CN205749663U - 一种电流监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电学领域，尤其涉及一种电流监测装置，装置包括恒流源电路、电流采样电路、电流放大电路、处理器模块以及数据传送模块，电流采样电路利用第一霍尔元件和第二霍尔元件对被监测电流的采样，并输出相应的电信号，这个电流信号反映被监测电流的大小，此电信号经电流放大电路放大，由处理器模块处理后转换成数字信号经数据传送模块传输出去，能够使信号远距离传输。
Description
技术领域
本实用新型涉及电学领域，尤其涉及一种电流监测装置。
背景技术
传感器是将各种参量送入计算机系统，进行智能监测、控制的最前端。随着科技的发展，数字化、网络化传感器应用日益广泛，以其传统方式不可比拟的优势渐渐成为技术的趋势和主流。
近年来，新一代功率半导体器件大量进入电力电子、交流变频调速、逆变装置及开关电源等领域。霍尔电流、电压传感器是近十几年发展起来的测量控制电流、电压的新一代工业用电量传感器，是一种新型的高性能电气检测元件。
然而，目前的电流传感器测量输出的信号往往是模拟信号，使得信号传输范围窄。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种电流监测装置，旨在解决现有的电流传感器的传输不广问题。
本实用新型提供了一种电流监测装置，包括：恒流源电路、电流采样电路、电流放大电路、处理器模块以及数据传送模块；
处理器模块与恒流源电路连接，恒流源电路还与电流采样电路连接，电流采样电路与电流放大电路连接，处理器模块用于控制恒流源电路给电流采样电路供电；
电流采样电路包括第一霍尔元件和第二霍尔元件，电流采样电路利用第一霍尔元件和第二霍尔元件对被监测电流的采样，并输出相应的电信号；
电流放大电路与电流采样电路和处理器模块连接，电流放大电路将电信号放大处理后传送给处理器模块，处理器模块将放大的电信号转换成数字信号；
处理器模块还与数据传送模块连接，数据传送模块将所述数字信号传送出去。
进一步地，恒流源电路包括：运算放大器U1、NPN三极管Q1、电容C4、电容C5、电容C6、电容C8、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10；
电阻R9的一端接地，电阻R9的另一端与运算放大器U1的第一引脚相连，运算放大器U1的第一引脚还与电容C6相连，电容C6的另一端分别与运算放大器U1的第三引脚和NPN三极管Q1的基极相连，运算放大器U1的第一引脚还与电阻R8的一端相连，所述电阻R8的另一端与所述NPN三极管Q1的发射极相连，NPN三极管Q1的发射极还通过所述电阻R10与所述第二霍尔元件的第一引脚相连；
电阻R6的一端通过电容C5接地，电阻R6的另一端与运算放大器U1的第二引脚相连，运算放大器U1的第二引脚还通过电阻R7与所述第二霍尔元件的第一引脚相连；
NPN三极管Q1的集电极与外部十二伏电压相连，NPN三极管Q1的集电极通过串联电容C4接地，NPN三极管Q1的集电极还通过串联电容C8接地。
进一步地，电流采样电路还包括电容C7、电阻R1、电阻R2；
第一霍尔元件的第一引脚、第二引脚、第三引脚以及第四引脚分别与第二霍尔元件的第一引脚、第二引脚、第三引脚以及第四引脚对应相连；
第二霍尔元件的第一引脚还通过串联电容C7接地，第二霍尔元件的第三引脚接地，第二霍尔元件的第二引脚与电阻R1的一端相连，第二霍尔元件的第四引脚与电阻R2的一端相连。
进一步地，电流放大电路包括运算放大器U2、电容C1、电容C3、电容C9、电阻R3、电阻R4、电阻R5；
运算放大器U2的第三引脚与电阻R1的另一端相连，运算放大器U2的第三引脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与电容C3的一端和外部二点五伏电压相连，电容C3的另一端接地，运算放大器U2的第二引脚与电阻R2的另一端相连，电阻R4和电容C1并联后，再连接在运算放大器U2的第二引脚和运算放大器U2的第一引脚的两端，运算放大器U2的第一引脚通过串联电容C9接地，运算放大器U2的第一引脚还通过串联电阻R5接地。
