CN203849312U - 电流检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电流检测装置，包括：源端、输出端、具有多条电阻通路的电阻取样模块、电流检测模块以及控制单元，其中，所述电阻取样模块和所述电流检测模块并联并分别连接所述源端和输出端，所述电流检测模块用于检测通过所述电阻取样模块的电流并输出检测电流至所述控制单元，所述控制单元根据所述检测电流产生控制信号，并将所述控制信号输出至所述电阻取样模块，所述电阻取样模块根据所述控制控制信号选择所述多条电阻通路中的一条电阻通路。本实用新型通过设置具有多条电阻通路的电阻取样模块，当进行电流检测时，控制单元根据读取的电流值实时切换到所需量程的电阻通路，实现了多级电流检测，达到大量程高精度的应用需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及电流检测领域，尤其是一种电流检测装置。
背景技术
在电流检测装置中，常用的方式主要为串联电阻直接取样。
电阻直接取样检测方法如图1所示：在电流检测回路中加串接电阻RSENSE，通过检测流过串接电阻产生的压降VSENSE，然后通过运放对VSENSE进行放大处理，得到输出电压VOUT，将VOUT送至ADC进行转换，最后将转换的结果送至MCU进行处理。电阻直接取样的电流检测方式是最常用的电流检测方式之一，但是这种方法也有明显的缺点：
当ADC分辨率一定，且需要满足不大于运放的输入电压情况下，此时RSENSE需要选择足够小，虽然ISENSE=VSENSE/RSENSE可以满足大量程情况，但电流的精度已不能满足要求，因为ADC每个刻度代表的电压VADC/RSENSE即为电流精度；根据以上所述，若需要满足高精度的条件，则RSENSE需要选择足够大，但此时已超出运放的输入电压或者超过了ADC转换的范围。同时，由于源端（图中A点）和输出端（图中B点）直接共地，极易从地上将源端的噪声带入到检测端。综上所述，简单的电阻直接取样检测方式下的电流检测装置不能同时满足高精度和大量程两种应用的需求。
另外，使用分立元件如运放和ADC，在设计成本上比较昂贵，以及设计的复杂程度较高。
实用新型内容
（一）要解决的技术问题
本实用新型的目的是，提供一种电流检测装置，从而达到大量程高精度的应用需求。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电流检测装置，该装置包括：源端、输出端、具有多条电阻通路的电阻取样模块、电流检测模块以及控制单元，其中，所述电阻取样模块和所述电流检测模块并联并分别连接所述源端和输出端，所述电流检测模块用于检测通过所述电阻取样模块的电流并输出检测电流至所述控制单元，所述控制单元根据所述检测电流产生控制信号，并将所述控制信号输出至所述电阻取样模块，所述电阻取样模块根据所述控制控制信号选择所述多条电阻通路中的一条电阻通路。
具体的，所述多条电阻通路至少有两条电阻通路的电阻阻值不同。
具体的，所述电阻取样模块包括：
多触点继电器，其包括一动触点及多个静触点，所述动触点连接所述源端；
多个电阻，所述多个电阻并联设置且其一端分别与多个静触点一一对应连接，另一端与所述输出端连接同。
具体的，所述源端和输出端通过磁珠相连。
具体的，所述高精度大量程的电流检测装置还包括光耦隔离模块，其连接所述电流检测模块和控制单元。
具体的，高精度大量程的电流检测装置还包括切换保护模块，用于在所述电阻取样模块切换电阻通路的瞬间切断控制单元的电流读取通道。
（三）有益效果
区别于背景技术，本实用新型提供一种电流检测装置，当进行电流检测时，电阻取样模块中预置的某条电阻通路被接通（默认情况下，量程最小的电阻通路首先被接通）。电流检测模块读取通过此电阻通路的电流，并将读取到的电流发送给控制单元，控制单元根据实时读取的电流值，判断此电流值是否超过门限值，若超过门限值则控制电阻取样模块选择量程较大的电阻通路。本实用新型通过设置具有多条电阻通路的电阻取样模块，当进行电流检测时，控制单元根据读取的电流值实时切换到所需量程的电阻通路，实现了多级电流检测，达到大量程高精度的应用需求。
附图说明
图1是现有技术中电流检测装置的电路图；
图2是实施例一中电流检测装置的模块图；
图3是实施例二中电流检测装置的电路图；
图4是实施例二中电流检测的检测方法。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例一
