CN220305705U - 一种偏置电路 - Google Patents

Abstract

本说明书提供了一种偏置电路。该电路包括：放大模块，包括平衡电阻和运算放大器，所述平衡电阻与所述运算放大器的输入端连接，所述平衡电阻用于将待检测模块中采集的信号传输至运算放大器，所述运算放大器用于对采集的信号进行放大，并将放大后的放大信号通过输出端传输至检测模块；分压模块，包括电源和分压电阻，所述分压电阻通过连接线与所述运算放大器的输入端连接，所述分压电阻用于对所述电源进行分压，并将分压后的偏置电压通过放大模块传输至检测模块；检测模块，与放大模块连接，用于接收放大信号和偏置电压，以对待检测模块进行检测。上述电路可以以较低的成本、简单、快速地实现对待检测模块的检测。

Description

一种偏置电路

技术领域

本说明书属于电力电子技术领域，尤其涉及一种偏置电路。

背景技术

待检测模块的检测可以包括电流检测，通过对电流进行有效地检测，可以提高电力系统运行的安全性和稳定性。

现有技术中通常是设计电流检测电路实现对电流的检测，但现有的电流检测电路存在以下问题：电流检测电路需要较多的运算放大器，电路设计相对复杂，成本较高，导致电流的检测效率较低。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型提供了一种偏置电路，用以解决现有技术无法以较低成本、简单快速地实现对待检测模块进行检测的问题。

为解决上述技术问题，本说明书实施方式提供了一种偏置电路，包括：

放大模块，包括平衡电阻和运算放大器，所述平衡电阻与所述运算放大器的输入端连接，所述平衡电阻用于将待检测模块中采集的信号传输至运算放大器，所述运算放大器用于对采集的信号进行放大，并将放大后的放大信号通过输出端传输至检测模块；

分压模块，包括电源和分压电阻，所述分压电阻通过连接线与所述运算放大器的输入端连接，所述分压电阻用于对所述电源进行分压，并将分压后的偏置电压通过放大模块传输至检测模块；

检测模块，与放大模块连接，用于接收放大信号和偏置电压，以对待检测模块进行检测。

在一些实施例中，所述待检测模块包括采样电阻，所述采样电阻的第一端与第一平衡电阻的第一端连接，所述采样电阻的第二端与第二平衡电阻的第二端连接，所述采样电阻用于采集待检测模块中的电压信号。

在一些实施例中，所述检测模块包括检测芯片，所述检测芯片的第一端与所述放大模块的输出端的第一引脚连接，所述检测芯片的第一端用于接收放大信号和偏置电压，所述检测芯片的第二端用于输出待检测模块的检测结果。

在一些实施例中，所述偏置电路还包括保护电阻，所述保护电阻的第一端与放大模块中的运算放大器的第二引脚连接，所述保护电路的第二端与分压模块中的电源连接，所述保护电阻用于在所述运算放大器出现故障时，保护所述电源。

在一些实施例中，所述偏置电路还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容的第一端接地，所述第一滤波电容的第二端与运算放大器的第二引脚连接。

在一些实施例中，所述偏置电路还包括第二滤波电容，所述第二滤波电容的第一端与所述检测模块连接，所述第二滤波电容的第二端与运算放大器的第五引脚连接。

在一些实施例中，所述平衡电阻包括第一平衡电阻和第二平衡电阻，所述第一平衡电阻的第二端与运算放大器的反向输入端的第三引脚连接，所述第二平衡电阻的第二端与运算放大器的运算放大器的同向输入端的第四引脚连接，所述第一平衡电阻用于将待检测模块中采集的第一信号传输至运算放大器，所述第二平衡电阻用于将待检测模块中采集的第二信号传输至运算放大器。

在一些实施例中，所述放大模块还包括反馈电阻，所述反馈电阻的第一端与运算放大器的反向输入端的第三引脚连接，所述反馈电阻的第二端与运算放大器的输出端的第一引脚连接，所述反馈电阻用于调节所述运算放大器的放大倍数。

