CN114487582B - 电流检测装置以及电流检测系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种电流检测装置以及电流检测系统。电流检测装置包括：采样模块、电压调整模块和数字处理模块，电压调整模块分别与采样模块、数字处理模块相连；采样模块用于与待测系统相连，并能够采集待测系统输出端的电压信号，并向电压调整模块发送电压信号；电压调整模块用于在接收到电压信号时，根据预设的参考电压和预设的放大倍数对电压信号进行调整，并向数字处理模块发送调整后的电压信号；数字处理模块用于根据调整后的电压信号和待测系统中的采样电阻的阻值，确定待测系统的电流。如此，该电流检测装置既可以对连接在地线上的采样电阻的电流进行检测也可以对连接在电源线上的采样电阻的电流进行检测。

Description

电流检测装置以及电流检测系统

技术领域

本公开涉及电流检测技术领域，具体地，涉及一种电流检测装置以及电流检测系统。

背景技术

在电源管理(如DC/DC(直流/直流)转换器、光伏优化器以及电池监控)、电机控制、电池阀控制等应用中，通常需要实时检测电流和计算剩余电量。相关技术中一般采用小电阻采样的方式来检测电流。示例地，根据采样的小电阻放在电源线或地线上，可以将电流检测电路分为输入电压为电源电压的高边电流检测和输入电压为地线电压的低边电流检测两种。

然而，输入电压为地线电压的低边电流检测方式不能用于输入电压为电源电压的高边电流检测，即，采集电阻放在电源线上的待测系统所采用的电流检测电路与采集电阻放在地线上的待测系统所采用的电流检测电路不同。如此，需要利用不同的电流检测电路对不同的待测系统进行检测，也就是说，在相关技术中，针对采样电阻位置不同的待测系统，需要采用不同的电流检测电路，从而导致电流检测方式较为复杂，电流检测的效率较低。

发明内容

本公开的目的是提供一种电流检测装置以及电流检测系统，已解决相关技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种电流检测装置，包括：采样模块、电压调整模块和数字处理模块，所述电压调整模块分别与所述采样模块、所述数字处理模块相连；

所述采样模块，用于与待测系统相连，并能够采集所述待测系统输出端的电压信号，并向所述电压调整模块发送所述电压信号；

所述电压调整模块，用于在接收到所述电压信号时，根据预设的参考电压和预设的放大倍数对所述电压信号进行调整，并向所述数字处理模块发送调整后的电压信号；

所述数字处理模块，用于根据调整后的电压信号和所述待测系统中的采样电阻的阻值，确定所述待测系统的电流。

可选地，所述采样模块包括采样开关和采样电容，所述采样开关分别与所述采样电容和所述待测系统输出端相连；

所述采样电容，用于在所述采样开关处于闭合状态时采集所述待测系统输出端的电压信号。

可选地，所述待测系统输出端包括第一输出端和第二输出端，所述采样开关包括第一开关和第二开关；

其中，所述第一开关分别与所述第一输出端和所述采样电容的第一端相连，所述第二开关分别与所述第二输出端和所述采样电容的第二端相连；

所述采样电容，用于在所述第一开关和所述第二开关处于闭合状态时采集所述第一输出端和所述第二输出端之间的电压差。

可选地，所述电压调整模块包括：第三开关、第四开关、第一保持电容和第一运算放大器；

其中，所述第三开关分别与所述采样电容的第一端和所述第一运算放大器的反相输入端相连，所述第四开关分别与所述采样电容的第二端和所述第一运算放大器的同相输入端相连，所述第一保持电容分别与所述第一运算放大器的反相输入端和所述第一运算放大器的输出端相连，所述第一运算放大器的同相输入端还用于输入所述预设的参考电压；

所述第一运算放大器，用于在所述采样开关处于断开状态且所述第三开关和所述第四开关处于闭合状态的情况下，根据所述采样电容与所述第一保持电容的电容比值、所述预设的参考电压对所述电压信号表征的电压值进行调整并输出。

