CN211087037U - 一种基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于低压电流采集芯片的High‑Side采集模式电路装置，包括供电输入端、电流采集电路、浮地电源电路、限流电路、开关控制电路和负载电路；所述供电输入端分别连接电流采集电路的输入端、限流电路的第一输入端、开关控制电路的第一输入端；所述电流采集电路的输出端分别连接浮地电源电路的输入端和限流电路的第二输入端，所述浮地电源电路的输出端与限流电路的第三输入端连接，所述限流电路的输出端与开关控制电路的第二输入端连接，所述开关控制电路的输出端与负载电路的输入端连接。本实用新型能够通过借助浮地和输出控制电路，实现无需采用和电源相同工作电压的采集芯片即可正常工作于high‑side采集模式的效果，并节约电路成本。

Description

一种基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置。

背景技术

目前现有技术中电流采集工作的原理大致都是相同的，均是采用在电路中串联电流采样电阻的方式，通过电流采集芯片采集电阻两端微弱压降并进行放大，从而得到与电流相关的量。

但是，在对现有技术的研究与实践过程中，本实用新型的发明人发现，如果将采集电阻放在low-side，往往会因为串入电阻从而引起系统中地之间电势差，造成地环路以及信号质量变差等缺陷；如果采用high-side的采集模式，就意味着采样电阻两端电压接近电源电压，需要采用和电源相同工作电压的电流采集芯片，因此必须更换更高规格的电流采集芯片，造成成本的急剧上升，存在一定的局限性，并且影响电流采集工作的效率。因此，亟需一种能够无需采用和电源相同工作电压的采集芯片即可正常工作于high-side采集模式的电路装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置，使得无需采用和电源相同工作电压的采集芯片即可正常工作于high-side采集模式。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置，包括供电输入端、电流采集电路、浮地电源电路、限流电路、开关控制电路和负载电路；其中，所述供电输入端分别连接所述电流采集电路的输入端、所述限流电路的第一输入端、所述开关控制电路的第一输入端；所述电流采集电路的输出端分别连接所述浮地电源电路的输入端和所述限流电路的第二输入端，所述浮地电源电路的输出端与所述限流电路的第三输入端连接，所述限流电路的输出端与所述开关控制电路的第二输入端连接，所述开关控制电路的输出端与所述负载电路的输入端连接。

进一步的，所述电流采集电路包括第一电阻和电流采集芯片；

所述第一电阻的第一端与所述供电输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述电流采集芯片的运算放大负端引脚，所述电流采集芯片的运算放大正端引脚分别连接所述第一电阻的第一端和所述供电输入端，所述电流采集芯片的供电输入引脚连接所述供电输入端，所述电流采集芯片的接地引脚和基准电压引脚分别连接所述浮地电源电路的第二输入端，所述电流采集芯片的输出引脚连接所述限流电路的第二输入端。

进一步的，所述浮地电源电路包括第一稳压二极管、第一电容和第二电阻；

所述第一稳压二极管的阴极分别连接所述供电输入端和所述第一电容的第一端，所述第一稳压二极管的阳极分别连接所述第一电容的第二端和所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端接地。

进一步的，所述第一稳压二极管的阳极还分别连接所述电流采集芯片的基准电压引脚和接地引脚。

进一步的，所述限流电路包括第三电阻、第四电阻、第一三极管以及MOS管栅极控制电路单元；

所述第三电阻的第一端连接所述浮地电源电路的输出端，所述第三电阻第二端分别连接所述第四电阻的第一端和所述第一三极管的基极，所述第四电阻的第一端还与所述第一三极管的基极连接，所述第四电阻的第二端连接第一三极管的发射极，所述第一三极管的集电极与所述MOS管栅极控制电路单元的输入端连接。

进一步的，所述第四电阻的第二端还分别与所述供电输入端、所述电流采集芯片的输出引脚连接，所述第一三极管的发射极还分别与所述供电输入端以及所述电流采集芯片的输出引脚连接。

进一步的，所述MOS管栅极控制电路单元包括第五电阻、第六电阻、第二三极管、第七电阻、第八电阻和第三三极管；

所述第五电阻的第一端连接所述第一三极管的集电极，所述第五电阻的第二端分别连接所述第六电阻的第一端和所述第二三极管的基极，所述第六电阻的第一端还与第二三极管的基极连接，所述第六电阻的第二端与所述第二三极管的发射极连接并接地，所述第二三极管的集电极与所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端分别连接所述第八电阻的第一端和所述第三三极管的基极，所述第八电阻的第一端还与所述第三三极管的基极连接，所述第八电阻的第二端连接所述第三三极管的发射极，所述第三三极管的基极连接所述开关控制电路的输入端。