在一些实施例中，所述分压电阻包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻串联，所述第一分压电阻和第二分压电阻的中间引出连接线与运算放大器的同向输入端的第四引脚连接，所述分压电阻用于对所述电源进行分压得到偏置电压。

在一些实施例中，所述电源包括3.3V电源。

本说明书实施例提供的一种偏置电路，包括：放大模块、分压模块和检测模块。其中，放大模块可以包括平衡电阻和运算放大器，所述平衡电阻与所述运算放大器的输入端连接，所述平衡电阻可以用于将待检测模块中采集的信号传输至运算放大器，所述运算放大器可以用于对采集的信号进行放大，并将放大后的放大信号通过输出端传输至检测模块。分压模块可以包括电源和分压电阻，所述分压电阻可以通过连接线与所述运算放大器的输入端连接，所述分压电阻可以用于对所述电源进行分压，并将分压后的偏置电压通过放大模块传输至检测模块。检测模块可以与放大模块连接，可以用于接收放大信号和偏置电压，以对待检测模块进行检测。本说明书实施例提供的放大模块，通过将平衡电阻与运算放大器的输入端连接，可以减少运算放大器输入测的电压误差。本说明书实施例提供的分压模块，通过设计分压电阻，可以减少使用运算放大器的数量，降低生产成本。且基于分压电阻可以获取偏置电压，通过将分压电阻与运算放大器的输入端连接，可以使分压模块中输出的偏置电压能够快速传输或输入至运算放大器中。本说明书实施例提供的检测模块，通过与放大模块连接，能够及时有效地接收放大信号和偏置电压，从而能够准确快速地实现对待检测模块的检测。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型提供的一种偏置电路的示意图；

图2示出了本实用新型提供的放大模块的电路示意图；

图3示出了本实用新型提供的分压模块的电路示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

在对电流进行检测时，需要检测的电流参数可以包括电流的大小和方向。对电流的大小和方向进行有效地检测，可以提高电力系统运行的安全性和稳定性。

现有技术中通常是设计检测电路实现对电流大小和方向的检测，但现有的检测电路存在以下问题：检测电路需要较多的运算放大器，电路设计相对复杂，成本较高，导致电流大小和方向的检测效率较低。

针对现有技术存在的上述问题以及产生上述问题的具体原因，本申请考虑引入一种偏置电路，能够以较低成本、简单快速地实现待检测模块的检测。

基于上述思路，参阅图1所示，本说明书实施例提供了一种偏置电路，可以包括：

放大模块，可以包括平衡电阻(R4、R5)和运算放大器(U1)，所述平衡电阻(R4、R5)与所述运算放大器(U1)的输入端连接，所述平衡电阻(R4、R5)可以用于将待检测模块中采集的信号(Uin1、Uin2)传输至运算放大器(U1)，所述运算放大器(U1)可以用于对采集的信号(Uin1、Uin2)进行放大，并将放大后的放大信号通过输出端传输至检测模块(U2)；分压模块，可以包括电源(+3.3V)和分压电阻(R6、R7)，所述分压电阻(R6、R7)可以通过连接线与所述运算放大器(U1)的输入端连接，所述分压电阻(R6、R7)可以用于对所述电源(+3.3V)进行分压，并将分压后的偏置电压通过放大模块传输至检测模块(U2)；检测模块(U2)，可以与放大模块连接，可以用于接收放大信号和偏置电压，以对待检测模块进行检测。

