CN117706420A - 用于检测漏电流的电路和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及模拟前端技术领域，公开一种用于检测漏电流的电路，应用于AFE芯片，包括：第一放大电路，与AFE芯片接地端连接，用于根据AFE芯片接地端的漏电流输出第一放大电压，通过检测第一放大电压获取AFE芯片接地端的漏电流的变化情况；和/或，第二放大电路，与AFE芯片电源端连接；用于根据AFE芯片电源端的漏电流输出第二放大电压，通过检测第二放大电压获取AFE芯片电源端的漏电流的变化情况。在AFE芯片的漏电流发生细微变化的情况下，第一放大电路和/或第二放大电路可以将漏电流的变化放大并输出相应的放大电压，通过检测放大电压获取漏电流的变化情况，提高对漏电流的检测精度。本申请还公开一种电子设备。

Description

用于检测漏电流的电路和电子设备

技术领域

本申请涉及模拟前端技术领域，例如涉及一种用于检测漏电流的电路和电子设备。

背景技术

目前，AFE(Analog Front End，模拟前端)采集芯片在新能源领域大量应用并发展迅速。多家主流芯片公司都推出了各自的AFE芯片及产品路线图，在采集精度、转换速率、级联数量和采集通道数等进行多次改进，实现了在降低成本的同时提高产品性能。然而，随着AFE芯片装机量的不断提升，AFE芯片易受损的问题也同时暴露出来。由于AFE芯片普遍应用于高压环境，同时又需要与低压平台进行交互，使AFE芯片易受到高压环境中抛负载、电压陡升或陡降等引起的电负荷冲击与干扰，对其使用寿命及功能产生影响。因此，找出一种可以对AFE芯片初期损坏进行有效探测的方式成为业内急待探讨的问题。

AFE芯片内部受损后最直观的表现为其漏电流变大，超出数据手册中的规定范围。在相关技术中，使用供电回路对AFE芯片的漏电流进行检测。在漏电流过大的情况下，会对AFE芯片的电流采集精度产生影响。通过对AFE芯片采集精度的监控，实现对漏电流的监控。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：

使用供电回路对AFE芯片的漏电流进行检测，在漏电流较大且影响到电流采集精度的情况下，才能判断AFE芯片受损失效。而在受损初期，漏电流变化较小，供电回路对漏电流变化的检测精度较低，无法进行探测，不能提前识别风险，可能会造成安全隐患。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供了一种用于检测漏电流的电路和电子设备，以提高对AFE芯片漏电流的检测精度。

在一些实施例中，所述用于检测漏电流的电路应用于AFE芯片，包括：第一放大电路，与AFE芯片接地端连接，用于根据AFE芯片接地端的漏电流输出第一放大电压，通过检测第一放大电压获取AFE芯片接地端的漏电流的变化情况；和/或，第二放大电路，与AFE芯片电源端连接；用于根据AFE芯片电源端的漏电流输出第二放大电压，通过检测第二放大电压获取AFE芯片电源端的漏电流的变化情况。

可选地，用于检测漏电流的电路还包括：保险丝，一端与AFE芯片接地端连接，另一端接地；用于根据AFE芯片接地端的漏电流在AFE芯片接地端产生检测电压。

可选地，第一放大电路包括：分压电路，与一电源连接，用于将电源电压进行分压得到分压电压；放大器电路，分别与分压电路和AFE芯片接地端连接；用于根据AFE芯片接地端的检测电压将分压电压进行放大并输出第一放大电压。

可选地，分压电路包括：第一电阻，一端与电源连接；另一端用于输出分压电压；第二电阻，一端与第一电阻的另一端连接；另一端接地。

可选地，放大器电路包括：放大器，正输入端与第一电阻的另一端连接；负输入端与AFE芯片接地端连接；输出端用于输出第一放大电压；第三电阻，一端与放大器的负输入端连接；另一端与放大器的输出端连接。

可选地，第二放大电路包括：三极管放大电路，与AFE芯片电源端连接；用于根据AFE芯片电源端的漏电流输出放大电压；低通滤波电路，与三极管放大电路连接；用于对放大电压进行低通滤波，输出第二放大电压。

