CN107765068A

CN107765068A - 一种电流检测电路及电流检测设备

Info

Publication number: CN107765068A
Application number: CN201710967096.2A
Authority: CN
Inventors: 吕燚
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China Zhongshan Institute
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China Zhongshan Institute
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2018-03-06

Abstract

本发明提出一种电流检测电路及电流检测设备，第一电阻的一端连接第二电阻的一端以及外接电源；第一电阻的另一端连接第三电阻的一端以及外接负载；第二电阻的另一端连接第一三极管的发射极以及第三三极管的发射极；第三电阻的另一端连接第二三极管的发射极；第一三极管的基极连接第二三极管的基极；第一三极管的集电极连接第一三极管的基极以及第四电阻的一端；第四电阻的另一端接地；第二三极管的集电极连接第三三极管的基极以及第五电阻的一端；第五电阻的另一端接地；第三三极管的集电极连接第六电阻的一端；第六电阻的一端接地。以此相对于现有技术，降低了成本，且能适应各种不同的电压，有更大的适应范围。

Description

一种电流检测电路及电流检测设备

技术领域

本发明涉及电流检测领域，特别涉及一种电流检测电路及电流检测设备。

背景技术

目前，电流检测分为高边检测和低边检测两种，低边检测由于负载和电源不共地，因而应用场合受限，高边电流检测应用广泛，而在高边检测的应用场景下，现有的技术方案通常采用运算放大器来检测检流电阻上的压降，然后根据输出电压得到电流的大小。

当时基于目前的技术方案，存在以下缺陷：

首先，运算放大器方案成本相对较高，由于用于高边电流检测的运算放大器需要输入输出都是rail-to-rail(轨至轨)运放，且电源电压较高，而市场上满足轨至轨和高电源电压这两个条件的运放价格较高，具体的价格都大于1美金；

再者就是运算放大器共模电压受限，在高电压应用场合中无法满足要求，在电源电压变化范围较大的场合下也不能胜任。例如以MPS一款专门用于高边电流检测的运放MP8110为例，市场价格1美金左右，其电源电压和共模电压最大不可以超过42V，推荐不超过40V，对于电源电压高于40V的应用场景，目前的方案将无法适用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提出了一种电流检测电路及电流检测设备，用以在降低成本的情况下，可以适应更大的电压范围。