在一些实施例中，参阅图1所示，上述待检测模块可以包括：待检测模块的电源(V)、地线(GND)、待检测模块的电阻(R1、R3)、采样电阻(R2)。其中，采样电阻(R2)的第一端可以与电阻R1的第一端串联连接，采样电阻(R2)的第二端可以与电阻R3的第一端串联连接，电阻R1的第二端可以与地线(GND)连接或电阻R1的第二端接地，电阻R3的第二端可以与电源(V)连接或电阻R3的第二端接入电源(V)。其中，待检测模块的电阻(R1、R3)可以将流经电阻的电流信号转换为电压信号，如：可以将流经电阻R1的第一电流信号转换为第一电压信号，可以将流经电阻R3的第二电流信号转换为第二电压信号。采样电阻(R2)可以用于采集经过其两端的电压信号，即可以采集待检测模块中的电压信号(如：可以采集待检测模块中的第一电压信号和第二电压信号)，然后将采集的第一电压信号和第二电压信号经过放大模块中的平衡电阻(R4、R5)传输或输入至运算放大器(U1)中。其中，所述采集的第一电压信号和第二电压信号也可以称为采集的信号(Uin1、Uin2，其中，Uin1可以表示采集的第一电压信号或采集的第一信号，Uin2可以表示采集的第二电压信号或采集的第二信号)。

在一些实施例中，上述采样电阻(R2)的第一端还可以与放大模块中的第一平衡电阻(R4)连接，采样电阻(R2)的第二端还可以与放大模块中的第二平衡电阻(R5)连接。通过将采样电阻(R2)的第一端与放大模块中的第一平衡电阻(R4)连接，采样电阻(R2)的第二端与放大模块中的第二平衡电阻(R5)连接，可以使采样电阻(R2)采集的第一电压信号(Uin1)和第二电压信号(Uin2)能够快速传输至运算放大器中。

在一些实施例中，参阅图1所示，上述检测模块可以包括模拟数字转换器(ADC)、检测芯片(MCU)。其中，模拟数字转换器(ADC)可以将模拟信号转换成为数字信号，即可以将运算放大器输出端输出的放大信号和偏置电压(输出信号)转换为输入检测模块的检测信号。检测芯片(MCU)可以接收转换后的放大信号和偏置电压，并基于接收的放大信号和偏置电压自动计算出电流大小和电流的方向，输出待检测模块的检测结果，如：输出待检测模块中的电流大小和方向的检测结果。其中，模拟数字转换器(ADC)的第一端可以与运算放大器(U1)的输出端的第一引脚连接，模拟数字转换器(ADC)的第二端可以与检测芯片(MCU)或检测模块(U2)的第一端(或称为输入端或输入口)连接。

在一些实施例中，上述检测芯片(MCU)的内部还可以自带模拟数字转换的功能，从而可以直接将运算放大器输出端输出的放大信号和偏置电压(输出信号，即图1示出的Uadc)转换为输入检测模块的检测信号，提高检测效率。

在一些实施例中，上述检测芯片(MCU)的第一端还可以与放大模块的输出端的第一引脚连接，上述检测芯片(MCU)的第二端(或称为输出端或输出口)还可以用于输出待检测模块的检测结果。

在一些实施例中，参阅图1所示，上述偏置电路还可以包括保护电阻(R8)，所述保护电阻(R8)的第一端可以与放大模块中的运算放大器(U1)的第二引脚连接，所述保护电路(R8)的第二端可以与分压模块中的电源(+3.3V)连接。所述保护电阻(R8)可以用于在所述运算放大器(U1)出现故障时，保护所述电源(+3.3V)，即可以避免运算放大器(U1)出现故障后，运算放大器(U1)内部出现短路的现象导致电源(+3.3V)直接接地而造成电源损坏的问题。

在一些实施例中，参阅图1所示，上述偏置电路还可以包括第一滤波电容(C1),所述第一滤波电容(C1)的第一端接地(或称为与地线(GND)连接)，所述第一滤波电容(C1)的第二端与运算放大器(U1)的第二引脚连接。通过在偏置电路中加入第一滤波电容(C1)可以滤除电源(+3.3V)中的交流成分，从而可以使得分压模块对电源(+3.3V)分压后得到的偏置电压更加干净，能够传输给运算放大器较为有效的偏置电压，提高运算放大器处理效率。