可选地，三极管放大电路包括：NPN三极管，集电极与AFE芯片电源端连接；基极用于接收控制信号；发射极用于输出放大电压；第四电阻，一端与NPN三极管的集电极连接；另一端与NPN三级管的基极连接；第五电阻，一端与NPN三极管的发射极连接；另一端接地。

可选地，低通滤波电路包括：滤波电阻，一端与NPN三极管的发射极连接；另一端用于输出第二放大电压；滤波电容，一端与滤波电阻的另一端连接；另一端接地。

可选地，AFE芯片还包括：第一电压检测接口，与第一电阻的另一端连接，用于检测分压电压；第二电压检测接口，与放大器的输出端连接，用于检测第一放大电压；第三电压检测接口，与滤波电阻的另一端连接，用于检测第二放大电压；控制电压输出接口，与NPN三极管的基极连接，用于控制NPN三极管。

在一些实施例中，所述电子设备包括AFE芯片，还包括如上述的用于检测漏电流的电路。

本公开实施例提供的用于检测漏电流的电路和电子设备，可以实现以下技术效果：

本公开实施例中，将第一放大电路和/或第二放大电路与AFE芯片连接。在AFE芯片接地端的漏电流发生细微变化的情况下，第一放大电路可以将漏电流的变化放大，并使第一放大电压发生较大的变化，因此通过检测第一放大电压的变化情况就能获取AFE芯片接地端的漏电流的变化情况。而利用第二放大电路，通过检测第二放大电压的变化情况也能获取AFE芯片电源端的漏电流的变化情况。因此，第一放大电路和第二放大电路可以在AFE芯片的漏电流发生较小变化的情况下，通过第一放大电压和第二放大电压将这种微小的变化放大，从而提高了对AFE芯片漏电流的检测精度。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是AFE芯片的主流设计电路的电路图；

图2是本公开实施例提供的一种用于检测漏电流的电路的电路图；

图3是本公开实施例提供的另一种用于检测漏电流的电路的电路图；

图4是本公开实施例提供的一种用于检测漏电流的电路中第一放大电路的电路图；

图5是本公开实施例提供的一种用于检测漏电流的电路中第二放大电路的电路图；

图6是本公开实施例提供的一种用于检测漏电流的电路应用于AFE芯片的电路图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

术语“对应”可以指的是一种关联关系或绑定关系，A与B相对应指的是A与B之间是一种关联关系或绑定关系。

结合图1所示，在AFE芯片的主流设计电路中，以使用AFE芯片采集多个单体电压(Cell1，...，Cell14)为例，在AFE芯片上具有电源端Vpower、CTREF通道以及多个电压采集通道(CT1，...，CT14)。其中，电源端Vpower用于为AFE芯片供电；CTREF通道用于采集电流。此外，在AFE芯片和采集电压之间还包括静电放电电容(C1，C3，C5，C7，C8，C10，C12)、差分滤波电容(C2，C4，C6，C9，C11)、稳压二极管D1和限流电阻R。静电放电电容用于吸收静电能量，保护电路中的电子元件。差分滤波电容用于保持电路运行稳定。在每个单体采集电压通道还设置有一个低通滤波器LPF进行低通滤波。在AFE芯片中，通过隔离通信与低压端的MCU进行数据交互；GPIO7和GPIO8通过低通滤波器LPF采集由热敏电阻器NTC产生的外部模拟量。该电路中，在最高电位Cell14的正极以及最低电位Cell1的负极进行单独引线，形成AFE芯片的供电回路，可以减少对采集精度的影响。供电回路也同时监控着所有单体电压的电压总和，确保电路的功能正常。

在AFE芯片漏电流过大的情况下，就会影响供电回路中CTREF通道的采集精度，进而进行报警。但是，在CTREF通道本身的采集精度较低的情况下，无法在芯片损坏初期，漏电流较小的情况下进行报警，可能会造成安全隐患。

结合图2所示，本公开实施例提供了一种用于检测漏电流的电路，应用于AFE芯片10，包括第一放大电路20，和/或，第二放大电路30，可以提高对AFE芯片10漏电流的检测精度。

