CN107632191B - 一种电流测量电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流测量电路，包括电源电路，为主控芯片与负载RL进行供电，所述主控芯片通过输出不同工作状态以控制负载RL的工作电流，其特征在于：还包括检测电路，与电源电路输出端相连，检测所述负载RL的工作电流；模拟AD采样电路，与检测电路相连，对检测电路输出的模拟信号进行采样；信号发生器，连接于主控芯片与检测电路之间，根据主控芯片的工作状态向所述检测电路输出相应的逻辑信号，从而控制检测电路测量所述主控芯片相应工作状态下所述负载的工作电流。

Description

一种电流测量电路

技术领域

本发明设计电路测量技术领域，尤其涉及一种电流测量电路。

背景技术

目前，在许多电子产品上，测试电源负载消耗的电流，是直接在电源负载端将万用表串入到系统中。当系统的主控芯片处于不同的工作状态时，需重新将接入万用表。这种方法不能实时对系统的电流大小进行测量，焊线连线较麻烦，且精度会因万用表的精度而有所不同。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低成本，当系统主控芯片处于不同工作状态时能快速实时智能读取电源负载端电流大小的电路，本发明通过以下方式解决该技术问题：

一种电流测量电路，包括电源电路，为主控芯片与负载RL进行供电，所述主控芯片通过输出不同工作状态以控制负载RL的工作电流，其特征在于：还包括检测电路，与电源电路输出端相连，检测所述负载RL的工作电流；模拟AD采样电路，与检测电路相连，对检测电路输出的模拟信号进行采样；信号发生器，连接于主控芯片与检测电路之间，根据主控芯片的工作状态向所述检测电路输出相应的逻辑信号，从而控制检测电路测量所述主控芯片相应工作状态下所述负载的工作电流。

作为本发明的一种优选实施方式，所述电源电路包括电源模块，所述具有第一输出节点VCCK-P，与所述电源模块的电压输出端相连，还具有第二输出节点VCCK，与所述电源模块的反馈输入端相连。

作为本发明的一种优选实施方式，所述信号发生器包括与所述检测电路输入端相连的第一逻辑信号输出口GP101与第二逻辑信号输出口GP102，其输出如下三种逻辑状态：GP101＝1,GP102＝1，对应主控芯片的小电流工作状态；GP101＝0,GP102＝1，对应主控芯片的正常工作状态；GP101＝0,GP102＝0，对应不进行电流测量状态，其中，1代表输出高电平，0代表输出低电平。

作为本发明的一种优选实施方案，所述检测电路包和第一逻辑信号输出口GP101相连的第一控制电路与和第二逻辑信号输出口GP102相连的第二控制电路及负载电阻RL，所述第一控制电路包括电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16，场效应管U10与U11，所述电阻R11输入端与第一逻辑信号输出口GP101连接，输出端与电阻R12并联，电阻R12另一端接地，场效应管U10的栅极连接与电阻R11与电阻R12之间，源极接地，电阻R13的输入端与输入电压Vbat相连，输出端与电阻R14串联，电阻R14另一端接地，所述场效应管U10的漏极连接于电阻R13与电阻R14之间，所述场效应管U11的栅极连接于电阻R13与电阻R14之间，源极与电阻R16连接，漏极与第一输出节点VCCK-P连接，同时并联有电阻R15，电阻R15的输出端与第二输出节点VCCK连接，电阻R16的输出端与第二输出节点VCCK连接；

所述第二控制电路包括电阻R21、R22、R23、R24,场效应管U21与U22，所述电阻R21输入端与第二逻辑信号输出口GP102连接，输出端与电阻R22并联，电阻R22另一端接地，场效应管U21的栅极连接与电阻R21与电阻R22之间，源极接地，电阻R23的输入端与输入电压Vbat相连，输出端与电阻R24串联，电阻R24另一端接地，所述场效应管U21的漏极连接于电阻R23与电阻R24之间，所述场效应管U22的栅极连接于电阻R23与电阻R24之间，源极与第二输出节点VCCK连接；

所述负载电阻RL输入端与第二输出节点VCCK连接，输出端接地。

作为本发明的一种优选实施方案，所述模拟AD采样电路包括与第一输出节点VCCK-P连接的第一模拟AD采样电路与和第二输出节点连接的第二模拟AD采样电路，所述第一模拟AD采样电路包括电阻R25和电容C8组成的低通滤波RC电路，所述第二模拟AD采样电路包括电阻R26和电容C9组成的低通滤波RC电路。