在一些实施例中，参阅图1所示，上述偏置电路还可以包括第二滤波电容(C2),所述第二滤波电容(C2)的第一端与所述检测模块(U2)连接，所述第二滤波电容(C2)的第二端与运算放大器(U1)的第五引脚连接。通过在偏置电路中加入第二滤波电容(C2)可以滤除运算放大器(U1)输出的输出信号(放大信号和偏置电压)中的高频噪声，从而避免高频噪声对检测模块的干扰，避免检测模块检测出现偏差的问题。其中，所述第二滤波电容(C2)的第二端还可以接地(或称为与地线(GND)连接)，通过将第二滤波电容(C2)的第二端接地，可以将高频噪声流向地，降低对检测模块的影响。

在一些实施例中，参阅图2所示，上述放大模块中的平衡电阻可以包括第一平衡电阻(R4)和第二平衡电阻(R5)，第一平衡电阻(R4)的第一端可以与采样电阻(R2)的第一端连接，第二平衡电阻(R5)的第一端可以与采样电阻(R2)的第二端连接。上述第一平衡电阻(R4)的第二端可以与运算放大器(U1)的反向输入端(-)的第三引脚连接，上述第二平衡电阻(R5)的第二端可以与运算放大器(U1)的同向输入端(+)的第四引脚连接。上述第一平衡电阻(R4)可以用于将待检测模块中采集的第一信号(Uin1)传输或输入至运算放大器,上述第二平衡电阻(R5)可以用于将待检测模块中采集的第二信号(Uin2)传输或输入至运算放大器。

通过将第一平衡电阻(R4)和第二平衡电阻(R5)连入运算放大器的输入端，可以确保采集的信号(Uin1、Uin2)能够完整有效地传输或输入至运算放大器中，减少运算放大器输入端输入的采集信号的误差。

在一些实施例中，参阅图2所示，上述放大模块还可以包括：反馈电阻(R9)，所述反馈电阻(R9)的第一端可以与运算放大器(U1)的反向输入端(-)的第三引脚连接，所述反馈电阻(R9)的第二端可以与运算放大器(U1)输出端的第一引脚连接。所述反馈电阻(R9)可以用于调节所述运算放大器的放大倍数。

在一些实施例中，参阅图3所示，上述分压模块中的分压电阻可以包括第一分压电阻(R6)和第二分压电阻(R7)、电源(+3.3V)和地线(GND)。其中，第一分压电阻(R6)的第一端可以与第二分压电阻(R7)的第一端串联连接，第一分压电阻(R6)的第二端可以与电源(+3.3V)连接，第二分压电阻(R7)的第二端可以与地线(GND)连接。其中，第一分压电阻(R6)和第二分压电阻(R7)的中间引出连接线可以与运算放大器(U1)的同向输入端(+)的第四引脚连接，所述分压电阻(R6、R7)可以用于对所述电源(+3.3V)进行分压得到偏置电压。

在一些实施例中，上述电源可以包括3.3V电源。

需要说明的是，附图1中：待检测模块的电阻(R1、R3)、采样电阻(R2)、平衡电阻(R4、R5)、分压电阻(R6、R7)、保护电路(R8)、反馈电阻(R9)均可以为普通电阻(Res，用波浪形表示)，当然上述待检测模块的电阻(R1、R3)、采样电阻(R2)、平衡电阻(R4、R5)、分压电阻(R6、R7)、保护电路(R8)、反馈电阻(R9)也可以为可调电阻(Res3)，本说明书对此不作具体限定。其中，平衡电阻(R4、R5)可以为25千欧姆(25k)的电阻，分压电阻(R6、R7)可以为100千欧姆(100k)的电阻，保护电路(R8)可以为210欧姆(210R)的电阻，反馈电阻(R9)可以为100千欧姆(100k)的电阻。附图1中：第一滤波电容(C1)、第二滤波电容(C2)可以为普通电容(Cap)，当然上述第一滤波电容(C1)、第二滤波电容(C2)也可以表贴封装的电容(CapSemi)，本说明书对此不作具体限定。其中，第一滤波电容(C1)可以为100纳法(nF)的电容，第二滤波电容(C2)可以为22皮法(pF)的电容。

