CN210071933U - 一种信号采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种信号采样电路，适用于开环霍尔电流采样，包括霍尔传感器、调理电路和微控制单元，还包括电压采样单元；其中：霍尔传感器的输出端连接到调理电路的输入端，并向调理电路输出与待测电流对应的检测电压；调理电路用于对输入端电压进行滤波和电压转换处理，且调理电路的输出端连接到微控制单元的第一输入端；电压采样单元用于采样霍尔传感器的供电电源的电压，电压采样单元连接到微控制单元的第二输入端，且微控制单元根据第二输入端信号对第一输入端信号进行校正。本实用新型通过增加霍尔传感器的供电电源的电压采样单元，提高了电流采样电路的精度，该电路简单、成本低、易实现。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及电子技术领域，更具体地说，涉及一种信号采样电路。
背景技术
在电子系统中，信号采样方案往往是不可缺少的，例如电流采样、电压采样等，用于实现闭环控制和保护等。
信号采样有多种方法，开环霍尔采样、闭环霍尔采样、电阻采样等。其中开环霍尔方案以其成本低，可处理较大输入信号的优势成为电子系统应用中信号采样的常用方案。
如图1所示，现有的开环霍尔信号采样电路一般包括霍尔11+调理电路12，霍尔11可实现原副边的隔离，将电流直接转换为低压侧电压，后级调理电路12再进行滤波、电压转换等处理送入MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)13的模数转换单元(ADC)。
现有的开环霍尔信号采样电路中霍尔本身的精度受霍尔供电电源VCC以及MCU的ADC基准电压Vref影响非常大，尤其是小电流段，而霍尔供电电源VCC精度以及ADC基准电压Vref精度往往受限于成本和系统架构而较难提高。此外，霍尔供电电源VCC和ADC基准电压Vref误差又会随温度而变化，而温度带来的误差是较难校正的。综上影响，最终导致电流采样误差较大。电流采样误差会直接引起控制和保护的误差，对系统造成不利影响。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种信号采样电路，旨在解决在现有开环霍尔信号采样电路中，电流采样误差较大的问题。
本实用新型实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种信号采样电路，所述信号采样电路，适用于开环霍尔电流采样，包括霍尔传感器、调理电路和微控制单元，所述信号采样电路还包括电压采样单元；其中：
所述霍尔传感器的输出端连接到所述调理电路的输入端，并向所述调理电路输出与待测电流对应的检测电压；
所述调理电路，用于对输入端电压进行滤波和电压转换处理，且所述调理电路的输出端连接到所述微控制单元的第一输入端；
所述电压采样单元，用于采样所述霍尔传感器的供电电源的电压，所述电压采样单元的输入端连接到所述霍尔传感器的供电电源，所述电压采样单元的输出端连接到所述微控制单元的第二输入端，且所述微控制单元根据所述第二输入端信号对第一输入端信号进行校正。
在本实用新型实施例所述的信号采样电路中，所述电压采样单元包括第一电阻和第二电阻；其中：所述第一电阻的第一端连接到所述霍尔传感器的供电电源，所述第二电阻的第一端连接到参考地，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第二端的连接点连接到所述微控制单元的第二输入端。
在本实用新型实施例所述的信号采样电路中，所述微控制单元包括第一模数转换单元，所述第一模数转换单元的输入端连接到所述微控制单元的第一输入端，并用于对所述调理电路输出的电压进行模数转换。
在本实用新型实施例所述的信号采样电路中，所述微控制单元包括第二模数转换单元，所述第二模数转换单元的输入端连接到所述微控制单元的第二输入端，并用于对所述电压采样单元输出的电压进行模数转换。
在本实用新型实施例所述的信号采样电路中，所述微控制单元包括校正单元，所述校正单元分别连接到所述第一模数转换单元的输出端和所述第二模数转换单元的输出端，并用于根据所述第二模数转换单元输出的第二电压对所述第一模数转换单元输出的第一电压进行校正。
