CN203422416U

CN203422416U - 一种高端电流检测电路

Info

Publication number: CN203422416U
Application number: CN201320533358.1U
Authority: CN
Inventors: 贾春冬
Original assignee: Beijing Jingwei Hirain Tech Co Ltd
Current assignee: Beijing Jingwei Hirain Tech Co Ltd
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2023-08-29

Abstract

本实用新型提供了一种高端电流检测电路，包括：第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第四限流电阻、第五限流电阻、反馈电阻、第一开关管、第二开关管、第一运算放大器、第二运算放大器和基准电压源，采集的第三限流电阻的电压值小于采样电阻的高电位端的电压值，采集的第四限流电阻的电压值小于采样电阻的低电位端的电压值，可以满足普通运算放大器对输入电压的要求。第二运算放大器的输出电压值与采样电阻两端的电压值呈线性关系，并且可通过调整反馈电阻与第五限流电阻的阻值实现采样电压放大比例的调整。所以，本实用新型提供的高端电流检测电路，可以利用普通运算放大器实现对采样电阻的电压采集和放大转换。

Description

一种高端电流检测电路

技术领域

本实用新型涉及高端电流检测技术领域，更具体地说，涉及一种高端电流检测电路。

背景技术

高端电流检测电路是一种输入端直接连接到电源，通过检测电流的变化，可以检测到后续回路故障的电路。

参见图1提供的输出回路的电路图，包括：采样电阻R、开关K和负载电阻RL，采样电阻R、开关K和负载电阻RL串联在电源Vcc和接地端之间，其中，对负载电阻RL运行状态的检测，可以通过采集流过负载电阻RL的电流来实现。由于负载电阻RL的阻值是不断变化的，流过负载电阻RL的电流也随之变化，因此，一般通过采集采样电阻R的两端电压，计算获得流过采样电阻R的电流，从而获得流过负载电阻RL的电流。由于采样电阻R的阻值很小，导致采样电阻R的采样电压很低，因此，为获得较大电流，需要对采样电阻R的采样电压进行放大转换。因为采样电阻R的一端连接电源，采样电阻R的阻值又很小，因此，采样电阻R两个端点的电压值很高，目前只能采用专用运算放大器对采样电阻R两端的电压进行采样放大。如何利用普通运算放大器实现对采样电阻R的两端电压采样放大，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种高端电流检测电路，可以利用普通运算放大器实现对采样电阻的电压采集和放大转换。

一种高端电流检测电路，应用于输出回路，所述输出回路包括：采样电阻、开关和负载电阻，所述采样电阻、所述开关和所述负载电阻串联在电源和接地端之间，所述高端电流检测电路包括：第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第四限流电阻、第五限流电阻、反馈电阻、第一开关管、第二开关管、第一运算放大器、第二运算放大器以及基准电压源，

其中，所述第一限流电阻的阻值和所述第二限流电阻的阻值相同，所述第三限流电阻的阻值和所述第四限流电阻的阻值相同，所述第一开关管和所述第二开关管的型号相同；

所述第一限流电阻的一端连接电源，另一端连接所述第一开关管的输入端，所述第一开关管的输出端通过所述第三限流电阻连接接地端；

所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第一开关管的输出端，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述基准电压源的正极，所述基准电压源的负极连接接地端，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一开关管的控制端，所述第一运算放大器通过控制所述第一开关管的控制端电流，进而控制所述第一开关管的输出端电压恒等于所述基准电压源的电压；

所述第二限流电阻的一端连接所述采样电阻和所述开关的公共端，另一端连接所述第二开关管的输入端，所述第二开关管的输出端通过所述第四限流电阻连接接地端，所述第二开关管的控制端连接所述第一开关管的控制端；

所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第一开关管的输出端，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述第五限流电阻的一端，所述第五限流电阻的另一端连接所述第二开关管的输出端；

所述反馈电阻的一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，另一端连接所述第二运算放大器的输出端。

