CN212275830U - 一种非隔离的高边电流采样电路及直流电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种非隔离的高边电流采样电路及直流电源。该非隔离的高边电流采样电路中高边采样电阻R1的第一端连接直流电源的直流母线，高边采样电阻R1的第二端连接三极管Q的发射极；高边采样电阻R1连接一级放大电路的输入端，高边采样电阻R1的采样电压输入一级放大电路，一级放大电路的输出端连接二级调制电路的输入端，二级调制电路的输出端连接三极管Q的基极；三极管Q的集电极连接低边采样电阻R11的第一端，低边采样电阻R11的第二端连接直流电源的负极。本实用新型解决了现有技术中使用放大器直接采样时无法承受较高的共模电压的问题，可适用电压在24V到100V的直流母线保护中，进而有效提高直流电源的可靠性。

Description

一种非隔离的高边电流采样电路及直流电源

技术领域

本实用新型涉及直流电电流采样领域，更具体地说，涉及一种非隔离的高边电流采样电路及直流电源。

背景技术

目前的电流检测方式主要分为电磁检测和电阻检测(包含高边检测和低边电阻)。电磁检测一般使用霍尔元件实现非接触式检测，安全性高，成本高，精度中等。电阻检测通过在线路中串联采样电阻实现采样，有直接的电气连接，安全性中等，成本低，精度较高。高边检测相比低边检测在性能上有较大优势，既能消除地线干扰，又能防止母线正对地发生短路。但是通用运放共模耐压一般在20V以内，对于24V以上的电源无法直接进行检测，需要一套能适应高共模电压的检测电路。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种非隔离的高边电流采样电路及直流电源。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种非隔离的高边电流采样电路，包括高边采样电阻R1、稳压管分压电路、一级放大电路、二级调制电路、三极管Q、低边采样电阻R11；

所述高边采样电阻R1的第一端连接直流电源的直流母线，所述高边采样电阻R1的第二端连接所述三极管Q的发射极，所述高边采样电阻R1的第二端连接负载；所述高边采样电阻R1连接所述一级放大电路的输入端，所述高边采样电阻R1的采样电压输入所述一级放大电路，所述一级放大电路的输出端连接所述二级调制电路的输入端，所述二级调制电路的输出端连接所述三极管Q的基极；所述三极管Q的集电极连接所述低边采样电阻R11的第一端，所述低边采样电阻R11的第二端连接所述直流电源的负极，所述直流电源的负极接地。

进一步，本实用新型所述的非隔离的高边电流采样电路还包括与所述低边采样电阻R11连接的输出放大电路，所述输出放大电路用于放大所述低边采样电阻R11两端的电压。

进一步，在本实用新型所述的非隔离的高边电流采样电路中，所述输出放大电路包括第三运算放大器OP3、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C2；

所述第三运算放大器OP3的反相输入端连接所述电阻R12的第一端，所述电阻R12的第二端连接所述低边采样电阻R11的第一端，所述电阻R12的第二端通过所述电容C2接地，所述第三运算放大器OP3的反相输入端通过所述电阻R13连接所述第三运算放大器OP3的输出端；所述第三运算放大器OP3的同相输入端通过所述电阻R14连接供电电压VCC，所述第三运算放大器OP3的同相输入端通过所述电阻R15接地。

进一步，在本实用新型所述的非隔离的高边电流采样电路中，所述稳压管分压电路包括稳压二极管Z和电阻R7；

所述稳压二极管Z的负极连接所述直流母线，所述稳压二极管Z的正极通过所述电阻R7连接所述直流电源的负极；所述稳压二极管Z的负极作为所述一级放大电路和所述二级调制电路的供电正极，所述稳压二极管Z的正极作为所述一级放大电路和所述二级调制电路的浮地端。

进一步，在本实用新型所述的非隔离的高边电流采样电路中，所述一级放大电路包括第一运算放大器OP1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1；

所述第一运算放大器OP1的同相输入端通过所述电阻R2连接所述电阻R1的第一端，所述第一运算放大器OP1的同相输入端通过所述电阻R5连接所述稳压二极管Z的正极；所述第一运算放大器OP1的反相输入端通过所述电阻R3连接所述电阻R1的第二端，所述第一运算放大器OP1的反相输入端通过所述电阻R4连接所述第一运算放大器OP1的输出端，所述第一运算放大器OP1的输出端通过所述电容C1连接所述稳压二极管Z的正极，所述第一运算放大器OP1的输出端连接所述二级调制电路的输入端；

