高精度的电流采样电路.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920371626.1 (22)申请日 2019.03.22 (73)专利权人 南京鑫华莹自动化设备有限公司 地址 210000 江苏省南京市玄武区小卫街 220号 (72)发明人 胡文植常棋棋 (74)专利代理机构 南京中高专利代理有限公司 32333 代理人 尹英 (51)Int.Cl. G01R 19/25(2006.01) (54)实用新型名称 一种高精度的电流采样电路 (57)摘要 本实用新型涉及工业电机控制技术领域， 尤 其涉及一种高精度的电流采样电路， 具体包。

2、括RC 滤波电路、 差分放大电路以及积分电路， 通过在 差分放大电路中加入直流偏置电压基准源， 扩大 了输入信号放大后的输出信号不失真的动态范 围， 即当电流为负值时， 放大电路仍能将信号放 大为正值电压信号。 在积分电路中， 再将电压信 号通过积分电路进行压频转换后生成三角波信 号并传输至后级的数字信号处理芯片中， 通过后 级的数字信号处理芯片进行数据采集从而增强 采样精度和稳定性， 解决了电流采样电路受噪声 干扰严重以及分辨率较低的问题。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 210142143 U 2020.03.13 CN 210142143 U 1.一种高精度的电流采样电路， 。

3、其特征在于， 包括： RC滤波电路， 所述RC滤波电路的输入端接收由采样电阻采集电流获得的电压信号， 电 压信号经过所述RC滤波电路进行滤波； 差分放大电路， 所述差分放大电路的输入端与所述RC滤波电路的输出端连接， 以接收 所述RC滤波电路滤波后的电压信号； 所述差分放大电路包括放大倍数调整模块以及产生偏 置电压的基准源， 所述放大倍数调整模块用于对接收的电压进行控制放大调整电压值， 所 述产生偏置电压的基准源用于给电压信号直流偏置， 使放大电路将交流信号放大为正值电 压信号； 积分电路， 所述积分电路的输入端与所述差分放大电路的输出端连接， 用于对放大调 整后的电压信号转换成三角波信号， 。

4、并将积分后的三角波信号传输至数字信号处理芯片。 2.根据权利要求1所述的高精度的电流采样电路， 其特征在于， 所述RC滤波电路包括： 第一电阻， 所述第一电阻的输入端与采样电阻的正端相连接； 第二电阻， 所述第二电阻的输入端与采样电阻的负端相连接； 第三电阻， 所述第三电阻的输入端与所述第一电阻连接； 第四电阻， 所述第四电阻的输入端与所述第二电阻连接； 第一电容， 所述第一电容的两端连接所述第一电阻以及第二电阻； 第二电容， 所述第二电容的一端与第三电阻连接， 另一端与地连接； 第三电容， 所述第三电容的一端与第四电阻连接， 另一端与地连接。 3.根据权利要求2所述的高精度的电流采样电路， 。

5、其特征在于， 所述差分放大电路包 括： 第五电阻， 所述第五电阻的输入端与所述第三电阻连接； 第六电阻， 所述第六电阻的输入端与所述第四电阻连接； 第七电阻， 所述第七电阻的输入端与所述第六电阻连接； 第八电阻， 所述第八电阻的输入端与所述第五电阻连接； 产生偏置电压的基准源， 所述产生偏置电压的基准源与第七电阻的输出端连接； 第四电容， 所述第四电容与所述第七电阻并联； 第五电容， 所述第五电容与第八电阻并联； 第一运算放大器， 所述第一运算放大器的输入端与所述第五电阻与第六电阻连接， 所 述第一运算放大器的输出端与所述第八电阻连接。 4.根据权利要求3所述的高精度的电流采样电路， 其特征在。

