CN113466524A - 电流测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电流测量装置和方法。所述装置包括：多个采样电阻串联形成的测量支路、与多个采样电阻一一对应的多个开关、第一运算放大器、第二运算放大器、第一模数转换器、第二模数转换器以及处理器。通过与采样电阻一一对应的开关来选择测量支路中的哪些采样电阻接入测量电路。通过更换闭合的开关，来改变测量支路的电阻值，进而切换电流测量的量程。处理器根据待测信号切换闭合的开关，在切换闭合的开关的过程中，根据第一模数转换器的测量值，确定待测电流值。该装置能够根据待测信号自动切换测量的量程，并且在切换量程的过程中保持对电流信号的测量。

Description

电流测量装置和方法

技术领域

本申请涉及电路测量技术领域，特别是涉及一种电流测量装置和方法。

背景技术

随着电子电路技术的发展，人们对于测量电流的连续性以及精确度的要求越来越高。对于不同的电流信号，需要使用不同的量程去测量，以提高测量的准确度。

传统技术中，由人工根据待测电流信号，通过控制选择开关的动作来调节电流测量装置的量程。

然而，传统技术中调节量程的方案，无法自动切换电流测量装置的量程。并且，由于选择开关动作需要一定的时间，因此传统技术中的方案会导致电流的测量通道在选择开关动作的过程中出现断路，从而造成电流测量的中断和漏测，导致测量不准确。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够根据待测信号自动切换量程，并且在切换量程的过程中依旧保持对电流进行准确测量的电流测量装置和方法。

一种电流测量装置，所述装置包括：量程切换电路，包括一一对应的多个采样电阻和多个量程选择开关；多个采样电阻串联，位于两端的采样电阻分别为第一电阻和第二电阻，每个所述采样电阻靠近所述第一电阻或远离所述第二电阻的一端为第一端；每个所述量程选择开关的第一端与对应的采样电阻的第二端连接，所述多个量程选择开关的第二端连接在一起；所述多个量程选择开关中的至少一个闭合，所述第一电阻的第一端和所述多个量程选择开关的第二端为待测量电流信号在所述量程切换电路中的输入端和输出端；最大量程测量单元，包括连接的第一运算放大器和第一模数转换器；所述第一运算放大器分别连接所述第一电阻的第一端和第二端，用于测量所述待测量电流信号在所述第一电阻上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放；所述第一模数转换器用于对所述第一运算放大器缩放后的电压测量信号进行测量，得到第一电压值；可调量程测量单元，包括连接的第二运算放大器和第二模数转换器；所述第二运算放大器分别连接所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第二端，用于测量所述待测量电流信号在所述多个采样电阻上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放；所述第二模数转换器用于对所述第二运算放大器缩放后的电压测量信号进行测量，得到第二电压值；处理器，分别与所述第一模数转换器、所述多个量程选择开关的控制端和所述第二模数转换器连接，用于当所述第一电阻对应的量程选择开关闭合时，基于所述第一电压值，确定所述可调量程测量单元的目标量程，所述目标量程与所述多个量程选择开关中的一个对应，所述可调量程测量单元在所述目标量程对应的量程选择开关闭合时的测量量程为所述目标量程；在所述目标量程确定后的第一设定时长内，将所述目标量程对应的量程选择开关闭合；在所述目标量程确定后的第一设定时长和第二设定时长之间，将除了所述目标量程对应的量程选择开关之外的所有量程选择开关断开；在所述目标量程确定后的第二设定时长内，基于所述第一电压值，确定所述待测量电流信号对应的第一电流值并输出。

在其中一个实施例中，所述处理器用于，确定所述第一电流值在所述可调量程测量单元的各个测量量程中所占的比例；筛选出小于比例上限且大于比例下限的所述比例；将筛选出的所述比例中的最大比例对应的所述测量量程，确定为所述目标量程；其中，所述比例上限为，确定第二电流值是否超过所述可调量程测量单元的测量量程上限的判断基准，所述比例下限为，确定所述第二电流值是否低于所述可调量程测量单元的测量量程下限的判断基准，所述第二电流值为基于所述第二电压值确定的所述待测量电流信号对应的电流值。

在其中一个实施例中，所述处理器用于，当所述第一电流值在所述可调量程测量单元的第二大测量量程内时，基于所述第一电压值，确定所述可调量程测量单元的目标量程。

在其中一个实施例中，所述处理器用于，当第一时刻确定的所述第一电流值在所述可调量程测量单元的第二大测量量程外时，输出第一时刻确定的所述第一电流值；判断第二时刻确定的所述第一电流值是否在所述可调量程测量单元的第二大测量量程外；其中，所述第二时刻在所述第一时刻后。

在其中一个实施例中，所述处理器用于，确定所述第一电流值是否大于所述可调量程测量单元的第二大测量量程的上限值或小于所述可调量程测量单元的第二大测量量程的下限值；若所述第一电流值大于所述可调量程测量单元的第二大测量量程的上限值或小于所述可调量程测量单元的第二大测量量程的下限值，则确定所述第一电流值在所述可调量程测量单元的第二大测量量程外；若所述第一电流值小于所述可调量程测量单元的第二大测量量程的上限值且大于所述可调量程测量单元的第二大测量量程的下限值，则确定所述第一电流值在所述可调量程测量单元的第二大测量量程内

