CN208013293U - 一种交流电流采样电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交流电流采样电路，包括可调节采样比例的调节电路以及霍尔电流传感器；所述调节电路包括运算放大器U1A、电容C1、电容C2以及电阻R1、电阻R2、电阻R6、电阻R7。运放跟随器电路的设置保证了交流电路中电压能稳定的接入调节电路，提高了交流电路中采样信号的传输性能；调节电路可实现交流电路的采样比例放大或缩小，通过电阻值的调整可根据电压范围进行随意设定，同时，采样比例的变化不会影响中值电压的大小，实现了中值电压的完全独立。

Description

一种交流电流采样电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，具体是一种交流电流采样电路。

背景技术

在整流控制器、逆变器、变频器以及电机驱动控制等需要对交流电流进行控制的领域都需要对交流电流进行采样，因此交流电流采样电路应用广泛。

交流电流采样电路的基本工作原理如下：霍尔电流传感器通过测量交流电流产生的正比于该电流的磁场，将该磁场转换为电流信号或者电压信号输出；如果是电流信号，该信号转换为电压信号后直接供后级电流采样电路处理，如果是电压信号，则该信号直接输入到后级电流采样处理电路。但是由于单片机只能采集到正电压信号，而霍尔传感器采集到的交流信号是有正有负的，为了能够采集到负半周期的信号，必须将霍尔传感器采集到的交流信号进行处理，然后单片机再将该信号进行回中处理，根据霍尔电流传感器的采集比例以及交流电流采样电路比例可以算出机器运转工作时的实时电流为多大，从而进行控制、保护、显示等功能。

目前交流电流采样电路存在的问题主要有以下几点：

1、不能兼容电压型与电流型霍尔电流传感器；

2、中值电压不能兼容3.3V与5V单片机，即中值电压不能兼容1.65V与2.5V；

3、采样比例只能放大或只能缩小，不能根据使用需求随意设定；

4、采样比例的设定会影响中值电压大小，进而影响交流电流电路的使用效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种交流电流采样电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种交流电流采样电路，包括可调节采样比例的调节电路以及霍尔电流传感器；所述调节电路包括运算放大器U1A、电容C1、电容C2以及电阻R1、电阻R2、电阻R6、电阻R7；所述运算放大器U1A的第一端为所述调节电路的输出端、第二端通过电阻R7与运算放大器U1A的第一端相连、第三端通过电阻R1与可调节输出电压的中值电压电路相连并通过电阻R2与运放跟随器电路相连，所述电容C1第二端接地、第一端与输入电压正极和运算放大器U1A正极均相连，所述电容C2第二端接地、第一端与输入电压负极和运算放大器U1A负极均相连，所述电阻R6第一端接地、第二端与电阻R7的第一端和运算放大器U1A的第二端均相连。

作为本实用新型进一步的方案：还包括可改变滤波截止频率的RC滤波电路，所述RC滤波电路包括单片机CPU、电容C3和电阻R5；所述电容C3第一端与电阻R5的第二端及单片机均相连、第二端接地，所述电阻R5的第一端与调节电路的运算放大器U1A第一端和电阻R7第二端均相连、第二端与单片机相连。

作为本实用新型进一步的方案：所述中值电压电路包括通过运算放大器U2A相连的稳压电路和分压电路、与分压电路相连的运算放大器U2B。

作为本实用新型进一步的方案：所述霍尔电流传感器为电压型霍尔电流传感器与电流型霍尔电流传感器兼容的兼容性霍尔电流传感器；霍尔电流传感器的第一端和第二端分别与电源的正极和负极相连、第三端通过电流转换电压电路或下拉电阻电路与运放跟随器电路相连、第四端接地。

作为本实用新型进一步的方案：所述稳压电路包括稳压源TL431、电阻R9、电阻R10、电阻R12及电容C6；所述电容C6的第一端与电源负极和电阻R9的第一端均相连、第二端接地，所述稳压源TL431的第一端与电阻R9的第二端和电阻R10的第一端均相连并输出电压、第二端与电阻R12的第二端相连并接地，所述电阻R12的第一端与电阻R10的第二端和稳压源TL431均相连。

作为本实用新型进一步的方案：所述分压电路包括电阻R8和电阻R11，所述电阻R11的第一端与电阻R8的第二端和第二运算放大器U2B的第一端均相连、第二端接地，所述电阻R8的第一端与运算放大器U2A的第一端和第二端均相连。