6、于， 根据第五电阻、 第六电 阻、 第七电阻、 第八电阻的阻值以及产生偏置电压的基准源， 调整所述第一运算放大器的放 大倍数。 5.根据权利要求3所述的高精度的电流采样电路， 其特征在于， 所述积分电路包括： 第九电阻， 所述第九电阻的输入端与第八电阻连接； 第十电阻， 所述第十电阻的输入端与第九电阻连接， 所述第十电阻的输出端与电线接 地端； 第六电容， 所述第六电容的一端与第九电阻连接； 第二运算放大器， 所述第二运算放大器的输入端与第九电阻以及电压连接， 所述第二 运算放大器的输出端与所述第六电容连接； 权利要求书 1/2 页 2 CN 210142143 U 2 第十一电阻， 所述第十。

7、一电阻与所述第二运算放大器的输出端连接； 第十二电阻， 所述第十二电阻与所述第十电阻的输入端连接。 6.根据权利要求5所述的高精度的电流采样电路， 其特征在于， 根据第九电阻、 第十电 阻、 第十一电阻、 第十二电阻的阻值、 第六电容的容值、 以及数字信号处理芯片的电压值， 调 整第六电容充放电的速度以调整三角波信号。 7.根据权利要求1所述的高精度的电流采样电路， 其特征在于， 所述电流采样电路还包 括钳位二极管， 所述钳位二极管的输入端与第十一电阻连接， 所述钳位二极管的输出端与 数字信号处理芯片连接， 所述钳位二极管对相应的计数引脚进行限压以及保护。 8.根据权利要求7所述的高精度的电流。

8、采样电路， 其特征在于， 根据数字信号处理芯片 的额定电压值， 配置所述钳位二极管的限压范围。 权利要求书 2/2 页 3 CN 210142143 U 3 一种高精度的电流采样电路 技术领域 0001 本实用新型涉及工业电机控制技术领域， 尤其涉及一种高精度的电流采样电路。 背景技术 0002 在许多的电路系统中， 我们都会涉及到电流的采样， 例如电机控制领域。 现有技术 常用方法有： 1.使用霍尔传感器进行电流采样， 霍尔传感器直接输出适合DSP采样电压范围 的电压值， DSP读取对应的电压值并通过一定的换算关系换算出对应电流的大小， 这种方法 采集的精度一般较差， 适用于大电流的采集； 。

9、2.使用单端放大电路加采样电阻的方法， 采样 电阻上的压降经过单端放大电路放大后输入单片机进行采样和换算得到相应的电流值； 这 种单端放大的电路精度和稳定性较差， 适用于精度要求不太高的场合。 0003 专利号为201721163339.9的专利文献中， 公开了一种滤除高次谐波的电流采样电 路， 但其依旧存在以下缺陷： 1、 该采样电路所采的电流只能是正值， 当电流为负值时其放大 电路无法正常进行放大； 2、 该采样电路为传统的A/D采样放大电路， 其采样精度仍会受采样 器采样精度的影响， 对采样器要求较高。 0004 专利号为201821212397.0的专利文献中， 公开了一种提高驱动能力。

10、的电流采样电 路， 但该采样电路的采样精度与稳定性均较差， 只适用于精度要求不高的场合。 0005 因此， 如何解决电流采样电路受噪声干扰严重以及分辨率较低的问题， 成为本领 域技术人员亟待解决的技术难题。 实用新型内容 0006 本实用新型的目的是提供一种高精度的电流采样电路， 以解决电流采样电路受噪 声干扰严重以及分辨率较低的问题。 0007 为了实现上述目的， 本实用新型提供了一种高精度的电流采样电路， 其特征在于， 包括： 0008 RC滤波电路， 所述RC滤波电路的输入端接收由采样电阻采集电流获得的电压信 号， 电压信号经过所述RC滤波电路进行滤波； 0009 差分放大电路， 所述差。

11、分放大电路的输入端与所述RC滤波电路的输出端连接， 以 接收所述RC滤波电路滤波后的电压信号； 所述差分放大电路包括放大倍数调整模块以及产 生偏置电压的基准源， 所述放大倍数调整模块用于对接收的电压进行控制放大调整电压 值， 所述产生偏置电压的基准源用于给电压信号一定的直流偏置， 使放大电路将交流信号 放大为正值电压信号； 0010 积分电路， 所述积分电路的输入端与所述差分放大电路的输出端连接， 用于对放 大调整后的电压信号转换成三角波信号， 并将积分后的三角波信号传输至数字信号处理芯 片。 0011 优选的， 所述RC滤波电路包括： 0012 第一电阻， 所述第一电阻的输入端与采样电阻的正。

