CN117665382B - 一种功率检测电路及功率检测pcb板 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种功率检测电路及功率检测PCB板，涉及功率检测技术领域。本申请通过寄生电容和第一电容进行电容分压得到采样电压信号，根据电流互感器二次侧的感应电流及采样电阻电路得到采样电流信号，从而可以实现采样电压信号和采样电流信号几乎无畸变，且采样电压信号和采样电流信号之间的干扰小，具有很好的独立性，随着功率的变化，采样电流信号和采样电压信号均具有良好的线性度，从而提高功率检测的精准度和可靠性。

Description

一种功率检测电路及功率检测PCB板
技术领域
本申请涉及功率检测技术领域，具体而言，涉及一种功率检测电路及功率检测PCB板。
背景技术
射频信号的传输性能与负载匹配的效果有很大关系，所以对射频信号的采样不能影响到主功率射频信号的传输，目前常用的功率检测方法有二极管检测功率法、对数放大法、等效热功耗检测法等，但是传统的功率检测方法存在检测准确度低且数据的可靠性低的缺点。
针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种功率检测电路及功率检测PCB板，可以实现采样电压信号和采样电流信号几乎无畸变，且采样电压信号和采样电流信号之间的干扰小，具有很好的独立性，采样电流信号和采样电压信号均具有良好的线性度，从而提高功率检测的精准度和可靠性。
第一方面，本申请提供了一种功率检测电路，用于检测功率，包括控制电路，还包括：第一电容、第一电阻、第二电阻、采样电阻电路、寄生电容、第一输出端、第二输出端和电流互感器；
所述第一电容的两端分别与所述电流互感器二次侧的第二端和所述寄生电容连接，所述第一电容与所述电流互感器二次侧的第二端的连接点通过所述第一电阻接地，所述第二输出端分别连接所述寄生电容和所述电流互感器二次侧的第二端，所述第二输出端用于输出采样电压信号至所述控制电路；
所述采样电阻电路的两端分别与所述电流互感器二次侧的第一端和第二端连接，且所述采样电阻电路与所述电流互感器二次侧的第二端连接的一端通过所述第二电阻接地，所述第一输出端分别连接所述电流互感器二次侧的第一端和第二端，所述第一输出端用于输出采样电流信号至所述控制电路，所述控制电路用于根据所述采样电压信号和所述采样电流信号计算采样功率。
通过上述设置，可以实现采样电压信号和采样电流信号几乎无畸变，且采样电压信号和采样电流信号之间的干扰小，具有很好的独立性，采样电流信号和采样电压信号均具有良好的线性度，从而提高功率检测的精准度和可靠性。
可选地，所述采样电阻电路包括依次串联连接的第五电阻、第六电阻和第七电阻。
可选地，还包括第三电阻，所述第三电阻的两端分别与所述寄生电容和所述第二输出端连接。
通过上述设置，可以防止信号反射。
可选地，还包括第三电容，所述第三电容的一端与所述第二输出端连接，所述第三电容的另一端与所述电流互感器二次侧的第二端连接。
通过上述设置，可以对采样电压信号进行滤波。
可选地，还包括第四电阻，所述第四电阻的两端分别与所述电流互感器二次侧的第一端和第一输出端连接。
可选地，还包括第四电容，所述第四电容的一端与所述第一输出端连接，所述第四电容的另一端与所述电流互感器二次侧的第二端连接。
可选地，所述寄生电容为功率信号传输线的内导体、所述功率信号传输线的内导体外围的介质以及功率信号传输线的内导体的安装孔的孔壁形成的电容。
