[发明专利]基于光耦的宽范围高精度多通道电流检测电路

说明书

技术领域

本发明涉及分析及测量控制领域，具体是一种基于光耦的宽范围高精度多通道电流检测电路。

背景技术

在道路交通信号控制机中，需要对每路灯驱动输出的交流电流数值进行实时采样控制，以确保输出的正确性和监控负载电流的变化情况，提高交通信号控制机的安全性。但是目前很多这类应用都是基于变压器用着反馈采样，变压器不但体积大，重量大而且价格贵，给后续的电路板制作和加工带来了很大麻烦。也有采用霍尔传感器采样的，但是霍尔传感器成本高，体积大不利于多通道使用情况。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种多通道高精度交流电流数值检测电路，其抗干扰能力强，结构简单，使用成本低，高隔离，精度高，测量范围宽，安全可靠，体积小易于多通道集成。

按照本发明提供的技术方案，所述基于光耦的宽范围高精度多通道电流检测电路包括：依次连接的电流采样电路、模拟选择电路、模拟光耦电路、次级差分放大电路、阻抗变换电路、有效值变换电路、数据处理单元；多路电流采样电路的输出连接到模拟选择电路，所述电流采样电路使用高精度小阻值的线绕电阻串联在负载中，由负载电流在电阻的两端产生电压差，然后把这多路小电压信号送入模拟选择电路，由模拟选择电路分时完成多选一的功能，模拟选择电路的选择控制端通过数字光耦隔离后和数据处理单元相连；所述模拟光耦电路完成左右两边电压信号部分和数据处理部分的隔离，以及完成电压信号的初级放大作用；所述次级差分放大电路完成电压信号的再次放大；所述有效值变换电路完成交流电压信号转变成直流电压信号，有效值变换电路的输出和数据处理单元的A/D输入端相连；所述数据处理单元完成直流信号的A/D采样，然后把采样的结果进行分析运算得出实际的电流值，并通过外设接口向外发送数据。

其中，一路电流采样电路包括线绕电阻和采样保护电阻，线绕电阻一端和交流电的火线相连，另一端和灯泡相连并通过采样保护电阻连接到模拟选择电路的一路输入。

所述模拟选择电路包括多路选择芯片CD4051，CD4051的16脚和+5V电源相连，7脚和-5V的电源相连，8脚、6脚和0V的电源相连并且和交流电的火线相连；CD4051的13、14、15、12、1、5、2、4脚用于连接多路电流采样电路；CD4051的9脚、10脚、11脚是3位二进制选择控制端，通过数字光耦隔离后和数据处理单元相连，用来选择8路输入中的一路进行电路采样；CD4051的3脚是输出脚和模拟光耦电路的输入端相连。

所述模拟光耦电路包括隔离放大器HCPL7840，第九电阻一端和所述CD4051的3脚相连，第九电阻另一端和HCPL7840的2脚相连并且与第一二极管的阴极端和第二二极管的阳极端相连，通过第一二极管和第二二极管下拉到0V电位；HCPL7840的1脚和8脚分别连接左右两边电压信号部分和数据处理部分的工作电压，HCPL7840的3脚、4脚接0V电位，5脚接数据处理部分的地，HCPL7840的6脚和7脚是差分输出的负极和正极，分别和次级差分放大电路的输入相连。

所述次级差分放大电路包括第一运算放大器，第一运算放大器同相输入端通过第十电阻接模拟光耦电路差分输出的正极，并通过第十二电阻和第一电容的并联支路接地；第一运算放大器反相输入端通过第十一电阻接模拟光耦电路差分输出的负极，并通过第十三电阻和第二电容的并联支路连接第一运算放大器的输出端；第一运算放大器的输出端是次级差分放大电路的输出级，和阻抗变换电路的输入端相连。

所述阻抗变换电路包括第二运算放大器，第二运算放大器的同相输入端和第一运算放大器的输出端相连，第二运算放大器的反相输入端通过第十四电阻和第二运算放大器的输出端相连，第二运算放大器的输出端是阻抗变换电路的输出端，和有效值变换电路的输入端相连。

所述有效值变换电路包括有效值变换器AD536AJH，AD536AJH的4脚通过第十五电阻连接阻抗变换电路的输出端，并且通过第三电容下拉到地；AD536AJH的1脚和2脚都和地相连，AD536AJH的3脚接电源正极，D536AJH的5脚接电源负极，AD536AJH的6脚通过第六电容和AD536AJH的3脚相连；第十七电阻的一端和AD536AJH的8脚相连并且通过第四电容和AD536AJH的10脚相连，第十七电阻的另一端通过第七电容下拉到地，并且作为效值变换电路的输出端；第十六电阻的一端和AD536AJH的9脚相连，并且通过第五电容下拉到地，第十六电阻的另一端和AD536AJH的10脚相连；有效值变换电路的输出端和数据处理单元的A/D端相连。