CN204462247U - 一种电流采集电路 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种电流采集电路，通过第一电阻采集负载上的电流生成电压信号V1，通过处理单元根据模拟数字转换器输出的采集电压信号输出同向调节的直流电压信号V2，由运算放大器根据电压信号V1和直流电压信号V2计算输出电压V3＝(R3/R6+R3/R2+1)V1-(R3/R6)V2，其中R6为第六电阻的阻值，R2为第二电阻的阻值，R3为第三电阻的阻值；当运算放大器的输出电压V3较大时，模拟数字转换器输出的采集电压信号也增大，处理单元输出的直流电压信号V2为与采集电压信号同向调节的，也即直流电压信号V2将会增大，使运算放大器的输出电压V3减小，使得模拟数字转换器接收的电压信号不会超出其采集范围。
Description
技术领域
本实用新型涉及电流采集技术领域，尤其涉及一种电流采集电路。
背景技术
现有的电流采集电路如图1所示，包括采集单元101、ADC(Analog toDigital Converter，模拟数字转换器)102和处理器103。其中，采集单元101包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和运算放大器U1。
负载M1的正极连接电源，负极通过第一电阻R1接到地，负载M1上的电流与第一电阻R1上的电流相等。通过第一电阻R1上的电压Vin就可计算出第一电阻R1上的电流，也即负载M1上的电流。而第一电阻R1上的电压Vin通过第五电阻R5输入到运算放大器U1的同相输入端，运算放大器U1的增益为R3/R2+1，即运算放大器U1的输出电压Vout＝(R3/R2+1)Vin。输出电压Vout通过ADC 102进行模-数转换，再送到处理器103进行处理，通过计算得到负载M1上的电流。
但是一般ADC 102的输入电压范围为0～5V。当负载M1上的电流变化较大时，如果运算放大器U1的增益固定不变，输出电压就会超过ADC采集范围；而调小运算放大器U1的增益，电流采集电路的采集精度及分辨率将不满足要求。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种电流采集电路，以解决现有技术中当负载上的电流变化较大时，将会超出ADC采集范围的问题。
为了实现上述目的，本实用新型实施例提供的技术方案如下：
一种电流采集电路，用于采集负载上的电流，包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、运算放大器、模拟数字转换器以及根据接收的采集电压信号生成并输出同向调节的直流电压信号的处理单元；其中：
所述第一电阻连接于所述负载的负极与地之间；
所述第二电阻连接于所述运算放大器的反相输入端与地之间；
所述第三电阻连接于所述运算放大器的反相输入端与输出端之间；
所述第四电阻连接于所述运算放大器的输出端与所述模拟数字转换器的输入端之间；
所述第五电阻连接于所述负载的负极与所述运算放大器的同相输入端之间；
所述第六电阻连接于所述处理单元的输出端与所述运算放大器的反相输入端之间；
所述处理单元的输入端与所述模拟数字转换器的输出端相连。
优选的，所述处理单元包括：根据接收的所述采集电压信号生成并输出同向调节的数字调节信号的调节模块，以及对所述数字调节信号进行数模转换后生成并输出所述直流电压信号的数字模拟转换器；其中：
所述调节模块的输入端为所述处理单元的输入端；
所述数字模拟转换器的输入端与所述调节模块的输出端相连；
所述数字模拟转换器的输出端为所述处理单元的输出端。
优选的，所述调节模块与所述数字模拟转换器为集成的处理器。
优选的，所述处理单元包括：
根据接收的所述采集电压信号生成并输出同向调节的控制信号的处理器，所述处理器的输入端为所述处理单元的输入端；
控制端与所述处理器输出端相连的脉冲宽度调制模块；
输入端与所述脉冲宽度调制模块的输出端相连的滤波模块，所述滤波模块的输出端为所述处理单元的输出端。
优选的，所述滤波模块包括：
一端作为所述滤波模块输入端的第七电阻；
一端与所述第七电阻的另一端相连的电容，所述电容的另一端接地，所述第七电阻与所述电容的连接点为所述滤波模块的输出端。
本申请提供一种电流采集电路，通过第一电阻采集负载上的电流生成电压信号V1，再通过处理单元根据模拟数字转换器输出的采集电压信号生成并输出同向调节的直流电压信号V2，由运算放大器根据电压信号V1和直流电压信号V2计算得到输出电压V3＝(R3/R6+R3/R2+1)V1-(R3/R6)V2，其中R6为所述第六电阻的阻值，R2为第二电阻的阻值，R3为第三电阻的阻值；当运算放大器的输出电压V3较大时，所述模拟数字转换器输出的所述采集电压信号也增大，这时所述处理单元输出的直流电压信号V2为与所述采集电压信号同向调节的，也即直流电压信号V2将会增大，进而使所述运算放大器的输出电压V3减小，使得所述模拟数字转换器接收的电压信号不会超出所述模拟数字转换器的采集范围。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的一种电流采集电路示意图；
图2为本申请实施例提供的一种电流采集电路示意图；
图3为本申请另一实施例提供的另外一种电流采集电路示意图；
图4为本申请另一实施例提供的另外一种电流采集电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供了一种电流采集电路，用于采集负载上的电流，以解决现有技术中当负载上的电流变化较大时，将会超出ADC采集范围的问题。
具体的，如图2所示，所述电流采集电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、运算放大器U1、ADC 201以及根据接收的采集电压信号生成并输出同向调节的直流电压信号的处理单元202；其中：
第一电阻R1连接于负载M1的负极与地之间；
第二电阻R2连接于运算放大器U1的反相输入端与地之间；
第三电阻R3连接于运算放大器U1的反相输入端与输出端之间；
第四电阻R4连接于运算放大器U1的输出端与ADC 201的输入端之间；