作为本发明的一种优选实施方案，所述电阻R25与电阻R26阻值为10K，所述电容C8与电容C9容值为0.1uf。

作为本发明的一种优选实施方案，所述开关稳压器为TPS54260。

作为本发明的一种优选实施方案，所述输入电压Vbat为9v-16v,所述电阻R13、R14与电阻R23、R24所组成的分压电路输出电压大于所述场效应管U11与U21的导通电压，所述信号发生器的输入电平为3.3v-5v，所述电阻R11、R12和电阻R21、R22所述组成的衰减电路输出电压大于所述场效应管U10与U21的导通电压。

作为本发明的一种优选实施方案，所述电阻R15的阻值为10Ω，所述电阻R16的阻值为0.1Ω,R15阻值为10Ω以在小电流时获得更大的分压从而使得测量结果更加精确，由于此时工作与小电流状态下采用10Ω造成的压降也不会对工作状态造成很大的影响，相比在工作状态下由于电流较大，采用0.1Ω下的压降已经足以测量装置精确分辨，且此时的阻值不会对工作状态下的负载产生较大影响。

作为本发明的一种优选实施方案，所述模拟AD采样电路的输出端连接至所述主控芯片的AD输入端口。

采用本电流测量电路，信号发生器根据主控芯片的不同工作状态向检测电路输入逻辑信号，输入逻辑状态GP101＝1，GP102＝1时，U11与U22分别截止，此时，电阻R15两端的电压即为第一输出节点VCCK-P与第二输出节点VCCK间的电压，电阻R15的电流即对应负载RL处于小电流工作状态下的电流；

输入逻辑状态GP101＝0,GP102＝1时，场效应管U10截止，场效应管U21导通，U10截止，电压Vbat通过电阻R13与电阻R14进行分压，使得电阻R14的电压高于场效应管U11的导通电压，场效应管U11导通，U22截止，因此，电流由第一输出节点VCCK-P通过场效应管U11，流经电阻R16,通过负载RL接地，电阻R16的电压即第一输出节点VCCK-P与第二输出节点VCCK两端的电压，电阻R16的电流即对应负载RL处于正常工作状态下电流；

输入逻辑状态GP101＝0,GP102＝0时,电压Vbat通过电阻R13、R14和电阻R23、R24进行分压后输出高于场效应管U11与U22的导通电压，U11与U22均导通，此时第一输出节点VCCK-P的输出电压通过场效应管U22流经负载电阻RL并接地，系统正常工作，对应不进行测量的工作状态。

第一输出节点VCCK-P与第二输出节点VCCK之间的电压信号通过AD采样电路进行电压采样并输入主控芯片的AD接口，根据第一输出节点VCCK_P和第二输出节点VCCK之间的电压以及VCCK_P和VCCK之间的电阻大小，就可计算出流过负载RL上的电流,达到能对不同工作状态下的对应电流进行测量的效果。

附图说明

下面通过附图对本发明进行进一步的说明：

图1为本发明的电源电路；

图2为本发明的检测电路；

图3为本发明的模拟AD采样电路。

具体实施方式

下面为较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明：

一种用于可变负载端的电流测量系统，包括电源电路，为主控芯片与负载RL进行供电，该主控芯片通过输出不同工作状态以控制负载RL的工作电流，其特征在于：还包括检测电路，与电源电路输出端相连，检测该负载RL的工作电流；模拟AD采样电路，与检测电路相连，对检测电路输出的模拟信号进行采样；信号发生器，连接于主控芯片与检测电路之间，根据主控芯片的工作状态向该检测电路输出相应的逻辑信号，从而控制检测电路测量该主控芯片相应工作状态下该负载的工作电流。

该电源电路采用德州仪器的开关电源芯片TPS54260，其电路结构如下：TPS54260的Vi n端连接输入电压Vbat，EN端与通过分压电路连接至输入电压Vbat，该分压电路包括电阻一端接地的电阻R2，电阻R2的另一端与电阻R1串联，电阻R1的另一端则与输入电压Vbat相连，EN端接在电阻R1与电阻R2之间，端口SS_TR通过电容C3接地，端口RT通过电阻R3接地，端口PWRGD通过电阻R10与Vin端相连，COMP端通过串联的电阻R4与电容C5接地，GND端接地，BOOT端通过电容C4耦合至PH端，该PH端连接有一个电感L1，该电感L1的输入端与二极管的负极并联，该二极管的正极接地，电感输出端上分别并联有退耦电容C6与C7，该电感输出端连接至第一输出节点VCCK-P，还包括第二输出节点VCCK，通过并联的电阻R5和R6接地，端口Vsense连接于电阻R5和电阻R6之间，通过第一输出节点VCCK-P对负载RL进行供电。

