电流采样电路的制作方法

本实用新型实施例涉及检测技术领域，具体涉及一种电流采样电路。

背景技术：

交流电机调速运用可控硅和直流电机调速运用整流桥加可控硅，一般使用的电源系统都是非隔离负电源，而且会用到电流采样及其反馈电路，以达到限制及控制功率的效果。目前在非隔离负电源供电下，交流马达电流的采样主要是采用电流互感器进行采样，通过电流互感器把大功率的交流电流转化为毫安级的交流电流，然后通过运放进行放大输出。

现有的电流采样需要选择一个插件式大互感器，在达到同样采样电流情况下，电流互感器体积比较大，需要比较大的印制电路板(printedcircuitboard，pcb)面积和高度空间，组装工艺上需要人工手动插入pcb孔里，增加人力成本，使得成本也会比较高。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本实用新型实施例提供了一种电流采样电路，克服了上述问题或者至少部分地解决了上述问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种电流采样电路10，包括：采样电阻rs、与所述采样电阻rs连接的输入单元11、与所述输入单元11连接的放大单元12；所述采样电阻rs的第一端接第一参考电压v1，第二端与输入单元11以及马达m的输入端连接，用于对马达m进行电流采样，得到采样信号in；所述输入单元11至少包括第一电容c1，所述第一电容c1连接在采样电阻rs的第二端与所述放大单元12之间，用于对所述采样信号进行隔直流处理，所述放大单元12用于对隔直流处理后的所述采样信号in进行放大处理后输出，所述放大单元12的输出信号out的电压与所述采样信号in对应。

在一种可选的方式中，所述采样电阻rs连接在市电的零线n上，所述采样电阻rs的第二端通过整流电路30与所述马达m的一个输入端连接。

在一种可选的方式中，所述放大单元12包括：运算放大器u1、第一电阻r1以及第二电阻r2；所述运算放大器u1的同相输入端与所述输入单元11连接，所述运算放大器u1的反相输入端与所述第一电阻r1的一端以及所述第二电阻r2的一端连接，所述第一电阻r1的另一端接所述第二参考电压v2，所述第二电阻r2另一端与所述运算放大器u1的输出端连接，所述运算放大器u1的负电源端接所述第二参考电压v2，所述运算放大器u1的正电源端接所述第一参考电压v1。

在一种可选的方式中，所述第一参考电压v1大于所述第二参考电压v2，所述电流采样电路10接负电源时，所述第二参考电压v2接所述负电源的电源电压，所述第一参考电压v1为地电压。

在一种可选的方式中，所述放大单元12还包括：第二电容c2，所述第二电容c2的一端与所述运算放大器u1的正电源端连接，另一端接所述第二参考电压v2。

在一种可选的方式中，所述输入单元11还包括：偏置电路111，所述偏置电路111连接在所述第一电容c1与所述运算放大器u1的同相输入端之间。

在一种可选的方式中，所述偏置电路111包括第三电阻r3和第四电阻r4，所述第三电阻r3的一端接所述第一参考电压v1，另一端与所述第四电阻r4的一端以及所述运算放大器u1的同相输入端连接，所述第四电阻r4的另一端接所述第二参考电压v2。

在一种可选的方式中，所述输入单元11还包括：第五电阻r5和过压保护电路112，所述第五电阻r5连接在所述采样电阻rs的第二端与所述第一电容c1之间；所述过压保护电路112连接在所述偏置电路111与所述运算放大器u1的同相输入端之间。

在一种可选的方式中，所述过压保护电路112包括：第一二极管d1和第二二极管d2；所述第一二极管d1的阴极接所述第一参考电压v1，阳极与所述第二二极管d2的阴极以及所述运算放大器u1的同相输入端连接，所述第二二极管d2的阳极接所述第二参考电压v2。

