CN101696985A - 一种检测直流电流的方法及装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种检测直流电流的方法，包括：通过霍尔传感器感应被检测电路上的直流电流，获取磁感应电压信号；将所述获取的磁感应电压信号通过减法器减去预设基准电压值，生成待放大信号；将所述待放大信号通过放大器对电压信号进行放大，生成待检测信号；对所述待检测信号进行检测分析。相应的，本发明实施例还公开了一种直流电流检测装置以及直流电流处理系统，实施本发明实施例，可以实现从0V开始起调进行检测分析，提高了测试精度，从而满足不同后级电路对被测电路上的直流电路的检测分析以及控制处理要求，且该方法实用于所有的霍尔传感器，实现低成本宽范围采样灵活控制。

Description

一种检测直流电流的方法及装置和系统

技术领域

本发明涉及电子应用领域，尤其涉及一种检测直流电流的方法及装置和系统。

背景技术

现有的技术方案中，通过霍尔传感器检测待测电路上的电流已经普遍适用于直流电流检测机制中，图1示出了现有的检测直流电流方法的结构原理图，一般在待测电路需要进行直流电流检测处设置一个霍尔传感器，该霍尔传感器主要由磁芯和霍尔片组成，在磁芯上缠绕有待测电路的直流电流通过的线圈，通过霍尔片感应出磁感应电压信号后，将该磁感应电压信号输出至放大器中进行电压信号的放大，再通过处理器对该电压信号进行相应的检测分析，并根据检测分析以及处理结果对检测电路上的直流电流进行相应的控制管理等等。

现有的霍尔传感器在无工作状态下时，即在被检测电路上的直流电流为0A或者无直流电流状态下时，存在一个基准输出电压值，在霍尔传感器检测被检测电路上的电流时，霍尔传感器的输出电压值是根据感应的磁感应电压信号大小和基准输出电压值的和来输出电压信号的。图2示出了现有的霍尔传感器检测过程中输出电压的测试曲线图，该霍尔片存在一个基准输出电压值2.5v，在霍尔传感器是呈线性输出时，该霍尔传感器的输出电压是在2.5v的基础上，再叠加霍尔片感应的磁感应电压信号后，才输出待检测的电压值。

如常规的2.5V基准电压输出值的霍尔传感器在被检测电路无电流时输出电压为2.5V，当常规处理芯片电源电压为3.3V或者5V时，A/D模数转换端口输入电压不能超过电源电压，这使得2.5V-3.3V或2.5-5V的电压检测范围变得非常狭窄，不利于采样及A/D转换的分辨精度，现有技术中一般是将该霍尔传感器上的输出电压进行线性放大，但该输出的电压值通过放大器放大之后，其下限值更加远离了0V值，该输出值如果在2v至3v时，经过放大器的若干倍放大之后，其要求测试仪器的测试范围至少满足该放大倍数的要求，因此很难满足小规格精良测试仪器的测试要求和实际系统的精确控制，同时给后级电路控制被检测电路带来很多的困扰。

发明内容

本发明实施例在于提供一种检测直流电流的方法及装置和系统，通过减少霍尔传感器输出的电压值，克服了现有技术中难精良测试被测电路直流电流的要求。

为了达到上述技术效果，本发明实施例提供了一种检测直流电流的方法，包括：

通过霍尔传感器感应被检测电路上的直流电流，获取磁感应电压信号；

将所述获取的磁感应电压信号通过减法器减去预设基准电压值，生成待放大信号；

将所述待放大信号通过放大器对电压信号进行放大，生成待检测信号；

对所述待检测信号进行检测分析。

相应的，本发明实施例还提供了一种直流电流检测装置，包括：

霍尔传感器，用于感应被检测电路上的直流电流，获取磁感应电压信号；

减法器，用于对所述获取的磁感应电压信号减去预设基准电压值，生成待放大信号；

放大器，用于对所述待放大信号中的电压信号进行放大，生成待检测信号；

第一处理器，用于对所述待检测信号进行检测分析。

相应的，本发明实施例还提供了一种直流电流处理系统，所述直流电流处理系统包括至少一个的直流电流检测设备和至少一个的控制处理设备，其中：

所述直流电流检测设备用于通过霍尔传感器感应被检测电路上的直流电流，获取磁感应电压信号；将所述获取的磁感应电压信号减去预设基准电压值，生成待放大信号；对所述待放大信号中的电压信号进行放大，生成待检测信号；并对所述待检测信号进行检测分析与处理；