第二方面，本申请还提供了一种功率检测PCB板，用于检测功率，基于如上述所述的功率检测电路,包括双面PCB板，所述双面PCB板包括第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域均包括顶层和底层，所述第一区域设置有功率信号传输线内导体的安装孔，所述安装孔贯通所述第一区域的顶层及底层，并以所述功率信号传输线的内导体作为所述电流互感器的一次侧，所述电流互感器的线圈以所述功率信号传输线的内导体为中心呈圆周设置在所述第一区域中，寄生电容分布在所述第一区域中，所述电流互感器二次侧的第一端与采样电阻电路的其中一端连接，所述电流互感器二次侧的第二端与采样电阻电路的另一端连接，第一电容、第一电阻、第一输出端、第二输出端、采样电阻电路的第五电阻、采样电阻电路的第六电阻、采样电阻电路的第七电阻、与所述寄生电容和所述第二输出端连接的第三电阻、与所述第二输出端和所述电流互感器二次侧的第二端连接的第三电容、与所述电流互感器二次侧的第一端和第一输出端连接的第四电阻和与所述第一输出端和所述电流互感器二次侧的第二端连接的第四电容均设置在第二区域的顶层，所述功率信号传输线的内导体与所述电流互感器的线圈之间的顶层一侧和底层一侧均设置第一屏蔽圈，所述第一屏蔽圈上设置有多个第一过孔，位于顶层一侧的所述第一屏蔽圈的第一过孔和位于底层一侧的所述第一屏蔽圈的第一过孔相互连通，位于底层一侧的所述第一屏蔽圈通过多根导线连接所述电流互感器的线圈外侧的接地端。
可选地，位于底层一侧的所述电流互感器的线圈的外侧设置有第二屏蔽圈，且所述电流互感器的线圈与所述第二屏蔽圈之间的环形区域上设置有多个第二过孔。
可选地，所述第一区域的周边间隔设置多个第三过孔。
有益效果，本申请提供的功率检测电路及功率检测PCB板，通过寄生电容和第一电容进行电容分压得到采样电压信号，根据电流互感器二次侧的感应电流及采样电阻电路得到采样电流信号，从而可以实现采样电压信号和采样电流信号几乎无畸变，且采样电压信号和采样电流信号之间的干扰小，具有很好的独立性，随着功率的变化，采样电流信号和采样电压信号均具有良好的线性度，从而提高功率检测的精准度和可靠性。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本申请实施例提供的功率检测电路的原理图。
图2为本申请实施例提供的第一区域和第二区域的顶层结构示意图。
图3为本申请实施例提供的第一区域和第二区域的底层的结构示意图。
标号说明：C、寄生电容；C3、第一电容；R7、第一电阻；C2、第三电容；R4、第三电阻；R1、第五电阻；R2、第六电阻；R3、第七电阻；R5、第四电阻；C1、第四电容；R6、第二电阻；100、功率信号传输线的内导体；101、第一屏蔽圈；102、第二屏蔽圈；103、第一输出端的内导体；104、第一输出端的外导体；105、第二输出端的内导体；106、第二输出端的外导体；107、孔壁。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一方面，请参照图1，图1是本申请一些实施例中的功率检测电路的连接图，本申请提供了一种功率检测电路，用于检测功率，包括控制电路，还包括：第一电容C3、第一电阻R7、第二电阻R6、采样电阻电路、寄生电容C、第一输出端、第二输出端和电流互感器；
第一电容C3的两端分别与电流互感器二次侧的第二端（即图1中L-2）和寄生电容C连接，第一电容C3与电流互感器二次侧的第二端的连接点通过第一电阻R7接地，第二输出端（如图1中的J2）分别连接寄生电容和电流互感器二次侧的第二端（即图1中的L-2），第二输出端用于输出采样电压信号至控制电路；
采样电阻电路的两端分别与电流互感器二次侧的第一端和第二端连接，且采样电阻电路与电流互感器二次侧的第二端连接的一端通过第二电阻R6接地，第一输出端（如图1中的J1）分别连接电流互感器二次侧的第一端（即图1中的L-1）和第二端，第一输出端用于输出采样电流信号至控制电路，控制电路用于根据采样电压信号和采样电流信号计算采样功率。