在一种可选的方式中，所述电流采样电路10还包括：输出单元13，所述输出单元13包括：第六电阻r6以及第三电容c3；所述第六电阻r6的一端与所述运算放大器u1的输出端连接，另一端作为所述电流采样电路10的输出端，与所述第三电容c3的一端连接，所述第三电容c3的另一端接所述第二参考电压v2。

本实用新型实施例的电流采样电路10包括：采样电阻rs、与所述采样电阻rs连接的输入单元11、与所述输入单元11连接的放大单元12；所述采样电阻rs的第一端接第一参考电压v1，第二端与输入单元11以及马达m的输入端连接，用于对马达m进行电流采样，得到采样信号in；所述输入单元11至少包括第一电容c1，所述第一电容c1连接在采样电阻rs的第二端与所述放大单元12之间，用于对所述采样信号进行隔直流处理，所述放大单元12用于对隔直流处理后的所述采样信号in进行放大处理后输出，所述放大单元12的输出信号out的电压与所述采样信号in对应，采样电阻可以实现贴片式自动组装，省去人工成本，从而能够降低成本。

上述说明仅是本实用新型实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本实用新型实施例提供的电流采样电路的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例提供的放大单元的电路示意图；

图3示出了本实用新型实施例提供的输入单元的电路示意图；

图4示出了本实用新型实施例提供的电流采样电路的完整电路示意图；

图5示出了本实用新型实施例提供的采样电阻的连接示意图；

图6示出了本实用新型实施例提供的负电源的电流采样电路示意图；

图7示出了本实用新型实施例提供的正电源的电流采样电路示意图；

图8示出了图7中所示的电流采样电路的输入单元和放大单元的直流等效电路示意图；

图9示出了图7中所示的电流采样电路的输入单元的交流等效电路示意图；

图10示出了对本实用新型实施例提供的负电源的电流采样电路进行仿真的仿真电路示意图；

图11示出了本实用新型实施例提供的负电源的电流采样电路中无交流电流输入时b点的电压示意图；

图12示出了本实用新型实施例提供的负电源的电流采样电路中无交流电流输入时d点的电压示意图；

图13示出了本实用新型实施例提供的负电源的电流采样电路中有交流电流输入时a点的电流示意图；

图14示出了本实用新型实施例提供的负电源的电流采样电路中有交流电流输入时b点的电压示意图；

图15示出了本实用新型实施例提供的负电源的电流采样电路中有交流电流输入时d点的电压示意图；

图16示出了本实用新型实施例提供的负电源的电流采样电路的输出电压与马达的交流电流的波形示意图；

图17示出了本实用新型实施例提供的负电源的电流采样电路的输出电压与马达的交流电流的关系示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了本实用新型实施例提供的电流采样电路的结构示意图，如图1所示，电流采样电路10包括：采样电阻rs、与所述采样电阻rs连接的输入单元11、与所述输入单元11连接的放大单元12；所述采样电阻rs的第一端接第一参考电压v1，第二端与输入单元11以及马达m的输入端连接，用于对马达m进行电流采样，得到采样信号in；所述输入单元11至少包括第一电容c1，所述第一电容c1连接在采样电阻rs的第二端与所述放大单元12之间，用于对所述采样信号进行隔直流处理，所述放大单元12用于对隔直流处理后的所述采样信号in进行放大处理后输出，所述放大单元12的输出信号out的电压与所述采样信号in对应。本实用新型实施例的电流采样电路通过采样电阻rs对马达m进行非隔离地交流电流采样，获得采样信号in，采样电阻rs优选为0.01ω，当然在本实用新型的其他实施例中，采样电阻rs可以根据需要进行取值，在此不作限制。即采样电阻rs是一个精密电阻，能够更好地控制采样精度，可以提高交流电流采样的精度，并且由于采样电阻rs可以是贴片式电阻，能够应用贴片机自动贴片。要达到同样采样电流情况下，需要的pcb板面积很小，高度空间则基于贴片集成电路(integratedcircuit，ic)器件的高度，从而能够节省pcb板的成本和人力组装成本，实现自动化组装的目的，降低成本。另外，应用采样电阻rs进行电流采样，采样电流受温度影响较小。

