[發明專利]一種實時電流信號數據處理系統

有效

• 申請號: 201710575700.7
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107219392B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 王純配;翟榮安;劉明;顧倉;王毓;谷森;劉晶晶;王飛;于振中;李文興
• 申請（專利權）人: 哈工大機器人（合肥）國際創新研究院
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發明公開了一種實時電流信號數據處理系統，包括分流電阻Rshunt、電流采集模塊、16位并行ADC、FPGA控制模塊，其中分流電阻Rshunt設置在電流采集模塊的兩輸入端之間，電流采集模塊通過并行ADC連接到FPGA控制模塊。本發明相比現有技術具有以下優點：本次設計使用并行ADC和FPGA的組合，達到了高精度、速度快、實時性好的效果，由于無需用精度高的電流互感器，所以整體成本較低，且占用PCB空間小，有利于布線以及降低PCB的集成度，具有良好的市場前景。

技術領域

本發明涉及電子電路技術領域，特別涉及一種高精度高速的實時電流信號檢測系統。

背景技術

在現今的電力電子技術領域中，在某些應用場景下需要依靠電流信號做一些智能控制，特別的一些智能控制所依靠的判斷依據是高精度、高速、實時的電流信號，因此提供高精度、高速、實時的電流信號是智能控制的核心。在現今的技術中，大多數采用的技術方案是利用電流互感器或者霍爾傳感器檢測電流，再由串行ADC進行采集，然后送人單片機進行信號處理。

然而這種技術存在著很多不足，第一采用電流互感器會增加成本，精度高的電流互感器的價格會高于系統中核心芯片的價格，而且電流互感器體積較大，會占用大量PCB面積，不利于布線以及降低PCB的集成度。第二串行ADC的輸出速度以及單片機的處理速度較慢，因此串行ADC和單片機的組合滿足不了高速度、實時性的需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供了一種精度高、速度快、實時性好的實時電流信號數據處理系統。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：一種實時電流信號數據處理系統，包括分流電阻Rshunt、電流采集模塊、16位并行ADC、FPGA控制模塊，其中分流電阻Rshunt設置在電流采集模塊的兩輸入端之間，電流采集模塊通過并行ADC連接到FPGA控制模塊。

作為優選的技術方案，所述并行ADC為16位并行ADC。

作為優選的技術方案，所述電流采集模塊包括第一運算放大器、第二運算放大器、電阻R1、R2，分流電阻Rshunt上下兩端分別接入第一運算放大器的Vp和Vn端，電阻R1第一端接第二運算放大器U2的輸出端，第二端接電阻R2的第一端，且電阻R1的第二端同時接入第二運算放大器的V-端，電阻R2的第二端接地，第一運算放大器的輸出端接第二運算放大器U2的V+端，運算放大器U2的輸出端接入并行ADC的Vin端，并行ADC的數據端接入FPGA控制模塊。

作為優選的技術方案，第一運算放大器的增益選用固定增益G＝20。

作為優選的技術方案，所述電流采集模塊包括還電容C1、C2、C3、C4，電容C1、C2是第一運算放大器的旁路電容，電容C3、C4是第二運算放大器的旁路電容，電容C1、C2上端接VCC，下端接地，電容C3、C4上端接-VEE，下端接地。

作為優選的技術方案，第二運算放大器的增益放大倍數為G＝1+R1/R2。

作為優選的技術方案，最大分流電阻Rshunt值的選擇按照公式：(第一運算放大器U1的最大滿幅輸出/第一運算放大器U1的增益)/最大負載電流。。

該數據處理系統的數據處理過程如下：待檢測電流信號流過分流電阻Rshunt，分流電阻Rshunt兩端產生微弱的壓降，第一運算放大器放大該微弱的壓降，第一運算放大器輸出端輸出的電流信號Vout1仍然很小，第二運算放大器對第一運算放大器輸出端輸出的電流信號Vout1進行二次放大，二次放大后的第二運算放大器的輸出端輸出的電流信號Vout2被并行ADC采集，并行ADC將采集到的二進制數據直接用并行的方式送入FPGA控制模塊中，FPGA控制模塊對并行數據進行處理。

作為優選的技術方案，第二運算放大器放大的倍數根據第一運算放大器輸出端輸出的電流信號的大小以及并行ADC的滿量程確定，使放大以后的信號盡量接近并行ADC的滿量程。