优选的，还包括：第七限流电阻；

所述第七限流电阻的一端连接所述第二运算放大器的同相输入端，另一端连接所述第一开关管的输出端，其中，所述第七限流电阻的阻值和所述第五限流电阻的阻值相同。

优选的，还包括：第八限流电阻；

所述第八限流电阻的一端连接所述第一开关管的控制端，另一端连接所述第一运算放大器的输出端。

优选的，还包括：电容；

所述电容的正极板连接所述第二开关管的控制端，负极板连接所述第二开关管的输出端。

优选的，还包括：第九限流电阻；

所述第九限流电阻的一端连接所述第六限流电阻和所述第二运算放大器输出端的公共端，另一端连接所述高端电流检测电路的下级电路的输入端。

优选的，所述第一开关管和所述第二开关管均为三极管。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供了一种高端电流检测电路，包括：第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第四限流电阻、第五限流电阻、反馈电阻、第一开关管、第二开关管、第一运算放大器、第二运算放大器和基准电压源，采集的第三限流电阻的电压值小于采样电阻的高电位端的电压值，采集的第四限流电阻的电压值小于采样电阻的低电位端的电压值，可以满足普通运算放大器对输入电压的要求。第二运算放大器的输出电压值与采样电阻两端的电压值呈线性关系，并且可通过调整反馈电阻与第五限流电阻的阻值实现采样电压放大比例的调整。所以，本实用新型提供的高端电流检测电路，可以利用普通运算放大器实现对采样电阻的电压采集和放大转换。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为输出回路的电路图；

图2为本实用新型实施例公开的一种高端电流检测电路的电路图；

图3为本实用新型实施例公开的另一种高端电流检测电路的电路图。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图2，本实用新型实施例公开了一种高端电流检测电路的电路图，应用于输出回路，所述输出回路包括：采样电阻R、开关K和负载电阻RL，采样电阻R、开关K和负载电阻RL串联在电源Vcc和接地端之间，所述高端电流检测电路包括：第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、第三限流电阻R3、第四限流电阻R4、第五限流电阻R5、反馈电阻R6、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一运算放大器U1A、第二运算放大器U1B以及基准电压源V1；

其中，第一限流电阻R1和第二限流电阻R2的阻值相同，第三限流电阻R3和第四限流电阻R4的阻值相同，第一开关管Q1和第二开关管Q2的型号相同。

高端电流检测电路各电气元件的连接关系及工作原理，具体如下：

第一限流电阻R1的一端连接电源Vcc，另一端连接第一开关管Q1的输入端，第一开关管Q1的输出端通过第三限流电阻R3连接接地端。

本领域技术人员可以理解的是，第一开关管Q1的输入端电流近似等于输出端电流，因此，通过第一限流电阻R1的电流近似等于通过第三限流电阻R3的电流。

第一运算放大器U1A的同相输入端连接第一开关管Q1的输出端，第一运算放大器U1A的反向输入端连接基准电压源V1的正极，基准电压源V1的负极连接接地端，第一运算放大器U1A的输出端连接第一开关管Q1的控制端，第一运算放大器U1A通过控制第一开关管Q1的控制端电流，进而控制第一开关管Q1的输出端电压恒等于基准电压源V1的电压。

需要说明的一点是，运算放大器为线性工作状态时，运算放大器的同相输入电压和反向输入电压相同。因此，本实用新型利用第一运算放大器U1A这一特性，通过控制第一开关管Q1的控制端电流，可以使第一开关管Q1的输出端电压恒等于基准电压源V1的电压。

其中，第一开关管Q1的输出端电压即第三限流电阻R3两端的电压。

假设：通过第三限流电阻R3的电流为I₁，由上述可知，通过第一限流电阻R1的电流也为I₁，因此，第一限流电阻R1两端的电压UR1参见公式（1）：

UR1=I₁×R1=（V1/R3）×R1 （1）

第一开关管Q1的输入端电压UQ1参见公式（2）：

UQ1=Vcc-UR1 （2）

参见图2可知，电源Vcc、第一限流电阻R1、第一开关管Q1和第一运算放大器U1A可以构成一个输出回路。

第一运算放大器U1A通过控制第一开关管Q1的控制端电流，使第一开关管Q1的输出端电压恒等于基准电压源V1电压的工作原理，具体如下：

第一限流电阻R1和第一开关管Q1的总电压为U2，并且U2=Vcc-U1，其中U1为第一运算放大器U1A对地电压。

当第三限流电阻R3两端的电压小于基准电压源V1的电压时，第一运算放大器U1A对地电压U1降低，导致总电压U2升高，由于第一限流电阻R1和第一开关管Q1的总电阻不变，因此，通过第一限流电阻R1的电流增大，进而通过第三限流电阻R3的电流增大，从而第三限流电阻R3两端的电压升高，最终第三限流电阻R3两端的电压等于基准电压源V1的电压，即第一开关管Q1的输出端电压等于基准电压源V1的电压。