所控制处理设备用于从所述直流电流检测设备中获得检测分析与处理的结果，并根据所述检测分析与处理的结果对所述被检测电路上的直流电流的大小进行调节和控制。

实施本发明实施例，通过减少霍尔传感器输出的电压值，减去了霍尔传感器上的基准输出电压值，可以实现从0V开始起调进行检测分析，提高了测试精度，从而满足不同后级电路对被测电路上的直流电路的检测分析以及控制处理要求，且该方法实用于所有的霍尔传感器，实现低成本宽范围采样灵活控制。在通过对被检测电路上的直流电信号进行检测分析后，可以根据检测结果对被检测电路上的直流电流进行调节，使系统性能更加优化和提高系统控制精度。

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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的检测直流电流方法的结构原理图；

图2是现有的霍尔传感器检测过程中输出电压的测试曲线图；

图3是本发明实施例中的检测直流电流方法的流程图；

图4是本发明实施例中的直流电流检测装置结构示意图；

图5是本发明实施例中的直流电流检测装置另一结构示意图；

图6是本发明实施例中的直流电流检测装置再一结构示意图；

图7是本发明实施例中的直流电流处理系统结构示意图；

图8是本发明实施例中的直流电流检测方法与现有的直流电流检测方法的电压输出对比图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本发明实施例中的检测直流电的方法，主要是通过霍尔传感器感应被检测电路上的直流电流大小，获得磁感应电压信号，并对获取的磁感应电压信号减去一个预先设置的基准电压值，生成一个待放大信号，再对该放大信号进行电压信号的放大，最后对待检测信号进行检测分析以及相应的处理。

需要说明的是，如果获取的磁感应电压信号过小或者磁感应电压信号过大时，这里还可以在获取磁感应电压信号之后，按照预先设置的放大倍数放大获取的磁感应电压信号，或者按照预先设置的缩小倍数缩小获取的磁感应电压信号。

需要说明的是，这里还可以对减法器的减压基准值进行预先设置，满足不同情况下的起点进行检测分析。同样的，这里也可以对放大器的电压放大倍数进行预先设置，满足不同情况下的起点进行检测分析。

具体的，参见图3，图3示出了本发明实施例中的检测直流电流方法的流程图，包括如下步骤：

S301：通过霍尔传感器感应被检测电路上的直流电流，获得磁感应电压信号；

需要说明的是，这里的霍尔传感器一般由磁芯、霍尔片等构成，而被检测电路将通电线圈缠绕或直接穿过磁芯的单一线，只要有切割磁力线的结构均可在磁芯后形成磁场，由霍尔片感应磁场的大小后，霍尔传感器将有感应电压的输出。现有的霍尔传感器一般都有一个基准电压输出值，即被检测电路的直流电流为零状态下时的感应电压输出值，在由电流通过之后，在此基准电压输出值之上叠加后才会输出一个磁感应电压信号，该磁感应电压信号可能比基准电压输出值大，也可能比基准电压输出值小，该磁感应电压信号输出值是比基准电压输出值小或者大，主要是跟直流电流在磁芯上的绕线方向即直流电路中电荷移动方向有关。这里设计的方案中，该磁芯为一个环形磁芯，在环形磁环某部位开凿一个开口，该霍尔片位于该开口出感应待检测电流上直流电流的磁感应电压信号。当然这里霍尔传感器也不限于环形磁芯中，也可以通过U形磁芯、条形磁芯等等来完成。

需要说明的是，如果获取的磁感应电压信号过小或者磁感应电压信号过大时，这里还可以在获取磁感应电压信号之后，按照预先设置的放大倍数放大获取的磁感应电压信号，或者按照预先设置的缩小倍数缩小获取的磁感应电压信号。

S302：将获取的磁感应电压信号通过减法器减去预设基准电压值，生成待放大信号；

需要说明的是，这里通过减法器减去预设基准电压值主要是将霍尔传感器的基准输出电压值减去，那么待放大信号主要是由霍尔片感应到的磁感应电压信号了。当然这里通过减法器对磁感应电压信号减去预设基准电压值，主要是为了小规格精度高的检测仪器进行测试，该减压值主要是降到一个浮动范围内在进行放大器放大之后满足检测的精度要求。在通过减法器对获取的磁感应电压信号减去预先基准电压值之后，可以获得从0V值起调的感应电压检测信号。当然，这里也不限于从0V起调，只需满足后级电路测试需要即可。

在本发明实施例过程中，可以预先设置减法器的减压基准值，如霍尔传感器的基准电压输出值已知时，那么该减法器的减压值基准值可以为该基准电压输出值。对于所有的减法器来说，减法器都存在一个减压基准值，如果不对该减压基准值进行设置时，则对磁感应电压信号进行减压时，默认减去的电压值为该减压基准值。

