CN216052087U - 一种宽范围电流检测电路及电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型用于电气技术领域，提供一种宽范围电流检测电路及电源，电路包括放电控制模块，包括预放电单元和主放电单元，预放电单元和主放电单元与电源的输出端连接；第一电流采样模块，与预放电单元连接，用于采样预放电单元对电源进行预放电的第一放电电流；采样切换模块，与预放电单元和主放电单元连接，用于在第一放电电流达到预设电流值时，输出切换控制信号至主放电单元，切换主放电单元对电源进行放电；第二电流采样模块，与主放电单元连接，用于采样主放电单元电源进行放电的第二放电电流，第二放电电流大于第一放电电流。本实用新型在电源处于不同状态下能检测到不同梯度的电流，能有效提高电流检测准确度，对电池容量的计算更准确。

Description

一种宽范围电流检测电路及电源

技术领域

本实用新型属于电气技术领域，尤其涉及一种宽范围电流检测电路及电源。

背景技术

电源是指将其它形式的能转换成电能的装置，现有的电源通常包括多个电池单体和电池管理系统(BatteryManagementSystem，BMS)组成，BMS电池系统俗称之为电池保姆或电池管家，主要是为了智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。

在电源使用过程中，电池管理系统实时检测电池的放电电流以监控电池的状态，但是，现有的电池管理系统通常仅能检测特定范围内的电流，当BMS 用于检测大电流时，能准确检测电池的放电大电流，但是对于小电流的检测不准确。而当BMS用于检测小电流时，又存在大电流检测精度差的问题，而且在使用过程中电池的输出会不断发生变化，使得电池输出的电流横跨不同梯度的电流，导致BMS无法准确检测电池电流，甚至部分毫安级的小电流无法被检测到，导致电池电量计算不准确。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种宽范围电流检测电路，旨在解决现有电池管理系统电流检测准确度不到导致电池电量计算不准确的问题。

本实用新型实施例提供一种宽范围电流检测电路，包括：

放电控制模块，包括预放电单元和主放电单元，预放电单元和主放电单元与电源的输出端连接；

第一电流采样模块，与预放电单元连接，用于采样预放电单元对电源进行预放电的第一放电电流；

采样切换模块，与预放电单元和主放电单元连接，用于在第一放电电流达到预设电流值时，输出切换控制信号至主放电单元，切换主放电单元对电源进行放电；

第二电流采样模块，与主放电单元连接，用于采样主放电单元电源进行放电的第二放电电流，第二放电电流大于第一放电电流。

第二方面，本申请还提供一种电源，电源包括如上述的宽范围电流检测电路。

本实用新型实施例通过放电控制模块包括与电源连接的预放电单元和主放电单元，其中，预放电单元对电源进行预放电，第一电流采样模块采样预放电单元的第一放电电流，实现小电流检测，而当采样切换模块检测到第一放电电流达到预设电流值时，切换主放电单元对电源进行放电，并通过第二电流采样模块对主放电单元的第二放电电流进行采样，实现大电流检测。在电源处于不同状态下都能准确检测到不同梯度的电流，能有效提高电流检测准确度，对电池容量的计算更准确。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种宽范围电流检测电路一个实施例的模块示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种宽范围电流检测电路一个实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

现在的电池管理系统存在对小电流的检测不准确，对大电流检测精度差的问题，导致电池电量计算不准确。本实用新型能通过第一电流采样模块实现小电流检测，并通过第二电流采样模块实现大电流检测，在电源处于不同状态下能检测到不同梯度的电流，能有效提高电流检测准确度，对电池容量的计算更准确。

