CN113030557A - 电流检测电路及电流检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明一个或多个实施例公开一种电流检测电路及电流检测方法，其中，电流检测电路包括：DC/DC开关变换器、负载、滤波器电路、放大电路以及处理器；所述滤波器电路连接于所述DC/DC开关变换器以及所述负载之间；所述滤波器电路包括电感、第一电容以及第二电容；其中，所述电感包括第一绕组、第二绕组以及第三绕组，所述第一绕组和所述第二绕组对称的绕制在环形磁芯上、所述第一绕组、所述第二绕组以及所述第三绕组尺寸相同、匝数相同，所述第三绕组设置于所述第二绕组一侧；所述第三绕组的同名端与所述放大电路的输入端相连，所述放大电路的输出端与所述处理器相连，该电流检测电路可有效降低电流检测成本。

Description

电流检测电路及电流检测方法

技术领域

本发明涉及电流检测技术领域，尤其涉及一种电流检测电路及电流检测方法。

背景技术

DC/DC开关变换器的控制方式包括恒压控制、恒流控制以及恒功率控制，无论采用哪种控制方式，输出电流检测都是DC/DC开关变换器设计的重要组成部分。在恒压控制中，输出电流检测可用于补偿输出负载调整率，也用于并机均流控制；在恒流控制中，输出电流是被控量，电流检测信号是反馈控制环路的核心组成；在恒功率控制中，输出功率是被控量，输出电流检测值是功率计算的重要参数。低成本、高效率、高功率密度是当前DC/DC开关变换器的主要设计目标。

目前，可在DC/DC开关变换器输出端的电流回路中串联接入电阻，通过检测电阻两端的电压信号和电阻值计算输出电流。但DC/DC开关变换器输出电流完全流过串联接入的检测电阻，在电阻上会产生损耗。损耗随着输出电流的增大会迅速增长，不利于提高DC/DC开关变换器的转换效率。并且，为了满足检测电阻的功率范围，会采用多个电阻并联的工作方式，以至于占用更多的PCB空间。此外，还可采用霍尔电流传感器采集电流信号，通过电阻将电流信号转换为电压信号，经运算放大器后接入处理器模拟量输入端。但该方式需要额外增加检测装置，增加了检测成本，并且也会占用更多的PCB空间，不利于提高DC/DC开关变换器功率密度指标。

发明内容

有鉴于此，本发明一个或多个实施例提供了一种电流检测电路及电流检测方法，可有效降低电流检测成本。

本发明一个或多个实施例提供了一种电流检测电路，包括：DC/DC开关变换器、负载、滤波器电路、放大电路以及处理器；所述滤波器电路连接于所述DC/DC开关变换器以及所述负载之间；所述滤波器电路包括电感、第一电容以及第二电容；其中，所述电感包括第一绕组、第二绕组以及第三绕组，所述第一绕组和所述第二绕组对称的绕制在环形磁芯上、所述第一绕组、所述第二绕组以及所述第三绕组尺寸相同、匝数相同，所述第三绕组设置于所述第二绕组一侧；所述第三绕组的同名端与所述放大电路的输入端相连，所述放大电路的输出端与所述处理器相连。

可选的，所述第一绕组、所述第二绕组以及所述环形磁芯构成共模电感。

可选的，所述DC/DC开关变换器的输出端与所述第一电容的两端相连，所述第一电容的第一端与所述第一绕组的同名端连接，所述第一电容的第二端与所述第二绕组的同名端连接；所述第二电容的两端与所述负载连接，所述第二电容的第一端与所述第一绕组的异名端连接，所述第二电容的第二端与所述第二绕组的异名端连接；所述第三绕组的异名端与所述第二绕组的异名端连接，所述第三绕组的同名端与所述放大电路的输入端连接。

可选的，所述处理器用于：根据所述第三绕组同名端电压的电压值以及所述第二绕组的等效电阻值计算开关电源输出电流的电流。

可选的，所述处理器用于：将所述电压值除以所述等效电阻值，得到所述开关电源输出电流的电流值。

本发明一个或多个实施例提供了一种电流检测方法，应用于上述任意一种电流检测电路，所述方法包括：获取所述第三绕组同名端电压的电压值；根据所述电压值以及所述第二绕组的等效电阻值计算开关电源输出电流的电流值。

