CN117330805B - 一种用于电流检测的自动换档电路和电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种用于电流检测的自动换档电路和电流检测装置，涉及电流检测技术领域。自动换档电路包括电流采样电路和档位逻辑电路；电流采样电路包括开关电路、采样模块以及多个电压采样电路，采样模块包括串联的多个采样单元，电压采样电路与采样单元一一对应；电压采样电路用于采集对应的采样单元的档位电压并传输至档位逻辑电路；档位逻辑电路用于根据各采样单元的档位电压与开关电路的预设控制条件，生成用于从采样模块中选取接入电流检测回路的第一采样单元的控制信号发送至开关电路；开关电路用于根据控制信号，将第一采样单元接入电流检测回路。本发明可以自动切换不同的检测档位，适应多种电流采样场景中。

Description

一种用于电流检测的自动换档电路和电流检测装置

技术领域

本发明涉及电流检测技术领域，具体涉及一种用于电流检测的自动换档电路和电流检测装置。

背景技术

在汽车电子测试中，常常需要进行电流采样测量。比如，动态电流测量的一个可能应用场景是分析完整上电循环的连续测试，包括睡眠模式下的微漏电流、启动时的浪涌和冲击、工作时的高功耗和恢复到睡眠模式的过程。当前市场上的电流检测装置的电流测量范围都较小，无法覆盖多种电流采样场景，比如大功率的电机和电源等大电流的采样，以及微安uA级别信号的信号电流采样，且在某些测量场景下电流会发生突变，比如，对电机进行电流检测时，在电机工作异常（比如车轮堵转）时电流会突变，为满足异常工况下的电流测量，要求电流检测满足大量程范围。

为保证测量精度和支持大量程，需要可切换量程的电流检测装置。已有的量程可切换的电流检测装置，一般是手动去切换电流大小的档位，或者是通过软件控制档位切换。手动切换档位显然使用不便，且在无法确定被测电流范围时，不便于选择档位。软件控制可以实现档位自动切换，但是，在电流快速变化的采样场景下，通过微控制器进行档位切换时的延时较大，切换响应不够快，电路存在被烧毁的可能，无法精准、安全的进行动态电流测量。

发明内容

本发明的目的是提供了一种用于电流检测的自动换档电路和电流检测装置，可以根据电路检测回路中的电流自动切换不同的采样单元接入电流检测回路，也就是可以自动切换不同的检测档位，能够使用在多种电流采样场景中；对于电流变化太快的场景，可以快速切换量程，不至于损毁自身的采样电阻。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于电流检测的自动换档电路，包括：电流采样电路和档位逻辑电路；所述电流采样电路包括：开关电路、采样模块以及多个电压采样电路，所述采样模块包括串联的多个采样单元，所述开关电路与所述多个采样单元电连接，所述电压采样电路与所述采样单元一一对应，所述多个采样单元的阻值不同；所述电压采样电路用于在所述采样模块接入到电流检测回路时，采集对应的所述采样单元的档位电压并传输至所述档位逻辑电路；所述档位逻辑电路用于根据各所述采样单元的档位电压与所述开关电路的预设控制条件，生成用于从所述采样模块中选取接入所述电流检测回路的第一采样单元的控制信号发送至所述开关电路；所述开关电路用于根据所述控制信号，将所述第一采样单元接入所述电流检测回路。

本发明还提供了一种电流检测装置，包括：电流计算模块与上述的用于电流检测的自动换档电路，所述自动换档电路与所述电流计算模块连接；所述电流计算模块用于至少根据所述自动换档电路中接入电流检测回路的第一采样单元的档位电压，得到电流检测回路中的电流。

在一个实施例中，所述开关电路包括多个第一MOS管，所述第一MOS管的源极与漏极之间连接有至少一个所述采样单元，每个所述第一MOS管的栅极连接到所述档位逻辑电路；所述开关电路的预设控制条件包括各所述第一MOS管的导通条件和断开条件，所述第一MOS管用于在被控制断开时，使得连接在所述第一MOS管的源极与漏极之间的所述采样单元接入所述电流检测回路；所述第一MOS管用于在被控制闭合时，使得连接在所述第一MOS管的源极与漏极之间的所述采样单元不接入所述电流检测回路。

在一个实施例中，所述采样模块包括：依次串联且阻值依次减小的第一个采样单元至第N个采样单元，N为大于1的整数；所述第一MOS管的数量为N-1个；第M个所述第一MOS管的源极和漏极与串联的第一个采样单元至第M个采样单元并联，1≤M≤N-1。

在一个实施例中，每个采样单元对应一个电流检测的档位，所述档位逻辑电路包括多个开关判定电路，所述多个第一MOS管与所述多个开关判定电路一一对应；每个所述开关判定电路的两个输入端分别连接到两个目标电压采样电路的输出端，所述两个目标电压采样电路为连接到相邻两个档位的所述采样单元的两个所述电压采样电路，每个所述开关判定电路的输出端连接到对应的所述第一MOS管的栅极；所述开关判定电路用于在所述两个目标电压采样电路的输出的相邻两个档位的所述采样单元的档位电压满足对应的所述第一MOS管的预设断开条件时，生成用于控制对应的所述第一MOS管断开的控制信号并发送至对应的所述第一MOS管，在所述两个目标电压采样电路的输出的相邻两个档位的所述采样单元的档位电压满足对应的所述第一MOS管的预设导通条件时，生成用于控制对应的所述第一MOS管导通的控制信号并发送至对应的所述第一MOS管；所述档位逻辑电路用于根据各所述采样单元的档位电压与所述开关电路的预设控制条件，生成用于从所述采样模块中选取接入所述电流检测回路的第一采样单元的控制信号发送至所述开关电路，所述第一采样单元的数量至少为1个，所述第一采样单元中阻值最大的采样单元为取样单元。

在一个实施例中，多个第一MOS管与采样模块中阻值最小的采样单元以外的多个采样单元一一对应，所述第一MOS管的源极与漏极之间至少连接有所述第一MOS管所对应的采样单元，所述第一MOS管对应的开关判定电路所连接的两个目标电压采样电路为第二采样单元的电压采样电路和第三采样单元的电压采样电路，所述第二采样单元为所述第一MOS管对应的采样单元，所述第三采样单元为阻值小于第二采样单元且与所述第二采样单元档位相邻的采样单元，所述第一MOS管的预设断开条件为：第二采样单元的档位电压小于所述第一MOS管的预设上限阈值电压且第三采样单元的档位电压小于所述第一MOS管的预设下限阈值电压，所述第一MOS管的预设导通条件为：第二采样单元的档位电压大于所述第一MOS管的预设上限阈值电压且第三采样单元的档位电压大于所述第一MOS管的预设下限阈值电压。

在一个实施例中，每个所述开关判定电路包括：触发电路和两个比较器；在每个所述开关判定电路中，所述触发电路的两个输入端分别连接所述两个比较器的输出端，所述触发电路的输出端连接到对应的所述第一MOS管的栅极，所述两个比较器中的第一比较器的同相输入端用于接收所述第一MOS管的预设下限阈值电压，所述第一比较器的反相输入端连接到第三采样单元的电压采样电路的输出端，所述两个比较器中的第二比较器的同相输入端连接到第二采样单元的电压采样电路的输出端，所述第二比较器的反相输入端用于接收所述第一MOS管的预设上限阈值电压；所述第一比较器用于在所述第三采样单元的档位电压大于所述预设下限阈值电压时输出第一电平至所述触发电路，在所述第三采样单元的档位电压小于所述预设下限阈值电压时输出第二电平至所述触发电路；所述第二比较器用于在所述第二采样单元的档位电压大于所述预设上限阈值电压时输出第二电平至所述触发电路，在所述第二采样单元的档位电压小于所述预设上限阈值电压时输出第一电平至所述触发电路；所述触发电路用于：在所述第一比较器输出第二电平、所述第二比较器输出第一电平时，输出控制对应的所述第一MOS管断开的控制信号至对应的所述第一MOS管；在所述第一比较器输出第一电平、所述第二比较器输出第二电平时，输出用于控制对应的所述第一MOS管导通的控制信号至对应的所述第一MOS管。