进一步地，处理器模块包括型号为STC12C5A60S2的单片机U1，电阻R6的一端与单片机U1的第十三引脚相连，运算放大器U2的第一引脚与单片机U1的第四十引脚相连。
进一步地，处理器模块还包括模数转换器，模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号。
进一步地，数据传送模块采用型号为ADM2484EBRWZ收发器U3，收发器U3的第一引脚与五伏电压相连，收发器U3的第二引脚和第八引脚接地，收发器U3的第三引脚与单片机U1的第五引脚相连，收发器U3的第四引脚与单片机U1的第二引脚相连，收发器U3的第五引脚与单片机U1的第三引脚相连，收发器U3的第六引脚与单片机U1的第七引脚相连，收发器U3的第九引脚、第十五引脚以及第十六引脚与外部三点三伏电压相连，收发器U3的第十一引脚与自恢复保险丝P5相连，收发器U3的第十二引脚与自恢复保险丝P4相连，收发器U3的第十三引脚与自恢复保险丝P3相连，收发器U3的第十四引脚与自恢复保险丝P2相连。
进一步地，电流传感器还包括数据接收模块，数据接收模块采用型号为ADM2484EBRWZ收发器U4，收发器U4的第一引脚与五伏电压相连，收发器U4的第二引脚和第八引脚接地，收发器U4的第三引脚与单片机U1的第四十二引脚相连，收发器U4的第四引脚与单片机U1的第四十一引脚相连，收发器U4的第五引脚与单片机U1的第四十四引脚相连，收发器U4的第六引脚与单片机U1的第四十三引脚相连，收发器U4的第九引脚、第十五引脚以及第十六引脚与外部三点三伏电压相连，收发器U4的第十一引脚与自恢复保险丝P9相连，收发器U3的第十二引脚与自恢复保险丝P8相连，收发器U4的第十三引脚与自恢复保险丝P7相连，收发器U4的第十四引脚与自恢复保险丝P6相连。
本实用新型的有益效果:电流采样电路采集原边电流，并相应地输出一个电信号输送给电流放大电路，电信号经电流放大电路放大，由处理器模块处理后将电信号转换成数字信号经数据传送模块传输出去，能够使信号远距离传输。
附图说明
图1为本实用新型一实施例中电流传感器的结构示意图；
图2为本实用新型一实施例中电流传感器的恒流源电路的电路图；
图3为本实用新型一实施例中电流传感器的电流采样电路的电路图；
图4为本实用新型一实施例中电流传感器的电流放大电路的电路图；
图5为本实用新型一实施例中电流传感器的单片机U1的电路连接示意图；
图6为本实用新型一实施例中电流传感器的U3的电路连接示意图；
图7为本实用新型一实施例中电流传感器的U4的电路连接示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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说明。
图1为本实用新型一实施例中电流传感器的结构示意图。参考图1，本实用新型实施例提供了一种电流监测装置，包括：恒流源电路100、电流采样电路200、电流放大电路300、处理器模块400以及数据传送模块500；
处理器模块400与恒流源电路100连接，恒流源电路100还与电流采样电路200连接，电流采样电路200与电流放大电路300连接，处理器模块400用于控制恒流源电路100给电流采样电路200供电；
电流采样电路200包括第一霍尔元件和第二霍尔元件，电流采样电路利用第一霍尔元件和第二霍尔元件对电流的采样，并输出相应的电信号。霍尔元件工作的原理：当被监测的原边电流IP产生的磁感应通被高品质磁芯聚集在磁路中时，霍尔元件固定在很小的气隙中，对原边电流IP磁感应强度进行线性检测，同时在电流采样电路200中输出一个与检测磁感应强度相应的电信号，输出的电信号大小反映着检测磁感应强度大小，而磁感应强度大小反映着被监测的原边电流IP的大小，因此这个输出电信号按一定比例放大能够真实的反应被监测原边电流Ip的大小。
电流放大电路300与电流采样电路200和处理器模块400连接，电流放大电路300将模拟信号放大处理后传送给处理器模块400，处理器模块400将放大的模拟信号转换成数字信号；
处理器模块400还与数据传送模块500连接，数据传送模块500将数字信号传送出去；
