CN202393815U - 多路高压小电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的多路高压小电流检测电路，改变传统从高压端电流取样的方法，将每路的高压电流从低压端进行电流取样，由于从低压端取样，共模电压大大减少，从而提高了差模电流检测精度，实现uA级甚至更低的电流检测。除此之外，本实用新型采用运算放大器通过运算方法从混叠的电流中检测出所需电流分量，因而可以在混叠有它负载电流的低压端准确检测高压电源的高压输出端的输出电流，解决了在采用常规差分电流检测方法时，对电路元件极端的难以达到的精度要求问题。

Description

多路高压小电流检测电路

技术领域

本实用新型涉及检测电路领域，尤其涉及一种多路高压小电流检测电路。

背景技术

现有技术中，在进行多路高压电流检测时，由于多路高压输出共地，所以很难直接在低端进行电流检测，现有的产品通常从高压输出端直接串联电阻进行电流取样，再经过运放将电阻的取样电压放大，得到实际的检测输出电压。如图1所示，为现有技术多路高压小电流检测电路。由于各路检测电路都一样，图示中选择一路高压小电流检测电路进行说明，该电路元件及连接关系如图所示，文字部分不再描述。

图1中电路存在以下问题，导致对微小电流的检测不够精确：

第一，共模电压太高，如可达数千伏以上，差模电压太低，如10uA的电流流过100K的电阻Ra，电压只有1V，Ra太大则会导致高压损失大，由于运放的共模抑制比是有限的，如LM358只有70dB左右，使得运放的输出与实际检测到的电流存在较大差别；

第二，电路要求分压电阻的对称性极高，如要求R1＝R3，R4＝(R2+VR1)，如果稍有偏差，则导致相同的检测电流，有不同的输出电压。表现在实际生产时，如不同台次的电源，由于电阻不对称的原因，相同的检测电流，输出电压Vo差别很大，超过规格范围的要求；

第三，特别严重的是，如果输出高压Vtx发生变化，相同检测电流，检测的输出电压Vo也会发生变化，所以对于要求高压输出可调的应用，此检测电路根本无法满足要求。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种新的电路设计方案，使得检测输出电压随被检测电流的变化而线性变化，并且检测电流可达uA级甚至更低，受输出高压的大小影响极小，实用度高。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型提供了一种多路高压小电流检测电路，所述电路包括至少两路高压小电流检测电路，所述高压小电流检测电路包括高压发生器、高压输出端、主负载、其它负载、偏置电压源、用于检测总电流的第一取样电阻、用于检测其它负载电流的第二取样电阻、检测所述第一取样电阻两端电压的第一检测电路、检测所述第二取样电阻两端电压的第二检测电路以及运算放大器，其中所述高压发生器的高压端连接两个支路，第一支路接高压输出端，高压输出端通过主负载接地，第二支路接所述其它负载，其它负载的另一端串联第二取样电阻后接地，高压发生器的低压端依次串联第一取样电阻和偏置电压源后接地，所述运算放大器的第一输入端接第一检测电路的输出端，所述运算放大器的第二输入端接第二检测电路输出端，运算放大器的输出端为检测结果输出。

具体地，所述第一检测电路、第二检测电路分别为运算放大电路。

具体地，所述至少两路高压小电流检测电路共用一个高压发生器和一个偏置电压源。

具体地，所述偏置电压源可为正电压，零电压或负电压。

具体地，所述第一取样电阻、第二取样电阻均包括一个或多个电阻。

具体地，所述运算放大器为加法器或减法器，具体取决于两取样电阻所在电路的参考方向是否一致，若一致时采用减法器，不一致时采用加法器。

具体地，所述其它负载包括输出高压闭环控制的采样电路等。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型方案将改变传统从高压端电流取样的方法，每路的高压电流从低压端进行电流取样，由于从低压端取样，共模电压大大减少，从而提高了差模电流检测精度，实现uA级甚至更低的电流检测。除此之外，本实用新型采用运算放大器通过运算方法从混叠的电流中检测出所需电流分量，因而可以在混叠有其它负载电流的低压端准确检测高压电源的高压输出端的输出电流，解决了采用常规差分电流检测方法时，对电路元件极端的难以达到的精度要求问题。