作为本实用新型进一步的方案：所述运算放大器U2A的第一端与第二端相连、第三端与稳压电路的电阻R10第一端相连，运算放大器U2A的正极与电源正极和电容C4的第一端均相连、负极与电源负极和电容C5的第一端相连，所述电容C4的第二端和电容C5的第二端接地。

作为本实用新型进一步的方案：所述运算放大器U2B的第一端与电阻R8的第二端和电阻R11的第一端均相连、第二端与第三端相连并通过电阻R1接入调节电路。

所述运放跟随器电路包括运算放大器U1B，所述运算放大器U1B的第一端与调节电路的电阻R2第一端相连、第二端与运算放大器U1B的第一端和电阻R2第一端均相连、第三端与电流转换电压电路或下拉电阻电路的输出端相连。

所述电流转换电压电路包括电阻R3，所述电阻R3的第一端与霍尔电流传感器的电流型霍尔电流传感器相连；所述下拉电阻电路包括电阻R4，所述电阻R4的第一端与霍尔电流传感器的电压型霍尔电流传感器相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、采用电压型和电流型兼容的兼容性霍尔电流传感器，电压型霍尔电流传感器输出电压通过相连的下拉电阻电路做下拉处理，使得接入电压型霍尔电流传感器，当实际电流为零时，交流电流采样电路输出为零而不是虚电压；电流型霍尔电流传感器通过相连的电流转换电压电路将输出的电流信号转化为电压，使用电压型霍尔传感器时不使用电流转换电压电路，使用电流型霍尔传感器时不使用下拉电阻电路；

2、运放跟随器电路的设置保证了交流电路中电压能稳定的接入调节电路，提高了交流电路中采样信号的传输性能；

3、调节电路可实现交流电路的采样比例放大或缩小，通过电阻值的调整可根据电压范围进行随意设定，同时，采样比例的变化不会影响中值电压的大小，实现了中值电压的完全独立；

4、中值电压电路可通过改变电阻值的大小实现稳压电路的输出电压大小的改变，并通过多个运算放大器及分压电路改变接入调节电路的中值电压值，使得中值电压可兼容3.3V单片机与5V单片机，使用效果好；

5、RC滤波电路与调节电路相连，调节电路的输出电压经RC滤波电路后输出电压不变，RC滤波电路的截止频率通过改变电阻及电容的值进行改变，保证了中值完全独立。

附图说明

图1为本实用新型除中值电压电路外的电路图。

图2为本实用新型中值电压电路的电路图。

图中：1-霍尔电流传感器、2-电流转换电压电路、3-下拉电阻电路、4-运放跟随器电路、5-调节电路、6-RC滤波电路、7-稳压电路、8-分压电路。

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。

本实用新型采用电流型霍尔电流传感器和电压型霍尔电流传感器兼容的兼容性霍尔电流传感器，使得霍尔电流传感器1的第一端和第二端分别与电源的正极和负极相连、第三端通过电流转换电压电路2或下拉电阻电路3与运放跟随器电路4相连、第四端接地，提高了采样信号的传输性能，从运放跟随器电路4输出的电压经调节电路5实现采样比例的调节，调节电路5的采样比例可根据电压范围通过调节R1、电阻R2、电阻R6及电阻R7来实现采样比例的调节，调节后的电压经RC滤波电路6电路后输出电压不变，实现了电压中值的完全独立。

