一种电流检测电路中运算放大器失调电压校正方法及系统
阅读说明：本技术 一种电流检测电路中运算放大器失调电压校正方法及系统 (Offset voltage correction method and system for operational amplifier in current detection circuit ) 是由 赵旭林 黎进云 曾湘文 于 2020-05-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种电流检测电路中运算放大器失调电压校正方法,应用于至少包含有运算放大器、模数转换器和微处理器的电流检测电路中,其包括步骤：步骤S10,向电流检测电路注入一恒定电流,获得其中检流电阻两端经运算放大器放大以及模数转换后的标定电压,并将标定电压与参考电压值进行比较,获是标定失调电压值；步骤S11,将待测电流输入电流检测电路,获得检流电阻两端经运算放大器放大以及模数转换后的检测电压值；步骤S12,将检测电压值通过标定失调电压值进行修正,获得修正电压值,以根据检流电阻值获得待测电流值。本发明还公开了一种相应的系统。实施本发明,可以有效解决电流检测电路中运算放大器的失调电压问题,无需复杂的硬件校正电路,其精度高,且能够节约硬件成本。(The invention provides a method for correcting offset voltage of an operational amplifier in a current detection circuit, which is applied to the current detection circuit at least comprising the operational amplifier, an analog-to-digital converter and a microprocessor, and comprises the following steps: step S10, injecting a constant current into the current detection circuit, obtaining a calibration voltage after the two ends of the current detection resistor are amplified by the operational amplifier and are subjected to analog-to-digital conversion, and comparing the calibration voltage with a reference voltage value to obtain a calibration offset voltage value; step S11, inputting the current to be detected into the current detection circuit, and obtaining the detection voltage value after the amplification and the analog-to-digital conversion of the two ends of the current detection resistor; and step S12, correcting the detected voltage value through the calibration offset voltage value to obtain a corrected voltage value, so as to obtain a current value to be detected according to the current detection resistance value. The invention also discloses a corresponding system. The implementation of the invention can effectively solve the offset voltage problem of the operational amplifier in the current detection circuit, does not need a complex hardware correction circuit, has high precision and can save the hardware cost.)
技术领域
本发明涉及电流检测技术领域，特别是涉及一种电流检测电路中运算放大器失调电压校正方法及系统。
背景技术
在现有的电流检测电路中，如图1所示，在待测量的电流回路串联小阻值精密电阻R1，通过电阻将电流信号转换为电压信号。因为通常电压的幅值很小，所以需要使用放大电路对于信号进行放大，然后输入到模数转换器进行采集，转换为数字信号，最后微处理器(MCU)对于该信号进行处理和判断。其中，运算放大器是放大电路一个关键器件。
如图2所示，为图1中输入失调电压时的运算放大器的等效图；一般来说，对于一个理想的运算放大器，当两个输入端接地时，其输出直流电压应该为零，但实际上不为零。由于集成运放输入的两个晶体管参数及其负载的不对称性，当输入信号为零时，输出不为零，必须在输入端施加小差分电压，强制输出达到0，该电压称为输入失调电压Vos。输入失调电压可以看成是电压源Vos，与运算放大器的反相输入端串联。
