CN209784435U - 一种电流采集电路及电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电流采集技术领域，特别是涉及一种电流采集电路及电流检测电路。电流采集电路包括：第一分压电路，第一分压电路的两端连接直流电，第一分压电路用于为第一节点形成基准电压；电流采样电路，电流采样电路包括电流互感器以及与电流互感器次级连接的采样电阻；采样电阻的一端与第一节点连接，通过基准电压以保持第一节点的电压值为正电压。本实用新型实施例提供的电流检测电路，运用电流互感器将交变电路转换为一个可变电压源并通过分压的方式转化为正电压进行测量。由于其电流采集电路没有与待检测电路进行直接的物理接触，相较于传统技术将电流采样电路直接接入待检测电路中的方式，其成本低且基本没有能量损耗。

Description

一种电流采集电路及电流检测电路

技术领域

本实用新型实施方式涉及电流采集技术领域，特别是涉及一种电流采集电路及电流检测电路。

背景技术

电流采样技术是将其他能量变化转化为电信号变化的最常见的方式。工业中生活上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，这些物理量都需要转换成模拟电信号才能进行计算和控制。对于不同的应用场景和需求，电流采样的方式方法也会有所不同。最常见的三种检测方式为：电阻采样技术，电感电流检测技术， Mos管检测技术。

运用采样电阻进行电流采样是将采样电阻串联与待测电路中，通过采样电阻上的压降，实现对电流的检测。但是采样电阻上流过的电流会产生额外的功耗，在某一些对功耗有严格要求的场合，运用采样电阻进行电流采样的方法不满足要求；且对于小功率的应用场合，运用采样电阻进行电流采样会降低电源芯片的转换效率，尤其在检测弱小的电流变化时，常常需要配合运算放大器使用，导致电流采样的成本和设计难度相应增加。

利用MOS管工作在线性区时可当做电阻的特点，检测MOS管两端的电压变化，从而得出功率管的电流值，是一种无损耗的检测技术。虽然该检测技术满足了无损耗的要求，但是MOS管处于线性区时的电阻会出现温度漂移现象，导致电阻的阻值不是线性变化的，所以测量出的的电流值精确度不高；另外，利用MOS去检测电流，会占用较大的电路面积，电路成本也相应增加。

实用新型内容

本实用新型实施方式主要解决的技术问题是提供一种电流采集电路，其旨在解决现有电流采样的方式能量损耗大，电流检测范围窄的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种电流采集电路，包括：第一分压电路，所述第一分压电路的两端连接直流电，所述第一分压电路用于为第一节点形成基准电压；电流采样电路，所述电流采样电路包括电流互感器以及与所述电流互感器次级连接的采样电阻；所述电流互感器的主级与待检测电路连接，所述采样电阻的两端形成与所述待检测电路的电流相对应的采样电压；所述采样电阻的一端与所述第一节点连接，通过所述基准电压以保持所述第一节点的电压值为正电压。

可选地，所述采样电压的变化范围为[x,-x]，所述基准电压大于等于x，x为正数。

可选地，所述电流采集电路还包括：第二分压电路；所述第二分压电路的一端与所述采样电阻的另一端连接，所述第二分压电路的另一端连接至所述直流电的负极；所述第二分压电路用于在第二节点形成跟随所述第一节点的电压值变化的输出电压；所述输出电压的变化范围与单片机相适配。

可选地，所述电流采集电路还包括：用于滤除高频谐波的第一滤波电路，所述第一滤波电路的一端连接所述电流采样电路的另一端，所述第一滤波电路的另一端连接所述直流电的负极。

可选地，所述第一滤波电路包括第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容的一端分别连接所述电流采样电路的另一端，所述第一电容和所述第二电容的另一端分别连接所述直流电的负极。

可选地，所述第一分压电路包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端连接所述直流电的正极，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的输入端，并形成所述第一节点；所述第二电阻的输出端连接所述直流电的负极。