在其中一个实施例中，所述处理器用于，在所述目标量程确定后的第二设定时长外，基于所述第二电压值，确定所述待测量电流信号对应的第二电流值；当第一时刻确定的所述第二电流值在所述目标量程内，且所述目标量程为第一时刻的所述第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程时，输出第一时刻确定的所述第二电流值；判断第二时刻确定的所述第二电流值是否在所述目标量程外、或者所述目标量程是否为第二时刻的所述第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程；其中，所述第二时刻在所述第一时刻后。

在其中一个实施例中，所述处理器用于，当所述第二电流值在所述目标量程外，或者所述目标量程不是所述第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程时，将所述第一电阻对应的量程选择开关闭合。

在其中一个实施例中，所述处理器用于，确定所述第二电压值在所述第二模数转换器的测量量程中所占的比例；当所述第二电压值在所述第二模数转换器的测量量程中所占的比例在比例上限和比例下限之间时，确定所述第二电流值在所述可调量程测量单元的测量量程内；当所述第二电压值在所述第二模数转换器的测量量程中所占的比例大于所述比例上限或者小于比例下限时，确定所述第二电流值在所述可调量程测量单元的测量量程外。

在其中一个实施例中，所述处理器用于，当所述第二电压值逐渐增大时，将第一比例上限作为所述比例上限，第一比例下限作为所述比例下限；当所述第二电压值逐渐减小时，将第二比例上限作为所述比例上限，第二比例下限作为所述比例下限，所述第二比例上限小于所述第一比例上限，所述第二比例下限小于所述第一比例下限。

一种电流测量方法，所述方法包括：将待测量电流信号通过量程切换电路；所述量程切换电路包括一一对应的多个采样电阻和多个量程选择开关；多个采样电阻串联，位于两端的采样电阻分别为第一电阻和第二电阻，每个所述采样电阻靠近所述第一电阻或远离所述第二电阻的一端为第一端；每个所述量程选择开关的第一端与对应的采样电阻的第二端连接，所述多个量程选择开关的第二端连接在一起；所述第一电阻的第一端和所述多个量程选择开关的第二端为待测量电流信号在所述量程切换电路中的输入端和输出端；

将所述多个量程选择开关中的至少一个闭合；

通过第一运算放大器测量所述待测量电流信号在所述第一电阻上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放；

通过第一模数转换器对所述第一运算放大器缩放后的电压测量信号进行测量，得到第一电压值；所述第一运算放大器和所述第一模数转换器连接形成最大量程测量单元；

通过第二运算放大器测量所述待测量电流信号在所述多个采样电阻上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放；

通过第二模数转换器对所述第二运算放大器缩放后放大的电压信号进行测量，得到第二电压值；所述第二运算放大器和所述第二模数转换器连接形成可调量程测量单元；

当所述第一电阻对应的量程选择开关闭合时，基于所述第一电压值，确定所述可调量程测量单元的目标量程，所述目标量程与所述多个量程选择开关中的一个对应，所述可调量程测量单元在所述目标量程对应的量程选择开关闭合时的所述测量量程为目标量程；

在所述目标量程确定后的第一设定时长内，将所述目标量程对应的量程选择开关闭合；

在所述目标量程确定后的第一设定时长和第二设定时长之间，将除了所述目标量程对应的量程选择开关之外的所有量程选择开关断开；

在所述目标量程确定后的第二设定时长内，基于所述第一电压值，确定所述待测量电流信号对应的第一电流值并输出。

上述电流测量装置和方法，将一一对应的多个采样电阻和多个量程选择开关组成量程切换电路，多个采样电阻串联，位于两端的采样电阻分别为第一电阻和第二电阻，每个采样电阻靠近第一电阻或远离第二电阻的一端为第一端，每个量程选择开关的第一端与对应的采样电阻的第二端连接，多个量程选择开关的第二端连接在一起，多个量程选择开关中的至少一个闭合，第一电阻的第一端和多个量程选择开关的第二端为待测量电流信号的输入端和输出端。这样，待测量电流信号仅通过第一电阻和闭合的量程选择开关对应的采样电阻之间的采样电阻，闭合的量程选择开关对应的采样电阻和第二电阻之间的采样电阻被短路。通过选择不同的量程选择开关闭合，可以改变待测量电流信号通过的采样电阻数量，从而改变待测量电流信号通过的电阻大小，进而在待测量电流信号大小不同的情况下将待测量电流信号在多个采样电阻上形成的电压大小控制在测量单元的测量范围内，使得测量单元可以进行准确测量。

将第一运算放大器和第一模数转换器连接组成最大量程测量单元，第一运算放大器分别连接第一电阻的第一端和第二端，测量待测量电流信号在第一电阻上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放，第一模数转换器测量第一运算放大器缩放后的电压测量信号，得到第一电压值。由于最大量程测量单元仅测量第一电阻一个电阻上形成的电压，因此最大量程测量单元可以实现最大量程范围内的测量。

将第二运算放大器和第二模数转换器连接组成可调量程测量单元，第二运算放大器分别连接第一电阻的第一端和第二电阻的第二端，测量待测量电流信号在多个采样电阻上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放，第二模数转换器测量第二运算放大器缩放后的电压测量信号，得到第二电压值。由于多个采样电阻上形成的电压由闭合的量程选择开关决定，而闭合的量程选择开关可以根据待测量电流信号的大小进行选择，以将多个采样电阻上形成的电压控制在测量单元的测量范围内，因此可调量程测量单元的测量范围可以调整到与待测量电流信号匹配，实现一个小量程范围内的精确测量。