在本公开实施例中，第一放大电路20与AFE芯片接地端GND连接，用于根据AFE芯片接地端GND的漏电流输出第一放大电压Vout1，通过检测第一放大电压Vout1获取AFE芯片接地端GND的漏电流的变化情况。第二放大电路30与AFE芯片电源端Vpower连接；用于根据AFE芯片电源端Vpower的漏电流输出第二放大电压Vout2，通过检测第二放大电压Vout2获取AFE芯片电源端Vpower的漏电流的变化情况。

本公开实施例对AFE芯片10进行额外的电路设计，包括在AFE芯片接地端GND连接第一放大电路20，和/或，在AFE芯片电源端Vpower连接第二放大电路30。在AFE芯片接地端GND的漏电流发生变化的情况下，第一放大电路20可以将漏电流的变化放大，并使第一放大电压Vout1发生较大的变化；而在AFE芯片电源端Vpower的漏电流发生变化的情况下，第二放大电路30可以将漏电流的变化放大，并使第二放大电压Vout2发生较大的变化。因此，第一放大电路20和第二放大电路30可以在AFE芯片10的漏电流发生较小变化的情况下，利用第一放大电压Vout1和第二放大电压Vout2将这种微小的变化放大，通过检测第一放大电压Vout1和第二放大电压Vout2的变化情况，就能分析获取AFE芯片10的漏电流的变化情况，从而提高了对AFE芯片10漏电流的检测精度。此外，对AFE芯片10的接地端和电源端的漏电流检测互为冗余，确保了漏电流检测功能的正常，增加了检测功能的完整性。若第一放大电路20出现异常导致功能失效，此时还可以通过第二放大电路30来检测出芯片的异常，反之亦然，从而实现最高的诊断覆盖率要求。而且，在第一放大电路20检测出漏电流偏大而第二放大电路30没有检测出，或者，在第二放大电路30检测出漏电流偏大而第一放大电路20没有检测出的情况下，说明此电路存在异常，需要进行报错处理。

可选地，结合图3所示，用于检测漏电流的电路还包括保险丝F1。保险丝F1的一端与AFE芯片接地端GND连接，另一端接地。用于根据AFE芯片接地端GND的漏电流在AFE芯片接地端GND产生检测电压T1。

该实施例中，在AFE芯片接地端GND增加了保险丝F1，保险丝F1的内阻通常为1Ω左右，利用保险丝F1的内阻，可以在AFE芯片接地端GND根据漏电流产生检测电压T1。此外，保险丝F1还可以对AFE芯片10起到防护作用，在AFE芯片接地端GND的漏电流增大的情况下，可能会使芯片烧毁甚至存在起火风险，导致整车烧毁。增加保险丝F1后会先于芯片熔断，断开电路，减少此类事件发生

可选地，结合图3所示，第一放大电路20包括分压电路201和放大器电路202。分压电路201与一电源连接，用于将电源电压进行分压得到分压电压Vaux。放大器电路202分别与分压电路201和AFE芯片接地端GND连接；用于根据AFE芯片接地端GND的检测电压T1将分压电压Vaux进行放大并输出第一放大电压Vout1。

该实施例中，通过分压电路201将电源电压分压得到一个低于5V的分压电压Vaux，并将该分压电压Vaux作为放大器电路202的参考电压。放大器电路202通过获取AFE芯片接地端GND的检测电压T1，将分压电压Vaux放大并输出第一放大电压Vout1。在AFE芯片接地端GND的漏电流发生变化的情况下，检测电压T1也会改变，作用于放大器电路202，最终使第一放大电压Vout1发生变化。因此，通过检测第一放大电压Vout1的变化情况，就能获取AFE芯片接地端GND的漏电流的变化情况。

可选地，结合图4所示，分压电路201包括第一电阻R1和第二电阻R2。第一电阻R1的一端与电源连接；另一端用于输出分压电压Vaux。第二电阻R2的一端与第一电阻R1的另一端连接；另一端接地。

根据电阻分压的原理，使用分立器件搭建分压电路201，对电源电压进行分压。通过合理设置第一电阻R1和第二电阻R2的电阻值，将电源电压进行分压，并得到合适的分压电压Vaux，作为放大器电路202的参考电压。在该实施例中，分压电压Vaux为小于5V的电压。