在一个实施例中，所述第一电平为低电平、所述第二电平为高电平；每个所述触发电路包括：非门电路、PNP三极管、NPN三极管以及或非门电路；

所述非门电路的输入端与所述第一比较器的输出端连接，所述非门电路的输出端连接所述PNP三极管的发射极，所述PNP三极管的集电极与所述NPN三极管的基级连接，所述PNP三极管的集电极还与所述第二比较器的输出端连接，所述PNP三极管的基级与所述NPN三极管的集电极连接，所述NPN三极管的发射极与所述或非门电路的一个输入端连接，所述NPN三极管的发射极还接地，所述或非门电路的另一个输入端接地，所述或非门电路的输出端连接到对应的所述第一MOS管的栅极。

在一个实施例中，所述自动换档电路还包括第二MOS管，所述第二MOS管的源极和漏极接入到所述电流检测回路中，所述第二MOS管的栅极连接到外部设备；所述第二MOS管用于基于外部设备所发送的使能控制信号进行通断。

在一个实施例中，所述电压采样电路用于采集对应的所述采样单元的档位电压，并将所述档位电压放大预设倍数后传输至所述档位逻辑电路。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例或第二实施例中的用于电流检测的自动换档电路的示意图；

图2是根据本发明第一实施例中的用于电流检测的自动换档电路的示意图，其中开关电路包括多个第一MOS管；

图3是根据本发明第一实施例中的档位逻辑电路的示意图；

图4是根据本发明第一实施例中的触发电路的示意图；

图5是根据本发明第二实施例中的用于电流检测的自动换档电路的示意图；

图6是根据本发明第二实施例中的档位逻辑电路的示意图；

图7是根据本发明第三实施例的电流检测装置的示意图；

图8是根据本发明第三实施例的电流检测装置的示意图，其中电流计算模块还通过上位机通信电路连接至上位机。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的各实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“所述”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“或/和”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

本发明第一实施方式涉及一种用于电流检测的自动换档电路，该自动换档电路能够在电流检测过程中实现快速的自动换档，适用于动态电流测量的场景。在电流检测过程中，自动换档电路连接到电流计算模块，由电流计算模块计算出电流检测回路中的电流并记录。

请参考图1，自动换档电路包括：电流采样电路1和档位逻辑电路2。电流采样电路1包括：开关电路11、采样模块以及多个电压采样电路13，采样模块包括串联的多个采样单元12。开关电路11与多个采样单元12电连接，电压采样电路13与采样单元12一一对应，采样单元12的两端分别连接到对应的电压采样电路13的两个输入端，电压采样电路13的输出端连接到档位逻辑电路2。在图1中以采样单元12与电压采样电路13的数量均为四个为例。

多个采样单元12的阻值不同，由此多个采样单元12可分别对应多个不同的档位，即每个采样单元12对应电流检测时的一个档位，在一个采样单元12被选定接入电流检测回路时，电流检测档位即为该采样单元12所对应的档位；采样单元12的阻值越大其对应的档位越低、量程越小。其中，每个采样单元12可以包括一个或多个电阻，多个电阻之间可以是并联、串联等各种连接方式。

电压采样电路13用于在采样模块接入到电流检测回路时，采集对应的采样单元12的档位电压并传输至档位逻辑电路2。具体的，在自动换档电路刚接入电流检测回路时，所有的采样单元12均接入到电流检测回路中，此时各电压采样电路13采集各采样单元12的档位电压并传输给档位逻辑电路2，在切换档位后，部分采样单元12被屏蔽不接入电流检测回路，此时被屏蔽的采样单元12的档位电压也被对应的电压采样电路13采集并传输给档位逻辑电路2。

进一步的，电压采样电路13用于采集对应的采样单元12的档位电压，并将档位电压放大预设倍数后传输至档位逻辑电路2。即电压采样电路13在将对应的采样单元12上的电流转换成电压的同时，还具有对电压进行预设倍数放大的功能，电压采样电路13例如为仪表放大器；传输到档位逻辑电路2的档位电压即为电压采样电路13采集并放大预设倍数后的电压值。其中，可以配置自动换档电路中所有电压采样电路13对电压放大的预设倍数相同，然不限于此，也可以配置各电压采样电路13具有不同的电压放大倍数，相应的后续设置开关电路11的预设控制条件时，也需要考虑对应的电压采样电路13的电压放大倍数。

档位逻辑电路2用于根据各采样单元12的档位电压与开关电路11的预设控制条件，生成用于从多个采样单元12选取接入电流检测回路的第一采样单元的控制信号发送至开关电路11。

开关电路11用于根据控制信号，将第一采样单元接入电流检测回路。

本实施例中，在电流检测的过程中，采样模块被接入到电流检测回路中，由各采样单元对应的电压采样电路采集各采样单元的档位电压，并发送至档位逻辑电路，档位逻辑电路则可以基于各采样单元对应的档位电压与开关电路的预设控制条件的对比，从所有的采样单元中确定出当前可接入电流检测回路的第一采样单元，由开关电路切换采样模块中接入电流检测回路的采样单元。不同的采样单元的阻值不同，电流检测回路接入不同的采样单元则可以调节接入电流检测回路的电阻的大小，以适应不同大小的电流；由此，可以根据电路检测回路中的电流自动切换不同的采样单元接入电流检测回路，也就是可以自动切换不同的检测档位，能够使用在多种电流采样场景中。

在一个例子中，开关电路11包括多个第一MOS管，第一MOS管的源极与漏极之间连接有一个或多个采样单元12，每个第一MOS管的栅极连接到档位逻辑电路2。开关电路11的预设控制条件包括各第一MOS管的预设导通条件和预设断开条件，第一MOS管用于在被控制断开时，使得连接在第一MOS管的源极与漏极之间的采样单元12接入电流检测回路；第一MOS管用于在被控制闭合时，使得连接在第一MOS管的源极与漏极之间的采样单元12不接入电流检测回路。

在一个例子中，自动换档电路还包括第二MOS管，第二MOS管的源极和漏极接入到电流检测回路中，第二MOS管的栅极连接到外部设备4。其中，第二MOS管的源极和漏极可以接入在采样单元12之间，也可以接入在电流检测回路与采样单元12之间。

第二MOS管用于基于外部设备4所发送的使能控制信号进行通断，第二MOS管可以控制整个电流检测的使能，能够在电路未上电时保护整个包括自动换档电路在内的电流检测电路。

在一个例子中，采样模块包括：依次串联且阻值依次减小的第一个采样单元至第N个采样单元，N为大于1的整数；第一MOS管的数量为N-1个；第M个第一MOS管的源极和漏极与串联的第一个采样单元至第M个采样单元并联，1≤M≤N-1。也就是说，第M个第一MOS管的源极和漏极之间连接有M个采样单元，M个采样单元包括阻值依次减小的第一个采样单元至第M个采样单元。在一个例子中，可以设置第一个采样单元至第N个采样单元的阻值成倍减小，例如递减的倍数例如为10倍、100倍等。对于第N个采样单元，其没有被并联在任一第一MOS管的源极和漏极之间，一方面是考虑到第N个采样单元的阻值设置的非常小，甚至可能小于第一MOS管的阻值，第一MOS管不能起到保护作用，另一方面是为了配合下面的档位逻辑电路2进行档位切换。

请参考图2，为自动换档电路的示意图，其中以N=4为例，即采样单元的数量为4个，每个采样单元对应一个档位，包括：第一个采样单元至第四个采样单元，依次记作C1至C4，C1至C4的阻值减小，依次为1000Ω、100Ω、0.10Ω、0.001Ω，电流从采样单元C1流入、从采样单元C4流出。其中，以各采样单元12为单个电阻为例。

对应4个采样单元，第一MOS管的数量为3个，分别记作Q1、Q2以及Q3。MOS管Q1的源极与漏极并联在采样单元C1的两端、MOS管Q2的源极与漏极并联在串联的采样单元C1与采样单元C2的两端、MOS管Q3的源极与漏极并联在串联的采样单元C1至采样单元C3的两端。第二MOS管记为Q4，第二MOS管Q4的源极与漏极接入在采样单元C1与电流检测回路中，外部设备4控制第二MOS管的通断，比如，外部设备4为控制按钮、微处理器等。

