CN112600391A - 基于绝对值电路的电流检测技术的双向dcdc - Google Patents

基于绝对值电路的电流检测技术的双向dcdc Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于绝对值电路的电流检测技术的双向DCDC，包括电流采样电路和绝对值电路，绝对值电路包括电阻R2～R8、运放U1和U2、二极管D1和D2，电阻R2的一端与电流采样电路和电阻R5的一端连接，电阻R2的另一端与二极管D1的负极、电阻R4的一端和运放U1的2连接，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与运放U1的1连接，二极管D1正极与运放的3和二极管D2负极连接，二极管D2正极与电阻R4的另一端和电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与电阻R5的另一端、电阻R6的一端和运放U2的2连接，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端与运放U2的1连接，运放U2的3与电阻R6的另一端连接。本发明采样电流速度快，检测范围广，简化了电路，节省了成本与布板空间。

Description

基于绝对值电路的电流检测技术的双向DCDC
技术领域
本发明具体涉及一种基于绝对值电路的电流检测技术的双向DCDC。
背景技术
新能源汽车逐步开始使用双向DCDC来取代单向DCDC。由于电流流动方向不同，双向DCDC输入、输出电流值均可正、可负，所以目前通常采用双向电流检测霍尔芯片来采样输入、输出电流，检测值可作为反馈电路的输入信号，如图2所示，但是电流霍尔传感芯片反应速度较慢，通常为几us至几十us，不适用于保护电路；由于保护电路需要很快的反应速度，希望控制在1us以下，所以目前通常采用使用电流互感器的电流采样电路加上全波整流电路检测电流的峰值信号，采样值可作为过流保护电路的输入信号，如图1所示。虽然电流互感器采样电流值速度非常快，但是由于全波整流电路中二极管的压降不可忽略，造成了该采样信号低电压部分失真，而峰值部分完整，所以该采样信号不能作为反馈电路的输入信号。
DCDC:是将某一电压等级的直流电源变换其他电压等级直流电源的装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种基于绝对值电路的电流检测技术的双向DCDC，采样电流速度快，检测范围广，简化了电路，节省了成本与布板空间，而且面对未来的DCDC的发展趋势，有更强的适用性。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种基于绝对值电路的电流检测技术的双向DCDC，包括电流采样电路和绝对值电路，绝对值电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、运算放大器U1、运算放大器U2、二极管D1和二极管D2，电阻R2的一端与电流采样电路和电阻R5的一端连接，电阻R2的另一端与二极管D1的负极、电阻R4的一端和运算放大器U1的第2端口连接，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器U1的第1端口连接，二极管D1的正极与运算放大器的第3端口和二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与电阻R4的另一端和电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与电阻R5的另一端、电阻R6的一端和运算放大器U2的第2端口连接，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端与运算放大器U2的第1端口连接，运算放大器U2的第3端口与电阻R6的另一端连接。
按照上述技术方案，电流采样电路包括霍尔效应电流传感器、电阻R1、电容C1和电容C2，霍尔效应电流传感器的M端口与电阻R1的一端和电阻R2的一端连接，霍尔效应电流传感器的正极端口与电容C2的一端连接，霍尔效应电流传感器的负极端口与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与电阻R1的另一端和电容C2的另一端连接，并接地。
按照上述技术方案，霍尔效应电流传感器的型号为LA125P。
按照上述技术方案，电阻R1的阻值为24Ω，电容C1和电容C2的电容值为0.1uF。
按照上述技术方案，霍尔效应电流传感器的正极端口与运算放大器U1的第4端口和运算放大器U2的第4端口连接，霍尔效应电流传感器的负极端口与运算放大器U1的第5端口和运算放大器U2的第5端口连接。
按照上述技术方案，运算放大器U1和运算放大器U2的型号为OPA602。
按照上述技术方案，二极管D1和二极管D2的型号为1N4148。
按照上述技术方案，霍尔效应电流传感器的M端口实时输出采样电流，采样电流在采样电阻R1上得到采样电压VR1；
当VR1为负时，运算放大器U1第3端口的输出电压V1为正；则二极管D1导通，二极管D2截止，二极管D2正极端的电压V2等于运算放大器第2端口的电压V4为0，运算放大器U2第3端口的输出电压V3为
Figure BDA0002812485400000021
由于R5＝R6，R6＝2R7，则V3＝-VR1；
当VR1为正时，运算放大器U1第3端口的输出电压V1为负，则二极管D1截止，二极管D2导通，二极管D2正极端的电压