可选地，所述电压调整模块还包括：第五开关，所述第五开关分别与所述第一运算放大器的反相输入端和所述第一运算放大器的输出端相连；

所述第一保持电容，用于在所述第五开关处于闭合状态时向所述第一运算放大器释放电荷。

可选地，所述电流检测装置还包括时钟生成模块，所述时钟生成模块用于生成两相非交叠时钟信号；

其中，在所述两相非交叠时钟中的第一时钟信号处于高电平时所述采样开关和所述第五开关处于闭合状态，以及，在所述两相非交叠时钟中的第二时钟信号处于高电平时所述第三开关和所述第四开关处于闭合状态。

可选地，所述电流检测装置还包括保持模块；

所述保持模块分别与所述电压调整模块和所述数字处理模块相连，用于在所述采样电容将电荷完全转移至所述第一保持电容时记录所述电压调整模块输出的电压信号，并在所述第一保持电容向所述第一运算放大器释放电荷时向所述数字处理模块输出所记录的电压信号。

可选地，所述保持模块包括第六开关、第二保持电容和第二运算放大器；

其中，第六开关分别与所述第一运算放大器的输出端、所述第二保持电容的第一端相连，所述第二保持电容的第二端接地；

所述第二运算放大器的同相输入端与所述第二保持电容的第一端相连，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二运算放大器的输出端相连。

可选地，所述时钟生成电路还用于生成第三时钟信号，所述第三时钟信号在所述第二时钟信号由低电平转换至高电平后的预设时长后由低电平转换至高电平，以及，在所述第三时钟信号为所述高电平时所述第六开关处于闭合状态；

其中，所述预设时长是根据所述采样电容将电荷完全转移至所述第一保持电容的时长确定的。

本公开第二方面提供一种电流检测系统，包括：待测系统和本公开第一方面任一项所述的电流检测装置；

其中，所述待测系统为用于低边小电阻电流检测的待测系统、用于高边小电阻电流检测的待测系统、用于低边开关管电流检测的待测系统、用于高边开关管电流检测的待测系统中的至少一者。

通过上述技术方案，对所采集到的待测系统输出端的电压进行放大和平移，使得平移后的电压不以地电压或电源电压为中心，如此，该电流检测装置既可以对连接在地线上的采样电阻的电流进行检测也可以对连接在电源线上的采样电阻的电流进行检测。此外，还可以较好的实现对电流的双向检测。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。

图1是根据一示例性实施例示出的一种电流检测装置的框图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种电流检测装置的示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种用于低边小电阻电流检测的待测系统的示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种用于高边小电阻电流检测的待测系统的示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的一种用于低边开关管电流检测的待测系统的示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的一种用于高边开关管电流检测的待测系统的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

如背景技术所言，相关技术中用于检测连接在地线上的采样电阻的电流的检测方式不能应用到检测连接在电源线上的采样电阻的电流，从而导致电流检测方式较为复杂，电流检测的效率较低。

有鉴于此，本公开提供一种电流检测装置以及电流检测系统，以实现既可以对连接在地线上的采样电阻的电流进行检测也可以对连接在电源线上的采样电阻的电流进行检测，此外，该电流检测装置还可以实现双向电流的检测。

图1是根据一示例性实施例示出的一种电流检测装置的框图。如图1所示，该电流检测装置100可以包括采样模块101、电压调整模块102和数字处理模块103。其中，电压调整模块102分别与采样模块101、数字处理模块103相连。

其中，采样模块101用于与待测系统200相连，并能够采集待测系统200输出端的电压信号，并向电压调整模块102发送电压信号。电压调整模块102用于在接收到该电压信号时根据预设的参考电压和预设的放电倍数对电压信号进行调整，并向数字处理模块103发送调整后的电压信号。