电压采样电路为仪表放大器，数量为4个，分别记作U1、U2、U3、U4，具体连接关系参照图2，在此不再赘述。

本实施例中，无论各第一MOS管的通断状态如何变化，至少会有一个采样单元接入到电流检测回路中，档位变化不会导致电路断开，以图2为例，无论自动换档电路的档位如何切换，采样单元C4均会接入到电流检测回路中，避免了切换档位时通路会有断开的可能，即切换档位时能够保持电流检测回路的电流流入与电流流出的通路；另外，各第一MOS管与采样单元并联，各仪表放大器（即电压采样电路）所采样的档位电压即为对应的采样单元两端的电压，相较于把第一MOS管串联在电流检测回路中，这样的连接使得电流测量不受各第一MOS管的干扰，能够避免将各第一MOS管的内阻带来的误差引入电流检测中，进一步减小了检测误差。

其中，第一MOS管、第二MOS管例如为NMOS管。第一MOS管为NMOS管时，可以将NMOS管反接在对应的采样单元的两端，能够在采样单元上的压降过大时，NMOS管体二极管导通，以免损坏采样单元，也就是说即便电流检测装置中的电路工作异常，各NMOS的二极管也可以很好的保护采样单元，进一步避免损坏电路。

每个采样单元对应一个电流检测的档位，在一个例子中，档位逻辑电路2包括多个开关判定电路，多个第一MOS管与多个开关判定电路一一对应；每个开关判定电路的两个输入端分别连接到两个目标电压采样电路的输出端，两个目标电压采样电路为连接到相邻两个档位的采样单元的两个电压采样电路，每个开关判定电路的输出端连接到对应的第一MOS管的栅极。

开关判定电路用于在两个目标电压采样电路的输出的相邻两个档位的采样单元的档位电压满足对应的第一MOS管的预设断开条件时，生成用于控制对应的第一MOS管断开的控制信号并发送至对应的第一MOS管，在两个目标电压采样电路的输出的相邻两个档位的采样单元的档位电压满足对应的第一MOS管的预设导通条件时，生成用于控制对应的第一MOS管导通的控制信号并发送至对应的第一MOS管。

档位逻辑电路2包括多个开关判定电路，用于根据各采样单元的档位电压与开关电路11的预设控制条件，生成用于从采样模块中选取接入电流检测回路的第一采样单元的控制信号发送至开关电路11，第一采样单元的数量至少为1个，第一采样单元中阻值最大的采样单元为取样单元。

在电流检测过程中，自动换档电路连接到电流计算模块，在图2的自动换档电路用于进行电流检测时，外部设备4控制第二MOS管被导通，此时采样单元C1至C4均被接入电流检测回路，电流流过各采样单元后产生压降，连接到各采样单元的仪表放大器检测对应的采样单元的压降并进行放大，得到各采样单元输出的档位电压，由档位逻辑电路2基于各仪表放大器输入的各采样单元的档位电压以及开关电路11的预设控制条件，选取当前接入电流检测回路的第一采样单元，并向各第一MOS管Q1、Q2、Q3分别发送对应的控制信号，各第一MOS管Q1、Q2、Q3的通断使得采样模块中不同的采样单元被接入电流检测回路，每个采样单元对应一个电流检测的档位，从而实现电流检测的档位切换，电流计算模块根据采样模块中对应当前档位的采样单元的档位电压计算出电流检测回路当前的电流值。

每个采样单元对应一个电流检测的档位，图2所示的自动换档电路中的四个采样单元可以为分为四个档位：

档位一：第一MOS管Q1、第一MOS管Q2、第一MOS管Q3均断开，此时采样单元C1至采样单元C4作为第一采样单元均接入电流检测回路，此时阻值最大的采样单元C1对应的档位即为电流检测时的档位，采样单元C1的档位电压被用于计算电流检测回路的电流值。例如设置采样单元C1对应电流档位为1微安至100微安，能够实现1微安至100微安量程内的电流测量。

档位二：第一MOS管Q1闭合、第一MOS管Q2与第一MOS管Q3均断开，此时采样单元C1被短路，采样单元C2至采样单元C4作为第一采样单元均接入电流检测回路，此时阻值最大的采样单元C2对应的档位即为电流检测时的档位，采样单元C2的档位电压被用于计算电流检测回路的电流值。例如设置采样单元C2对应电流档位100微安至10毫安，能够实现100微安至10毫安量程内的电流测量。

档位三：第一MOS管Q2闭合、第一MOS管Q3断开，此时采样单元C1、C2被短路，采样单元C3与C4作为第一采样单元均接入电流检测回路，此时阻值最大的采样单元C3对应的档位即为电流检测时的档位，采样单元C3的档位电压被用于计算电流检测回路的电流值。例如设置采样单元C3对应电流档位10毫安至1安，能够实现10毫安至1安量程内的电流测量。

档位四：第一MOS管Q3闭合，此时采样单元C1、C2、C3被短路，采样单元C4作为第一采样单元接入电流检测回路，此时阻值最大的采样单元C4对应的档位即为电流检测时的档位，采样单元C4的档位电压被用于计算电流检测回路的电流值。例如设置采样单元C4对应电流档位1安至60安，能够实现1安至60安量程内的电流测量。

在一个实施例中，多个第一MOS管与采样模块中阻值最小的采样单元以外的多个采样单元一一对应，第一MOS管的源极与漏极之间至少连接有第一MOS管所对应的采样单元，第一MOS管对应的开关判定电路所连接的两个目标电压采样电路为第二采样单元的电压采样电路和第三采样单元的电压采样电路，第二采样单元为第一MOS管对应的采样单元，第三采样单元为阻值小于第二采样单元且与第二采样单元档位相邻的采样单元。

各第一MOS管的预设断开条件为：第二采样单元的档位电压小于第一MOS管的预设上限阈值电压且第三采样单元的档位电压小于第一MOS管的预设下限阈值电压，各第一MOS管的预设导通条件为：第二采样单元的档位电压大于第一MOS管的预设上限阈值电压且第三采样单元的档位电压大于第一MOS管的预设下限阈值电压。

例如，请参考图3，以图2的自动换档电路为例给出了一种档位逻辑电路的示意图。如图3所示，以N=4为例，第一MOS管Q1对应采样单元C1，第一MOS管Q1的源极与漏极之间连接有采样单元C1，对于第一MOS管Q1的开关判定电路，其连接的两个目标电压采样电路为采样单元C1和采样单元C2的电压采样电路，采样单元C1作为第二采样单元，采样单元C2作为第三采样单元；第一MOS管Q2对应采样单元C2，第一MOS管Q2的源极与漏极之间连接有采样单元C1和采样单元C2，对于第一MOS管Q2的开关判定电路，其连接的两个目标电压采样电路为采样单元C2和采样单元C3的电压采样电路，采样单元C2作为第二采样单元，采样单元C3作为第三采样单元；第一MOS管Q3对应采样单元C3，第一MOS管Q3的源极与漏极之间连接有采样单元C1、采样单元C2和采样单元C3，对于第一MOS管Q3的开关判定电路，其连接的两个目标电压采样电路为采样单元C3和采样单元C4的电压采样电路，采样单元C3作为第二采样单元，采样单元C4作为第三采样单元。

各采样单元分别对应自动换档电路的不同档位，在进行电流检测时，取样单元所对应的档位即当前电流检测的档位。在切换至一个档位时，取样单元以及阻值小于取样单元的所有采样单元，均作为第一采样单元接入在电流检测回路中，这样能够适配档位逻辑电路，在电路突增时切换至量程更大的档位。具体的，采样模块中，阻值最小的采样单元没有对应的第一MOS管，其余的采样单元均有对应的第一MOS管，这样档位逻辑电路根据各个采样单元的档位电压控制第一MOS管导通或断开时，就能根据第一MOS管对应的开关判定电路所连接的第二采样单元的档位电压以及第二采样单元相邻档位的第三采样单元的档位电压，通过与预设上下限阈值电压的比较，生成控制第一MOS管断开或导通的控制信号，从而选择至少一个第一采样单元接入电流检测回路。

