本實(shí)用新型涉及一種用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路，特別涉及一種通過(guò)多路運(yùn)放切換來(lái)拓展負(fù)載電流方法范圍的電路。

背景技術(shù)：

常規(guī)的負(fù)載電流大小檢測(cè)，是通過(guò)采樣電阻將負(fù)載的電流變化值轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)后再送往單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，如果負(fù)載電流過(guò)小，必須經(jīng)過(guò)放大電路進(jìn)一步放大才能達(dá)到單片機(jī)的A/D口可以辨別的程度。但是如果負(fù)載電流動(dòng)態(tài)變化范圍很大時(shí)，單一放大電路很容易出現(xiàn)小信號(hào)時(shí)可以正常放大、大信號(hào)時(shí)卻出現(xiàn)電壓飽和失真，或者出現(xiàn)大信號(hào)時(shí)可以正常放大、但是小信號(hào)時(shí)卻因?yàn)樵鲆孢^(guò)小導(dǎo)致負(fù)載電流變化量放大不明顯而難以被單片機(jī)所檢測(cè)辨別的情況，這兩種情況都會(huì)造成負(fù)載電流在整個(gè)動(dòng)態(tài)變化范圍內(nèi)不能被單片機(jī)準(zhǔn)確判讀及識(shí)別，從而造成單片機(jī)控制的失誤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型實(shí)施例所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供了一種采用多路運(yùn)放切換來(lái)拓展負(fù)載電流放大范圍的新型電路，可以解決單一放大級(jí)的線(xiàn)性放大范圍較窄、容易出現(xiàn)失真問(wèn)題。

本實(shí)用新型所提供的一種用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路，連接于采樣電阻與后端單片機(jī)之間，所述采樣電阻的第一端與負(fù)載相連，第二端接地，所述用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路包括第一運(yùn)放級(jí)單元及第二運(yùn)放級(jí)單元，所述第一運(yùn)放級(jí)單元包括第一運(yùn)算放大器，所述第二運(yùn)放級(jí)單元包括第二運(yùn)算放大器，所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端通過(guò)第一電阻連接于采樣電阻的第一端，反相輸入端通過(guò)第二電阻接地，所述反相輸入端還直接通過(guò)第三電阻連接于第一運(yùn)算放大器的輸出端，所述第三電阻與第一電容并聯(lián)連接，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端還直接通過(guò)第四電阻與后端單片機(jī)的第一A/D口相連；所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端連接于第一運(yùn)算放大器的同相輸入端，所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端通過(guò)第五電阻接地，所述反相輸入端還直接通過(guò)第六電阻連接于所述第二運(yùn)算放大器的輸出端，所述第六電阻與第二電容并聯(lián)連接，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端還通過(guò)第七電阻與后端單片機(jī)的第二A/D口相連。

進(jìn)一步的，所述用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路還包括第八電阻及第三電容，所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端還直接通過(guò)第八電阻接地，所述第三電容與第八電阻并聯(lián)連接。

進(jìn)一步的，所述用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路還包括第四電容，所述第四電阻與后端單片機(jī)的第一A/D口之間的節(jié)點(diǎn)通過(guò)第四電容接地。

進(jìn)一步的，所述用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路還包括第五電容，所述第七電阻與后端單片機(jī)的第二A/D口之間的節(jié)點(diǎn)通過(guò)第五電容接地。

進(jìn)一步的，所述用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路還包括第三運(yùn)放級(jí)單元，所述第三運(yùn)放級(jí)單元包括第三運(yùn)算放大器，所述第三運(yùn)算放大器的同相輸入端連接于第二運(yùn)算放大器的同相輸入端，所述第三運(yùn)算放大器的反相輸入端通過(guò)第九電阻接地，輸出端通過(guò)第十電阻與其反相輸入端相連，所述第十電阻與第六電容并聯(lián)連接，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端通過(guò)第十一電阻連接于后端單片機(jī)的第三A/D口。

進(jìn)一步的，所述用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路還包括第七電容，所述第十一電阻與后端單片機(jī)的第三A/D口之間的節(jié)點(diǎn)通過(guò)第七電容接地。