值的说明的是，连接在地线上的采样电阻两端的电压差较小，连接在电源线上的采样电阻两端的电压差较大，为了使采样模块101既可以采集连接在地线上的采样电阻两端的较小电压差也可以采集到连接在电源线上的采样电阻两端的较大电压差，图1中的采样模块101的电压采集范围应较大，以使连接在电源线上的采样电阻两端的电压差、以及连接在电源线上的采样电阻两端的电压差均位于其电压采集范围内。

此外，电压调整模块102在接收到电压信号时可以根据预设的放大倍数对电压信号所表征的电压值进行放大，之后，再根据预设的参考电压对放大后的电压值进行平移，如此，使得平移后的电压不以地电压或电源电压为中心，因此，既可以对连接在地线上的采样电阻的电流进行检测也可以对连接在电源线上的采样电阻的电流进行检测。此外，由于平移后的电压不以地电压或电源电压为中心，还可以较好的实现对电流的双向检测。

采用上述技术方案，对所采集到的待测系统输出端的电压进行放大和平移，使得平移后的电压不以地电压或电源电压为中心，如此，该电流检测装置既可以对连接在地线上的采样电阻的电流进行检测也可以对连接在电源线上的采样电阻的电流进行检测。此外，还可以较好的实现对电流的双向检测。

在一种可能的方式中，图1所示的采样模块101可以包括采样开关和采样电容，其中，采样开关分别与采样电容和待测系统200输出端相连。该采样电容在采样开关处于闭合状态时采集待测系统200输出端的电压信号。

示例地，如图2所示，待测系统200输出端包括第一输出端和第二输出端，其中，第一输出端为输出正端，例如图2中的Isense_P端，第二输出端为输出负端，例如图2中的Isense_N端。相应地，采样开关包括第一开关和第二开关。第一开关分别与第一输出端和采样电容的第一端相连，第二开关分别与第二输出端和采样电容的第二端相连。采样电容用于在第一开关和第二开关处于闭合状态时采集第一输出端和第二输出端之间的电压差。

如图2所示，第一开关S1的左端与待测系统200的Isense_P端相连，右端与采样电容C1的第一端相连，第二开关S2的左端与待测系统200的Isense_N端相连，右端与采样电容C1的第二端相连。这样，采样电容C1在第一开关S1和第二开关S2闭合的情况下采集Isense_P端与Isense_N端之间的电压差。其中，Isense_P端与Isense_N端之间的电压差记为待测系统200中采样电阻两端的电压差。

此外，电压调整模块102可以包括第三开关、第四开关、第一保持电容和第一运算放大器。第三开关分别与采样电容的第一端和第一运算放大器的反相输入端相连，第四开关分别与采样电容的第二端和第一运算放大器的同相输入端相连，第一保持电容分别与第一运算放大器的反相输入端和第一运算放大器的输出端相连，第一运算放大器的同相输入端还用于输入预设的参考电压。

示例地，如图2所示，第三开关S3的左端与采样电容C1的第一端相连，右端与第一运算放大器A1的反相输入端相连，第四开关S4的左端与采样电容C1的第二端相连，右端与第一运算放大器A1的同相输入端相连。第一保持电容C2的一端与第一运算放大器A1的反相输入端相连，另一端与第一运算放大器A1的输出端相连。

在一种实施例中，如图2所示，电流检测装置100可以包括参考电压生成模块104，该参考电压生成模块104与第一运算放大器A1的同相输入端相连，且该参考电压生成模块104用于生成预设的参考电压VREF。

这样，第一运算放大器A1可以在第一开关S1、第二开关S2处于断开状态且第三开关S3和第四开关S4处于闭合状态的情况下，根据采样电容C1与第一保持电容C2的电容比值、预设的参考电压对电压信号表征的电压值进行调整并输出电压信号V_A1。示例地，第一运算放大器A1的输出电压V_A1＝VREF-(C1/C2)*(Isense_P-Isense_N)。

采用上述技术方案，电流检测装置的检测精度仅受参考电压VREF、采样电容C1与第一保持电容C2的电容比值影响，并且，参考电压VREF可以通过校准提高精度，以及采样电容C1与第一保持电容C2的电容比值在集成电路中也可以精确控制，因此，在利用本公开所提供的电流检测装置的对待测系统的电流进行检测时，可以有效提高电流检测的精度。

