CN115754863A - 一种电流传感器校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电流传感器校准装置及方法，包括：当信号发生器发出第一电压信号至主功率放大器时，主功率放大器用于将第一电压信号进行反相放大处理得到第二电压信号，并将第二电压信号传输至电阻模块、从功率放大器，从功率放大器用于将第二电压信号进行正相放大处理得到第三电压信号，并将第三电压信号传输至电阻模块，电阻模块用于将第二电压信号与第三电压信号传输至无感负载电阻，使得电阻模块与无感负载电阻之间连接的回路形成电流，电流用于电流传感器的校准；其中，第二电压信号等于第三电压信号。上述装置满足了所需电流幅值较大时的校准，提高了电流传感器的检测能力。

Description

一种电流传感器校准装置及方法

技术领域

本发明涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种电流传感器校准装置及方法。

背景技术

电流传感器，是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。为了提高电流传感在生产过程中的检测能力，需要对电流传感器进行校准。

目前，市面上的电流传感器校准装置，当发出信号的频率带宽达到1MHz及以上时，用于校准电流传感器的电流幅值范围只有几百毫安，无法满足所需电流幅值较大时的校准，使得大大的降低了电流传感器的检测能力。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提出了一种一种电流传感器校准装置及方法，使得满足所需电流幅值较大时的校准，提高了电流传感器的检测能力。

为实现上述目的，本发明在第一方面提供一种电流传感器校准装置，所述装置包括：

信号发生器、主功率放大器、从功率放大器、噪声增益补偿网络、电阻模块、无感负载电阻；

所述信号发生器的一端与所述主功率放大器的第一反相输入端连接，所述主功率放大器的输出端分别与所述电阻模块的第一端、所述噪声增益补偿网络的一端、所述从功率放大器的正相输入端连接；所述从功率放大器的第一反相输入端与所述噪声增益补偿网络的另一端连接，所述从功率放大器的输出端与所述电阻模块的第二端连接；所述电阻模块的第三端分别与所述主功率放大器的第二反相输入端、所述从功率放大器的第二反相输入端、所述无感负载电阻的一端连接；所述无感负载电阻的另一端、所述主功率放大器的正相输入端、所述信号发生器的另一端均接地；

当所述信号发生器发出第一电压信号至所述主功率放大器时，所述主功率放大器用于将所述第一电压信号进行反相放大处理得到第二电压信号，并将所述第二电压信号传输至所述电阻模块、所述从功率放大器，所述从功率放大器用于将所述第二电压信号进行正相放大处理得到第三电压信号，并将所述第三电压信号传输至所述电阻模块，所述电阻模块用于将所述第二电压信号与所述第三电压信号传输至所述无感负载电阻，使得所述电阻模块与所述无感负载电阻之间连接的回路形成电流，所述电流用于电流传感器的校准；其中，所述第二电压信号等于所述第三电压信号。

可选地，所述噪声增益补偿网络包括电容、第一电阻；

所述电容的一端与所述第一电阻的一端连接；

所述第一电阻的另一端为所述噪声增益补偿网络的一端，所述电容的另一端为所述噪声增益补偿网络的另一端。

可选地，所述电阻模块包括第二电阻、第三电阻；

所述第二电阻的一端与所述第三电阻的一端连接；

所述第二电阻的另一端为所述电阻模块的第一端，所述第三电阻的另一端为所述电阻模块的第二端，所述第三电阻的一端为所述电阻模块的第三端。

可选地，所述主功率放大器包括第一运算放大器、第四电阻、第五电阻；

所述第一运算放大器的反相输入端分别与所述第四电阻的一端、所述第五电阻的一端连接；

所述第四电阻的另一端为所述主功率放大器的第一反相输入端，所述第五电阻的另一端为所述主功率放大器的第二反相输入端，所述第一运算放大器的输出端为所述主功率放大器的输出端，所述第一运算放大器的正相输入端为所述主功率放大器的正相输入端。

可选地，所述主功率放大器还包括第六电阻、第七电阻；

所述第一运算放大器的负电源轨端、所述第一运算放大器的负输出端分别与所述第六电阻的两端连接，所述第一运算放大器的正电源轨端、所述第一运算放大器的正输出端分别与所述第七电阻的两端连接。

可选地，所述从功率放大器包括第二运算放大器、第八电阻；

所述第二运算放大器的反向端与所述第八电阻的一端连接；

所述第二运算放大器的反相输入端为所述从功率放大器的第一反相输入端，所述第二运算放大器的正相输入端为所述从功率放大器的正相输入端，所述第八电阻的另一端为所述从功率放大器的第二反相输入端，所述第二运算放大器的输出端为所述从功率放大器的输出端。