该检测电路包第一控制电路与第二控制电路及负载电阻RL，该第一控制电路包括电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16，场效应管U10与U11，该电阻R11输入端与第一逻辑信号输出口GP101连接，输出端与电阻R12并联，电阻R12另一端接地，场效应管U10的栅极连接与电阻R11与电阻R12之间，源极接地，电阻R13的输入端与输入电压Vbat相连，输出端与电阻R14串联，电阻R14另一端接地，该场效应管U10的漏极连接于电阻R13与电阻R14之间，该场效应管U11的栅极连接于电阻R13与电阻R14之间，源极与电阻R16连接，漏极与第一输出节点VCCK-P连接，同时并联有电阻R15，电阻R15的输出端与第二输出节点VCCK连接，电阻R16的输出端与第二输出节点VCCK连接；

该第二控制电路包括电阻R21、R22、R23、R24,场效应管U21与U22，该电阻R21输入端与第二逻辑信号输出口GP102连接，输出端与电阻R22并联，电阻R22另一端接地，场效应管U21的栅极连接与电阻R21与电阻R22之间，源极接地，电阻R23的输入端与输入电压Vbat相连，输出端与电阻R24串联，电阻R24另一端接地，该场效应管U21的漏极连接于电阻R23与电阻R24之间，该场效应管U22的栅极连接于电阻R23与电阻R24之间，源极与第二输出节点VCCK连接；

该负载电阻RL输入端与第二输出节点VCCK连接，输出端接地。

其中，场效应管U10与U21型号为2N7002，场效应管U11与U22型号为SI4410DY，Vbat的输入电压为12v，第一逻辑信号输入口GP101与第二逻辑信号输入口GP102的输入高电平为3.3V,输入低电平为0v，分压电阻R13与R23的阻值为1K，电阻R14与R24的阻值为2K，限流电阻R11，R21阻值为33R，负载电阻R12与负载电阻R22的阻值为10K，由此，第一逻辑信号输入口GP101输入高电平3.3v,经过电阻R11与R12组成的衰减电路后，电平为3.29V，高于2N7002的导通电压2V，Vbat输入在经过分压电阻R13与R14组成的分压电路后输出电压为8V，高于SI4410DY的导通电压4V。

该信号发生器还包括第一逻辑信号输出口GP101与第二逻辑信号输出口GP102，包括如下三种逻辑状态GP101＝1，GP102＝1；GP101＝0，GP102＝1；GP101＝0,GP102＝0。

系统处于小电流工作状态，即RSET状态时，输入逻辑状态GP101＝1，GP102＝1时，GP101与GP102都输入高电平，输入电平为3.3v，场效应管U10与U21导通并分别在漏极一个低电平，使得U11与U22分别截止，此时，电阻R15两端的电压即为第一输出节点VCCK-P与第二输出节点VCCK间的电压，由于工作电流较小，采用较大的10Ω电阻增大了两端的压降使得测量更为精确。

当系统处于正常工作状态时，输入逻辑状态GP101＝0,GP102＝1，此时GP101输入低电平，GP102输入高电平，对应的场效应管U10截止，场效应管U21导通，U10截止后，电压Vbat通过电阻R13与电阻R14进行分压输出8V电平，输出高于场效应管U11的开启电压，场效应管U11导通，场效应管U21则导通在漏极输出一个低电平，使得U22截止，因此，由电流由第一输出节点VCCK-P通过场效应管U11，流经电阻R16,通过负载RL接地，由于场效应管的导通电阻很低，通常为10mΩ，远低于电阻R16的10Ω，因此与电阻R16间所产生的分压效应几乎不存在，此外由于此时工作电流较大，0.1Ω的电阻即可产生足够的压降，可以精确获得0.1Ω电阻R16的电压，即第一输出节点VCCK-P与第二输出节点VCCK两端的电压，且由于阻值较小几乎不会对负载造成影响。

当系统不需要测量电流时，输入逻辑状态GP101＝0,GP102＝0,此时GP101与GP102都输入低电平，场效应管U10与U21均截止，第一分压电路与第二分压电路通过对输入电压Vbat进行分压输出高于场效应管U11与U22的开启电压，U11与U22均导通，此时第一输出节点VCCK-P的输出电压通过场效应管U22流经负载电阻RL并接地，系统正常工作，第一输出节点VCCK-P与第二输出节点VCCK两端压差相等。

其中第一输出节点VCCK-P处设置有第一模拟AD采样电路，第一模拟AD采样电路为由10kΩ的电阻R25与0.1uf的电容C8组成的RC低通滤波器，对第一输出节点VCCK-P处进行电压采样，采样频率160Hz,第二输出节点VCCK处设置有第二模拟AD采样电路，该第二模拟AD采样电路由10kΩ的电阻R26与0.1uf的电容C9组成的RC低通滤波器，对第二输出节点VCCK进行电压采样，采样频率160Hz，该第一模拟AD采样电路与第二模拟AD采样电路将第一输出节点VCCK-P与第二输出节点VCCK间的电压进行采样并输入主控芯片的AD输入口，通过第一输出节点VCCK_P和第二输出节点VCCK之间的电压以及VCCK_P和VCCK之间的电阻大小，由于检测电阻与负载电阻RL间串联，流过电流相等，通过公式I＝V/R即就可计算出流过负载RL上的电流，以此方式通过主控芯片的计算得到当前的实时电流。