附图说明

图1是本实用新型现有技术多路高压小电流检测电路图；

图2是本实用新型实施例多路高压小电流检测电路原理图；

图3是本实用新型实施例多路高压小电流检测电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型方案将改变传统从高压端电流取样的方法，每路的高压电流从低压端进行电流取样，由于从低压端取样，共模电压大大减少，从而提高了差模电流检测精度，实现uA级甚至更低的电流检测。除此之外，本实用新型采用运算放大器通过运算方法从混叠的电流中检测出所需电流分量，因而可以在混叠有其它负载电流的低压端准确检测高压电源的高压输出端的输出电流，解决了采用常规差分电流检测方法时，对电路元件极端的难以达到的精度要求问题。

实施例1

参见图2，是本实用新型实施例多路高压小电流检测电路原理图，所述检测电路包括至少两路高压小电流检测电路，由于每路高压小电流检测电路原理图基本相同，图中只画出其中一路的高压小电流检测电路原理图。

如图所示，所述高压小电流检测电路包括高压发生器、高压输出端、主负载(RL)、其它负载、偏置电压源、用于检测总电流(IL+IA)的第一取样电阻(Rs1)、用于检测其它负载电流(IA)的第二取样电阻(Rs2)、检测所述第一取样电阻(Rs1)、两端电压的第一检测电路、检测所述第二取样电阻(Rs2)两端电压的第二检测电路以及运算放大器，其中所述高压发生器的高压端连接两个支路，第一支路接高压输出端，高压输出端通过主负载(RL)接地，第二支路接所述其它负载，其它负载的另一端串联第二取样电阻(Rs2)后接地，高压发生器的低压端依次串联第一取样电阻(Rs1)和偏置电压源后接地，所述运算放大器的第一输入端接第一检测电路的输出端，所述运算放大器的第二输入端接第二检测电路输出端，运算放大器的输出端为检测结果输出。

具体地，所述第一检测电路、第二检测电路分别为运算放大电路。具体地，所述至少两路高压小电流检测电路共用一个高压发生器和一个偏置电压源，共用偏置电压源不会影响电流检测输出电压值。具体地，所述偏置电压源可为正电压，零电压或负电压。具体地，所述第一取样电阻、第二取样电阻均包括一个或多个电阻。

图2中高压小电流检测电路的工作原理如下：

本电路采用从偏置电压源与高压发生器低压端的支路中，用电阻Rs1检测主负载电流IL的方法，不同于高压端直接电流检测，即只有IL通过检测电路，由于在实际电路中，并非只有IL流过电阻Rs1，还有一些其它负载的电流，例如流过用于稳定输出高压的反馈电阻的电流等，这部分多余的电流会使检测输出电压有较大误差，特别是对uA级或更低的电流检测时，表现尤为突出，为克服这部分多余电流的影响，本实用新型的设计思想是采用双电流或多电流检测电路，以下以双电流检测电路为例进行说明：

一路检测通过Rs1的所有电流，也即总电流，其中含主负载电流IL及其它负载电流IA，需要说明的是，其它负载电流IA可能包含一个或多个分量，即IA＝IA1+IA2+…，得到的检测电压为V1；另一路单独检测除IL这部分电流之外的多余电流IA，取得的检测电压值为V2；然后再用一级减法电路或加法电路，取得两者的差值：

ΔV＝V1-V2，完全去掉多余电流的影响，此ΔV就是完全反映真实检测电流IL的电压值，再将ΔV放大，得到完全正比于真实检测主负载电流IL的输出电压值Vo。

本实用新型改变传统从高压端电流取样的方法，将每路的高压电流IL从低压端用电阻Rs1取样。由于从低压端取样，共模电压大大减少，从而提高了差模电流检测精度，实现uA级甚至更低的电流检测；此处偏置电压源，可以是电压较低的正电压，或者是零电压即接地，也可以是负电压；本实用新型采用运算放大器通过运算方法从混叠的电流中检测出所需电流分量，因而可以在混叠有其它负载电流的低端准确检测高压电源的高端输出端的输出电流，解决了采用常规差分电流检测方法时，对电路元件极端的难以达到的精度要求问题。