可选地，所述从功率放大器还包括第九电阻、第十电阻；

所述第二运算放大器的负电源轨端、所述第二运算放大器的负输出端分别与所述第九电阻的两端连接，所述第二运算放大器的正电源轨端、所述第二运算放大器的正输出端分别与所述第十电阻的两端连接。

可选地，所述无感负载电阻包括第十一电阻；

所述第十一电阻的一端为所述无感负载电阻的一端，所述第十一电阻的另一端为所述无感负载电阻的另一端。

可选地，当第一运算放大器、第二运算放大器均为PA119类型的运算放大器时，所述电流的幅值范围为0A～6A。

为实现上述目的，本发明在第二方面提供一种电流传感器校准方法，其特征在于，所述方法应用于如第一方面所述的装置，所述方法包括：

将电流传感器套在所述回路中，并将所述电流传感器的两个输出采集端分别与采样电阻的两端连接，采用示波器采集所述采样电阻的两端，得到待校准值；

获取所述电流传感器的标准值；

根据所述标准值对所述待校准值进行校准，得到所述电流传感器对应的校准参数；

根据所述校准参数调整所述电流传感器。

采用本发明实施例，具有如下有益效果：信号发生器的一端与主功率放大器的第一反相输入端连接，主功率放大器的输出端分别与电阻模块的第一端、噪声增益补偿网络的一端、从功率放大器的正相输入端连接；从功率放大器的第一反相输入端与噪声增益补偿网络的另一端连接，从功率放大器的输出端与电阻模块的第二端连接；电阻模块的第三端分别与主功率放大器的第二反相输入端、从功率放大器的第二反相输入端、无感负载电阻的一端连接；无感负载电阻的另一端、主功率放大器的正相输入端、信号发生器的另一端均接地；当信号发生器发出第一电压信号至主功率放大器时，主功率放大器用于将第一电压信号进行反相放大处理得到第二电压信号，并将第二电压信号传输至电阻模块、从功率放大器，从功率放大器用于将第二电压信号进行正相放大处理得到第三电压信号，并将第三电压信号传输至电阻模块，电阻模块用于将第二电压信号与第三电压信号传输至无感负载电阻，使得电阻模块与无感负载电阻之间连接的回路形成电流，电流用于电流传感器的校准；其中，第二电压信号等于第三电压信号。上述装置通过主功率放大器用于将第一电压信号进行反相放大处理得到第二电压信号、从功率放大器用于将第二电压信号进行正相放大处理得到第三电压信号，使得电阻模块与无感负载电阻之间连接的回路形成电流，即当发出信号的频率带宽达到1MHz及以上时，用于校准电流传感器的电流幅值范围还是可以达到几安，满足所需电流幅值较大时的校准，提高了电流传感器的检测能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为本申请实施例中一种电流传感器校准装置的结构示意图；

图2为本申请实施例中一种电流传感器校准装置的另一结构示意图；

图3为本申请实施例中一种电流传感器校准装置的另一结构示意图；

图4为本申请实施例中一种电流传感器校准装置的另一结构示意图；

图5为本申请实施例中一种电流传感器校准装置测量的电流与频率带宽的关系示意图；

图6为本申请实施例中一种电流传感器校准方法的流程示意图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本申请实施例中一种电流传感器校准装置的结构示意图，该装置包括：信号发生器110、主功率放大器120、从功率放大器130、噪声增益补偿网络140、电阻模块150、无感负载电阻160。

其中，信号发生器110的一端与主功率放大器120的第一反相输入端连接，主功率放大器120的输出端分别与电阻模块150的第一端、噪声增益补偿网络140的一端、从功率放大器130的正相输入端连接；从功率放大器130的第一反相输入端与噪声增益补偿网络140的另一端连接，从功率放大器130的输出端与电阻模块150的第二端连接；电阻模块150的第三端分别与主功率放大器120的第二反相输入端、从功率放大器130的第二反相输入端、无感负载电阻160的一端连接；无感负载电阻160的另一端、主功率放大器120的正相输入端、信号发生器110的另一端均接地。