可选地，所述第二分压电路包括：第三电阻和第四电阻；所述第三电阻的一端连接所述采样电阻的另一端，所述第三电阻的另一端连接所述第四电阻的输入端，并形成所述第二节点，所述第四电阻的输出端连接所述直流电的负极。

可选地，所述电流采集电路还包括：第二滤波电路，所述第二滤波电路连接于所述直流电的正极和负极之间，用于滤除直流电的波动。

可选地，所述第二滤波电路包括：第三电容；所述第三电容连接于所述直流电的正极和负极之间，用于滤除直流电的波动。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的另一个技术方案是：提供一种电流检测电路，所述电流检测电路包括单片机以及上述电流采集电路；所述单片机的采样端口与所述第一节点连接，用于获取所述第一节点的电压值，并且根据所述第一节点的电压值计算当前的电流。

本实用新型实施例提供的电流采集电路，运用电流互感器将交变电路转换为一个可变电压源并通过分压的方式转化为正电压进行测量。由于其电流采集电路没有与待检测电路进行直接的物理接触，相较于传统技术将电流采样电路直接接入待检测电路中的方式，其成本低且基本没有能量损耗。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种电流采集电路的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/ 或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，图1是本实用新型实施提供的一种电流采集电路100 的结构示意图，如图1所示，所述电流采集电路100包括：第一分压电路10和电流采样电路20。

所述第一分压电路10的两端连接直流电30，所述第一分压电路 10用于为第一节点11形成基准电压。该基准电压用于将电流互感器21中的感应电流产生的感应电压以正电压的形式展现出来。

所述电流采样电路20包括图1所示的电流互感器21和与所述电流互感器21次级连接的采样电阻22。

所述电流互感器21的主级与待检测电路连接，该待检测电路可以产生交流电，该交流电通过电流互感器21的主级将感应电流流经采样电阻22，所述采样电阻22的两端可以形成与所述待检测电路的电流相对应的采样电压。

所述采样电阻22的一端与所述第一节点连接。采样电阻22中的电流由待检测电路中的电流和电流互感器21的匝数共同决定。电流互感器21安装简便，适用于交流电路电流检测，并且电流互感器的规格可根据待测电流的大小进行灵活选择。

在本实施例中，待检测电路为交流电，其原始电流有正有负，因此，所述采样电阻22的两端形成的与所述待检测电路的电流相对应的采样电压也可以为正或者负，为了保证第一节点11处的电压以正电压的形式展现出来便于检测，在本实施例中，所述基准电压需要保持所述第一节点11的电压值为正电压。这样在待检测电路在所述电流互感器21产生的感应电流为处于负半周期的电流时，第一节点11 的电压值仍以正电压的形式展现出来，该正电压可以通过电压测试端口输送至单片机检测，单片机根据检测得到的第一节点11的电压值最终可以计算得到待检测电路中的电流。

为了所述基准电压保持所述第一节点的电压值为正电压，在本实用新型实施例中，所述采样电压的变化范围为[x,-x]，x为正数，则所述基准电压需要大于或者等于x。

本实用新型实施例提供的电流采集电路，运用电流互感器将交变电路转换为一个可变电压源并通过分压的方式转化为正电压进行测量。由于其电流采集电路没有与待检测电路进行直接的物理接触，相较于传统技术将电流采样电路直接接入待检测电路中的方式，其成本低且基本没有能量损耗。

在一些实施例中，如图1所示，所述第一分压电路10包括：第一电阻R1和第二电阻R2。

所述第一电阻R1的一端连接所述直流电的正极，所述第一电阻 R1的另一端连接所述第二电阻R2的输入端，并形成所述第一节点，所述第二电阻R2的输出端连接所述直流电的负极，该电路中，所述基准电压的电压值即为直流电经过电阻R2的电压值，该电压值需要满足大于采样电阻22的电压值，以保证在第一节点的电压值为正值。