请参阅图2，本实施例提供了一种电流检测装置，该装置包括：源端、输出端、具有多条电阻通路的电阻取样模块、电流检测模块以及控制单元，其中，所述电阻取样模块和所述电流检测模块并联并分别连接所述源端和输出端，所述电流检测模块用于检测通过所述电阻取样模块的电流并输出检测电流至所述控制单元，所述控制单元根据所述检测电流产生控制信号，并将所述控制信号输出至所述电阻取样模块，所述电阻取样模块根据所述控制控制信号选择所述多条电阻通路中的一条电阻通路。源端连接电阻取样模块的输入端，输出端连接电阻取样模块的输出端。在本实施例中，控制单元选取CPU处理器。具体的，所述电流检测模块包括第一输入端、第二输入端以及第一输出端，所述第一输入端与电阻取样模块的输入端连接，所述第二输入端也电阻取样模块的输出端连接，所述电流检测模块的第一输出端与CPU处理器的输入端连接。在本实施例优选的方案中，所述多条电阻通路至少有两条电阻通路的电阻阻值不同，这样通过不同阻值电阻通路的电流就不相同，其所检测的量程就会不同。
在本实施例中，当进行电流检测时，电阻取样模块中预置的某条电阻通路被接通（默认情况下，量程最小的电阻通路首先被接通）。电流检测模块读取通过此电阻通路的电流，并将读取到的电流发送给CPU处理器，CPU处理器根据实时读取的电流值，判断此电流值是否超过门限值，若超过门限值则控制电阻取样模块选择量程较大的电阻通路。本实施例通过设置具有多条电阻通路的电阻取样模块，当进行电流检测时，CPU根据读取的电流值实时切换到所需量程的电阻通路，实现了多级电流检测，达到大量程高精度的应用需求。
在本实施例进一步的方案，所述电阻取样模块包括：多触点继电器以及多个电阻。其中，多触点继电器，包括一动触点及多个静触点，所述动触点连接所述源端。所述多个电阻并联设置且其一端分别与多个静触点一一对应连接，另一端与所述输出端连接。
经过对背景技术的分析，可知背景技术中还有如下缺点：背景技术的电阻直接取样方式抗干扰能力较差，噪声往往能够通过地传输到检测芯片，对输出产生影响。为了解决此问题，本实施例还将所述源端和输出端通过磁珠相连，用以滤除部分高频噪声，有效的去除所述源端通过地携带过来的噪声，在本检测装置起到第一级隔离噪声效果。对于低频噪声的滤除，本实施例则采用光耦将地线隔离，具体的，所述高精度大量程的电流检测装置还包括光耦隔离模块，所述电流检测模块和CPU处理器通过光耦隔离模块相连，主要是用来隔离电流检测模块的地与CPU处理器的工作地，在本检测装置中起到第二级隔离噪声效果。经验证，这样的设计方法能够很好的避免噪声通过地对处理器的影响。
由于切换电阻通路时产生很大的冲击电流，这些冲击电流会照成CPU处理器的误判，本实施例作了进一步改进，还设置了切换保护模块，用于在所述电阻取样模块切换电阻通路的瞬间切断CPU处理器的电流读取通道。具体的，可通过在CPU处理器的电流读取通道上设置一可被CPU处理器控制的开关，也可在CPU处理器的控制中加入死区保护时间，确保在电阻通路的切换瞬间，CPU处理器在保护时间内不做电流的读取，这样保证了读取电流的稳定性，达到平滑切换效果。
实施例二
正如背景技术所说，采用电阻直接取样设计方式存在两个缺点，第一所能支持的量程范围与精度是一对矛盾体，不能同时满足，第二，输入信号携带的噪声信号会通过地传递给检测端，导致采集到的电流值的不确定。针对这两个缺点，请参阅图3及图4，本实施例采用多级电阻直接对电流进行取样，通过专用电流检测芯片读取电流值；源端（图3中的A点）和输出端（图3中的B点）通过磁珠相连，用以滤除高频噪声；电流检测模块和CPU处理器之间采用高速光耦进行隔离，用以消除低频噪声。本实施例的具体方案如下。
针对第一个缺点，其解决的总体思路是：将输入电压先经过继电器SW1进行分路预处理，根据CPU处理器读取的电流值实时的切换所需的量程通路。
分路预处理的方案如下：将多个不同阻值的电阻R1～R12并联，R1～R12的一端与输出端B连接，另一端与继电器SW1的静触点连接，SW1与电阻R1～R12的连接关系具体如图3所示。经过上述预处理后，具有12条待选择的电阻通路，每条待选择的电阻通路所代表的量程均不同，为了方便，本实施例将R1～R12所在电阻通路（通道1～通道12）的量程从小到大依次排列。
假设通道1使用0.04欧的电阻，通道2使用0.0025欧的电阻，电流检测芯片所支持的分辨率为12bits，VSENSE范围小于81.92mV（根据电流检测芯片不同而定），则每一个刻度代表的电压为0.02mV,所以在RSENSE=0.04欧的情况下，电流精度为0.5mA，量程范围为2048mA；在RSENSE=0.0025欧的情况下，电流精度为8mA，量程范围为32768mA；可见根据不同的RSENSE就能改变量程与精度，本设计可支持扩展多路切换，按需求所定。默认情况下，CPU处理器将电阻通路切换至小量程高精度上，根据CPU处理器实时读取的电流值，判断是否超过门限值，一旦超过门限值即可切换至量程2上，以此类推，可应用到多个量程通路上，CPU处理器切换响应时间为us级。
