一種測量大電流的智能傳感器，其大功率采樣電阻（R1）將電流信號轉換成電壓信號。信號處理濾波電路對所轉換的電壓信號處理和濾波，送入AD芯片（U9）。溫度測量模塊采用NTC熱電阻（R23）測量大功率采樣電阻的溫度，用于對大功率采樣電阻的溫度補償。所述的AD?芯片將測量信號處理濾波電路輸出電壓和NTC熱電阻的溫度值轉換成數字信號，并進行數字濾波處理，電壓和溫度的數字信號通過光耦隔離的SPI通信接口送至外部主CPU。數字隔離及DC/DC轉換模塊實現SPI通信數字信號的隔離，并給信號處理濾波電路、溫度測量模塊、帶有CPU處理器的A/D轉換芯片供電。主CPU及CAN通訊模塊接收外部指令，并發送電流測量值的數字信號。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及用一種測量高壓大電流的傳感器。
技術介紹
在工業
、電動汽車領域常常需要對大電流進行測量，電流動態范圍常常在-ΙΟΟΟΑ'ΙΟΟΟΑ。目前比較常用的方法是采用霍爾傳感器、分流器進行測量，使用過程中還需要對模擬信號進一步處理。專利CN1442696 “用于電動車輛的電池電流測量系統”，采用的是霍爾傳感器，將霍爾輸出的模擬電壓轉換成PWM波形輸出。專利CN1442696的缺點是霍爾傳感器測量的線性度會隨著時間的變化而變化，很難做到長時間高精度測量，使用中還需要對PWM波形進行處理。專利CN1193386 “電流測量的分流組件”，采用的是分流器測量電流。專利CN1397963 “采用大變比電流互感器的電流測量裝置及測量方法”采用電流互感器測量大電流的方法。分流器的測量方式需要隔離，且沒有溫度補償精度不高。因此怎樣精確快速地測量電流值，是一個難點。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有測量大電流的技術缺點，提出一種精度高，使用方便的數字智能傳感器。本專利技術利用溫度補償技術，修正由于大電流流過采樣電阻，造成采樣電阻發熱而產生的阻值的溫度漂移，提高測量精度。同時利用AD轉換器自帶的CPU對數字信號進行濾波處理，提高測量精度。本專利技術使用在高精度大電流測量場合，能減少用戶的設計難度，大大提高開發速度。本專利技術測量電流最大范圍可到-1000A +1000A。本專利技術智能傳感器包括大功率采樣電阻、信號處理濾波電路、溫度測量模塊、帶有CPU處理器的AD芯片、數字隔離及DC/DC轉換模塊，以及主CPU及CAN通訊模塊。待測量的大電流通過所述的大功率采樣電阻，在大功率采樣電阻的兩端產生電壓值，所述的電壓值經過信號數字濾波電路模塊濾波后進入帶有CPU處理器的AD芯片的電流測量通道。溫度測量模塊中的NTC熱敏電阻固定在大功率采樣電阻表面，NTC熱敏電阻的電壓值直接輸入帶有CPU處理器的AD芯片的溫度測量通道。帶有CPU處理器的AD芯片的SPI接口和數字隔離模塊連接。數字隔離模塊和主CPU及CAN通訊模塊連接，最后主CPU及CAN通訊模塊將測量得到的電流值的數字信號通過CAN通訊接口輸出。大功率采樣電阻是定制的高精度、大功率、較小溫漂系數的精密電阻。可以通過實驗確定它的電阻值和溫度關系曲線圖，將此電阻值和溫度關系曲線圖存儲在帶有CPU處理器的AD芯片中。在實際測量中可根據此大功率采樣電阻上的溫度，對此大功率采樣電阻的阻值進行標定，提高測量精度。信號處理濾波電路是由電阻和電容構成的RC濾波電路。它對大功率采樣電阻輸出的電壓值進行濾波處理，提高電流測量的抗干擾能力。溫度測量模塊使用NTC熱敏電阻測量大功率采樣電阻上的溫度。NTC熱敏電阻和另一精密電阻串聯分壓，帶有CPU處理器的AD芯片的溫度測量通道測量NTC熱敏電阻兩端的電壓變化，計算得出大功率采樣電阻的溫度。計算得到的大功率采樣電阻的溫度，用來對大功率采樣電阻的阻值進行溫度漂移校準，提高電流測量精度。帶有CPU處理器的AD芯片的電流測量通道將大功率采樣電阻的電壓值進行AD轉換，溫度測量通道將NTC熱電阻上電壓進行AD轉換。帶有CPU處理器的AD芯片根據大功率采樣電阻上的電壓計算出流過大功率采樣電阻上的電流。帶有CPU處理器的AD芯片的溫度測量通道根據NTC熱敏電阻兩端電壓值，測量得到大功率采樣電阻表面的溫度。由于大功率采用電阻的阻值會隨著溫 度的變化而發生變化，為了得到在不同溫度下大功率采樣電阻精確的電阻值，利用事先經實驗確定并存入帶有CPU處理器的AD芯片的電阻值和溫度關系曲線圖，可得到在不同溫度下大功率采樣電阻的實際阻值，最終能對帶有CPU處理器的AD芯片計算出的電流值進行標定。帶有CPU處理器的AD芯片對采樣的電流值進行數字濾波。通過對電流值的標定和濾波處理，大大提高電流測量的精度。