在本实用新型实施例所述的信号采样电路中，所述信号采样电路包括第一基准电压产生单元，所述第一基准电压产生单元的输入端连接到第一供电电压，所述第一基准电压产生单元的输出端分别连接到所述第一模数转换单元和所述第二模数转换单元，所述第一基准电压产生单元根据所述第一供电电压产生所述第一模数转换单元和所述第二模数转换单元的共用基准电压，并将所述共用基准电压分别输出到所述第一模数转换单元和所述第二模数转换单元。
在本实用新型实施例所述的信号采样电路中，所述第一基准电压产生单元位于所述微控制单元的内部或者外部。
在本实用新型实施例所述的信号采样电路中，所述信号采样电路包括相互连接的第二基准电压产生单元和第三基准电压产生单元；其中，所述第二基准电压产生单元的输入端连接到第二供电电压，所述第二基准电压产生单元的输出端连接到所述第一模数转换单元，所述第二基准电压产生单元根据所述第二供电电压产生所述第一模数转换单元的基准电压，并将所述第一模数转换单元的基准电压输出到所述第一模数转换单元；所述第三基准电压产生单元的输入端连接到第三供电电压，所述第三基准电压产生单元的输出端连接到所述第二模数转换单元，所述第三基准电压产生单元根据所述第三供电电压产生所述第二模数转换单元的基准电压，并将所述第二模数转换单元的基准电压输出到所述第二模数转换单元。
在本实用新型实施例所述的信号采样电路中，所述第二基准电压产生单元和第三基准电压产生单元位于所述微控制单元的内部或者外部。
本实用新型实施例的信号采样电路具有以下技术效果：通过增加霍尔传感器的供电电源的电压采样单元，提高了电流采样电路的精度，该电路简单、成本低、易实现。
附图说明
图1是现有的开环霍尔信号采样电路示意图；
图2是本实用新型提供的信号采样电路第一实施例示意图；
图3是开环霍尔电流传感器工作原理示意图；
图4是本实用新型提供的信号采样电路第二实施例示意图；
图5是本实用新型提供的信号采样电路第三实施例示意图；
图6是本实用新型提供的信号采样电路第四实施例示意图；
图7是本实用新型提供的信号采样电路第五实施例示意图。
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，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图2所示，是本实用新型提供的信号采样电路第一实施例示意图，该信号采样电路适用于开环霍尔电流采样，具体包括霍尔传感器(HALL)21、调理电路22和微控制单元(MCU)23，特别地，本实用新型实施例提供的信号采样电路还包括电压采样单元24；其中：
霍尔传感器21的输出端连接到调理电路22的输入端，并向调理电路22输出与待测电流对应的检测电压。霍尔传感器21采用开环霍尔电流传感器，开环式霍尔电流传感器也称：直放式霍尔电流传感器、直检式霍尔电流传感器等。如图3所示，开环式霍尔电流传感器包括磁芯211和霍尔元件212，磁芯211有一开口气隙，霍尔元件212放置于气隙处。当原边导体流过电流IP时，在导体周围产生磁场强度与电流大小成正比的磁场，磁芯211将磁力线集聚至气隙处，霍尔元件212输出与气隙处磁感应强度成正比的电压信号。
调理电路22，用于对输入端电压(即霍尔传感器21输出的与待测电流对应的检测电压)进行滤波和电压转换处理，且调理电路22的输出端连接到微控制单元23的第一输入端。如图3所示，调理电路22可包括放大电路221，放大电路221将霍尔元件212输出与气隙处磁感应强度成正比的电压信号放大输出，该类传感器通常输出0～5V的电压信号，也有部分传感器为了增强电磁兼容性，变换为电流信号输出。
电压采样单元24，用于采样霍尔传感器21的供电电源Vcc的电压，电压采样单元24的输入端连接到霍尔传感器21的供电电源Vcc，电压采样单元24的输出端连接到微控制单元23的第二输入端，且微控制单元23根据第二输入端信号对第一输入端信号进行校正。微控制单元23对第一输入端信号的校正算法可采用通用算法或专用算法。
本实用新型实施例提供的信号采样电路通过增加霍尔传感器21的供电电源Vcc的电压采样单元，提高了电流采样电路的精度，该电路简单、成本低、易实现。