以图2所示的自动换档电路为例，在档位三中，采样单元C1和C2均未接入电流检测回路，对于采样单元C1所对应的第一MOS管Q1，其开关判定电路根据采样单元C1和C2的档位电压，判断此时采样单元C1的档位电压小于第一MOS管Q1的预设上限阈值电压，且采样单元C2的档位电压小于第一MOS管Q2的预设下限阈值电压，开关判定电路给出控制第一MOS管Q1断开的控制信号，但是由于在档位三中，第一MOS管Q2是导通状态，所以即使第一MOS管Q1断开，采样单元C1也不接入电流检测电路。同理，在档位四中，第一MOS管Q1和第一MOS管Q2的开关判定电路分别给出控制第一MOS管Q1断开、控制第一MOS管Q2断开的控制信号，但是由于第一MOS管Q3是导通状态，所以采样单元C1与C2也不接入电流检测电路。

在一个实施例中，每个开关判定电路包括：触发电路和两个比较器；

在每个开关判定电路中，触发电路的两个输入端分别连接两个比较器的输出端，触发电路的输出端连接到对应的第一MOS管的栅极，两个比较器中的第一比较器的同相输入端用于接收开关判定电路所对应的第一MOS管的预设下限阈值电压，第一比较器的反相输入端连接到第三采样单元的电压采样电路的输出端，两个比较器中的第二比较器的同相输入端连接到第二采样单元的电压采样电路的输出端，第二比较器的反相输入端用于接收开关判定电路所对应的第一MOS管的预设上限阈值电压。

第一比较器用于在第三采样单元的档位电压大于预设下限阈值电压时输出第一电平至触发电路，在第三采样单元的采样电路的档位电压小于预设下限阈值电压时输出第二电平至触发电路。第二比较器用于在第二采样单元的档位电压大于预设上限阈值电压时输出第二电平至触发电路，在第二采样单元的档位电压小于预设上限阈值电压时输出第一电平至触发电路。

触发电路用于：在第一比较器输出第二电平、第二比较器输出第一电平时，输出控制对应的第一MOS管断开的控制信号至对应的第一MOS管；在第一比较器输出第一电平、第二比较器输出第二电平时，输出用于控制对应的第一MOS管导通的控制信号至对应的第一MOS管。

开关判定电路以硬件形式实现各第一MOS管的预设导通条件和预设断开条件的判断。例如，请参考图3，对应第一MOS管Q1、Q2、Q3，档位逻辑电路2包括3个开关判定电路21，每个开关判定电路21包括触发电路和两个比较器。触发电路T1的输出端连接到第一MOS管Q1的栅极、触发电路T1的两个输入端分别连接到比较器A11和比较器A12的输出端，比较器A11的一个输入端用于接收第一MOS管Q1的预设上限阈值电压、另一个输入端连接到仪表放大器U1，比较器A12的一个输入端用于接收第一MOS管Q1的预设下限阈值电压、另一个输入端连接到仪表放大器U2；触发电路T2的输出端连接到第一MOS管Q2的栅极、触发电路T2的两个输入端分别连接到比较器A21和比较器A22的输出端，比较器A21的一个输入端用于接收第一MOS管Q2的预设上限阈值电压、另一个输入端连接到仪表放大器U2，比较器A22的一个输入端用于接收第一MOS管Q2的预设下限阈值电压、另一个输入端连接到仪表放大器U3；触发电路T3的输出端连接到第一MOS管Q3的栅极、触发电路T3的两个输入端分别连接到比较器A31和比较器A32的输出端，比较器A31的一个输入端用于接收第一MOS管Q3的预设上限阈值电压、另一个输入端连接到仪表放大器U3，比较器A32的一个输入端用于接收第一MOS管Q3的预设下限阈值电压、另一个输入端连接到仪表放大器U4。

第一MOS管Q1、Q2、Q3的预设上限阈值电压和预设下限阈值电压均由外部设备4提供，在一种实施方式中，外部设备4为微处理器，微处理器连接DAC芯片，微处理器输出第一MOS管Q1、第一MOS管Q2、第一MOS管Q3的预设上限电压阈值和预设下限电压阈值的数值至DAC芯片，由DAC芯片连接3个开关判定电路中的比较器，输出对应数值的电压到比较器。

在每个开关判定电路21中，利用比较器对采样单元的档位电压和预设上下限阈值电压比较，再通过触发电路得到对应的第一MOS管的控制信号，向第一MOS管发送控制信号。以触发电路T1为例，若采样单元C1两端的电压经放大后小于第一MOS管Q1的预设上限阈值电压，采样单元C2两端的电压经放大后小于第一MOS管Q1的预设下限阈值电压，则触发电路T1输出控制信号至第一MOS管Q1，控制第一MOS管Q1断开，采样单元C1接入电流检测回路，模拟开关电路32将采样单元C1两端的电压经过ADC输出至计算单元33。触发电路T2和T3与上述触发电路T1类似，不再赘述。

在一个例子中，第一电平为低电平、第二电平为高电平，触发电路发送到第一MOS管的控制信号是高电平或低电平，第一MOS管在接收到高电平或低电平时被断开或导通；每个触发电路包括：非门电路、PNP三极管、NPN三极管以及或非门电路；非门电路的输入端与第一比较器的输出端连接，非门电路的输出端连接PNP三极管的发射极，PNP三极管的集电极与NPN三极管的基级连接，PNP三极管的集电极还与第二比较器的输出端连接，PNP三极管的基级与NPN三极管的集电极连接，NPN三极管的发射极与或非门电路的一个输入端连接，NPN三极管的发射极还接地，或非门电路的另一个输入端接地，或非门电路的输出端连接到对应的第一MOS管的栅极。

请参考图4，以触发电路T1为例，在触发电路T1中，非门电路U11的输入端通过电阻R1连接到比较器A12的输出端，非门电路U11的输出端连接到PNP三极管Q11的发射极，非门电路U11的电源端VCC连接到5V的供电端，非门电路U11的电源端接地端接地GND，非门电路U11的输入端还通过电容C11接地，电阻R1与电容C11组成RC滤波电路。

PNP三极管Q11的集电极与NPN三极管Q12的基级连接，PNP三极管Q11的集电极还通过电阻R2与比较器A11的输出端连接，PNP三极管Q11的基级与NPN三极管Q12的集电极连接，NPN三极管Q12的发射极通过电阻R3与或非门电路U12的一个输入端连接，NPN三极管Q12的发射极还通过电阻R4接地GND，或非门电路U12的另一个输入端通过电阻R5接地GND，或非门电路U12的输出端连接到对应的第一MOS管Q1的栅极。

在图4中，以输出0和1表示输出低电平和高电平，若采样单元C1的档位电压小于第一MOS管Q1的预设上限阈值电压，比较器A11输出0，若采样单元C2的档位电压小于第一MOS管Q1的预设下限阈值电压，比较器A12输出1，非门电路U11输出0，PNP三极管Q11与NPN三极管Q12均断开，或非门电路U12两个输入端均是0，或非门电路U12输出1至第一MOS管Q1，控制第一MOS管Q1断开，采样单元C1、C2、C3、C4均接入电流检测回路，采样单元C1作为取样单元。若采样单元C1的档位电压大于第一MOS管Q1的预设上限阈值电压，比较器A11输出1，若采样单元C2的档位电压大于第一MOS管Q1的预设下限阈值电压，比较器A12输出0，非门电路U11输出1，PNP三极管Q11与NPN三极管Q12均闭合，或非门电路U12的一个输入端为1、另一个输入端为0，或非门电路U12输出0至第一MOS管Q1，控制第一MOS管Q1导通，采样单元C1被屏蔽；同时，第一MOS管Q2和第一MOS管Q3所对应的开关判定电路也会根据采样单元的档位电压和开关电路11的预设控制条件来确定是否将采样单元C2、采样单元C3接入电流检测回路，具体过程与上述类似，在此不再赘述。