在其他实施例中，所述第一分压电路10还可以有其他变形形式，所述第一电阻R1和第二电阻R2也可以由其他经过变形的电阻或者电路来等效代替，只需满足在第一节点的电压值为正值即可。

在一些实施例中，为了让本实施例提供的电流采集电路适用于不同检测范围的单片机，可以在该电流采集电路中进一步设置额外的分压电路，对第一节点11进行降压，以满足各种检测范围内的单片机的检测要求。

具体的，如图1所示，所述电流采集电路100还包括：第二分压电路40；所述第二分压电路40的一端与所述采样电阻22的另一端连接，所述第二分压电路40的另一端连接至所述直流电的负极。所述第二分压电路40用于在第二节点41形成跟随所述第一节点11的电压值变化的输出电压，所述输出电压的变化范围与单片机相适配。

在所述检测得到的第一节点11的电压值超出单片机的检测范围时，利用第二分压电路40二级分压的方式，对第二节点41的电压进行检测，使得即使检测范围小的单片机一样具有测量大范围电流的能力。

在一些实施例中，如图1所示，第二分压电路40包括：第三电阻 R3和第四电阻R4。

所述第三电阻R3的一端连接所述采样电阻22的另一端，所述第三电阻R3的另一端连接所述第四电阻R4的输入端，并形成所述第二节点，所述第四电阻R4的输出端连接所述直流电的负极。

通过对第三电阻R3和第四电阻R4的参数调节可以实现将第二节点处的电平稳定在一个特定的值，使得该电压位于单片机AD口的检测范围内，则单片机可以采集所述二节点的电压左右采样电压，来最终计算得到待检测电路的电流。

在其他实施例中，所述第二分压电路40也可以有其他变形形式，所述第三电阻R3和第四电阻R4也可以由其他经过变形的电阻或者电路来等效代替，只需满足在第二节点的电压值与单片机测量能力相适配即可。上述通过二级分压的方式，可以实现电流采集电路满足不同检测能力的单片机的需求，例如只有0～1V检测能力的单片机也可以实现电流检测的功能，降低了检测电流的成本。在其他实施例中，也可以采用多级分压而不限于二级分压的方式来达到低成本测量电流的目的。

在一些实施例中，如图1所示，所述电流采集电路100还包括：用于滤除高频谐波的第一滤波电路50，所述第一滤波电路50的一端连接所述电流采样电路20的另一端，所述第一滤波电路50的另一端连接所述直流电的负极。可选地，所述第一滤波电路50包括第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1和第二电容C2在第二分压电路的电压高于电容电压时电容充电，在第二分压电路的电压低于电容电压时电容放电，在充放电的过程中，使第二分压电路输出的电压基本稳定，实现第二节点检测到的电压稳定。在其他实施例中，所述第一滤波电路50也可以是其他形式，而不限于第一电容C1和第二电容C2。

在一些实施例中，如图1所示，所述电流采集电路100还包括：第二滤波电路60，所述第二滤波电路60连接于所述直流电的正极和负极之间，用于滤除直流电的波动。可选地，如图1所示，所述第二滤波电路60包括：第三电容C3，所述第三电容C3连接于所述直流电的正极和负极之间，用于滤除直流电的波动。在其他实施例中，所述第三滤波电路60也可以是其他形式，而不限于第三电容C3。

本实用新型实施例还提供一种电流检测电路。所述电流检测电路包括单片机以及上述实施例中的电流采集电路。

在所述电流采集电路中只包含第一分压电路时，所述单片机的采样端口与所述第一节点连接，用于获取第一节点的电压值，并且根据所述第一节点的电压值计算当前的电流。

在所述单片机的检测范围较小时，所述电流采集电路中可以包含第二分压电路，则所述单片机的采样端口与所述第二节点连接，用于获取第二节点的电压值，并且根据所述第二节点的电压值计算当前的电流。

