CN114113745A - 一种高精度且满足大、小电流采集的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高精度且满足大、小电流采集的电路，包括电流/电压转换电路(1)、电流采样调理电路(2)、正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)；电流/电压转换电路(1)把功率回路中的电流转化为差分电压信号传递给电流采样调理电路(2)，电流采样调理电路(2)得到高精度电流采集值，输出到正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)，正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)根据对电流采样值进行不同倍数放大输出到后端功能电路。本发明的电路，能够对任意倍数的电流值均能保证模拟量采集具有较高精度，且能有效抑制线路和外界干扰。
Description
技术领域
本发明属于航空电气技术领域，涉及高精度且满足大、小电流采集的电路。
背景技术
固态功率控制器是一种具有保护功能的智能开关装置，作用与传统的断路器、保险丝与继电器串联的联合体或者其他控制保护器相似，但在性能及功能上大大优于这些传统的装置,可以控制直流/交流负载的通断，并具有过流保护、短路保护功能。此外固态功率控制器可采集负载的电流、电压值以及该通道的开通/断开状态、跳闸(保护)状态、轻载/满载状态等，并根据各状态情况进行通道自检测。数字式固态功率控制器具有总线接口，可通过总线接口接受上位机的控制命令并上传负载的电流、电压值以及各种状态信号。实现了远程控制、保护以及信息采集的功能。
固态功率控制器中保护功能是其最重要的功能之一，及时保护可以保护后端负载不受异常电流损坏，而无论是过流保护功能、短路保护功能还是电弧检测功能均以电流采集为基础，因此电流采集的精度决定了以上保护功能的准确性。
现有技术中的电流采集电路，没有采用大、小电流分段采集的放大功能，且匹配的滤波电路较少，导致对于过流和短路这种电流变化快、变化幅度大的电流，采集的模拟量精度相比需要的精度有着较大差距。由此可知，这种高精度且满足大、小电流采集的电路十分有必要。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述技术问题，提供了一种高精度且满足大、小电流采集的电路。
本发明技术方案：
一种高精度且满足大、小电流采集的电路，对任意倍数的电流值均能保证模拟量采集具有较高精度，且能有效抑制线路和外界干扰，包括电流/电压转换电路(1)、电流采样调理电路(2)、正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)；
其特征在于，电流/电压转换电路(1)把功率回路中的电流转化为差分电压信号传递给电流采样调理电路(2)，电流采样调理电路(2)通过滤波、放大、降噪措施得到高精度电流采集值，输出到正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)，正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)根据对电流采样值进行不同倍数放大输出到后端功能电路。
其特征在于，电流/电压转换电路(1)通过串联在功率回路中的采样电阻将电流信号转化成电压信号。
其特征在于，在采样电阻两端焊盘上直接引出电压采集点，并采用差分信号的形式引到控制板上的电流采样调理电路(2)，形成差分电压信号，减小线路上的干扰对采集精度上的影响。
其特征在于，电流采样调理电路(2)的一级运放构成负反馈放大电路，所述一级运放包含RC电路，对进入运放同相输入端的电压进行一阶低通滤波，将进入运放同相输入端的电压减小1/2后再放大为二倍，在不改变同相输入端电压大小的情况下，减小了同相输入端带来的非线性失真和噪声，同时减小输出阻抗增强输出电压稳定性。
其特征在于，电流采样调理电路(2)的二级运放构成电压跟随器，所述二级运放包含RC电路，对进入二级运放的电压进行二阶低通滤波，对一级运放和三级运放进行隔离、提升调理电路滤波和带载能力。
其特征在于，电流采样调理电路(2)的三级运放为电阻和运放组成的负反馈放大电路，电阻包括串联在运放同相输入端的1k电阻和并联在运放两端的10k电阻，使二级运放滤波后的输出电压实际放大倍数为(10k/1k)+1＝11倍，输出至正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)。
其特征在于，正常电流放大电路(3)为电阻和运放组成的负反馈放大电路，电阻包括串联在运放同相输入端的1k电阻和并联在运放两端的8.2k电阻，使正常电流放大电路(3)的输出电压放大倍数为(8.2k/1k)+1＝9.2倍，由于具有较高的放大倍数，运放输出主要用于不大于额定电流的小电流采集，同时正常电流放大电路(3)通过一阶RC低通滤波，进一步提高正常电流放大电路(3)的滤波能力。
