CN112698084A - 一种电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于储能系统技术领域，具体涉及一种电流检测电路。该检测电路包括控制器、N个信号放大电路、选择开关模块和模数转换器；各信号放大电路的输入端均用于连接输入电压；各信号放大电路的输出端与选择开关模块的前N端一一对应连接，各信号放大电路的输出端还与控制器的各模拟量输入端一一对应相连；选择开关模块的第N+1端通过模数转换器连接控制器的数字量输入端；控制器控制连接选择开关模块，以实现选择开关模块的前N端中的任一端和第N+1端连通。不论是检测小电流还是检测大电流，均保证了电流检测的精度，可以使电流在检测全量程范围内保障相同的精度，且可以根据实际需求选择分几级测量，为储能系统SOC估算提供可靠依据。

Description

一种电流检测电路

技术领域

本发明属于储能系统技术领域，具体涉及一种电流检测电路。

背景技术

在新能源大规模接入、微电网及智能电网大力发展的背景下，储能系统越来越成为现代电力系统中不可或缺的重要组成部分。储能系统规模一般较大，主要以预制舱储能系统为单元进行充放电，一台预制舱储能系统由成百上千个电池单体串并联组成。为保证储能系统的安全运行，需对其电池荷电状态(SOC)进行准确预估，现阶段SOC估算主要以电流为基础进行，所以电路检测精度对SOC估算至关重要。

现阶段电流检测主要是采用一路电流检测，但是由于受各元器件的使用范围和性能的影响，往往会导致电流过小或过大时，检测不准确，很难做到全量程范围内相同测量精度，以及电流检测范围受限。

发明内容

本发明提供了一种电流检测电路，用以解决现有仅采用一路电流检测造成的检测不准确的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括：

本发明提供了一种电流检测电路，包括控制器、N个信号放大电路、选择开关模块和模数转换器，N≥2；各信号放大电路的放大倍数不同；

所述控制器包括一个数字量输入端和N个模拟量输入端；

选择开关模块包括N+1端，所述选择开关模块能够实现前N端中的任一端和第N+1端连通；

各信号放大电路的输入端均用于连接输入电压，所述输入电压为转化为电压信号的储能模块的电流信号；各信号放大电路的输出端与选择开关模块的前N端一一对应连接，各信号放大电路的输出端还与控制器的各模拟量输入端一一对应相连；选择开关模块的第N+1端通过模数转换器连接所述控制器的数字量输入端；

所述控制器控制连接所述选择开关模块，以实现选择开关模块的前N端中的任一端和第N+1端连通。

上述技术方案的有益效果为：本发明的电流检测电路，输入电压经过各信号放大电路进行信号放大后，先将得到的放大后的模拟量信号直接传输给控制器供控制器进行初步的预处理与判断，确定放大到多大程度是最为合适的，以控制选择开关模块前N端中的某一端和第N+1端连通，从而将相应路放大后的信号经过模数转换后得到稳定的信号再输入至控制器，得到精度最佳的信号。不论是检测小电流还是检测大电流，均保证了电流检测的精度，可以使电流在检测全量程范围内保障相同的精度，而且，可以根据实际需求选择分几级测量，使用比较灵活，为储能系统SOC估算提供可靠依据，为储能系统的安全运行提供了一定的保障。

进一步的，为了实现电压跟随，所述检测电路还包括N个电压跟随电路，各电压跟随电路一一对应设置在各信号放大电路的输出端与选择开关模块的前N端之间。

进一步的，所述检测电路还包括N个降压电阻，各降压电阻一一对应串设在各信号放大电路的输出端与各电压跟随电路的输入端之间。

进一步的，所述选择开关模块包括N个控制开关，所述检测电路还包括译码器；各控制开关的一端相连构成所述第N+1端，各选择开关的另一端分别为前N端；所述译码器包括一个输入端和N个输出端，所述译码器的输入端与控制器的输出端相连，所述译码器的各输出端与各控制开关一一对应相连，以控制控制开关择一闭合。

进一步的，为了在没有输入电压时使控制器处于不工作的状态以省电，所述控制器还包括供电使能端，所述检测电路还包括N个防反二极管，各防反二极管一一对应串置在各信号放大电路的输出端与控制器的供电使能端之间，且各防反二极管的阴极均与控制器的供电使能端相连。

进一步的，所述信号放大电路包括一个运放器；运放器的同相输入端通过第一电阻接地，还通过第二电阻连接基准电压；运放器的反相输入端通过第三电阻用于连接所述输入电压，还通过第四电阻连接运放器的输出端。