具体地，如图1所示，通过寄生电容C和第一电容C3进行电容分压得到采样电压信号，其中，采样电压信号（/>为功率电压信号，/>为寄生电容C的电容值，/>为第一电容C3的电容值），功率信号传输线的内导体100相当于电流互感器的一次侧，匝数为1，电流互感器二次侧的线圈匝数为N，根据电磁感应原理，电流互感器二次侧的第一端和第二端之间的采样电流信号满足以下关系：I=(1/N)*I0（I0为功率电流信号），根据电流互感器二次侧的感应电流及采样电阻电路得到采样电流信号，将采样电流信号I转换为电压信号UI来表征功率电流信号的信息，即UI=(1/N)*I0*R0（R0为采样电阻电路的总电阻），从而可以实现采样电压信号和采样电流信号几乎无畸变，且采样电压信号和采样电流信号之间的干扰小，具有很好的独立性，随着功率的变化，采样电流信号和采样电压信号均具有良好的线性度，从而提高功率检测的精准度和可靠性。
其中，第一电阻R7和第二电阻R6的阻值均为0Ω, 第一电容C3的电容值可根据实际需要设置。
其中，本申请的功率检测电路可适用于射频电源的输出功率检测以及射频自动阻抗匹配器的输入/输出功率检测。
申请人在射频电源的频率2MHz-60MHz的范围以及不同的功率下进行测试，得到本申请的功率检测电路检测到的采样电压信号和采样电流信号均能够准确地反馈功率信号，能够满足现有的射频电源以及射频阻抗匹配器的频率使用范围。
在一些实施例中，采样电阻电路包括依次串联连接的第五电阻R1、第六电阻R2和第七电阻R3。
具体地，第五电阻R1、第六电阻R2和第七电阻R3的阻值均为2Ω，其中，采样电阻电路的总阻值满足以下关系：R0=R1+ R2+ R3，R1为第五电阻R1的阻值，R2为第六电阻R2的阻值，R3为第七电阻R3的阻值。
在一些实施例中，还包括第三电阻R4，第三电阻R4的两端分别与寄生电容C和第二输出端连接。
具体地，由于射频电源的内阻一般是50Ω，因此，通过串联第三电阻R4，使第三电阻R4的阻抗信号匹配到该电路中，防止信号发生反射，减少了由于信号反射导致的信号传输问题，其中，第三电阻R4的阻值可以是50Ω或者49.9Ω。
在一些实施例中，还包括第三电容C2，第三电容C2的一端与第二输出端连接，第三电容C2的另一端与电流互感器二次侧的第二端连接。
具体地，通过设置第三电容C2，可以对采样电压信号进行滤波，第三电容C2的电容值可根据实际需要设置，一般为nF或者uF级别，此处不作具体限制。
在一些实施例中，还包括第四电阻R5，第四电阻R5的两端分别与电流互感器二次侧的第一端和第一输出端连接。
具体地，通过设置第四电阻R5，防止信号发生反射，减少了由于信号反射导致的信号传输问题，第四电阻R5的阻值可以是50Ω或者49.9Ω。
在一些实施例中，还包括第四电容C1，第四电容C1的一端与第一输出端连接，第四电容C1的另一端与电流互感器二次侧的第二端连接。
具体地，通过设置第四电容C1，可以对采样电流信号进行滤波，其中，第四电容C1的电容值可根据实际需要设置，一般为nF或者uF级别，此处不作具体限制。
在一些实施例中，寄生电容C为功率信号传输线的内导体100、功率信号传输线的内导体100外围的介质以及安装功率信号传输线的内导体100的孔的孔壁107形成的电容。