其特征在于，短路电流放大电路(4)为电阻和运放组成的负反馈放大电路，电阻包括串联在运放同相输入端的1k电阻和并联在运放两端的0.82k电阻，使短路电流放大电路(4)的输出电压放大倍数为(0.82k/1k)+1＝1.082倍，由于具有较小的放大倍数，运放输出主要用于大于额定电流的大电流采集，同时短路电流放大电路(4)通过一阶RC低通滤波，进一步提高短路电流放大电路(4)的滤波能力。
其特征在于，正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)采集的小、大电流值输出到后端功能电路，正常电流放大电路(3)输出给处理器的小电流采集模块，短路电流放大电路(4)输出给处理器的大电流采集模块和短路保护采集电路。
发明的有益效果：
本发明的一种高精度且满足大、小电流采集的电路，对任意倍数的电流值均能保证模拟量采集具有较高精度，且能有效抑制线路和外界干扰。
附图说明
图1为本发明的电路原理示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的连接结构进行详细说明。
如图1所示，本发明的一种高精度且满足大、小电流采集的电路，对任意倍数的电流值均能保证模拟量采集具有较高精度且能有效抑制线路和外界干扰，包括电流/电压转换电路(1)、电流采样调理电路(2)、正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)。
电流/电压转换电路(1)把功率回路中的电流转化为差分电压信号传递给电流采样调理电路(2)，电流采样调理电路(2)通过滤波、放大、降噪措施得到高精度电流采集值，输出到正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)，正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)根据对电流采样值进行不同倍数放大输出到后端功能电路。
电流/电压转换电路(1)通过串联在功率回路中的采样电阻将电流信号转化成电压信号。
在采样电阻两端焊盘上直接引出电压采集点，并采用差分信号的形式引到控制板上的电流采样调理电路(2)，形成差分电压信号，减小线路上的干扰对采集精度上的影响。例如当功率回路上为额定电流时，采样电阻两端电压为15mV，电流/电压转换电路(1)则将15mV差分电压传递给电流采样调理电路(2)。
电流采样调理电路(2)的一级运放构成负反馈放大电路，所述一级运放包含RC电路，对进入运放同相输入端的电压进行一阶低通滤波，将进入运放同相输入端的15mV电压减小1/2后再放大为二倍，在不改变同相输入端电压大小的情况下，减小了同相输入端带来的非线性失真和噪声，同时减小输出阻抗增强输出电压稳定性。
电流采样调理电路(2)的二级运放构成电压跟随器，所述二级运放包含RC电路，对进入二级运放的电压进行二阶低通滤波，对一级运放和三级运放进行隔离、提升调理电路滤波和带载能力。
电流采样调理电路(2)的三级运放为电阻和运放组成的负反馈放大电路，电阻包括串联在运放同相输入端的1k电阻和并联在运放两端的10k电阻，使二级运放滤波后的输出电压实际放大倍数为(10k/1k)+1＝11倍，即将15mV电压放大11倍，输出165mV电压至正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)。
正常电流放大电路(3)为电阻和运放组成的负反馈放大电路，电阻包括串联在运放同相输入端的1k电阻和并联在运放两端的8.2k电阻，使正常电流放大电路(3)的输出电压放大倍数为(8.2k/1k)+1＝9.2倍，即将165mV电压放大9.2倍，放大后输出电压为1.518V；若输入电压为短路电压，及九倍额定电流对应的电压，则放大后输出电压为输出上限3.3V。由于具有较高的放大倍数，运放输出主要用于不大于额定电流的小电流采集，同时正常电流放大电路(3)通过一阶RC低通滤波，进一步提高正常电流放大电路(3)的滤波能力。
短路电流放大电路(4)为电阻和运放组成的负反馈放大电路，电阻包括串联在运放同相输入端的1k电阻和并联在运放两端的0.82k电阻，使短路电流放大电路(4)的输出电压放大倍数为(0.82k/1k)+1＝1.082倍，即将165mV电压放大1.082倍，放大后输出电压为178mV；若输入电压为短路电压，及九倍额定电流对应的电压，则放大后输出电压为1.61V。由于具有较小的放大倍数，运放输出主要用于大于额定电流的大电流采集，同时短路电流放大电路(4)通过一阶RC低通滤波，进一步提高短路电流放大电路(4)的滤波能力。
