CN103743945B - 高压脉冲电源负载电流检测电路及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压脉冲电源负载电流检测电路及其检测方法，所述检测电路包括：配置在高压脉冲电源与开关电路的公共电位点和大地之间的取样电阻R1；与取样电阻R1并联，用于将流过取样电阻R1的负载电流信号转换为负载电流信号对应的电压信号的电流电压转换单元；连接电流电压转换单元输出端的第一电压跟随单元；连接第一电压跟随单元输出端，用于对第一电压跟随单元传输过来的负载电流信号对应的电压信号进行放大的放大单元；连接放大单元输出端的第二电压跟随单元；本发明实现了所检测的电流即为负载所消耗的真实电流，检测准确。

Description

高压脉冲电源负载电流检测电路及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种高压脉冲电源负载电流检测电路及其检测方法。

背景技术

高压脉冲电源是在高压直流电源的基础上增加了开关电路，从而输出脉冲幅度可调、脉冲宽度可调、脉冲频率可调、脉冲个数可设定的一种高压电源；高压脉冲电源的输出电压一般在几千伏甚至几十千伏，输出电压的波形一般为上升时间和下降时间在一微秒以内的矩形波；参考图1所示，现有的高压脉冲电源通常包括高压直流电源和脉冲控制器，该脉冲控制器包括开关电路；高压直流电源提供一个稳定的直流高压，通过改变高压直流电源的输出电压，可以调节高压脉冲电源的脉冲幅度；开关电路包括一对串接的交替导通的MOS管来实现负载的高低电平，通过设置MOS管的导通和关断状态可以改变高压脉冲电源输出脉冲的宽度、频率和个数；高压直流电源、负载和开关电路共地；由于MOS管的交替导通，故有一部分电流通过MOS管流入了大地，因此高压直流电源显示的输出电流不是负载所消耗的真实电流，现有技术中检测高压脉冲电源负载电流的方法主要有两种；参考图2所示的采用取样电阻检测高压脉冲电源负载电流的示意图，这种检测方式为在高压脉冲电源输出端和负载之间串接取样电阻，但取样电阻两端是高压信号，不方便取样信号的采集；参考图3所示的采用电流互感器检测高压脉冲电源负载电流的示意图，这种检测方式为在高压脉冲电源输出端和负载之间串接电流互感器，但电流互感器不能检测毫安级以下的小电流信号，同时也存在高压绝缘的问题。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种高压脉冲电源负载电流检测电路及其检测方法。

本发明的技术手段如下：

一种高压脉冲电源负载电流检测电路，应用于包括高压直流电源和脉冲控制器的高压脉冲电源，所述高压脉冲电源驱动与大地连接的负载，所述脉冲控制器包括由一对串接的交替导通的MOS管组成的开关电路，所述检测电路包括：

配置在高压脉冲电源与开关电路的公共电位点和大地之间的取样电阻R1；

与取样电阻R1并联，用于将流过取样电阻R1的负载电流信号转换为负载电流信号对应的电压信号的电流电压转换单元；

连接电流电压转换单元输出端的第一电压跟随单元；

连接第一电压跟随单元输出端，用于对第一电压跟随单元传输过来的负载电流信号对应的电压信号进行放大的放大单元；

连接放大单元输出端的第二电压跟随单元；

与第二电压跟随单元输出端相连接的输出端；

进一步地，还包括设置于第一电压跟随单元和放大单元之间的第一滤波单元；设置于放大单元和第二电压跟随单元之间的第二滤波单元；设置于第二电压跟随单元和输出端之间的第三滤波单元；

进一步地，所述电流电压转换单元包括相互串联的电阻R2、整流二极管D1和电阻R3；电阻R2一端与大地连接，另一端连接整流二极管D1阳极；电阻R3一端连接整流二极管D1阴极，另一端连接高压脉冲电源与开关电路的公共电位点；

