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  • 2018-10-21 22:10:24

        近期设计一个恒流源电路,高端负载,需要检测电流大小和负载端的电压,由于是高端负载,加上供电电压不是稳定的,因此不可以用电阻分压的方式来测量负载两端电压,因此有了以下差分高端电压取样电阻的产生;

        如图:

    R6---模拟负载;通过Mutisim仿真验证,效果很好;

        有不妥之处,还望指教!

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    设计原理:采集一个输出范围为20V-28V的Uo电压信号到0-3.3V,才能更好利用AD模块,所以首先将Uo电压信号与20V做差分运算,将电压降到0-8V,然后通过电阻分压将8V映射到5V范围内。
    方法一:
    1.通过仪放将U0与20V差分运算,这里需要获取20V的基准电压和输出阻抗匹配,然后钳位输出电压在-0.7V-4.0V之间,如下述:
    通过仪放将U0与20V差分
    2.获取20V的基准电压
    获取20V的基准电压
    3.分压及输出阻抗匹配(电压跟随器)
    电压跟随器
    4.输出钳位保护
    输出钳位保护
    方法二:
    5.将Uo分压成7份,即将0-28V电压映射为0-4V,同理将+5V分压7份产生2.857V的电压基准
    采样分压

    6.差分并放大2.887倍及钳位电路(3.3/(4-2.857)),差分直接输入给AD输入通道,不需阻抗匹配
    在这里插入图片描述
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    输入电压采样是通过MCU内部运放按比例缩小在送到ADC进行采样的,具体电路如图3.5.1所示。输出电压检测电路如图3.4.1所示。 输出电流检测➢ 输出电流检测电路通过运放LMC6482采样差分放大电路实现;采样电阻放在...

     

    输入输出电压检测

    输入输出电压通过运放LMC6482采用差分电路将输出电压按比例缩小至ADC能够采样的范围,再使用ADC采样,软件解算出输出电压。输入电压采样是通过MCU内部运放按比例缩小在送到ADC进行采样的,具体电路如图3.5.1所示。输出电压检测电路如图3.4.1所示。

    输出电流检测➢

    输出电流检测电路通过运放LMC6482采样差分放大电路实现;采样电阻放在低端,若采样电阻放在高端,会有较大的共模电压使采样电流不准确,采样电阻为10m𝛺,由于采样电阻较小,采样电阻上的压降较小,不利于直接采样,需要放大后再采样;输出电流检测电路如图3.4.2所示。

     

     

    1、低端运放电流检测方法:

    分析下原理:

    运用运放的虚短特性,既得到了:

    V+ = V-;

    运用运放的虚断特性,既输入端和输出端没有电流流过。所以R3和R6流过电流相等。

    (VOUT-V-)/R3 = V-/R6;

    由上面两个式子即可得到

    VOUT = V+ * (R3 + R6)/R6;

    而又有:

    V+ = I * R8

    所以有:

    I =V+ / R8 = VOUT * R6/(R3 + R6)/R8

    电流就这样转换出来了,调整好几个电阻的阻值,Vout 用单片机的ADC采样即可。

    2、高端电流检测电路

     

    这个电路要检测电流最终的目的就是要得到图上VOUT和V1、V2的关系。

    先来分析下输入端,虚断可知:

    V+/R7 = (V2-V+)/R5;

    虚短得到:

    V+=V-;

    输入负极的一条路电流是相等的:

    (V--VOUT)/R1 = (V1-V-)/R2;

    通常在使用该电路的时候有R1 = R7、R2 = R5。

    综合上式有:

    VOUT = (V2-V1)*R1/R2;

    V2-V1 = I*R4;

    所以 

    I = VOUT*R2/(R1*R4) ;

     

     

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    千次阅读 2021-12-11 12:08:57
    结合电压采样电路介绍RC滤波电路https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI2MjExNDMzNQ==&mid=2247484271&idx=1&sn=ef8c7809bc5cf290090b25c07544df09&chksm=ea515e1fdd26d709243c9d33f0337c2f2fe7bfa...

    文章转载自:

    结合电压采样电路介绍RC滤波电路https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI2MjExNDMzNQ==&mid=2247484271&idx=1&sn=ef8c7809bc5cf290090b25c07544df09&chksm=ea515e1fdd26d709243c9d33f0337c2f2fe7bfa4842c0772e58ea7f961e740b5cd24d22ba9d4&token=115855852&lang=zh_CN#rd建议回到链接原文查看,因为复制过程中一些公式无法复制,所以下文中会缺少部分公式。

    下图是电机控制电路中用来采集直流母线电压的电路。由于直流母线电压的范围是270-390V之间,但是MCU的ADC输入需要在3.3V以内,所以通过四个电阻分压实现将母线电压限制在3.3V以内。

    搜索资料过程中,发现针对类似电路还有申请专利的,如下图所示,大家可以搜索学习。

    我们来验证一下:

    当输入电压为270V时,稳态下

    当输入电压为390V时,稳态下

    由此来看,MCU的ADC输入电压均在3.3V以内。但是为了避免母线输入电压出现异常,导致分压后的电压大于3.3V损坏ADC端口,在ADC端口和3.3V电源之间增加肖特基二极管。肖特基二极管的特点是正向导通压降低,它可以保证ADC端口的电压不会超过3.3V+VF,这里VF代表肖特基二极管的前向导通电压。

    下图是该二极管的参数表。

    除此之外,在该电路中还有一个电容C61,它的作用是什么?就如专利截图中所述,它是用来滤波的,与其它的电阻组成RC滤波电路(注意我们的电路与专利中的电流是有些区别的,缺少RL)。如果我们把上图的电路逆时针旋转90度并做一个简单的变形就可以得到下图:

    现在我们先忘掉上面的电路,来复习标准的RC滤波电路相关内容。

    RC滤波电路的电路图如下:

    最简单的也是在电机控制电路中应用最多的是一阶RC滤波器,它由一个电阻和电容构成。低通RC滤波器,英文名称为RC Low Pass Filter,简称LPF。如下图,它是有无源器件电阻和电容串联获得。电容两端的电压作为输出电压,利用电容的阻抗随频率变换的特性,改变输出电压的幅值。这种类型的滤波器是一阶滤波器或者称之为单极点滤波器,原因是它只有一个改变输出电压的电容。

    电容的容抗是与输入信号的频率成反比的,电阻的阻值是不随频率变化的。当输入低频信号时,电容两端的容抗远大于电阻的阻抗,大部分电压降在电容两端,输出电压与输入电压大小基本一致。当通过高频信号时,电容的容抗急剧下降,导致大部分电压降在电阻两端,输出电压变得很小。

    RC滤波电路的思想来源于两电阻分压电路,如下图。

    我们已经知道电容的容抗计算公式

    电阻的阻抗和电容的容抗单位都是欧姆,但是无法直接相加减,需要按照平行四边形原则求解。因此,对于RC滤波电路的总阻抗,我们用字母Z来表示,其幅值为

    对照电阻分压电路的公式,可以得到

    实例计算:

    如下图所示RC滤波电路,计算在100Hz,10KHz时的输出电压。

    当输入信号的频率为100Hz时

    输出电压:

    当输入信号的频率为10KHz时

    输出电压:

    从以上计算可以看出,当频率从100Hz上升到10KHz时,输出电压从9.99V下降到只有0.72V。

    如果我们将所有频率下的输出电压计算出来,并使用伯德图的表示方式,可以获得下图。

    从图中可以看出,在低频时,输入信号直接输出,增益接近1,称之为单位增益。图中的fc称之为转角频率或者截止频率。在截止频率以后,输出以-20dB/Decade的斜率下降。截止频率以后,输出信号被很大程度削减,这是因为高频时电容的容抗下降,两端电压下降。

    在设计RC滤波电路时,需要根据系统需求,合理选择R和C值。这样就可以将想要的信号顺利通过,干扰信号被滤除。

    对于这种RC滤波电路,低于截止频率的区域称之为通频带,高于截止频率的区域称为阻频带。从0Hz到截止频率代表该RC电路的带宽。

    截止频率定义为当RC电路中的电阻阻抗与电容容抗相等时的频率,即R = Xc = 4K7。此时的频率可以通过下是计算:

    此时的输出电压并不是输入电压的50%,因为电阻的阻抗和电容的容抗不可以直接相加减,需要利用平行四边形合成总阻抗。由于电阻的阻抗和电容的容抗是相等的,两者合成的总阻抗应该与两者之间的夹角的绝对值是45度。因此,总阻抗是根号2倍的电阻阻抗,则输出电压:

    如果按照伯德图纵坐标增益的对数表示,则截止频率处的增益为-3dB。

    由于电路中包含电容,所以输出电压的相位落后输入电压。在截止频率处输出电压落后输入电压45度。导致输出信号相位滞后的原因是电容的充电需要时间,充电完成后电容两端的电压才能达到输出电压。当输入信号频率越高,这种相位延迟越明显。

    一阶RC滤波电路主要包括上面所述的内容。但是我们的电流这个C61和R108是并联的,看起来计算这个电路的截止频率似乎有点困难。现在我们的任务是如何实现下面的转换:

    根据戴维南定理可得如下变换

    将R91/R95/R105和R108用一个等效电阻代替后得

    此时,看起来是否和一般RC电路结构一致了?上图电路的截止频率计算如下

    备注:

    1. 以上计算过程纯属个人理解,仅供参考,如有错误之处,还请指正'

    2. 如果你都翻到底部了,也觉得有一点帮助,那就顺便点赞关注Zhihu和weixin吧!

    展开全文
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