当第一电阻对应的量程选择开关闭合时，根据第一电压值，确定可调量程测量单元的目标量程，并在目标量程确定后的第一设定时长内将目标量程对应的量程选择开关闭合，在目标量程确定后的第一设定时长和第二设定时长之间，将除了目标量程对应的量程选择开关之外的所有量程选择开关断开，可以实现可调量程测量单元的测量量程的自动切换，并在切换测量量程的过程中确保多个量程切换开关在量程切换过程中至少有一个闭合，最大量程测量单元可以进行准确测量。在切换测量量程的过程中，可调量程测量单元测量得到的第二电压值不准确。在目标量程确定后的第二设定时长内，基于第一电压值，确定待测量电流信号对应的第一电流值并输出，可以在可调量程测量单元测量结果不准确的情况下依旧保持电流测量的连续性及准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，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他的附图。

图1为一个实施例中电流测量装置的结构示意图；

图2为一个实施例中电流测量装置的工作方式的流程图；

图3为一个实施例中量程切换过程中电流输出的流程图；

图4为一个实施例中电压逐渐变化的示意图；

图5为另一个实施例中电流测量装置的结构示意图；

图6为一个实施例中电流测量方法的流程示意图。

附图标记说明：

10-采样电阻，11-第一电阻，12-第二电阻，20-开关，21-第一短路开关，30-第一运算放大器，40-第一模数转换器，31-第二运算放大器，41-第二模数转换器，50-处理器。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

电流测量装置中的电流测量方法通常采用精密检测电阻加运算放大器的方式，已知电阻的阻值，通过测量电流流过电阻两端的电压，再通过欧姆定律I＝U/R，即可测出实际电流值。这种测量方法成本低、精度高、体积小。采用这种方法，要考虑到检测电阻受到功率参数、设计成本等因素的影响，所以需要根据测量电流大小来选择不同的检测电阻、形成不同的测量通道，来切换不同的量程。若当前测量量程和待测量电流信号不匹配，则会使得测量精度不高；或者在切换量程的过程中，有可能出现测量不准确的情况。基于以上原因，提供一种能够自动切换测量量程，并且在切换测量量程的过程中，依旧能保持对电流进行准确测量的电流测量装置和方法。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种电流测量装置，该装置包括一一对应的多个采样电阻10和多个量程选择开关20、第一运算放大器30、第一模数转换器40、第二运算放大器31、第二模数转换器41、处理器50。量程切换电路，包括一一对应的多个采样电阻10和多个量程选择开关20；多个采样电阻10串联，位于两端的采样电阻10分别为第一电阻11和第二电阻12，每个采样电阻10靠近第一电阻11或远离第二电阻12的一端为第一端；每个量程选择开关20的第一端与对应的采样电阻10的第二端连接，多个量程选择开关20的第二端连接在一起；多个量程选择开关20中的至少一个闭合，第一电阻11的第一端和多个量程选择开关20的第二端为待测量电流信号在量程切换电路中的输入端和输出端；最大量程测量单元，包括连接的第一运算放大器30和第一模数转换器40；第一运算放大器30分别连接第一电阻11的第一端和第二端，用于测量待测量电流信号在第一电阻11上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放；第一模数转换器40用于对第一运算放大器30缩放后的电压测量信号进行测量，得到第一电压值；可调量程测量单元，包括连接的第二运算放大器31和第二模数转换器41；第二运算放大器31分别连接第一电阻11的第一端和第二电阻12的第二端，用于测量待测量电流信号在多个采样电阻10上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放；第二模数转换器41用于对第二运算放大器31缩放后的电压测量信号进行测量，得到第二电压值；处理器50，分别与第一模数转换器40、多个量程选择开关20的控制端和第二模数转换器41连接。

如图2所示，处理器50用于执行如下步骤：

S200，当第一电阻对应的量程选择开关闭合时，基于第一电压值，确定可调量程测量单元的目标量程。

具体地，目标量程与多个量程选择开关中的一个对应，可调量程测量单元在目标量程对应的量程选择开关闭合时的测量量程为目标量程。

S210，在目标量程确定后的第一设定时长内，将目标量程对应的量程选择开关闭合。

S220，在目标量程确定后的第一设定时长和第二设定时长之间，将除了目标量程对应的量程选择开关之外的所有量程选择开关断开。

S230，在目标量程确定后的第二设定时长内，基于第一电压值，确定待测量电流信号对应的第一电流值并输出。

示例性地，多个采样电阻10中，从第一电阻11到第二电阻12，电阻值依次增大，第一电阻11的电阻值最小，第二电阻12的电阻值最大。

示例性地，量程选择开关20可以为开关管、继电器开关、单刀开关中的一种。

示例性地，第一运算放大器30和第二运算放大器31可以为通用运算放大器F003、F007、F030，高速运算放大器F051B、高精度运算放大器F714、高阻抗运算放大器CF072、低功耗运算放大器F010中的一种。

示例性地，第一模数转换器40和第二模数转换器41可以为ADC0808、AD7678、AD9221、AD9223、AD9220中的一种。

示例性地，处理器50可以为中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等中的一种。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器。

在本实施例中，将一一对应的多个采样电阻和多个量程选择开关组成量程切换电路，多个采样电阻串联，位于两端的采样电阻分别为第一电阻和第二电阻，每个采样电阻靠近第一电阻或远离第二电阻的一端为第一端，每个量程选择开关的第一端与对应的采样电阻的第二端连接，多个量程选择开关的第二端连接在一起，多个量程选择开关中的至少一个闭合，第一电阻的第一端和多个量程选择开关的第二端为待测量电流信号的输入端和输出端。这样，待测量电流信号仅通过第一电阻和闭合的量程选择开关对应的采样电阻之间的采样电阻，闭合的量程选择开关对应的采样电阻和第二电阻之间的采样电阻被短路。通过选择不同的量程选择开关闭合，可以改变待测量电流信号通过的采样电阻数量，从而改变待测量电流信号通过的电阻大小，进而在待测量电流信号大小不同的情况下将待测量电流信号在多个采样电阻上形成的电压大小控制在测量单元的测量范围内，使得测量单元可以进行准确测量。