第二方面，本申请还提供了一种功率检测PCB板，用于检测功率，基于上述的功率检测电路,包括双面PCB板，双面PCB板包括第一区域和第二区域，第一区域和第二区域均包括顶层和底层，第一区域设置有功率信号传输线的内导体100的安装孔，安装孔贯通第一区域的顶层及底层，并以功率信号传输线的内导体100作为电流互感器的一次侧，电流互感器的线圈以功率信号传输线的内导体100为中心呈圆周设置在第一区域中，寄生电容分布在第一区域中，电流互感器二次侧的第一端与采样电阻电路的其中一端连接，电流互感器二次侧的第二端与采样电阻电路的另一端连接，第一电容C3、第一电阻R7、第一输出端、第二输出端、采样电阻电路的第五电阻R1、采样电阻电路的第六电阻R2、采样电阻电路的第七电阻R3、与寄生电容C和第二输出端连接的第三电阻R4、与第二输出端和电流互感器二次侧的第二端连接的第三电容C2、与电流互感器二次侧的第一端和第一输出端连接的第四电阻R5和与第一输出端和电流互感器二次侧的第二端连接的第四电容C1均设置在第二区域的顶层，功率信号传输线的内导体100与电流互感器的线圈之间的顶层一侧和底层一侧均设置第一屏蔽圈101，第一屏蔽圈101上设置有多个第一过孔，位于顶层一侧的第一屏蔽圈101的第一过孔和位于底层一侧的第一屏蔽圈101的第一过孔相互连通，第一区域的底层的第一屏蔽圈101通过多根导线连接电流互感器的线圈外侧的接地端。
具体地，如图2和图3所示，通过在双面PCB板上设置第一区域和第二区域，使整个PCB板的布局具有一定的对称性，设置电流互感器的线圈均匀分布以形成均匀的电磁场，有利于提高采样电压信号和采样电流信号检测的线性度以及准确度；通过设置第一屏蔽圈101和接地端，能够减少采样电压信号和采样电流信号之间的干扰；且本申请功率检测PCB板的整体布局简洁美观，所用到的器件的尺寸较小，整个功率检测PCB板的尺寸合理。
其中，电流互感器的线圈可以是通过在第一区域的顶层和底层两侧印刷的导线连接而成的。
在一些实施例中，位于底层一侧的电流互感器的线圈的外侧设置有第二屏蔽圈102，且电流互感器的线圈与第二屏蔽圈102之间的环形区域上设置有多个第二过孔。
通过设置第二屏蔽圈102和第二过孔，同样有利于减少采样电压信号和采样电流信号之间的干扰。
在一些实施例中，第一区域的周边间隔设置多个第三过孔。
具体地，通过设置多个第三过孔，能够减小功率侧（即射频电源或者射频阻抗匹配器）的信号对采样信号的干扰。
其中，第一区域和第二区域的周边设置有多个安装孔，安装孔用于供螺丝穿过以将屏蔽盒安装在双面PCB板上，屏蔽盒为现有技术，用于屏蔽双面PCB板以外的信号干扰。
在一些实施例中，在第一输出端的内导体103、第二输出端的内导体105的过孔焊盘位置的四周设置多个第四过孔，第四过孔接地，从而为采样电压信号和采样电流信号的过孔提供额外的回流路径，避免出现一些电磁干扰问题。其中，第一输出端的外导体104和第二输出端的外导体106均设置在第二区域的底层。
在一些实施例中，双面PCB板的顶层和底层采用大面积的铺铜和包地处理，不仅可以降低地线阻抗，也可以提高整个功率检测PCB板的抗干扰能力，防止其它信号干扰到采样信号。
在一些实施例中，功率检测PCB板在制板时也进行了金属化包边处理（图2中左右两侧的边缘位置设置有过孔，作为预留的包边连接位置），从而减小检测信号与其他外界信号之间的干扰，其中，金属化包边处理为现有技术，此处不作详述。
由上可知，本申请提供的功率检测PCB板，可以实现采样电压信号和采样电流信号几乎无畸变，且采样电压信号和采样电流信号之间的干扰小，具有很好的独立性，随着功率的变化，采样电流信号和采样电压信号均具有良好的线性度，从而提高功率检测的精准度和可靠性，并且功率检测PCB板的结构紧凑，适用范围广。
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。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率检测电路，用于检测功率，包括控制电路，其特征在于，还包括：第一电容、第一电阻、第二电阻、采样电阻电路、寄生电容、第一输出端、第二输出端和电流互感器；
