【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自动测量领域，具体是一种单通道多量程自动切换测量电路及负荷监测单元。
技术介绍
1、在现有技术中，多量程测量技术一般依赖于软件控制切换，并使用多路adc进行采样，这种控制方式通过软件来控制切换，存在软件跑飞和死机的风险，如果软件出现异常，将出现不能检测或者检测错误的情况。同时，通过软件控制切换的方式在测量时有几个量程就需要占用几个adc通道，要求使用的主机或者adc需要匹配量程拥有多路adc，成本较高。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术存在多量程测量通过软件控制量程切换存在软件跑飞和死机的风险，从而导致无法检测或检测错误，同时测量时有几个量程就需要占用几个adc通道，成本较高的不足，提供了一种单通道多量程自动切换测量电路及负荷监测单元，其在应用时通过硬件判断量程的大小，自动切换，同时，只需一路adc即可完成各量程的采样，大大降低了设备对采样adc的要求，节约成本。
2、本专利技术的目的主要通过以下技术方案实现：
3、第一方面，本申请提供了一种单通道多量程自动切换测量电路，包括测量电流输入转换电路、基准电压生成电路、档位信息生成电路、档位匹配电路、电压信号调试电路和控制器，其中，
4、所述档位信息生成电路包括n个比较器，n≥1，所述比较器的同相输入端输入被测电压，所述比较器的反向输入端输入比较电压，并从所述比较器的输出端输出档位信息；一个所述比较器用于一个输入电源档位信息的判断，并向档位匹配电路和控制器输出档位信息；
5、所述测量电流输入转换电路的输出端与各个比较器的同相输入端连接，用于输入被测电流，将被测电流转化为被测电压，并向档位信息生成电路输出被测电压；
6、所述基准电压生成电路用于输出参考基准电压和比较电压，其中，所述参考基准电压通过分压得到n个从小到大排列的比较电压，n个比较电压一一对应输入n个比较器的反相输入端；
7、所述档位匹配电路与测量电流输入转换电路连接，组成vi转换电路，所述档位匹配电路的输入端输入档位信息，用于根据档位信息将不同档位的输入被测电流转换为同一档位的采样电压，并将采样电压输出给电压信号调试电路；
8、所述电压信号调试电路的输入端输入采样电压，用于对采样电压进行放大，并将放大后的采样电压输出给控制器，以供控制器对采样电压进行采样；
9、所述控制器用于输入档位信息，根据档位信息对输入的被测电流档位进行识别，当被测电压小于第一个的比较电压时，输入的被测电流为第零档，当被测电压大于第n个比较电压时，输入的被测电流为第n档；用于输入经放大后的采样电压，并对该采样电压进行采样。
10、在进行多量程的测量过程中，专利技术人发现在通过软件控制量程的切换时，软件会有跑飞和死机的风险，而如果软件出现异常，那么将出现不能检测或者检测错误的情况，同时，多量程的测量需要依赖多路adc进行采样，即测量时有几个量程就需要占用几个adc通道，这就要求使用的主机或者adc需要拥有多路adc，以此来匹配多个量程，成本较高。
11、为此，基于上述现有技术中存在的问题，专利技术人提出本申请，以此来解决现有技术中存在的问题。在本申请中，设置有测量电流输入转换电路、基准电压生成电路、档位信息生成电路、档位匹配电路、电压信号调试电路和控制器，其中，测量电流输入转换电路用于输入被测电流，将被测电流转化为被测电压，并向档位信息生成电路和档位匹配电路输出被测电压，基准电压生成电路用于输出参考基准电压和比较电压，测量电流输入转换电路输出的被测电压输入档位信息生成电路中，在档位信息生成电路中，设置有n个比较器，被测电压分别输入n个比较器的同相输入端，同时，基准电压生成电路输出参考基准电压，该参考基准电压通过分压得到n个从小到大排列的比较电压，且得到的n个比较电压一一对应输入n个比较器的反相输入端，此时，当输入被测电流大小改变时，即输入不同档位的被测电流时，转换得到的被测电压的大小随着被测电流的大小发生变化。若被测电压小于最小的比较电压，即第一个比较电压时，则所有比较器的输出端输出均为低电平，该信息输入给控制器，此时控制器根据各个比较器的输出端均输出低电平这一信息判断输入被测电流的档位为最低档，即第零档，当被测电压随输入的被测电流从小到大变化时，此时被测电压渐渐大于各个比较电压，从而各个比较器的输出端依次输出高电平，进而控制器根据输出高电平的比较器来判断此时输入的被测电流处于哪个档位。值得说明的是，n个大小不同的比较电压即为n个档位，加上最低档位第零档，则实际被测档位为n+1个。在本申请中，被测电流的档位是根据输出高电平比较器的数量来判断的，若各个比较器的输出端均输出低电平，即输出高电平比较器的个数为零，此时输入的被测电流处于第零档，若有n个比较器的输出端输出高电平，则输入的被测电流处于第n档，比如输入的被测电流为第三档，此时，有三个比较器的同相输入端的输入值比其反相输入端的输入值大，即被测电压大于第三个档位的比较电压，则有三个比较器输出高电平，此时即判断输入的被测电流为第三档。