请参阅图1-2，交流电流采样电路包括可调节采样比例的调节电路5以及霍尔电流传感器1，还包括可改变滤波截止频率的RC滤波电路6。

霍尔电流传感器1为电压型霍尔电流传感器与电流型霍尔电流传感器兼容的兼容性霍尔电流传感器，霍尔电流传感器1的第一端和第二端分别与电源的正极和负极相连、第三端通过电流转换电压电路2或下拉电阻电路3与运放跟随器电路4相连、第四端接地，电流转换电压电路2包括电阻R3，电阻R3的第一端与霍尔电流传感器1的电流型霍尔电流传感器相连，霍尔电流传感器1的电流型霍尔电流传感器的第一端和第二端分别与电源的正极和负极相连、第三端通过电流转换电压电路2与运放跟随器电路4相连，但霍尔电流传感器1的电流型霍尔电流传感器不与下拉电阻电路3相连，电流转换电压电路2可将霍尔电流传感器1的电流型霍尔电流传感器输出的电流信号转化为电压；下拉电阻电路3包括电阻R4，电阻R4的第一端与霍尔电流传感器1的电压型霍尔电流传感器相连，霍尔电流传感器1的电压型霍尔电流传感器通过下拉电阻电路3与运放跟随器电路4相连、第四端接地，但霍尔电流传感器1的电压型霍尔电流传感器不与电流转换电压电路2相连，下拉电阻电路3是为了保证在没有接电压型霍尔电流传感器时，交流电流采样输出为0而不是虚电压；运放跟随器电路4包括运算放大器U1B，运算放大器U1B的第一端与调节电路5的电阻R2第一端相连、第二端与运算放大器U1B的第一端和电阻R2第一端均相连、第三端与电流转换电压电路2或下拉电阻电路3的输出端相连。

中值电压电路包括通过运算放大器U2A相连的稳压电路7和分压电路8、与分压电路8相连的运算放大器U2B，稳压电路7包括稳压源TL431、电阻R9、电阻R10、电阻R12及电容C6，电容C6的第一端与电源负极和电阻R9的第一端均相连、第二端接地，稳压源TL431的第一端与电阻R9的第二端和电阻R10的第一端均相连并输出电压、第二端与电阻R12的第二端相连并接地，电阻R12的第一端与电阻R10的第二端和稳压源TL431均相连；分压电路8包括电阻R8和电阻R11，电阻R11的第一端与电阻R8的第二端和第二运算放大器U2B的第一端均相连、第二端接地，电阻R8的第一端与运算放大器U2A的第一端和第二端均相连；运算放大器U2A的第一端与第二端相连、第三端与稳压电路7的电阻R10第一端相连，运算放大器U2A的正极与电源正极和电容C4的第一端均相连、负极与电源负极和电容C5的第一端相连，电容C4的第二端和电容C5的第二端接地；运算放大器U2B的第一端与电阻R8的第二端和电阻R11的第一端均相连、第二端与第三端相连并通过电阻R1接入调节电路5，稳压电路7稳压源TL431的电压基准输出值为V_{TL431_ref}，此时，稳压电路7的电压输出为V_R，由此可知，通过改变电阻R10与电阻R12的值可以改变稳压电路7的电压输出为V_R的大小，稳压电路7输出电压VR依次经过运算放大器U2A、分压电路8及运算放大器U2B处理后输出中值电压V_REF，其中由此可知，通过改变电阻R8与电阻R11的值可以改变中值电压V_REF的值，从而实现了兼容3.3V单片机与5V单片机的中值电压，经中值电压电路处理后的中值电压接入调节电路5。

调节电路5包括运算放大器U1A、电容C1、电容C2以及电阻R1、电阻R2、电阻R6、电阻R7，运算放大器U1A的第一端为所述调节电路的输出端、第二端通过电阻R7与运算放大器U1A的第一端相连、第三端通过电阻R1与可调节输出电压的中值电压电路相连并通过电阻R2与运放跟随器电路4相连，电容C1第二端接地、第一端与输入电压正极和运算放大器U1A正极均相连，电容C2第二端接地、第一端与输入电压负极和运算放大器U1A负极均相连，电阻R6第一端接地、第二端与电阻R7的第一端和运算放大器U1A的第二端均相连。使用时，假设霍尔电流传感器1的电压型霍尔电流传感器经过下拉电阻电路3的电阻R4输出的电压为VH或霍尔电流传感器1的电流型霍尔电流传感器经过电流转换电压电路2的电阻R3输出的电压为VH，电压VH经运放跟随器电路4后输出的电压依然为VH，电压VH经调解电路时，取R6＝R2，R1＝R7时，调节电路5的输出电压为调解电路的输出电压V₀接入RC滤波电路6。

