CN102928657B - 测量电流的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种测量电流的方法与装置，所述方法包括：测量承载被测电流的铜排中第一采样点与第二采样点之间的温度，根据测量得到的温度输出第一信号；对第一信号进行采样和滤波处理后，输出第二信号；检测第一采样点处的第一电压信号和第二采样点处的第二电压信号，将第一电压信号与第二电压信号的差进行采样和滤波处理，输出第三电压信号；将第二信号还原为表征第一采样点与第二采样点之间温度的温度值，根据温度值计算第一采样点与第二采样点之间的电阻值；将第三电压信号还原为表征第一采样点与所述第二采样点之间电压的电压值；根据电压值和电阻值计算出通过第一采样点与第二采样点之间的电流值。

Description

测量电流的方法与装置
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种测量电流的方法与装置。
背景技术
通信电源通常被称为通信系统的心脏，其工作不正常，将会造成通信系统故障，甚至导致整个系统瘫痪。目前对通信电源电流的检测，大部分是使用分流器。
在采用分流器对电流进行采样检测时，分流器等效为一个小温漂系数的电阻，因此，根据欧姆定律得出，电压与电流成正比例关系，通过获取分流器两端的电压值，正比例计算出通过分流器的电流值。
但是，采用分流器对电流进行采样检测也暴露出一些不可避免的缺点，由于分流器阻值大，当通过电流为1000A时，在分流器上产生对应75MV压降，此时，分流器的功耗为75W，因此，分流器上的功耗较大，由于功耗较大使得分流器温度值增高，而分流器的电阻随温度会发生变化，从而降低了分流器的稳定性，再者，制作分流器的成本较高。
发明内容
本发明实施例公开了一种测量电流的方法与装置，以降低电流采样检测过程中的功耗，提高电流检测的稳定性。
在第一方面，本发明实施例提供了一种测量电流的方法，包括：测量承载被测电流的铜排中第一采样点与第二采样点之间的温度，根据测量得到的温度输出第一信号；
对所述第一信号进行采样和滤波处理后，输出第二信号；
检测所述第一采样点处的第一电压信号和所述第二采样点处的第二电压信号，将所述第一电压信号与所述第二电压信号的信号差进行采样和滤波处理，输出第三电压信号；
将所述第二信号转换为第一数字信号，根据所述第一数字信号将所述第二信号还原为表征所述第一采样点与所述第二采样点之间温度的温度值，根据所述温度值计算所述第一采样点与所述第二采样点之间的电阻值；
将所述第三电压信号转换为第二数字信号，根据所述第二数字信号将所述第三电压信号还原为表征所述第一采样点与所述第二采样点之间电压的电压值；
根据所述电压值和所述电阻值计算出通过所述第一采样点与所述第二采样点之间的电流值。
在第一种可能的实现方式中，所述根据所述温度值计算所述第一采样点与所述第二采样点之间的电阻值具体包括：
利用电阻温度对照表或者电阻温度公式，计算与所述温度值对应的电阻值。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述第一采样点和第二采样点之间的铜排具有多个孔和/或多个空隙，以减少所述铜排的面积从而增大所述铜排的电阻值。
在第二方面，本发明实施例提供了一种测量电流的装置，所述装置包括：
铜排，用于承载被测电流；
温度传感器，用于测量位于所述铜排上的第一采样点与第二采样点之间的温度，根据测量得到的温度输出第一信号；
温度采样检测器，用于接收所述温度传感器输出的所述第一信号，对所述第一信号进行采样和滤波处理后，输出第二信号；
电压采样检测器，用于检测位于所述铜排上的所述第一采样点处的第一电压信号和所述第二采样点处的第二电压信号，将所述第一电压信号和所述第二电压信号的信号差进行采样和滤波处理，输出第三电压信号；
模数转换器，用于接收所述温度采样检测器输出的所述第二信号，将所述第二信号转换为第一数字信号，输出所述第一数字信号，和接收所述电压采样检测器输出的所述第三电压信号，将所述第三电压信号转换为第二数字信号，输出所述第二数字信号；
控制器，用于接收所述模数转换器输出的所述第一数字信号和所述第二数字信号，根据所述第一数字信号将所述第二信号还原为表征所述第一采样点与所述第二采样点之间温度的温度值，根据所述温度值计算所述第一采样点与所述第二采样点之间的电阻值；根据所述第二数字信号将所述第三电压信号还原为表征所述第一采样点与所述第二采样点之间电压的电压值，根据所述电压值和电阻值计算出通过所述第一采样点与所述第二采样点之间的电流值。
