CN200994116Y - 电流反馈差分放大采样电路及具有所述采样电路的空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电流反馈差分放大采样电路及具有所述采样电路的空调器，包括信号输入端、信号输出端、运算放大器和采样电阻；其中，来自空调压缩机的负载电流经所述的信号输入端一方面通过采样电阻接地，另一方面连接所述运算放大器的反相输入端；所述运算放大器的同相输入端连接一衡值偏置电压信号输入端，通过所述运算放大器的输出端输出的采样信号经信号输出端反馈到空调器的整流逆变控制电路中，进而实现对输出到压缩机的电流进行调节。本实用新型的采样电路有效滤除了空调器中PFC及压缩机的PWM驱动所产生的谐波干扰和电路中共模噪声对采样信号的干扰，有效减小了被采样信号的滤波相移，使信号采样更加准确，空调运行更加稳定。

Description

电流反馈差分放大采样电路及具有所述采样电路的空调器

技术领域

本实用新型属于采样电路技术领域，具体地说是涉及一种用于空调器的采用电流反馈差分放大进行采样的电路技术。

背景技术

在目前的空调器控制系统中，基于One Shunt电流检出的反馈电路本质上是一种小信号检测电路，空调系统中有效信号最大不超过0.5V，因此，极易受到系统中共模噪声和压缩机PWM驱动谐波的干扰。传统的简单反馈放大采样电路不能有效避免各种噪声信号的干扰，而采用的滤波电路在滤除各种谐波干扰的同时又不可避免的使有效信号产生滞后相移，从而造成较大的采样误差，增加了控制难度。

发明内容

本实用新型为了解决现有技术中小信号检测电路所采用的反馈放大采样滤波电路的采样误差大的问题，提供了一种新型的电流反馈差分放大采样电路，通过在运算放大器的输入端引入衡值的偏置电压信号，在进行差分运算时，将输入的采样信号与衡值偏置电压信号中含有的大小极性相同的共模干扰信号相互抵消，从而使信号采样更加准确。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种电流反馈差分放大采样电路及具有所述采样电路的空调器，包括信号输入端、信号输出端、运算放大器和采样电阻；其中，来自空调压缩机的负载电流经所述的信号输入端一方面通过采样电阻接地，另一方面连接所述运算放大器的反相输入端；所述运算放大器的同相输入端连接一衡值偏置电压信号输入端，通过所述运算放大器的输出端输出的采样信号经信号输出端反馈到空调器的整流逆变控制电路中，进而实现对输出到压缩机的电流进行调节。

为了滤除压缩机PWM驱动产生的高频噪声，在所述电流反馈差分放大采样电路中包含有一低通滤波器，所述信号输入端通过低通滤波器连接一放大倍数整定电阻，进而经所述的放大倍数整定电阻连接运算放大器的反相输入端；所述运算放大器的同相输入端经匹配电阻连接所述的低通滤波器，并通过分压网络连接所述的衡值偏置电压信号输入端；所述运算放大器的输出端经反馈网络连接其反相输入端。

所述低通滤波器由两个阻值相同的第一、第二电阻和电容组成；其中，所述第一电阻连接在信号输入端与放大倍数整定电阻之间，第二电阻连接在匹配电阻与地之间，电容连接在第一、第二电阻之间。所述的分压网络和反馈网络均由一电阻和电容并联而成。为了抵消采样信号与衡值偏置电压信号中含有的大小极性相同的共模干扰信号，令所述放大倍数整定电阻和匹配电阻的阻值相同；分压网络和反馈网络中的电阻阻值相同，电容容值相同。

为了进一步滤除高频噪声，提高采样精度，在所述运算放大器的输出端与地之间连接有一滤波电容，将通过运算放大器输出的电压信号进行对地滤波处理。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的电流反馈放大采样电路通过在运算放大器的输入端引入衡值的偏置电压信号，在进行差分运算时，通过合理设计的元器件参数，将输入的采样信号与衡值偏置电压信号中含有的大小极性相同的共模干扰信号相互抵消，从而有效滤除了空调器中PFC及压缩机的PWM驱动所产生的谐波干扰和电路中共模噪声对采样信号的干扰，有效减小了被采样信号的滤波相移，使信号采样更加准确，空调运行更加稳定。

附图说明

图1是本实用新型的电流反馈差分放大采样电路原理图；

图2是电流反馈差分放大采样电路在空调器中的应用系统框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细地说明。