本实用新型实施例提供的电流检测电路，运用电流互感器将交变电路转换为一个可变电压源并通过分压的方式转化为正电压进行测量。由于其电流采集电路没有与待检测电路进行直接的物理接触，相较于传统技术将电流采样电路直接接入待检测电路中的方式，其成本低且基本没有能量损耗。

为了本领域技术人员能够更清楚的理解本方案，以下将电流采集电路的具体结构以图1进行示意，来详细介绍第一节点和第二节点的计算方式，以最终计算得到待检测电路的电流。其中，所述采样电阻命名为R5，直流电提供的电压为VCC。

本实用新型实施例选用转化比为2000:1的电流互感器进行检测。则在没有交流信号(待检测电路未工作)输入至电流采集电路时，电流采集电路的在第一节点的电压计算方式如下：

电流采集电路的在第二节点的电压计算方式如下：

而当有交流信号(待检测电路工作)输入至电流采集电路时，I 为待测电流，I′为电流互感器产生的感应电流,电流互感器的电流转换比为2000。待测电流的计算方式如下：

I＝2000*I′

电流采集电路的在第一节点的电压计算方式如下：

电流采集电路的在第二节点的电压计算方式如下：

通过单片机AD口可以对TP6点的电压进行测量，根据检测得到的V_TP6的电压值即可最终计算出待检测电路中的电流值。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施方式，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，这些实施方式不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施方式，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电流采集电路，其特征在于，包括：

第一分压电路，所述第一分压电路的两端连接直流电，所述第一分压电路用于为第一节点形成基准电压；

电流采样电路，所述电流采样电路包括电流互感器以及与所述电流互感器次级连接的采样电阻；

所述电流互感器的主级与待检测电路连接，所述采样电阻的两端形成与所述待检测电路的电流相对应的采样电压；

所述采样电阻的一端与所述第一节点连接，通过所述基准电压以保持所述第一节点的电压值为正电压。

2.根据权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，所述采样电压的变化范围为[x,-x]，所述基准电压大于等于x，x为正数。

3.根据权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，还包括：第二分压电路；

所述第二分压电路的一端与所述采样电阻的另一端连接，所述第二分压电路的另一端连接至所述直流电的负极；

所述第二分压电路用于在第二节点形成跟随所述第一节点的电压值变化的输出电压；所述输出电压的变化范围与单片机相适配。

4.根据权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，还包括：用于滤除高频谐波的第一滤波电路，所述第一滤波电路的一端连接所述电流采样电路的另一端，所述第一滤波电路的另一端连接所述直流电的负极。

5.根据权利要求4所述的电流采集电路，其特征在于，所述第一滤波电路包括第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容的一端分别连接所述电流采样电路的另一端，所述第一电容和所述第二电容的另一端分别连接所述直流电的负极。

6.根据权利要求3所述的电流采集电路，其特征在于，所述第一分压电路包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端连接所述直流电的正极，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的输入端，并形成所述第一节点；所述第二电阻的输出端连接所述直流电的负极。

7.根据权利要求6所述的电流采集电路，其特征在于，所述第二分压电路包括：第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的一端连接所述采样电阻的另一端，所述第三电阻的另一端连接所述第四电阻的输入端，并形成所述第二节点，所述第四电阻的输出端连接所述直流电的负极。

8.根据权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路连接于所述直流电的正极和负极之间，用于滤除直流电的波动。

9.根据权利要求8所述的电流采集电路，其特征在于，所述第二滤波电路包括：第三电容；

所述第三电容连接于所述直流电的正极和负极之间，用于滤除直流电的波动。

10.一种电流检测电路，其特征在于，包括单片机以及如权利要求1-9任一所述的电流采集电路；所述单片机的采样端口与所述第一节点连接，用于获取所述第一节点的电压值，并且根据所述第一节点的电压值计算当前的电流。