【技术】电流检测采样电阻电路的技巧

时间： 2021-10-14 来源：毫欧电子

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本文毫欧电子具体讲解电流检测采样电阻电路的技巧。直流比较仪由双铁芯叠加绕线而成，S、C为A和B共同绕组，S为磁通检测绕组，C为比较仪次级绕组，N4单独绕制在铁芯A上，为激励绕组。其中铁芯A由高导磁率软磁材料制作，铁芯B由低导磁率铁氧体材料制作。

采样电阻的阻值为固定值，信号放大比例系数k1、直流比较仪变比值保持不变。因此检定时，微控制器控制分压模块中的分压比即值便可调节出不同的检定电阻阻值。硬件设计考虑到系统的实时性比较强，采用最新架构嵌入式微处理器加外围设计电路搭建的平台进行开发。

系统硬件结构框图

模拟部分系统在基于电流型有源模拟电阻器原理基础上进行拓展设计的，模拟部分：保护电路：保护系统，当被检测试仪产生的大电流超过系统所能承受的范围时，产生报警信号通过控制蜂鸣器给用户发出报警，并自动断开测试回路，保护系统不被检测仪产生的大电流损坏；宽频直流比较仪：将被检测试仪产生的大电流按一定比例转换成小电流。差分采样：与精密电阻R一起将小电流信号转换成电压信号，差分采样大大降低了前端采样共模噪声的干扰；增益：通过控制实现电压信号不同量程下对应比例的放大；A/D转换器：将电压采样电阻电源模块整个电源模块的设计采用线性电源，且数字部分和模拟部分相互隔离，模拟部分各路电源供电也相互隔离或用磁珠相连，减少电源的纹波和噪声对整个系统的干扰及减少系统之间各部分相互干扰，保证整个系统的高精度及高线性度。数字部分，微处理器具体采用新架构的微处理器，具有强大的处理能力及丰富的接口。

本设计在其上移植嵌入式实时操作系统来完成整个系统的数据处理及相关调度。微处理器内部集有设计中常有的资源，本设计用到的资源，如图中数字部分：3个独立的USART接口，一个连接显示模块，为面板显示提供人机界面，工作时显示出整个系统的运行情况并通过上的触摸屏与用户进行实时交互，一个连接按键组，使用户操作更加方便快捷，一个通过RS232电平转换芯片与上位机提供连接接口；1个&IIC接口，连接存储芯片来增加存储空间；2个SPI接口，一个连接模拟部分的DA乘法器设定分压模块的放大比例系数，一个连接模拟部分A/D转换器，获取采样的电压信号并运算对应的示值电流及做相关运算分析；部分的GPIO接口，控制模拟部分的程控放大及获取报警状态等。

信号转换成数字信号通过隔离的SPI接口送入到MCU，运算出对应的示值电流及做相关分析；DA乘法器：MCU通过电气隔离的SPI 接口控制DA乘法器输出来调节分压比达到系统调节电阻阻值的目的。

软件设计，本设计采用实时嵌入式操作系统作为开发平台，始化，将操作系统、程序变量及硬件相关配置进行初始化；创建任务，包括建立按键响应任务、数据处理任务、显示任务、通信任务、故障处理任务等；任务调度。系统通过液晶屏、触摸屏和按键旋钮等和用户进行交互，调用程序中的相关任务线程控制相关硬件完成电流测量、报警处理、误差计算、电阻值设置、参数设置等功能。

采样电阻实现原理：线圈检测磁通经过磁通检测模块转换为电压信号，控制功率放大器增大或减少输出，流经次级绕组电流随之增加或减小，通过不断的调节，最终使得铁芯 B 达到磁平衡。系统平衡建立的时间不超过1μs。通过标准电阻R进行电流采样，测试得到Us。从而可以计算出IP值。同时磁通信号可作为报警信号等状态信号。式中：k为比例常数。

系统的硬件及软件设计采样电阻系统原理：系统是基于电流型有源模拟电阻器原理进行拓展设计的，将被检测试仪产生的大电流输入到本系统的电流转换模块按一定比例转换成小电流，通过精密电阻转换成小电压，后经过电压采样及增益模块放大成比例电压信号输入到分压模块，由控制器进行控制其分压比，最后经过缓冲电路输出给被测仪器的电压采样端，形成测试回路。通过由微控制器控制分压模块电路中的分压比调节检定时检点电阻的阻值。电压采样及程控放大模块输出另一路电压输入到A/D采样模块，由控制器进行运算出对应的示值电流及做相关分析。原理框图如图所示：