可选地，分压电压Vaux的电压值的范围包括[2V，4V]。更具体的，Vaux＝2V、3V或4V。

可选地，结合图4所示，放大器电路202包括放大器AMP和第三电阻R3。放大器AMP的正输入端与第一电阻R1的另一端连接；负输入端与AFE芯片接地端GND连接；输出端用于输出第一放大电压Vout1。第三电阻R3的一端与放大器AMP的负输入端连接；另一端与放大器AMP的输出端连接。

在该实施例中，将放大器AMP、第三电阻R3和保险丝F1共同形成一个同向放大器。放大器AMP的正输入端连接分压电压Vaux，负输入端连接检测电压T1，输出端输出第一放大电压Vout1。将第三电阻R3和保险丝F1的阻值设置为合适的参数，可以将AFE芯片接地端GND的漏电流的变化放大并反馈至第一放大电压Vout1，通过检测第一放大电压Vout1，就可以检测出AFE芯片接地端GND的漏电流的微小变化。

可选地，结合图3所示，第二放大电路30包括三级管放大电路301和低通滤波电路302。三级管放大电路301与AFE芯片电源端Vpower连接；用于根据AFE芯片电源端Vpower的漏电流输出放大电压。低通滤波电路302，与三级管放大电路301连接；用于对放大电压进行低通滤波，输出第二放大电压Vout2。

AFE芯片电源端Vpower通过限流电阻与电源连接，电源电压经过限流电阻后作用于AFE芯片电源端Vpower。在AFE芯片电源端Vpower的漏电流发生变化的情况下，限流电阻上的压降也会产生变化，从而改变AFE芯片电源端Vpower的电压Vpower_AUX。因此，在AFE芯片电源端Vpower增加三级管放大电路301，可以将AFE芯片电源端Vpower的电压Vpower_AUX进行放大，并输出放大电压。将放大电压经过低通滤波电路302后输出第二放大电压Vout2再进行采集，可以提高对第二放大电压Vout2的采集精度。通过检测第二放大电压Vout2，就能获取AFE芯片电源端Vpower的漏电流的变化情况。此外，作为针对于AFE芯片电源端Vpower的漏电流检测的第二放大电路30，与针对于AFE芯片接地端GND的漏电流检测的第一放大电路20，两者对漏电流的检测互为冗余，确保了漏电流检测功能的正常。

可选地，结合图5所示，三级管放大电路301包括NPN三极管TRAN、第四电阻R4和第五电阻R5。NPN三极管TRAN的集电极与AFE芯片电源端Vpower连接；基极用于接收控制信号；发射极用于输出放大电压。第四电阻R4的一端与NPN三极管TRAN的集电极连接；另一端与NPN三级管的基极连接；第五电阻R5的一端与NPN三极管TRAN的发射极连接；另一端接地。

在AFE芯片电源端Vpower的漏电流发生变化的情况下，限流电阻上的压降产生变化，从而使AFE芯片电源端Vpower的电压Vpower_AUX发生改变，再经过三极管共集电极放大电路进行放大，输出放大电压。将放大电压进行低通滤波后就能得到第二放大电压Vout2。通过检测第二放大电压Vout2，就可以监控AFE芯片电源端Vpower的漏电流较小的变化。

可选地，结合图5所示，低通滤波电路302包括滤波电阻Rf和滤波电容Cf。滤波电阻Rf的一端与NPN三极管TRAN的发射极连接；另一端用于输出第二放大电压Vout2。滤波电容Cf的一端与滤波电阻Rf的另一端连接；另一端接地。

将放大电压经过一阶低通滤波器滤波后获得第二放大电压Vout2，可以滤除高频分量的影响，提高对第二放大电压Vout2的采集精度，从而提高对AFE芯片电源端Vpower的漏电流的检测精度。

可选地，结合图6所示，AFE芯片10还包括第一电压检测接口GPIO1、第二电压检测接口GPIO2、第三电压检测接口GPIO3和控制电压输出接口GPIO4。第一电压检测接口GPIO1与第一电阻R1的另一端连接，用于检测分压电压Vaux。第二电压检测接口GPIO2与放大器AMP的输出端连接，用于检测第一放大电压Vout1。第三电压检测接口GPIO3与滤波电阻Rf的另一端连接，用于检测第二放大电压Vout2。控制电压输出接口GPIO4与NPN三极管TRAN的基极连接，用于控制NPN三极管TRAN。