可选的，所述方法还包括：在根据所述电压值以及所述第二绕组的等效电阻值计算开关电源输出电流的电流值之前，获取环境温度值；根据所述环境温度值计算所述第二绕组的等效电阻值。

可选的，根据所述环境温度值计算所述第二绕组的等效电阻值，包括：

通过如下公式计算所述第二绕组的等效电阻值：

R_{CU_T}＝(T-T₀)*K_CU*R_{CU_T0}；

其中，R_{CU_T}为所述第二绕组的等效电阻值，K_CU为电阻的温度系数，T为所述环境温度值，T₀为预设温度值，R_{CU_T0}为所述第二绕组在环境温度值为所述预设温度值时的等效电阻。

可选的，根据所述电压值以及所述第二绕组的等效电阻值计算开关电源输出电流的电流值，包括：将所述电压值除以所述等效电阻值，得到所述开关电源输出电流的电流值。

本发明一个或多个实施例的电流检测电路，设置有DC/DC开关变换器、负载、滤波器电路、放大电路以及处理器，其中，滤波器电路连接于DC/DC开关变换器以及所述负载之间，通过在滤波器电路中的电感中增加第三绕组，将该第三绕组的同名端通过放大电路与处理器相连，使得处理器可以获得该第三绕组的端电压，由于滤波器电路中的第一绕组、第二绕组以及第三绕组尺寸、匝数相同，故，第三绕组同名端的电压与第二绕组的等效电阻上的电压相等，所以基于第二绕组的等效电阻以及第三绕组同名端的电压即可计算出开关电源的输出电流。该电流检测电路无需外接电流检测装置，电路结构简单，且降低了检测成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1是根据本发明一个或多个实施例示出的一种电流检测电路的示意图；

图2是根据本发明一个或多个实施例示出的一种电流检测电路的示意图；

图3是根据本发明一个或多个实施例示出的一种电流检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是根据本发明一个或多个实施例示出的一种电流检测电路的示意图，如图1所示，该电路包括：

DC/DC开关变换器、负载、滤波器电路、放大电路以及处理器；其中，DC/DC开关变换器，也称DC/DC变换器(DC-DC converter)，是指在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置。

所述滤波器电路连接于所述DC/DC开关变换器以及所述负载之间；其中，为了减少共模信号对负载的干扰，滤波器电路中例如可以采用共模滤波器。

如图1所示，所述滤波器电路包括电感L_C、第一电容C1以及第二电容C2；其中，电感L_C例如可以是共模电感，电感L_C包括第一绕组1、第二绕组2以及第三绕组3；第一电容C1以及第二电容C2例如可以是差模电容。共模电感L_C对于共模信号可呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感，几乎不起作用。

其中，电感L_C的第一绕组1和所述第二绕组2对称的绕制在环形磁芯(例如，铁氧体环形磁芯)上、所述第一绕组1、所述第二绕组2以及所述第三绕组3的尺寸相同、匝数相同，所述第三绕组3设置于所述第二绕组2的一侧；

在本发明的一个或多个实施例中，所述第一绕组1、所述第二绕组2以及所述环形磁芯可构成共模电感。

所述第三绕组3的同名端与所述放大电路的输入端相连，所述放大电路的输出端与所述处理器相连，在图1中，处理器以单片机为例。需要说明的是，对于第一绕组1、第二绕组2以及第三绕组3来说，在图1中，标注有圆点的一端为绕组的同名端，未标注圆点的一端为绕组的异名端。

本发明一个或多个实施例的电流检测电路，设置有DC/DC开关变换器、负载、滤波器电路、放大电路以及处理器，其中，滤波器电路连接于DC/DC开关变换器以及所述负载之间，通过在滤波器电路中的电感中增加第三绕组，将该第三绕组的同名端通过放大电路与处理器相连，使得处理器可以获得该第三绕组的端电压，由于滤波器电路中的第一绕组、第二绕组以及第三绕组尺寸、匝数相同，故，第三绕组同名端的电压与第二绕组的等效电阻上的电压相等，所以基于第二绕组的等效电阻以及第三绕组同名端的电压即可计算出开关电源的输出电流。该电流检测电路无需外接电流检测装置，电路结构简单，且该电流检测电路可在不使用电流互感器等电流检测装置以及功率采样电阻的情况下，可以高效率、高功率密度的方式对开关电源输出的电流进行检测，降低了检测成本。