本实用新型为了克服基于One Shunt电流检出反馈电路易受各种噪声信号干扰的缺点，提出了一种可有效提高反馈采样电路可靠性的电流反馈差分放大采样电路，通过在采样电路系统中引入衡值的偏置电压信号，在经运算放大器进行差分运算时，将输入的采样信号与衡值偏置电压信号中含有的大小极性相同的共模干扰信号相互抵消，从而提高了采样信号的精确性。

实施例一，图1示出了所述电流反馈差分放大采样电路的原理图，具体信号输入端Vin、信号输出端Vout、运算放大器U1和采样电阻R1。其中，采样信号经信号输入端Vin一方面通过采样电阻R1接地，将采集的电流信号转变为电压信号；另一方面通过由电阻R2、R3和电容C1组成的低通滤波器进行低通滤波处理后，经放大倍数整定电阻R5连接所述运算放大器U1的反相输入端。所述运算放大器U1的同相输入端一方面经匹配电阻R4连接所述的低通滤波器，另一方面通过由电阻R6和电容C2并联组成的分压网络连接衡值偏置电压信号输入端Vref，接收一恒定的偏置电压信号。所述运算放大器U1的输出端连接信号输出端Vout，并经由电阻R7和电容C3并联组成的反馈网络连接其反相输入端。

为了进一步滤除高频噪声，提高采样精度，所述运算放大器U1的输出端经滤波电容C4接地，将通过运算放大器U1输出的电压信号进行对地滤波。

为了在进行差分运算时，将输入的采样信号与衡值偏置电压信号中含有的大小极性相同的共模干扰信号相互抵消，需要合理设计采样电路中各元器件的参数值。在本实用新型中，选取低通滤波器中两电阻R2、R3的阻值相同；匹配电阻R4与放大倍数整定电阻R5的阻值相同；反馈网络中电阻R7的阻值和电容C3的容量分别与分压网络中电阻R6的阻值和电容C2的容量对应相同。

电路原理如下，根据虚短、虚断及叠加原理可得：

运算放大器同相端输入电压：

$U_{+}=\frac{R_6}{R_6+(R_4+R_2)}\×V_{\mathrm{ref}}---\left(1\right)$

运算放大器反相输入端电压：

$U_{-}=\frac{R_7}{R_7+(R_3+R_5)}\×V_{\mathrm{in}}+\frac{R_3+R_5}{R_7+(R_3+R_5)}\×V_{\mathrm{out}}---\left(2\right)$

因为U₊＝U_-，且R2＝R3、R4＝R5、R6＝R7，则经过化简有

$V_{\mathrm{out}}=\frac{R_7}{R_3+R_5}\×(V_{\mathrm{ref}}-V_{\mathrm{in}})---\left(3\right)$

通过上式(3)可以看出：V_ref与V_in的差值经过放大后得到V_out，这样经过相减，V_ref与V_in中含有的大小极性相同的共模干扰信号就相互抵消掉了，因此，此差分放大电路能从根本上抑制共模干扰信号对采样精度的影响。

实施例二，将图1所示的电流反馈差分放大采样电路应用于空调器的控制系统中，可以实现对空调器压缩机的负载电流进行有效检测，具体应用系统框图参见图2所示。

图2中，M为永磁同步压缩机；VDD为直流母线电压；R1为采样电阻；1为逆变器电路；2为整流逆变控制芯片IRMCF343及其外围支持电路；3为系统其他功能电路；4即为图1所示的电流反馈差分放大采样电路。

考虑到空调系统中有效信号的电压值最大不超过0.5V，所以，选择衡值偏置电压信号Vref的电位值为0.6V。

在空调器运行过程时，压缩机M的负载电流通过采样电阻R1流到系统参考地，在采样电阻R1两端产生运算放大器U1的输入信号Vin，经过电阻R2、R3和电容C1组成的阻容滤波网络后，通过限流电阻R5输入到运算放大器U1的反相输入端。此阻容滤波网络具有低通滤波功能，故可以滤除压缩机PWM驱动产生的高频噪声。又因为此高频噪声主要由IPM逆变电路的IGBT开关产生的振铃信号引起，且此类振铃信号的频率一般为10MHz左右，所以，应该选择阻容滤波网络的截止频率远远低于10MHz。再考虑到此截止频率要高于PWM载波频率的10倍以上，所以，选择电阻R3＝R2＝1KΩ，电容C1＝47pF。这样，阻容滤波网络的谐振频率为1.7MHz左右，可以满足要求，从而所述采样电路4可以有效滤除空调系统中高频噪声的干扰。