在本发明的方案中，自动换档电路是纯硬件设计，没有涉及控制器的软件控制，而且MOS管的响应速度快，对于电流变化太快的场景，可以快速改变接入电流检测回路的采样单元，自动切换量程，不至于损毁自身的采样电阻。

本发明第二实施方式涉及一种用于电流检测的自动换档电路，请参考图1，自动换档电路包括：电流采样电路和档位逻辑电路2。电流采样电路包括：开关电路11、采样模块以及多个电压采样电路13，采样模块包括串联的多个采样单元12。开关电路11与多个采样单元12电连接，电压采样电路13与采样单元12一一对应，采样单元12的两端分别连接到对应的电压采样电路13的两个输入端，电压采样电路13的输出端连接到档位逻辑电路2，多个采样单元12的阻值不同。电压采样电路13用于在采样模块接入到电流检测回路时，采集对应的采样单元12的档位电压并传输至档位逻辑电路2；档位逻辑电路2用于根据各采样单元12的档位电压与开关电路11的预设控制条件，生成用于从采样模块中选取接入电流检测回路的第一采样单元的控制信号发送至开关电路11；开关电路11用于根据控制信号，将第一采样单元接入电流检测回路。

在一个例子中，开关电路11包括多个第一MOS管，第一MOS管的源极与漏极之间连接有1个采样单元12，每个第一MOS管的栅极连接到档位逻辑电路。开关电路11的预设控制条件包括各第一MOS管的导通条件和断开条件，第一MOS管用于在被控制断开时，使得连接在第一MOS管的源极与漏极之间的采样单元12接入电流检测回路；第一MOS管用于在被控制闭合时，使得连接在第一MOS管的源极与漏极之间的采样单元12不接入电流检测回路。

在一个例子中，采样模块包括：N个采样单元，N为大于1的整数；第一MOS管的数量为N-1个，N-1个第一MOS管与采样模块中除阻值最小的采样单元以外的N-1个采样单元一一对应；第一MOS管的源极和漏极分别连接到对应的采样单元的两端。采样模块中的多个采样单元的阻值不同，在一个例子中，可以设置N个采样单元的阻值成倍减小，例如递减的倍数例如为10倍、100倍等。多个阻值不同的采样单元可以按照任意顺序串联在一起，其中，阻值最小的采样单元没有并联第一MOS管，其余采样单元分别并联一个第一MOS管，一个第一MOS管的断开或导通控制一个采样单元接入电流检测回路或不接入电流检测回路。

请参考图5，为自动换档电路的示意图，其中以N=4为例，即采样单元的数量为4个，每个采样单元对应一个档位，包括：第一个采样单元至第四个采样单元，依次记作C1至C4，采样单元C1至C4的阻值减小，依次为1000Ω、100Ω、0.10Ω、0.001Ω，电流从采样单元C1流入、从采样单元C4流出。其中，以各采样单元12为单个电阻为例。图5中，C1至C1依次串联，在其他实施方式中，C1至C4可以按其他顺序串联。

对应4个采样单元，第一MOS管的数量为3个，分别记作Q1、Q2以及Q3。第一MOS管Q1的源极与漏极并联在采样单元C1的两端、第一MOS管Q2的源极与漏极并联在采样单元C2的两端、第一MOS管Q3的源极与漏极并联在采样单元C3的两端。

电压采样电路为仪表放大器，数量为4个，分别记作U1、U2、U3、U4，具体连接关系参照图5，在此不再赘述。

如图5所示，采样单元C1至C3分别与第一MOS管Q1至Q3一一对应，每个第一MOS管的源极与漏极分别连接对应的采样单元的两端。由此，档位逻辑电路2可以通过对第一MOS管Q1至Q3的通断控制选取接入电流检测回路的采样单元，即进行电流检测档位的切换。

在一个例子中，档位逻辑电路2包括多个开关判定电路和多个整合电路，多个第一MOS管与多个开关判定电路一一对应，多个开关判定电路与多个整合电路一一对应；每个开关判定电路的两个输入端分别连接到两个目标电压采样电路的输出端，两个目标电压采样电路为连接到相邻两个档位的采样单元的两个电压采样电路，每个开关判定电路的输出端连接到对应的整合电路，整合电路的输出端连接到对应的第一MOS管的栅极。开关判定电路用于在两个目标电压采样电路的输出的相邻两个档位的采样单元的档位电压满足对应的第一MOS管的预设断开状态条件时，生成用于表征第一MOS管对应的采样单元接入的控制信号；开关判定电路用于在两个目标电压采样电路的输出的相邻两个档位的采样单元的档位电压满足对应的第一MOS管的预设导通状态条件时，生成用于表征第一MOS管对应的采样单元不接入的控制信号。整合电路用于在开关判定电路输出的控制信号满足对应的第一MOS管的预设断开条件时，生成用于控制对应的第一MOS管断开的控制信号并发送至对应的第一MOS管；整合电路用于在开关判定电路输出的控制信号满足对应的第一MOS管的预设导通条件时，生成用于控制对应的第一MOS管导通的控制信号并发送至对应的第一MOS管。

每个采样单元对应一个电流检测的档位，图5所示的自动换档电路中的四个采样单元可以为分为四个档位：

档位一：第一MOS管Q1、第一MOS管Q2、第一MOS管Q3均断开，此时采样单元C1至采样单元C4均接入电流检测回路，此时阻值最大的采样单元C1对应的档位即为电流检测时的档位，采样单元C1的档位电压被用于计算电流检测回路的电流值。例如设置采样单元C1对应电流档位为1微安至100微安，能够实现1微安至100微安量程内的电流测量。

档位二：第一MOS管Q1闭合、第一MOS管Q2与第一MOS管Q3均断开，此时采样单元C1被短路，采样单元C2至采样单元C4均接入电流检测回路，此时阻值最大的采样单元C2对应的档位即为电流检测时的档位，采样单元C2的档位电压被用于计算电流检测回路的电流值。例如设置采样单元C2对应电流档位100微安至10毫安，能够实现100微安至10毫安量程内的电流测量。

档位三：第一MOS管Q1闭合、第一MOS管Q2闭合、第一MOS管Q3断开，此时采样单元C1、C2被短路，采样单元C3与采样单元C4均接入电流检测回路，此时阻值最大的采样单元C3对应的档位即为电流检测时的档位，采样单元C3的档位电压被用于计算电流检测回路的电流值。例如设置采样单元C3对应电流档位10毫安至1安，能够实现10毫安至1安量程内的电流测量。

档位四：第一MOS管Q1闭合、第一MOS管Q2闭合、第一MOS管Q3闭合，此时采样单元C1、C2、C3被短路，采样单元C4接入电流检测回路，此时阻值最大的采样单元C4对应的档位即为电流检测时的档位，采样单元C4的档位电压被用于计算电流检测回路的电流值。例如设置采样单元C4对应电流档位1安至60安，能够实现1安至60安量程内的电流测量。

在一个例子中，每个第一MOS管对应有一个采样单元，第一MOS管的源极与漏极之间连接有第一MOS管所对应的采样单元，第一MOS管对应的开关判定电路所连接的两个目标电压采样电路为第二采样单元的电压采样电路和第三采样单元的电压采样电路，第二采样单元为第一MOS管对应的采样单元，第三采样单元为阻值小于第二采样单元且与第二采样单元档位相邻的采样单元。

各第一MOS管的预设断开状态条件为：第二采样单元的档位电压小于第一MOS管的预设上限阈值电压且第三采样单元的档位电压小于第一MOS管的预设下限阈值电压；各第一MOS管的预设导通状态条件为：第二采样单元的档位电压大于第一MOS管的预设上限阈值电压且第三采样单元的档位电压大于第一MOS管的预设下限阈值电压。

整合电路的一个输入端连接对应的开关判定电路，整合电路的另一个输入端连接第三采样单元的状态电路，其中，当第三采样单元为阻值最小的采样单元时，第三采样单元的状态电路为输出用于表征第三采样单元接入的控制信号的电路，当第三采样单元不是阻值最小的采样单元时，第三采样单元的状态电路为第三采样单元所对应的开关判定电路。