在本实用新型实施例中，参见图2，所述放大单元12包括：运算放大器u1、第一电阻r1以及第二电阻r2；所述运算放大器u1的同相输入端与所述输入单元11连接，所述运算放大器u1的反相输入端与所述第一电阻r1的一端以及所述第二电阻r2的一端连接，所述第一电阻r1的另一端接所述第二参考电压v2，所述第二电阻r2另一端与所述运算放大器u1的输出端连接，所述运算放大器u1的负电源端接所述第二参考电压v2，所述运算放大器u1的正电源端接所述第一参考电压v1。所述放大单元12还包括：第二电容c2，所述第二电容c2的一端与所述运算放大器u1的正电源端连接，另一端接所述第二参考电压v2。第二电容c2用于滤除第一参考电压v1中的高频分量。其中，放大单元12的放大倍数为1+r2/r1。

在本实用新型实施例中，参见图3，所述输入单元11还包括：偏置电路111，所述偏置电路111连接在所述第一电容c1与所述运算放大器u1的同相输入端之间。所述偏置电路111包括第三电阻r3和第四电阻r4，所述第三电阻r3的一端接所述第一参考电压v1，另一端与所述第四电阻r4的一端以及所述运算放大器u1的同相输入端连接，所述第四电阻r4的另一端接所述第二参考电压v2。本实用新型实施例通过第三电阻r3和第四电阻r4对第一参考电压v1进行分压，以提供基准电压，方便后续放大单元12对采样信号in进行放大处理。

继续参见图3，所述输入单元11还包括：第五电阻r5和过压保护电路112，所述第五电阻r5连接在所述采样电阻rs的第二端与所述第一电容c1之间；所述过压保护电路112连接在所述偏置电路111与所述运算放大器u1的同相输入端之间。第五电阻r5用于限流，同时还可以提高运算放大器u1的输入阻抗。所述过压保护电路112包括：第一二极管d1和第二二极管d2；所述第一二极管d1的阴极接所述第一参考电压v1，阳极与所述第二二极管d2的阴极以及所述运算放大器u1的同相输入端连接，所述第二二极管d2的阳极接所述第二参考电压v2。正常工作时，第一二极管d1和第二二极管d2截止，电流采样电路10对马达m的电流进行正常采样。当第一二极管d1或第二二极管d2两端的电压超过阈值电压时，第一二极管d1或第二二极管d2导通，使电流采样电路10中的元器件免受过压损害。

在本实用新型实施例中，参见图4，所述电流采样电路10还包括：输出单元13，所述输出单元13包括：第六电阻r6以及第三电容c3；所述第六电阻r6的一端与所述运算放大器u1的输出端连接，另一端作为所述电流采样电路10的输出端，与所述第三电容c3的一端连接，所述第三电容c3的另一端接所述第二参考电压v2。第三电容c3用于滤除运算放大器u1的输出端输出的输出信号out中的高频分量。将电流采样电路10的输出电压传输至一单片机(图未示)以进行马达电流检测。

在本实用新型实施例中，所述第一参考电压v1大于所述第二参考电压v2。所述电流采样电路10接负电源时，所述第二参考电压v2接所述负电源的电源电压，所述第一参考电压v1为地电压。以下以电流采样电路10接负电源为例，如图5所示，所述采样电阻rs连接在市电的零线n上，市电的火线l与零线n之间接一保护电路20，采样电阻rs连接在经过保护电路20后的零线n上，采样电阻rs的第一端与保护电路20连接，所述采样电阻rs的第二端通过整流电路30与所述马达m的一个输入端连接。其中，保护电路20和整流电路30的具体电路结构非本实用新型实施例需要保护的，不进行详细描述。假设第一参考电压v1为接地0v，第二参考电压v2为负电源的电源电压-5v，电流采样电路10的具体电路如图6所示。