仍以图1所示的电流检测电路为例，所述DC/DC开关变换器的输出端与所述第一电容C1的两端相连，所述第一电容C1的第一端与所述第一绕组1的同名端连接，所述第一电容C1的第二端与所述第二绕组的同名端连接；所述第二电容C2的两端与所述负载连接，所述第二电容C2的第一端与所述第一绕组1的异名端连接，所述第二电容C2的第二端与所述第二绕组2的异名端连接；所述第三绕组3的异名端与所述第二绕组2的异名端连接，所述第三绕组3的同名端与所述放大电路的输入端连接。如图1所示，第三绕组3的同名端与电阻R1的一端连接，电阻R1、R2、R3、R4以及运算放大器U1构成反相放大电路，该反向放大电路用于将第三绕组3的同名端的电压信号放大至单片机的模拟输入电压范围后，将放大后的电压信号输出给单片机，使得单片机可基于该电压信号以及第二绕组的等效电阻计算开关电源的输出电流。

根据磁性元件损耗的类型，可将电感L_C的绕组等效成产生铁损的线圈与产生铜损的电阻串联，例如，等效后的电路可如图2所示。其中，L₁为第一绕组1的等效铁损线圈，R_CU1为第一绕组1的等效铜损电阻；L₂为第二绕组2的等效铁损线圈，R_CU2为第二绕组2的等效铜损电阻；L₃为第三绕组3的等效铁损线圈。其中，由于输出电流不流经L_C的第三绕组3，因此第三绕组3只有等效产生铁损的线圈L₃，没有产生铜损的电阻。

由于共模电感L_C的第一绕组1、第二绕组2和第三绕组3的匝数相同，并且在同一磁芯上具有相同的磁通变化率。故根据电磁感应定律可得出如下关系式：

e＝-NdΦ/dt；

上式中，e为绕组两端的感应电动势，N为绕组匝数，dΦ/dt为磁通变化率。

对于DC/DC开关变换器输出端的共模干扰源，L_C的第一绕组1、第二绕组2和第三绕组3产生大小相等的感应电动势，即V₁＝V₂＝V₃。输出电流流经R_CU1和R_CU2产生大小相等的压降，即V_CU1＝V_CU2。

其中，L_C第三绕组3同名端的电压为：

V₂+V_CU2-V₃＝V_CU2；

即L_C第三绕组3同名端的电压等于第二绕组2的等效铜损电阻上的压降V_CU2，即：

V_CU2＝R_CU2*Io；

上式中，Io为变换器输出电流的电流值，也即开关电源输出电流的电流值。

通过以上分析可知，通过检测L_C第三绕组3同名端的电压和测量第二绕组的等效铜损电阻R_CU2，即可得到开关电源输出电流的电流值。基于此，在本发明的一个或多个实施例中，所述处理器可用于：根据所述第三绕组3同名端电压的电压值以及所述第二绕组的等效电阻值计算电流值。

由于第三绕组3同名端的电压等于第二绕组2的等效电阻上的压降V_CU2，故，利用第三绕组3同名端的电压值替换V_CU2＝R_CU2*Io这个关系式中的V_CU2，即可计算得出开关电源输出电流的电流值，基于此，在本发明的一个或多个实施例中，处理器可用于：将所述电压值除以所述等效电阻值，得到所述开关电源输出电流的电流值。其中，第三绕组同名端的电压值可由放大电路输出给处理器，而第二绕组的等效电阻值可通过仪器，例如万用表测量后输出给处理器，或者，处理器还可根据预先设置的电阻参数、当前环境温度以及电阻的温度系数计算出当前环境温度下第二绕组的等效电阻的阻值。

本发明一个或多个实施例还提供了一种电流检测方法，该方法可应用于上述任意一种电流检测电路，该方法例如可以由上述电流检测电路中的处理器执行，图3是根据本发明一个或多个实施例示出的一种电流检测方法的流程图，如图3所示，该方法包括：

步骤301：获取所述第三绕组同名端电压的电压值；例如，可获取上述放大电路输出端输出的电压值，以图1所示的电流检测电路为例，可获取反向放大电路输出端I_OUT输出的电压值。