各第一MOS管的预设断开条件为：第二采样单元的开关判定电路输出用于表征第一MOS管所对应的采样单元接入的控制信号，且第三采样单元的状态电路输出用于表征第三采样单元接入的控制信号；各第一MOS管的预设导通条件为：第二采样单元的开关判定电路输出用于表征第一MOS管所对应的采样单元不接入的控制信号。

在一个实施例中，每个开关判定电路包括：触发电路和两个比较器；

在每个开关判定电路中，触发电路的两个输入端分别连接两个比较器的输出端，触发电路的输出端连接到对应的第一MOS管的栅极，两个比较器中的第一比较器的同相输入端用于接收开关判定电路所对应的第一MOS管的预设下限阈值电压，第一比较器的反相输入端连接到第三采样单元的电压采样电路的输出端，两个比较器中的第二比较器的同相输入端连接到第二采样单元的电压采样电路的输出端，第二比较器的反相输入端用于接收开关判定电路所对应的第一MOS管的预设上限阈值电压。

第一比较器用于在第三采样单元的档位电压大于预设下限阈值电压时输出第一电平至触发电路，在第三采样单元的采样电路的档位电压小于预设下限阈值电压时输出第二电平至触发电路。

第二比较器用于在第二采样单元的档位电压大于预设上限阈值电压时输出第二电平至触发电路，在第二采样单元的档位电压小于预设上限阈值电压时输出第一电平至触发电路。

触发电路用于：在第一比较器输出第二电平、第二比较器输出第一电平时，输出用于表征第一MOS管对应的采样单元接入的控制信号至整合电路的对应输入端；在第一比较器输出第一电平、第二比较器输出第二电平时，输出用于表征第一MOS管对应的采样单元不接入的控制信号至整合电路的对应输入端。

整合电路用于：在开关判定电路输出表征第一MOS管对应的采样单元接入的控制信号，且该开关判定电路的第三采样单元的状态电路输出表征第三采样单元接入的控制信号时，发送控制对应的第一MOS管断开的控制信号至第一MOS管；在开关判定电路输出表征第一MOS管对应的采样单元不接入的控制信号时输出用于控制对应的第一MOS管导通的控制信号至第一MOS管。

例如，请参考图6，以图5的自动换档电路为例给出了一种档位逻辑电路的示意图。如图6所示，对应第一MOS管Q1、Q2、Q3，档位逻辑电路2包括3个开关判定电路21和3个整合电路。其中，每个开关判定电路21包括触发电路和两个比较器，结构和连接与第一实施方式基本一致，不同点在于本实施方式中，触发电路T1的输出端连接到整合电路P1，整合电路P1的输出端连接到第一MOS管Q1的栅极，整合电路P1的输入端还连接触发电路T2的输出端；触发电路T2的输出端连接整合电路P2，整合电路P2的输出端连接到第一MOS管Q2的栅极，整合电路P2的输入端还连接触发电路T3的输出端；触发电路T3的输出端连接到整合电路P3，整合电路P3的输出端连接到第一MOS管Q3的栅极，整合电路P3的输入端还连接采样单元C4的状态电路的输出端，其中，C4的状态电路输出用于表征第三采样单元接入的控制信号。

在一个例子中，第一电平为低电平、第二电平为高电平，触发电路发送到整合电路的控制信号是高电平或低电平，整合电路发送到第一MOS管的控制信号是高电平或低电平，第一MOS管在接收到高电平或低电平时被断开或导通；每个触发电路包括：非门电路、PNP三极管、NPN三极管以及或非门电路；非门电路的输入端与第一比较器的输出端连接，非门电路的输出端连接PNP三极管的发射极，PNP三极管的集电极与NPN三极管的基级连接，PNP三极管的集电极还与第二比较器的输出端连接，PNP三极管的基级与NPN三极管的集电极连接，NPN三极管的发射极与或非门电路的一个输入端连接，NPN三极管的发射极还接地，或非门电路的另一个输入端接地，或非门电路的输出端连接到整合电路的对应输入端。

在一个例子中，第一电平为低电平、第二电平为高电平，整合电路为或门电路，开关判定电路21输出的用于表征第一MOS管对应的采样单元接入的控制信号为第一电平，开关判定电路21输出的用于表征第一MOS管对应的采样单元不接入的控制信号为第二电平，当第三采样单元为阻值最小的采样单元时，第三采样单元的状态电路为输出用于表征第三采样单元接入的控制信号的电路，表征第三采样单元接入的控制信号为第一电平，表征第三采样单元不接入的控制信号为第二电平。

需要说明的是，与第一实施方式不同，本实施方式中，每个第一MOS管都是并联一个采样单元，因此，在阻值从大到小排序第三的采样单元作为取样单元时，此时阻值最大、第二大的采样单元都应该不接入电流检测回路，如果使用第一实施方式的逻辑切换电路，会发现阻值最大的采样单元对应的第一MOS管满足预设断开条件。对此，本实施方式中，在开关判定电路后增加了整合电路，从而能够实现类似第一实施方式的换档效果。

本发明第三实施方式涉及一种电流检测装置，包括电流计算模块与用于电流检测的自动换档电路，其中，用于电流检测的自动换档电路为第一实施例或第二实施例中的自动换档电路。自动换档电路与电流计算模块通信连接；电流计算模块用于至少根据自动换档电路中接入电流检测回路的第一采样单元的档位电压，得到电流检测回路中的电流。

在一个例子中，电流计算模块包括：逻辑转换电路、模拟开关电路以及计算单元；逻辑转换电路用于根据自动换档电路中的各开关判定电路输出的控制信号，输出表征当前取样单元的档位指示信号至模拟开关电路以及计算单元；模拟开关电路用于接收各电压采样电路所输出的档位电压，并基于档位指示信号选择取样单元的档位电压并输出至计算单元；计算单元用于根据取样单元的档位电压，计算得到电流检测回路的电流值。

以使用第一实施方式中的自动换档电路为例，各触发电路的输出端还连接到逻辑转换电路31，以第二实施方式中的自动换档电路为例，各整合电路的输出端还连接到逻辑转换电路31。例如，在图7中，电流计算模块包括逻辑转换电路31、模拟开关电路32以及计算单元33，逻辑转换电路31的输入端连接各触发电路的输出端，逻辑转换电路31的输出端分别连接模拟开关电路32以及计算单元33，模拟开关电路32连接到计算单元33。其中，图7是在以第一实施例的自动换档电路为例进行说明的，关于自动换档电路的具体说明请参见第一实施例，在此不再赘述。

逻辑转换电路31用于根据自动换档电路中的档位逻辑电路2输出的控制信号，输出表征当前接入的电流检测回路的第一采样单元的档位指示信号至模拟开关电路32以及计算单元33。模拟开关电路32用于接收各电压采样电路所输出的档位电压，并基于档位指示信号，确定取样单元，并将取样单元的档位电压并输出至计算单元33。计算单元33用于根据取样单元的档位电压与档位指示信号，得到电流检测回路中的电流。

档位逻辑电路输出的控制信号是模拟信号，逻辑转换电路31将模拟信号转换为指示档位的数字信号。以第一MOS管为3个为例，档位逻辑电路给出3个控制信号，逻辑转换电路31可以为3转2逻辑编码器，能够基于设定的转换规则，将来自于档位逻辑电路的3位输入转换为二进制代码。逻辑转换电路31的输入为第一MOS管Q3、Q2、Q1的电平控制信号的反向值，电平控制信号为第一电平0或第二电平1，第一电平0表示开关导通、第二电平1表示开关断开。在逻辑转换电路31中，3位输入依次表示Q3、Q2、Q1的电平控制信号，3位输入为000时，转换为00，Q1、Q2、Q3断开，自动换档电路处于档位一，采样单元C1作为取样单元；3位输入为001时，转换为01，Q1闭合，Q2、Q3断开，自动换档电路处于档位二，采样单元C2作为取样单元；3位输入为01X时，转换为10，Q1、Q2闭合，Q3断开，自动换档电路处于档位三，采样单元C3作为取样单元；3位输入为1XX时，转换为11，Q3闭合，自动换档电路处于档位四，采样单元C4作为取样单元。其中，X取值为0或1。