进一步的，所述开关控制电路包括第第九电阻、第十电阻和第一场效应管，所述第一场效应管为P沟道场效应管；

所述第九电阻的第一端连接所述第一场效应管的源极，所述第九电阻的第二端分别连接所述第十电阻的第一端和所述第一场效应管的栅极，所述第一场效应管的栅极还连接所述第十电阻的第二端，所述第一场效应管的漏极连接所述负载电路的输入端，所述第十电阻的第二端接地。

进一步的，所述第一场效应管的源极还分别与第一电阻的第二端、第八电阻的第二端、第三三极管的发射极连接。

进一步的，所述负载电路包括第十一电阻，所述第十一电阻的第一端连接所述第一场效应管的漏极，所述第十一电阻的第二端接地。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

本实用新型提供了一种基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置，包括供电输入端、电流采集电路、浮地电源电路、限流电路、开关控制电路和负载电路；其中，所述供电输入端分别连接所述电流采集电路的输入端、所述限流电路的第一输入端、所述开关控制电路的第一输入端；所述电流采集电路的输出端分别连接所述浮地电源电路的输入端和所述限流电路的第二输入端，所述浮地电源电路的输出端与所述限流电路的第三输入端连接，所述限流电路的输出端与所述开关控制电路的第二输入端连接，所述开关控制电路的输出端与所述负载电路的输入端连接。本实用新型能够通过借助浮地和输出控制电路，实现无需采用和电源相同工作电压的采集芯片即可正常工作于high-side采集模式的效果，能够通过使用低压的电流采集运放降低成本，并且提高电流采集电路的适用性。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施例提供的一种基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置的结构示意图；

图2是本实用新型的一个实施例提供的一种基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置的电路连接原理图。

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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-2。

如图1所示，本实用新型的一个实施例提供了一种基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置，包括供电输入端、电流采集电路、浮地电源电路、限流电路、开关控制电路和负载电路；其中，所述供电输入端分别连接所述电流采集电路的输入端、所述限流电路的第一输入端、所述开关控制电路的第一输入端；所述电流采集电路的输出端分别连接所述浮地电源电路的输入端和所述限流电路的第二输入端，所述浮地电源电路的输出端与所述限流电路的第三输入端连接，所述限流电路的输出端与所述开关控制电路的第二输入端连接，所述开关控制电路的输出端与所述负载电路的输入端连接。

参见图2，本实用新型的一个实施例提供的一种基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置的电路连接原理图。

在优选的实施例中，所述电流采集电路包括第一电阻R1和电流采集芯片U1；

所述第一电阻R1的第一端与所述供电输入端连接，所述第一电阻R1的第二端与所述电流采集芯片U1的运算放大负端引脚，所述电流采集芯片U1的运算放大正端引脚分别连接所述第一电阻R1的第一端和所述供电输入端，所述电流采集芯片U1的供电输入引脚连接所述供电输入端，所述电流采集芯片U1的接地引脚和基准电压引脚分别连接所述浮地电源电路的第二输入端，所述电流采集芯片U1的输出引脚连接所述限流电路的第二输入端。

在优选的实施例中，所述浮地电源电路包括第一稳压二极管Z2、第一电容C1和第二电阻R12；

所述第一稳压二极管Z2的阴极分别连接所述供电输入端和所述第一电容C1的第一端，所述第一稳压二极管Z2的阳极分别连接所述第一电容C1的第二端和所述第二电阻R12的第一端，所述第二电阻R12的第二端接地。

在优选的实施例中，所述第一稳压二极管Z2的阳极还分别连接所述电流采集芯片U1的基准电压引脚和接地引脚。

具体的，系统供电为48V，通过串联的R1和串联的Q1给R5 load供电。其中串联的R1用于电流检测，串联的Q1用于电源的开关控制。电流检测IC U1的运算放大正端和负端分别连接电阻R1两端，用于采集R1两端的电压信号。稳压二极管Z2与电容C1并联，然后再与电阻R12串联，从而使得Z2两端电压稳定在其钳位电压附近。电流检测运放U1的3脚，即供电输入引脚连接系统供电电压48V，U1的2脚，即参考地连接P1点，从而使得电流检测运放工作电压与稳压二极管Z2钳位电压接近，且低于48V系统电压。

在优选的实施例中，所述限流电路包括第三电阻R10、第四电阻R8、第一三极管Q3以及MOS管栅极控制电路单元；

所述第三电阻R10的第一端连接所述浮地电源电路的输出端，所述第三电阻R10第二端分别连接所述第四电阻R8的第一端和所述第一三极管Q3的基极，所述第四电阻R8的第一端还与所述第一三极管Q3的基极连接，所述第四电阻R8的第二端连接第一三极管Q3的发射极，所述第一三极管Q3的集电极与所述MOS管栅极控制电路单元的输入端连接。