上述用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路通過(guò)采樣電阻將流過(guò)的負(fù)載電流轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，然后送給后級(jí)運(yùn)放單元進(jìn)行放大。根據(jù)所實(shí)測(cè)的負(fù)載電流值大小，選取不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)飽和失真的合適增益運(yùn)放級(jí)單元進(jìn)行放大，之后輸出給單片機(jī)的A/D口檢測(cè)。本實(shí)用新型所述的用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路可通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)脑鲆姹稊?shù)及不同運(yùn)放級(jí)單元的增益組合與接力方式，可以達(dá)到既有足夠的負(fù)載電流檢測(cè)靈敏度，又可以在負(fù)載電流的整個(gè)動(dòng)態(tài)變化范圍內(nèi)都可實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性放大，進(jìn)而使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電流變化的準(zhǔn)確判讀及分辨識(shí)別，最終達(dá)到對(duì)負(fù)載電流實(shí)施有效控制的目的。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖；

圖1是本實(shí)用新型一種用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路的較佳實(shí)施方式的電路圖。

圖2是本實(shí)用新型一種用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路的另一較佳實(shí)施方式的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

首先，在對(duì)實(shí)施例進(jìn)行描述之前，有必要對(duì)本文中出現(xiàn)的一些術(shù)語(yǔ)進(jìn)行解釋。例如：

本文中若出現(xiàn)使用“第一”、“第二”等術(shù)語(yǔ)來(lái)描述各種元件，但是這些元件不應(yīng)當(dāng)由這些術(shù)語(yǔ)所限制。這些術(shù)語(yǔ)僅用來(lái)區(qū)分一個(gè)元件和另一個(gè)元件。因此，“第一”元件也可以被稱(chēng)為“第二”元件而不偏離本實(shí)用新型的教導(dǎo)。

另外，應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)提及一元件“連接”或者“聯(lián)接”到另一元件時(shí)，其可以直接地連接或直接地聯(lián)接到另一元件或者也可以存在中間元件。相反地，當(dāng)提及一元件“直接地連接”或“直接地聯(lián)接”到另一元件時(shí)，則不存在中間元件。

在本文中出現(xiàn)的各種術(shù)語(yǔ)僅僅用于描述具體的實(shí)施方式的目的而無(wú)意作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。除非上下文另外清楚地指出，則單數(shù)形式意圖也包括復(fù)數(shù)形式。

當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包括有”時(shí)，這些術(shù)語(yǔ)指明了所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一個(gè)以上其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其群組的存在和/或附加。

關(guān)于實(shí)施例：

請(qǐng)參見(jiàn)圖1，圖1是本實(shí)用新型一種用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路的較佳實(shí)施方式的電路圖。所述用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路連接于采樣電阻R1與后端單片機(jī)之間，所述用于拓展負(fù)載電流方法范圍的電路包括運(yùn)算放大器U1-A、U1-B。

所述采樣電阻R1的一端與負(fù)載相連，另一端接地。所述采樣電阻R1與負(fù)載的節(jié)點(diǎn)通過(guò)電阻R2與運(yùn)算放大器U1-A的同相輸入端相連，所述運(yùn)算放大器U1-A的同相輸入端還直接通過(guò)電阻R3接地，所述電阻R3與電容C1并聯(lián)連接。所述運(yùn)算放大器U1-A的反相輸入端通過(guò)電阻R4接地。

所述運(yùn)算放大器U1-A的輸出端通過(guò)電阻R5與反相輸入端相連，所述電阻R5與電容C2并聯(lián)連接。所述運(yùn)算放大器U1-A的輸出端通過(guò)電阻R6與后端單片機(jī)MCU的第一A/D口相連，所述電阻R6與單片機(jī)MCU之間的節(jié)點(diǎn)通過(guò)電容C3接地。

所述運(yùn)算放大器U1-A的同相輸入端還直接與運(yùn)算放大器U1-B的同相輸入端相連，所述運(yùn)算放大器U1-B的反相輸入端通過(guò)電阻R7接地。所述運(yùn)算放大器U1-B的反相輸入端與電阻R7之間的節(jié)點(diǎn)通過(guò)電阻R8與運(yùn)算放大器U1-B的輸出端相連，所述電阻R8與電容C4并聯(lián)連接。所述運(yùn)算放大器U1-B的輸出端與電阻R8之間的節(jié)點(diǎn)通過(guò)電阻R9后與后端單片機(jī)MCU的第二A/D口相連。所述電阻R9與單片機(jī)MCU之間的節(jié)點(diǎn)通過(guò)電容C5接地。

下面對(duì)上述用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路的工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的描述：

所述采樣電阻R1用于將流過(guò)負(fù)載的電流IL轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，供后級(jí)運(yùn)算放大器放大。所述運(yùn)算放大器U1-A及U1-B組成兩級(jí)不同電壓增益的同相運(yùn)算放大器，用于將電阻R1采樣過(guò)來(lái)的電壓信號(hào)放大并輸出至單片機(jī)MCU的第一及第二A/D口檢測(cè)供后續(xù)程序控制。

所述運(yùn)算放大器U1-A及外圍器件組成低增益的運(yùn)放級(jí)，所述運(yùn)算放大器U1-B及外圍器件組成高增益的運(yùn)放級(jí)。所述運(yùn)算放大器U1-A組成的運(yùn)放級(jí)增益＝1+r5/r4，其中r4及r5分別表示電阻R4及R5的阻值，所述運(yùn)算放大器U1-B組成的運(yùn)放級(jí)增益＝1+r8/r7，其中r7及r8分別表示電阻R7及R8的阻值。根據(jù)產(chǎn)品在不同負(fù)載電流所對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)大小實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，來(lái)判斷該選擇哪種增益的運(yùn)算放大級(jí)輸出通道作為單片機(jī)MCU的A/D口的信號(hào)檢測(cè)輸入，以達(dá)到負(fù)載電流在所工作的整個(gè)動(dòng)態(tài)變化范圍內(nèi)都可以得到線(xiàn)性放大并被單片機(jī)MCU準(zhǔn)確判讀的目標(biāo)。

如果實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)在某個(gè)負(fù)載電流時(shí)，所述低增益運(yùn)放級(jí)所輸出的信號(hào)(即所述單片機(jī)MCU的第一A/D口所接收的信號(hào))接近出現(xiàn)飽和失真時(shí)，就必須換用所述高增益運(yùn)放級(jí)的輸出通道作為單片機(jī)MCU的A/D口(即所述單片機(jī)MCU的第二A/D口)的信號(hào)檢測(cè)輸入，以免信號(hào)失真而判讀錯(cuò)誤。

本實(shí)施方式中，所述運(yùn)算放大器U1-A及U1-B為單一運(yùn)放IC的內(nèi)部?jī)杉?jí)運(yùn)放，所述運(yùn)放IC可以為L(zhǎng)M358、LM393或LM324等內(nèi)置多級(jí)運(yùn)放的IC。由于LM358、LM393等運(yùn)放IC的最大輸出高電平與VDD端供電電壓有1.2V左右的內(nèi)部電壓降，所以對(duì)于供電電壓為vdd的單片機(jī)(其中vdd為VDD端的電壓值)，為確保運(yùn)放IC擁有最大限度的信號(hào)幅度放大范圍，運(yùn)放IC的供電電壓應(yīng)抬高到(vdd+1.2V)的范圍，以便所述運(yùn)算放大器U1-A及U1-B的輸出電壓最大值可以達(dá)到與單片機(jī)供電vdd一樣大，進(jìn)而使得單片機(jī)MCU的A/D口獲得盡可能大的采樣值范圍，同時(shí)又不至于因?yàn)槭艿絾纹瑱C(jī)MCU的A/D口最大采樣值限制、超過(guò)vdd而出現(xiàn)信號(hào)測(cè)量失真。另一方面，如果所述運(yùn)算放大器U1-A及U1-B所輸出的電壓值超過(guò)單片機(jī)MCU的最大允許電壓，還可能導(dǎo)致單片機(jī)MCU被擊穿損壞。

本實(shí)用新型所述的電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)還在于運(yùn)算放大器U1-A及U1-B的電壓增益倍數(shù)選取上，必須使得運(yùn)算放大器U1-A與運(yùn)算放大器U1-B的運(yùn)放增益形成梯次差別并有適當(dāng)?shù)慕徊嬷丿B區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流IL在采樣電阻R1的兩端產(chǎn)生的采樣信號(hào)在所述運(yùn)算放大器U1-A的輸出端信號(hào)接近出現(xiàn)飽和失真時(shí)，所述運(yùn)算放大器U1-B開(kāi)始接力放大，進(jìn)而不至于在中間產(chǎn)生信號(hào)放大的盲區(qū)斷層。所述運(yùn)算放大器U1-A的增益倍數(shù)應(yīng)選取使負(fù)載電流IL要求的最小值處于可以被單片機(jī)MCU的第一A/D口識(shí)別并分辨的程度，所述運(yùn)算放大器U1-B的增益倍數(shù)應(yīng)選取使負(fù)載電流IL要求的最大值處于可以被單片機(jī)MCU的第二A/D口識(shí)別并分辨的程度。另外，其他實(shí)施方式中，如果所述運(yùn)算放大器U1-B的運(yùn)放級(jí)增益還不滿(mǎn)足負(fù)載電流IL的最大動(dòng)態(tài)變化值，可以換用LM324等內(nèi)置多級(jí)運(yùn)放的IC再增加運(yùn)放的級(jí)數(shù)。

在前面技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)施方式僅僅包括了兩級(jí)運(yùn)放，實(shí)際使用可以視負(fù)載電流IL的變化范圍組合成更多數(shù)量的運(yùn)放級(jí)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電流IL各種全動(dòng)態(tài)變化范圍內(nèi)都可以保持有效的線(xiàn)性放大并避免發(fā)生信號(hào)失真及誤判的情況。具體來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型所述的一種用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路包括第一運(yùn)放級(jí)單元及第二運(yùn)放級(jí)單元，所述第一運(yùn)放級(jí)單元包括第一運(yùn)算放大器U1-A，所述第二運(yùn)放級(jí)單元包括第二運(yùn)算放大器U1-B，所述第一運(yùn)算放大器U1-A的同相輸入端通過(guò)第一電阻R2連接于采樣電阻R1的第一端，反相輸入端通過(guò)第二電阻R4接地，所述反相輸入端還直接通過(guò)第三電阻R5連接于第一運(yùn)算放大器U1-A的輸出端，所述第三電阻R5與第一電容C2并聯(lián)連接，所述第一運(yùn)算放大器U1-A的輸出端還直接通過(guò)第四電阻R6與后端單片機(jī)MCU的第一A/D口相連；所述第二運(yùn)算放大器U1-B的同相輸入端連接于第一運(yùn)算放大器U1-A的同相輸入端，所述第二運(yùn)算放大器U1-B的反相輸入端通過(guò)第五電阻R7接地，所述反相輸入端還直接通過(guò)第六電阻R8連接于所述第二運(yùn)算放大器U1-B的輸出端，所述第六電阻R8與第二電容C4并聯(lián)連接，所述第二運(yùn)算放大器U1-B的輸出端還通過(guò)第七電阻R9與后端單片機(jī)的第二A/D口相連。同時(shí)，請(qǐng)參考圖2所示，所述用于拓展負(fù)載電流放大范圍的電路還包括第三運(yùn)放級(jí)單元，所述第三運(yùn)放級(jí)單元包括第三運(yùn)算放大器，所述第三運(yùn)算放大器的同相輸入端連接于第二運(yùn)算放大器U1-B的同相輸入端，所述第三運(yùn)算放大器的反相輸入端通過(guò)第九電阻接地，輸出端通過(guò)第十電阻與其反相輸入端相連，所述第十電阻與第六電容并聯(lián)連接，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端通過(guò)第十一電阻連接于后端單片機(jī)MCU的第三A/D口。

所述采樣電阻R1可以根據(jù)負(fù)載電流IL的最大值及變化的穩(wěn)定性選取，通常取0.1Ω～1Ω，以免與負(fù)載分壓過(guò)多而造成實(shí)際負(fù)載功率的減小，電阻功率必須大于0.5W(具體功率大小需要視負(fù)載最大工作電流大小而定，取實(shí)際最大功耗的3倍左右)。所述運(yùn)算放大器U1-A及U1-B的運(yùn)放級(jí)增益大小可以根據(jù)負(fù)載電流IL的每個(gè)分辨檔的變化大小及單片機(jī)MCU的A/D采樣最小分辨率來(lái)選取，例如，對(duì)于常用的供電5V單片機(jī)、8位A/D采樣分辨率的單片機(jī)，其A/D采樣最小分辨率＝5V/256＝0.02V，如果基于某一檔負(fù)載電流的變化穩(wěn)定情況，要求可識(shí)別的波動(dòng)電壓應(yīng)大于6個(gè)A/D值才能被單片機(jī)準(zhǔn)確識(shí)別及檔位分辨，那就要求每個(gè)分辨檔的負(fù)載電流經(jīng)運(yùn)放級(jí)放大后輸出給單片機(jī)的A/D口的電壓幅度變化差異應(yīng)大于0.02V×6＝0.12V，運(yùn)放級(jí)的最小增益應(yīng)確保每個(gè)分辨檔的負(fù)載電流經(jīng)采樣電阻R1采樣轉(zhuǎn)換成的電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)放級(jí)放大后可以達(dá)到這樣的要求。

以上僅為本實(shí)用新型的實(shí)施方式，并非因此限制本實(shí)用新型的專(zhuān)利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。