模拟开关电路32接收采样单元C1至C4的四个档位电压，逻辑转换电路31输出的二进制代码即为档位指示信号，表征了自动换档电路当前所处的档位，由此模拟开关电路32可以基于档位指示信号指示的当前档位确定取样单元，对应选择取样单元的档位电压传输到计算单元33。模拟开关电路32通过ADC芯片连接到计算单元33，取样单元的档位电压通过ADC芯片转换为数字信号后输出至计算单元33。

计算单元33可以包括：FPGA数据采集模块和MCU控制模块，FPGA数据采集模块负责接收档位指示信号与经ADC芯片采集得到的档位电压并传输至MCU控制模块，MCU控制模块则基于当前的档位与档位电压计算得到当前的电流值；其中，MCU控制模块可以采用取均值等手段减小电阻直接取样带来的噪声，减小误差。

其中，由于ADC分辨率是一定的，ADC每个刻度所代表的电压V_ADC可以基于ADC可采样的最大电压值计算得到，例如ADC分辨率为12bit、ADC采样的最大电压值为2.5V，则ADC每个刻度所代表的电压V_ADC=2.5/（2¹²）=0.61mV。随后，则可以计算出电流检测装置的采样电流精度I，采样电流精度I=V_ADC/（K×Rsense），其中K表示仪表放大器的放大倍数、Rsense表示接入电流检测回路的第二采样单元的阻值；例如，K=20，Rsense=0.1Ω，则采样电流精度I=0.305mA；若量程为2048mA，则在Rsense必须小于0.0625Ω。

在一个实施例中，如图8所示，自动换档电路与电流计算模块3相连，电流计算模块3还可以通过上位机通信电路6连接至上位机5，连接方式可以为有线网络连接或者无线网络连接（例如为WIFI、4G、5G等）。进一步的，电流计算模块还可以将当前的电流值传输至上位机5进行显示，显示的信息包括当前电流值、当前档位。其中，图8是在图1的自动换档电路为例进行说明的，关于图1的自动换档电路的具体说明请参见第一实施例，在此不再赘述。

在自动换档电路中，第一MOS管Q1、Q2、Q3的预设上限阈值电压和预设下限阈值电压由外部设备提供，第二MOS管由外部设备控制通断，在一种实施例中，外部设备即电流计算模块3，计算单元33通过DAC芯片与档位逻辑电路相连，计算单元33控制第二MOS管的通断。在计算单元33与ADC、DAC之间还可以配置有隔离电路，隔离电路例如为高速隔离收发器。

在本实施例中，各第一MOS管的预设阈值电压范围可以相同也可以不同，其中，计算单元33通过DAC连接到各开关判定电路21中的比较器，例如图3、图5中，DAC分别连接至比较器A11、比较器A12、比较器A21、比较器A22、比较器A31以及比较器A32。计算单元33可以从上位机5接收各第一MOS管的预设阈值电压范围，并通过DAC输出到各比较器，也就是说通过DAC实现了各第一MOS管的预设阈值电压范围的配置，由此可以基于电路中存在误差对各第一MOS管的预设阈值电压范围分别进行单独设置，通过软件配置来解决老化标定漂移问题，而无需更换电路中的元器件。

本实施例中，第一MOS管的预设阈值电压范围是基于该第一MOS管所对应的采样单元的阻值、该采样单元对应电流档位量程以及该采样单元的电压采样电路的放大倍数计算得到的；以图8中的第一MOS管Q1为例，第一MOS管Q1的预设阈值电压范围的具体计算方式为：预设上限阈值电压=采样单元C1对应的电流档位量程的上限值×采样单元C1的阻值×仪表放大器U1的放大倍数；预设下限阈值电压=采样单元C1对应的电流档位量程的下限值×采样单元C1的阻值×仪表放大器U1的放大倍数。其中，在计算第一MOS管的预设阈值电压范围时，还可以对预设预设电压范围的预设上限阈值电压与预设下限阈值电压作冗余配置，例如：在计算第一MOS管Q1预设的上下限阈值电压时对仪表放大器U1的放大倍数作微调，例如仪表放大器U1的放大倍数为44倍，在计算预设上限阈值电压时，增大仪表放大器U1的放大倍数至47；在计算预设下限阈值电压时，减小仪表放大器U1的放大倍数至40，通过该冗余配置，能够提升档位逻辑电路换档判断的准确性，以增加自动换档的准确性。

结合图2、图3、图5、图6，电流检测装置的换档时间为：比较器、触发电路以及开关切换，不通过CPU进行开关控制，仅需将各采样单元上的档位电压与预设的上下限阈值电压进行比较，由触发电路给出各第一MOS管的开关控制信号，无需进行数字信号转换，延时低，在电流检测回路中电流瞬变时可及时自动切档，切换响应时间为微秒级，不超过10微秒，可以很好的保护电路本身的采样单元，不至于在电流快速变化时损坏采样电阻，导致整个电流检测装置无法使用，适用于动态电流测量。

在本实施例中的电流检测装置中，可以采用推挽式变压器作为隔离电源，再利用LDO稳压器降到所需的电压给各器件供电。推挽式变压器及其驱动器占用空间小，LDO稳压器可以起到稳压的作用。其中，可以选用低噪声、低EMI的推挽式变压器驱动器，专用于小型隔离电源，通过2.25V至5V的直流电源来驱动薄型、中间抽头的变压器，LDO稳压器可以选用低压降线性稳压器。

在一种实施例中，电流检测装置为多通道检测装置，比如，6通道电流检测装置。电流检测装置包括电流计算模块和多个自动换档电路，其中，电流计算模块包括计算单元、多个逻辑转换电路以及多个模拟开关电路，多个逻辑转换电路与多个自动换档电路一一对应，多个模拟开关电路与多个自动换档电路一一对应，多个逻辑转换电路与多个模拟开关一一对应，计算单元与各个逻辑转换电路和各个模拟开关电路分别连接，计算单元与各个自动换档电路的第二MOS管相连，由此，可以对多个电流检测通道分别进行通断控制，互不干扰。

在一种应用场景中，电流检测装置为独立设备，其接入被测对象，即自动换档电路接入电流检测回路，电流计算模块与自动换档电路连接，得到被测对象的电流值，计算单元将电流值输出到与电流检测装置相连的上位机，或者，电流检测装置还包括存储模块和显示模块，将测量时间、电流值在存储模块中存储，并通过显示模块进行显示。比如，被测对象为电机，电机可工作在不同模式下，电机出现异常时（比如车轮堵转）其工作电流会突变，本发明提供的电流检测装置具有不同量程，且自动切换速度快，能够方便、可靠地进行电机电流检测。

在一种应用场景中，电流检测装置作为数据采集设备，用于采集电流值，电流检测装置和其他数据采集设备一起连接到工控机，工控机上设有多个数据采集通道，工控机将各个数据采集设备采集的数据落盘存储。

在一种应用场景中，电流检测装置作为数据采集设备，用于采集被测对象的电流值，电流检测装置连接故障注入装置，故障注入装置对电流检测装置采集的电流值进行处理，包括但不限于平滑、延时、叠加，将处理后的值送入控制器，以模拟被测对象产生故障并将故障时的电流值传输给控制器。

在一种应用场景中，控制器与硬件设备模拟的被控对象连接，硬件设备模拟的被控对象，采用或部分采用实时仿真模型来模拟被控对象和系统运行环境，实现仿真测试，即HIL在环测试。比如，控制器为电机控制器，硬件设备模拟的被控对象模拟多种电机，模拟电机电气特性、电机位置传感器、电机温度传感器等，硬件设备集成在HIL机柜，来模拟被控对象，HIL机柜中除了仿真模型外还会包括一些真实的执行器，电流测量装置被用于测量HIL机柜中电流值。

由于第一实施例、第二实施例与本实施例相互对应，因此本实施例可与第一实施例/第二实施例互相配合实施。第一实施例/第二实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，在第一实施例/第二实施例中所能达到的技术效果在本实施例中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施例中提到的相关技术细节也可应用在第一实施例/第二实施例中。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，若需要，能修改实施例的方面来采用各种专利、申请和出版物的方面、特征和构思来提供另外的实施例。