在第一种可能的实现方式中，所述控制器具体用于：利用电阻温度对照表或者电阻温度公式，计算与所述温度值对应的所述第一采样点与所述第二采样点之间的电阻值。
结合第二方面或或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述模数转换器集成在所述控制器内；或者，所述模数转换器集成在所述控制器外。
结合第二方面或第二方面的第一种、第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述铜排具有多个孔和/或多个空隙，以减少所述铜排的面积从而增大所述铜排的电阻值。
通过应用本发明实施例提供的测量电流的方法与装置，通过温度传感器测量铜排采样点之间任一点的温度，控制器将温度传感器输出的信号转换为铜排采样点的温度值和电阻值，利用采样点的电阻值和电压值间接测量出通过采样点的电流值，同时，在铜排中设置多个孔或孔隙，间接增加铜排的电阻，降低电流功耗，以实现降低铜排温度，也提高了测量系统的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的测量电流的结构图；
图2为本发明实施例提供的测量电流的装置图；
图3为本发明实施例提供的外部集成模数转换器示意图；
图4-A为本发明实施例提供的外部集成第一模数转换器示意图；
图4-B为本发明实施例提供的外部集成第二模数转换器示意图；
图4-C为本发明实施例提供的采用集成温度传感器测量电流的示意图；
图5-A为本发明实施例提供的一设置铜排孔和/或空隙示意图；
图5-B为本发明实施例提供的另一设置铜排孔和/或空隙示意图；
图5-C为本发明实施例提供的再一设置铜排孔和/或空隙示意图；
图6为本发明实施例提供的测量电流的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明具体实施例作进一步的详细描述。
下面以图1为例详细说明本发明实施例提供的测量电流的装置，图1为本发明实施例提供的测量电流的结构图。
如图1所示，测量第一采样点与第二采样点之间的温度和电压，将测量出的第一采样点与第二采样点之间的温度经采样检测、模数转换后换算为第一采样点与第二采样点之间的电阻值，将测量出的第一采样点与第二采样点之间的电压经采样检测、模数转换后转换为第一采样点与第二采样点之间的电压值，利用第一采样点与第二采样点之间的电阻值和电压值，计算出通过铜排第一采样点与第二采样点之间的电流值。
下面以图2为例详细说明本发明实施例提供的测量电流的装置，图2为本发明实施例提供的测量电流的装置图。
如图2所示，所述装置包括铜排210、温度传感器220、温度采样检测器230、电压采样检测器240、模数转换器250和控制器260。
在铜排210中选取两个采样点，第一采样点和第二采样点，将两个采样点通过螺钉(或卡扣)固定，第一采样点和第二采样点与电压采样检测器240连接，温度传感器220放置在两个采样点中间，也通过螺钉(或卡扣)固定，温度传感器220与温度采样检测器230连接，温度采样检测器230和电压采样检测器240与控制器260连接，其中，模数转换器250可以集成在控制器260内部；或者，模数转换器集成在控制器260外部，即单独将模数转换器250部署，在本发明实施例中，以模数转换器250集成在控制器260内部为例进行说明。
所述装置中铜排210，用于承载被测电流。
温度传感器220，用于测量位于所述铜排上的第一采样点与第二采样点之间的温度，根据测量得到的温度输出第一信号。
具体地，温度传感器220放置在两个采样点中间，通过螺钉(或卡扣)固定，温度传感器220测量两个采样点之间任一点的温度，为铜排提供直流电流或交流电流后，温度传感器220开始工作，测量第一采样点和第二采样点之间任一点的温度。
应当理解的是，温度传感器220的种类繁多，在实际应用中，还可使用其他类型的温度传感器，如，集成温度传感器，内部集成模数转换，对外提供数字总线通讯；电流型温度传感器，传感器输出信号为电流信号，通过采样、检测，将信号转化为电压信号；电压型温度传感器，传感器输出信号为电压信号，且无论何种类型的温度传感器在通过直流电流或交流电流时，均可正常工作。在本发明实施例中以热敏电阻型温度传感器举例说明，温度传感器输出的是电压信号。所述温度传感器为热敏电阻型温度传感器，温度传感器输出电压信号，所述电压信号表征采样点之间任一点的温度值。