在一种可行的实现方式中，当信号发生器110发出第一电压信号至主功率放大器120时，主功率放大器120用于将第一电压信号进行反相放大处理得到第二电压信号，并将第二电压信号传输至电阻模块150、从功率放大器130，从功率放大器130用于将第二电压信号进行正相放大处理得到第三电压信号，并将第三电压信号传输至电阻模块150，电阻模块150用于将第二电压信号与第三电压信号传输至无感负载电阻160，使得电阻模块150与无感负载电阻160之间连接的回路形成电流，电流用于电流传感器的校准；其中，第二电压信号等于第三电压信号。

其中，本申请实施例中，当信号发生器110的第一电压信号的频率带宽范围为DC-0MHz～DC-7MHz时，用于校准电流传感器的电流的幅值范围可以达到为0A～6A。

需要说明的是，噪声增益补偿网络140用于形成低通滤波器，以抑制从功率放大器的高频震荡，从而提高功率放大器的精度；电阻模块150还用于防止电流倒灌损坏主功率放大器120和从功率放大器130；无感负载电阻160用于在第二电压信号与第三电压信号作用于无感负载电阻160时，形成电流。

此外，对于电流传感器的校准，在现有技术中有多种对电流传感器进行校准的方法，此处不再赘述。示例的，可以理解的是，对于本实施例中的装置，请参阅图2，为本申请实施例中一种电流传感器校准装置的另一结构示意图，可以将电流传感器套在电阻模块150与无感负载电阻160之间连接的回路中，并将电流传感器210的两个输出采集端分别与采样电阻220的两端连接，采用示波器230采集采样电阻220的两端输出的电压，得到电压的波形及有效值，将电压的波形及有效值作为待校准值，获取电流传感器210的标准值，根据标准值对待校准值进行校准，得到电流传感器210对应的校准参数，根据校准参数调整电流传感器210，从而完成对电流传感器210的校准。

在本申请实施例中，通过主功率放大器用于将第一电压信号进行反相放大处理得到第二电压信号、从功率放大器用于将第二电压信号进行正相放大处理得到第三电压信号，使得电阻模块与无感负载电阻之间连接的回路形成电流，即当发出信号的频率带宽达到1MHz及以上时，用于校准电流传感器的电流幅值范围还是可以达到几安，满足所需电流幅值较大时的校准，提高了电流传感器的检测能力。

请参阅图3，为本申请实施例中一种电流传感器校准装置的另一结构示意图，噪声增益补偿网络140包括电容141、第一电阻142。

在一种可行的实现方式中，电容141的一端与第一电阻142的一端连接；第一电阻142的另一端为噪声增益补偿网络140的一端，电容141的另一端为噪声增益补偿网络140的另一端。

在本申请实施例中，通过将电容141与第一电阻142进行串联组合而成的噪声源形成低通滤波器，以抑制从功率放大器的高频震荡，从而提高功率放大器的精度。

请继续参阅图3，电阻模块150包括第二电阻151、第三电阻152。

在一种可行的实现方式中，第二电阻151的一端与第三电阻152的一端连接；第二电阻151的另一端为电阻模块150的第一端，第三电阻152的另一端为电阻模块150的第二端，第三电阻152的一端为电阻模块150的第三端。

在本申请实施例中，通过第二电阻151和第三电阻152可以有效的防止电流倒灌损坏主功率放大器120和从功率放大器130。

请继续参阅图3，主功率放大器120包括第一运算放大器121、第四电阻122、第五电阻123。

在一种可行的实现方式中，第一运算放大器121的反相输入端分别与第四电阻122的一端、第五电阻123的一端连接；第四电阻122的另一端为主功率放大器120的第一反相输入端，第五电阻123的另一端为主功率放大器120的第二反相输入端，第一运算放大器121的输出端为主功率放大器120的输出端，第一运算放大器121的正相输入端为主功率放大器120的正相输入端。

在本申请实施例中，通过第一运算放大器121的反相增益放大特性、第四电阻122及第五电阻123，使得信号发生器110发出第一电压信号被进行了反相增益放大，从而实现满足所需电流幅值较大时的校准，提高了电流传感器的检测能力。

请参阅图4，为本申请实施例中一种电流传感器校准装置的另一结构示意图，主功率放大器120还包括第六电阻124、第七电阻125。

在一种可行的实现方式中，第一运算放大器121的负电源轨端、第一运算放大器121的负输出端分别与第六电阻124的两端连接，第一运算放大器121的正电源轨端、第一运算放大器121的正输出端分别与第七电阻125的两端连接。