处理器模块400还与数据接收模块600连接，数据接收模块600用于接收外部数据信息。
处理器模块400通过脉宽调制控制恒流源电路100给电流采样电路200供电，可使电流采样电路200得到一个恒定的电流；电流采样电路200中的霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，用它们可以检测磁场及其变化，并输出一个模拟电流信号，这个电流信号反映检测磁场的大小，此模拟电流信号经电流放大电路放大，由处理器模块400处理后转换成数字信号经数据传送模块500传输出去，能够使信号远距离传输。
图2为本实用新型一实施例中电流传感器的恒流源电路的电路图，参考图2，恒流源电路100包括：运算放大器U1、NPN三极管Q1、电容C4、电容C5、电容C6、电容C8、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10；
电阻R9的一端接地，电阻R9的另一端与运算放大器U1的第一引脚相连，运算放大器U1的第一引脚还与电容C6相连，电容C6的另一端分别与运算放大器U1的第三引脚和NPN三极管Q1的基极相连，运算放大器U1的第一引脚还与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与所述NPN三极管Q1的发射极相连，NPN三极管Q1的发射极还通过电阻R10与第二霍尔元件的第一引脚相连；
电阻R6的一端通过电容C5接地，电阻R6的另一端与运算放大器U1的第二引脚相连，运算放大器U1的第二引脚还通过电阻R7与第二霍尔元件的第一引脚相连；
NPN三极管Q1的集电极与外部十二伏电压相连，NPN三极管Q1的集电极通过串联电容C4接地，NPN三极管Q1的集电极还通过串联电容C8接地。
恒流源电路100中电阻R10作为取样电阻，它两端的电压经电阻R7、电阻R8反馈送入运算放大器，再控制三极管Q1导通，使电阻R10有一个恒定的电流流过，给电流采样电路供电。
图3为本实用新型一实施例中电流传感器的电流采样电路的电路图，参考图3，电流采样电路200还包括电容C7、电阻R1、电阻R2，第一霍尔元件的第一引脚、第二引脚、第三引脚以及第四引脚分别与所述第二霍尔元件的第一引脚、第二引脚、第三引脚以及第四引脚对应相连；
第二霍尔元件的第一引脚还通过串联电容C7接地，第二霍尔元件的第三引脚接地，第二霍尔元件的第二引脚与电阻R1的一端相连，第二霍尔元件的第四引脚与电阻R2的一端相连。
电流采样电路200中采用两个霍尔元件设置在不同的位置，能够解决被测电流因导线位置的改变对磁场的影响，检测更精准。
图4为本实用新型一实施例中电流传感器的电流放大电路的电路图，参考图4，电流放大电路300包括运算放大器U2、电容C1、电容C3、电容C9、电阻R3、电阻R4、电阻R5；
运算放大器U2的第三引脚与电阻R1的另一端相连，运算放大器U2的第三引脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与电容C3的一端和外部二点五伏电压相连，电容C3的另一端接地，运算放大器U2的第二引脚与电阻R2的另一端相连，电阻R4和电容C1并联后，再连接在运算放大器U2的第二引脚和运算放大器U2的第一引脚的两端，运算放大器U2的第一引脚通过串联电容C9接地，运算放大器U2的第一引脚还通过串联电阻R5接地。
电流放大电路300把霍尔元件输出的小电流信号放大得到大电流信号。
图5为本实用新型一实施例中电流传感器的单片机U1的电路连接示意图，参考图5，处理器模块400包括型号为STC12C5A60S2单片机U1，电阻R6的一端与单片机U1的第十三引脚相连，运算放大器U2的第一引脚与单片机U1的第四十引脚相连。
优选地，处理器模块400还包括模数转换器，模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号。