12、端相连接； 说明书 1/5 页 4 CN 210142143 U 4 0013 第二电阻， 所述第二电阻的输入端与采样电阻的负端相连接； 0014 第三电阻， 所述第三电阻的输入端与所述第一电阻连接； 0015 第四电阻， 所述第四电阻的输入端与所述第二电阻连接； 0016 第一电容， 所述第一电容的两端连接所述第一电阻以及第二电阻； 0017 第二电容， 所述第二电容的一端与第三电阻连接， 另一端与地连接； 0018 第三电容， 所述第三电容的一端与第四电阻连接， 另一端与地连接。 0019 优选的， 所述差分放大电路包括： 0020 第五电阻， 所述第五电阻的输入端与所述第三电阻连接； 0。

13、021 第六电阻， 所述第六电阻的输入端与所述第四电阻连接； 0022 第七电阻， 所述第七电阻的输入端与所述第六电阻连接； 0023 第八电阻， 所述第八电阻的输入端与所述第五电阻连接； 0024 产生偏置电压的基准源， 所述产生偏置电压的基准源与第七电阻的输出端连接； 0025 第四电容， 所述第四电容与所述第七电阻并联； 0026 第五电容， 所述第五电容与第八电阻并联； 0027 第一运算放大器， 所述第一运算放大器的输入端与所述第五电阻与第六电阻连 接， 所述第一运算放大器的输出端与所述第八电阻连接。 0028 优选的， 根据第五电阻、 第六电阻、 第七电阻、 第八电阻的阻值以及产生。

14、偏置电压 的基准源， 调整所述第一运算放大器的放大倍数。 0029 优选的， 所述积分电路包括： 0030 第九电阻， 所述第九电阻的输入端与第八电阻连接； 0031 第十电阻， 所述第十电阻的输入端与第九电阻连接， 所述第十电阻的输出端与电 线接地端； 0032 第六电容， 所述第六电容的一端与第九电阻连接； 0033 第二运算放大器， 所述第二运算放大器的输入端与第九电阻以及电压连接， 所述 第二运算放大器的输出端与所述第六电容连接； 0034 第十一电阻， 所述第十一电阻与所述第二运算放大器的输出端连接； 0035 第十二电阻， 所述第十二电阻与所述第十电阻的输入端连接。 0036 优选。

15、的， 根据第九电阻、 第十电阻、 第十一电阻、 第十二电阻的阻值、 第六电容的容 值、 以及数字信号处理芯片的电压值， 调整第六电容充放电的速度以调整三角波信号。 0037 优选的， 所述电流采样电路还包括钳位二极管， 所述钳位二极管的输入端与第十 一电阻连接， 所述钳位二极管的输出端与数字信号处理芯片连接， 所述钳位二极管对相应 的计数引脚进行限压以及保护。 0038 优选的， 根据数字信号处理芯片的额定电压值， 配置所述钳位二极管的限压范围。 0039 本实用新型提供的高精度的电流采样电路， 通过在差分放大电路中加入直流偏置 电压基准源， 使得输入信号放大后的输出信号不失真的动态范围更大，。

16、 当电流为负值时， 放 大电路仍能将信号进行放大电路仍能将信号放大为正值电压信号。 在积分电路中， 再将电 压信号通过积分电路进行压频转换后生成三角波信号并传输至后级的数字信号处理芯片 中， 通过后级的数字信号处理芯片进行数据采集从而增强采样精度和稳定性， 解决了电流 采样电路受噪声干扰严重以及分辨率较低的问题。 说明书 2/5 页 5 CN 210142143 U 5 附图说明 0040 构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解， 本实用新 型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型， 并不构成对本实用新型的不当限定。 在 附图中： 0041 图1为本实用新型提供的高精度。