进一步的，所述电压跟随电路包括一个跟随器，所述跟随器的同相输入端连接对应的信号放大电路的输出端，所述跟随器的反相输入端连接跟随器的输出端。

附图说明

图1是本发明的电流检测电路的电路图；

图2是本发明的选择开关模块所采用的选择器开关的示意图；

图3是本发明的4个放大电路的电压放大曲线的示意图。

具体实施方式

本发明的一种电流检测电路，如图1所示，包括MCU、译码器U_k1、模数转换器U_k2、N个控制开关(S₁、S₂、……、S_N)、N个信号放大电路、N个电压跟随电路、N个防反二极管(D₁、D₂、……、D_N)以及N个降压电阻(R₀₁、R₀₂、……、R_0N)。

输入电压V_i为转化为已电压信号的储能模块的电流信号。

MCU包括一个数字量输入端(b1)、N个模拟量输入端(a1、a2、……、aN)、一个供电使能端(VCC)和一个模拟量输出端(b4)。

每个信号放大电路均包括一个运放器，分别为运放器U₁₁、运放器U₁₂、……、运放器U_1N，各运放器的反相输入端均通过对应的第三电阻(分别为R₃₁、R₃₂、……、R_3N)连接输入电压U_i，各运放器的输出端均连接对应的降压电阻(分别为R₀₁、R₀₂、……、R_0N)的一端。运放器U₁₁的同相输入端通过对应的第一电阻R₁₁接地，同相输入端还通过对应的第二电阻R₂₁连接基准电压V_ref，反相输入端还通过对应的第四电阻R₄₁连接运放器U₁₁的输出端；类似的，运放器U_1N的同相输入端通过对应的第一电阻R_1N接地，同相输入端还通过对应的第二电阻R_2N连接基准电压V_ref，反相输入端还通过对应的第四电阻R_4N连接运放器U_1N的输出端。各个信号放大电路中所包括的各电阻的阻值会有不同，从而使信号放大电路的放大倍数不同。

各电压跟随电路均包括一个跟随器，分别为跟随器U₂₁、跟随器U₂₂、……、跟随器U_2N，各跟随器的同相输入端连接与各降压电阻(分别为R₀₁、R₀₂、……、R_0N)的另一端一一对应相连，各跟随器的反相输入端连接各跟随器的输出端，各跟随器的输出端还与各控制开关(分别为S₁、S₂、……、S_N)的一端一一对应相连，各控制开关的另一端均通过模数转换器U_k2连接至MCU的数字量输入端。各跟随器的输出端还直接与MCU的各模拟量输入端一一对应相连。

各降压电阻(分别为R₀₁、R₀₂、……、R_0N)的另一端均还通过一一对应的防反二极管(分别为D₁、D₂、……、D_N)均连接至MCU的供电使能端。防反二极管主要起防回流以及钳位作用。

译码器U_k1包括一个输入端和N个输出端，译码器的输入端与MCU的模拟量输出端相连，译码器的各输出端与各控制开关(分别为S₁、S₂、……、S_N)一一对应相连，以控制控制开关择一闭合。

其中，调节信号放大电路中各电阻的阻值可改变信号放大电路的放大倍数。经信号放大电路得到的电压信号U_j(j＝1、2、……N)可表示为：

对于第j路放大，R_1j、R_2j、R_3j、R_4j以及基准电压V_ref为定值，故：

V_j＝C_0j-C_1j*V_i

其中，

为常数；

为常数。

故通过调整R_1j、R_2j、R_3j、R_4j可以得到放大不同倍数后的电压信号。实际应用时，可根据应用条件，选择N的多少以及R_1j、R_2j、R_3j、R_4j的大小。

下面对该电流检测电路的工作原理进行说明。

采用分流器或者霍尔传感器，把采集的储能模块的电流信号转化为电压信号，即输入电压U_i，然后输入电压U_i会分别经过各信号放大电路、各降压电阻以及各防反二极管，产生电压信号，MCU的供电使能端有信号，MCU开始工作，然后输入电压U_i便会分别经过各信号放大电路、各降压电阻以及各电压跟随电路进行信号放大、降压、以及电压跟随操作，以将最终得到的电压信号直接通过MCU的模拟量输入端口传输至MCU，MCU对这些电压信号先进行判断预处理，判断这些电压信号中的哪一个在设置的电压区间范围内，根据电压信号所在的电压区间范围，MCU输出信号给译码器U_k1，译码器U_k1控制与区间范围对应的控制开关闭合，从而使控制开关所在放大回路导通，并将该路最终得到的电压信号通过模数转换器U_k2得到更稳定的信号后传输至MCU的数字量输入端，并通过MCU转化为相应的电流。