图6为本实用新型一实施例中电流传感器的U3的电路连接示意图，参考图6，数据传送模块500采用型号为ADM2484EBRWZ收发器U3，收发器U3的第一引脚与五伏电压相连，收发器U3的第二引脚和第八引脚接地，收发器U3的第三引脚与单片机U1的第五引脚相连，收发器U3的第四引脚与单片机U1的第二引脚相连，收发器U3的第五引脚与单片机U1的第三引脚相连，收发器U3的第六引脚与单片机U1的第七引脚相连，收发器U3的第九引脚、第十五引脚以及第十六引脚与外部三点三伏电压相连，收发器U3的第十一引脚与自恢复保险丝P5相连，收发器U3的第十二引脚与自恢复保险丝P4相连，所述收发器U3的第十三引脚与自恢复保险丝P3相连，收发器U3的第十四引脚与自恢复保险丝P2相连。
图7为本实用新型一实施例中电流传感器的U4的电路连接示意图，参考图7，数据接收模块600采用型号为ADM2484EBRWZ收发器U4，收发器U4的第一引脚与五伏电压相连，收发器U4的第二引脚和第八引脚接地，收发器U4的第三引脚与单片机U1的第四十二引脚相连，收发器U4的第四引脚与单片机U1的第四十一引脚相连，收发器U4的第五引脚与单片机U1的第四十四引脚相连，收发器U4的第六引脚与单片机U1的第四十三引脚相连，收发器U4的第九引脚、第十五引脚以及第十六引脚与外部三点三伏电压相连，收发器U4的第十一引脚与自恢复保险丝P9相连，收发器U3的第十二引脚与自恢复保险丝P8相连，收发器U4的第十三引脚与自恢复保险丝P7相连，收发器U4的第十四引脚与自恢复保险丝P6相连。
单片机U1控制收发器U3、收发器U4将数字信号通过通讯网络发送出去,并且收发器U3、收发器U4都连接着自恢复保险丝，自恢复保险丝具有过流过热保护，自动恢复双重功能。
本实用新型实施例提供的一个或多个技术方案，至少有以下技术效果：
1)电流采样电路200采集原边电流，并相应地输出一个电信号输送给电流放大电路300，电信号经电流放大电路300放大，由处理器模块400处理后将电信号转换成数字信号经数据传送模块500传输出去，能够使信号远距离传输。
2)恒流源电路100中电阻R10作为取样电阻，它两端的电压经电阻R7、电阻R8反馈送入运算放大器，再控制三极管Q1导通，使电阻R10有一个恒定的电流流过，给电流采样电路200供电。
3)电流采样电路200中采用两个霍尔元件设置在不同的位置，能够解决被测电流因导线位置的改变对磁场的影响，检测更精准。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电流监测装置，其特征在于，包括：恒流源电路、电流采样电路、电流放大电路、处理器模块以及数据传送模块；
所述处理器模块与所述恒流源电路连接，所述恒流源电路还与所述电流采样电路连接，所述电流采样电路与所述电流放大电路连接，所述处理器模块用于控制所述恒流源电路给所述电流采样电路供电；
所述电流采样电路包括第一霍尔元件和第二霍尔元件，所述电流采样电路利用第一霍尔元件和第二霍尔元件对被监测电流的采样，并输出相应的电信号；
所述电流放大电路与所述电流采样电路和所述处理器模块连接，所述电流放大电路将所述电信号放大处理后传送给所述处理器模块，所述处理器模块将放大的电信号转换成数字信号；
所述处理器模块还与所述数据传送模块连接，所述数据传送模块将所述数字信号传送出去。
2.根据权利要求1所述的一种电流监测装置，其特征在于，所述恒流源电路包括：运算放大器U1、NPN三极管Q1、电容C4、电容C5、电容C6、电容C8、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10；
所述电阻R9的一端接地，所述电阻R9的另一端与所述运算放大器U1的第一引脚相连，所述运算放大器U1的第一引脚还与所述电容C6相连，所述电容C6的另一端分别与所述运算放大器U1的第三引脚和所述NPN三极管Q1的基极相连，所述运算放大器U1的第一引脚还与所述电阻R8的一端相连，所述电阻R8的另一端与所述NPN三极管Q1的发射极相连，所述NPN三极管Q1的发射极还通过所述电阻R10与所述第二霍尔元件的第一引脚相连；
所述电阻R6的一端通过电容C5接地，所述电阻R6的另一端与所述运算放 大器U1的第二引脚相连，所述运算放大器U1的第二引脚还通过电阻R7与所述第二霍尔元件的第一引脚相连；
所述NPN三极管Q1的集电极与外部十二伏电压相连，所述NPN三极管Q1的集电极通过串联电容C4接地，所述NPN三极管Q1的集电极还通过串联电容C8接地。