17、的电流采样电路的示意图。 具体实施方式 0042 为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案， 下面将结合附图对 本实用新型作进一步的详细介绍。 0043 为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案， 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的实施例， 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， 都应 当属于本实用新型保护的范围。 0044 需要说明的是， 本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术。

18、语 “第一” 、 “第二” 等是用于区别类似的对象， 而不必用于描述特定的顺序或先后次序。 应该理解这样 使用的数据在适当情况下可以互换， 以便这里描述的本实用新型的实施例。 0045 如图1所示， 图1为本实用新型提供的高精度的电流采样电路的示意图。 0046 本实用新型提供了一种高精度的电流采样电路， 包括： RC滤波电路100、 差分放大 电路200以及积分电路300； RC滤波电路100的输入端接收由采样电阻R033采集电流获得的 电压信号， 电压信号经过RC滤波电路100进行滤波， 滤除降低采样精度的高次谐波； 差分放 大电路200的输入端与RC 滤波电路100的输出端连接， 以接收。

19、RC滤波电路100滤波后的电压 信号， 差分放大电路200包括放大倍数调整模块以及产生偏置电压的基准源， 放大倍数调整 模块用于对接收的电压进行控制放大调整电压值， 产生偏置电压的基准源用于给电压信号 一定的直流偏置， 使放大电路将交流信号放大为正值电压信号； 积分电路300的输入端与差 分放大电路200的输出端连接， 用于对放大调整后的电压信号转换成三角波信号， 并将积分 后的三角波信号传输至数字信号处理芯片(以下简称DSP)。 电流依次经过RC滤波电路100、 差分放大电路200、 积分电路300后形成低噪声高分辨率电流采样的电路。 0047 RC滤波电路100包括一个采样电阻， 三个低通。

20、滤波器， 采样电阻将输入端输入电流 信号转换成电压信号， 三个低通滤波器用于滤除电压信号高次谐波并传入差分放大电路。 差分放大电路200包括输入端、 带有直流偏置的放大倍数调整部以及输出端， 输入端用于在 接收RC滤波电路滤波后的电压信号； 产生偏置电压的基准源用于给电压信号一定的直流偏 置， 将交流信号放大为正值电压信号； 放大倍数调整模块用于对接收的电压进行控制放大 调整电压值； 输出端用于将放大调整后的电压信号进行输出。 积分电路 300包括输入端、 电 容的充放电部分， 输出端， 输入端包括从差分放大电路传来的电压信号， 从DSP传来的输出 电压信号， 电容的充放电部分通过DSP 输出。

21、高电平或低电平来控制电容的充放电形成三角 波信号， 输出端输出三角波信号传给DSP。 0048 其中， 采样电阻R033使用毫欧级进行电流采集。 0049 具体地， 电流依次经过RC滤波电路100、 差分放大电路200、 积分电路 300后形成单 说明书 3/5 页 6 CN 210142143 U 6 向电流采样电路完成对电流信号的低噪声高精度采集。 电流从上往下流过采样电阻R033， 在采样电阻R033上产生电压值， 这个电压值作为差分放大电路的输入电压， 经过差分放大 电路200高精度放大调整到预设的电压值， 再经过积分电路300进行压频转换的处理， 进一 步降低此电路的噪声。 其中， 。

22、差分放大电路200对接收的电压进行放大后输出的电压为： 0050 0051 其中: 0052 R11R12,R13R14,R15R16,R17R18 0053 积分电路的积分电容C16充放电电流分别为： 0054 充电电流， 即当IN端输入电压为VDD时， 电容C16左端的输入电流为： 0055 0056 放电电流， 即当IN端输入电压为0V时， 电容C16左端的输出电流为： 0057 0058 其中iin的方向与图示电流方向相同； iout的方向与图示电流方向相反， 通过选取一 定的阻值与电压值， 使得iin与iout电流均为正， 且经过积分电容输出的电压在(0， VDD)区间 范围内， 并。