目前使用硬件电路校正的方法对失调电压进行校正，最常用的有3种方法，其一为采用零点校准引脚调整失调电压，其二为外部注入小失调电压方法，其三为在运算放大器内部集成补偿电路。
如图3所示，为现有技术中对运算放大器进行调零处理的电路原理图；即通过采用零点校准引脚调整失调电压。其中，许多单路运算放大器都有供可选失调零点校准使用的引脚。为了使用这项功能，两个引脚应通过电位计连接，游标通过电阻移动到其中一个电源，如附图所示。通过调整电位器的滑动端，使得运算放大器的输出为零。调零时需要十分小心，不要使调零电位器滑动端与正电源端或接地点端相碰，否则会损坏运放。
而通过外部注入小失调电压方法，是通过在在运算放大器的同相端或者反相端注入一个小失调电压，但需要调节滑动变阻器以实现调零，其操作过程繁琐，需要反复调节，增加了大批量生产的难度和成本。
通过在运算放大器内部集成补偿电路的方法，其效果好，但是成本很高，对于成本敏感的应用一般无法使用高性能运放。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电流检测电路中运算放大器失调电压校正方法及系统。可以有效解决电流检测电路中运算放大器的失调电压问题，无需复杂的硬件校正电路，其精度高，且能够节约硬件成本。
作为本发明的一方面，提供一种电流检测电路中运算放大器失调电压校正方法，应用于至少包含运算放大器、模数转换器和微处理器的电流检测电路中，其包括如下步骤：
步骤S10，向电流检测电路注入一恒定电流，获得所述电流检测电路中的检流电阻两端经运算放大器放大以及模数转换后的标定电压，并将所述标定电压与通过理论计算出来的参考电压值进行比较，将两者的差值作为标定失调电压值；
步骤S11，将待测电流输入所述电流检测电路，获得检流电阻两端经运算放大器放大以及模数转换后的检测电压值；
步骤S12，将所述检测电压值通过所述标定失调电压值进行修正，获得修正电压值，以根据所述检流电阻值获得待测电流值。
其中，所述步骤S10至少包括如下步骤：
步骤S100，采用电流注入设备输出一个恒定电流，注入所述检流电阻的两端；
步骤S102，微处理器获得所述检流电阻两端经放大以及模数转换后的标定电压；
步骤S103，微处理器采用下述公式计算获得标定失调电压值：
Verr＝Vt-Vref
其中，Verr为标定失调电压值，Vt为标定电压，Vref为通过理论计算出来的参考电压值；
步骤S104，将所述标定失调电压值存入寄存器。
其中，所述恒定电流值为所述电流检测电流量程的1/2，其电流精度误差小于0.001A。
其中，将经过多次标定测量获得的多个标定电压取平均值，作为最终标定电压值。
其中，所述步骤S12进一步包括：
步骤S120，采用下述公式计算获得修正电压值：
Vs＝Vc-Verr
其中，Verr为标定失调电压值，Vc为检测电压值，Vs为修正电压值；
步骤S112，将所述修正电压值除以所述检流电阻值，获得待测电流值。
作为本发明的另一方面，还提供一种电流检测电路中运算放大器失调电压校正系统，应用于至少包含运算放大器、模数转换器和微处理器的电流检测电路中，所述系统包括：
标定失调电压值获得单元，用于在向电流检测电路注入一恒定电流后，获得所述电流检测电路中的检流电阻两端经运算放大器放大以及模数转换后的标定电压，并将所述标定电压与通过理论计算出来的参考电压值进行比较，将两者的差值作为标定失调电压值；
检测电压值获得单元，用于在将待测电流输入所述电流检测电路后，获得检流电阻两端经运算放大器放大以及模数转换后的检测电压值；
修正单元，用于将所述检测电压值通过所述标定失调电压值进行修正，获得修正电压值，以根据所述检流电阻值获得待测电流值。
其中，所述标定失调电压值获得单元至少包括：
标定电压获得单元，用于在采用电流注入设备输出一个恒定电流，注入所述检流电阻的两端后，所述微处理器获得所述检流电阻两端经放大以及模数转换后的标定电压；
标定失调电压值计算单元，用于采用下述公式计算获得标定失调电压值：
Verr＝Vt-Vref
其中，Verr为标定失调电压值，Vt为标定电压，Vref为通过理论计算出来的参考电压值；
存储单元，用于将所述标定失调电压值存入寄存器。
其中，所述恒定电流值为所述电流检测电流量程的1/2，其电流精度误差小于0.001A。
其中，所述标定电压获得单元至少连接有：
平均单元，用于将经过多次标定测量获得的多个标定电压取平均值，作为最终标定电压值。
其中，所述修正单元进一步包括：
修正电压值计算单元，用于采用下述公式计算获得修正电压值：
Vs＝Vc-Verr
其中，Verr为标定失调电压值，Vc为检测电压值，Vs为修正电压值；
待测电流值获得单元，用于通过将所述修正电压值除以所述检流电阻值，获得待测电流值。
实施本发明实施例，具有如下的有益效果：
本发明提供的一种电流检测电路中运算放大器失调电压校正方法及系统，通过预先向电流检测电路注入一恒定电流，以获得检流电阻两端经运算放大器放大以及模数转换后的标定电压，从而获得标定失调电压值；然后将待测电流输入所述电流检测电路，将检测电压值通过标定失调电压值进行修正，获得修正电压值，并最终获得待测电流值。本发明可以有效解决电流检测电路中运算放大器的失调电压问题，且不需要复杂的硬件校正电路，能够节约硬件成本，并能够获得足够的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为现有的一种电流检测电路的电路原理图；
图2为图1中输入失调电压时的运算放大器的等效图；