将第一运算放大器和第一模数转换器连接组成最大量程测量单元，第一运算放大器分别连接第一电阻的第一端和第二端，测量待测量电流信号在第一电阻上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放，第一模数转换器测量第一运算放大器缩放后的电压测量信号，得到第一电压值。由于最大量程测量单元仅测量第一电阻一个电阻上形成的电压，因此最大量程测量单元可以实现最大量程范围内的测量。

将第二运算放大器和第二模数转换器连接组成可调量程测量单元，第二运算放大器分别连接第一电阻的第一端和第二电阻的第二端，测量待测量电流信号在多个采样电阻上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放，第二模数转换器测量第二运算放大器缩放后的电压测量信号，得到第二电压值。由于多个采样电阻上形成的电压由闭合的量程选择开关决定，而闭合的量程选择开关可以根据待测量电流信号的大小进行选择，以将多个采样电阻上形成的电压控制在测量单元的测量范围内，因此可调量程测量单元的测量范围可以调整到与待测量电流信号匹配，实现一个小量程范围内的精确测量。

当第一电阻对应的量程选择开关闭合时，根据第一电压值，确定可调量程测量单元的目标量程，并在目标量程确定后的第一设定时长内将目标量程对应的量程选择开关闭合，在目标量程确定后的第一设定时长和第二设定时长之间，将除了目标量程对应的量程选择开关之外的所有量程选择开关断开，可以实现可调量程测量单元的测量量程的自动切换，并在切换测量量程的过程中确保多个量程切换开关在量程切换过程中至少有一个闭合，最大量程测量单元可以进行准确测量。在切换测量量程的过程中，可调量程测量单元测量得到的第二电压值不准确。在目标量程确定后的第二设定时长内，基于第一电压值，确定待测量电流信号对应的第一电流值并输出，可以在可调量程测量单元测量结果不准确的情况下依旧保持电流测量的连续性及准确性。

在一个实施例中，如图3所示，处理器50用于执行如下步骤：

S300，闭合第一电阻对应的量程选择开关。

具体地，闭合第一电阻对应的量程选择开关后，最大量程测量单元可以对待测量电流信号进行准确测量，并基于得到的第一电压值确定出待测量电流信号对应的第一电流值。

S310，基于第一电压值，确定待测量电流信号对应的第一电流值，并判断第一电流值是否在可调量程测量单元的第二大测量量程内。若第一电流值在可调量程测量单元的第二大测量量程内，则执行步骤S330；若第一电流值在可调量程测量单元的第二大测量量程外，则执行步骤S320。

具体地，处理器50用于，确定第一电流值是否大于可调量程测量单元的第二大测量量程的上限值或小于可调量程测量单元的第二大测量量程的下限值；若第一电流值大于可调量程测量单元的第二大测量量程的上限值或小于可调量程测量单元的第二大测量量程的下限值，则确定第一电流值在可调量程测量单元的第二大测量量程外；若第一电流值小于可调量程测量单元的第二大测量量程的上限值且大于可调量程测量单元的第二大测量量程的下限值，则确定第一电流值在可调量程测量单元的第二大测量量程内。

S320，输出第一电流值。

具体地，在步骤S320执行后，执行步骤S310。即输出第一时刻确定的第一电流值后，判断第二时刻确定的第一电流值是否在可调量程测量单元的第二大测量量程外；其中，第二时刻在第一时刻后。

具体地，输出第一电流值之后，会接收到新的待测信号，此时可以重新判断当前最大量程测量单元测得的第一电流值是否在可调量程测量单元的第二大测量量程内，即执行步骤S320后，再次执行步骤S310。

具体地，若第一电流值在可调量程测量单元的第二大测量量程外，则代表第一电流值仅能使用最大量程测量单元或者可调量程测量单元的最大测量量程进行测量，则此时的第一电流值即为该电流测量装置可以测量出的最精确的数值，就不用再确定目标量程了，输出此时的第一电流值即可。

S330，基于第一电压值，确定可调量程测量单元的目标量程。

具体地，处理器50用于，确定第一电流值在可调量程测量单元的各个测量量程中所占的比例；筛选出小于比例上限且大于比例下限的比例；将筛选出的比例中的最大比例对应的测量量程，确定为目标量程；其中，比例上限为，确定第二电流值是否超过可调量程测量单元的测量量程上限的判断基准，比例下限为，确定第二电流值是否低于可调量程测量单元的测量量程下限的判断基准，第二电流值为基于第二电压值确定的待测量电流信号对应的电流值。

S340，在目标量程确定后的第一设定时长内，将目标量程对应的量程选择开关闭合。

S350，在目标量程确定后的第一设定时长和第二设定时长之间，将除了目标量程对应的量程选择开关之外的所有量程选择开关断开。

S360，在目标量程确定后的第二设定时长内，基于第一电压值，确定待测量电流信号对应的第一电流值并输出。

具体地，第二设定时长大于第一设定时长，使得在第一设定时长之后到第二设定时长之间，切换前和切换后的量程选择开关同时闭合，保证了电流测量的连续性。通过设置第一设定时长和第二设定时长，保证任意时刻都有至少一个量程选择开关闭合，使得电流的测量不中断。同时，第二设定时长也保证了量程选择开关切换的动作完全结束。

