具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明提供的一种基于有效值芯片的AC115V电流调理采集电路，针对图1电流霍尔传感器输出信号0～+5V正弦波(中值为2.5V)进行设计。

该AC115V电流调理采集电路主要包括信号调理电路、有效值转换电路及负载短路比较器电路。该电路针对采样范围为-100A～100A电流霍尔传感器输出的400Hz同频率0～+5V电压信号进行设计，传感器输出电压值与采样电流值实时线性对应，采样电流值为0时，传感器输出电压为+2.5V。信号调理电路首先通过运放将0～+5V交流电压信号转换为-5V～+5V交流电压信号，然后通过有效值芯片将信号转换为有效值直流电压。有效值芯片输出一路进入AD芯片进行模数转换采集，另一路进运放比较器作为负载短路快速保护信号。当负载通道出现瞬间大电流时，可通过硬件电路逻辑屏蔽驱动模块控制信号，实现负载短路快速保护。

1)电流霍尔传感器电路

图1为电流霍尔传感器，工作电压为5V，芯片4脚和5脚分别为功率电流输入端和输出端，芯片3脚为输出电压信号端，输出电压范围0～+5V。

2)信号调理电路

图2为该AC115V电流调理采集电路中的信号调理电路设计示意；

所述信号调理电路包括由第一级运放N1A和第二级运放N1B组成的双运放芯片，限流电阻R1、R2、R4，下拉电阻R3、R5，滤波电容C1～C3，第一级运放N1A用于实现0～+5V交流电压信号转换为-5V～+5V交流电压信号，第二级运放N1B为射随电路，用于增加输出信号带载能力，不改变电压信号特征。

所述信号调理电路中：第一级运放N1A的2脚连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接5V基准电压；第一级运放N1A的2脚连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接第一级运放N1A的1脚；第一级运放N1A的3脚连接电阻R3一端，此引脚3为霍尔传感器输出电压的输入引脚，R3另一端接模拟地，第一级运放N1A的3脚还连接电容C1一端，C1另一端接模拟地；第一级运放N1A为±15V供电，第一级运放N1A的4脚连接-15V，第一级运放N1A的8脚连接+15V；

第一级运放N1A的1脚连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接第二级运放N1B的5脚；第一级运放N1A的1脚还连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接模拟地；第二级运放N1B的5脚连接电容C2的一端，电容C2的另一端连接模拟地；第二级运放N1B的6脚连接第二级运放N1B的7脚，第二级运放N1B的7脚连接C3的一端，C3的另一端接模拟地；

电压转换关系如下：

(U_5V-U₂)/R₁＝(U₂-U₁)/R₂………(1)；

U₂＝U_AIC………………………(2)；

其中U_5V为5V基准电压，U1为第一级运放N1A的1脚电压值、U2为第一级运放N1A的2脚电压值，U_AIC为霍尔传感器输出的被检测电压信号。

经过计算，U₁＝2U_AIC-5；成功将0～+5V交流电压信号转换为-5V～+5V交流电压信号。

图3为该AC115V电流调理采集电路中有效值转换及负载短路比较器设计示意。

3)有效值转换电路

图2中，N2为有效值芯片，N3为运放比较器；电阻R6～R9、R11为限流电阻，R10为上拉电阻，R12、R13为分压电阻，C4～C6为滤波电容；

所述有效值转换电路包括有效值芯片N2、电阻R6、R7、R8，滤波电容C4、C5、C6；有效值芯片N2用于将-5V～+5V交流电压信号转换为的有效值直流输出电压U_ADI，此输出电压U_ADI可由AD芯片采集。有效值芯片N2输出的一路进入AD芯片进行模数转换采集，另一路进运放比较器N3作为负载短路快速保护信号。

有效值芯片N2的1脚连接电阻R6的一端，另一端连接图2中第二级运放N1B的7脚；有效值芯片N2的4脚连接电容C4的一端，电容C4的另一端连接+15V电源；有效值芯片N2的7脚与8脚短接，有效值芯片N2的14脚连接+15V电源，有效值芯片N2的3脚连接-15V电源，有效值芯片N2的9脚连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接15V GND，有效值芯片N2的10脚连接15V GND；电容C5一端接+15V电源另一端接15VGND,电容C6一端接-15V电源另一端接15VGND；有效值芯片N2的6脚连接电阻R8的一端，为有效值输出引脚，电阻R8另一端连接运放比较器N3的6脚。

4)负载短路比较器电路

所述负载短路比较器电路包括运放比较器N3、电阻R9，上拉电阻R10，限流电阻R11，分压电阻R12、R13；

所述运放比较器N3的1脚连接电阻R10的一端，为运放比较器N3的输出引脚，电阻R10的另一端连接3.3V工作电源；运放比较器N3的1脚还连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端接运放比较器N3的7脚；运放比较器N3的7脚还连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接模拟地，电阻R13和R9的连接端连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接5V基准电压源；运放比较器N3的短路保护阈值电压由精密电阻R12、R13的分压值确定，运放比较器N3的输出信号进FPGA逻辑电路，与CPU输出控制信号通过“与”逻辑后作为驱动模块的控制信号。

有效值芯片N2输出直流电压正比与电流有效值，R₁₃与R₁₂电阻根据过流保护电流值I_PT＝62.3A，按比例对R₁₂/R₁₃进行计算：

U_5VR₁₃/(R₁₂+R₁₃)＝U_PT………………………(4)；

本发明通过一个双运放芯片将电流霍尔传感器输出的0～+5V交流电压信号转换为-5V～+5V交流电压信号；转换后的标准交流电压再通过有效值芯片转换为直流电压信号，直流电压正比于电流值(此处为电流有效值，对应传感器-100A～+100A峰值电流采样范围)；有效值芯片输出的电压值一路提供给AD转换电路进行数字量采集，另一路进运放比较器进行阈值计算，作为负载短路瞬间大电流保护的基准信号。可以看出，此AC115V电流调理采集电路的电压信号转换逻辑清晰，被测物理量与转换后电压对应关系计算过程简单，芯片集成度高，所需电路规模较小；电路抗干扰能力强，采集结果精度高。电路通用性强，对于不同被采信号源，只需调整运放调理电路，将不同类型交流电压转换为中值为0V的正负幅值交流电压即可；短路保护响应点可根据负载快速保护电流值的对应关系，通过精密电阻分压来实现。

负载电流的采集调理需要根据被测信号特点进行设计，涉及模拟信号转换电路、交流信号转直流有效值电路及运放比较器电路，可实现交流电转直流电，电压信号范围调理及硬件实现短路快速保护功能。在具体应用中可根据电流传感器/采样电阻输出信号特点进行调整。

该电路已应用在武器管理单元的AC115驱动控制电路中，采集控制效果良好，可靠性高。整个电路设计、计算过程符合机载产品正向设计思想，具有极大推广价值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。