同理，当第三限流电阻R3两端的电压大于基准电压源V1的电压时，第一运算放大器U1A对地电压U1升高，第一限流电阻R1和第一开关管Q1的总电压U2降低，通过第一限流电阻R1的电流降低，从而第三限流电阻R3两端的电压降低，最终第三限流电阻R3两端的电压等于基准电压源V1的电压，即第一开关管Q1的输出端电压等于基准电压源V1的电压。

本实施例中，第二限流电阻R2的一端连接采样电阻R和开关K的公共端，另一端连接第二开关管Q2的输入端，第二开关管Q2的输出端通过第四限流电阻R4连接接地端，第二开关管Q2的控制端连接第一开关管Q1的控制端。

由于第二开关管Q2的控制端连接第一开关管Q1的控制端，因此，第二开关管Q2的输入端电压UQ2与第一开关管Q1的输入端电压UQ1相等，参见公式（3）：

UQ2=UQ1 （3）

将公式（1）和公式（2）均带入公式（3），得到公式（4），如下：

UQ2=Vcc-（V1/R3）×R1 （4）

本领域技术人员可以理解的是，第二开关管Q2的输入端电流近似等于输出端电流，因此，通过第二限流电阻R2的电流近似等于通过第四限流电阻R4的电流。

因此，第四限流电阻R4两端的电压UR4，参见公式（5）：

UR4=（Vcc-UR-UQ2）×R4/R2 （5）

将公式（4）带入公式（5），整理后参见公式（6）：

UR4=(V1/R3×R1-UR)×R4/R2 （6）

本实施例中，第二运算放大器U1B的同相输入端连接第一开关管Q1的输出端，第二运算放大器U1B的反相输入端连接第五限流电阻R5的一端，第五限流电阻R5的另一端连接第二开关管Q2的输出端；

反馈电阻R6的一端连接第二运算放大器U1B的反相输入端，另一端连接第二运算放大器U1B的输出端。

本领域技术人员可以理解的是，运算放大器本身具有的特性之一是运算放大器的输入阻抗很大，因此，通过运算放大器两个输入端的电流很小，可以近似为零。

因此，本实施例中通过第五限流电阻R5的电流可以忽略不计，第二运算放大器U1B同相输入端采集的是第三限流电阻R3两端的电压，反相输入端采集的是第四限流电阻R4两端的电压，第二运算放大器U1B的放大倍数为R6/R5，所以第二运算放大器U1B的输出电压Uout，参见公式（7）：

Uout=（UR3-UR4）×（R6/R5）（7）

将R1=R2，R3=R4，UR3=V1，以及公式（6）带入公式（7），整理后参见公式（8）：

Uout=（UR×R4×R6）/（R2×R5）（8）

因此采样电阻R两端的电压UR，参见公式（9）：

UR=Uout×（R2/R4）×（R5/R6）（9）

通过采样电阻R的电流IR，参见公式（10）

IR=UR/R （10）

将公式（9）带入公式（10）即可获得通过采样电阻R的电流IR，参见公式（11）：

IR=Uout×（R2/R4）×（R5/R6）/R （11）

需要说明的一点是，第二运算放大器U1B的输出端与一控制单元（图中未示出）的输入端连接，第二运算放大器U1B的输出电压Uout传送给控制单元，控制单元依据获取的输出电压Uout及公式（11），获得通过采样电阻R的电流。