S370，在可调量程测量单元的目标量程确定后的第二设定时长外，基于第二电压值，确定待测量电流信号对应的第二电流值，并判断第二电流值是否在可调量程测量单元的目标量程内、以及目标量程是否为第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程。若第二电流值在可调量程测量单元的目标量程外，或者目标量程不是第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程，则执行步骤S300；若第二电流值在可调量程测量单元的目标量程内，并且目标量程为第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程，则执行步骤S380。

具体地，判断第二电流值是否在可调量程测量单元的目标量程外，包括如下步骤：将第二电流值和可调量程测量单元的测量量程的最小值的差值，除以可调量程测量单元的测量量程的最大值和最小值的差值，得到第二电流值在可调量程测量单元测量量程中所占的比例；当第二电流值在可调量程测量单元测量量程中所占的比例在比例上限和比例下限之间时，则确定第二电流值在可调量程测量单元的测量量程内；当第二电流值在可调量程测量单元的测量量程中所占的比例大于比例上限或者小于比例下限时，则确定第二电流值在可调量程测量单元的测量量程外。

判断目标量程是否为第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程，包括如下步骤：将第二电流值和可调量程测量单元的各个可测量第二电流值的测量量程的最小值的差值，分别除以对应的测量量程的最大值和最小值的差值，确定第二电流值在可调量程测量单元的各个可测量第二电流值的测量量程中所占的比例；若第二电流值在可调量程测量单元的各个可测量第二电流值的测量量程中所占的比例中的最大比例所对应的测量量程不是目标量程，则确定目标量程不是第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程；若第二电流值在可调量程测量单元的各个可测量第二电流值的测量量程中所占的比例中的最大比例所对应的测量量程是目标量程，则确定目标量程是第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程。

具体地，可调量程测量单元的可测量第二电流值的测量量程中，第二电流值所占的比例最大的测量量程，即为可测量第二电流值的最小测量量程。测量得到的第二电流值已经是电流测量装置可以测量出的最精确的数值。

S380，输出第二电流值。

具体地，在步骤S380执行后，执行步骤S370。即输出第一时刻确定的第二电流值后，判断第二时刻确定的第二电流值是否在目标量程内、以及目标量程是否为第二时刻测量得到的第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程。

在本实施例中，首先闭合第一电阻对应的量程选择开关，此时使用最大量程测量单元对待测量电流信号进行测量，得到第一电压值。然后基于第一电压值，确定待测量电流信号对应的第一电流值，并判断第一电流值是否在可调量程测量单元的第二大测量量程内。若第一电流值不在可调量程测量单元的第二大测量量程内，则代表第一电流值仅能使用最大量程测量单元或者可调量程测量单元的最大测量量程进行测量，则此时的第一电流值即为该电流测量装置可以测量出的最精确的数值，就不用再确定目标量程了，输出此时的第一电流值即可。然后接收下一时刻的待测量电流信号，重新判断下一时刻的待测量电流信号是否在可调量程测量单元的第二大测量量程内。

若第一电流值在可调量程测量单元的第二大测量量程内，则基于第一电流值，确定可调量程测量单元的目标量程。目标量程即为可调量程测量单元的所有测量量程中，能够测量第一电流值并且不超过量程范围的最小量程。从而实现对第一电流值的最精确的测量。

在确定目标量程后的第一设定时长内，控制目标量程对应的量程选择开关闭合，在第一设定时长和第二设定时长之间，将除了目标量程对应的量程选择开关之外的所有量程选择开关断开，在目标量程确定后的第二设定时长内，基于第一电压值，确定待测量电流信号对应的第一电流值并输出。从而使任意时刻都有至少一个量程选择开关闭合，使得电流的测量不中断，保证了电流测量的连续性。并且通过设定第二时长，确保量程选择开关切换的动作完全结束。并且在切换量程选择开关的过程中，输出第一电流值，保证了电流测量的不间断。

然后在目标量程确定后的第二设定时长外，基于第二电压值，确定待测量电流信号对应的第二电流值。判断第二电流值是否在可调量程测量单元的目标量程内，并且是否目标量程是否为第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程。若第二电流值在可调量程测量单元的目标量程外，或者目标量程不是第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程，则代表此时的第二电流值不准确，或者第二电流值还可以使用可调量程测量单元的更小的测量量程来进行测量，得到更加精确的数值，所以这种情况下就不输出此时的第二电流值，而是重新闭合第一电阻对应的量程选择开关。

若第二电流值在可调量程测量单元的目标量程内，并且目标量程是第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程，则代表此时测得的第二电流值已经是电流测量装置可以测量出的最精确的数值，所以输出第二电流值。

上述装置可以根据待测量电流信号自动将量程切换为，待测量电流信号不超过量程范围的最小量程，即该装置能够测量待测量电流信号的最精确的量程。从而可以根据待测量电流信号自动切换量程为最佳的测量量程，保证了测量的精确性，并且当多个量程选择开关在切换闭合的量程选择开关时，可调量程测量单元测量得到的第二电压值不准确，此时处理器根据第一电压值，确定待测量电流信号对应的电流值并输出，可以在可调量程测量单元测量结果不准确的情况下依旧保持电流测量的连续性及准确性。

示例性地，可调量程测量单元的最大测量量程与最大量程测量单元的测量量程相等，可调量程测量单元的第二大测量量程为，可调量程测量单元的多个测量量程中，仅次于最大测量量程的测量量程。