所述第一电容的两端分别与所述电流互感器二次侧的第二端和所述寄生电容连接，所述第一电容与所述电流互感器二次侧的第二端的连接点通过所述第一电阻接地，所述第二输出端分别连接所述寄生电容和所述电流互感器二次侧的第二端，所述第二输出端用于输出采样电压信号至所述控制电路；
所述采样电阻电路的两端分别与所述电流互感器二次侧的第一端和第二端连接，且所述采样电阻电路与所述电流互感器二次侧的第二端连接的一端通过所述第二电阻接地，所述第一输出端分别连接所述电流互感器二次侧的第一端和第二端，所述第一输出端用于输出采样电流信号至所述控制电路，所述控制电路用于根据所述采样电压信号和所述采样电流信号计算采样功率。
2.根据权利要求1所述的功率检测电路，其特征在于，所述采样电阻电路包括依次串联连接的第五电阻、第六电阻和第七电阻。
3.根据权利要求1所述的功率检测电路，其特征在于，还包括第三电阻，所述第三电阻的两端分别与所述寄生电容和所述第二输出端连接。
4.根据权利要求3所述的功率检测电路，其特征在于，还包括第三电容，所述第三电容的一端与所述第二输出端连接，所述第三电容的另一端与所述电流互感器二次侧的第二端连接。
5.根据权利要求1所述的功率检测电路，其特征在于，还包括第四电阻，所述第四电阻的两端分别与所述电流互感器二次侧的第一端和第一输出端连接。
6.根据权利要求5所述的功率检测电路，其特征在于，还包括第四电容，所述第四电容的一端与所述第一输出端连接，所述第四电容的另一端与所述电流互感器二次侧的第二端连接。
7.根据权利要求1所述的功率检测电路，其特征在于，所述寄生电容为功率信号传输线的内导体（100）、所述功率信号传输线的内导体（100）外围的介质以及功率信号传输线的内导体（100）的安装孔的孔壁（107）形成的电容。
8.一种功率检测PCB板，用于检测功率，其特征在于，基于如权利要求1-7任一项所述的功率检测电路,包括双面PCB板，所述双面PCB板包括第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域均包括顶层和底层，所述第一区域设置有功率信号传输线的内导体（100）的安装孔，所述安装孔贯通所述第一区域的顶层及底层，并以所述功率信号传输线的内导体（100）作为所述电流互感器的一次侧，所述电流互感器的线圈以所述功率信号传输线的内导体（100）为中心呈圆周设置在所述第一区域中，寄生电容分布在所述第一区域中，所述电流互感器二次侧的第一端与采样电阻电路的其中一端连接，所述电流互感器二次侧的第二端与采样电阻电路的另一端连接，第一电容、第一电阻、第一输出端、第二输出端、采样电阻电路的第五电阻、采样电阻电路的第六电阻、采样电阻电路的第七电阻、与所述寄生电容和所述第二输出端连接的第三电阻、与所述第二输出端和所述电流互感器二次侧的第二端连接的第三电容、与所述电流互感器二次侧的第一端和第一输出端连接的第四电阻和与所述第一输出端和所述电流互感器二次侧的第二端连接的第四电容均设置在第二区域的顶层，所述功率信号传输线的内导体（100）与所述电流互感器的线圈之间的顶层一侧和底层一侧均设置第一屏蔽圈（101），所述第一屏蔽圈（101）上设置有多个第一过孔，位于顶层一侧的所述第一屏蔽圈（101）的第一过孔和位于底层一侧的所述第一屏蔽圈（101）的第一过孔相互连通，所述第一区域的底层的所述第一屏蔽圈（101）通过多根导线连接所述电流互感器的线圈外侧的接地端。
9.根据权利要求8所述的功率检测PCB板，其特征在于，位于底层一侧的所述电流互感器的线圈的外侧设置有第二屏蔽圈（102），且所述电流互感器的线圈与所述第二屏蔽圈（102）之间的环形区域上设置有多个第二过孔。
10.根据权利要求8所述的功率检测PCB板，其特征在于，所述第一区域的周边间隔设置多个第三过孔。
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