步骤302：根据所述电压值以及所述第二绕组的等效电阻值计算开关电源输出电流的电流值。

在步骤302中，可基于上文中推导出的公式根据第三绕组同名端电压的电压值以及第二绕组的等效电阻值计算开关电源输出电流的电流值，此处不再赘述。

在环境温度变化较大的应用场景中，第二绕组的等效电阻在不同环境温度下，其阻值也不同，基于此，为了提高电流检测精度，在本发明的一个或多个实施例中，在计算开关电流输出电流的电流值之前，可基于检测到的环境温度对第二绕组的等效电阻值进行实时校准，再基于校准后等效电阻值以及第三绕组同名端的电压计算开关电流输出电流的电流值。基于此，上述电流检测方法还可包括：在根据所述电压值以及所述第二绕组的等效电阻的电阻值计算开关电源输出电流的电流值之前，获取环境温度值，例如，可以利用温度检测电路对环境温度进行检测，得到环境温度值；根据所述环境温度值计算所述第二绕组的等效电阻值。

在本发明的一个或多个实施例中，根据所述环境温度值计算所述第二绕组的等效电阻值，可包括：

通过如下公式计算所述第二绕组的等效电阻值：

R_{CU_T}＝(T-T₀)*K_CU*R_{CU_T0}；

其中，R_{CU_T}为所述第二绕组的等效电阻值，K_CU为电阻的温度系数，T为所述环境温度值，T₀为预设温度值，R_{CU_T0}为所述第二绕组在环境温度值为所述预设温度值时的等效电阻。举例说明，其中，K_CU可以为铜阻的温度系数，预设温度可以为20℃，需要说明的是，预设温度例如可以是电路工作中，任何便于测量的温度值。

在本发明的一个或多个实施例中，根据所述电压以及所述第二绕组的等效电阻值计算开关电源输出电流的电流值可包括：将所述电压值除以所述等效电阻的阻值，得到所述开关电源输出电流的电流值。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电流检测电路，其特征在于，包括：

DC/DC开关变换器、负载、滤波器电路、放大电路以及处理器；

所述滤波器电路连接于所述DC/DC开关变换器以及所述负载之间；

所述滤波器电路包括电感、第一电容以及第二电容；

其中，所述电感包括第一绕组、第二绕组以及第三绕组，所述第一绕组和所述第二绕组对称的绕制在环形磁芯上、所述第一绕组、所述第二绕组以及所述第三绕组尺寸相同、匝数相同，所述第三绕组设置于所述第二绕组一侧；

所述第三绕组的同名端与所述放大电路的输入端相连，所述放大电路的输出端与所述处理器相连。

2.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述第一绕组、所述第二绕组以及所述环形磁芯构成共模电感。

3.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，

所述DC/DC开关变换器的输出端与所述第一电容的两端相连，所述第一电容的第一端与所述第一绕组的同名端连接，所述第一电容的第二端与所述第二绕组的同名端连接；

所述第二电容的两端与所述负载连接，所述第二电容的第一端与所述第一绕组的异名端连接，所述第二电容的第二端与所述第二绕组的异名端连接；

所述第三绕组的异名端与所述第二绕组的异名端连接，所述第三绕组的同名端与所述放大电路的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述处理器用于：

根据所述第三绕组同名端电压的电压值以及所述第二绕组的等效电阻值计算开关电源输出电流的电流。

5.根据权利要求4所述的电流检测电路，其特征在于，所述处理器用于：

将所述电压值除以所述等效电阻值，得到所述开关电源输出电流的电流值。

6.一种电流检测方法，其特征在于，应用于权利要求1至5任一项所述的电流检测电路，所述方法包括：

获取所述第三绕组同名端电压的电压值；

根据所述电压值以及所述第二绕组的等效电阻值计算开关电源输出电流的电流值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在根据所述电压值以及所述第二绕组的等效电阻值计算开关电源输出电流的电流值之前，获取环境温度值；

根据所述环境温度值计算所述第二绕组的等效电阻值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述环境温度值计算所述第二绕组的等效电阻值，包括：

通过如下公式计算所述第二绕组的等效电阻值：

R_{CU_T}＝(T-T₀)*K_CU*R_{CU_T0}；

其中，R_{CU_T}为所述第二绕组的等效电阻值，K_CU为电阻的温度系数，T为所述环境温度值，T₀为预设温度值，R_{CU_T0}为所述第二绕组在环境温度值为所述预设温度值时的等效电阻。

9.根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，根据所述电压值以及所述第二绕组的等效电阻值计算开关电源输出电流的电流值，包括：

将所述电压值除以所述等效电阻值，得到所述开关电源输出电流的电流值。

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