由于切换继电器，就会产生很大的冲击电流，这些冲击电流会照成CPU处理器的误判，本实施例在CPU处理器中加入死区保护时间，确保在切换瞬间CPU处理器不做电流的读取，这样保证了读取电流的稳定性，达到平滑切换效果。
针对第二个缺点，原有的电阻直接取样方式抗干扰能力较差，噪声往往能够通过地传输到检测芯片，对输出产生影响，因此，在本实施例中首先将A点与B点之间通过磁珠相连，滤除部分高频噪声，有效的去除所述源端通过地携带过来的噪声，在本检测装置起到第一级隔离噪声效果。对于未能滤除的噪声，以免通过GND引入到单片机，因此采用光耦将地线隔离，使得电流检测模块的输入电压的地与CPU处理器的工作的地断开，让其工作互不影响，在本检测装置中起到第二级隔离噪声效果。在本设计中将通信接口的地做隔离即可，如图3所示，经验证，这样的设计方法能够很好的避免噪声通过地对处理器的影响。
本实施例基于CPU处理器来做信号的处理以及各个功能模块之间的调动与协作，采用实时处理的CPU处理器能够达到高速的实时响应能力，并且将采集到的电流值与高低切换精度的门限值做比较，能够非常智能化的完成高低精度的选择，具体流程如图4所示。
在步骤401，CPU处理器的LAN口等待外部PC的开始检测电流的控制指令。
在步骤402，CPU处理器的LAN口接收到PC的开始检测电流的控制指令，打开电流读取通道。
在步骤403，CPU处理器读取通过小量程电阻通路的电流。
在步骤404，CPU处理器判断此电流值是否大于此小量程对应的门限值。若否，继续执行步骤403及404。若是，则执行步骤405。
在步骤405，CPU处理器向继电器发送控制信号，控制继电器将电阻通路切换到较大一级的量程上。在切换电阻通路的瞬间，CPU处理器在死区保护时间内不做电流的读取。
在步骤406，CPU处理器接收电流并判断此电流值是否大于步骤405中量程对应的门限值。若否，继续执行步骤405。若是，则执行步骤404。在切换电阻通路的瞬间，CPU处理器在死区保护时间内不做电流的读取。
在步骤407，CPU处理器的LAN口等待外部PC的结束检测电流的控制指令。
在步骤408，CPU处理器的LAN口接收到外部PC的结束检测电流的控制指令。
综上所述，本实用新型有以下优势：第一是在电阻直接取样的电流检测方式上设置了多条电阻通路，并通过CPU处理器控制选择满足需求的量程，实现大量程、高精度的功能；第二是在电阻直接取样的电流检测方式上采用光耦隔离，保证输入噪声不能通过地线耦合到CPU处理器的检测端，保证检测电流的稳定性。本实用新型相对于目前电阻直接取样的方式有精度高，量程大，以及抗干扰能力强，成本低，控制灵活方便的优点。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种电流检测装置，其特征在于，该装置包括：源端、输出端、具有多条电阻通路的电阻取样模块、电流检测模块以及控制单元，其中，所述电阻取样模块和所述电流检测模块并联并分别连接所述源端和输出端，所述电流检测模块用于检测通过所述电阻取样模块的电流并输出检测电流至所述控制单元，所述控制单元根据所述检测电流产生控制信号，并将所述控制信号输出至所述电阻取样模块，所述电阻取样模块根据所述控制控制信号选择所述多条电阻通路中的一条电阻通路。
2.根据权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，所述多条电阻通路至少有两条电阻通路的电阻阻值不同。
3.根据权利要求1或2所述的电流检测装置，其特征在于，所述电阻取样模块包括：
多触点继电器，其包括一动触点及多个静触点，所述动触点连接所述源端；
多个电阻，所述多个电阻并联设置且其一端分别与多个静触点一一对应连接，另一端与所述输出端连接。
4.根据权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，所述源端和输出端通过磁珠相连。
5.根据权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，还包括光耦隔离模块，其连接所述电流检测模块和控制单元。
6.根据权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，还包括切换保护模块，用于在所述电阻取样模块切换电阻通路的瞬间切断控制单元的电流读取通道。
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