实施例一

在一些可选实施例中，如图1所示，本申请一个实施例提供一种宽范围电流检测电路，包括放电控制模块1、第一电流采样模块2、采样切换模块3和第二电流采样模块4。

放电控制模块1包括预放电单元11和主放电单元12，预放电单元11和主放电单元12与电源的输出端连接；

第一电流采样模块2与预放电单元11连接，用于采样预放电单元11对电源进行预放电的第一放电电流；

采样切换模块3与预放电单元11和主放电单元12连接，用于在第一放电电流达到预设电流值时，输出切换控制信号至主放电单元12，切换主放电单元 12对电源进行放电；

第二电流采样模块4与主放电单元12连接，用于采样主放电单元12电源进行放电的第二放电电流，第二放电电流大于第一放电电流。

在实施时，预放电单元11和主放电单元12均与电源的输出端连接，预放电单元11和主放电单元12可以分别对电源进行小电流和大电流放电，其中，小电流和大电流是预先设置的，例如将设置一个电流阈值，例如100mA，小于 100mA的为小电流，而大于100mA的为大电流，以电源的输出端为电源端V+为例，在通常情况下，由预放电单元11对电源进行预放电，此时通过预放电单元 11的第一放电电流为小电流，第一电流采样模块2即可检测预放电单元11上的第一放电电流，实现毫安级小电流检测功能。而当第一放电电流达到预设电流值时，例如上述的预设电流值为100mA，当第一放电电流大于100mA时，采样切换模块3输出切换控制信号至主放电单元12，放电控制模块1切换主放电单元12对电源进行放电，此时通过主放电单元12的第二放电电流为大电流，由第二电流采样模块4检测主放电单元12上的第二放电电流，实现大电流检测功能。通过第一电流检测模块2和第二电流检测模块4分别检测不同梯度的电流，能有效提高电源电流的检测精度。

本申请实施例通过放电控制模块1包括与电源连接的预放电单元11和主放电单元12，其中，预放电单元11对电源进行预放电，第一电流采样模块2采样预放电单元12的第一放电电流，实现小电流检测，而当采样切换模块3检测到第一放电电流达到预设电流值时，切换主放电单元12对电源进行放电，并通过第二电流采样模块4对主放电单元12的第二放电电流进行采样，实现大电流检测。在电源处于不同状态下能检测到不同梯度的电流，能有效提高电流检测准确度，对电池容量的计算更准确。

实施例二

在一些可选实施例中，如图2所示，预放电单元11包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一开关管Q1；

第一开关管Q1的第一极管脚与第一电阻R1的一端连接，第一开关管Q1 的第二极管脚与采样切换模块3连接，第一开关管Q1的第三极管脚与第二电阻 R2的一端连接；

第一电阻R1的另一端与电源的输出端连接；

第二电阻R2的另一端接地。

在实施时，电源的输出端为电源端V+,则电源端V+通过第一电阻R1与第一开关管Q1的第一极管脚连接，开关管可以采用三极管或者MOS管，其中，开关管的第一极管脚、第二极管脚和第三极管脚分别对应三极管或者MOS管的三个引脚，例如开关管的第一极管脚、第二极管脚和第三极管脚分别对应三极管的集电极、基极和发射极，或者开关管的第一极管脚、第二极管脚和第三极管脚分别对应MOS管的漏极、栅极和源极，以第一开关管Q1为MOS管为例，第一开关管Q1的第二极管脚(栅极)与采样切换模块3连接，从而可以由采样切换模块3控制第一开关管Q1的导通和截止，当第一开关管Q1导通时，预放电单元 11对电源进行预放电。

在一些可选实施例中，主放电单元12包括第三电阻R3和第二开关管Q2；

第二开关管Q2的第一极管脚与电源的输出端连接，第二开关管Q2的第二极管脚与采样切换模块3连接，第二开关管Q2的第三极管脚与第三电阻R3的一端连接；第三电阻R3的另一端接地。

在实施时，第二开关管Q2也可以采用上述的三极管或者MOS管，第二开关管Q2的第二极管脚与采样切换模块3连接，从而可以由采样切换模块3控制第二开关管Q2的导通和截止，电源端V+与第二开关管Q2的第一极管脚连接后通过第三电阻R3接地，当第二开关管Q2导通时，主放电单元12对电源进行大电流放电。

在一些实施例中，第一电流采样模块2包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第一放大器U1；

第一放大器U1的同相输入端通过第四电阻R4与第二电阻R2的一端连接，第一放大器U1的反向输入端通过第五电阻R5接地，第一放大器U1的输出端通过第六电阻R6与第一电流检测输出端I_min连接，第一放大器U1的输出端还通过第七电阻R7与第一放大器U1的反向输入端连接。

在实施时，第一放大器U1的正电源端与第一电压端V1连接，第一放大器 U1的负电源端接地，以第一电流采样模块2用于0-100mA电流采样为例，第一放大器U1对流经第二电阻R2的第一放电电流放大后输出至第一电流检测输出端I_min。在一些实施例中，第一电流采样模块2还包括第一电容C1和第二电容C2；

第一电容C1的一端与第一放大器U1的正电源端连接，第一电容C1的另一端接地；第二电容C2与第一电容C1并联；第一放大器U1的正电源端与第一电压端V1连接。能有效提高电路的稳定性。