需说明的是，这里的电压区间范围设置了N个，在判断最终得到的电压信号在哪个电压区间范围内时，必然有且只有一个最终得到的电压信号在某一个电压区间范围内，而不会出现多个最终得到的电压信号在多个电压区间范围内的情况出现。例如，N＝4时，此时经过信号放大电路后，得到电压信号分别为V₁、V₂、V₃、V₄，且V₁＞V₂＞V₃＞V₄，相应的MCU所接收到的电压分别为V’₁、V’₂、V’₃、V’₄(因V₁、V₂、V₃、V₄又经过了降压电阻会稍有衰减)，MCU判断V’₁、V’₂、V’₃、V’₄哪一个在V_k1～V_k2、V_k2～V_k3、V_k3～V_k4、或者V_k4～V_k5的范围内，若V’₁在V_k1～V_k2的范围内，则MCU通过译码器控制控制开关S₁闭合，最终得到的电压信号通过模数转换器U_k2传输至MCU，MCU把电压信号转化为电流信号输出。

下面结合图3，对上述划分的几个范围及划分依据进行简单说明。如图3所示，N＝4时，不同放大电路中的输出电压曲线交点为量程的分割点，V_k1～V_k2、V_k2～V_k3、V_k3～V_k4、V_k4～V_k5为4个输出电压曲线的量程，放大电压曲线1的量程为V_k1～V_k2，放大电压曲线2的量程为V_k2～V_k3，放大电压曲线3的量程为V_k3～V_k4，放大电压曲线4的量程为V_k4～V_k5。当输入电压为U_i时，与不同放大电路的放大电压曲线交点分别为a、b、c、d，由于只有交点a在曲线1的V_k1～V_k2范围内，b不在曲线2的V_k2～V_k3范围内，c不在曲线3的V_k3～V_k4范围内，d不在曲线4的V_k4～V_k5范围内，所以只有一个电压范围有效。

该检测电路，不论是检测小电流还是检测大电流，所通过的电路不同，保证了电流检测的精度，可以使电流在检测全量程范围内保障相同的精度，而且，可以根据实际需求选择分几级测量，使用比较灵活，为储能系统SOC估算提供可靠依据，为储能系统的安全运行提供了一定的保障。

本实施例中，选择开关模块采用N个控制开关实现，各控制开关的一端(图1中各控制开关的右端)相连构成选择开关模块的第N+1端，各选择开关的另一端(图1中各控制开关的左端)分别为选择开关模块的前N端，从而实现了选择开关模块的前N端中的任一端和第N+1端连通。作为其他实施方式，选择开关模块还可选用选择器开关，选择器开关如图2所示，左边的第N+1端与模数转换器相连，右边的第1端～第N端分别与各跟随器的输出端一一对应相连，也可实现选择开关模块需要实现的功能。

Claims (7)

1.一种电流检测电路，其特征在于，包括控制器、N个信号放大电路、选择开关模块和模数转换器，N≥2；各信号放大电路的放大倍数不同；

所述控制器包括一个数字量输入端和N个模拟量输入端；

选择开关模块包括N+1端，所述选择开关模块能够实现前N端中的任一端和第N+1端连通；

各信号放大电路的输入端均用于连接输入电压，所述输入电压为转化为电压信号的储能模块的电流信号；各信号放大电路的输出端与选择开关模块的前N端一一对应连接，各信号放大电路的输出端还与控制器的各模拟量输入端一一对应相连；选择开关模块的第N+1端通过模数转换器连接所述控制器的数字量输入端；

所述控制器控制连接所述选择开关模块，以实现选择开关模块的前N端中的任一端和第N+1端连通。

2.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括N个电压跟随电路，各电压跟随电路一一对应设置在各信号放大电路的输出端与选择开关模块的前N端之间。

3.根据权利要求2所述的电流检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括N个降压电阻，各降压电阻一一对应串设在各信号放大电路的输出端与各电压跟随电路的输入端之间。

4.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述选择开关模块包括N个控制开关，所述检测电路还包括译码器；各控制开关的一端相连构成所述第N+1端，各选择开关的另一端分别为前N端；所述译码器包括一个输入端和N个输出端，所述译码器的输入端与控制器的输出端相连，所述译码器的各输出端与各控制开关一一对应相连，以控制控制开关择一闭合。

5.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述控制器还包括供电使能端，所述检测电路还包括N个防反二极管，各防反二极管一一对应串置在各信号放大电路的输出端与控制器的供电使能端之间，且各防反二极管的阴极均与控制器的供电使能端相连。

6.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述信号放大电路包括一个运放器；运放器的同相输入端通过第一电阻接地，还通过第二电阻连接基准电压；运放器的反相输入端通过第三电阻用于连接所述输入电压，还通过第四电阻连接运放器的输出端。

7.根据权利要求2所述的电流检测电路，其特征在于，所述电压跟随电路包括一个跟随器，所述跟随器的同相输入端连接对应的信号放大电路的输出端，所述跟随器的反相输入端连接跟随器的输出端。

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