3.2.3 電流采樣電路設(shè)計(jì)
電流采樣硬件電路如圖5所示，R7_1為3m  的采樣電阻，取其兩端的電壓輸入7860，MC7805給7860輸入端提供穩(wěn)定的5V電源，R9和C4構(gòu)成RC低通濾波器，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制輸出頻率為10MHZ的時(shí)鐘脈沖和一位數(shù)據(jù)流，通過(guò)接口芯片0872的轉(zhuǎn)換處理，輸出CS、SDAT和SCLK三路信號(hào)，接入到DSP的SPI接口，讀取15位的數(shù)字量。  3.2.4 電流采樣實(shí)驗(yàn)波形
當(dāng)采樣電阻兩端為100mV輸入，采樣電阻精確度高、溫漂小的條件下，輸出的波形如圖6所示。隔離型A/D轉(zhuǎn)換器能直接將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，波形穩(wěn)定，輸入數(shù)字量偏差小，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較高。  3.3 利用采樣電阻結(jié)合隔離調(diào)制芯片及放大處理電路采樣電流
3.3.1 7840芯片介紹[6]
HCPL27840芯片是安捷倫公司的一款集成隔離放大器，它有優(yōu)越的性能,像CMRR、失調(diào)電壓、非線性度、工作溫度范圍和工作電壓等都有嚴(yán)格的指標(biāo)。低失調(diào)電壓和低失調(diào)溫度系數(shù)允許自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)的精確運(yùn)用。5%的增益容忍度和0.1%的線性度，為精確的負(fù)反饋和控制進(jìn)一步提供性能需求。較寬的溫度范圍允許HCPL7840被運(yùn)用于各種惡劣的工作環(huán)境。
HCPL-7840包含有一個(gè)  A/D轉(zhuǎn)換器，同時(shí)還匹配有一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，工作原理如圖7所示, 輸入直流信號(hào)經(jīng)過(guò)  調(diào)制器送至編碼器量化、編碼，在時(shí)鐘信號(hào)控制下，以數(shù)碼串的形式傳送到發(fā)光二極管，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光。由于電流強(qiáng)度不同，發(fā)光強(qiáng)度也不同，在解調(diào)端有一個(gè)光電管會(huì)檢測(cè)出這一變化，將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后送到解碼器和D/A轉(zhuǎn)換器還原成模擬信號(hào)，經(jīng)濾波后輸出。干擾信號(hào)因電流微弱不足以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光，因而在解調(diào)端沒有對(duì)應(yīng)的電信號(hào)輸出，從而被抑制掉。所以在輸出端得到的只是放大了的有效的直流信號(hào)。 3.3.2 電流采樣電路設(shè)計(jì)
電流采樣電路如圖8所示，Rsense為3m  采樣電阻，取其兩端的電壓輸入7840，MC7805給7860輸入端提供穩(wěn)定的5V電源，R5和C3實(shí)現(xiàn)RC低通濾波，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制輸出差分電壓信號(hào)，通過(guò)運(yùn)放MC34081實(shí)現(xiàn)差分放大，由于TMS320LF2812的ADC模塊要求輸入0～3V的單極信號(hào)，所以在運(yùn)放的正相端通過(guò)可調(diào)電阻接入1.5V的參考電壓，即當(dāng)輸入電流為0時(shí)，運(yùn)放輸出的電壓為1.5V，然后將單極電壓信號(hào)接入DSP的A/D通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換，獲得電流采樣值。  3.3.3 電流采樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 如表2所示，為電流采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)采樣電阻中通入電流，采樣其兩端的電壓值，7840的差分輸出電壓值是輸入電壓的8倍，運(yùn)放MC34081組成的差分放大電路的放大系數(shù)為5，所以運(yùn)放輸出的電壓與參考電壓的差值為實(shí)際電壓值的40倍。由表2中數(shù)據(jù)可以得出，與理論值相比較，相對(duì)誤差小，說(shuō)明當(dāng)采樣電阻精確度高、溫漂小的條件下，采用光藕隔離放大芯片7840檢測(cè)電流具有較高的準(zhǔn)確度。
表2
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實(shí)際采樣電流值(A) |
實(shí)際采樣電壓值(mV) |
7840的輸出電壓值(mV) |
運(yùn)放的輸出電壓值(mV) |
|
3 |
9.121 |
1572.323 |
1862.450 |
|
2 |
6.045 |
1547.892 |
1741.521 |
|
1 |
3.360 |
1523.755 |
1621.449 |
|
0 |
0.110 |
1500.805 |
1504.221 |
|
-1 |
-3.011 |
1475.745 |
1377.665 |
|
-2 |
-5.981 |
1451.370 |
1261.451 |
|
-3 |
-9.323 |
1428.443 |
1139.872 |
4 結(jié)論
綜上所述，采用霍爾電流傳感器（LEM模塊）采樣電流，線性度好、功耗小，溫度穩(wěn)定性好，精度普遍較高，是較為理想的電流傳感器，但是成本較高；HCPL-7860的隔離型A/D轉(zhuǎn)換器能直接將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，從而避免了某些場(chǎng)合下所需要附加的A/D轉(zhuǎn)換器，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；而采用HCPL-7840采樣電流，同樣具有較高的精度，且抗共模抑制比的能力較強(qiáng)，跟LEM模塊比較，它更適合于電機(jī)電流的檢測(cè)；后兩種方案成本較低，具有很高的性價(jià)比，但是，這兩種方案都需要精確度高、溫漂小的四端采樣電阻為條件，才能實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量的目的，普通的兩端采樣電阻會(huì)極大影響采樣的準(zhǔn)確性，而且采樣電阻的取值要考慮最小的功率損耗和最大的準(zhǔn)確性的折中點(diǎn)，較難掌握。所以，伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中電流采集方案的選擇。
參考文獻(xiàn)
[1] 趙文祥，劉國(guó)海 基于DSP的全數(shù)字矢量SVPWM變頻調(diào)速系統(tǒng) 電機(jī)與控制學(xué)報(bào) 2004.6
[2] 張 春 李曉林 基于HCPL-7860/70的隔離信號(hào)采集的設(shè)計(jì) 應(yīng)用能源技術(shù) 2004.5
[3] 趙云麗，歐陽(yáng)斌林 基于線性光電耦合器的電流檢測(cè)電路 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2006.2
[4] 姜久紅 朱若燕 光耦隔離運(yùn)放在電機(jī)電流采集中的應(yīng)用 微計(jì)算機(jī)信息 2004.6
[5] HCPL-7860/0872的技術(shù)手冊(cè)
[6] HCPL-7840的技術(shù)手冊(cè)
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