在优选的实施例中，所述第四电阻R8的第二端还分别与所述供电输入端、所述电流采集芯片U1的输出引脚连接，所述第一三极管Q3的发射极还分别与所述供电输入端以及所述电流采集芯片U1的输出引脚连接。

在优选的实施例中，所述MOS管栅极控制电路单元包括第五电阻R11、第六电阻R13、第二三极管Q4、第七电阻R6、第八电阻R2和第三三极管Q2；

所述第五电阻R11的第一端连接所述第一三极管Q3的集电极，所述第五电阻R11的第二端分别连接所述第六电阻R13的第一端和所述第二三极管Q4的基极，所述第六电阻R13的第一端还与第二三极管Q4的基极连接，所述第六电阻R14的第二端与所述第二三极管Q4的发射极连接并接地，所述第二三极管Q4的集电极与所述第七电阻R6的第一端连接，所述第七电阻R6的第二端分别连接所述第八电阻R2的第一端和所述第三三极管Q2的基极，所述第八电阻R2的第一端还与所述第三三极管Q2的基极连接，所述第八电阻R2的第二端连接所述第三三极管Q2的发射极，所述第三三极管Q2的基极连接所述开关控制电路的输入端。

在优选的实施例中，所述开关控制电路包括第第九电阻R3、第十电阻R7和第一场效应管Q1，所述第一场效应管Q1为P沟道场效应管；

所述第九电阻R3的第一端连接所述第一场效应管Q1的源极，所述第九电阻R3的第二端分别连接所述第十电阻R7的第一端和所述第一场效应管Q1的栅极，所述第一场效应管Q1的栅极还连接所述第十电阻R7的第二端，所述第一场效应管Q1的漏极连接所述负载电路的输入端，所述第十电阻R7的第二端接地。

具体的，电阻R8与PNP三极管Q3发射结并联，然后并联的R8与Q3发射结再与电阻R10串联，当P2-P1电压差值达到设定值后，Q3三极管得以导通电阻R11与电阻R13串联，R11的一端连接Q3的集电极，Q4的发射结与R13并联，从而使得Q3导通后，Q4也可以导通。电阻R2与电阻R6串联，两端分别连接系统电源48V与NPN三极管Q4的集电极，电阻R2与三极管Q2发射结并联，从而使得Q4三极管导通后，Q2 PNP三极管能进入截止状态。电阻R3与电阻R7串联，同时R3两端连接PMOS的S和G，当三极管Q2导通时，R3两端电压0.3V以内，使得PMOS截止，从而切断对负载的供电。

在优选的实施例中，所述第一场效应管Q1的源极还分别与第一电阻R1的第二端、第八电阻R2的第二端、第三三极管Q2的发射极连接。

在优选的实施例中，所述负载电路包括第十一电阻R5，所述第十一电阻R5的第一端连接所述第一场效应管Q1的漏极，所述第十一电阻R5的第二端接地。

需要说明的是，在本实用新型的实施例中，采用了低于电源电压的电流采集芯片U1(INA199)，利用稳压二极管Z2和电容C1，以及电阻R12，生成相对于系统浮地的电源，为U1供电，从而使得该电流采集芯片能够以低于系统电源电压48V的规格正常工作，并且工作在high-side采集模式，对共模电压接近电源的电阻进行采样。此时Z2稳压二极管工作于击穿状态，C1两端电压稳定在18V(取决于稳压二极管型号)，因此电流采集芯片U1的参考地实际上是P1点,因此采样电阻两端电压只有18V左右，满足U1的工作条件，但是U1的输出的电压参考也是P1，比系统GND高出了30V左右.其输出电压无法直接用于后端参考于系统GND的系统。并且，借助三极管Q3，直到输出电压P2相对于P1达到一定值后，三极管Q3才会打开，从而将浮地系统的控制电压，正确的传递给电路Q4和Q2组成的MOS管栅极控制电路，从而控制系统开关MOS管Q1的通断，从而起到限流作用。

其中，所述限流工作过程的具体步骤如下：

当负载正常时(电源电压48V)，R1上流过一定的电流，通过电流检测运放U1进行放大，当R1中流过的电流较小时，经过U1放大后在其6脚输出一定的电压，经过电阻R8和电阻R10分压后若小于Q3 BE结导通电压，则Q3不会打开，因此，Q4维持截止，R2以及R6均没有电流流过，因此Q2也维持截止，从而PMOS管Q1在R3和R7的分压下导通，系统正常供电。

当负载异常时，R1流过较大，经过电流检测运放U1放大后，输出电压较大，经过R8和R10分压后，R8上压降较大，使得Q3导通，在Q3导通后，Q4和Q2也相继导通，导通后Q2 CE结电压较低，低于PMOS Q1的栅极开启电压，因此，Q1关闭，从而电路得到保护。