所述电流采样电路10接正电源时，其电路如图7所示，第一参考电压v1为正电源电压vcc，第二参考电压v2为地电压。此时采样电阻rs可以连接在市电的火线l上，其连接方法与图5类似，在此不再赘述。

假设正电源电压vcc为5v，第一电阻r1＝1kω，第二电阻r2＝5.1kω，第三电阻r3取121kω，第四电阻r4取7.5kω，第一电阻r5＝1kω，第一电容c1＝4.7μf，对图7所示的电路进行分析如下：

输入单元11和放大单元12直流等效电路图8，运算放大器的放大倍数为1+r2/r1＝6.1。此时，运算放大器u1同相输入端的输入电压为：

输出电压为：

输入单元11的交流等效电路图9，假设交流电流为29a，则

输入信号的频率为50hz或60hz时，第一电容c1的容抗为：

输入信号的频率为1khz时，第一电容c1的容抗为：

对应地，不同频率下运算放大器u1的输入阻抗为：

可见，从最终的阻抗来分析，输入频率并不会影响阻抗值大小。

因此，当输入电流为29a，频率在50hz或60hz，模块的输出电压为：

当输入电流为29a，频率在1khz，模块的输出电压：

所以如果交流电流在-29a到29a之间，频率为50hz或60hz，电流采样电路10输出端的输出电压分别为：

voutgdm_out_29a＝(vin_ac+vin_dc)·6.1＝(0.253+0.2918)×6.1＝0.5448×6.1＝3.323v，

voutgdm_out_-29a＝(-vin_ac+vin_dc)·6.1＝(-0.253+0.2918)×6.1＝0.0388×6.1＝0.2367v。

以下对图6所示的电路进行仿真，其具体的仿真电路如图10所示，通过电源单元40产生需要的-30a至30a的电流，电源单元40由一正弦波电源v3和一方波电源v4组合后通过第七电阻r7输出。

电流采样电路10的输入端，即a点处没有交流电流输入时，其输入只有-5v的负电源，如此运算放大器u1的输入电压，即图10中b点的电压如图11所示，约为0.292v。运算放大器u1的输出电压，即图12中d点的电压约为1.78v。

通过电源单元40在电流采样电路的输入端输入交流电流在-30a至30a之间，a点的电流如图13所示，输入交流电流为-30a，a点的电流为-30.00a，输入交流电流为+30a，a点的电流为+30.00a。对应地，运算放大器u1的输入端b点的电压如图14所示，电压最大值为0.56v，电压最小值为0.018v。运算放大器u1的输出端d点的电压如图15所示，电压最大值为3.40v，电压最小值为0.118v。马达的交流电流与电流采样电路10的输出电压的波形如图16所示，其中，1表示电流采样电路10的输出电压曲线，2表示马达的交流电流曲线。马达的交流电流的范围为-30a至30a，电流采样电路10的输出电压的范围为0.1v至3.40v，两者波形相似。根据图16得到图17中的电流采样电路10的输出电压与马达的交流电流的关系示意图，从图中可以看出，电流采样电路10的输出电压与马达的交流电流在交流电流的范围为-30a至30a内呈线性相关关系。

本实用新型实施例的电流采样电路10包括：采样电阻rs、与所述采样电阻rs连接的输入单元11、与所述输入单元11连接的放大单元12；所述采样电阻rs的第一端接第一参考电压v1，第二端与输入单元11以及马达m的输入端连接，用于对马达m进行电流采样，得到采样信号in；所述输入单元11至少包括第一电容c1，所述第一电容c1连接在采样电阻rs的第二端与所述放大单元12之间，用于对所述采样信号进行隔直流处理，所述放大单元12用于对隔直流处理后的所述采样信号in进行放大处理后输出，所述放大单元12的输出信号out的电压与所述采样信号in对应，大大提高交流电流的采样精度，可以应用贴片式自动组装，能够降低成本。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。