实施例2

参见图3，是本实用新型实施例多路高压小电流检测电路图。由于每路高压小电流检测电路图基本相同，图中只画出其中一路的高压小电流检测电路图。图中各元件及连接关系如图所示，此处不再详述。

图中高压小电流检测电路，采用低压端电流检测的方法，此处的偏置电压源是一个-1200V的电压偏置电路，可供两路或多路检测电路使用，电路可实现电流检测输出电压Vo与被检测的主负载电流IL的线性关系式：Vo＝0.1X IL+2.5(单位：Vo-伏，IL-uA)，并且检测输出电压几乎不受输出高压值的影响，在-750V～+3000V的范围内保持Vo＝0.1X IL+2.5不变。

以下对电路图“K-TRANSFER”的原理进行说明：

电流IL1是实际要检测的主负载电流即有用电流，电流IA1是其它负载电流即无用电流，(IL1+IA1)这两个电流通过电阻R118(5.1MF 1/2W)进行电压采样，再送入运放U100C(LM358)后，得到与电流(IL1+IA1)相关的输出电压V11；同时，电流IA1通过电阻R122(11KF 0805)进行电压采样，得到与电流相关的输出电压V12；

V11与V12被送入由U100B(LM358)与周边元件组成的反相加法器，也就是减法器，以及放大电路中，两数值相减后被放大，得到仅与主负载电流IL1相关的输出电压Vo，并且Vo＝0.1X IL+2.5。

图中R119取值与R118相等(5.1MF 1/2W)，加入R119是为了消除-1200V偏置电压所产生电流的影响。因为运放的两个输入端电平约为2.5V，所以-1200V偏置电压必然会在运放的输入串联电阻R108和R109中产生电流；而由-1200V偏压所导致的流经R108的电流必然流经取样电阻R118，并在R118上产生电压降，从而影响电流检测结果；加入R119后，会在差分放大器的另一输入回路中产生相同的电压降，抵消上述R118上的压降，从而消除-1200V偏置电压导致的另一个“其它电流”对检测结果的影响。综述：本方案输出高压可调的小电流检测电路，在共用-1200V低压端电源的情况下，实现了各路负载电流的独立检测，而且不受输出高压值的影响，在-750V～+3000V的范围内取得一致的电流检测输出电压。

本实用新型方案将每路的高压电流从低压端进行电流取样，改变传统从高压端电流取样的方法。由于从低压端取样，共模电压大大减少，从而提高了差模电流检测精度，实现uA级甚至更低的电流检测。除此之外，本实用新型采用运算放大器通过运算方法从混叠的电流中检测出所需电流分量，因而可以在混叠有其它负载电流的低压端准确检测高压电源的高压输出端的输出电流，解决了采用常规差分电流检测方法时，对电路元件极端的难以达到的精度要求问题。以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种多路高压小电流检测电路，其特征在于，所述电路包括至少两路高压小电流检测电路，所述高压小电流检测电路包括高压发生器、高压输出端、主负载、其它负载、偏置电压源、用于检测总电流的第一取样电阻、用于检测其它负载电流的第二取样电阻、检测所述第一取样电阻两端电压的第一检测电路、检测所述第二取样电阻两端电压的第二检测电路以及运算放大器，其中所述高压发生器的高压端连接两个支路，第一支路接高压输出端，高压输出端通过主负载接地，第二支路接所述其它负载，其它负载的另一端串联第二取样电阻后接地，高压发生器的低压端依次串联第一取样电阻和偏置电压源后接地，所述运算放大器的第一输入端接第一检测电路的输出端，所述运算放大器的第二输入端接第二检测电路输出端，运算放大器的输出端为检测结果输出。

2.根据权利要求1所述的多路高压小电流检测电路，其特征在于，所述第一检测电路、第二检测电路分别为运算放大电路。

3.根据权利要求1所述的多路高压小电流检测电路，其特征在于，所述至少两路高压小电流检测电路共用一个高压发生器和一个偏置电压源。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的多路高压小电流检测电路，其特征在于，所述偏置电压源为正电压，零电压或负电压。

5.根据权利要求1所述的多路高压小电流检测电路，其特征在于，所述第一取样电阻、第二取样电阻均包括一个或多个电阻。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述运算放大器为加法器或减法器。

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