以图1为例，最大量程测量单元的测量量程对应的量程切换开关20，与第一电阻11对应的量程切换开关20相同。当第一电阻11对应的量程切换开关20闭合时，可调量程测量单元仅测量第一电阻11上形成的电压，待测量电流信号对应的电流值可以达到最大，即此时可调量程测量单元的测量量程为最大测量量程。

可调量程测量单元的第二大测量量程对应的量程切换开关20，与第一电阻11连接的采样电阻10对应的量程切换开关20相同。当第一电阻11连接的采样电阻10对应的量程切换开关20闭合时，可调量程测量单元测量第一电阻11和第一电阻11连接的采样电阻10上形成的电压，待测量电流信号对应的电流值可以达到第二大，即此时可调量程测量单元的测量量程为第二大测量量程。

假设最大量程测量单元的测量量程为5A，可调量程测量单元的测量量程包括5A档、3A档、1.5A档等，则可调量程测量单元的测量量程为5A挡，可调量程测量单元的测量量程为第二大测量量程为3A档。

在一个实施例中，处理器50还用于，当第二电压值逐渐增大时，将第一比例上限作为比例上限，第一比例下限作为比例下限；当第二电压值逐渐减小时，将第二比例上限作为比例上限，第二比例下限作为比例下限，第二比例上限小于第一比例上限，第二比例下限小于第一比例下限。

以图4为例，Vth1+表示第一比例上限，Vth0+表示第二比例上限，Vth0-表示第一比例下限，Vth1-表示第二比例下限。如图4所示，第一比例上限Vth1+大于第二比例上限Vth0+，第一比例下限Vth0-大于第二比例下限Vth1-。

图4中箭头代表电压的变化趋势，实线表示选择的比例上限或比例下限。

当第二电压值逐渐增大时，如图4中的左上图所示，选择第一比例上限Vth1+作为比例上限，如图4中的右下图所示，选择第一比例下限Vth0-作为比例下限。

当第二电压值逐渐减小时，如图4中的右上图所示，选择第二比例上限Vth0+作为比例上限，如图4中的左下图所示，选择第二比例下限Vth1-作为比例下限。

具体地，第二电压值逐渐增大是指，在设定时长内，下一时刻的第二电压值都大于上一时刻的第二电压值。第二电压值逐渐减小是指，在设定时长内，下一时刻的第二电压值都小于上一时刻的第二电压值。

示例性地，处理器50包括迟滞比较器，用于在电压值逐渐增大时，将处理器50的比例上限更改为第一比例上限，比例下限更改为第一比例下限，在电压值逐渐减小时，将处理器50的比例上限更改为第二比例上限，比例下限更改为第二比例下限。

示例性地，第一比例上限、第一比例下限、第二比例上限、第二比例下限，根据待测量电流信号的实际噪声值来确定。

在本实施例中，在电压值逐渐增大时，将处理器的比例上限更改为第一比例上限，比例下限更改为第一比例下限，在电压值逐渐减小时，将处理器的比例上限更改为第二比例上限，比例下限更改为第二比例下限。第一比例上限、第一比例下限、第二比例上限、第二比例下限根据实际的噪声值来确定。从而能够在模数转换器采集到的电压值有噪声时，通过迟滞宽度来覆盖住噪声所引起的电压波动，从而避免噪声对处理器判断第二模数转换器是否超过量程产生影响，避免处理器由于噪声的影响而频繁的更换选择输出的电流值，使得处理器输出的电流值更为稳定。

在一个实施例中，如图5所示，该装置还包括至少一个短路开关21。至少一个短路开关21与采样电阻10一一对应，第一端与对应的采样电阻10的第一端连接，第二端与第二运算放大器31与第二电阻12的第二端连接的输入端连接，用于在对应的量程选择开关20闭合时闭合。

在本实施例中，通过设置短路开关，在对应的采样电阻未接入测量支路中时，将采样电阻短路。从而避免采样电阻的线路寄生电容降低测量支路的线路带宽，使得测量的灵敏度更高。

在一个实施例中，如图6所示，提供了一种电流测量方法，该方法包括如下步骤：

S502，将待测量电流信号通过量程切换电路。

具体地，量程切换电路包括一一对应的多个采样电阻和多个量程选择开关；多个采样电阻串联，位于两端的采样电阻分别为第一电阻和第二电阻，每个采样电阻靠近第一电阻或远离第二电阻的一端为第一端；每个量程选择开关的第一端与对应的采样电阻的第二端连接，多个量程选择开关的第二端连接在一起；第一电阻的第一端和多个量程选择开关的第二端为待测量电流信号在量程切换电路中的输入端和输出端。

S504，将多个量程选择开关中的至少一个闭合。

S506，通过第一运算放大器测量待测量电流信号在第一电阻上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放。

S508，通过第一模数转换器对第一运算放大器缩放后的电压测量信号进行测量，得到第一电压值。第一运算放大器和第一模数转换器连接形成最大量程测量单元。

S510，通过第二运算放大器测量待测量电流信号在多个采样电阻上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放。

S512，通过第二模数转换器对第二运算放大器缩放后放大的电压信号进行测量，得到第二电压值。第二运算放大器和第二模数转换器连接形成可调量程测量单元

S514，当第一电阻对应的量程选择开关闭合时，基于第一电压值，确定可调量程测量单元的目标量程，目标量程与多个量程选择开关中的一个对应，可调量程测量单元在目标量程对应的量程选择开关闭合时的测量量程为目标量程。