在一个具体的实施场景中，可以应用上述偏置电路完成电流大小和方向的检测。具体的，参阅图1所示，图1示出了一种偏置电路，偏置电路中可以包括分压电路(模块)和放大电路(模块)。参阅图3所示，图3示出了分压模块的电路，分压模块的电路可以由两个分压电阻(R6、R7)组成，分压模块可以利用分压电阻(R6、R7)按照以下方式自动确定出偏置电压：

Ub＝VCC*R7/(R6+R7)

其中，Ub可以表示第二平衡电阻(R5)与运算放大器的同相输入端连接处的电压信号(即偏置电压)，VCC可以表示具有3.3V电压的电源(即图3中示出的+3.3V)，R6可以表示第一分压电阻，R7可以表示第二分压电阻。

由于第一分压电阻(R6)可以等于第二分压电阻(R7),分压电阻(R6、R7)可以将电源的3.3V电压分为3.3V的一半，即得到偏置电压可以为1.65V。

参阅图2所示，图2示出了放大模块的电路，该放大模块的电路中的运算放大器(U1)可以使用单电源供电。而单电源工作的运算放大器(U1)需要外部提供一个虚地，可以利用上述得到的偏置电压加入运算放大器(U1)中，防止输出的放大信号(放大电压)超出线性工作区。由于放大模块的电路中的运算放大器(U1)工作在线性区,运算放大器(U1)的输入阻抗很大，流入运算放大器(U1)同相输入端和反相输入端中的电流非常小，比起外电路中的电流，要小得多，因此流入运算放大器(U1)的电流可以忽略，可以相当于运算放大器(U1)的输入端开路。因此，运算放大器(U1)可以按照以下方式自动确定出输出的放大电压或称为放大信号或称为放大电压信号：

I＝(Uin1-Ua)/R4＝(Ua-Uout)/R9

Uout＝(1+R9/R4)*Ua-R9/R4*Uin1

其中，I可以表示流入运算放大器的电流，Uin1可以表示采集待检测模块中的第一电压信号，Ua可以表示在第一平衡电阻与运算放大器的反相输入端连接处的电压信号，R4可以表示第一平衡电阻，R9可以表示反馈电阻，Uout可以表示运算放大器输出的放大电压。

由于运算放大器(U1)的电压放大倍数很大，并且工作在线性区，是一个线性放大电路，输出的放大电压不能超出线性范围。因此，运算放大器(U1)同相输入端与反相输入端的电位十分接近，运算放大器(U1)两输入端的电压差很低，近似两输入端短路。可以近似看作是Ua＝Ub＝R7/(R5+R7)*Uin2，代入上述Uout的计算公式得：

Uout＝(1+R9/R4)*R7/(R5+R7)*Uin2-R9/R4*Uin1

由于R4＝R5,R7＝R9,因此，放大模块输出的放大电压可以为：

Uout＝R7/R4*Uin2-R9/R4*Uin1＝R9/R4*(Uin2-Uin1)

需要说明的是，这里输出的放大电压Uout是对运算放大器的输入端接的虚地的压差，实际输出的放大电压需要加上虚地对地的电压。因此实际输出的放大电压(相当于在放大电压中加入偏置电压)可以为：

Uadc＝VCC/2+Uout＝1.65+R9/R4*(Uin2-Uin1)

其中，Uadc可以表示放大模块实际输出的电压，VCC可以表示具有3.3V电压的电源，Uout可以表示放大模块输出的放大电压，Uin1可以表示采集待检测模块中的第一电压信号，Uin2可以表示采集待检测模块中的第二电压信号，R9可以表示反馈电阻，R4可以表示第一平衡电阻。