考虑到上文的详细描述，能对实施例做出这些和其它变化。一般而言，在权利要求中，所用的术语不应被认为限制在说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应被理解为包括所有可能的实施例连同这些权利要求所享有的全部等同范围。

Claims (8)

1.一种用于电流检测的自动换档电路，其特征在于，包括：电流采样电路和档位逻辑电路；

所述电流采样电路包括：开关电路、采样模块以及多个电压采样电路，所述采样模块包括串联的多个采样单元，所述开关电路与所述多个采样单元电连接，所述电压采样电路与所述采样单元一一对应，所述多个采样单元的阻值不同；

所述电压采样电路用于在所述采样模块接入到电流检测回路时，采集对应的所述采样单元的档位电压并传输至所述档位逻辑电路；

所述档位逻辑电路用于根据各所述采样单元的档位电压与所述开关电路的预设控制条件，生成用于从所述采样模块中选取接入所述电流检测回路的第一采样单元的控制信号发送至所述开关电路；

所述开关电路用于根据所述控制信号，将所述第一采样单元接入所述电流检测回路；

其中，所述开关电路包括多个第一MOS管，所述第一MOS管的源极与漏极之间连接有至少一个所述采样单元，每个所述第一MOS管的栅极连接到所述档位逻辑电路；

所述采样模块包括：依次串联且阻值依次减小的第一个采样单元至第N个采样单元，N为大于1的整数；

所述第一MOS管的数量为N-1个；第M个所述第一MOS管的源极和漏极与串联的第一个采样单元至第M个采样单元并联，1≤M≤N-1；

所述开关电路的预设控制条件包括各所述第一MOS管的导通条件和断开条件，所述第一MOS管用于在被控制断开时，使得连接在所述第一MOS管的源极与漏极之间的所述采样单元接入所述电流检测回路；所述第一MOS管用于在被控制闭合时，使得连接在所述第一MOS管的源极与漏极之间的所述采样单元不接入所述电流检测回路；

每个采样单元对应一个电流检测的档位，所述档位逻辑电路包括多个开关判定电路，所述多个第一MOS管与所述多个开关判定电路一一对应；

每个所述开关判定电路的两个输入端分别连接到两个目标电压采样电路的输出端，所述两个目标电压采样电路为连接到相邻两个档位的所述采样单元的两个所述电压采样电路，每个所述开关判定电路的输出端连接到对应的所述第一MOS管的栅极；

所述开关判定电路用于在所述两个目标电压采样电路的输出的相邻两个档位的所述采样单元的档位电压满足对应的所述第一MOS管的预设断开条件时，生成用于控制对应的所述第一MOS管断开的控制信号并发送至对应的所述第一MOS管，在所述两个目标电压采样电路的输出的相邻两个档位的所述采样单元的档位电压满足对应的所述第一MOS管的预设导通条件时，生成用于控制对应的所述第一MOS管导通的控制信号并发送至对应的所述第一MOS管；

所述采样模块中接入所述电流检测回路的第一采样单元的数量至少为1个，所述第一采样单元中阻值最大的采样单元为取样单元。

2.根据权利要求1所述的用于电流检测的自动换档电路，其特征在于，所述多个第一MOS管与所述采样模块中阻值最小的采样单元以外的多个采样单元一一对应，所述第一MOS管的源极与漏极之间至少连接有所述第一MOS管所对应的采样单元，所述第一MOS管对应的开关判定电路所连接的两个目标电压采样电路为第二采样单元的电压采样电路和第三采样单元的电压采样电路，所述第二采样单元为所述第一MOS管对应的采样单元，所述第三采样单元为阻值小于所述第二采样单元且与所述第二采样单元档位相邻的采样单元，所述第一MOS管的预设断开条件为：所述第二采样单元的档位电压小于所述第一MOS管的预设上限阈值电压且所述第三采样单元的档位电压小于所述第一MOS管的预设下限阈值电压，所述第一MOS管的预设导通条件为：所述第二采样单元的档位电压大于所述第一MOS管的预设上限阈值电压且所述第三采样单元的档位电压大于所述第一MOS管的预设下限阈值电压。

3.根据权利要求2所述的用于电流检测的自动换档电路，其特征在于，每个所述开关判定电路包括：触发电路和两个比较器；

在每个所述开关判定电路中，所述触发电路的两个输入端分别连接所述两个比较器的输出端，所述触发电路的输出端连接到对应的所述第一MOS管的栅极，所述两个比较器中的第一比较器的同相输入端用于接收所述第一MOS管的预设下限阈值电压，所述第一比较器的反相输入端连接到第三采样单元的电压采样电路的输出端，所述两个比较器中的第二比较器的同相输入端连接到第二采样单元的电压采样电路的输出端，所述第二比较器的反相输入端用于接收所述第一MOS管的预设上限阈值电压；

所述第一比较器用于在所述第三采样单元的档位电压大于所述预设下限阈值电压时输出第一电平至所述触发电路，在所述第三采样单元的档位电压小于所述预设下限阈值电压时输出第二电平至所述触发电路；

所述第二比较器用于在所述第二采样单元的档位电压大于所述预设上限阈值电压时输出第二电平至所述触发电路，在所述第二采样单元的档位电压小于所述预设上限阈值电压时输出第一电平至所述触发电路；

所述触发电路用于：

在所述第一比较器输出第二电平、所述第二比较器输出第一电平时，输出控制对应的所述第一MOS管断开的控制信号至对应的所述第一MOS管；

在所述第一比较器输出第一电平、所述第二比较器输出第二电平时，输出用于控制对应的所述第一MOS管导通的控制信号至对应的所述第一MOS管。

4.根据权利要求3所述的用于电流检测的自动换档电路，其特征在于，所述第一电平为低电平、所述第二电平为高电平；每个所述触发电路包括：非门电路、PNP三极管、NPN三极管以及或非门电路；

所述非门电路的输入端与所述第一比较器的输出端连接，所述非门电路的输出端连接所述PNP三极管的发射极，所述PNP三极管的集电极与所述NPN三极管的基级连接，所述PNP三极管的集电极还与所述第二比较器的输出端连接，所述PNP三极管的基级与所述NPN三极管的集电极连接，所述NPN三极管的发射极与所述或非门电路的一个输入端连接，所述NPN三极管的发射极还接地，所述或非门电路的另一个输入端接地，所述或非门电路的输出端连接到对应的所述第一MOS管的栅极。

5.根据权利要求1所述的用于电流检测的自动换档电路，其特征在于，所述自动换档电路还包括第二MOS管，所述第二MOS管的源极和漏极接入到所述电流检测回路中，所述第二MOS管的栅极连接到外部设备；

所述第二MOS管用于基于外部设备所发送的使能控制信号进行通断。

6.根据权利要求1所述的用于电流检测的自动换档电路，其特征在于，所述电压采样电路用于采集对应的所述采样单元的档位电压，并将所述档位电压放大预设倍数后传输至所述档位逻辑电路。

7.一种电流检测装置，其特征在于，包括：电流计算模块与权利要求1至6中任一项所述的用于电流检测的自动换档电路，所述自动换档电路与所述电流计算模块连接；

所述电流计算模块用于至少根据所述自动换档电路中接入电流检测回路的第一采样单元的档位电压，得到电流检测回路中的电流。

8.根据权利要求7所述的电流检测装置，其特征在于，所述自动换档电路为权利要求1所述的用于电流检测的自动换档电路；所述电流计算模块包括：逻辑转换电路、模拟开关电路以及计算单元；

所述逻辑转换电路用于根据所述自动换档电路中的各开关判定电路输出的控制信号，输出表征当前取样单元的档位指示信号至所述模拟开关电路以及所述计算单元；

所述模拟开关电路用于接收各所述电压采样电路所输出的档位电压，并基于所述档位指示信号选择取样单元的档位电压并输出至所述计算单元；

所述计算单元用于根据所述取样单元的档位电压，计算得到电流检测回路的电流值。