S516，在目标量程确定后的第一设定时长内，将目标量程对应的量程选择开关闭合。

S518，在目标量程确定后的第一设定时长和第二设定时长之间，将除了目标量程对应的量程选择开关之外的所有量程选择开关断开。

S520，在目标量程确定后的第二设定时长内，基于第一电压值，确定待测量电流信号对应的第一电流值并输出。

在本实施例中，将一一对应的多个采样电阻和多个量程选择开关组成量程切换电路，多个采样电阻串联，位于两端的采样电阻分别为第一电阻和第二电阻，每个采样电阻靠近第一电阻或远离第二电阻的一端为第一端，每个量程选择开关的第一端与对应的采样电阻的第二端连接，多个量程选择开关的第二端连接在一起，多个量程选择开关中的至少一个闭合，第一电阻的第一端和多个量程选择开关的第二端为待测量电流信号的输入端和输出端。这样，待测量电流信号仅通过第一电阻和闭合的量程选择开关对应的采样电阻之间的采样电阻，闭合的量程选择开关对应的采样电阻和第二电阻之间的采样电阻被短路。通过选择不同的量程选择开关闭合，可以改变待测量电流信号通过的采样电阻数量，从而改变待测量电流信号通过的电阻大小，进而在待测量电流信号大小不同的情况下将待测量电流信号在多个采样电阻上形成的电压大小控制在测量单元的测量范围内，使得测量单元可以进行准确测量。

将第一运算放大器和第一模数转换器连接组成最大量程测量单元，第一运算放大器分别连接第一电阻的第一端和第二端，测量待测量电流信号在第一电阻上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放，第一模数转换器测量第一运算放大器缩放后的电压测量信号，得到第一电压值。由于最大量程测量单元仅测量第一电阻一个电阻上形成的电压，因此最大量程测量单元可以实现最大量程范围内的测量。

将第二运算放大器和第二模数转换器连接组成可调量程测量单元，第二运算放大器分别连接第一电阻的第一端和第二电阻的第二端，测量待测量电流信号在多个采样电阻上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放，第二模数转换器测量第二运算放大器缩放后的电压测量信号，得到第二电压值。由于多个采样电阻上形成的电压由闭合的量程选择开关决定，而闭合的量程选择开关可以根据待测量电流信号的大小进行选择，以将多个采样电阻上形成的电压控制在测量单元的测量范围内，因此可调量程测量单元的测量范围可以调整到与待测量电流信号匹配，实现一个小量程范围内的精确测量。

当第一电阻对应的量程选择开关闭合时，根据第一电压值，确定可调量程测量单元的目标量程，并在目标量程确定后的第一设定时长内将目标量程对应的量程选择开关闭合，在目标量程确定后的第一设定时长和第二设定时长之间，将除了目标量程对应的量程选择开关之外的所有量程选择开关断开，可以实现可调量程测量单元的测量量程的自动切换，并在切换测量量程的过程中确保多个量程切换开关在量程切换过程中至少有一个闭合，最大量程测量单元可以进行准确测量。在切换测量量程的过程中，可调量程测量单元测量得到的第二电压值不准确。在目标量程确定后的第二设定时长内，基于第一电压值，确定待测量电流信号对应的第一电流值并输出，可以在可调量程测量单元测量结果不准确的情况下依旧保持电流测量的连续性及准确性。

应该理解的是，虽然图2、图3、图6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2、图3、图6中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

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，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电流测量装置，其特征在于，所述装置包括：

量程切换电路，包括一一对应的多个采样电阻(10)和多个量程选择开关(20)；多个采样电阻(10)串联，位于两端的采样电阻(10)分别为第一电阻(11)和第二电阻(12)，每个所述采样电阻(10)靠近所述第一电阻(11)或远离所述第二电阻(12)的一端为第一端；每个所述量程选择开关(20)的第一端与对应的采样电阻(10)的第二端连接，所述多个量程选择开关(20)的第二端连接在一起；所述多个量程选择开关(20)中的至少一个闭合，所述第一电阻(11)的第一端和所述多个量程选择开关(20)的第二端为待测量电流信号在所述量程切换电路中的输入端和输出端；

最大量程测量单元，包括连接的第一运算放大器(30)和第一模数转换器(40)；所述第一运算放大器(30)分别连接所述第一电阻(11)的第一端和第二端，用于测量所述待测量电流信号在所述第一电阻(11)上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放；所述第一模数转换器(40)用于对所述第一运算放大器(30)缩放后的电压测量信号进行测量，得到第一电压值；

可调量程测量单元，包括连接的第二运算放大器(31)和第二模数转换器(41)；所述第二运算放大器(31)分别连接所述第一电阻(11)的第一端和所述第二电阻(12)的第二端，用于测量所述待测量电流信号在所述多个采样电阻(10)上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放；所述第二模数转换器(41)用于对所述第二运算放大器(31)缩放后的电压测量信号进行测量，得到第二电压值；