所述第一运算放大器OP1的正极连接所述稳压二极管Z的负极，所述第一运算放大器OP1的负极连接所述稳压二极管Z的正极。

进一步，在本实用新型所述的非隔离的高边电流采样电路中，所述二级调制电路包括第二运算放大器OP2、电阻R8、电阻R9；

所述第二运算放大器OP2的同相输入端连接所述第一运算放大器OP1的输出端，所述第二运算放大器OP2的反相输入端连接所述三极管Q的发射极，所述第二运算放大器OP2的输出端连接所述三极管Q的基极；所述三极管Q的发射极通过所述电阻R9连接所述电阻R1的第二端；

所述第二运算放大器OP2的正极连接所述稳压二极管Z的负极，所述第二运算放大器OP2的负极连接所述稳压二极管Z的正极。

进一步，本实用新型所述的非隔离的高边电流采样电路还包括电阻R10，所述电阻R10的第一端连接所述三极管Q的集电极，所述电阻R10的第二端连接所述电阻R11的第一端。

进一步，在本实用新型所述的非隔离的高边电流采样电路中，所述三极管Q为PNP型三极管。

进一步，在本实用新型所述的非隔离的高边电流采样电路中，所述直流电源的输出电压在24V至100V之间；

所述高边采样电阻R1的阻值小于100mΩ。

另外，本实用新型还提供一种直流电源，包括如上述的非隔离的高边电流采样电路。

实施本实用新型的一种非隔离的高边电流采样电路及直流电源，具有以下有益效果：本实用新型解决了现有技术中使用放大器直接采样时无法承受较高的共模电压的问题，可适用电压在24V到100V的直流母线保护中，进而有效提高直流电源的可靠性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是实施例1提供的一种非隔离的高边电流采样电路的结构示意图；

图2是实施例2提供的一种非隔离的高边电流采样电路的结构示意图；

图3是实施例3提供的一种非隔离的高边电流采样电路的电路图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

实施例1

参考图1，本实施例的非隔离的高边电流采样电路包括高边采样电阻R1、稳压管分压电路10、一级放大电路20、二级调制电路30、三极管Q、低边采样电阻R11，高边采样电阻R1的第一端连接直流电源的直流母线，高边采样电阻R1的第二端连接三极管Q的发射极，高边采样电阻R1的第二端连接负载；高边采样电阻R1连接一级放大电路20的输入端，高边采样电阻R1的采样电压输入一级放大电路20，一级放大电路20的输出端连接二级调制电路30的输入端，二级调制电路30的输出端连接三极管Q的基极；三极管Q的集电极连接低边采样电阻R11的第一端，低边采样电阻R11的第二端连接直流电源的负极，直流电源的负极接地。

稳压管分压电路10从直流母线上分压5V-10V，构造一个浮地端供一级放大电路20和二级调制电路30使用。一级放大电路20将高边采样电阻R1的电压信号进行放大，放大后输出到二级调制电路30。二级调制电路30根据一级放大电路20的输出电压调整三极管Q的开度并进行负反馈。三极管Q的输出电流经低边采样电阻R11，转化为电压信号输出。

作为选择，本实施例的非隔离的高边电流采样电路中直流电源的输出电压在24V至100V之间；高边采样电阻R1的阻值小于100mΩ。

作为选择，在本实施例的非隔离的高边电流采样电路中，三极管Q为PNP型三极管。

本实施例解决了现有技术中使用放大器直接采样时无法承受较高的共模电压的问题，可适用电压在24V到100V的直流母线保护中，进而有效提高直流电源的可靠性。

实施例2

参考图2，在实施例1的基础上，本实施例的非隔离的高边电流采样电路还包括与低边采样电阻R11连接的输出放大电路40，输出放大电路40用于放大低边采样电阻R11两端的电压。

