一种宽范围、高精度的电流采样方法技术

一种宽范围、高精度的电流采样方法，设定数个从零起始的电流采样范围，数个电流采样范围具有不同上限，其中上限较大的采样范围相较于上限较小的采样范围具有更低的采样精度，在执行电流采样时，基于当前采样的电流值处于采样范围中大于切换判断值计算值或者小于切换判断值计算值来执行将采样范围切换至下一级或者维持在本采样范围的操作，其中，切换判断值为0

【技术实现步骤摘要】
一种宽范围、高精度的电流采样方法


[0001]本专利技术涉及采样领域，尤其涉及一种宽范围、高精度的电流采样方法。

技术介绍

[0002]电流采样是一种在电子电路产品设计、生产制造、使用维护等过程中都需要涉及的基本内容，其通常具有多种测量采样方案，一种是基于电流在通过电阻时产生压降的方式进行直接检测，例如常规的电流表、万用表就是使用的该种方案，其需要采样装置与被测电路串联。另一种是间接检测的方案，通常是利用基于霍尔原理的霍尔传感器进行采样，霍尔效应是导电材料中的电流与磁场的相互作用，而产生电动势的一种效应，霍尔效应测电流的原理以钳形表为例可以描述为驱动电路提供一个恒定的电流，经过霍尔元件形成一个回路，当穿过钳圈的导体上流过直流电流时，会在磁芯内部产生一个恒定的磁通，此时霍尔元件就处于磁场中，就会产生电压差，再经过放大器放大并滤波后就能形成一个与被测导体电流成正比的电压值，再经过采集换算就能得到对应的电流。
[0003]然而霍尔器件检测电流具有两个难以兼容的采样参数，即采样精度和采样范围，在采样中很难同时实现高采样精度和宽采样范围，当需求的采样精度高时，就会缩小采样范围，当采样范围宽时，就会降低采样精度。采样范围是霍尔器件能够检测的电流值区间，至少具有一个最低值和一个最高值，采样精度是霍尔器件能够检测的电流最小分度值，例如能够精确到小数点后几位。
[0004]CN103457558B涉及一种可变增益小电流拾取放大电路，包括用于采集小电流信号的小电流信号采样电路，其输出端与一级精密运算放大电路的输入端相连，一级精密运算放大电路的输出端、增益控制电路的输出端均与二级可变增益运算放大电路的输入端相连，二级可变增益运算放大电路的输出端与PC机相连。本专利技术可以灵活的改变放大倍数，能够实现在较大的电流采样范围内共用，简化了检测器的模拟量信号处理，具有较好的通用性和稳定性。
[0005]上述现有技术可以实现多个放大倍数电流采样，但在其中一个电流放大倍数时存在接近此范围最大值不及时调整更大范围的电流放大倍数，导致电流采样失真，影响控制，也即是没有同时实现高采样范围和高采样精度。
[0006]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