具体的，本发明提出了以下具体的实施例：

本发明实施例提出了一种电流检测电路，包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管；其中，

所述第一电阻的一端连接所述第二电阻的一端以及外接电源；

所述第一电阻的另一端连接所述第三电阻的一端以及外接负载；

所述第二电阻的另一端连接所述第一三极管的发射极以及所述第三三极管的发射极；

所述第三电阻的另一端连接所述第二三极管的发射极；

所述第一三极管的基极连接所述第二三极管的基极；

所述第一三极管的集电极连接所述第一三极管的基极以及所述第四电阻的一端；所述第四电阻的另一端接地；

所述第二三极管的集电极连接所述第三三极管的基极以及所述第五电阻的一端；所述第五电阻的另一端接地；

所述第三三极管的集电极连接所述第六电阻的一端；所述第六电阻的一端接地。

在一个具体的实施例中，该电流检测电路还包括：电压输出端口；其中，所述电压输出端口设置在所述第六电阻与所述第三三极管的集电极的连线中。

在一个具体的实施例中，所述第二电阻与所述第三电阻相同。

在一个具体的实施例中，所述第四电阻与所述第五电阻相同。

在一个具体的实施例中，所述第四电阻以及所述第五电阻的阻值为5000-80000欧。

在一个具体的实施例中，所述第一电阻的阻值为10-300毫欧。

在一个具体的实施例中，所述第一电阻为合金电阻。

在一个具体的实施例中，所述第一三极管与所述第二三极管以及所述第三三极管相同。

在一个具体的实施例中，所述第一三极管、所述第二三极管以及所述第三三极管具体为PNP型三极管。

本发明实施例还提出了一种电流检测设备，包括上述实施例中任意一项所述的一种电流检测电路。

以此，本发明实施例提出了一种电流检测电路及电流检测设备，其中该电流检测电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管；其中，所述第一电阻的一端连接所述第二电阻的一端以及外接电源；所述第一电阻的另一端连接所述第三电阻的一端以及外接负载；所述第二电阻的另一端连接所述第一三极管的发射极以及所述第三三极管的发射极；所述第三电阻的另一端连接所述第二三极管的发射极；所述第一三极管的基极连接所述第二三极管的基极；所述第一三极管的集电极连接所述第一三极管的基极以及所述第四电阻的一端；所述第四电阻的另一端接地；所述第二三极管的集电极连接所述第三三极管的基极以及所述第五电阻的一端；所述第五电阻的另一端接地；所述第三三极管的集电极连接所述第六电阻的一端；所述第六电阻的一端接地。以此相对于现有技术，降低了成本，且能适应各种不同的电压，有更大的适应范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提出的一种电流检测电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提出的一种电流检测电路应用环境的示意图；

图3为本发明实施例提出的一种电流检测电路的结构示意图。

图例说明：

11-第一电阻；12-第二电阻；13-第三电阻；14-第四电阻；15-第五电阻；16-第六电阻；21-第一三极管；22-第二三极管；23-第三三极管；3-电压输出端口

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本公开的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本公开的各种实施例中使用的术语“用户”可指示使用电子装置的人或使用电子装置的装置(例如，人工智能电子装置)。

在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

本发明实施例1公开了一种电流检测电路，如图1以及图2所示，包括：第一电阻11、第二电阻12、第三电阻13、第四电阻14、第五电阻115、第六电阻16、第一三极管21、第二三极管22、第三三极管23；其中，

所述第三电阻的另一端连接所述第二三极管的发射极；

所述第一三极管的基极连接所述第二三极管的基极；

在一个具体的实施例中，如图3所示，该电流检测电路还包括：电压输出端口3；其中，所述电压输出端口设置在所述第六电阻与所述第三三极管的集电极的连线中。

具体的，参见图1或者图3，其中的T1、T2、R2、R3、R4、R5构成了镜像电流源电路，其中R1作为检流电阻，三极管T3构成并联电流负反馈电路，电阻R6将流过T3的电流转换为电压，形成Vout电压。

在一个具体的实施例中，所述第一电阻的阻值为10-300毫欧。具体的，例如可以为20毫欧，30毫欧，100毫欧，200毫欧等等。

在一个具体的实施例中，所述第一电阻为合金电阻。

具体的，以如图1以及图3来进行说明，具体的可以包括以下两种具体的场景：

(1)当R1的电流为0时

T1、T2、R2、R3、R4、R5为镜像电流源，两管参数一致，发射极电阻相等(在忽略R1的情况下)，两发射极电流也相等。

T3基极电位(即Vc2)与T1基极电位Vb相等，T3、T2发射极电位相等(连在一起)，也即T3的Vbe与T1的Vbe一致，在此情况下，T3将处于微导通状态，输出的电流较小，并流经R2和R6。具体的，在流经R2后，会使R2压降有小幅增加(即Ve1电位小幅下降)，由于T1、T2的对称关系，Ve2电位也小幅下降，R3电流小幅增加，致使VC2上升，T3的Vbe减小，T3电流也减小，最后达到平衡状态。

T3是以电流并联负反馈的方式接入上述电流，具体的反馈过程如上所述，最终使T2处于临界截止状态，逼使Vout接近0。

而在接入T3与R6后，使用原电路状态将略有变化，Vc2有一定程度的升高(大概会升高几十mV)，但在此情况下，仍可近似认为T1、T2是镜像对称状态。

以上过程是由于T3和R6的接入，破坏了原来的平衡，建立另一平衡状态，但由于整体变不大，在实际的使用过程中，可忽略其接入的影响，且元件参数的轻微差异都可能把这前后两个平衡状态的差异掩盖。

(2)当电流I不为0时

电流I在R1上产生压降UR1，使初始的平衡状态改变。由于T1和T2发射极电位仍相等，故R2压降没变，R3上的压降减少UR1，即UR3变小，从而发生下述过程：

UR3变小->IR3减小->T2电流减少->IR5减少->UR5减少->Vc2电位下降->T3的b极和e极电流增加->R2电流增加->Ve1下降–>T3Vbe减少->T3电流少，直至达到平衡。