Figure BDA0002812485400000022
由于R2＝R4，则V2＝-VR1，
Figure BDA0002812485400000023
由于R5＝R6，R6＝2R7，则V3＝VR1；
V3可作为闭环控制电路和过流保护电路的输入信号，直接连接闭环控制电路和过流保护电路。
本发明具有以下有益效果：
本发明的采样电流速度快，检测范围广，而且该检测值既可作为反馈控制信号对整个回路进行闭环控制，也可作为电流过流保护的信号对整个电路进行保护，相对于传统的方法中既要用双向霍尔效应传感器采样正、反向电流作为反馈信号，又要用电流互感器采样电流的实时值作为保护信号，简化了电路，节省了成本与布板空间，而且面对未来的DCDC的发展趋势，有更强的适用性。
附图说明
图1是现有技术提供的电流检测电路图中过流保护部分；
图2是现有技术提供的电流检测电路图中反馈部分；
图3是本发明实施例中基于绝对值电路的电流检测技术的双向DCDC的电路图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图3所示，本发明提供的一个实施例中的基于绝对值电路的电流检测技术的双向DCDC，包括电流采样电路和绝对值电路，绝对值电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、运算放大器U1、运算放大器U2、二极管D1和二极管D2，电阻R2的一端与电流采样电路和电阻R5的一端连接，电阻R2的另一端与二极管D1的负极、电阻R4的一端和运算放大器U1的第2端口连接，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器U1的第1端口连接，二极管D1的正极与运算放大器的第3端口和二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与电阻R4的另一端和电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与电阻R5的另一端、电阻R6的一端和运算放大器U2的第2端口连接，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端与运算放大器U2的第1端口连接，运算放大器U2的第3端口与电阻R6的另一端连接；并直接连接闭环控制电路和过流保护电路，作为直接连接闭环控制电路和过流保护电路的输入信号。
进一步地，电流采样电路包括霍尔效应电流传感器、电阻R1、电容C1和电容C2，霍尔效应电流传感器的M端口与电阻R1的一端和电阻R2的一端连接，霍尔效应电流传感器的正极端口与电容C2的一端连接，霍尔效应电流传感器的负极端口与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与电阻R1的另一端和电容C2的另一端连接，并接地。
进一步地，霍尔效应电流传感器的型号为LA 125P。
进一步地，电阻R1的阻值为24Ω；作为电流采样电阻，电容C1和电容C2的电容值为0.1uF。
进一步地，霍尔效应电流传感器的正极端口与运算放大器U1的第4端口和运算放大器U2的第4端口连接；连接正向电压+V，霍尔效应电流传感器的负极端口与运算放大器U1的第5端口和运算放大器U2的第5端口连接；连接负向电压-V。
进一步地，运算放大器U1和运算放大器U2的型号为OPA602。
进一步地，二极管D1和二极管D2的型号为1N4148。
进一步地，霍尔效应电流传感器的M端口实时输出采样电流，采样电流在采样电阻R1上得到采样电压VR1；
当VR1为负时，运算放大器U1第3端口的输出电压V1为正；则二极管D1导通，二极管D2截止，二极管D2正极端的电压V2等于运算放大器第2端口的电压V4为0，运算放大器U2第3端口的输出电压V3为
Figure BDA0002812485400000041
由于R5＝R6，R6＝2R7，则V3＝-VR1；
当VR1为正时，运算放大器U1第3端口的输出电压V1为负，则二极管D1截止，二极管D2导通，二极管D2正极端的电压
Figure BDA0002812485400000042
由于R2＝R4，则V2＝-VR1，
Figure BDA0002812485400000043
由于R5＝R6，R6＝2R7，则V3＝VR1；
V3可作为闭环控制电路和过流保护电路的输入信号，直接连接闭环控制电路和过流保护电路。
本发明的采样电流速度快(LA 125P检测反应速度为0.2us，OPA602检测反应速度约为0.4us，如果对保护要求很高还可以使用高速运放，检测反应速度可达纳秒级别，相比于现有电流检测霍尔芯片的检测速度几微秒至几十微秒，速度大幅度提高)，检测范围广(霍尔效应电流传感器的检测范围可达正负几千安培，相比于现有电流检测霍尔芯片的检测范围几安培至几十安培，范围大幅度增加)，而且该检测值既可作为反馈控制信号对整个回路进行闭环控制，也可作为电流过流保护的信号对整个电路进行保护，相对于传统的方法中既要用双向霍尔效应传感器采样正、反向电流作为反馈信号，又要用电流互感器采样电流的实时值作为保护信号，简化了电路，节省了成本与布板空间。而且面对未来的DCDC的发展趋势，有更强的适用性。
本发明的工作原理：参见图3所示，一种应用在双向DCDC上的新型电流检测技术，包括：
绝对值电路，包括:运算放大器(本实施例用OPA602)，欧姆(本实施例用阻值为10k、20k的电阻)以及高速二极管(本实施例用1N4148)。
电流采样电路，包括：霍尔效应电流传感器(本实施例用LA 125P),精密电流采样电阻(本实施例用阻值为24欧姆(本实施例用精度±0.1％的电阻)以及去耦电容(本实施例用容值为0.1uF的电容)。
