CN113804939B - 一种高分辨率电流采样电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高分辨率电流采样电路，霍尔传感器连接差分放大器，差分放大器一路连接第一A/D转换模拟输入通道，另一路连接同相放大器,同相放大器连接第二A/D转换模拟输入通道；通过处理器的程序判断同相放大器输出为高电压时，高电压模拟量直接从差分放大器送第一A/D转换模拟通道进行A/D转换，当判断为低电压时，低电压模拟量再经过同相放大器进一步放大再送第二A/D转换模拟通道进行A/D转换。本发明的优点在于：通过处理器的程序判断同相放大器出来的模拟电压高低，高电压模拟量直接从差分放大后送A/D转换，低电压模拟量再经过同相放大器进一步放大再送A/D转换，保证了小电流信号的放大倍数，大大提高了电流小信号的采样精度，同时拓宽了模拟电压的宽输入范围。

Description

一种高分辨率电流采样电路
技术领域
本发明涉及模拟和数字信号处理技术领域，具体是一种高分辨率电流采样电路。
背景技术
电流采样电路在模拟和数字信号处理技术领域应用很广泛。高分辨率电流采样电路可大大提高电流采样精度，分辨率精确达到微安级，对提高模拟和数字信号处理中的电流采样精度具有重要意义。
经过对现有专利检索，中国专利《一种采样电路和提高采样电路采样分辨率的方法》(专利号201610335278.3)，本发明专利公开了一种采样电路和提高采样电路采样分辨率的方法，所述采样电路包括运算放大器和模数转换器，所述运算放大器和模数转换器之间设有信号分压选择电路，所述信号分压选择电路用
于对所述运算放大器输出的第一模拟电压信号进行分压，并对分压后的模拟电压信号进行选择，输出不超过所述模数转换器参考电压的模拟电压信号。本发明通过在运算放大器和模数转换器之间设置信号分压选择电路，并增大运算放大器的输出范围，可以实现在不增加ADC采样位数的情况下提高整体采样电路的分辨率，从而扩大采样电路的电流检测范围，同时降低了成本。此专利是利用分压电路分段采样，但运放高放大倍数后的最高电压是根据电源电压有限制，且分压电路可能造成输入A/D转换电路时有电流分流现象造成分压电压不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高分辨率电流采样电路，解决电流采样精度低的问题，大大提高电流小信号的采样精度，同时拓宽了模拟电压的宽输入范围。
本发明解决电流采样精度低的技术问题，所采用的技术方案是：
一种高分辨率电流采样电路，其特征在于：
采用霍尔传感器HCS1，其输出端分别连接差分放大器的输入端，差分放大器的输出端分两路，一路直接连接第一A/D转换模拟输入通道AD1，另一路连接同相放大器, 同相放大器输出端连接第二A/D转换模拟输入通道AD2，
通过处理器的程序判断同相放大器输出的模拟电压高低，当判断为高电压时，高电压模拟量直接从差分放大器送第一A/D转换模拟通道AD1进行A/D转换，当判断为低电压时，低电压模拟量再经过同相放大器进一步放大再送第二A/D转换模拟通道AD2进行A/D转换。
进一步的技术方案如下：
霍尔电流传感器HCS1的的Vref端通过电阻R1连接差分放大器N1的负端, 霍尔电流传感器HCS1的Vo端通过电阻R2连接差分放大器N1的正端的；
差分放大器N1的输出端分两路输出，一路通过电阻R3连接到同相放大器N2的正输入端，另一路是直接连接到第一A/D转换模拟输入通道AD1，同相放大器N2的输出端连接到第二A/D转换模拟输入通道AD2。
差分放大器N1外接调节差分放大倍数的电阻RV1，同相放大器N2的负端连接电阻R4、R5，电阻R4的另一端连接GND,电阻R5的另一端连接同相放大器N2输出端。
本发明的优点在于：采用霍尔电流采样电路，经过差分放大，同相放大器,数据送到A/D转换电路进行A/D转换处理。通过处理器的程序判断同相放大器出来的模拟电压高低，高电压模拟量直接从差分放大后送A/D转换，低电压模拟量再经过同相放大器进一步放大再送A/D转换，保证了小电流信号的放大倍数(采用处理器自动判断电压门限)，大大提高了电流小信号的采样精度，同时拓宽了模拟电压的宽输入范围。
附图说明
图1是本发明电路的原理图框图；
图2是本发明的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种高分辨率电流采样电路，包括霍尔电流传感器HCS1（5A）、差分放大器（10倍）、同相放大器（31倍）、A/D转换模拟输入通道AD2、A/D转换模拟输入通道AD1。霍尔电流传感器HCS1的输出连接到差分放大器，差分放大器的输出连接到同相放大器的输入端，同相放大器的输出端连接到A/D转换模拟输入通道AD2。差分放大器的输出同时也连接到A/D转换模拟输入通道AD1。
如图2所示的原理图中，采用霍尔电流传感器HCS1，电流检测范围0～5A输出电压范围2.5V～3.125V，后经过差分放大器N1，放大10倍后分两路输送，一路直接到AD1（A/D转换器一路输入）；另一路送到同相放大器N2，放大31倍后，送到AD2（A/D转换器另一路输入）。当处理器（处理器是单片机或FPGA、DSP）的程序判断AD2的模拟电压量小于3.1V时，处理器就采用A/D转换器通道AD2的电压数值；当处理器的程序判断AD2的模拟电压量大于等于3.1V时，处理器就采用A/D转换器通道AD1的电压数值。通过数据处理后，可达到小电流高精度的目的。如A/D转换器的精度可分辨2mV的模拟电压量，则通过采样A/D转换器通道AD2的电压数值，可分辨2mV/310=6.45uV的霍尔电压数值，对应分辨电流精确到（6.45uV/625000uV）*5000mA=51.6uA。同时又兼顾大电流信号采样的宽输入范围。
本发明的具体连接关系如下：
霍尔电流传感器HCS1的Idd+和Idd-是连接被检测的电流线路的，HCS1的Vref端是通过电阻R1连接差分放大器N1的负端,HCS1的Vo端是通过电阻R2连接差分放大器N1的正端的，差分放大器N1外接的电阻RV1是调节差分放大器的放大倍数的，差分放大器N1的6脚是输出电压端，输出电压端分两路输出，一路通过R3连接到同相放大器N2的正输入端；另一路是直接连接到A/D转换模拟输入通道AD1端口。同相放大器N2的2脚连接电阻R4、R5，R4的另一端连接GND,R5的另一端连接同相放大器N2的6脚输出端（R5是放大器反馈电阻），同相放大器N2的输出端连接到A/D转换模拟输入通道AD2端口。
计算公式如下：
Vo（HCS1）=2.50V+Idd*(0.625V/5A)；
Vo（N1）={Vo（HCS1）-2.50V}*10；
Vo（N2）=Vo（N1）*31；
Vo（N1）输出电压范围：1.25mV～6.25V,对应Vo（HCS1）电压范围0.125mV～0.625V。电压0.125mV对应Idd电流是1mA。
如果A/D转换器的输入模拟电压量可分辨2mV的话，则通过采样A/D转换器通道AD2的电压数值，可分辨2mV/310=6.45uV的霍尔电压数值，对应电流采样分辨精确可达到（6.45uV/625000uV）*5000mA=51.6uA。也就是0.0516mA。