其中，控制单元可以为单片机。

综上可以看出，本实用新型公开的高端电流检测电路，采集的第三限流电阻R3的电压值小于采样电阻R的高电位端的电压值，采集的第四限流电阻R4的电压值小于采样电阻R的低电位端的电压值，可以满足普通运算放大器对输入电压的要求，第二运算放大器U1B的输出电压值与采样电阻R两端的电压值呈线性关系，并且可通过调整第五限流电阻R5和反馈电阻R6的阻值实现采样电压放大比例的调整。因此，本实用新型利用普通运算放大器实现了对采样电阻的电压采集和放大转换，相对于现有技术使用专用运算放大器而言，降低了生产成本，从而适用范围更广。

在图2所示实施例的基础上，参见图3，本实用新型实施例公开了另一种高端电流检测电路的电路图，与图2所示实施例不同的是，本实施例中，还可以包括：第七限流电阻R7；

第七限流电阻R7的一端连接第二运算放大器U1B的同相输入端，另一端连接第一开关管Q1的输出端，其中，第七限流电阻R7的阻值和第五限流电阻R5的阻值相同。

可以理解的是，虽然第二运算放大器U1B输入端阻抗很大，通过输入端的电流很小，但是因为第二运算放大器U1B同相输入端阻抗和反相输入端阻抗不同（相差第五限流电阻R5），导致同相输入端电流和反相输入端电流存在电流差，电流差被第二运算放大器U1B放大后，造成第二运算放大器U1B的输出电压存在一定误差。因此，为降低误差，本实施例中，在第二运算放大器U1B的同相输入端连接一个与第五限流电阻R5阻值相同的第七限流电阻R7，从而使第二运算放大器U1B的同相输入端阻抗和反相输入端阻抗相同，有效避免了因电流差造成的第二运算放大器U1B输出电压存在的误差。

为进一步优化上述技术方案，还可以包括：第八限流电阻R8；

第八限流电阻R8的一端连接第一开关管Q1的控制端，另一端连接第一运算放大器U1A的输出端。

可以看出，在由电源Vcc、第一限流电阻R1、第一开关管Q1和第一运算放大器U1A构成的输出回路中，通过增加第八限流电阻R8可以增加该输出回路的总电阻值，从而可以有效避免因输出回路电流过大对元器件造成损坏。

为进一步优化上述技术方案，还可以包括：电容C；

电容C的正极连接第二开关管Q2的控制端，负极板连接第二开关管Q2的输出端。

电容C可以滤除高端电流检测电路中杂波，起到一个抗干扰的作用。

为进一步优化上述技术方案，还可以包括：第九限流电阻R9；

第九限流电阻R9的一端连接第六限流电阻R6和第二运算放大器U1B输出端的公共端，另一端连接高端电流检测电路的下级电路的输入端。

本领域技术人员可以理解的是，运算放大器本身具有的一个特性是输出阻抗为零，本实施例中，当第二运算放大器U1B的输出端与下级电路的输入端连接时，为避免第二运算放大器U1B烧毁，在第二运算放大器U1B的输出端增加第九限流电阻R9，以增加第二运算放大器U1B的输出阻抗，减小输出电流。

需要说明的一点是，上述各个实施例中，第一开关管Q1和第二开关管Q2均可以为三极管。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都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互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种高端电流检测电路，应用于输出回路，所述输出回路包括：采样电阻、开关和负载电阻，所述采样电阻、所述开关和所述负载电阻串联在电源和接地端之间，其特征在于，所述高端电流检测电路包括：第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第四限流电阻、第五限流电阻、反馈电阻、第一开关管、第二开关管、第一运算放大器、第二运算放大器以及基准电压源，

2.根据权利要求1所述的高端电流检测电路，其特征在于，还包括：第七限流电阻；

3.根据权利要求1所述的高端电流检测电路，其特征在于，还包括：第八限流电阻；

4.根据权利要求1所述的高端电流检测电路，其特征在于，还包括：电容；

5.根据权利要求1所述的高端电流检测电路，其特征在于，还包括：第九限流电阻；

所述第九限流电阻的一端连接第六限流电阻和所述第二运算放大器输出端的公共端，另一端连接所述高端电流检测电路的下级电路的输入端。

6.根据权利要求1至5任一项所述的高端电流检测电路，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管均为三极管。