在一些可选实施例中，采样切换模块3包括电流比较单元31和控制芯片 U2；

电流比较单元31的输入端与第二电阻R2的一端连接，电流比较单元31 的输出端与控制芯片U2连接；

控制芯片U2的第一输出端VO1与第一开关管Q1的第二极管脚连接，控制芯片U2的第二输出端VO2与第二开关管Q2的第二极管脚连接。

在实施时，电流比较单元31包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11和比较器U3；

比较器U3的同相输入端通过第八电阻R8与第二电阻R2的一端连接，比较器U3的反向输入端与第九电阻R9的一端连接，比较器U3的输出端通过第十电阻R10与控制芯片U2的信号输入端I_INT连接；

第九电阻R9的另一端与第一电压端V1连接，第九电阻R9的一端还通过第十一电阻R11接地。

控制芯片U2可以采用市面上常见的MCU，例如STM32系列型号的MCU，第九电阻R9和第十一电阻R11对第一电压端V1的电压进行分压后输出至比较器 U3的反向输入端，比较器U3的正向输入端接入第二电阻R2的一端，第二电阻 R2的另一端接地，根据第二电阻R2的电阻值即可知道第二电阻R2的电压和电流之间的关系，当第一放电电流小于预设电流值时，比较器U3的输出端输出低电平至信号输入端I_INT，而当第一放电电流大于预设电流值时，比较器U3的输出端输出高电平至信号输入端I_INT。当信号输入端I_INT为高电平时，控制芯片U2输出切换控制信号至主放电单元12，放电控制模块1切换主放电单元12对电源进行放电。

在一些可选实施例中，第二电流采样模块4包括第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15和第二放大器U4；

第二放大器U4的同相输入端通过第十二电阻R12与第三电阻R3的一端连接，第二放大器U4的反向输入端通过第十三电阻R13接地，第二放大器U4的输出端通过第十四电阻R14与第二电流检测输出端I_max连接，第二放大器U4 的输出端还通过第十五电阻R15与第二放大器U4的反向输入端连接。

在实施时，第二电流采样模块4还包括第三电容C3和第四电容C4；

第三电容C3的一端与第二放大器U4的正电源端连接，第三电容C3的另一端接地；第四电容C4与第三电容C3并联；第二放大器U4的正电源端与第一电压端V1连接。

在放电时，先打开第一开关管Q1，此时，预放电单元11对电源进行放电，经过第二电阻R2的电流为第一放电电流，比较器U3检测到第一放电电流小于预设电流值时，例如第一放电电流小于100mA时，比较器U3输出低电平至控制芯片U2，此时，第一电流采样模块2采样预放电单元11的第一放电电流，实现小电流检测功能。当检测到第一放电电流大于100mA时，比较器U3输出高电平至控制芯片U2，控制芯片U2控制第一开关管Q1截止并控制第二开关管Q2 导通，预放电单元11截止，主放电单元12对电源进行放电，由第二电流采样模块4检测主放电单元12的第二放电电流，实现大电流检测功能。能自动检测不同梯度的电流，对电池容量的计算更准确。

实施例三

在一些可选实施例中，本申请还提供一种电源，电源包括如上述的宽范围电流检测电路。电路包括放电控制模块1、第一电流采样模块2、采样切换模块 3和第二电流采样模块4。

放电控制模块1包括预放电单元11和主放电单元12，预放电单元11和主放电单元12与电源的输出端连接；第一电流采样模块2与预放电单元11连接，用于采样预放电单元11对电源进行预放电的第一放电电流；采样切换模块3 与预放电单元11和主放电单元12连接，用于在第一放电电流达到预设电流值时，输出切换控制信号至主放电单元12，切换主放电单元12对电源进行放电；第二电流采样模块4与主放电单元12连接，用于采样主放电单元12电源进行放电的第二放电电流，第二放电电流大于第一放电电流。

在实施时，预放电单元11和主放电单元12均与电源的输出端连接，预放电单元11和主放电单元12可以分别对电源进行小电流和大电流放电，其中，小电流和大电流是预先设置的，例如小于100mA的为小电流，而大于100mA的为大电流，在通常情况下，由预放电单元11对电源进行预放电，若此时通过预放电单元11的电流为小电流时，由第一电流采样模块2检测预放电单元11上的第一放电电流，实现毫安级小电流检测功能。而当通过预放电单元11的电流为达到预设电流值时，采样切换模块3输出切换控制信号至主放电单元12，放电控制模块1切换主放电单元12对电源进行放电，此时通过主放电单元12的第二放电电流为大电流，由第二电流采样模块4检测主放电单元12上的第二放电电流，实现大电流检测功能。通过第一电流检测模块2和第二电流检测模块 4分别检测不同梯度的电流，能有效提高电源电流的检测精度。