在本申请实施例中，通过第六电阻124和第七电阻125，可以有效防止输出电流过大，从而损坏第一运算放大器121。

请继续参阅图3，从功率放大器130包括第二运算放大器131、第八电阻132。

在一种可行的实现方式中，第二运算放大器131的反向端与第八电阻132的一端连接；第二运算放大器131的反相输入端为从功率放大器130的第一反相输入端，第二运算放大器131的正相输入端为从功率放大器130的正相输入端，第八电阻132的另一端为从功率放大器130的第二反相输入端，第二运算放大器131的输出端为从功率放大器130的输出端。

在本申请实施例中，通过第二运算放大器131的正相增益放大特性及第四电阻132，使得第二电压信号被进行了正相增益放大，从而实现满足所需电流幅值较大时的校准，提高了电流传感器的检测能力。

请继续参阅图4，从功率放大器130还包括第九电阻133、第十电阻134。

在一种可行的实现方式中，第二运算放大器131的负电源轨端、第二运算放大器131的负输出端分别与第九电阻133的两端连接，第二运算放大器131的正电源轨端、第二运算放大器131的正输出端分别与第十电阻134的两端连接。

在本申请实施例中，通过第九电阻133和第十电阻134，可以有效防止输出电流过大，从而损坏第而运算放大器131。

请继续参阅图3，无感负载电阻160包括第十一电阻161。

在一种可行的实现方式中，第十一电阻161的一端为无感负载电阻161的一端，第十一电阻161的另一端为无感负载电阻160的另一端。

在本申请实施例中，通过第十一电阻161在第二电压信号与第三电压信号作用于第十一电阻161时形成电流，且通过第十一电阻161减小阻抗，从而实现电流的准确输出，以实现满足所需电流幅值较大时的校准，提高了电流传感器的检测能力。

在一种可行的实现方式中，当第一运算放大器121、第二运算放大器131均为PA119类型的运算放大器时，电流的幅值范围为0A～6A。

需要说明的是，上述实施例装置中的第一运算放大器121、第二运算放大器131可以采用PA119类型的运算放大器，由于PA119类型的运算放大器的器件自身的限制，因此，在信号发生器110发出第一电压信号的频率带宽范围为DC-0MHz～DC-7MHz时，用于校准电流传感器的电流的幅值范围可以达到为0A～6A，当信号发生器110发出第一电压信号的频率带宽大于DC-7MHz时，用于校准电流传感器的电流的幅值将慢慢下降。

例如：信号发生器发出的第一电压信号为2V，频率带宽为DC-3MHz，第四电阻122的阻值为10kΩ，第五电阻123的阻值为10kΩ，第十一电阻161为5Ω时，根据第一运算放大器121的反相增益放大特性，第一运算放大器121的增益为-5，因此，第一运算放大器121不会输出电压信号，第五电阻123输出第二电压信号为10V，第二电压信号的频率带宽范围为DC-3MHz，根据第二运算放大器131的正相增益放大特性，第八电阻132不会输出电压信号，第二运算放大器131输出第三电压信号也为10V，第三电压信号的频率带宽范围为DC-3MHz，两个10V(第二电压信号和第三电压信号)分别作用在第十一电阻161 5Ω，从而分别形成2A电流，最后通过两个2A电流叠加形成电流的幅值为4A(示例的，请参阅图5，为本申请实施例中一种电流传感器校准装置测量的电流与频率带宽的关系示意图)。其中，第二电阻151、第三电阻152的阻值可以设置为0.1Ω；进一步的，根据PA119类型的运算放大器的数据手册计算第六电阻124、第七电阻125、第九电阻133、第十电阻134的阻值为210mΩ。

在本申请实施例中，发出信号的频率带宽的范围为DC-0MHz～DC-7MHz时，用于校准电流传感器的电流幅值范围可以达到为0A～6A，满足了所需电流幅值较大时的校准，提高了电流传感器的检测能力。

请参阅图6，为本申请实施例中一种电流传感器校准方法的流程示意图，该方法应用于上述实施例中的装置，该方法包括：

步骤610：将电流传感器套在回路中，并将电流传感器的两个输出采集端分别与采样电阻的两端连接，采用示波器采集采样电阻的两端，得到待校准值。

需要说明的是，待校准值包括示波器所采集的电压的波形及电压有效值。

步骤620：获取电流传感器的标准值。

步骤630：根据标准值对待校准值进行校准，得到电流传感器对应的校准参数。

步骤640：根据校准参数调整电流传感器。

在本申请实施例中，通过采用上述实施例中的装置对电流传感器进行校准，使得当发出信号的频率带宽达到1MHz及以上时，用于校准电流传感器的电流幅值范围还是可以达到几安，满足所需电流幅值较大时的校准，提高了电流传感器的检测能力。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电流传感器校准装置，其特征在于，所述装置包括：