12、本申请除了通过硬件对输入被测电流的档位进行判断之外，还可将不同档位的输入被测电流转换为同一档位的采样电压，从而通过一路adc对多个量程的被测电流进行采样，节约成本。在本申请中，还设置有档位匹配电路，档位匹配电路与测量电流输入转换电路相连接，从而组成vi转换电路，以将输入的不同档位的被测电流转换为同一档位的被测电压。在本申请中，档位匹配电路的输入端与档位信息生成电路的输出端连接，即档位匹配电路的输入端与n个比较器的输出端连接，当输入不同档位的被测电流时，档位信息生成电路生成不同的档位信息，并输入到档位匹配电路中，此时由档位匹配电路和测量电流输入转换电路组成的vi转换电路根据不同的档位信息将不同档位的被测电流转换为同一档位的采样电压，并将该采样电压输入给电压信号调试电路，并由电压信号调试电路对采样电压进行放大后输出给控制器。在本申请中，由于被测电流的档位信息由档位信息生成电路告知给控制器，因此即使不同档位的被测电流被转换为同一档位的采样电压被控制器进行采样，也能够根据档位信息生成电路所生成的档位信息得知该最终被采样的采样电压是由哪一档位的被测电流而转换得来的，并能够根据其转换过程计算出被测电流的大小。
13、进一步的，所述测量电流输入转换电路包括vi转换电阻，所述vi转换电阻的两端输入被测电流，用于将输入的被测电流转化为被测电压，并向档位信息生成电路输出被测电压。
14、进一步的，所述档位匹配电路包括n个nmos管和n个采样电阻；一个所述nmos管的s极与一个采样电阻连接组成一个串联电路，n个所述nmos管与n个采样电阻组成n个串联电路，n个串联电路并联组成档位匹配电路，其中，n个所述nmos管的g极一一对应与n个比较器的输出端连接，n个所述nmos管的d极相互连接，n个所述采样电阻与n个nmos管连接的另一端均接地，所述档位匹配电路与vi转换电阻并联组成vi转换电路。
15、进本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单通道多量程自动切换测量电路，其特征在于，包括测量电流输入转换电路、基准电压生成电路、档位信息生成电路、档位匹配电路、电压信号调试电路和控制器，其中，
2.根据权利要求1所述的一种单通道多量程自动切换测量电路，其特征在于，所述测量电流输入转换电路包括VI转换电阻，所述VI转换电阻的两端输入被测电流，用于将输入的被测电流转化为被测电压，并向档位信息生成电路输出被测电压。
3.根据权利要求2所述的一种单通道多量程自动切换测量电路，其特征在于，所述档位匹配电路包括n个NMOS管和n个采样电阻；一个所述NMOS管的s极与一个采样电阻连接组成一个串联电路，n个所述NMOS管与n个采样电阻组成n个串联电路，n个串联电路并联组成档位匹配电路，其中，n个所述NMOS管的g极一一对应与n个比较器的输出端连接，n个所述NMOS管的d极相互连接，n个所述采样电阻与n个NMOS管连接的另一端均接地，所述档位匹配电路与VI转换电阻并联组成VI转换电路。
4.根据权利要求3所述的一种单通道多量程自动切换测量电路，其特征在于，所述测量电流输入转换电路还包括电阻补偿电
5.根据权利要求4所述的一种单通道多量程自动切换测量电路，其特征在于，所述电阻补偿电路包括n个顺次连接的选择开关，其中，相邻的两个选择开关之间连接有一个补偿电阻，且在第n个选择开关的输出端连接有一个补偿电阻；所述选择开关包括第一光耦合器、二极管、第二光耦合器和三极管；所述第一光耦合器的第一引脚通过第一限流电阻与外接电源连接，第二引脚通过二极管与地连接，第四引脚与VI转换电阻连接；所述第二光耦合器的第一引脚与第一光耦合器的第一引脚连接，第二引脚与三极管的集电极连接，第四引脚与补偿电阻连接；所述三极管的基极通过第二限流电阻与比较器的输出端连接，并通过下拉电阻接地，所述三极管的发射极接地；第一个所述选择开关的第一光耦合器和第二光耦合器的第三引脚均输入被测电流；从第二个所述选择开关到第n个选择开关，其第一光耦合器的第三引脚和第二光耦合器的第三引脚连接，并通过补偿电阻与其上一个选择开关的第二光耦合器的第四引脚连接；第n个所述选择开关的第二光耦合器的第四引脚通过补偿电阻与VI转换电阻连接。
