电流采样电路及采样方法技术

一种电流采样方法，用于采样一待测设备的待测电流，该方法包括步骤：通过A/D转换器对待测电流进行采样而得到采样电压；获取该A/D转换器输出的采样电压；判断该采样电压所处于的电压区间；当该采样电压处于第一电压区间时，控制增大可编程增益放大器的增益值；以及当该采样电压处于第二电压区间时，控制减小该编程增益放大器的增益值。本发明专利技术还提供一种电流采样电路。本发明专利技术的电流采样方法及电流采样电路，根据待测电流的采样电压的大小动态调节对待测电流的增益，可充分利用A/D转换器采样的输入范围，提高小电流时的采样精度。

Current sampling circuit and sampling method

A sampling method for the measured current, current test equipment sampling, the method comprises the following steps: through the A/D converter to measure current sampling and sampling voltage; the output of the A/D converter sampling voltage; the voltage judgment interval of the sampling voltage is; when the sampling voltage in the first voltage range. To control the increase of the programmable gain amplifier gain value; and when the sampling voltage is second voltage range, reduce the control of programmable gain amplifier gain. The invention also provides a current sampling circuit. The current sampling method and current sampling circuit, according to the regulation to the measured current size dynamically measured current sampling voltage gain, input range can make full use of the A/D converter sampling, sampling precision is improved when small current.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种采样电路及方法，特别涉及一种高精度的电流采样电路及采样方法。
技术介绍
目前的耗电设备在工作时，往往需要测量耗电设备的电流，从而通过测量出的电流评估耗电设备的运行状态而进行相应的调控。电机领域中，在高性能的电机控制中，电流调节是必不可少的。因为电流调节是基于电流测量来实现的，所以精确的电流测量在高性能电流控制中非常重要。为了测量电机和功率变换器的电流，一般通过直接接触、磁耦合及光耦合，将电流通路与传感器连接。然而，这种测量对噪声比较敏感，噪声一般来自于功率器件开关时导致的较高电压变换率dv/dt或电流变化率di/dt。由此可知，不受噪声和时间延迟影响的电流测量是一项困难的工作。目前，工业上常用的电流测量方法有电阻测量法和霍尔传感器测量法。电阻测量法中，采用电阻作为传感器，为了减小功率损耗和电压跌落，必须采用非常小的采样电阻。采样电压很小导致信噪比变差，小电流时刻尤其难以精确测量电流值。霍尔传感器测量法中，使用霍尔传感器作为传感器，通过磁耦合测量电流，信噪比更好。然而，霍尔传感器测量法带来的问题是带宽没有电阻测量高，霍尔传感器价格更高，体积也更大，此外，霍尔传感器的线性度也不如电阻测量。在数字化电机驱动系统中，电流测量电路一般包含了电流传感器(采样电阻或霍尔传感器)，模拟低通滤波器和A/D转换器。然而，现有的电流测量电路的采样增益是固定的，小电流时不能充分利用A/D转换器的采样电压范围，信噪比低。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有电流采样技术的缺陷，有效利用A/D转换器的采样电压范围，提高信噪比。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种电流采样电路，包括电流传感器、模拟滤波器、可编程增益放大器、A/D转换器及电流增益控制器，所述电流传感器用于与待测设备耦接并感测待测设备的待测电流。其中，可编程增益放大器连接于所述电流传感器与所述模拟滤波器之间，用于以特定的增益值对所述电流传感器感测到的待测电流进行放大。所述模拟滤波器用于对所述放大后的待测电流进行滤波。A/D转换器用于对所述滤波后的待测电流进行采样而得到采样电压。电流增益控制器连接于所述A/D转换器的输出端及所述可编程增益放大器之间，用于判断所述A/D转换器输出的采样电压所处于的电压区间，并根据所述采样电压所处的电压区间控制调节所述可编程增益放大器的增益值。其中，所述电流采样电路还包括一电流数字控制器，所述电流数字控制器用于至少基于A/D转换器输出的采样电压以及可编程增益放大器(20)调节前的增益值计算得出采样电流。其中，所述电流增益控制器判断所述采样电压处于第一电压区间时，控制增大所述可编程增益放大器的增益值。所述电流增益控制器判断所述采样电压处于第二电压区间时，控制减小所述可编程增益放大器的增益值。其中，所述第一电压区间为小于Vmax/3的区间，所述第二电压区间为大于2Vmax/3的区间，Vmax为A/D转换器的最大输入电压。其中，所述电流采样电路还包括一PWM计数器，所述PWM计数器在所述PWM形式的待测电流的高电平或低电平时段的中间点产生PWM触发信号至所述A/D转换器，触发所述A/D转换器进行采样而得到采样电压。其中，所述电流传感器为一采样电阻，且所述采样电阻的电阻值Rs满足关系式：Imax*Rs*N0*N1<Vmax；其中Imax为待测电流的最大量程，N0为模拟滤波器的固有增益，N1为该可编程增益放大器的增益值，Vmax为该A/D转换器的最大输入电压Vmax。其中，所述电流传感器为霍尔传感器。其中，该待测设备为电机。一种电流采样方法，用于采样一待测设备的待测电流，该方法包括步骤：通过A/D转换器对待测电流进行采样而得到采样电压；获取该A/D转换器输出的采样电压；判断该采样电压所处于的电压区间；当该采样电压处于第一电压区间时，控制增大可编程增益放大器的增益值；以及当该采样电压处于第二电压区间时，控制减小该编程增益放大器的增益值。其中，该方法还包括步骤：至少基于A/D转换器输出的采样电压以及可编程增益放大器调节前的增益值计算本次采样电流。其中，该第一电压区间为小于Vmax/3的区间，该第二电压区间为大于2Vmax/3的区间，该第三电压区间大于Vmax/3及小于2Vmax/3的区间，其中Vmax为A/D转换器的最大输入电压。本专利技术的有益效果在于：通过根据待测电流的采样电压的大小动态调节对待测电流的增益，可充分利用A/D转换器采样的输入范围，提高小电流时的采样精度。附图说明图1为本专利技术一实施方式中的电流采样电路的模块架构图。图2为本专利技术一实施方式中PWM触发信号及模数转换器采样的时序图。图3为本专利技术一实施方式中的电流采样方法的流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术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用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。首先请参考图1，示出了本专利技术一实施方式中的电流采样电路100。电流采样电路100包括电流传感器10、可编程增益放大器(ProgrammableGainAmplifier，PGA)20、模拟滤波器30、A/D(模数)转换器40以及电流增益控制器50。其中，电流传感器10、可编程增益放大器20、模拟滤波器30、A/D(模数)转换器40依次串行连接。电流传感器10用于与待测设备200耦接并感测待测设备200的待测电流It。可编程增益放大器20连接于电流传感器10与模拟滤波器30之间，用于以特定的增益值对电流传感器10感测到的待测电流It进行放大。模拟滤波器30用于对放大后的待测电流It进行滤波。A/D转换器40用于对滤波后的待测电流It进行采样而得到采样电压。电流增益控制器50连接于A/D转换器40的输出端41及可编程增益放大器20之间，用于判断A/D转换器40输出的采样电压所处于的电压区间，并根据采样电压所处的电压区间控制调节可编程增益放大器20的增益值。具体的，电流增益控制器50判断采样电压处于第一电压区间时，控制增大可编程增益放大器20的增益值。电流增益控制器50判断采样电压处于第二电压区间时，控制减小可编程增益放大器20的增益值。电流增益控制器50判断采样电压处于第三电压区间时，控制可编程增益放大器20的增益值保持不变。在一实施方式中，第一电压区间为小于Vmax/3(Vmax的三分之一)的区间，第二电压区间为大于2Vmax/3(Vmax的三分之二)的区间，第三电压区间大于Vmax/3及小于2Vmax/3的区间，其中Vmax为A/D转换器40的最大输入电压。其中，可编程增益放大器20至少具有1、2、4、8四个增益值档位。在一实施方式中，可编程增益放大器20可选用TI(德州仪器)的PGA112，具有1、2、4、8、16、32、64、128等档位。显然，也可选用其他合适的可编程增益放大器20。其中，可编程增益放大器20的初始增益值为1，即不对待测电流It进行放大。电流增益控制器50判断采样电压小于Vmax/3时，逐渐增大可编程增益放大器20的增益值，直到采样电压处于Vmax/3～2Vmax/3之间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流采样电路(100)，包括电流传感器(10)以及模拟滤波器(30)，所述电流传感器(10)用于与待测设备(200)耦接并感测待测设备(200)的待测电流(It)，其特征在于，电流采样电路(100)还包括：可编程增益放大器(20)，连接于所述电流传感器(10)与所述模拟滤波器(30)之间，用于以特定的增益值对所述电流传感器(10)感测到的待测电流It进行放大；所述模拟滤波器(30)用于对所述放大后的待测电流It进行滤波；A/D转换器(40)，用于对所述滤波后的待测电流It进行采样而得到采样电压；以及电流增益控制器(50)连接于所述A/D转换器(40)的输出端(41)及所述可编程增益放大器(20)之间，用于判断所述A/D转换器(40)输出的采样电压所处于的电压区间，并根据所述采样电压所处的电压区间控制调节所述可编程增益放大器(20)的增益值。