需要说明的是，所述温度传感器220由外部电源或者内部电源供电。
温度采样检测器230，用于接收所述温度传感器输出的所述第一信号，对所述第一信号进行采样和滤波处理后，输出第二信号；
具体地，温度采样检测器230对第一信号进行采样、滤波、比例缩放等处理，输出经处理后的第二信号。
电压采样检测器240，用于检测位于所述铜排上的所述第一采样点处的第一电压信号和所述第二采样点处的第二电压信号，将所述第一电压信号和所述第二电压信号的信号差进行采样和滤波处理，输出第三电压信号。
具体地，电压采样检测电路240连接到铜排的第一采样点和第二采样点上，实现检测第一采样点处的第一电压信号和第二采样点处的第二电压信号，并获取第一电压信号和第二电压信号的信号差，对采样点的信号差进行采样、滤波、比例缩放处理，输出经处理后第三电压信号。
应当理解的是，由于选择温度传感器220的种类不同，温度传感器220输出的第一信号有所不同，当温度传感器220输出电压信号时，所述第一信号与第一电压信号和第二电压信号所测量的内容是不同的，第一信号表征的是第一采样点和第二采样点之间的温度，第一电压信号和第二电压信号表征的是通过电流时，第一采样点和第二采样点分别产生的电压。
模数转换器250，用于接收所述温度采样检测器输出的所述第二信号，将所述第二信号转换为第一数字信号，输出所述第一数字信号；以及接收所述电压采样检测器输出的所述第三电压信号，将所述第三电压信号转换为第二数字信号，输出所述第二数字信号。
控制器260，用于接收所述模数转换器输出的所述第一数字信号以及所述第二数字信号，根据所述第一数字信号将所述第二信号还原为表征所述第一采样点与所述第二采样点之间温度的温度值，根据所述温度值计算所述第一采样点与所述第二采样点之间的电阻值；以及根据所述第二数字信号将所述第三电压信号还原为表征所述第一采样点与所述第二采样点之间电压的电压值，根据所述电压值和所述电阻值计算出通过所述第一采样点与所述第二采样点之间的电流值。
具体地，控制器260接收经模数转换器250处理后的第一数字信号，并将第一数字信号还原为表征所述第一采样点与所述第二采样点之间温度的温度值，然后，控制器260调用自身存储的电阻温度对照表或者电阻温度公式，根据温度值计算出第一采样点与第二温度值之间的电阻值。
控制器260还接收经模数转换器250处理后的第二数字信号，并将第二数字信号还原为表征所述第一采样点与所述第二采样点之间电压的电压值。
控制器260利用电压值和电阻值，计算出通过第一采样点与第二采样点之间的电流值。
在一个优选的实施例中，如图3所示，模数转换器250集成在控制器260外部，即模数转换器250单独部署时，则所述装置中还可进一步包括：第一模数转换器310和第二模数转换器320，所述第一模数转换器310与温度采样检测器230连接，用于接收所述第二信号，将所述第二信号转换为第一数字信号，将所述第一数字信号传输至所述控制器260。
所述第二模数转换器320与电压采样检测器240连接，用于接收所述第三电压信号，将所述第三电压信号转换为第二数字信号，将所述第二数字信号传输至所述控制器260。
进一步在一个优选的实施例中，如果模数转换器250集成在控制器260内部，也可同时选择性的在所述装置中增加第一模数转换器310或者第二模数转换器320，以简化控制器的工作量，提高控制器的运算速度，也提高模数转化精度。如图4-A和图4-B所示，如图4-A所示，模数转换器250集成在控制器260内部，还可选择性地增加第一模数转换器310，所述第一模数转换器310与温度采样检测器230连接，第一模数转换器310接收第二信号，将第二信号转换为第一数字信号后，直接传输至控制器260中，所述控制器260还与电压采样检测器240连接，电压采样检测器240将第三电压信号直接传输至控制器260中，控制器260利用内置集成的模数转换器250将第三电压信号转换为第二数字信号，通过第二数字信号换算为采样点之间的电压值。
如4-B所示，模数转换器250集成在控制器260内部，还可选择性地增加第二模数转换器320，所述第二模数转换器320与电压采样检测器240连接，第二模数转换器320接收第三电压信号，将第三电压信号转换为第二数字信号后，直接传输至控制器260中，所述控制器260还与温度采样检测器230连接，温度采样检测器230将第二信号直接传输至控制器260中，控制器260利用内置集成的模数转换器250将第二信号转换为第一数字信号，通过第一数字信号换算为采样点之间的温度值，再进一步地计算采样点之间的电阻值。