本实施例解决了现有技术中使用放大器直接采样时无法承受较高的共模电压的问题，可适用电压在24V到100V的直流母线保护中，进而有效提高直流电源的可靠性。

实施例3

参考图3，在上述实施例的基础上，本实施例的非隔离的高边电流采样电路中稳压管分压电路10包括稳压二极管Z和电阻R7，稳压二极管Z的负极连接直流母线，稳压二极管Z的正极通过电阻R7连接直流电源的负极。稳压二极管Z和电阻R7构成一个较为稳定点的浮地端，该浮地端相对于电源母线负极的电位为Vf，直流母线的正极电压对于浮地的压差为稳压二极管Z的压降，约为5V左右。稳压二极管Z的负极作为一级放大电路20和二级调制电路30的供电正极，稳压二极管Z的正极作为一级放大电路20和二级调制电路30的浮地端。

本实施例的非隔离的高边电流采样电路中一级放大电路20包括第一运算放大器OP1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1，第一运算放大器OP1的同相输入端通过电阻R2连接电阻R1的第一端，第一运算放大器OP1的同相输入端通过电阻R5连接稳压二极管Z的正极；第一运算放大器OP1的反相输入端通过电阻R3连接电阻R1的第二端，第一运算放大器OP1的反相输入端通过电阻R4连接第一运算放大器OP1的输出端，第一运算放大器OP1的输出端通过电容C1连接稳压二极管Z的正极，第一运算放大器OP1的输出端连接二级调制电路30的输入端。第一运算放大器OP1的正极连接稳压二极管Z的负极，第一运算放大器OP1的负极连接稳压二极管Z的正极。

直流母线的电流流经高边采样电阻R1，高边采样电阻R1上会产生一定的压降，该压降输入一级放大电路20。但为了避免引入过高的阻抗造成分压，本实施例中高边采样电阻R1的阻值小于100mΩ。作为选择，一级放大电路20的放大倍数为10-20倍，可根据需要选择。

本实施例的非隔离的高边电流采样电路中二级调制电路30包括第二运算放大器OP2、电阻R8、电阻R9，第二运算放大器OP2的同相输入端连接第一运算放大器OP1的输出端，第二运算放大器OP2的反相输入端连接三极管Q的发射极，第二运算放大器OP2的输出端连接三极管Q的基极；三极管Q的发射极通过电阻R9连接电阻R1的第二端，第二运算放大器OP2的反相输入端和电阻R9的低边构成负反馈环路，第二运算放大器OP2的输出端输出信号至三极管Q的基极，以控制三极管Q的开度。第二运算放大器OP2的正极连接稳压二极管Z的负极，第二运算放大器OP2的负极连接稳压二极管Z的正极。作为选择，三极管Q为PNP型三极管，PNP型三极管配合限流电阻将电压信号转换为电流信号，同时承担直流母线上的电压应力，产生的电流信号沿着支路流向低边，实现高边信号向低边信号的传输。

本实施例的非隔离的高边电流采样电路还包括电阻R10，电阻R10的第一端连接三极管Q的集电极，电阻R10的第二端连接电阻R11的第一端。

本实施例的非隔离的高边电流采样电路中输出放大电路40包括第三运算放大器OP3、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C2，第三运算放大器OP3的反相输入端连接电阻R12的第一端，电阻R12的第二端连接低边采样电阻R11的第一端，电阻R12的第二端通过电容C2接地，第三运算放大器OP3的反相输入端通过电阻R13连接第三运算放大器OP3的输出端；第三运算放大器OP3的同相输入端通过电阻R14连接供电电压VCC，第三运算放大器OP3的同相输入端通过电阻R15接地。

本实用新型为了解决高边电流采样的两个难点:使用隔离型高边采样方案时成本高而且准确度和线性度比较低；使用放大器直接采样时无法承受较高的共模电压，引入测量误差以及放大器发生击穿的风险。通过一套低成本的模拟电路实现电压-电流-电压的信号变换，将高边信号转至低边，兼顾了成本和性能。本实用新型将在24V-100V的直流母线保护中，有着广泛的应用前景。通过检测出高边电流信号的幅值来执行相应的保护动作，是实现电源保护的基础。该方案能够有效提高以锂电池组、铅酸电池组提供直流电源的各类设备的可靠性。

实施例3

另外，本实施例还提供一种直流电源，包括如上述的非隔离的高边电流采样电路。

本实施例解决了现有技术中使用放大器直接采样时无法承受较高的共模电压的问题，可适用电压在24V到100V的直流母线保护中，进而有效提高直流电源的可靠性。

以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种非隔离的高边电流采样电路，其特征在于，包括高边采样电阻R1、稳压管分压电路(10)、一级放大电路(20)、二级调制电路(30)、三极管Q、低边采样电阻R11；