至于Vout与I的关系推导则如下：

依据电路，通过R2的电流IR2是由IT1和IT3两支流合成，即：

IR2＝IT1+IT3-----------式1

则R2上的压降UR2是：

UR2＝R2*IR2

＝R2*(IT1+IT3)

＝R2*IT1+R2*IT3-----------式2

再看R3上的压降UR3：

UR3＝R3*IR3

＝R3*IT2-----------式3

T1、T2的基极电位仍相等，发射极电位也相等，因而下式成立：

UR2＝UR1+UR3----------式4

把式2和式3代上式4，可得：

R2*IT1+R2*IT3＝UR1+R3*IT2----------式5

观察式5左右两划线的项，R2和R3相等，IT1与IT2相等，则式5化简为：

IT3＝UR1/R2----------式6

IT3的电流也是流过R6电流(忽略T3基极微小电流)，式6写成：

IR6＝I*R1/R2----------式7

则输出电压Vout为：

Vout＝R6*IR6

＝R6*(I*R1/R2)----------式8

以此，具体的，在整体电路在I为零时，处于平衡状态(IR2和IR3相等)，T3临界截止；而当I不为零时，在R1上产生压降，IR3减少，破坏了平衡，并使Vc2下降，T3将导通，产生额外的电流，叠加于R2上，UR2增大以抵消UR1的介入，UR2的增量与UR1相等。

以此，本方案相对于运算放大器方案具有成本低，电路结构简单的优点在成本方面，在一个实施例中，本电流检测电路主要成本包括3只PNP型三极管，6个电阻，其中一个为电流检测电阻，总体物料成本小于0.5元，远远低于运算放大器方案，此外该电路不需要运算放大器所需要的供电电路，因而可以大大简化了电路结构。

此外，相对于现有技术，本方案还具有共模电压高的优点；本电流检测电路共模电压为系统电源电压，本电路可接受的共模电压远远大于常规的运算放大器方案。本电路中三极管T1和T2的集电极与基极直接相连，因而其发射极-集电极电压等于发射极-基极电压，约为0.7V，远远小于三极管的最大发射极-集电极电压(Vceo)，因而T1和T2的选取不受电路共模电压的制约。当本电路所检测的电流为0时，输出电压为0V，此时三极管T3的发射极-集电极之间的电压约等于电源电压，因而本电流检测电路可承受的最大共模电压由T3最大的发射极-集电极电压(Vceo)决定，即T3的Vceo决定了本电路的最大共模电压。例如选取Vceo为150V的2N5401，该电路的极限最大共模电压最高可达150V，例如选取Vceo为120V的2N5400，该电路的极限最大共模电压最高可达120V，远远高于常用运算放大器可承受的共模电压范围。

因而本电路在电源电压较高的应用场合中，通过三极管T3的选取可以灵活适应不同的系统电压，相对运算放大器方案具有明显的优势。

实施例2

本发明一种电流检测设备，具体的，包括上述实施例1只所述的一种电流检测电路。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种电流检测电路，其特征在于，包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管；其中，

所述第三电阻的另一端连接所述第二三极管的发射极；

所述第一三极管的基极连接所述第二三极管的基极；

2.如权利要求1所述的一种电流检测电路，其特征在于，还包括：电压输出端口；其中，所述电压输出端口设置在所述第六电阻与所述第三三极管的集电极的连线中。

3.如权利要求1所述的一种电流检测电路，其特征在于，所述第二电阻与所述第三电阻相同。

4.如权利要求1所述的一种电流检测电路，其特征在于，所述第四电阻与所述第五电阻相同。

5.如权利要求1所述的一种电流检测电路，其特征在于，所述第四电阻以及所述第五电阻的阻值为5000-80000欧。

6.如权利要求1所述的一种电流检测电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值为10-300毫欧。

7.如权利要求1所述的一种电流检测电路，其特征在于，所述第一电阻为合金电阻。

8.如权利要求1所述的一种电流检测电路，其特征在于，所述第一三极管与所述第二三极管以及所述第三三极管相同。

9.如权利要求1所述的一种电流检测电路，其特征在于，所述第一三极管、所述第二三极管以及所述第三三极管具体为PNP型三极管。

10.一种电流检测设备，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的一种电流检测电路。