需要说明的是，在上述的实施例中，所述温度传感器220均为非集成型的温度传感器，在实际应用中还可采用集成温度传感器，如图4-C所示，所述图4-C为测量电流装置的另一种表现形式，温度传感器220为集成温度传感器时，温度采样检测器230用数字通讯总线代替。
集成温度传感器将测量的温度转化为数字信号，通过I2C、onewire、SPI等数字总线接口与控制器260相对应的片上外设总线通讯，控制器260通过片上外设总线读取集成温度传感器采样的数字信号，将该数字信号转换为第一采样点与第二采样点之间的温度值。
进一步需要说明的是，所述装置还包括电源，图中未明示，所述电源为所述铜排210加载直流电流或者交流电流，上述的多个实施例中，均以电源加载直流电流为例，对测量电流的装置中的各器件进行的说明，在实际应用中，电源还可加载交流电流，加载交流电流时，测量电流的装置中的各器件功能相同，此处不再赘述，只是当在加载交流电流时，为了减少交流电压对其他器件的电气干扰，应将电压采样检测器240和/或第二模数转换器320进行隔离，降低上述两个器件对其他器件的电气干扰。
更进一步需要说明的是，为了降低功耗，解决铜排210的发热问题，在本发明实施例中还可将铜排210上设置多个孔和/或空隙，以增大铜排210的电阻值，使通过铜排210的电流减少，间接减低功耗，且在保留采样点之间的铜排210散热面积的基础上，减小铜排210截面积，降低铜排210发热，如图5-A、图5-B、图5-C所示，但不限于图5-A、图5-B、图5-C三种减小铜排截面积的方式。
通过应用本发明实施例提供的测量电流的装置，通过温度传感器测量铜排采样点之间任一点的温度，控制器将温度传感器输出的信号转换为铜排采样点的温度值和电阻值，利用采样点的电阻值和电压值间接测量出通过采样点的电流值，同时，在铜排中设置多个孔或空隙，间接增加铜排的电阻，降低电流功耗，以实现降低铜排温度，也提高了测量系统的稳定性。
下面以图6为例详细说明本发明实施例提供的测量电流的方法，图6为本发明实施例提供的测量电流的方法流程图。
图6所示的方法是基于前述的装置实施例中实施的，以所述测量电流的装置为基础，实现测量电流的方法，具体包括以下步骤：
步骤610、测量承载被测电流的铜排中第一采样点与第二采样点之间的温度，根据测量得到的温度输出第一信号。
具体地，在铜排中选取两个采样点，第一采样点和第二采样点，将两个采样点通过螺钉(或卡扣)固定，提供直流电流或交流电流后，测量两个采样点之间任一点的温度，在本发明实施例中，根据测量得到的温度输出第一信号，在本发明实施例中，为铜排提供直流电流或交流电流后，在所述铜排上承载被测电流。
步骤620、对所述第一信号进行采样和滤波处理后，输出第二信号。
具体地，根据步骤610的描述，对第一信号进行采样、滤波和比例缩放处理后，输出经处理后的第二信号。
步骤630、检测所述第一采样点处的第一电压信号和所述第二采样点处的第二电压信号，将所述第一电压信号与所述第二电压信号的信号差进行采样和滤波处理，输出第三电压信号。
具体地，由于为铜排提供了直流电流或交流电流，因此，在铜排中的第一采样点和第二采样点上出现电压，检测第一采样点处的第一电压信号和第二采样点处的第二电压信号，获取第一电压信号与第二电压信号的信号差，对该信号差进行采样、滤波和比例缩放处理，输出经处理后的第三电压信号。
步骤640、将所述第二信号转换为第一数字信号，根据所述第一数字信号将所述第二信号还原为表征所述第一采样点与所述第二采样点之间温度的温度值，根据所述温度值计算所述第一采样点与所述第二采样点之间的电阻值。
具体地，根据前述步骤的描述，将第二信号转换为第一数字信号，并将第一数字信号转换成表征第一采样点与第二采样点之间的温度值，调用电阻温度对照表或者电阻温度公式，计算在温度值下的第一采样点与第二采样点之间的电阻值。
步骤650、将所述第三电压信号转换为第二数字信号，根据所述第二数字信号将所述第三电压信号还原为表征所述第一采样点与所述第二采样点之间电压的电压值。
具体地，根据前述步骤的描述，将第三电压信号转换为第二数字信号，将第二数字信号转换成表征第一采样点与第二采样点之间电压的电压值。
