[发明专利]电流采样电路及采样方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采样电路及方法，特别涉及一种高精度的电流采样电路及采样方法。

背景技术

目前的耗电设备在工作时，往往需要测量耗电设备的电流，从而通过测量出的电流评估耗电设备的运行状态而进行相应的调控。电机领域中，在高性能的电机控制中，电流调节是必不可少的。因为电流调节是基于电流测量来实现的，所以精确的电流测量在高性能电流控制中非常重要。

为了测量电机和功率变换器的电流，一般通过直接接触、磁耦合及光耦合，将电流通路与传感器连接。然而，这种测量对噪声比较敏感，噪声一般来自于功率器件开关时导致的较高电压变换率dv/dt或电流变化率di/dt。由此可知，不受噪声和时间延迟影响的电流测量是一项困难的工作。

目前，工业上常用的电流测量方法有电阻测量法和霍尔传感器测量法。电阻测量法中，采用电阻作为传感器，为了减小功率损耗和电压跌落，必须采用非常小的采样电阻。采样电压很小导致信噪比变差，小电流时刻尤其难以精确测量电流值。霍尔传感器测量法中，使用霍尔传感器作为传感器，通过磁耦合测量电流，信噪比更好。然而，霍尔传感器测量法带来的问题是带宽没有电阻测量高，霍尔传感器价格更高，体积也更大，此外，霍尔传感器的线性度也不如电阻测量。

在数字化电机驱动系统中，电流测量电路一般包含了电流传感器(采样电阻或霍尔传感器)，模拟低通滤波器和A/D转换器。然而，现有的电流测量电路的采样增益是固定的，小电流时不能充分利用A/D转换器的采样电压范围，信噪比低。

发明内容

本发明旨在克服现有电流采样技术的缺陷，有效利用A/D转换器的采样电压范围，提高信噪比。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电流采样电路，包括电流传感器、模拟滤波器、可编程增益放大器、A/D转换器及电流增益控制器，所述电流传感器用于与待测设备耦接并感测待测设备的待测电流。其中，可编程增益放大器连接于所述电流传感器与所述模拟滤波器之间，用于以特定的增益值对所述电流传感器感测到的待测电流进行放大。所述模拟滤波器用于对所述放大后的待测电流进行滤波。A/D转换器用于对所述滤波后的待测电流进行采样而得到采样电压。电流增益控制器连接于所述A/D转换器的输出端及所述可编程增益放大器之间，用于判断所述A/D转换器输出的采样电压所处于的电压区间，并根据所述采样电压所处的电压区间控制调节所述可编程增益放大器的增益值。

其中，所述电流采样电路还包括一电流数字控制器，所述电流数字控制器用于至少基于A/D转换器输出的采样电压以及可编程增益放大器(20)调节前的增益值计算得出采样电流。

其中，所述电流增益控制器判断所述采样电压处于第一电压区间时，控制增大所述可编程增益放大器的增益值。所述电流增益控制器判断所述采样电压处于第二电压区间时，控制减小所述可编程增益放大器的增益值。

其中，所述第一电压区间为小于V_max/3的区间，所述第二电压区间为大于2V_max/3的区间，V_max为A/D转换器的最大输入电压。

其中，所述电流采样电路还包括一PWM计数器，所述PWM计数器在所述PWM形式的待测电流的高电平或低电平时段的中间点产生PWM触发信号至所述A/D转换器，触发所述A/D转换器进行采样而得到采样电压。

其中，所述电流传感器为一采样电阻，且所述采样电阻的电阻值R_s满足关系式：I_max*R_s*N₀*N₁<V_max；其中I_max为待测电流的最大量程，N₀为模拟滤波器的固有增益，N₁为该可编程增益放大器的增益值，V_max为该A/D转换器的最大输入电压V_max。

其中，所述电流传感器为霍尔传感器。

其中，该待测设备为电机。

一种电流采样方法，用于采样一待测设备的待测电流，该方法包括步骤：通过A/D转换器对待测电流进行采样而得到采样电压；获取该A/D转 换器输出的采样电压；判断该采样电压所处于的电压区间；当该采样电压处于第一电压区间时，控制增大可编程增益放大器的增益值；以及当该采样电压处于第二电压区间时，控制减小该编程增益放大器的增益值。