基于上述过程，本发明根据电路的状态进行实时测量，操作简单且精度高，另外测量电路为全分立元件，方便搭建。

Claims (7)

1.一种电流测量电路，包括电源电路，为主控芯片与负载RL进行供电，所述主控芯片通过输出不同工作状态以控制负载RL的工作电流，还包括检测电路，与电源电路输出端相连，检测所述负载RL的工作电流；模拟AD采样电路，与检测电路相连，对检测电路输出的模拟信号进行采样；信号发生器，连接于主控芯片与检测电路之间，根据主控芯片的工作状态向所述检测电路输出相应的逻辑信号，从而控制检测电路测量所述主控芯片相应工作状态下所述负载的工作电流；所述电源电路包括电源模块，所述电源模块具有第一输出节点VCCK-P，与所述电源模块的电压输出端相连，还具有第二输出节点VCCK，与所述电源模块的反馈输入端相连；

其特征在于：所述检测电路包括和第一逻辑信号输出口GP101相连的第一控制电路与和与第二逻辑信号输出口GP102相连的第二控制电路及负载RL，所述第一控制电路包括电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16，场效应管U10与U11，所述电阻R11输入端与第一逻辑信号输出口GP101连接，电阻R11的输出端与电阻R12并联，电阻R12另一端接地，场效应管U10的栅极连接于电阻R11与电阻R12之间，源极接地，电阻R13的输入端与输入电压Vbat相连，输出端与电阻R14串联，电阻R14另一端接地，所述场效应管U10的漏极连接于电阻R13与电阻R14之间，所述场效应管U11的栅极连接于电阻R13与电阻R14之间，源极与电阻R16连接，漏极与第一输出节点VCCK-P连接，同时并联有电阻R15，电阻R15的输出端与第二输出节点VCCK连接，电阻R16的输出端与第二输出节点VCCK连接；

所述第二控制电路包括电阻R21、R22、R23、R24,场效应管U21与U22，所述电阻R21输入端与第二逻辑信号输出口GP102连接，输出端与电阻R22并联，电阻R22另一端接地，场效应管U21的栅极连接于电阻R21与电阻R22之间，源极接地，电阻R23的输入端与输入电压Vbat相连，输出端与电阻R24串联，电阻R24另一端接地，所述场效应管U21的漏极连接于电阻R23与电阻R24之间，所述场效应管U22的栅极连接于电阻R23与电阻R24之间，源极与第二输出节点VCCK连接；

所述负载RL输入端与第二输出节点VCCK连接，输出端接地；所述信号发生器包括与所述检测电路输入端相连的第一逻辑信号输出口GP101与第二逻辑信号输出口GP102，其输出如下三种逻辑状态：GP101=1,GP102=1，对应主控芯片的小电流工作状态；GP101=0,GP102=1，对应主控芯片的正常工作状态;GP101=0,GP102=0，对应不进行电流测量状态，其中，1代表输出高电平，0代表输出低电平。

2.按照权利要求1所述的电流测量电路，其特征在于：所述模拟AD采样电路包括与第一输出节点VCCK-P连接的第一模拟AD采样电路与和第二输出节点VCCK连接的第二模拟AD采样电路，所述第一模拟AD采样电路包括电阻R25和电容C8组成的低通滤波RC电路，所述第二模拟AD采样电路包括电阻R26和电容C9组成的低通滤波RC电路。

3.按照权利要求2所述的电流测量电路，其特征在于：所述电阻R25与电阻R26阻值为10K，所述电容C8与电容C9容值为0.1uf。

4.按照权利要求1所述的电流测量电路，其特征在于：所述电源模块为开关稳压器TPS54260。

5.按照权利要求1所述的电流测量电路，其特征在于：所述输入电压Vbat为9v-16v,所述电阻R13、R14与电阻R23、R24所组成的分压电路输出电压大于所述场效应管U11与U21的导通电压，所述信号发生器的输入电平为3.3v-5v，所述电阻R11、R12和电阻R21、R22所述组成的衰减电路输出电压大于所述场效应管U10与U21的导通电压。

6.按照权利要求5所述的电流测量电路，其特征在于：所述电阻R15的阻值为10Ω，所述电阻R16的阻值为0.1Ω。

7.按照权利要求1所述的电流测量电路，其特征在于：所述模拟AD采样电路的输出端连接至所述主控芯片的AD输入端口。