此外，考虑到在第一开关S1、第二开关S2处于断开状态，第三开关S3和第四开关S4处于闭合状态时，采样电容C1上的电荷会转移到第一保持电容C2上，即，在下一个采样周期内，第一保持电容C2的电荷量不为零，因此，在本公开中，在采样电容C1将电荷转移到第一保持电容C2之前，需要清空第一保持电容C2所携带的电荷。示例地，如图2所示，电压调整模块102还可以包括第五开关S5，其中，第五开关S5分别与第一运算放大器A1的反相输入端和第一运算放大器A1的输出端相连，这样，在第五开关S5处于闭合状态时，第一保持电容C2向第一运算放大器A1释放电荷。

示例地，可以在采样电容C1采集待测系统200输出端电压信号时释放第一保持电容C2上携带的电荷。即，在第一开关S1和第二开关S2闭合时控制第五开关S5也闭合，以及控制第三开关S3、第四开关S4断开。

为了实现各个开关的工作状态如上所述，在本公开中，电流检测装置100还可以包括时钟生成模块105。该时钟生成模块105用于生成两相非交叠时钟信号。值的说明的是，两相非交叠时钟信号中的第一时钟信号为高电平时，两相非交叠时钟信号中的第二时钟信号为低电平，第一时钟信号为低电平时第二时钟信号为高电平。因此，在本公开中，可以设置两相非交叠时钟信号中的其中一个时钟信号驱动第一开关S1、第二开关S2和第五开关S5，另一个时钟信号驱动第三开关S3和第四开关S4。

示例地，以第一时钟信号驱动第一开关S1、第二开关S2和第五开关S5，第二时钟信号驱动第三开关S3和第四开关S4为例进行说明。在图2中，时钟生成模块105生成的第一时钟信号PH1驱动第一开关S1、第二开关S2和第五开关S5的闭合和断开，以及，生成的第二时钟信号PH2驱动第三开关S3和第四开关S4的闭合和断开。这样，当第一开关S1、第二开关S2和第五开关S5处于闭合状态时，第三开关S3和第四开关S4就会处于断开状态，以及，当第一开关S1、第二开关S2和第五开关S5处于断开状态时，第三开关S3和第四开关S4就会处于闭合状态。

值的说明的是，可以设置时钟信号为高电平时受该时钟信号驱动的开关闭合，以及时钟信号为低电平时受该时钟信号驱动的开关断开。即，在第一时钟信号PH1处于高电平时第一开关S1、第二开关S2和第五开关S5处于闭合状态，以及，在第二时钟信号PH2处于高电平时第三开关S3和第四开关S4处于闭合状态。

值的说明的是，当第一时钟信号PH1为高电平、第二时钟信号PH2为低电平时，第五开关S5闭合，第一保持电容C2向第一运算放大器A1释放电荷，此时，第一运算放大器A1输出端输出的电压为参考电压VREF，而不是对待测系统200输出端电压进行放大平移后的电压。即，在第一保持电容C2向第一运算放大器A1释放电荷期间，第一运算放大器A1输出端输出的电压与待测系统200输出端的电压无关，从而无法对待测系统200的电流进行检测。

为了解决这一问题，在一种实施例中，该电流检测装置100还包括保持模块106。该保持模块106分别与电压调整模块102和所述数字处理模块103相连，用于在采样电容C1将电荷完全转移至第一保持电容C2时记录电压调整模块输出的电压信号，并在第一保持电容C2向第一运算放大器A1释放电荷时向数字处理模块输出所记录的电压信号。

示例地，如图2所示，该保持模块106可以包括第六开关S6、第二保持电容C3和第二运算放大器A2。其中，第六开关S6的左端与第一运算放大器A1的输出端相连，右端与第二保持电容C3的第一端相连，第二保持电容C3的第二端接地。第二运算放大器A2的同相输入端与第二保持电容C3的第一端相连，第二运算放大器A2的反相输入端与第二运算放大器A2的输出端相连。