具体地，如图4所示，是本实用新型提供的信号采样电路第二实施例示意图，上述电压采样单元24可通过电阻分压方式对霍尔传感器21的供电电源Vcc进行采样，该电压采样单元24可包括第一电阻R1和第二电阻R2；其中：第一电阻R1的第一端连接到霍尔传感器21的供电电源Vcc，第二电阻R2的第一端连接到参考地，第一电阻R1的第二端和第二电阻R2的第二端的连接点连接到微控制单元23的第二输入端。第一电阻和第二电阻可根据需求选择精度，一般可选择0.1％～1％精度规格，本实用新型实施例提供的电阻可选精度范围广，电阻精度越高，校正精度越高。
本实用新型实施例提供的电压采样单元24采用电阻分压方式，电路简单、成本低、易实现。
上述微控制单元23包括第一模数转换单元231，第一模数转换单元231的输入端连接到微控制单元的第一输入端，并用于对调理电路22输出的电压进行模数转换。
上述微控制单元23包括第二模数转换单元232，第二模数转换单元232的输入端连接到微控制单元23的第二输入端，并用于对电压采样单元24输出的电压进行模数转换。
上述微控制单元23包括校正单元233，校正单元233分别连接到第一模数转换单元231的输出端和第二模数转换单元232的输出端，并用于根据第二模数转换单元232输出的第二电压对第一模数转换单元231输出的第一电压进行校正。
本实用新型实施例提供的信号采样电路的第一模数转换单元231和第二模数转换单元232共用基准电压，或不共用基准电压，但二者的基准电压之间存在相对固定的公式关系或二者的基准电压之间偏差较小。
具体地，可通过以下方式实现。上述信号采样电路包括第一基准电压产生单元(位于微控制单元23的内部)，第一基准电压产生单元的输入端连接到第一供电电压，第一基准电压产生单元的输出端分别连接到第一模数转换单元231和第二模数转换单元232，第一基准电压产生单元根据第一供电电压产生第一模数转换单元231和第二模数转换单元232的共用基准电压，并将共用基准电压分别输出到第一模数转换单元231和第二模数转换单元232。
如图5所示，是本实用新型提供的信号采样电路第三实施例示意图，第一基准电压产生单元位于微控制单元23的外部。
或如图6所示，是本实用新型提供的信号采样电路第四实施例示意图，上述信号采样电路包括相互连接的第二基准电压产生单元和第三基准电压产生单元(都位于微控制单元23的内部)；其中，第二基准电压产生单元的输入端连接到第二供电电压，第二基准电压产生单元的输出端连接到第一模数转换单元231，第二基准电压产生单元根据第二供电电压产生第一模数转换单元231的基准电压，并将第一模数转换单元231的基准电压输出到第一模数转换单元231；第三基准电压产生单元的输入端连接到第三供电电压，第三基准电压产生单元的输出端连接到第二模数转换单元232，第三基准电压产生单元根据第三供电电压产生第二模数转换单元232的基准电压，并将第二模数转换单元232的基准电压输出到第二模数转换单元232。
如图7所示，是本实用新型提供的信号采样电路第五实施例示意图，第二基准电压产生单元和第三基准电压产生单元都位于微控制单元23的外部。
具体地校正过程分析如下：在原霍尔采样公式中存在霍尔传感器21的供电电源Vcc和模数转换单元的基准电压Vref的比例系数Vcc/Vref，该系数记为k(k＝Vcc/Vref，微控制单元23通过读取k值，反推获得霍尔传感器21的采样电流值)，k的理想值记为k_ideal(理想值是已知量)，真实值记为k_real，因k_real和k_ideal之间的误差造成了电流采样的误差。
本实用新型实施例提供的信号采样电路的微控制单元23根据第二模数转换单元232输出的第二电压获得霍尔传感器21的供电电源Vcc和第二模数转换单元232的基准电压的真实值的比例关系，记为k_real*△δ，其中△δ是霍尔传感器21的供电电源Vcc的电压采样电路24的误差。
若霍尔传感器21的供电电源Vcc的电压采样电路24的误差为0(△δ＝1)，电压采样电路24得到的就是准确的k_real，通过与第一模数转换单元231输出的第一电压进行比较分析，从而得到原霍尔传感器采样中(即第一模数转换单元231输出的第一电压)的误差，进而对原霍尔采样公式进行校正。