本申请实施例通过放电控制模块1包括与电源连接的预放电单元11和主放电单元12，其中，预放电单元11对电源进行预放电，第一电流采样模块2采样预放电单元12的第一放电电流，实现小电流检测，而当采样切换模块3检测到第一放电电流达到预设电流值时，切换主放电单元12对电源进行放电，并通过第二电流采样模块4对主放电单元12的第二放电电流进行采样，实现大电流检测。在电源处于不同状态下能检测到不同梯度的电流，能有效提高电流检测准确度，对电池容量的计算更准确。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽范围电流检测电路，其特征在于，包括：

放电控制模块，包括预放电单元和主放电单元，所述预放电单元和所述主放电单元与电源的输出端连接；

第一电流采样模块，与所述预放电单元连接，用于采样所述预放电单元对所述电源进行预放电的第一放电电流；

采样切换模块，与所述预放电单元和所述主放电单元连接，用于在所述第一放电电流达到预设电流值时，输出切换控制信号至所述主放电单元，切换所述主放电单元对所述电源进行放电；

第二电流采样模块，与所述主放电单元连接，用于采样所述主放电单元所述电源进行放电的第二放电电流，所述第二放电电流大于所述第一放电电流。

2.如权利要求1所述的宽范围电流检测电路，其特征在于，所述预放电单元包括第一电阻、第二电阻和第一开关管；

所述第一开关管的第一极管脚与所述第一电阻的一端连接，第二极管脚与所述采样切换模块连接，第三极管脚与所述第二电阻的一端连接；

所述第一电阻的另一端与所述电源的输出端连接；

所述第二电阻的另一端接地。

3.如权利要求2所述的宽范围电流检测电路，其特征在于，所述主放电单元包括第三电阻和第二开关管；

所述第二开关管的第一极管脚与所述电源的输出端连接，第二极管脚与所述采样切换模块连接，第三极管脚与所述第三电阻的一端连接；

所述第三电阻的另一端接地。

4.如权利要求3所述的宽范围电流检测电路，其特征在于，所述第一电流采样模块包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第一放大器；

所述第一放大器的同相输入端通过所述第四电阻与所述第二电阻的一端连接，反向输入端通过所述第五电阻接地，输出端通过所述第六电阻与第一电流检测输出端连接，输出端还通过所述第七电阻与反向输入端连接。

5.如权利要求4所述的宽范围电流检测电路，其特征在于，所述采样切换模块包括电流比较单元和控制芯片；

所述电流比较单元的输入端与第二电阻的一端连接，输出端与所述控制芯片连接；

所述控制芯片的第一输出端与所述第一开关管的第二极管脚连接，第二输出端与所述第二开关管的第二极管脚连接。

6.如权利要求5所述的宽范围电流检测电路，其特征在于，所述电流比较单元包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻和比较器；

所述比较器的同相输入端通过所述第八电阻与所述第二电阻的一端连接，反向输入端与所述第九电阻的一端连接，输出端通过所述第十电阻与所述控制芯片的信号输入端连接；

所述第九电阻的另一端与第一电压端连接，所述第九电阻的一端还通过所述第十一电阻接地。

7.如权利要求6所述的宽范围电流检测电路，其特征在于，所述第二电流采样模块包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻和第二放大器；

所述第二放大器的同相输入端通过所述第十二电阻与所述第三电阻的一端连接，反向输入端通过所述第十三电阻接地，输出端通过所述第十四电阻与第二电流检测输出端连接，输出端还通过所述第十五电阻与反向输入端连接。

8.如权利要求4所述的宽范围电流检测电路，其特征在于，所述第一电流采样模块还包括第一电容和第二电容；

所述第一电容的一端与所述第一放大器的正电源端连接，另一端接地；

所述第二电容与所述第一电容并联；

所述第一放大器的正电源端与第一电压端连接。

9.如权利要求7所述的宽范围电流检测电路，其特征在于，所述第二电流采样模块还包括第三电容和第四电容；

所述第三电容的一端与所述第二放大器的正电源端连接，另一端接地；

所述第四电容与所述第三电容并联；

所述第二放大器的正电源端与第一电压端连接。

10.一种电源，其特征在于，所述电源包括如权利要求1至9中任一项所述的宽范围电流检测电路。

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