如图2所示，时钟生成电路105还用于生成用于驱动第六开关S6的第三时钟信号PH2_Sample。第三时钟信号PH2_Sample在第二时钟信号PH2由低电平转换至高电平的预设时长后由低电平转换至高电平，以驱动第六开关S6闭合。其中，预设时长是根据采样电容将电荷完全转移至第一保持电容的时长确定的。例如，预设时长为采样电容将电荷完全转移至第一保持电容的时长。

如图2所示，在采样电容C1将电荷完全转移至第一保持电容C2时控制第六开关S6闭合，第一运算放大器A1对第二保持电容C3进行充电，使得第二保持电容C3的电压与第一运算放大器A1输出的电压相同，即，利用第二保持电容C3记录第一运算放大器A1输出的电压信号V_A1。同时，由于第六开关S6闭合，第二运算放大器A2输出端输出的电压信号与第一运算放大器A1输出的电压信号相同。

这样，在下个周期内第一保持电容C2向第一运算放大器A1释放电荷时，第六开关S6处于断开状态，第二运算放大器A2输出端输出的电压即为第二保持电容C3的电压，即，在第一保持电容C2向第一运算放大器A1释放电荷期间，第二运算放大器A2输出端输出的电压仍为对待测系统200输出端电压进行放大平移后的电压。因此，在整个周期内，无论第一时钟信号PH1为高电平还是低电平，第二运算放大器A2输出端输出的电压仍为对待测系统200输出端电压进行放大平移后的电压。这样，在基于第二运算放大器A2输出端输出的电压对待测系统200的电流进行检测时，进一步提高了对电流检测的效率。

基于同一发明构思，本公开还提供一种电流检测系统，该电流检测系统包括待测系统和本公开所提供的电流检测装置。其中，该待测系统为用于低边小电阻电流检测的系统、用于高边小电阻电流检测的系统、用于低边开关管电流检测的系统、用于高边开关管电流检测的系统中的至少一者。

图3是根据一示例性实施例示出的一种用于低边小电阻电流检测的待测系统的示意图。如图3所示，在该待测系统200中采样电阻R_sense的一端与负载连接，另一端接地。图4是根据一示例性实施例示出的一种用于高边小电阻电流检测的待测系统的示意图。如图4所示，在该待测系统200中采样电阻R_sense的一端与电压源相连，另一端与负载连接。在图3和图4中，采样电阻R_sense两端的电压差Isense_P-Isense_N为待测系统200的待测电流转换的待测电压信号，即，图1中采样模块101所采集的电压信号。

图5是根据一示例性实施例示出的一种用于低边开关管电流检测的待测系统的示意图。如图5所示，待测系统200可以为DCDC电压源或光伏优化器系统，控制器控制上开关管N1和下开关管N2的占空比，下开关管N2两端的电压差Isense_P-Isense_N为待测系统200的待测电流转换的待测电压信号，即，图1中采样模块101所采集的电压信号。

图6是根据一示例性实施例示出的一种用于高边开关管电流检测的待测系统的示意图。如图6所示，待测系统200可以为DCDC电压源或光伏优化器系统中，控制器控制上开关管N1和下开关管N2的占空比，上开关管N1两端的电压差Isense_P-Isense_N为待测系统200的待测电流转换的待测电压信号，即，图1中采样模块101所采集的电压信号。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (6)

1.一种电流检测装置，其特征在于，包括：采样模块、电压调整模块和数字处理模块，所述电压调整模块分别与所述采样模块、所述数字处理模块相连；

所述采样模块，用于与待测系统相连，并能够采集所述待测系统输出端的电压信号，并向所述电压调整模块发送所述电压信号，其中，所述待测系统为用于低边小电阻电流检测的待测系统、用于高边小电阻电流检测的待测系统、用于低边开关管电流检测的待测系统、用于高边开关管电流检测的待测系统中的至少一者；