本实施例提供的一种基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置，包括供电输入端、电流采集电路、浮地电源电路、限流电路、开关控制电路和负载电路。本实用新型通过采用稳压二极管Z2、电容C1和电阻R12构成浮地电源，为电流采集芯片供电，从而使得电流采集芯片参考地为P1点，因此采用电阻两端电压相对于P1点电压，并不会超过芯片规格，并通过PNP三极管Q3使得电流采集芯片输出电压达到一定条件后才能导通，从而正确控制其他电路工作，实现无需采用和电源相同工作电压的采集芯片即可正常工作于high-side采集模式的效果，能够通过使用低压的电流采集运放降低成本，并且提高电流采集电路的适用性。

以上对本实用新型实施例所提供的一种基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置，其特征在于，包括供电输入端、电流采集电路、浮地电源电路、限流电路、开关控制电路和负载电路；其中，所述供电输入端分别连接所述电流采集电路的输入端、所述限流电路的第一输入端、所述开关控制电路的第一输入端；所述电流采集电路的输出端分别连接所述浮地电源电路的输入端和所述限流电路的第二输入端，所述浮地电源电路的输出端与所述限流电路的第三输入端连接，所述限流电路的输出端与所述开关控制电路的第二输入端连接，所述开关控制电路的输出端与所述负载电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置，其特征在于，所述电流采集电路包括第一电阻和电流采集芯片；

所述第一电阻的第一端与所述供电输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述电流采集芯片的运算放大负端引脚，所述电流采集芯片的运算放大正端引脚分别连接所述第一电阻的第一端和所述供电输入端，所述电流采集芯片的供电输入引脚连接所述供电输入端，所述电流采集芯片的接地引脚和基准电压引脚分别连接所述浮地电源电路的第二输入端，所述电流采集芯片的输出引脚连接所述限流电路的第二输入端。

3.根据权利要求1所述的基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置，其特征在于，所述浮地电源电路包括第一稳压二极管、第一电容和第二电阻；

所述第一稳压二极管的阴极分别连接所述供电输入端和所述第一电容的第一端，所述第一稳压二极管的阳极分别连接所述第一电容的第二端和所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端接地。

4.根据权利要求3所述的基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置，其特征在于，所述第一稳压二极管的阳极还分别连接所述电流采集芯片的基准电压引脚和接地引脚。

5.根据权利要求1所述的基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置，其特征在于，所述限流电路包括第三电阻、第四电阻、第一三极管以及MOS管栅极控制电路单元；

所述第三电阻的第一端连接所述浮地电源电路的输出端，所述第三电阻第二端分别连接所述第四电阻的第一端和所述第一三极管的基极，所述第四电阻的第一端还与所述第一三极管的基极连接，所述第四电阻的第二端连接第一三极管的发射极，所述第一三极管的集电极与所述MOS管栅极控制电路单元的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置，其特征在于，所述第四电阻的第二端还分别与所述供电输入端、所述电流采集芯片的输出引脚连接，所述第一三极管的发射极还分别与所述供电输入端以及所述电流采集芯片的输出引脚连接。

7.根据权利要求5所述的基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置，其特征在于，所述MOS管栅极控制电路单元包括第五电阻、第六电阻、第二三极管、第七电阻、第八电阻和第三三极管；

所述第五电阻的第一端连接所述第一三极管的集电极，所述第五电阻的第二端分别连接所述第六电阻的第一端和所述第二三极管的基极，所述第六电阻的第一端还与第二三极管的基极连接，所述第六电阻的第二端与所述第二三极管的发射极连接并接地，所述第二三极管的集电极与所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端分别连接所述第八电阻的第一端和所述第三三极管的基极，所述第八电阻的第一端还与所述第三三极管的基极连接，所述第八电阻的第二端连接所述第三三极管的发射极，所述第三三极管的基极连接所述开关控制电路的输入端。

8.根据权利要求1所述的基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置，其特征在于，所述开关控制电路包括第第九电阻、第十电阻和第一场效应管，所述第一场效应管为P沟道场效应管；

所述第九电阻的第一端连接所述第一场效应管的源极，所述第九电阻的第二端分别连接所述第十电阻的第一端和所述第一场效应管的栅极，所述第一场效应管的栅极还连接所述第十电阻的第二端，所述第一场效应管的漏极连接所述负载电路的输入端，所述第十电阻的第二端接地。

9.根据权利要求8或所述的基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置，其特征在于，所述第一场效应管的源极还分别与第一电阻的第二端、第八电阻的第二端、第三三极管的发射极连接。

10.根据权利要求1所述的基于低压电流采集芯片的High-Side采集模式电路装置，其特征在于，所述负载电路包括第十一电阻，所述第十一电阻的第一端连接第一场效应管的漏极，所述第十一电阻的第二端接地。

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