[0007]针对现有技术之不足，本专利技术提供了一种宽范围、高精度的电流采样方法，设定数个从零起始的电流采样范围，数个电流采样范围具有不同上限，其中上限较大的采样范围相较于上限较小的采样范围具有更低的采样精度，在执行电流采样时，基于当前采样的电
流值处于采样范围中大于切换判断值计算值或者小于切换判断值计算值来执行将采样范围切换至下一级或者维持在本采样范围的操作，其中，切换判断值为0
‑
1之间的数值，切换判断值计算值为切换判断值与该采样范围的乘积。
[0008]优选地，切换判断值为0.6
‑
0.9之间的数值，下一级采样范围是所设定的数个电流采样范围中唯一一个上限仅大于本级采样范围上限所在的采样范围。
[0009]优选地，电流是在进行检测前被预算放大器所放大，运算放大器放大倍数决定采样范围大小，通过向采样电路设置不同阻值的反馈电阻的方式来调节运算放大器的放大倍数。
[0010]优选地，采样电流经过运算放大器放大后进入微控制器，微控制器获取采样电流具体数值，基于采样电流值大于或小于当前切换判断值计算值来以控制相应的反馈电阻接入采样电路开关的方式调节采样范围。
[0011]优选地，在进行初始电流采样时，以最大采样范围检测初始电流值，基于初始电流值落入的采样范围确认初始采样电流范围。
[0012]优选地，设置反馈电阻R1对应的电流范围为0
‑
M1，反馈电阻R2对应的电流范围为0
‑
2M1，反馈电阻R3对应的电流范围为0
‑22
M1，反馈电阻R
n
对应的电流范围为0
‑2n
M1，反馈电阻R
N
对应的电流范围为0
‑2N
‑1M
1，
上电后打开最大电流采样范围0
‑2N
‑1M1的控制开关，微控制器确认初始电流m。
[0013]优选地，根据m落在2
n
‑1M1≤m≤2
n
M1确认初始采样电流范围为0
‑2n
M1，其中1≤n≤N
‑
1。
[0014]优选地，基于m落在2
n
‑1M1≤m≤X*2
n
M1范围再次确认采样电流范围为0
‑2n
M1，打开控制开关(n
‑
1)E将采样电流范围切换为0
‑2n
M1，或者基于m落在X*2
n
M1≤m≤2
n
M1范围再次确认采样电流范围为0
‑2n+1
M1，打开控制开关nE将采样电流范围切换为0
‑2n+1
M1。
[0015]优选地，基于切换的采样电流范围检测后续电流m
n
，并基于m
n
落在2
n
‑1M1≤m≤X*2
n
M1范围再次确认采样电流范围为0
‑2n
M1，打开控制开关(n
‑
1)E将采样电流范围切换为0
‑2n
M1，或者基于m
n
落在X*2
n
M1≤m≤2
n
M1范围再次确认采样电流范围为0
‑2n+1
M1，打开控制开关nE将采样电流范围切换为0
‑2n+1
M1。
[0016]优选地，切换判断值为0.8。
[0017]本专利技术优势在于：根据实时采样的电流值在线调整最适的电流采样范围；提高全范围内电流处于最适电流采样范围，提升电流采样精度。能够随时根据变化的采样电流来匹配最佳的电流采样范围，因为采样范围与采样精度呈反相关关系，即越大的采样范围只能获得精度越差的采样结果。由于电流不断增大，有可能在某一时刻增大到超过某一个采样范围的上限，而现有技术大部分是在电流超出采样上限后再选择切换下一级采样范围，这样无疑是损失了一部分的超出上限的采样结果，而本方案采用切换判断值的方式使得采样范围的切换具有预处理性，即预先将实际检测电流超出切换判断值之后就切换到下一级的采样范围，这样超出的值仍然能够在上一级的采样范围中被准确测出，同时也能满足下一个时间片的电流数值能够在下一级的采样范围中被相对较好地采样。此种设计方案将电流数据上传、微控制器判断到控制开关切换采样范围这几个步骤之间的时间延迟中可能产生新的时间片对应的电流采样数据精度记录在内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽范围、高精度的电流采样方法，其特征在于，设定数个从零起始的电流采样范围，所述数个电流采样范围具有不同上限，其中上限较大的采样范围相较于上限较小的采样范围具有更低的采样精度，在执行电流采样时，基于当前采样的电流值处于所述采样范围中大于切换判断值计算值或者小于切换判断值计算值来执行将采样范围切换至下一级或者维持在本采样范围的操作，其中，切换判断值为0
‑
1之间的数值，切换判断值计算值为所述切换判断值与该所述采样范围的乘积。2.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，切换判断值为0.6
‑
0.9之间的数值，所述下一级采样范围是所设定的数个电流采样范围中唯一一个上限仅大于本级采样范围上限所在的采样范围。3.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述电流是在进行检测前被预算放大器所放大，所述运算放大器放大倍数决定所述采样范围大小，通过向所述采样电路设置不同阻值的反馈电阻的方式来调节所述运算放大器的放大倍数。4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，采样电流经过运算放大器放大后进入微控制器，所述微控制器获取采样电流具体数值，基于采样电流值大于或小于当前切换判断值计算值来以控制相应的反馈电阻接入采样电路开关的方式调节所述采样范围。5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在进行初始电流采样时，以最大采样范围检测初始电流值，基于初始电流值落入的采样范围确认初始采样电流范围。6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，设置反馈电阻R1对应的电流范围为0
‑
M1，反馈电阻R2对应的电流范围为0
‑
2M1，反馈电阻R3对应的电流范围为0
‑22
M1，反馈电阻R
n
对应的电流范围为0
‑2n
M1，反馈电阻R
N
对应的电流范围为0
‑2N
‑1M
1，

【专利技术属性】
技术研发人员：潘振方，李飞，姚欣，
申请(专利权)人：河南嘉晨智能控制股份有限公司，
类型：发明
国别省市：