图2中，电容C3可以减小放大电路的带宽，有利于减小高频噪声对模拟数字转换电路的影响，选择电容C2＝C3，用以实现阻抗匹配。电容C4的作用是将运算放大器U1的输出信号对地滤波，进一步滤除高频噪声，以提高采样精度。

本实用新型的电流采样电路采用差分放大电路的形式，从根本上消除了共模噪声干扰，同时，可以有效滤除空调系统中PWM驱动谐波的干扰。通过优化滤波电路参数，最大程度地减小了有效信号的相移滞后，提高了采样的精确度。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电流反馈差分放大采样电路，包括信号输入端(Vin)、信号输出端(Vout)、运算放大器(U1)和采样电阻(R1)，其特征在于：采样信号经所述的信号输入端(Vin)一方面通过采样电阻(R1)接地，另一方面连接所述运算放大器(U1)的反相输入端；所述运算放大器(U1)的同相输入端连接一衡值偏置电压信号输入端(Vref)，输出端连接所述的信号输出端(Vout)。

2.根据权利要求1所述的电流反馈差分放大采样电路，其特征在于：所述信号输入端(Vin)通过一低通滤波器连接一放大倍数整定电阻(R5)，进而经所述的放大倍数调整电阻(R5)连接运算放大器(U1)的反相输入端；所述运算放大器(U1)的同相输入端经匹配电阻(R4)连接所述的低通滤波器，并通过分压网络连接所述的衡值偏置电压信号输入端(Vref)；所述运算放大器(U1)的输出端经反馈网络连接其反相输入端。

3.根据权利要求2所述的电流反馈差分放大采样电路，其特征在于：所述分压网络由一电阻(R6)和电容(C2)并联而成，反馈网络也由一电阻(R7)和电容(C3)并联而成；其中，分压网络和反馈网络中的电阻(R6、R7)阻值相同，电容(C2、C3)容值相同。

4.根据权利要求2所述的电流反馈差分放大采样电路，其特征在于：所述低通滤波器由两个阻值相同的第一、第二电阻(R2、R3)和电容(C1)组成；其中，所述第一电阻(R3)连接在信号输入端(Vin)与放大倍数整定电阻(R5)之间，第二电阻(R2)连接在所述的匹配电阻(R4)与地之间，电容(C1)连接在第一、第二电阻(R2、R3)之间；所述放大倍数整定电阻(R5)和匹配电阻(R4)的阻值相同。

5.根据权利要求2所述的电流反馈差分放大采样电路，其特征在于：所述运算放大器(U1)的输出端经滤波电容(C4)接地。

6.一种具有权利要求1所述电流反馈差分放大采样电路的空调器，包括信号输入端(Vin)、信号输出端(Vout)、运算放大器(U1)和采样电阻(R1)，其特征在于：来自空调压缩机的负载电流经所述的信号输入端(Vin)一方面通过采样电阻(R1)接地，另一方面连接所述运算放大器(U1)的反相输入端；所述运算放大器(U1)的同相输入端连接一衡值偏置电压信号输入端(Vref)，通过所述运算放大器(U1)的输出端输出的采样信号经信号输出端(Vout)反馈到空调器的整流逆变控制电路中。

7.根据权利要求6所述的空调器，其特征在于：所述信号输入端(Vin)通过一低通滤波器连接一放大倍数整定电阻(R5)，进而经所述的放大倍数调整电阻(R5)连接运算放大器(U1)的反相输入端；所述运算放大器(U1)的同相输入端经匹配电阻(R4)连接所述的低通滤波器，并通过分压网络连接所述的衡值偏置电压信号输入端(Vref)所述运算放大器(U1)的输出端经反馈网络连接其反相输入端。

8.根据权利要求7所述的空调器，其特征在于：所述分压网络由一电阻(R6)和电容(C2)并联而成，反馈网络也由一电阻(R7)和电容(C3)并联而成；其中，分压网络和反馈网络中的电阻(R6、R7)阻值相同，电容(C2、C3)容值相同。

9.根据权利要求7所述的空调器，其特征在于：所述低通滤波器由两个阻值相同的第一、第二电阻(R2、R3)和电容(C1)组成；其中，所述第一电阻(R3)连接在信号输入端(Vin)与放大倍数整定电阻(R5)之间，第二电阻(R2)连接在所述的匹配电阻(R4)与地之间，电容(C1)连接在第一、第二电阻(R2、R3)之间；所述放大倍数整定电阻(R5)和匹配电阻(R4)的阻值相同。

10.根据权利要求7所述的空调器，其特征在于：所述运算放大器(U1)的输出端经滤波电容(C4)接地。

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