进一步地，所述第一电压跟随单元包括运算放大器U1，该运算放大器U1的输出端与反相输入端相连接，同相输入端通过电阻R4与整流二极管D1阴极相连接；

进一步地，所述放大单元包括运算放大器U2、电阻R6、电阻R7和可调电阻VR1；所述运算放大器U2的输出端通过相互串联的电阻R7和可调电阻VR1连接其反相输入端；所述运算放大器U2的反相输入端通过电阻R6连接高压脉冲电源与开关电路的公共电位点；

进一步地，所述第一滤波单元包括由电阻R5和电容C1构成的RC滤波电路；所述第二滤波单元包括由电阻R8和电容C2构成的RC滤波电路；所述第三滤波单元包括由电阻R9和电容C3构成的RC滤波电路；

进一步地，所述第二电压跟随单元包括运算放大器U3，该运算放大器U3的输出端与反相输入端相连接，同相输入端与第二滤波单元相连接；

进一步地，所述取样电阻R1两端并联接有放电管GSE141N。

一种高压脉冲电源负载电流检测方法，检测电路包括配置在高压脉冲电源与开关电路的公共电位点和大地之间的取样电阻R1、与取样电阻R1并联的电流电压转换单元、连接电流电压转换单元输出端的第一电压跟随单元、连接第一电压跟随单元的放大单元、连接放大单元的第二电压跟随单元和与第二电压跟随单元输出端相连接的输出端；

所述检测方法包括如下步骤：

①在高压脉冲电源与开关电路的公共电位点和大地之间配置取样电阻R1；

②通过电流电压转换单元将流过取样电阻的负载电流信号转换为负载电流信号对应的电压信号；

③第一电压跟随单元对电流电压转换单元输出的负载电流信号对应的电压信号进行处理，输出跟随负载电流信号对应的电压信号变化的电压信号；

④放大单元对第一电压跟随单元输出的电压信号进行放大，并将放大后的电压信号输出给第二电压跟随单元；

⑤第二电压跟随单元对放大单元输出的电压信号进行处理，输出跟随放大单元输出的电压信号变化的电压信号至输出端。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的高压脉冲电源负载电流检测电路及其检测方法，实现了所检测的电流即为负载所消耗的真实电流，检测准确；取样电阻R1串接在高压脉冲电源与开关电路的公共电位点和大地之间，即为低压端取样的方式，结构简单、检测方便。

附图说明

图1是现有的高压脉冲电源的结构示意图；

图2是采用取样电阻检测高压脉冲电源负载电流的示意图；

图3是采用电流互感器检测高压脉冲电源负载电流的示意图；

图4是采用本发明所述检测电路检测高压脉冲电源负载电流的示意图。

具体实施方式

如图4所示，一种高压脉冲电源负载电流检测电路，应用于包括高压直流电源和脉冲控制器的高压脉冲电源，所述高压脉冲电源驱动与大地连接的负载，所述脉冲控制器包括由一对串接的交替导通的MOS管组成的开关电路，所述检测电路包括：配置在高压脉冲电源与开关电路的公共电位点和大地之间的取样电阻R1；与取样电阻R1并联，用于将流过取样电阻R1的负载电流信号转换为负载电流信号对应的电压信号的电流电压转换单元；连接电流电压转换单元输出端的第一电压跟随单元；连接第一电压跟随单元输出端，用于对第一电压跟随单元传输过来的负载电流信号对应的电压信号进行放大的放大单元；连接放大单元输出端的第二电压跟随单元；与第二电压跟随单元输出端相连接的输出端；进一步地，还包括设置于第一电压跟随单元和放大单元之间的第一滤波单元；设置于放大单元和第二电压跟随单元之间的第二滤波单元；设置于第二电压跟随单元和输出端之间的第三滤波单元；进一步地，所述电流电压转换单元包括相互串联的电阻R2、整流二极管D1和电阻R3；电阻R2一端与大地连接，另一端连接整流二极管D1阳极；电阻R3一端连接整流二极管D1阴极，另一端连接高压脉冲电源与开关电路的公共电位点；进一步地，所述第一电压跟随单元包括运算放大器U1，该运算放大器U1的输出端与反相输入端相连接，同相输入端通过电阻R4与整流二极管D1阴极相连接；进一步地，所述放大单元包括运算放大器U2、电阻R6、电阻R7和可调电阻VR1；所述运算放大器U2的输出端通过相互串联的电阻R7和可调电阻VR1连接其反相输入端；所述运算放大器U2的反相输入端通过电阻R6连接高压脉冲电源与开关电路的公共电位点；进一步地，所述第一滤波单元包括由电阻R5和电容C1构成的RC滤波电路；所述第二滤波单元包括由电阻R8和电容C2构成的RC滤波电路；所述第三滤波单元包括由电阻R9和电容C3构成的RC滤波电路；进一步地，所述第二电压跟随单元包括运算放大器U3，该运算放大器U3的输出端与反相输入端相连接，同相输入端与第二滤波单元相连接；进一步地，所述取样电阻R1两端并联接有放电管GSE141N。