23、保留有一定的裕量。 0059 具体的， 本实施例中的RC滤波电路100包括第一电阻R11、 第二电阻R12、 第三电阻 R13、 第四电阻R14、 第一电容C11、 第二电容C12以及第三电容C13； 第一电阻R11的输入端与 采样电阻R033的正端相连接； 第二电阻R12的输入端与采样电阻R033的负端相连接； 第三电 阻R13的输入端与第一电阻R11连接； 第四电阻R14的输入端与第二电阻R12连接； 第一电容 C11的两端连接第一电阻R11以及第二电阻R12； 第二电容C12的一端与第三电阻R13连接， 另 一端与地连接； 第三电容C13的一端与第四电阻R14连接， 另一端与地连接。 0。

24、060 具体的， 本实施例中的差分放大电路200包括第五电阻R15、 第六电阻R16、 第七电 阻R17、 第八电阻R18、 直流偏置电压基准源Ui1、 第四电容 C14、 第五电容C15、 第一运算放大 器； 第五电阻R15的输入端与第三电阻 R13连接； 第六电阻R16的输入端与第四电阻R14连 接； 第七电阻R17的输入端与第六电阻R16连接； 第八电阻R18的输入端与第五电阻R15连接； 直流偏置电压基准源Ui1与第七电阻R17的输出端连接； 第四电容C14与第七电阻R17并联； 第 五电容C15与第八电阻R18并联； 第一运算放大器的输入端与第五电阻与第六电阻连接， 第 一运算放大器。

25、的输出端与第八电阻R18连接。 优选的， 根据第五电阻R15、 第六电阻R16、 第七 电阻R16、 第八电阻R18的阻值以及产生偏置电压的基准源Ui1， 调整第一运算放大器的放大 倍数。 0061 具体的， 本实施例中的积分电路300包括第九电阻R19、 第十电阻R20、 第六电容 C16、 第二运算放大器、 第十一电阻R21、 第十二电阻R22； 第九电阻R19的输入端与第八电阻 R18连接； 第十电阻R20的输入端与第九电阻R19连接， 第十电阻R20的输出端与电线接地端； 第六电容C16的一端与第九电阻R19连接； 第二运算放大器的输入端与第九电阻R19以及电 压 Ui2连接， 第二运。

26、算放大器的输出端与第六电容C16连接； 第十一电阻R21 与第二运算放 说明书 4/5 页 7 CN 210142143 U 7 大器的输出端连接； 第十二电阻R22与第十电阻R20的输入端连接。 优选的， 根据第九电阻 R19、 第十电阻R20、 第十一电阻R21、 第十二电阻R22的阻值、 第六电容C16的容值、 以及DSP的 电压值， 调整第六电容C16充放电的速度以调整三角波信号。 0062 此外， 本实施例中的电流采样电路还包括钳位二极管， 钳位二极管的输入端与第 十一电阻连接， 钳位二极管的输出端与DSP连接， 钳位二极管的计数引脚进行限压以及保 护。 优选的， 根据DSP的额定电。

27、压值， 配置钳位二极管的限压范围。 0063 本实用新型通过第一级RC滤波电路100滤除采样信号所没必要的高频信号， 第二 级差分放大电路200放大差模信号， 抑制共模信号， 通过加入带有直流偏置的放大倍数调整 部使得输入信号放大后的输出信号不失真的动态范围更大， 当电流为负值时， 放大电路仍 能将信号进行正常放大， 第三级积分电路300将电压模拟信号转换成三角波信号传入DSP 中， 避免了传统AD采样的精度不高和稳定性较差的问题， 同时与后级的DSP相配合， 控制积 分电路的充放电， 形成AD转换的闭环控制。 0064 以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、 特征及作用效果， 以 上所述仅为本实用新型的较佳实施例， 但本实用新型不以图面所示限定实施范围， 凡是依 照本实用新型的构想所作的改变， 或修改为等同变化的等效实施例， 仍未超出说明书与图 示所涵盖的精神时， 均应在本实用新型的保护范围内。 说明书 5/5 页 8 CN 210142143 U 8 图1 说明书附图 1/1 页 9 CN 210142143 U 9 。