第五电阻R5连接于负载M1的负极与运算放大器U1的同相输入端之间；
第六电阻R6连接于处理单元202的输出端与运算放大器U1的反相输入端之间；
处理单元202的输入端与ADC 201的输出端相连。
具体的工作原理为：
负载M1的正极连接电源，负极通过第一电阻R1接到地，负载M1上的电流与第一电阻R1上的电流相等。通过第一电阻R1上的电压V1就可计算出第一电阻R1上的电流，也即负载M1上的电流。
第一电阻R1上的电压V1通过第五电阻R5输入到运算放大器U1的同相输入端。处理单元202根据ADC 201输出的采集电压信号生成并输出同向调节的直流电压信号V2，通过第六电阻R6输入到运算放大器U1的反相输入端。运算放大器U1根据电压信号V1和直流电压信号V2计算得到输出电压V3＝(R3/R6+R3/R2+1)V1-(R3/R6)V2。
当V2＝0时，V3＝(R3/R6+R3/R2+1)V1，此时所述电流采集电路的增益最大，适用于小电流采集。当V2＝5V时，V3＝(R3/R6+R3/R2+1)V1-(R3/R6)V2，此时所述电流采集电路的增益最小，适用于大电流采集。
输出电压V3通过ADC 201进行模-数转换，生成并输出所述采集电压信号送到处理单元202进行处理，处理单元202输出与所述采集电压信号同向调节的直流电压信号V2，使运算放大器U1的输出电压在ADC 201的采集范围内，处理单元202再通过计算得到负载M1上的电流。
当运算放大器U1的输出电压V3较大时，ADC 201输出的所述采集电压信号也增大，这时处理单元202输出的直流电压信号V2为与所述采集电压信号同向调节的，也即直流电压信号V2将会增大，进而使运算放大器U1的输出电压V3减小，使得ADC 201接收的电压信号不会超出所述ADC的采集范围。
优选的，如图3所示，处理单元202包括：调节模块301和DAC(Digitalto Analog Converter，数字模拟转换器)302，其中：
调节模块301的输入端为处理单元202的输入端；
DAC 302的输入端与调节模块301的输出端相连；
DAC 302的输出端为处理单元202的输出端。
调节模块301根据接收的所述采集电压信号生成并输出同向调节的数字调节信号；DAC 302对所述数字调节信号进行数模转换后生成并输出直流电压信号V2。
优选的，调节模块301与DAC 301为集成的处理器。
调节模块301与DAC 301可以分别采用单独的电路实现形式，也可以采用集成的处理器来实现两者的功能，此处不做具体限定，视其具体的应用环境而定。
优选的，如图4所示，处理单元202包括：
处理器401，处理器401的输入端为处理单元202的输入端；
控制端与处理器401输出端相连的PWM(Pulse-Width Modulation，脉冲宽度调制)模块402；
输入端与PWM模块402的输出端相连的滤波模块403，滤波模块403的输出端为处理单元202的输出端。
处理器401根据接收的所述采集电压信号，生成并输出同向调节的控制信号，控制PWM模块402的占空比，再通过滤波模块403的滤波，实现对于直流电压信号V2的调整。
处理单元202采用处理器401、PWM模块402和滤波模块403的实现形式，其成本更低，利于应用，且可通过普通IO口采用编程来代替上述实施例的处理单元202。
优选的，如图4所示，滤波模块403包括：
一端作为滤波模块403输入端的第七电阻R7；
一端与第七电阻R7的另一端相连的电容C，电容C的另一端接地，第七电阻R7与电容C的连接点为滤波模块403的输出端。
图4所示为滤波模块403的一种具体实现形式，但并不限定于此，可以根据具体的实际情况进行选用。
本实用新型中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种电流采集电路，其特征在于，用于采集负载上的电流，包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、运算放大器、模拟数字转换器以及根据接收的采集电压信号生成并输出同向调节的直流电压信号的处理单元；其中：
所述第一电阻连接于所述负载的负极与地之间；
所述第二电阻连接于所述运算放大器的反相输入端与地之间；
所述第三电阻连接于所述运算放大器的反相输入端与输出端之间；
所述第四电阻连接于所述运算放大器的输出端与所述模拟数字转换器的输入端之间；
所述第五电阻连接于所述负载的负极与所述运算放大器的同相输入端之间；
所述第六电阻连接于所述处理单元的输出端与所述运算放大器的反相输入端之间；
所述处理单元的输入端与所述模拟数字转换器的输出端相连。
2.根据权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，所述处理单元包括：根据接收的所述采集电压信号生成并输出同向调节的数字调节信号的调节模块，以及对所述数字调节信号进行数模转换后生成并输出所述直流电压信号的数字模拟转换器；其中：
所述调节模块的输入端为所述处理单元的输入端；
所述数字模拟转换器的输入端与所述调节模块的输出端相连；
所述数字模拟转换器的输出端为所述处理单元的输出端。
3.根据权利要求2所述的电流采集电路，其特征在于，所述调节模块与所述数字模拟转换器为集成的处理器。
4.根据权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，所述处理单元包括：
根据接收的所述采集电压信号生成并输出同向调节的控制信号的处理器，所述处理器的输入端为所述处理单元的输入端；
控制端与所述处理器输出端相连的脉冲宽度调制模块；
输入端与所述脉冲宽度调制模块的输出端相连的滤波模块，所述滤波模块的输出端为所述处理单元的输出端。
5.根据权利要求4所述的电流采集电路，其特征在于，所述滤波模块包括：
一端作为所述滤波模块输入端的第七电阻；
一端与所述第七电阻的另一端相连的电容，所述电容的另一端接地，所述第七电阻与所述电容的连接点为所述滤波模块的输出端。
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