【技术特征摘要】
1.一种电流采样电路(100)，包括电流传感器(10)以及模拟滤波器(30)，所述电流传感器(10)用于与待测设备(200)耦接并感测待测设备(200)的待测电流(It)，其特征在于，电流采样电路(100)还包括：可编程增益放大器(20)，连接于所述电流传感器(10)与所述模拟滤波器(30)之间，用于以特定的增益值对所述电流传感器(10)感测到的待测电流It进行放大；所述模拟滤波器(30)用于对所述放大后的待测电流It进行滤波；A/D转换器(40)，用于对所述滤波后的待测电流It进行采样而得到采样电压；以及电流增益控制器(50)连接于所述A/D转换器(40)的输出端(41)及所述可编程增益放大器(20)之间，用于判断所述A/D转换器(40)输出的采样电压所处于的电压区间，并根据所述采样电压所处的电压区间控制调节所述可编程增益放大器(20)的增益值。2.如权利要求1所述的电流采样电路(100)，其特征在于，所述电流采样电路(100)还包括一电流数字控制器(60)，所述电流数字控制器(60)用于至少基于A/D转换器(40)输出的采样电压以及可编程增益放大器(20)调节前的增益值计算得出采样电流。3.如权利要求2所述的电流采样电路(100)，其特征在于，所述电流增益控制器(50)判断所述采样电压处于第一电压区间时，控制增大所述可编程增益放大器(20)的增益值；所述电流增益控制器(50)判断所述采样电压处于第二电压区间时，控制减小所述可编程增益放大器(20)的增益值。4.如权利要求3所述的电流采样电路(100)，其特征在于，所述第一电压区间为小于Vmax/3的区间，所述第二电压区间为大于2Vmax/3的区间，Vmax为A/D转换器(40)的最大输入电压。5.如权利要求2所述的电流采样电路(100)，其特征在于，所述电流采样电路(100)还包括一...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲道奎，徐方，宋吉来，刘世昌，李颖，张彦超，
申请(专利权)人：沈阳新松机器人自动化股份有限公司，中国科学院国有资产经营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21