正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)采集的小、大电流值输出到后端功能电路，正常电流放大电路(3)输出给处理器的小电流采集模块，短路电流放大电路(4)输出给处理器的大电流采集模块和短路保护采集电路。
电流/电压转换电路(1)通过串联在功率回路中的采样电阻将电流信号转化成电压信号，将电压信号以差分的形式传递给电流采样调理电路(2)，电流采样调理电路(2)对电压信号分别进行两次负反馈放大以及一次跟随，提高调理电路输入抗干扰能力和输出稳定性，并加入2阶RC滤波提升电路滤波能力，电流采样调理电路(2)分别输出调理后的电压信号到正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)，两个放大电路根据后端采集对电流采样值大小要求匹配不同的放大倍数，以达到对任意倍数的电流值均能保证模拟量采集具有较高精度。
Claims (9)
1.一种高精度且满足大、小电流采集的电路，能够对任意倍数的电流值均能保证模拟量采集具有较高精度，且能有效抑制线路和外界干扰，包括电流/电压转换电路(1)、电流采样调理电路(2)、正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)；
其特征在于，电流/电压转换电路(1)把功率回路中的电流转化为差分电压信号传递给电流采样调理电路(2)，电流采样调理电路(2)通过滤波、放大、降噪措施得到高精度电流采集值，输出到正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)，正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)根据对电流采样值进行不同倍数放大输出到后端功能电路。
2.如权利要求1所述的一种高精度且满足大、小电流采集的电路，其特征在于，电流/电压转换电路(1)通过串联在功率回路中的采样电阻将电流信号转化成电压信号。
3.如权利要求2所述的一种高精度且满足大、小电流采集的电路，其特征在于，在采样电阻两端焊盘上直接引出电压采集点，并采用差分信号的形式引到控制板上的电流采样调理电路(2)，形成差分电压信号，减小线路上的干扰对采集精度上的影响。
4.如权利要求3所述的一种高精度且满足大、小电流采集的电路，其特征在于，电流采样调理电路(2)的一级运放构成负反馈放大电路，所述一级运放包含RC电路，对进入运放同相输入端的电压进行一阶低通滤波，将进入运放同相输入端的电压减小1/2后再放大为二倍，在不改变同相输入端电压大小的情况下，减小了同相输入端带来的非线性失真和噪声，同时减小输出阻抗增强输出电压稳定性。
5.如权利要求4所述的一种高精度且满足大、小电流采集的电路，其特征在于，电流采样调理电路(2)的二级运放构成电压跟随器，所述二级运放包含RC电路，对进入二级运放的电压进行二阶低通滤波，对一级运放和三级运放进行隔离、提升调理电路滤波和带载能力。
6.如权利要求5所述的一种高精度且满足大、小电流采集的电路，其特征在于，电流采样调理电路(2)的三级运放为电阻和运放组成的负反馈放大电路，电阻包括串联在运放同相输入端的1k电阻和并联在运放两端的10k电阻，使二级运放滤波后的输出电压实际放大倍数为(10k/1k)+1＝11倍，输出至正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)。
7.如权利要求6所述的一种高精度且满足大、小电流采集的电路，其特征在于，正常电流放大电路(3)为电阻和运放组成的负反馈放大电路，电阻包括串联在运放同相输入端的1k电阻和并联在运放两端的8.2k电阻，使正常电流放大电路(3)的输出电压放大倍数为(8.2k/1k)+1＝9.2倍，由于具有较高的放大倍数，运放输出主要用于不大于额定电流的小电流采集，同时正常电流放大电路(3)通过一阶RC低通滤波，进一步提高正常电流放大电路(3)的滤波能力。
8.如权利要求7所述的一种高精度且满足大、小电流采集的电路，其特征在于，短路电流放大电路(4)为电阻和运放组成的负反馈放大电路，电阻包括串联在运放同相输入端的1k电阻和并联在运放两端的0.82k电阻，使短路电流放大电路(4)的输出电压放大倍数为(0.82k/1k)+1＝1.082倍，由于具有较小的放大倍数，运放输出主要用于大于额定电流的大电流采集，同时短路电流放大电路(4)通过一阶RC低通滤波，进一步提高短路电流放大电路(4)的滤波能力。
9.如权利要求8所述的一种高精度且满足大、小电流采集的电路，其特征在于，正常电流放大电路(3)和短路电流放大电路(4)采集的小、大电流值输出到后端功能电路，正常电流放大电路(3)输出给处理器的小电流采集模块，短路电流放大电路(4)输出给处理器的大电流采集模块和短路保护采集电路。
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