处理器(50)，分别与所述第一模数转换器(40)、所述多个量程选择开关(20)的控制端和所述第二模数转换器(41)连接，用于当所述第一电阻(11)对应的量程选择开关(20)闭合时，基于所述第一电压值，确定所述可调量程测量单元的目标量程，所述目标量程与所述多个量程选择开关(20)中的一个对应，所述可调量程测量单元在所述目标量程对应的量程选择开关(20)闭合时的测量量程为所述目标量程；在所述目标量程确定后的第一设定时长内，将所述目标量程对应的量程选择开关(20)闭合；在所述目标量程确定后的第一设定时长和第二设定时长之间，将除了所述目标量程对应的量程选择开关(20)之外的所有量程选择开关(20)断开；在所述目标量程确定后的第二设定时长内，基于所述第一电压值，确定所述待测量电流信号对应的第一电流值并输出。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器(50)用于，确定所述第一电流值在所述可调量程测量单元的各个测量量程中所占的比例；筛选出小于比例上限且大于比例下限的所述比例；将筛选出的所述比例中的最大比例对应的所述测量量程，确定为所述目标量程；其中，所述比例上限为，确定第二电流值是否超过所述可调量程测量单元的测量量程上限的判断基准，所述比例下限为，确定所述第二电流值是否低于所述可调量程测量单元的测量量程下限的判断基准，所述第二电流值为基于所述第二电压值确定的所述待测量电流信号对应的电流值。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器(50)用于，当所述第一电流值在所述可调量程测量单元的第二大测量量程内时，基于所述第一电压值，确定所述可调量程测量单元的目标量程。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器(50)用于，当第一时刻确定的所述第一电流值在所述可调量程测量单元的第二大测量量程外时，输出第一时刻确定的所述第一电流值；判断第二时刻确定的所述第一电流值是否在所述可调量程测量单元的第二大测量量程外；其中，所述第二时刻在所述第一时刻后。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述处理器(50)用于，确定所述第一电流值是否大于所述可调量程测量单元的第二大测量量程的上限值或小于所述可调量程测量单元的第二大测量量程的下限值；若所述第一电流值大于所述可调量程测量单元的第二大测量量程的上限值或小于所述可调量程测量单元的第二大测量量程的下限值，则确定所述第一电流值在所述可调量程测量单元的第二大测量量程外；若所述第一电流值小于所述可调量程测量单元的第二大测量量程的上限值且大于所述可调量程测量单元的第二大测量量程的下限值，则确定所述第一电流值在所述可调量程测量单元的第二大测量量程内。

6.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述处理器(50)用于，在所述目标量程确定后的第二设定时长外，基于所述第二电压值，确定所述待测量电流信号对应的第二电流值；当第一时刻确定的所述第二电流值在所述目标量程内，且所述目标量程为第一时刻确定的所述第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程时，输出第一时刻确定的所述第二电流值；判断第二时刻确定的所述第二电流值是否在所述目标量程内、并且所述目标量程是否为第二时刻确定的所述第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程；其中，所述第二时刻在所述第一时刻后。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理器(50)用于，当所述第二电流值在所述目标量程外，或者所述目标量程不是所述第二电流值的所有测量量程中的最小测量量程时，将所述第一电阻(11)对应的量程选择开关(20)闭合。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理器(50)用于，确定所述第二电压值在所述第二模数转换器(41)的测量量程中所占的比例；当所述第二电压值在所述第二模数转换器(41)的测量量程中所占的比例在比例上限和比例下限之间时，确定所述第二电流值在所述可调量程测量单元的测量量程内；当所述第二电压值在所述第二模数转换器(41)的当前测量量程中所占的比例大于所述比例上限或者小于比例下限时，确定所述第二电流值在所述可调量程测量单元的测量量程外。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述处理器(50)用于，当所述第二电压值逐渐增大时，将第一比例上限作为所述比例上限，第一比例下限作为所述比例下限；当所述第二电压值逐渐减小时，将第二比例上限作为所述比例上限，第二比例下限作为所述比例下限，所述第二比例上限小于所述第一比例上限，所述第二比例下限小于所述第一比例下限。

10.一种电流测量方法，其特征在于，所述方法包括：

将待测量电流信号通过量程切换电路；所述量程切换电路包括一一对应的多个采样电阻和多个量程选择开关；多个采样电阻串联，位于两端的采样电阻分别为第一电阻和第二电阻，每个所述采样电阻靠近所述第一电阻或远离所述第二电阻的一端为第一端；每个所述量程选择开关的第一端与对应的采样电阻的第二端连接，所述多个量程选择开关的第二端连接在一起；所述第一电阻的第一端和所述多个量程选择开关的第二端为待测量电流信号在所述量程切换电路中的输入端和输出端；

将所述多个量程选择开关中的至少一个闭合；

通过第一运算放大器测量所述待测量电流信号在所述第一电阻上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放；

通过第一模数转换器对所述第一运算放大器缩放后的电压测量信号进行测量，得到第一电压值；所述第一运算放大器和所述第一模数转换器连接形成最大量程测量单元；

通过第二运算放大器测量所述待测量电流信号在所述多个采样电阻上形成的电压，产生电压测量信号并进行缩放；

通过第二模数转换器对所述第二运算放大器缩放后放大的电压信号进行测量，得到第二电压值；所述第二运算放大器和所述第二模数转换器连接形成可调量程测量单元；

当所述第一电阻对应的量程选择开关闭合时，基于所述第一电压值，确定所述可调量程测量单元的目标量程，所述目标量程与所述多个量程选择开关中的一个对应，所述可调量程测量单元在所述目标量程对应的量程选择开关闭合时的所述测量量程为目标量程；

在所述目标量程确定后的第一设定时长内，将所述目标量程对应的量程选择开关闭合；

在所述目标量程确定后的第一设定时长和第二设定时长之间，将除了所述目标量程对应的量程选择开关之外的所有量程选择开关断开；

在所述目标量程确定后的第二设定时长内，基于所述第一电压值，确定所述待测量电流信号对应的第一电流值并输出。

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