所述电压调整模块，用于在接收到所述电压信号时，根据预设的参考电压和预设的放大倍数对所述电压信号进行调整，并向所述数字处理模块发送调整后的电压信号；

所述数字处理模块，用于根据调整后的电压信号和所述待测系统中的采样电阻的阻值，确定所述待测系统的电流；

所述采样模块包括采样开关和采样电容，所述采样开关分别与所述采样电容和所述待测系统输出端相连；

所述采样电容，用于在所述采样开关处于闭合状态时采集所述待测系统输出端的电压信号；

所述电压调整模块包括：第三开关、第四开关、第一保持电容和第一运算放大器；

其中，所述第三开关分别与所述采样电容的第一端和所述第一运算放大器的反相输入端相连，所述第四开关分别与所述采样电容的第二端和所述第一运算放大器的同相输入端相连，所述第一保持电容分别与所述第一运算放大器的反相输入端和所述第一运算放大器的输出端相连，所述第一运算放大器的同相输入端还用于输入所述预设的参考电压；

所述第一运算放大器，用于在所述采样开关处于断开状态且所述第三开关和所述第四开关处于闭合状态的情况下，根据所述采样电容与所述第一保持电容的电容比值、所述预设的参考电压对所述电压信号表征的电压值进行调整并输出；

所述电压调整模块还包括：第五开关，所述第五开关分别与所述第一运算放大器的反相输入端和所述第一运算放大器的输出端相连；

所述第一保持电容，用于在所述第五开关处于闭合状态时向所述第一运算放大器释放电荷；

所述电流检测装置还包括时钟生成模块，所述时钟生成模块用于生成两相非交叠时钟信号；

其中，在所述两相非交叠时钟中的第一时钟信号处于高电平时所述采样开关和所述第五开关处于闭合状态，以及，在所述两相非交叠时钟中的第二时钟信号处于高电平时所述第三开关和所述第四开关处于闭合状态。

2.根据权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，所述待测系统输出端包括第一输出端和第二输出端，所述采样开关包括第一开关和第二开关；

其中，所述第一开关分别与所述第一输出端和所述采样电容的第一端相连，所述第二开关分别与所述第二输出端和所述采样电容的第二端相连；

所述采样电容，用于在所述第一开关和所述第二开关处于闭合状态时采集所述第一输出端和所述第二输出端之间的电压差。

3.根据权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，所述电流检测装置还包括保持模块；

所述保持模块分别与所述电压调整模块和所述数字处理模块相连，用于在所述采样电容将电荷完全转移至所述第一保持电容时记录所述电压调整模块输出的电压信号，并在所述第一保持电容向所述第一运算放大器释放电荷时向所述数字处理模块输出所记录的电压信号。

4.根据权利要求3所述的电流检测装置，其特征在于，所述保持模块包括第六开关、第二保持电容和第二运算放大器；

其中，第六开关分别与所述第一运算放大器的输出端、所述第二保持电容的第一端相连，所述第二保持电容的第二端接地；

所述第二运算放大器的同相输入端与所述第二保持电容的第一端相连，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二运算放大器的输出端相连。

5.根据权利要求4所述的电流检测装置，其特征在于，所述时钟生成电路还用于生成第三时钟信号，所述第三时钟信号在所述第二时钟信号由低电平转换至高电平后的预设时长后由低电平转换至高电平，以及，在所述第三时钟信号为所述高电平时所述第六开关处于闭合状态；

其中，所述预设时长是根据所述采样电容将电荷完全转移至所述第一保持电容的时长确定的。

6.一种电流检测系统，其特征在于，包括：待测系统和如权利要求1-5中任一项所述的电流检测装置；

其中，所述待测系统为用于低边小电阻电流检测的待测系统、用于高边小电阻电流检测的待测系统、用于低边开关管电流检测的待测系统、用于高边开关管电流检测的待测系统中的至少一者。

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