信号发生器、主功率放大器、从功率放大器、噪声增益补偿网络、电阻模块、无感负载电阻；

所述信号发生器的一端与所述主功率放大器的第一反相输入端连接，所述主功率放大器的输出端分别与所述电阻模块的第一端、所述噪声增益补偿网络的一端、所述从功率放大器的正相输入端连接；所述从功率放大器的第一反相输入端与所述噪声增益补偿网络的另一端连接，所述从功率放大器的输出端与所述电阻模块的第二端连接；所述电阻模块的第三端分别与所述主功率放大器的第二反相输入端、所述从功率放大器的第二反相输入端、所述无感负载电阻的一端连接；所述无感负载电阻的另一端、所述主功率放大器的正相输入端、所述信号发生器的另一端均接地；

当所述信号发生器发出第一电压信号至所述主功率放大器时，所述主功率放大器用于将所述第一电压信号进行反相放大处理得到第二电压信号，并将所述第二电压信号传输至所述电阻模块、所述从功率放大器，所述从功率放大器用于将所述第二电压信号进行正相放大处理得到第三电压信号，并将所述第三电压信号传输至所述电阻模块，所述电阻模块用于将所述第二电压信号与所述第三电压信号传输至所述无感负载电阻，使得所述电阻模块与所述无感负载电阻之间连接的回路形成电流，所述电流用于电流传感器的校准；其中，所述第二电压信号等于所述第三电压信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述噪声增益补偿网络包括电容、第一电阻；

所述电容的一端与所述第一电阻的一端连接；

所述第一电阻的另一端为所述噪声增益补偿网络的一端，所述电容的另一端为所述噪声增益补偿网络的另一端。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电阻模块包括第二电阻、第三电阻；

所述第二电阻的一端与所述第三电阻的一端连接；

所述第二电阻的另一端为所述电阻模块的第一端，所述第三电阻的另一端为所述电阻模块的第二端，所述第三电阻的一端为所述电阻模块的第三端。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主功率放大器包括第一运算放大器、第四电阻、第五电阻；

所述第一运算放大器的反相输入端分别与所述第四电阻的一端、所述第五电阻的一端连接；

所述第四电阻的另一端为所述主功率放大器的第一反相输入端，所述第五电阻的另一端为所述主功率放大器的第二反相输入端，所述第一运算放大器的输出端为所述主功率放大器的输出端，所述第一运算放大器的正相输入端为所述主功率放大器的正相输入端。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述主功率放大器还包括第六电阻、第七电阻；

所述第一运算放大器的负电源轨端、所述第一运算放大器的负输出端分别与所述第六电阻的两端连接，所述第一运算放大器的正电源轨端、所述第一运算放大器的正输出端分别与所述第七电阻的两端连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述从功率放大器包括第二运算放大器、第八电阻；

所述第二运算放大器的反向端与所述第八电阻的一端连接；

所述第二运算放大器的反相输入端为所述从功率放大器的第一反相输入端，所述第二运算放大器的正相输入端为所述从功率放大器的正相输入端，所述第八电阻的另一端为所述从功率放大器的第二反相输入端，所述第二运算放大器的输出端为所述从功率放大器的输出端。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述从功率放大器还包括第九电阻、第十电阻；

所述第二运算放大器的负电源轨端、所述第二运算放大器的负输出端分别与所述第九电阻的两端连接，所述第二运算放大器的正电源轨端、所述第二运算放大器的正输出端分别与所述第十电阻的两端连接。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无感负载电阻包括第十一电阻；

所述第十一电阻的一端为所述无感负载电阻的一端，所述第十一电阻的另一端为所述无感负载电阻的另一端。

9.根据权利要求4至7任一项所述的装置，其特征在于，当第一运算放大器、第二运算放大器均为PA119类型的运算放大器时，所述电流的幅值范围为0A～6A。

10.一种电流传感器校准方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1至9任一项所述的装置，所述方法包括：

将电流传感器套在所述回路中，并将所述电流传感器的两个输出采集端分别与采样电阻的两端连接，采用示波器采集所述采样电阻的两端，得到待校准值；

获取所述电流传感器的标准值；

根据所述标准值对所述待校准值进行校准，得到所述电流传感器对应的校准参数；

根据所述校准参数调整所述电流传感器。

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