检测模块可以接收实际输出的放大电压(放大电压加偏置电压)，并按照以下方式自动确定出待检测模块中的电流的大小和方向：

对于电流大小的检测：检测模块可以利用检测芯片(MCU)处理运算放大器实际输出的放大电压(Uadc)，得到一个具体电压数值，将该电压数值作为待检测模块中的电流大小的检测结果。

对于电流方向的检测：检测模块可以利用检测芯片(MCU)将偏置电压(VCC/2＝1.65V)与实际的放大电压(Uadc)进行比较，根据比较的结果，自动确定出电流的方向，如：若Uadc＞1.65V，则检测的电流方向可以为正向；若Uadc＜1.65V，则检测的电流方向可以为反向。

通过上述偏置电路的实施例，一方面，采用分压电阻进行分压设计，可以减少使用的运算放大器的数量。另一方面，采用待检测模块、分压模块、放大模块与检测模块相结合的电路，即将采样电阻、分压电阻、运算放大器、检测芯片相连接，能够准确快速地实现对待检测模块的检测(如：对待检测模块中的小电流信号的大小和方向的检测)，同时还可以节约使用材料，降低生产成本。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

虽然通过实施例描绘了本说明书，本领域普通技术人员知道，本说明书有许多变形和变化而不脱离本说明书的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本说明书的精神。

Claims (10)

1.一种偏置电路，其特征在于，包括：

放大模块，包括平衡电阻和运算放大器，所述平衡电阻与所述运算放大器的输入端连接，所述平衡电阻用于将待检测模块中采集的信号传输至运算放大器，所述运算放大器用于对采集的信号进行放大，并将放大后的放大信号通过输出端传输至检测模块；

分压模块，包括电源和分压电阻，所述分压电阻通过连接线与所述运算放大器的输入端连接，所述分压电阻用于对所述电源进行分压，并将分压后的偏置电压通过放大模块传输至检测模块；

检测模块，与放大模块连接，用于接收放大信号和偏置电压，以对待检测模块进行检测。

2.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，所述待检测模块包括采样电阻，所述采样电阻的第一端与第一平衡电阻的第一端连接，所述采样电阻的第二端与第二平衡电阻的第二端连接，所述采样电阻用于采集待检测模块中的电压信号。

3.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，所述检测模块包括检测芯片，所述检测芯片的第一端与所述放大模块的输出端的第一引脚连接，所述检测芯片的第一端用于接收放大信号和偏置电压，所述检测芯片的第二端用于输出待检测模块的检测结果。

4.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，所述偏置电路还包括保护电阻，所述保护电阻的第一端与放大模块中的运算放大器的第二引脚连接，所述保护电阻的第二端与分压模块中的电源连接，所述保护电阻用于在所述运算放大器出现故障时，保护所述电源。

5.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，所述偏置电路还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容的第一端接地，所述第一滤波电容的第二端与运算放大器的第二引脚连接。

6.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，所述偏置电路还包括第二滤波电容，所述第二滤波电容的第一端与所述检测模块连接，所述第二滤波电容的第二端与运算放大器的第五引脚连接。

7.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，所述平衡电阻包括第一平衡电阻和第二平衡电阻，所述第一平衡电阻的第二端与运算放大器的反向输入端的第三引脚连接，所述第二平衡电阻的第二端与运算放大器的运算放大器的同向输入端的第四引脚连接，所述第一平衡电阻用于将待检测模块中采集的第一信号传输至运算放大器，所述第二平衡电阻用于将待检测模块中采集的第二信号传输至运算放大器。

8.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，所述放大模块还包括反馈电阻，所述反馈电阻的第一端与运算放大器的反向输入端的第三引脚连接，所述反馈电阻的第二端与运算放大器的输出端的第一引脚连接，所述反馈电阻用于调节所述运算放大器的放大倍数。

9.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，所述分压电阻包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻串联，所述第一分压电阻和第二分压电阻的中间引出连接线与运算放大器的同向输入端的第四引脚连接，所述分压电阻用于对所述电源进行分压得到偏置电压。

10.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，所述电源包括3.3V电源。