图3为现有技术中对运算放大器进行调零处理的电路原理图；
图4为本发明提供的一种电流检测电路中运算放大器失调电压校正方法的一个实施例的主流程示意图；
图5为图4中测量标定失调电压值的电路原理图；
图6为图4中步骤S10的详细流程示意图；
图7为本发明提供的一种电流检测电路中运算放大器失调电压校正系统的结构示意图；
图8为图7中标定失调电压值获得单元的结构示意图；
图9为图7中修正单元的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图4所示，示出了本发明提供的一种电流检测电路中运算放大器失调电压校正方法的一个实施例的主流程示意图；一并结合图5、图6所示。本发明所提供的方法应用于至少包含有运算放大器、模数转换器和微处理器的电流检测电路中，其包括如下步骤：
步骤S10，向电流检测电路注入一恒定电流，获得所述电流检测电路中的检流电阻两端经运算放大器放大以及模数转换后的标定电压，并将所述标定电压与通过理论计算出来的参考电压值进行比较，将两者的差值作为标定失调电压值；可以理解的是，因为实际中很难找到理想的零失调电压运算放大器，所以参考电压值可以通过理论计算方法确定。
具体地，请参见如图5所示。所述步骤S10更具体地包括如下步骤：
步骤S100，采用电流注入设备输出一个恒定电流It，注入所述检流电阻R1 的两端；其中，电流注入设备也以是电流源，也可以是电压源和可调电阻，通过自动或者手动调整电流注入设备参数，以输出一个恒定电流。在一些具体的例子中，所述恒定电流值为所述电流检测电流量程的1/2，其电流精度误差小于 0.001A；
步骤S102，微处理器获得所述检流电阻两端经放大以及模数转换后的标定电压；
步骤S103，微处理器采用下述公式计算获得标定失调电压值：
Verr＝Vt-Vref
其中，Verr为标定失调电压值，Vt为标定电压，Vref为通过理论计算出来的参考电压值；
步骤S104，将所述标定失调电压值存入寄存器。
更加具体地，在一些实施例中，其中，将经过多次(例如3次以上)标定测量获得的多个标定电压取平均值，作为最终标定电压值。
步骤S11，将待测电流输入所述电流检测电路，获得检流电阻两端经运算放大器放大以及模数转换后的检测电压值；具体地，将待测电流输入至所述检测电阻R1的两端；
步骤S12，将所述检测电压值通过所述标定失调电压值进行修正，获得修正电压值，以根据所述检流电阻值获得待测电流值。
具体地，所述步骤S12进一步包括：
步骤S120，采用下述公式计算获得修正电压值：
Vs＝Vc-Verr
其中，Verr为标定失调电压值，Vc为检测电压值，Vs为修正电压值；
步骤S112，将所述修正电压值除以所述检流电阻值，获得待测电流值。
如图7所示，为本发明提供的一种电流检测电路中运算放大器失调电压校正系统的结构示意图，一并结合图8和图9所示，在本实施例中，所述系统1 应用于至少包含有运算放大器、模数转换器和微处理器的电流检测电路中，所述系统1具体包括：
标定失调电压值获得单元11，用于在向电流检测电路注入一恒定电流后，获得所述电流检测电路中的检流电阻两端经运算放大器放大以及模数转换后的标定电压，并将所述标定电压与通过理论计算出来的参考电压值进行比较，将两者的差值作为标定失调电压值；
检测电压值获得单元12，用于在将待测电流输入所述电流检测电路后，获得检流电阻两端经运算放大器放大以及模数转换后的检测电压值；
修正单元13，用于将所述检测电压值通过所述标定失调电压值进行修正，获得修正电压值，以根据所述检流电阻值获得待测电流值。
在一个实际的例子中，所述标定失调电压值获得单元11至少包括：
标定电压获得单元111，用于在采用电流注入设备输出一个恒定电流，注入所述检流电阻的两端后，所述微处理器获得所述检流电阻两端经放大以及模数转换后的标定电压；其中，所述恒定电流值为所述电流检测电流量程的1/2，其电流精度误差小于0.001A；
标定失调电压值计算单元112，用于采用下述公式计算获得标定失调电压值：
Verr＝Vt-Vref
其中，Verr为标定失调电压值，Vt为标定电压，Vref为通过理论计算出来的参考电压值；
存储单元113，用于将所述标定失调电压值存入寄存器。
其中，所述标定电压获得单元111至少连接有平均单元114，用于将经过多次标定测量获得的多个标定电压取平均值，作为最终标定电压值。
在一个具体的例子中，所述修正单元13进一步包括：
修正电压值计算单元131，用于采用下述公式计算获得修正电压值：
Vs＝Vc-Verr
其中，Verr为标定失调电压值，Vc为检测电压值，Vs为修正电压值；
待测电流值获得单元132，用于通过将所述修正电压值除以所述检流电阻值，获得待测电流值。
更多细节，可以参考前述对图4至图6的描述，在此不进行赘述。
实施本发明实施例，具有如下的有益效果：
本发明提供的一种电流检测电路中运算放大器失调电压校正方法及系统，通过预先向电流检测电路注入一恒定电流，以获得检流电阻两端经运算放大器放大以及模数转换后的标定电压，从而获得标定失调电压值；然后将待测电流输入所述电流检测电路，将检测电压值通过标定失调电压值进行修正，获得修正电压值，并最终获得待测电流值。本发明可以有效解决电流检测电路中运算放大器的失调电压问题，且不需要复杂的硬件校正电路，能够节约硬件成本，并能够获得足够的精度。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
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