但实际的霍尔传感器21的供电电源Vcc的电压采样电路24中存在误差△δ，也即微控制单元23得到的是k_real*△δ而非k_real，利用该值进行校正，将原公式中k的误差转移为误差△δ，虽然增加了△δ，但误差△δ相比原来k中存在的误差，前者可控性更高。减小误差△δ(即提高霍尔传感器21的供电电源Vcc的电压采样电路24的精度)，比直接减小k的误差更容易实现，且成本可以更低。
本实用新型实施例提供的信号采样电路采用了电阻分压的形式，成本低、易实现，且电阻可选精度范围广，相比较于直接提高霍尔传感器21的供电电源Vcc精度和ADC基准电压精度(即减小k的误差)而言，该信号采样电路是一种性价比较高的高精度信号采样方案。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种信号采样电路，适用于开环霍尔电流采样，包括霍尔传感器、调理电路和微控制单元，其特征在于，所述信号采样电路还包括电压采样单元；其中：
所述霍尔传感器的输出端连接到所述调理电路的输入端，并向所述调理电路输出与待测电流对应的检测电压；
所述调理电路，用于对输入端电压进行滤波和电压转换处理，且所述调理电路的输出端连接到所述微控制单元的第一输入端；
所述电压采样单元，用于采样所述霍尔传感器的供电电源的电压，所述电压采样单元的输入端连接到所述霍尔传感器的供电电源，所述电压采样单元的输出端连接到所述微控制单元的第二输入端，且所述微控制单元根据所述第二输入端信号对第一输入端信号进行校正。
2.根据权利要求1所述的信号采样电路，其特征在于，所述电压采样单元包括第一电阻和第二电阻；其中：所述第一电阻的第一端连接到所述霍尔传感器的供电电源，所述第二电阻的第一端连接到参考地，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第二端的连接点连接到所述微控制单元的第二输入端。
3.根据权利要求1所述的信号采样电路，其特征在于，所述微控制单元包括第一模数转换单元，所述第一模数转换单元的输入端连接到所述微控制单元的第一输入端，并用于对所述调理电路输出的电压进行模数转换。
4.根据权利要求3所述的信号采样电路，其特征在于，所述微控制单元包括第二模数转换单元，所述第二模数转换单元的输入端连接到所述微控制单元的第二输入端，并用于对所述电压采样单元输出的电压进行模数转换。
5.根据权利要求4所述的信号采样电路，其特征在于，所述微控制单元包括校正单元，所述校正单元分别连接到所述第一模数转换单元的输出端和所述第二模数转换单元的输出端，并用于根据所述第二模数转换单元输出的第二电压对所述第一模数转换单元输出的第一电压进行校正。
6.根据权利要求5所述的信号采样电路，其特征在于，所述信号采样电路包括第一基准电压产生单元，所述第一基准电压产生单元的输入端连接到第一供电电压，所述第一基准电压产生单元的输出端分别连接到所述第一模数转换单元和所述第二模数转换单元，所述第一基准电压产生单元根据所述第一供电电压产生所述第一模数转换单元和所述第二模数转换单元的共用基准电压，并将所述共用基准电压分别输出到所述第一模数转换单元和所述第二模数转换单元。
7.跟据权利要求6所述的信号采样电路，其特征在于，所述第一基准电压产生单元位于所述微控制单元的内部或者外部。
8.跟据权利要求6所述的信号采样电路，其特征在于，所述信号采样电路包括相互连接的第二基准电压产生单元和第三基准电压产生单元；其中，所述第二基准电压产生单元的输入端连接到第二供电电压，所述第二基准电压产生单元的输出端连接到所述第一模数转换单元，所述第二基准电压产生单元根据所述第二供电电压产生所述第一模数转换单元的基准电压，并将所述第一模数转换单元的基准电压输出到所述第一模数转换单元；所述第三基准电压产生单元的输入端连接到第三供电电压，所述第三基准电压产生单元的输出端连接到所述第二模数转换单元，所述第三基准电压产生单元根据所述第三供电电压产生所述第二模数转换单元的基准电压，并将所述第二模数转换单元的基准电压输出到所述第二模数转换单元。
9.根据权利要求8所述的信号采样电路，其特征在于，所述第二基准电压产生单元和第三基准电压产生单元位于所述微控制单元的内部或者外部。
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