左端与运算放大器U1-B的输出端连接，运算放大器U1-C的输出OUT与微处理器连接；通过在电感采集电路与低通滤波电路之间设置前置放大电路进行一阶滤波和幅值放大，获得易于识别的前置放大波形信号，再对前置放大波形信号进行二阶低通滤波、差分放大和比较整形，获得脉冲方波信号供微处理器进行数据处理的技术方案，克服了现有技术存在难以通用、成本高的问题与不足，所提供的一种通用的前置放大型电流纹波采集电路装置，使电机转动圈数的电流纹波采集电路，达到了兼容通用、降低成本的目的。
附图说明
图1是本发明的一种通用的前置放大型电流纹波采集电路装置的原理方框图；
图2是本发明的一种通用的前置放大型电流纹波采集电路装置的电路原理示意图。
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步详细说明，但不应理解为对本发明的任何限制。
图中：电感采集电路1、高频变压器L、电机M、前置放大电路2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、运算放大器U1-A、低通滤波电路3、电阻R5、电阻R6、电容C3、电容C4、差分放大电路4、电阻R7、电阻R8、运算放大器U1-B、比较整形电路5、电阻R9、电阻R10、电阻R11、运算放大器U1-C、输出OUT。
具体实施方式
参阅图1和图2，本发明的一种通用的前置放大型电流纹波采集电路装置，包括电感采集电路1、前置放大电路2、低通滤波电路3、差分放大电路4和比较整形电路5，其中：所述的电感采集电路1由高频变压器L和电机M构成，高频变压器L的初级线圈与电机M串联，高频变压器L的初级线圈的上端与12V电源连接，电机M的下端接地；
所述的前置放大电路2由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2和运算放大器U1-A构成，电阻R1的右端、电容C1的上端和运算放大器U1-A的输入正极并联，电阻R2的右端、电容C2的上端、电阻R3的上端、运算放大器U1-A的输入负极和电阻R4的左端并联，电容C1的下端、电容C2的下端和电阻R3的下端并联接地，电阻R4的右端与运算放大器U1-A的输出端连接；
所述的低通滤波电路3由电阻R5、电阻R6、电容C3和电容C4构成，电阻R5的右端、电阻R6的左端和电容C3的左端并联，电阻R6的右端、电容C4的上端连接，C4的下端接地；
所述的差分放大电路4由电阻R7、电阻R8和运算放大器U1-B构成，运算放大器U1-B的输入负极、电阻R7的左端和电阻R8的上端并联，电阻R7的右端与运算放大器U1-B的输出端连接，电阻R8的下端接地；
所述的比较整形电路5由电阻R9、电阻R10、电阻R11和运算放大器U1-C构成，电阻R9的右端与运算放大器U1-C的输入正极连接，电阻R10的下端、电阻R11的上端和运算放大器U1-C的输入负极并联，电阻R10的上端与电源5V连接，电阻R11的下端接地；
高频变压器L的次级线圈的上端与电阻R1的左端连接，高频变压器L的次级线圈的下端与电阻R2的左端连接；运算放大器U1-A的输出端与电阻R5的左端连接；电容C3的右端与运算放大器U1-B的输出端连接，电容C4的上端与运算放大器U1-B的输入正极连接；电阻R9的左端与运算放大器U1-B的输出端连接，运算放大器U1-C的输出OUT与微处理器连接；
上述电路结构表述的方向是基于本装置电路图的上、下、左、右的方向。
工作原理及有益效果
工作时，在电感采集电路1中，驱动电机M的电流通过高频变压器L的初级线圈，电机M转动时产生的电流纹波从高频变压器L的初级圈耦合到次级线圈，高频变压器L的次级线圈的上下两端会产生相位差为180°的两个近似正弦波的复杂波形，之后，该两个复杂波形信号先通过前置放大电路2的电阻R1、电阻R2、电容C1和电容C2滤去高频杂波，再通过电阻R3、电阻R4和运算放大器U1-A进行幅值放大，获得易于识别、两个相位差为180°的前置放大波形信号，之后，所述前置放大波形信号通过低通滤波电路3的电阻R5、电阻R6、电容C3和电容C4的低通滤波，得到相位差为180°的两个正弦波信号，之后，该两个正弦波信号经差分放大电路4进行功率放大，再通过比较整形电路5进行方波转换得到相位差为180°的两组脉冲方波信号，运算放大器U1-C的输出OUT将该两组脉冲方波信号送至微处理器进行数据处理，获得电机M转动圈数及转动方向的数据。
本装置结构简单，工作可靠，通过在电感采集电路1与低通滤波电路3之间设置前置放大电路2进行一阶滤波，滤去高频杂波，进行幅值放大，获得易于识别的前置放大波形信号，再对前置放大波形信号进行二阶低通滤波、差分放大和比较整形，获得脉冲方波信号供微处理器进行数据处理；因此，本装置既能够用于整倍电机，又能够用于非整倍电机的电流纹波的采集，解决了现有技术不能兼容通用的问题，使电机M转动圈数的电流纹波采集电路兼容通用化，对非整倍电机的电流纹波的采集降低了成本。

Claims (1)

1.一种通用的前置放大型电流纹波采集电路装置，包括电感采集电路(1)、前置放大电路(2)、低通滤波电路(3)、差分放大电路(4)和比较整形电路(5)，其特征在于：所述的电感采集电路(1)由高频变压器(L)和电机(M)构成，高频变压器(L)的初级线圈与电机(M)串联，高频变压器(L)的初级线圈的上端与12V电源连接，电机(M)的下端接地；
所述的前置放大电路(2)由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2和运算放大器U1-A构成，电阻R1的右端、电容C1的上端和运算放大器U1-A的输入正极并联，电阻R2的右端、电容C2的上端、电阻R3的上端、运算放大器U1-A的输入负极和电阻R4的左端并联，电容C1的下端、电容C2的下端和电阻R3的下端并联接地，电阻R4的右端与运算放大器U1-A的输出端连接；
所述的低通滤波电路(3)由电阻R5、电阻R6、电容C3和电容C4构成，电阻R5的右端、电阻R6的左端和电容C3的左端并联，电阻R6的右端、电容C4的上端连接，C4的下端接地；
所述的差分放大电路(4)由电阻R7、电阻R8和运算放大器U1-B构成，运算放大器U1-B的输入负极、电阻R7的左端和电阻R8的上端并联，电阻R7的右端与运算放大器U1-B的输出端连接，电阻R8的下端接地；
所述的比较整形电路(5)由电阻R9、电阻R10、电阻R11和运算放大器U1-C构成，电阻R9的右端与运算放大器U1-C的输入正极连接，电阻R10的下端、电阻R11的上端和运算放大器U1-C的输入负极并联，电阻R10的上端与电源5V连接，电阻R11的下端接地；
高频变压器(L)的次级线圈的上端与电阻R1的左端连接，高频变压器(L)的次级线圈的下端与电阻R2的左端连接；运算放大器U1-A的输出端与电阻R5的左端连接；电容C3的右端与运算放大器U1-B的输出端连接，电容C4的上端与运算放大器U1-B的输入正极连接；电阻R9的左端与运算放大器U1-B的输出端连接，运算放大器U1-C的输出(OUT)与微处理器连接。
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