一种高压脉冲电源负载电流检测方法，检测电路包括配置在高压脉冲电源与开关电路的公共电位点和大地之间的取样电阻R1、与取样电阻R1并联的电流电压转换单元、连接电流电压转换单元输出端的第一电压跟随单元、连接第一电压跟随单元的放大单元、连接放大单元的第二电压跟随单元和与第二电压跟随单元输出端相连接的输出端；

所述检测方法包括如下步骤：

①在高压脉冲电源与开关电路的公共电位点和大地之间配置取样电阻R1；

②通过电流电压转换单元将流过取样电阻的负载电流信号转换为负载电流信号对应的电压信号；

③第一电压跟随单元对电流电压转换单元输出的负载电流信号对应的电压信号进行处理，输出跟随负载电流信号对应的电压信号变化的电压信号；

④放大单元对第一电压跟随单元输出的电压信号进行放大，并将放大后的电压信号输出给第二电压跟随单元；

⑤第二电压跟随单元对放大单元输出的电压信号进行处理，输出跟随放大单元输出的电压信号变化的电压信号至输出端。

使用本发明所述的高压脉冲电源负载电流检测电路及其检测方法，如图4所示，当开关电路所包括的MOS管Q1即上管导通时，高压直流电源输出端与导通的MOS管Q1、负载和取样电阻R1构成回路，当开关电路所包括的MOS管Q2即下管导通时，导通的MOS管Q2、负载和取样电阻R1构成回路，故流过取样电阻R1上的电流信号即为负载电流信号，实现了所检测的电流即为负载所消耗的真实电流，检测准确；取样电阻R1串接在高压脉冲电源与开关电路的公共电位点和大地之间，即为低压端取样的方式，结构简单、检测方便，解决了现有技术通过在高压脉冲电源输出端和负载之间串接取样电阻，但取样电阻两端是高压信号，不方便取样信号的采集的问题，同时也避免了现有技术中在高压脉冲电源和负载之间串接电流互感器，但电流互感器不能检测毫安级以下的小电流信号，以及所存在的高压绝缘的问题。

取样电阻R1两端并联接有放电管GSE141N，能够实时抑制取样电压瞬时大能量信号，保证后续电子电路的安全，取样电阻R1实际使用时可以取值100kΩ，电流电压转换单元所包括的电阻R2可以取值1MΩ，电阻R3可以取值10kΩ，这样电阻R3两端的取样电压与流过取样电阻R1的负载电流之间的对应关系为1V对应1mA，运算放大器U1、U2和U3可以采用TL064CN芯片，实际使用时可以通过调节放大单元所包括的可调电阻VR1的大小，进而改变放大单元的放大倍数；另外，也可以通过改变RC滤波电路的电阻和电容参数，进而改变滤波特性；输出端输出的电压信号可以经过A/D转换芯片进行采集和模数转换处理，然后传输给脉冲控制器进行处理。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高压脉冲电源负载电流检测电路，应用于包括高压直流电源和脉冲控制器的高压脉冲电源，所述高压脉冲电源驱动与大地连接的负载，所述脉冲控制器包括由一对串接的交替导通的MOS管组成的开关电路，其特征在于所述检测电路包括：