Claims (1)

1.一种高分辨率电流采样电路，其特征在于：
采用霍尔传感器HCS1，其输出端分别连接差分放大器的输入端，差分放大器的输出端分两路，一路直接连接第一A/D转换模拟输入通道AD1，另一路连接同相放大器 , 同相放大器输出端连接第二A/D转换模拟输入通道AD2；
通过处理器的程序判断同相放大器输出的模拟电压高低，当判断为高电压时，高电压模拟量直接从差分放大器送第一A/D转换模拟通道AD1进行A/D转换，当判断为低电压时，低电压模拟量再经过同相放大器进一步放大再送第二A/D转换模拟通道AD2进行A/D转换；
霍尔传感器HCS1的的Vref端通过电阻R1连接差分放大器N1的负端 , 霍尔电流传感器HCS1的Vo端通过电阻R2连接差分放大器N1的正端的；
差分放大器N1的输出端分两路输出，一路通过电阻R3连接到同相放大器N2的正输入端，另一路是直接连接到第一A/D转换模拟输入通道AD1，同相放大器N2的输出端连接到第二A/D转换模拟输入通道AD2；
差分放大器N1外接调节差分放大倍数的电阻RV1，同相放大器N2的负端连接电阻R4、R5，电阻R4的另一端连接GND,电阻R5的另一端连接同相放大器N2输出端。
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