6.根据权利要求2所述的一种单通道多量程自动切换测量电路，其特征在于，所述测量电流输入转换电路还包括TVS管，所述TVS管与VI转换电阻并联，用于当输入的被测电流超过测量最大值时，对后级电路进行保护。
7.根据权利要求1所述的一种单通道多量程自动切换测量电路，其特征在于，所述基准电压生成电路包括基准电压芯片和分压电路，所述基准电压芯片用于生成参考基准电压，并向分压电路输入参考基准电压；所述分压电路包括n+1个串联的分压电阻，n+1个所述分压电阻串联而成的串联电路其一端输入参考基准电压，另一端接地，任意两个相邻分压电阻之间与一个比较器的反相输入端连接，用于对比较器输入大小不同的比较电压。
8.根据权利要求1所述的一种单通道多量程自动切换测量电路，其特征在于，在所述档位信息生成电路中，任意所述比较器的输出端外接一个上拉电阻和一个第三限流电阻，所述上拉电阻连接比较器的另一端连接外接电源；所述第三限流电阻连接比较器的另一端连接控制器。
9.根据权利要求1所述的一种单通道多量程自动切换测量电路，其特征在于，所述电压信号调试电路包括一个反相放大器和一个差分放大器，所述反相放大器的反相输入端输入采样电压，所述反相放大器的输出端与差分放大器的反相输入端连接；所述差分放大器的同相输入端输入叠加电压，所述差分放大器的输出端连接有一个滤波电路，且所述差分放大器的输出端通过滤波电路连接控制器，用于对控制器提供放大后的采样电压；其中，所述叠加电压为参考基准电压的二分之一，以使最终输入控制器的采样电压的信号零点在ADC采样电压有效范围的中间。
10.负荷监测单元，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的一种单通道多量程自动切换测量电路。
...【技术特征摘要】
1.一种单通道多量程自动切换测量电路，其特征在于，包括测量电流输入转换电路、基准电压生成电路、档位信息生成电路、档位匹配电路、电压信号调试电路和控制器，其中，
2.根据权利要求1所述的一种单通道多量程自动切换测量电路，其特征在于，所述测量电流输入转换电路包括vi转换电阻，所述vi转换电阻的两端输入被测电流，用于将输入的被测电流转化为被测电压，并向档位信息生成电路输出被测电压。
3.根据权利要求2所述的一种单通道多量程自动切换测量电路，其特征在于，所述档位匹配电路包括n个nmos管和n个采样电阻；一个所述nmos管的s极与一个采样电阻连接组成一个串联电路，n个所述nmos管与n个采样电阻组成n个串联电路，n个串联电路并联组成档位匹配电路，其中，n个所述nmos管的g极一一对应与n个比较器的输出端连接，n个所述nmos管的d极相互连接，n个所述采样电阻与n个nmos管连接的另一端均接地，所述档位匹配电路与vi转换电阻并联组成vi转换电路。
4.根据权利要求3所述的一种单通道多量程自动切换测量电路，其特征在于，所述测量电流输入转换电路还包括电阻补偿电路，所述电阻补偿电路与vi转换电路串联，用于对所述vi转换电路进行电阻补偿，使所述电阻补偿电路与vi转换电路组成的串联电路总阻值始终与vi转换电阻的阻值相等。
5.根据权利要求4所述的一种单通道多量程自动切换测量电路，其特征在于，所述电阻补偿电路包括n个顺次连接的选择开关，其中，相邻的两个选择开关之间连接有一个补偿电阻，且在第n个选择开关的输出端连接有一个补偿电阻；所述选择开关包括第一光耦合器、二极管、第二光耦合器和三极管；所述第一光耦合器的第一引脚通过第一限流电阻与外接电源连接，第二引脚通过二极管与地连接，第四引脚与vi转换电阻连接；所述第二光耦合器的第一引脚与第一光耦合器的第一引脚连接，第二引脚与三极管的集电极连接，第四引脚与补偿电阻连接；所述三极管的基极通过第二限流电阻与比较器的输出端连接，并通过下拉电阻接地，所述三极管的发射极接地；第一个所述选择开关的第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：代辉，杨红良，夏春，李保维，
申请(专利权)人：成都汉度科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。