配置在高压脉冲电源与开关电路的公共电位点和大地之间的取样电阻R1；

与取样电阻R1并联，用于将流过取样电阻R1的负载电流信号转换为负载电流信号对应的电压信号的电流电压转换单元；

连接电流电压转换单元输出端的第一电压跟随单元；

连接第一电压跟随单元输出端，用于对第一电压跟随单元传输过来的负载电流信号对应的电压信号进行放大的放大单元；

连接放大单元输出端的第二电压跟随单元；

与第二电压跟随单元输出端相连接的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种高压脉冲电源负载电流检测电路，其特征在于还包括设置于第一电压跟随单元和放大单元之间的第一滤波单元；设置于放大单元和第二电压跟随单元之间的第二滤波单元；设置于第二电压跟随单元和输出端之间的第三滤波单元。

3.根据权利要求1所述的一种高压脉冲电源负载电流检测电路，其特征在于所述电流电压转换单元包括相互串联的电阻R2、整流二极管D1和电阻R3；电阻R2一端与大地连接，另一端连接整流二极管D1阳极；电阻R3一端连接整流二极管D1阴极，另一端连接高压脉冲电源与开关电路的公共电位点。

4.根据权利要求1所述的一种高压脉冲电源负载电流检测电路，其特征在于所述第一电压跟随单元包括运算放大器U1，该运算放大器U1的输出端与反相输入端相连接，同相输入端通过电阻R4与整流二极管D1阴极相连接。

5.根据权利要求1所述的一种高压脉冲电源负载电流检测电路，其特征在于所述放大单元包括运算放大器U2、电阻R6、电阻R7和可调电阻VR1；所述运算放大器U2的输出端通过相互串联的电阻R7和可调电阻VR1连接其反相输入端；所述运算放大器U2的反相输入端通过电阻R6连接高压脉冲电源与开关电路的公共电位点。

6.根据权利要求2所述的一种高压脉冲电源负载电流检测电路，其特征在于所述第一滤波单元包括由电阻R5和电容C1构成的RC滤波电路；所述第二滤波单元包括由电阻R8和电容C2构成的RC滤波电路；所述第三滤波单元包括由电阻R9和电容C3构成的RC滤波电路。

7.根据权利要求2所述的一种高压脉冲电源负载电流检测电路，其特征在于所述第二电压跟随单元包括运算放大器U3，该运算放大器U3的输出端与反相输入端相连接，同相输入端与第二滤波单元相连接。

8.根据权利要求1所述的一种高压脉冲电源负载电流检测电路，其特征在于所述取样电阻R1两端并联接有放电管GSE141N。

9.一种高压脉冲电源负载电流检测方法，其特征在于：检测电路包括配置在高压脉冲电源与开关电路的公共电位点和大地之间的取样电阻R1、与取样电阻R1并联的电流电压转换单元、连接电流电压转换单元输出端的第一电压跟随单元、连接第一电压跟随单元的放大单元、连接放大单元的第二电压跟随单元和与第二电压跟随单元输出端相连接的输出端；

所述检测方法包括如下步骤：

①在高压脉冲电源与开关电路的公共电位点和大地之间配置取样电阻R1；

②通过电流电压转换单元将流过取样电阻的负载电流信号转换为负载电流信号对应的电压信号；

③第一电压跟随单元对电流电压转换单元输出的负载电流信号对应的电压信号进行处理，输出跟随负载电流信号对应的电压信号变化的电压信号；

④放大单元对第一电压跟随单元输出的电压信号进行放大，并将放大后的电压信号输出给第二电压跟随单元；

⑤第二电压跟随单元对放大单元输出的电压信号进行处理，输出跟随放大单元输出的电压信号变化的电压信号至输出端。