步骤660、根据所述电压值和所述电阻值计算出通过所述第一采样点与所述第二采样点之间的电流值。
具体地，根据步骤640中得到的电阻值和步骤650中得到的电压值，利用欧姆定律，计算通过第一采样点与第二采样点之间的电流值。
需要说明的是，为了降低功耗，解决铜排的发热问题，在本发明实施例中还可将铜排上设置多个空和/或空隙，以增大铜排的电阻值，使通过铜排的电流减少，间接减低功耗，且在保留采样点之间的铜排散热面积的基础上，减小铜排截面积，降低铜排发热，如图5-A、图5-B、图5-C所示，但不限于图5-A、图5-B、图5-C三种减小铜排截面积的方式。
通过应用本发明实施例提供的测量电流的方法，通过测量铜排采样点的之间任一点的温度，将表征温度的信号转换为铜排采样点之间的温度值和电阻值，利用采样点的电阻值和电压值间接计算出通过采样点的电流值，同时，在铜排中设置多个孔或空隙，间接增加铜排的电阻，以实现降低铜排温度，也提高了测量系统的稳定性。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的器件及步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种测量电流的方法，其特征在于，所述方法包括：
测量承载被测电流的铜排中第一采样点与第二采样点之间的温度，根据测量得到的温度输出第一信号；
对所述第一信号进行采样和滤波处理后，输出第二信号；
检测所述第一采样点处的第一电压信号和所述第二采样点处的第二电压信号，将所述第一电压信号与所述第二电压信号的信号差进行采样和滤波处理，输出第三电压信号；
将所述第二信号转换为第一数字信号，根据所述第一数字信号将所述第二信号还原为表征所述第一采样点与所述第二采样点之间温度的温度值，根据所述温度值计算所述第一采样点与所述第二采样点之间的电阻值；
将所述第三电压信号转换为第二数字信号，根据所述第二数字信号将所述第三电压信号还原为表征所述第一采样点与所述第二采样点之间电压的电压值；
根据所述电压值和所述电阻值计算出通过所述第一采样点与所述第二采样点之间的电流值；
其中，所述被测电流具体为直流电流或是交流电流；所述第一采样点和第二采样点之间的铜排具有多个孔和/或多个空隙，以减少所述铜排的面积从而增大所述铜排的电阻值。
2.根据权利要求1所述的测量电流的方法，其特征在于，所述根据所述温度值计算所述第一采样点与所述第二采样点之间的电阻值具体包括：
利用电阻温度对照表或者电阻温度公式，计算与所述温度值对应的电阻值。
3.一种测量电流的装置，其特征在于，所述装置包括：
铜排，用于承载被测电流；所述铜排具有多个孔和/或多个空隙，以减少所述铜排的面积从而增大所述铜排的电阻值；
温度传感器，用于测量位于所述铜排上的第一采样点与第二采样点之间的温度，根据测量得到的温度输出第一信号；
温度采样检测器，用于接收所述温度传感器输出的所述第一信号，对所述第一信号进行采样和滤波处理后，输出第二信号；
电压采样检测器，用于检测位于所述铜排上的所述第一采样点处的第一电压信号和所述第二采样点处的第二电压信号，将所述第一电压信号和所述第二电压信号的信号差进行采样和滤波处理，输出第三电压信号；
模数转换器，用于接收所述温度采样检测器输出的所述第二信号，将所述第二信号转换为第一数字信号，输出所述第一数字信号；以及接收所述电压采样检测器输出的所述第三电压信号，将所述第三电压信号转换为第二数字信号，输出所述第二数字信号；
控制器，用于接收所述模数转换器输出的所述第一数字信号以及所述第二数字信号，根据所述第一数字信号将所述第二信号还原为表征所述第一采样点与所述第二采样点之间温度的温度值，根据所述温度值计算所述第一采样点与所述第二采样点之间的电阻值；以及根据所述第二数字信号将所述第三电压信号还原为表征所述第一采样点与所述第二采样点之间电压的电压值，根据所述电压值和所述电阻值计算出通过所述第一采样点与所述第二采样点之间的电流值。
4.根据权利要求3所述的测量电流的装置，其特征在于，所述控制器具体用于：
利用电阻温度对照表或者电阻温度公式，计算与所述温度值对应的所述第一采样点与所述第二采样点之间的电阻值。
5.根据权利要求3或4所述的测量电流的装置，其特征在于，所述模数转换器集成在所述控制器内；或者，所述模数转换器集成在所述控制器外。
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