所述高边采样电阻R1的第一端连接直流电源的直流母线，所述高边采样电阻R1的第二端连接所述三极管Q的发射极，所述高边采样电阻R1的第二端连接负载；所述高边采样电阻R1连接所述一级放大电路(20)的输入端，所述高边采样电阻R1的采样电压输入所述一级放大电路(20)，所述一级放大电路(20)的输出端连接所述二级调制电路(30)的输入端，所述二级调制电路(30)的输出端连接所述三极管Q的基极；所述三极管Q的集电极连接所述低边采样电阻R11的第一端，所述低边采样电阻R11的第二端连接所述直流电源的负极，所述直流电源的负极接地。

2.根据权利要求1所述的非隔离的高边电流采样电路，其特征在于，还包括与所述低边采样电阻R11连接的输出放大电路(40)，所述输出放大电路(40)用于放大所述低边采样电阻R11两端的电压。

3.根据权利要求2所述的非隔离的高边电流采样电路，其特征在于，所述输出放大电路(40)包括第三运算放大器OP3、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C2；

所述第三运算放大器OP3的反相输入端连接所述电阻R12的第一端，所述电阻R12的第二端连接所述低边采样电阻R11的第一端，所述电阻R12的第二端通过所述电容C2接地，所述第三运算放大器OP3的反相输入端通过所述电阻R13连接所述第三运算放大器OP3的输出端；所述第三运算放大器OP3的同相输入端通过所述电阻R14连接供电电压VCC，所述第三运算放大器OP3的同相输入端通过所述电阻R15接地。

4.根据权利要求1所述的非隔离的高边电流采样电路，其特征在于，所述稳压管分压电路(10)包括稳压二极管Z和电阻R7；

所述稳压二极管Z的负极连接所述直流母线，所述稳压二极管Z的正极通过所述电阻R7连接所述直流电源的负极；所述稳压二极管Z的负极作为所述一级放大电路(20)和所述二级调制电路(30)的供电正极，所述稳压二极管Z的正极作为所述一级放大电路(20)和所述二级调制电路(30)的浮地端。

5.根据权利要求4所述的非隔离的高边电流采样电路，其特征在于，所述一级放大电路(20)包括第一运算放大器OP1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1；

所述第一运算放大器OP1的同相输入端通过所述电阻R2连接所述电阻R1的第一端，所述第一运算放大器OP1的同相输入端通过所述电阻R5连接所述稳压二极管Z的正极；所述第一运算放大器OP1的反相输入端通过所述电阻R3连接所述电阻R1的第二端，所述第一运算放大器OP1的反相输入端通过所述电阻R4连接所述第一运算放大器OP1的输出端，所述第一运算放大器OP1的输出端通过所述电容C1连接所述稳压二极管Z的正极，所述第一运算放大器OP1的输出端连接所述二级调制电路(30)的输入端；

所述第一运算放大器OP1的正极连接所述稳压二极管Z的负极，所述第一运算放大器OP1的负极连接所述稳压二极管Z的正极。

6.根据权利要求5所述的非隔离的高边电流采样电路，其特征在于，所述二级调制电路(30)包括第二运算放大器OP2、电阻R8、电阻R9；

所述第二运算放大器OP2的同相输入端连接所述第一运算放大器OP1的输出端，所述第二运算放大器OP2的反相输入端连接所述三极管Q的发射极，所述第二运算放大器OP2的输出端连接所述三极管Q的基极；所述三极管Q的发射极通过所述电阻R9连接所述电阻R1的第二端；

所述第二运算放大器OP2的正极连接所述稳压二极管Z的负极，所述第二运算放大器OP2的负极连接所述稳压二极管Z的正极。

7.根据权利要求6所述的非隔离的高边电流采样电路，其特征在于，还包括电阻R10，所述电阻R10的第一端连接所述三极管Q的集电极，所述电阻R10的第二端连接所述电阻R11的第一端。

8.根据权利要求1所述的非隔离的高边电流采样电路，其特征在于，所述三极管Q为PNP型三极管。

9.根据权利要求1所述的非隔离的高边电流采样电路，其特征在于，所述直流电源的输出电压在24V至100V之间；

所述高边采样电阻R1的阻值小于100mΩ。

10.一种直流电源，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的非隔离的高边电流采样电路。

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