在将本公开实施例提供的用于检测漏电流的电路应用于AFE芯片10的情况下，AFE芯片10中还应该设置有第一电压检测接口GPIO1、第二电压检测接口GPIO2、第三电压检测接口GPIO3和控制电压输出接口GPIO4。在该实施例中，使用不同的电压检测接口对第一放大电路20和第二放大电路30中的分压电压Vaux、第一放大电压Vout1和第二放大电压Vout2进行检测，可以减少因为AFE芯片10的检测接口出现故障而对漏电流检测产生影响的情况。

结合图6所示，将本公开实施例提供的用于检测漏电流的电路应用于AFE芯片10，可以对AFE芯片10的接地端和电源端的漏电流进行检测。通过第一放大电路20和第二放大电路30将漏电流的变化放大，并通过检测第一放大电压Vout1和第二放大电压Vout2进行获取漏电流的变化情况，提高对AFE芯片漏电流的检测精度，及时识别漏电流的微小变化，提高安全性。

本公开实施例还提供一种电子设备，包括AFE芯片，以及上述的用于检测漏电流的电路。

本公开实施例提供的电子设备，可以提高对AFE芯片的漏电流的检测精度，在漏电流出现微小变化的情况下就能识别异常。在提前识别风险后，通过大数据等方式，还能提前发现可能存在的风险，减少产品市场质量问题，降低总成本。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。类似地，如在本申请中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本申请中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。

Claims (10)

1.一种用于检测漏电流的电路，应用于模拟前端AFE芯片，其特征在于，包括：

第一放大电路，与AFE芯片接地端连接，用于根据AFE芯片接地端的漏电流输出第一放大电压，通过检测第一放大电压获取AFE芯片接地端的漏电流的变化情况；和/或，

第二放大电路，与AFE芯片电源端连接；用于根据AFE芯片电源端的漏电流输出第二放大电压，通过检测第二放大电压获取AFE芯片电源端的漏电流的变化情况。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

保险丝，一端与AFE芯片接地端连接，另一端接地；用于根据AFE芯片接地端的漏电流在AFE芯片接地端产生检测电压。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，第一放大电路包括：

分压电路，与一电源连接，用于将电源电压进行分压得到分压电压；

放大器电路，分别与分压电路和AFE芯片接地端连接；用于根据AFE芯片接地端的检测电压将分压电压进行放大并输出第一放大电压。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，分压电路包括：

第一电阻，一端与电源连接；另一端用于输出分压电压；

第二电阻，一端与第一电阻的另一端连接；另一端接地。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，放大器电路包括：

放大器，正输入端与第一电阻的另一端连接；负输入端与AFE芯片接地端连接；输出端用于输出第一放大电压；

第三电阻，一端与放大器的负输入端连接；另一端与放大器的输出端连接。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，第二放大电路包括：

三极管放大电路，与AFE芯片电源端连接；用于根据AFE芯片电源端的漏电流输出放大电压；

低通滤波电路，与三极管放大电路连接；用于对放大电压进行低通滤波，输出第二放大电压。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，三极管放大电路包括：

NPN三极管，集电极与AFE芯片电源端连接；基极用于接收控制信号；发射极用于输出放大电压；

第四电阻，一端与NPN三极管的集电极连接；另一端与NPN三级管的基极连接；

第五电阻，一端与NPN三极管的发射极连接；另一端接地。

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，低通滤波电路包括：

滤波电阻，一端与NPN三极管的发射极连接；另一端用于输出第二放大电压；

滤波电容，一端与滤波电阻的另一端连接；另一端接地。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，AFE芯片还包括：

第一电压检测接口，与第一电阻的另一端连接，用于检测分压电压；

第二电压检测接口，与放大器的输出端连接，用于检测第一放大电压；

第三电压检测接口，与滤波电阻的另一端连接，用于检测第二放大电压；

控制电压输出接口，与NPN三极管的基极连接，用于控制NPN三极管。

10.一种电子设备，包括AFE芯片，其特征在于，还包括如权利要求1至9任一项所述的用于检测漏电流的电路。