一種光耦電流檢測電路的製作方法
2023-07-31 07:19:26 1
本發明涉及電流檢測領域，特別是涉及一種光耦電流檢測電路。
背景技術：
在雷射印表機系統中通常需要檢測高壓電源的輸出電流大小來調整其所需要的模擬信號。因是對高壓電路中輸出電流進行檢測，如果使用差分電流檢測電路的話，那麼差分運算放大器的正相和反相輸出端避免不了會使用到高阻值的電阻來限制其正相和反相輸出端的輸入電流同時獲取較小的輸出電壓信號，電路接入到檢測點的電壓越高所需要的電阻阻值就越大。但高阻值的電阻在高溫高溼的環境下，時間長了之後，阻值會發生變化。如果正反相電阻溫度特性不一致，變化程度不一樣時，將會導致其檢測的模擬信號結果發生變化，這很有可能會使印表機誤動作；而這種變化也是不可逆的，也就是說當高阻值電阻發生變化後，從高溫高溼的環境中轉移到常溫常溼的環境中，變化後的阻值也不會恢復到原始阻值了。高阻值電阻因工藝原因特別容易受高溫潮溼的環境影響而發生阻值變化。
如圖1所示為傳統的電流檢測電路原理圖，通過在採樣電阻R1、R2、R3和R4上取樣輸入至運算放大器中，由於電流檢測處的電壓為負高壓信號-1350V，同時在運算放大器的正相輸入端接入了+0.39V的偏置電壓，故採樣電阻R1、R2、R3和R4的取值需要很大，否則電路無法正常工作，而且負高壓信號的值越大，相應的採樣電阻R1、R2、R3和R4也要對應增大。但因為高阻值的電阻，在電源長時間工作且在高溫高溼環境下時，高阻值電阻的阻值因工藝的原因在惡劣環境下穩定性差，若採樣電阻R1和R2的變化幅度與採樣電阻R3和R4的幅度不一致時，在運算放大器輸出的檢測結果Vout的電壓也容易在原來的基礎上發生漂移。
技術實現要素：
本發明的目的是克服現有技術中的不足之處，提供一種光耦電流檢測電路。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：
一種光耦電流檢測電路，包括：電流檢測單元、光耦負反饋單元和反相放大單元，其中，所述電流檢測單元的輸入端作為所述光耦電流檢測電路的輸入端，所述反向放大單元的輸出端作為所述光耦電流檢測電路的輸出端；
所述電流檢測單元、所述光耦負反饋單元和所述反相放大單元依次連接。
在其中一個實施例中，所述電流檢測單元包括：第一光電耦合器ISO1、第一二極體D1、第一電阻R1、第一採樣電阻R2和第二採樣電阻R3，其中，所述第一光電耦合器ISO1的發光二極體的陽極作為所述電流檢測單元的輸入端，所述第一採樣電阻R2的一端作為所述電流檢測單元的第一輸出端，所述第二採樣電阻R3作為所述電流檢測單元的第二輸出端；
所述第一光電耦合器ISO1的發光二極體的陰極與所述第一電阻R1的一端連接；
所述第一二極體D1反向並聯於所述第一光電耦合器ISO1的發光二極體；
所述第一光電耦合器ISO1的光電三極體的集電極連接電源Vcc，發射極連接於所述第一採樣電阻R2的一端；
所述第一採樣電阻R2的另一端連接於參考地GND；
所述第二採樣電阻R3的一端連接於參考地GND。
在其中一個實施例中，所述電流檢測單元還包括：第一電容C1，所述第一電容C1的一端連接於所述第一二極體D1的陰極，另一端連接於所述第一電阻R1的一端。
在其中一個實施例中，所述電流檢測單元還包括：第二電容C2，所述第二電容C2並聯於所述第一採樣電阻R2。
在其中一個實施例中，所述光耦負反饋單元包括：第一運算放大器U1A和第二光電耦合器ISO2，其中，所述第一運算放大器U1A的正相輸入端作為所述光耦負反饋單元的第一輸入端，反相輸入端作為所述光耦負反饋單元的第二輸入端，所述第二光電耦合器ISO2的發光二極體的陰極作為所述光耦負反饋單元的輸出端；
所述第一運算放大器U1A的正相輸入端連接於所述所述第一採樣電阻R2的一端，反相輸入端連接於所述第二採樣電阻R3的一端；
所述第一運算放大器U1A的輸出端連接於所述第二光電耦合器ISO2的發光二極體的陽極；
所述第一運算放大器的電源端連接於電源Vcc，接地端連接於參考地GND；
所述第二光電耦合器ISO2的光電三極體的集電極連接於電源Vcc，發射極連接於所述第一運算放大器U1A的反相輸入端。
在其中一個實施例中，所述光耦負反饋單元還包括：第三電容C3，所述第三電容C3的一端連接於所述第一運算放大器U1A的反相輸入端，另一端連接於所述第一運算放大器的輸出端。
在其中一個實施例中，所述光耦負反饋單元還包括：第四電容C4，所述第四電容C4的一端連接於所述第一運算放大器U1A的電源端，另一端連接於參考地GND。
在其中一個實施例中，所述反相放大單元包括：第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6和第二運算放大器U1B，其中，所述第四電阻R4的一端作為所述反相放大單元的第一輸入端，所述第五電阻R5的一端作為所述反相放大單元的第二輸入端，所述第二運算放大器U1B的輸出端作為所述反相放大單元的輸出端；
所述第四電阻R4的一端連接於所述第二光電耦合器ISO2的發光二極體的陰極，另一端連接於所述第二運算放大器U1B的反相輸入端；
所述第五電阻R5的一端連接於偏置電源，另一端連接於所述第二運算放大器U1B的正端輸入端；
所述第六電阻R6的一端連接於所述第二運算放大器U1B的反相輸入端，另一端連接於所述第二運算放大器U1B的輸出端。
本次申請的技術方案相比於現有技術有以下有益效果：
1.避免了高阻值電阻的使用，精度容易把控，檢測結果準確，在高溫潮溼環境溫度下穩定性更強，電路更加可靠。
2.運用光電耦合器件構成負反饋電路，能夠很好的保持檢測電壓的穩定，同時對潮溼環境對光電耦合器件的影響也很小。
附圖說明
圖1為傳統電流檢測電路原理圖；
圖2為本實施例中的光耦電流檢測電路框架圖；
圖3為本實施例中的光耦電流檢測電路原理圖。
具體實施方式
為了便於理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施方式。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施方式。相反地，提供這些實施方式的目的是使對本發明的公開內容理解的更加透徹全面。
需要說明的是，當元件被稱為「固定於」另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語「垂直的」、「水平的」、「左」、「右」以及類似的表述只是為了說明的目的，並不表示是唯一的實施方式。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語「及/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
如圖2所示為一種光耦電流檢測電路，請一併結合參照圖3，包括：電流檢測單元100、光耦負反饋單元200和反相放大單元300，其中，所述電流檢測單元100的輸入端作為所述光耦電流檢測電路的輸入端，所述反向放大單元300的輸出端作為所述光耦電流檢測電路的輸出端；
所述電流檢測單元100、所述光耦負反饋單元200和所述反相放大單元300依次連接。
需要說明的是，所述負高壓輸入為基準負高壓輸入，被檢測電流從電流檢測單元的輸入端輸入，提供檢測信號。
還需要說明的是，電流檢測單元100還連接於高壓輸出端，即圖2中的A端點。
具體地，所述電流檢測單元100包括：第一光電耦合器ISO1、第一二極體D1、第一電阻R1、第一採樣電阻R2和第二採樣電阻R3，其中，所述第一光電耦合器ISO1的發光二極體的陽極作為所述電流檢測單元100的輸入端，所述第一採樣電阻R2的一端作為所述電流檢測單元100的第一輸出端，所述第二採樣電阻R3作為所述電流檢測單元100的第二輸出端；
所述第一光電耦合器ISO1的發光二極體的陰極與所述第一電阻R1的一端連接；
所述第一二極體D1反向並聯於所述第一光電耦合器ISO1的發光二極體；
所述第一光電耦合器ISO1的光電三極體的集電極連接電源Vcc，發射極連接於所述第一採樣電阻R2的一端；
所述第一採樣電阻R2的另一端連接於參考地GND；
所述第二採樣電阻R3的一端連接於參考地GND。
需要說明的是，第一二極體D1的存在是保護第一光電耦合器ISO1。
還需要說明的是，第一電阻R1為分壓電阻，防止第一光電耦合器ISO1的發光二極體因電壓過大損壞，保護髮光二極體。
進一步地，所述電流檢測單元100還包括：第一電容C1，所述第一電容C1的一端連接於所述第一二極體D1的陰極，另一端連接於所述第一電阻R1的一端。
進一步地，所述電流檢測單元100還包括：第二電容C2，所述第二電容C2並聯於所述第一採樣電阻R2。
需要說明的是，第一電容C1和第二電容C2為濾波電容，消除雜波幹擾。
具體地，所述光耦負反饋單元200包括：第一運算放大器U1A和第二光電耦合器ISO2，其中，所述第一運算放大器U1A的正相輸入端作為所述光耦負反饋單元200的第一輸入端，反相輸入端作為所述光耦負反饋單元200的第二輸入端，所述第二光電耦合器ISO2的發光二極體的陰極作為所述光耦負反饋單元200的輸出端；
所述第一運算放大器U1A的正相輸入端連接於所述所述第一採樣電阻R2的一端，反相輸入端連接於所述第二採樣電阻R3的一端；
所述第一運算放大器U1A的輸出端連接於所述第二光電耦合器ISO2的發光二極體的陽極；
所述第一運算放大器的電源端連接於電源Vcc，接地端連接於參考地GND；
所述第二光電耦合器ISO2的光電三極體的集電極連接於電源Vcc，發射極連接於所述第一運算放大器U1A的反相輸入端。
需要說明的是，第二光電耦合器ISO2的光電三極體的發射極連接於第一運算放大器U1A的反相輸入端，起到電流負反饋的作用，在第二採樣電阻R3會產生一個壓降，通過負反饋的作用，使得第一運算放大器U1A輸出端的電壓會跟隨正相輸入端的電壓，起到自動調整的作用，從而牽制了輸出端的電壓變化，使得輸出端電壓穩定。
進一步地，所述光耦負反饋單元200還包括：第三電容C3，所述第三電容C3的一端連接於所述第一運算放大器U1A的反相輸入端，另一端連接於所述第一運算放大器的輸出端。
進一步地，所述光耦負反饋單元200還包括：第四電容C4，所述第四電容C4的一端連接於所述第一運算放大器U1A的電源端，另一端連接於參考地GND。
需要說明的是，第三電容C3為深度負反饋並能穩定電路輸出特性的作用，第四電容C4為濾波作用。
還需要說明的是，電源Vcc為25V電源。
具體地，所述反相放大單元300包括：第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6和第二運算放大器U1B，其中，所述第四電阻R4的一端作為所述反相放大單元300的第一輸入端，所述第五電阻R5的一端作為所述反相放大單元300的第二輸入端，所述第二運算放大器U1B的輸出端作為所述反相放大單元300的輸出端；
所述第四電阻R4的一端連接於所述第二光電耦合器ISO2的發光二極體的陰極，另一端連接於所述第二運算放大器U1B的反相輸入端；
所述第五電阻R5的一端連接於偏置電源，另一端連接於所述第二運算放大器U1B的正端輸入端；
所述第六電阻R6的一端連接於所述第二運算放大器U1B的反相輸入端，另一端連接於所述第二運算放大器U1B的輸出端。
需要說明的是，偏置電源為0.39V電源，為第二運算放大器U1B提供偏置電壓。
還需要說明的是，光耦電流檢測電路中第一光電耦合器ISO1和第二光電耦合器ISO2在布局上應儘可能的相互靠近，使得第一光電耦合器ISO1和第二光電耦合器ISO2在高溫高溼的環境下能夠保持一致的環境溫度，確保第一光電耦合器ISO1和第二光電耦合器ISO2在特性上不出現明顯的差異，再加上由於負反饋的作用，輸出的檢測結果可以保持穩定平衡，提高電路的穩定性和可靠性。
以上所述實施方式僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。