數字隔離及DC/DC轉換模塊包含隔離DC/DC電源芯片和SPI數字隔離光耦兩部分，實現SPI通訊的數字隔離，通過DC/DC轉換模塊給信號處理濾波電路、溫度測量模塊、帶有CPU處理器的AD芯片供電。數字隔離通過SPI數字隔離光耦實現，隔離電源通過隔離DC/DC電源芯片實現。主CPU及CAN通訊模塊通過隔離SPI實現對電流測量值數字信號的讀取，并通過CAN 口及CAN收發芯片將測得的電流數字信號發送出去。主CPU也可實現接收外部控制信號，改變電流數據發送的頻率。附圖說明圖I是本專利技術結構原理框圖；圖2是大功率采樣電阻、信號處理、溫度測量、帶有CPU處理器的AD芯片電路原理圖；圖3是數字隔離及DC/DC轉換模塊中的隔離DC/DC芯片原理圖；圖4是數字隔離及DC/DC轉換模塊中的SPI數字隔離光耦原理圖；圖5是主CPU和CAN通訊模塊中的主CPU原理圖；圖6是主CPU和CAN通訊模塊中的CAN通訊模塊收發原理圖。具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式進一步說明本專利技術。圖I是本專利技術結構框圖。大電流通過采樣電阻Rl，產生與電流大小成正比的電壓，這個電壓通過信號處理濾波電路后，進入帶有CPU處理器A/D芯片U9的電流測量通道。NTC熱敏電阻固定在采樣電阻的表面，測量大功率采樣電阻Rl表面的溫度信號，所述的大功率采樣電阻Rl表面的溫度信號進入帶有CPU處理器A/D芯片U9的溫度測量通道。帶有CPU處理器A/D芯片U9將測量得到的電流值，通過SPI通訊接口和外部通訊。數字隔離、DC/DC轉換模塊將SPI數字信號隔離后，與主CPU及CAN通訊模塊通訊。圖2所示是大功率采樣電阻、信號處理濾波電路、溫度測量模塊、帶有CPU處理器的AD芯片等單元電路或模塊的電路原理圖。大功率采樣電阻Rl將流過所述的大功率采樣電阻Rl的電流信號I轉換成電壓信號U，電壓信號經過信號處理濾波電路，輸入帶有CPU處理器的AD芯片U9的電流測量通道。溫度測量模塊通過NTC熱敏電阻R23測量大功率采樣電阻Rl的表面溫度，并將溫度信號轉換成電壓信號，輸入AD芯片U9的溫度測量通道，測量計算得到的大功率采樣電阻Rl的溫度，用來對大功率采樣電阻Rl的阻值進行溫度漂移校準。電流流過大功率采樣電阻R1，在大功率采樣電阻Rl的兩端產生一個和電流成正比的電壓，經過第六電阻R14和第七電阻R15進入信號處理濾波電路，經濾波后，輸入帶有CPU處理器的AD芯片U9的12管腳IIN+端和AD芯片U9的13管腳IIN-端。信號處理濾波電路中，電壓信號由第六電阻R14進入U9的12管腳IN+，由第七電阻R15進入U9的13管腳IN-，第一電容C29串接在U9的12管腳IN+和地之間，第二電容C31串接在U9的13管腳IN-和地之間。第三電容C30并聯在U9的12管腳IN+和U9的13管腳IN-之間。NTC熱敏電阻R23和精密電阻R16串聯后接入電源REG_DVDD，第四電容C32和NTC熱敏電阻R23并聯，起濾波作用。NTC熱敏電阻R23的一端接AD芯片U9的9管腳GND Sff, NTC熱敏電阻R23的另一端接AD芯片U9的10管腳VTEMP。隔離芯片U4輸出+5V電壓VISO，經二極管D3及第九電阻R2，接入帶有CPU處理器的AD芯片U9的27管腳VDD，第五電容C34，第六電容C36，第七電容C39起電源濾波作用，第五電容C34并聯第六電容C36后接本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種測量大電流的智能傳感器，其特征在于所述的智能傳感器中包含大功率采樣電阻（R1）、信號處理濾波電路、溫度測量模塊、帶有CPU處理器的AD?芯片、數字隔離及DC/DC轉換模塊，以及主CPU及CAN通訊模塊；大功率采樣電阻（R1）將流過所述的大功率采樣電阻（R1）的電流信號I轉換成電壓信號U，電壓信號經過信號處理濾波電路，輸入帶有CPU處理器的AD芯片（U9）；溫度測量模塊通過NTC熱敏電阻（R23）測量大功率采樣電阻（R1）的表面溫度，并將溫度信號轉換成電壓信號，輸入所述的AD?芯片（U9）；AD芯片（U9）將電流測量的電壓信號及溫度測量的電壓信號轉換成數字信號，經過數字濾波后，通過數字隔離及DC/DC轉換模塊和主CPU及CAN通訊模塊通信，主CPU及CAN通訊模塊通過隔離SPI接口接收所述的AD?芯片（U9）的數字信號，最終通過CAN通訊模塊將測量得到的電流信號通過CAN接口發送出去。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐冬平，王麗芳，王立業，
申請(專利權)人：中國科學院電工研究所，
類型：發明
國別省市：
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