S303：将待放大信号通过放大器对电压信号进行放大，生成待检测信号；

需要说明的是，在通过S302的减压之后，待放大信号的电压被检测幅度范围有限，而通过需要对待放大信号进行放大，满足于后级电路测试相关要求的约束，比如在减去霍尔传感器的基准电压输出值之后，可能得到的电压范围为0v至0.1v之间的检测电压范围，而对于3v检测设备来说，该检测设备并不能很精确得获得该被测电路上的直流电变化的情况，因此对该电压进行10倍或者20倍放大之后，该放大后的检测电压范围满足检测设备检测范围要求，从而提供更精确的测试精度。

在本发明实施例过程中，也可以预先设置放大器的电压放大倍数。对于所有的放大器来说，放大器都存在一个初始的电压放大倍数，如果不对该电压放大倍数进行设置时，则在对待放大信号进行电压放大时，默认放大的倍数值为该初始的电压放大倍数。

S304：对待检测信号进行检测分析。

需要说明的是，这里需要对待检测信号进行检测分析以及相应的处理等等，在对检测信号进行检测分析和处理之后，可以产生控制信号实现对被检测电路上的直流电流进行调节，比如可以调节直流电流大小等等，具体调节方式可以是脉宽调制(PWM，Pulse Width Modulation)、脉频调制(PFM，Pulse frequencymodulation)、混合脉宽调制(Hybrid Pulse Width Modulation，HPWM)、正弦脉宽调制控制(Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM)、压频调制模式或空间矢量算法模式的空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modul，SVPWM)等等。

需要说明的是，按照本技术方案所述的方法提供的直流电流传感器，比目前市场上通用的直流霍尔传感器价格便宜很多。一个常规0-100A通用的直流霍尔传感器价格一般在50元-100多元，而应用本发明方案的方法所设计的0-100A直流电流传感器成本可以控制到现有通用霍尔传感器所占价格的20％以下。现有通用直流霍尔传感器体积庞大，重量大的直流霍尔传感器还需要+/-供电方式。本发明方案所描述的方法可以采用单电压供电，使电路简单化。

综上，本方法通过霍尔传感器实现直流电流的无损检测，特别适用于大电流下的检测方案中，通过减少霍尔传感器上的输出的感应电压值，满足后级电路对直流电流的检测分析的处理要求，可以实现0V起调的精度测试，提高了测试精度。该方法满足所有的霍尔传感器，实现了低成本控制。

相应的，图4示出了本发明实施例中的直流电流检测装置结构示意图，该直流电流检测装置包括：

霍尔传感器401，用于感应被检测电路上的直流电流，获取磁感应电压信号；

减法器402，用于对获取的磁感应电压信号减去预设基准电压值，生成待放大信号；

放大器403，用于对待放大信号中的电压信号进行放大，生成待检测信号；

第一处理器404，用于对待检测信号进行检测分析。

需要说明的是，图4实施例中的减法器中的预设基准值和放大器中的电压放大倍数都是固定的，该直流电流检测装置对霍尔传感器上的磁感应电压信号减去预设基准电压值，可以满足后级电路的检测分析处理要求，从而满足后级电路对直流电流的检测分析的处理要求，可以实现0V起调的精度测试，提高了测试精度。

相应的，图5示出了本发明实施例中的直流电流检测装置另一结构示意图，该直流电流检测装置包括：

霍尔传感器501，用于感应被检测电路上的直流电流，获取磁感应电压信号；

减法器502，用于对获取的磁感应电压信号减去预设基准电压值，生成待放大信号；

放大器503，用于对待放大信号中的电压信号进行放大，生成待检测信号；

第一处理器504，用于对待检测信号进行检测分析；

相应的，该直流电流检测装置还包括有：

减压调节模块505，用于调节所述减法器502上的减压基准值；

电压放大调节模块506，用于调节所述放大器503上的电压放大倍数；

第二处理器507，用于根据第一处理器504的检测分析结果进行处理，生成控制信令，通过所述控制信令对被检测电路上的直流电流进行调节。

需要说明的是，第二处理器507主要是根据第一处理器的检测分析结果进行处理，通过产生控制信令来实现对被检测电路上的直流电流大小进行调节和控制，具体的调节方式可以是：PWM、PFM、HPWM、SPWM、SVPWM等等。