3.根据权利要求2所述的一种电流监测装置，其特征在于，所述电流采样电路还包括电容C7、电阻R1、电阻R2；
所述第一霍尔元件的第一引脚、第二引脚、第三引脚以及第四引脚分别与所述第二霍尔元件的第一引脚、第二引脚、第三引脚以及第四引脚对应相连；
所述第二霍尔元件的第一引脚还通过串联电容C7接地，所述第二霍尔元件的第三引脚接地，所述第二霍尔元件的第二引脚与所述电阻R1的一端相连，所述第二霍尔元件的第四引脚与所述电阻R2的一端相连。
4.根据权利要求3所述的一种电流监测装置，其特征在于，所述电流放大电路包括运算放大器U2、电容C1、电容C3、电容C9、电阻R3、电阻R4、电阻R5；
所述运算放大器U2的第三引脚与所述电阻R1的另一端相连，所述运算放大器U2的第三引脚与所述电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与所述电容C3的一端和外部二点五伏电压相连，所述电容C3的另一端接地，所述运算放大器U2的第二引脚与所述电阻R2的另一端相连，所述电阻R4和所述电容C1并联后，再连接在运算放大器U2的第二引脚和运算放大器U2的第一引脚的两端，所述运算放大器U2的第一引脚通过串联所述电容C9接地，所述运算放大器U2的第一引脚还通过串联所述电阻R5接地。
5.根据权利要求4所述的一种电流监测装置，其特征在于，所述处理器模 块包括型号为STC12C5A60S2的单片机U1，所述电阻R6的一端与单片机U1的第十三引脚相连，所述运算放大器U2的第一引脚与单片机U1的第四十引脚相连。
6.根据权利要求5所述的一种电流监测装置，其特征在于，所述处理器模块还包括模数转换器，所述模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号。
7.根据权利要求5所述的一种电流监测装置，其特征在于，所述数据传送模块采用型号为ADM2484EBRWZ收发器U3，所述收发器U3的第一引脚与五伏电压相连，所述收发器U3的第二引脚和第八引脚接地，所述收发器U3的第三引脚与单片机U1的第五引脚相连，所述收发器U3的第四引脚与单片机U1的第二引脚相连，所述收发器U3的第五引脚与单片机U1的第三引脚相连，所述收发器U3的第六引脚与单片机U1的第七引脚相连，所述收发器U3的第九引脚、第十五引脚以及第十六引脚与外部三点三伏电压相连，所述收发器U3的第十一引脚与自恢复保险丝P5相连，所述收发器U3的第十二引脚与自恢复保险丝P4相连，所述收发器U3的第十三引脚与自恢复保险丝P3相连，所述收发器U3的第十四引脚与自恢复保险丝P2相连。
8.根据权利要求5所述的一种电流监测装置，其特征在于，所述电流传感器还包括数据接收模块，所述数据接收模块采用型号为ADM2484EBRWZ收发器U4，所述收发器U4的第一引脚与五伏电压相连，所述收发器U4的第二引脚和第八引脚接地，所述收发器U4的第三引脚与单片机U1的第四十二引脚相连，所述收发器U4的第四引脚与单片机U1的第四十一引脚相连，所述收发器U4的第五引脚与单片机U1的第四十四引脚相连，所述收发器U4的第六引脚与单片机U1的第四十三引脚相连，所述收发器U4的第九引脚、第十五引脚以及第十六引脚与外部三点三伏电压相连，所述收发器U4的第十一引脚与自恢复保险丝P9相连，所述收发器U3的第十二引脚与自恢复保险丝P8相连，所述收发器U4的第 十三引脚与自恢复保险丝P7相连，所述收发器U4的第十四引脚与自恢复保险丝P6相连。
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Cited By (2)
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| CN107066067A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-08-18 | 郑州云海信息技术有限公司 | 一种板卡过流保护系统、方法、可读介质及存储控制器 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |