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申请/专利权人：青岛锐捷智能仪器有限公司

摘要：本发明涉及电压采集技术领域，公开一种基于温度补偿的直流电压采集电路，该电路包括：MCU模块用于控制时序控制模拟开关将基准电压、零电位以及待测信号接入至运算电路；运算电路，用于分别根据基准电压和零电位，确定运算放大器的实时偏置以及实时增益系数，并根据实时偏置和实时增益系数对待测信号进行温度补偿，得到温度补偿后的待测信号的电压；AD转换电路用于将电压模拟信号转换为数字信号，并输入至MCU模块；准电压电路用于提供基准电压和AD参考电压。本发明根据实时偏置以及实时增益系数，得到待测信号的实际实时电压，极大地减小了温度使运算电路增益系数变化导致计算得到的待测电压的变化。

主权项：1.一种基于温度补偿的直流电压采集电路，其特征在于，包括：MCU模块、运算电路以及AD转换电路，其中，MCU模块，用于将基准电压、零电位以及待测信号接入至所述运算电路；时序控制模拟开关，所述时序控制模拟开关的输入端与基准电压输入端、零电位输入端以及待测信号输入端连接，所述时序控制模拟开关的输出端与所述运算电路的输入端连接；所述时序控制模拟开关用于根据所述MCU模块的控制将所述基准电压、所述零电位以及所述待测信号以预定时序接入至所述运算电路；运算电路，用于分别根据基准电压和零电位，确定运算放大器的实时偏置以及实时增益系数，并根据所述实时偏置和所述实时增益系数对所述待测信号进行温度补偿，得到温度补偿后的待测信号的电压；AD转换电路，用于将所述运算电路得到温度补偿后的待测信号的电压模拟信号转换为数字信号，并将数字信号输入至所述MCU模块；基准电压电路，用于提供基准电压和AD参考电压，其中，所述基准电压电路包括基准电压芯片，所述基准电压芯片的输入端与波动电源电压的输入端连接，所述基准电压芯片的输出端依次串联有高精度电阻一、高精度电阻二和高精度电阻三，所述高精度电阻一与所述高精度电阻二之间连接有所述AD参考电压输入端；所述高精度电阻二和所述高精度电阻三之间连接有所述基准电压的输入端；所述高精度电阻一、所述高精度电阻二和所述高精度电阻三的温度飘移值均为10ppm℃，且所述高精度电阻一为900Ω电阻，所述高精度电阻二为2.1KΩ电阻，所述高精度电阻三为2KΩ电阻；其中，所述运算电路包括运算放大器一、运算放大器二、运算放大器三、运算放大器四以及若干电阻，所述运算放大器一的同相输入端并联有电阻一和电阻二，所述电阻一的输入端与基准电压输入端连接，所述电阻二的输出端与地线连接，所述运算放大器一的反相输入端并联有电阻三和电阻四，所述电阻三的输入端与待测信号输入端连接，且所述待测信号输入端与所述基准电压输入端之间连接有电阻五和电阻六；所述运算放大器二的同相输入端与所述运算放大器一的输出端连接，所述运算放大器二的反相输入端连接与所述电阻四的输出端连接，所述运算放大器二的输出端与所述电阻四的输出端以及所述AD转换电路的差分输入负极连接；所述运算放大器三的同相输入端连接于所述电阻五和电路六之间，所述运算放大器三的反相输入端并联有电阻七和电阻八，所述电阻七与所述AD转换电路的差分输入正极连接，所述电阻八的输出端接地；所述运算放大器四的同相输入端与所述运算放大器三的输出端连接，所述运算放大器四的反相输入端以及所述运算放大器四的输出端均与所述AD转换电路的差分输入正极连接；其中，所述运算放大器一和所述运算放大器三的型号相同，所述运算放大器二和所述运算放大器四的型号相同；运算放大器一、运算放大器二、运算放大器三、运算放大器四的同相端与反相端上电流近似等效为0，流经电阻一13、电阻二14上的电流相等，流经电阻三15、电阻四16上的电流相等，流经电阻五17、电阻六18上的电流相等，流经电阻七19、电阻八20上的电流相等；放大器一9的同相端与反相端的电位相同、运算放大器二10的同相端与反相端的电位相同、运算放大器三11的同相端与反相端的电位相同、运算放大器四12的同相端与反相端的电位相同；所述AD转换电路包括AD转换芯片，所述AD转换芯片的差分输入正极和差分输入负极与所述运算电路连接，且所述AD转换芯片与AD参考电压输入端、电源供电输入端以及时钟信号输入端连接，AD转换芯片的输出端与所述MCU模块连接；所述时钟信号输入端包括有源晶振和分频器，所述有源晶振的输出端与所述分频器的输入端连接，所述分频器的输出端与所述AD转换芯片连接；AD转换电路AD芯片差分输入正极电压，AD转换电路的AD芯片差分输入负极电压，运算电路的增益系数；式中，表示待测信号的电压值；表示检测实际电压值；通过MCU模块按照时序来控制时序控制模拟开关，依次将GND、2V基准电压、待测信号接入运算电路；当零电位接入运算电路时，运算电路的输入为0；但是由于运算放大器偏置的存在，运算电路的实际输出不为0且大小与运放芯片的偏置直接相关；当温度发生变化时，运算放大器的偏置也会发生变化；此时将零电位信号接入采样电路，对应输入为0，即=0，对应的输出为=；将上述信息代入到采集电压的计算公式中，得到；得到的b值会随着温度变化而变化，与原本固定b值的方式相比，大幅度地减小温度使运放芯片偏置变化导致计算得到的待测电压的变化；而实时偏置的计算公式则为：，式中，表示运算放大器的实时偏置，表示运算放大器的增益系数，表示待测信号的电压值；表示检测实际电压值；当2V基准电压接入运算电路时，运算电路的输入为2V，最终的输出需要乘以运算电路的增益系数k，即；当温度发生变化时，运算电路的各个电阻阻值会发生变化，导致增益系数k会发生变化；此时通过采集2V基准电压，得到变化后的增益系数；将其带入到待测电压计算公式中，得到，式中，表示待测信号的电压值，表示运算放大器的实时增益系数，表示在N伏基准电压下，运算电路的输出电压，表示温度变化后所采集的运算电路的输出电压，表示检测实际电压值，表示运算放大器的实时偏置；大幅度地减小温度使运算电路增益系数变化导致计算得到的待测电压的变化；实时增益系数的计算公式为：，，式中，表示运算放大器的实时增益系数，表示在N伏基准电压下，运算电路的输出电压，表示温度变化后所采集的运算电路的输出电压，表示运算放大器的增益系数；此外，基准电压电路通过基准电压芯片，将波动的电源电压转换成稳定的5V输出；再经过温漂低的高精电阻分压得到对应电压，利用运放芯片输入端为高阻抗的特点，从分压电路处分得的电流极小，不会对5V输出造成影响，保障了AD转换芯片参考电压和2V参考电压的稳定性。

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