本直流电流检测装置通过霍尔传感器实现直流电流的无损检测，特别适用于大电流下的检测方案中，通过减少霍尔传感器上的输出的感应电压值，满足后级电路对直流电流的检测分析的处理要求，可以实现0V起调的精度测试，提高了测试精度。该方法满足所有的霍尔传感器，在不同霍尔传感器情况下可以对基准电压值进行预先设置，满足不同的检测分析下的起调电压值，还可以根据不同的后级电流测试精度的需求，调节放大器的电压放大倍数来满足。进一步的，该直流电流检测装置还可以根据检测分析以及处理结果，产生控制信令来实现对被测电路上直流电流的控制。

相应的，图6示出了本发明实施例中的直流电流检测装置再一结构示意图，该直流电流检测装置包括：

霍尔传感器601，用于感应被检测电路上的直流电流，获取磁感应电压信号；

减法器602，用于对获取的磁感应电压信号减去预设基准电压值，生成待放大信号；

放大器603，用于对待放大信号中的电压信号进行放大，生成待检测信号；

第一处理器604，用于对待检测信号进行检测分析；

相应的，该直流电流检测装置还包括有：

电压放大模块605，用于按照预先设置的放大倍数放大所述霍尔传感器获取的磁感应电压信号；或者

电压缩小模块605，用于按照预先设置的缩小倍数缩小所述霍尔传感器获取的磁感应电压信号。

该直流电流检测装置对霍尔传感器上的磁感应电压信号减去预设基准电压值，可以满足后级电路的检测分析处理要求，从而满足后级电路对直流电流的检测分析的处理要求，可以实现0V起调的精度测试，提高了测试精度。通过对感应的磁感应电压信号预先进行放大或者缩小，是为了避免感应到的直流电流的磁感应电压信号过小或者过大，不能满足后级电路的测试精度需求。

相应的，图7还示出了本发明实施例中的直流电流处理系统，该直流电流处理系统包括：直流电流检测设备71、控制处理设备72、被测直流电路设备73等等，其中：

直流电流检测设备71用于通过霍尔传感器感应被测直流电路设备73上的直流电流，获取磁感应电压信号；将所述获取的磁感应电压信号减去预设基准电压值，生成待放大信号；对所述待放大信号中的电压信号进行放大，生成待检测信号；并对所述待检测信号进行检测分析与处理；

控制处理设备72用于从所述直流电流检测设备71中获得检测分析与处理的结果，并根据所述检测分析与处理的结果对所述被直流电路设备73上的直流电流的大小进行调节和控制。

需要说明的是，该直流电流检测设备71主要是由霍尔传感器、减法器、放大器和处理器完成对被测直流电路设备73上的直流电流的检测分析以及相应的处理过程，在处理的过程中，可以结合被测直流电路设备的直流电流大小情况，在直流电流检测设备71中设置一电压放大模块或者大小缩小模块。这里，直流电流检测设备中的减法器根据后级电路和整个直流电流处理系统的需求，可以设置一减压调节模块，调节减法器中的减压基准值；同样的，也可以设置一电压放大调节模块，调节放大器中的电压放大倍数。这里的电压调节模块、调压放大模块、电压放大模块、电压缩小模块可以同时出现在一个直流电流检测设备71中，也可以只有其中一个出现在一个直流电流检测设备71中，也可以是它们的组合出现在一个直流电流检测设备71中。

需要说明的是，这里的控制处理设备72主要是利用电流检测设备71检测分析的结果实现了对被测直流电路设备上直流电流大小的调节和控制，具体的调节方式为：PWM、PFM、HPWM、SPWM、SVPWM等等。

需要说明的是，这里的系统的具体应用情况可以是：电解水产生氢氧气的PWM电解恒流可调电源控制系统；金属表面电镀PWM恒流可调电源控制系统；功率LED驱动或其他直流大电流恒流控制系统；高效率变频电机SVPWM控制电路；太阳能风能逆变控制器直流母线检测等等。

由于采用了电--磁--电的转换，使得本技术方案所述的方法和系统中在电路本身使用中耗散功率非常的小。如检测一个0-100A的直流电，使输出信号在0-5V范围之间，这个电流检测装置所需要消耗的功率非常的小。典型值5V供电时供电电流实际读值最大仅有10mA，其功率为5V*5mA＝0.050W。本发明实施例所述的直流电流检测方法可以串联在电路中直流主回路的任何地方来实施所要检测的电流信号，如直流母线、电流输出的正负级端、电路主回路MOSFET开关D极或者S极、或其他需要检测直流电的任何地方，不受电位高低和电路结构的限制。本技术方案也可以对正极性高频方波实施检测，其输出信号只需修改滤波电容参数可以得到相同的效果。