调节电路5的输出电压V₀经RC滤波电路6后输出电压依然为由此可知，交流电流采样电路实现了中值完全独立，通过调节电阻R1、电阻R2、电阻R6及电阻R7的数值可改变采样电路的采样比例，根据电压范围来调整采样比例使其满足使用需求。RC滤波电路6包括单片机CPU、电容C3和电阻R5，电容C3第一端与电阻R5的第二端及单片机均相连、第二端接地，电阻R5的第一端与调节电路5的运算放大器U1A第一端和电阻R7第二端均相连、第二端与单片机相连。RC滤波电路6为低通滤波器，RC滤波电路6的截止频率为f，由此可知，通过改变电阻R5与电容C3的值可改变滤波截止频率，通过RC滤波电路6可有效除去噪声等不需要的高频率滤波器，提高了RC滤波电路6的使用效果。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种交流电流采样电路，其特征在于：包括可调节采样比例的调节电路(5)以及霍尔电流传感器(1)；所述调节电路(5)包括运算放大器U1A、电容C1、电容C2以及电阻R1、电阻R2、电阻R6、电阻R7；所述运算放大器U1A的第一端为所述调节电路的输出端、第二端通过电阻R7与运算放大器U1A的第一端相连、第三端通过电阻R1与可调节输出电压的中值电压电路相连并通过电阻R2与运放跟随器电路(4)相连，所述电容C1第二端接地、第一端与输入电压正极和运算放大器U1A正极均相连，所述电容C2第二端接地、第一端与输入电压负极和运算放大器U1A负极均相连，所述电阻R6第一端接地、第二端与电阻R7的第一端和运算放大器U1A的第二端均相连。

2.根据权利要求1所述的交流电流采样电路，其特征在于：还包括可改变滤波截止频率的RC滤波电路(6)，所述RC滤波电路(6)包括单片机CPU、电容C3和电阻R5；所述电容C3第一端与电阻R5的第二端及单片机均相连、第二端接地，所述电阻R5的第一端与调节电路(5)的运算放大器U1A第一端和电阻R7第二端均相连、第二端与单片机相连。

3.根据权利要求1所述的交流电流采样电路，其特征在于：所述中值电压电路包括通过运算放大器U2A相连的稳压电路(7)和分压电路(8)、与分压电路(8)相连的运算放大器U2B。

4.根据权利要求1所述的交流电流采样电路，其特征在于：所述霍尔电流传感器(1)为电压型霍尔电流传感器与电流型霍尔电流传感器兼容的兼容性霍尔电流传感器；霍尔电流传感器(1)的第一端和第二端分别与电源的正极和负极相连、第三端通过电流转换电压电路(2)或下拉电阻电路(3)与运放跟随器电路(4)相连、第四端接地。

5.根据权利要求3所述的交流电流采样电路，其特征在于：所述稳压电路(7)包括稳压源TL431、电阻R9、电阻R10、电阻R12及电容C6；所述电容C6的第一端与电源负极和电阻R9的第一端均相连、第二端接地，所述稳压源TL431的第一端与电阻R9的第二端和电阻R10的第一端均相连并输出电压、第二端与电阻R12的第二端相连并接地，所述电阻R12的第一端与电阻R10的第二端和稳压源TL431均相连。

6.根据权利要求3所述的交流电流采样电路，其特征在于：所述分压电路(8)包括电阻R8和电阻R11，所述电阻R11的第一端与电阻R8的第二端和第二运算放大器U2B的第一端均相连、第二端接地，所述电阻R8的第一端与运算放大器U2A的第一端和第二端均相连。

7.根据权利要求3或6所述的交流电流采样电路，其特征在于：所述运算放大器U2A的第一端与第二端相连、第三端与稳压电路(7)的电阻R10第一端相连，运算放大器U2A的正极与电源正极和电容C4的第一端均相连、负极与电源负极和电容C5的第一端相连，所述电容C4的第二端和电容C5的第二端接地。

8.根据权利要求3或6所述的交流电流采样电路，其特征在于：所述运算放大器U2B的第一端与电阻R8的第二端和电阻R11的第一端均相连、第二端与第三端相连并通过电阻R1接入调节电路(5)。

9.根据权利要求1或4所述的交流电流采样电路，其特征在于：所述运放跟随器电路(4)包括运算放大器U1B，所述运算放大器U1B的第一端与调节电路(5)的电阻R2第一端相连、第二端与运算放大器U1B的第一端和电阻R2第一端均相连、第三端与电流转换电压电路(2)或下拉电阻电路(3)的输出端相连。

10.根据权利要求9所述的交流电流采样电路，其特征在于：所述电流转换电压电路(2)包括电阻R3，所述电阻R3的第一端与霍尔电流传感器(1)的电流型霍尔电流传感器相连；所述下拉电阻电路(3)包括电阻R4，所述电阻R4的第一端与霍尔电流传感器(1)的电压型霍尔电流传感器相连。