对于本发明的工作原理，通过以下一实施例说明：
第一步，霍尔效应电流传感器M引脚实时输出采样电流；
下一步，双向DCDC电流根据工作状态不同，即可为正、也可为负；
下一步，采样电流在采样电阻R1上得到采样电压VR1；
下一步，当VR1为负时，运放U1(OPA602)输出V1为正；
下一步，此时D1导通、D2截止
下一步，V2的电压等于V4的电压为0
下一步，V3的电压为
Figure BDA0002812485400000051
下一步，R5＝R6，R6＝2R7
下一步，V3＝-VR1
下一步，当VR1为正时，运放U1(OPA602)输出V1为负；
下一步，此时D1截止、D2导通
下一步，V2的电压为
Figure BDA0002812485400000052
下一步，R2＝R4
下一步，V2＝-VR1
下一步，V3的电压为
Figure BDA0002812485400000053
下一步，R5＝R6，R6＝2R7
下一步，V3＝VR1
下一步，V3可作为输入信号直接连接闭环控制电路和过流保护电路
综上所述，本发明实施例中的双向DCDC采用了基于绝对值电路的新型电流检测技术，用此技术采样的电流值快速、范围广，此检测值既可作为反馈控制信号对整个回路进行闭环控制，也可作为电流过流保护的信号对整个电路进行保护，相对于传统的方法中既要用双向霍尔效应传感器采样正、反向电流作为反馈信号，又要用电流互感器采样电流的实时值作为保护信号，简化了电路，节省了成本与布板空间。而且面对未来的DCDC的发展趋势，有更强的适用性。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于绝对值电路的电流检测技术的双向DCDC，其特征在于，包括电流采样电路和绝对值电路，绝对值电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、运算放大器U1、运算放大器U2、二极管D1和二极管D2，电阻R2的一端与电流采样电路和电阻R5的一端连接，电阻R2的另一端与二极管D1的负极、电阻R4的一端和运算放大器U1的第2端口连接，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器U1的第1端口连接，二极管D1的正极与运算放大器的第3端口和二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与电阻R4的另一端和电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与电阻R5的另一端、电阻R6的一端和运算放大器U2的第2端口连接，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端与运算放大器U2的第1端口连接，运算放大器U2的第3端口与电阻R6的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的基于绝对值电路的电流检测技术的双向DCDC，其特征在于，电流采样电路包括霍尔效应电流传感器、电阻R1、电容C1和电容C2，霍尔效应电流传感器的M端口与电阻R1的一端和电阻R2的一端连接，霍尔效应电流传感器的正极端口与电容C2的一端连接，霍尔效应电流传感器的负极端口与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与电阻R1的另一端和电容C2的另一端连接，并接地。
3.根据权利要求2所述的基于绝对值电路的电流检测技术的双向DCDC，其特征在于，霍尔效应电流传感器的型号为LA 125P。
4.根据权利要求2所述的基于绝对值电路的电流检测技术的双向DCDC，其特征在于，电阻R1的阻值为24Ω，电容C1和电容C2的电容值为0.1uF。
5.根据权利要求2所述的基于绝对值电路的电流检测技术的双向DCDC，其特征在于，霍尔效应电流传感器的正极端口与运算放大器U1的第4端口和运算放大器U2的第4端口连接，霍尔效应电流传感器的负极端口与运算放大器U1的第5端口和运算放大器U2的第5端口连接。
6.根据权利要求1所述的基于绝对值电路的电流检测技术的双向DCDC，其特征在于，运算放大器U1和运算放大器U2的型号为OPA602。
7.根据权利要求1所述的基于绝对值电路的电流检测技术的双向DCDC，其特征在于，二极管D1和二极管D2的型号为1N4148。
8.根据权利要求2所述的基于绝对值电路的电流检测技术的双向DCDC，其特征在于，霍尔效应电流传感器的M端口实时输出采样电流，采样电流在采样电阻R1上得到采样电压VR1；
当VR1为负时，运算放大器U1第3端口的输出电压V1为正；则二极管D1导通，二极管D2截止，二极管D2正极端的电压V2等于运算放大器第2端口的电压V4为0，运算放大器U2第3端口的输出电压V3为
Figure FDA0002812485390000021
当R5＝R6，R6＝2R7，则V3＝-VR1；
当VR1为正时，运算放大器U1第3端口的输出电压V1为负，则二极管D1截止，二极管D2导通，二极管D2正极端的电压
Figure FDA0002812485390000022
当R2＝R4，则V2＝-VR1，
Figure FDA0002812485390000023
当R5＝R6，R6＝2R7，则V3＝VR1；
V3可作为闭环控制电路和过流保护电路的输入信号，直接连接闭环控制电路和过流保护电路。
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