相应的，图8示出本发明实施例中的直流电流检测方法与现有的直流电流检测方法的电压输出对比图，其中：A线是没有通过减法器减去霍尔传感器的基准电压输出值情况下的电压测试图，即现有技术方案中直流电流检测方法下的电压测图，B线是通过减法器减去霍尔传感器的基准电压输出情况下的电压测试图，即本发明实施例中直流电流检测方法下的电压测试图，由此可见的是，在满足AD测试极限(5V)的要求下，通过本实施例中的技术方案可以获得更宽的测试精度。

综上所述，本发明实施例通过减少霍尔传感器输出的电压值，减去了霍尔传感器上的基准输出电压值，可以实现从0V开始起调进行检测分析，提高了测试精度，从而满足不同后级电路对被测电路上的直流电路的检测分析以及控制处理要求，且该方法实用于所有的霍尔传感器，实现低成本宽范围采样灵活控制。在通过对被检测电路上的直流电信号进行检测分析后，可以根据检测结果对被检测电路上的直流电流进行调节，使系统性能更加优化。

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。

Claims (10)

1.一种检测直流电流的方法，其特征在于，包括：

通过霍尔传感器感应被检测电路上的直流电流，获取磁感应电压信号；

将所述获取的磁感应电压信号通过减法器减去预设基准电压值，生成待放大信号；

将所述待放大信号通过放大器对电压信号进行放大，生成待检测信号；

对所述待检测信号进行检测分析。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述获取的磁感应电压信号通过减法器减去预设基准电压值之前还包括：

按照预先设置的放大倍数放大所述获取的磁感应电压信号，或者按照预先设置的缩小倍数缩小所述获取的磁感应电压信号。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述方法之前包括：

预先设置减法器的减压基准值；和/或

预先设置放大器的电压放大倍数。

4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在对所述待检测信号进行检测分析后，根据所述检测分析结果进行处理，并生成控制信令，通过所述控制信令对所述被检测电路上的直流电流进行调节和控制。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对被检测电路上的直流电流的大小进行调节的方式为：

利用脉宽调制PWM方式对所述被检测电路上的直流电流进行调节；或

利用脉频调制PFM方式对所述被检测电路上的直流电流进行调节；或

利用混合脉宽调制HPWM方式对所述被检测电路上的直流电流进行调节；或

利用正弦脉宽调制SPWM方式对所述被检测电路上的直流电流进行调节；或；

利用压频调制模式或空间矢量算法模式的SVPWM控制方式对所述被检测电路上的直流电路进行调节。

6.一种直流电流检测装置，其特征在于，包括：

霍尔传感器，用于感应被检测电路上的直流电流，获取磁感应电压信号；

减法器，用于对所述获取的磁感应电压信号减去预设基准电压值，生成待放大信号；

放大器，用于对所述待放大信号中的电压信号进行放大，生成待检测信号；

第一处理器，用于对所述待检测信号进行检测分析。

7.如权利要求6所述的直流电流检测装置，其特征在于，所述电路检测装置还包括：

减压调节模块，用于调节所述减法器上的减压基准值；和/或

电压放大调节模块，用于调节所述放大器上的电压放大倍数。

8.如权利要求6所述的直流电流检测装置，其特征在于，所述直流电流检测装置还包括：

电压放大模块，用于按照预先设置的放大倍数放大所述霍尔传感器获取的磁感应电压信号；或者

电压缩小模块，用于按照预先设置的缩小倍数缩小所述霍尔传感器获取的磁感应电压信号。

9.如权利要求6至8任一项所述的直流电流检测装置，其特征在于，所述直流电流检测装置还包括：

第二处理器，用于根据第一处理器的检测分析结果进行处理，生成控制信令，通过所述控制信令对被检测电路上的直流电流进行调节。

10.一种直流电流处理系统，其特征在于，所述直流电流处理系统包括至少一个的直流电流检测设备和至少一个的控制处理设备，其中：

所述直流电流检测设备用于通过霍尔传感器感应被检测电路上的直流电流，获取磁感应电压信号；将所述获取的磁感应电压信号减去预设基准电压值，生成待放大信号；对所述待放大信号中的电压信号进行放大，生成待检测信号；并对所述待检测信号进行检测分析与处理；

所控制处理设备用于从所述直流电流检测设备中获得检测分析与处理的结果，并根据所述检测分析与处理的结果对所述被检测电路上的直流电流的大小进行调节和控制。

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