CN216485221U - 电流检测电路、装置及用电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种电流检测电路、装置及用电设备，电流检测电路包括：依次串联的供电电源、第一电阻器、第二电阻器和检测端口，第一电阻器还与第一电流测量模块连接，第二电阻器还分别与第二电流测量模块和切换电路连接，切换电路控制第二电阻器选择性地接入第一电阻器和检测端口之间，第二电流测量模块和第二电阻器之间设置有至少一个跟随器，跟随器的输入端与第二电阻器连接，且输出端连接至第二电流测量模块。本实用新型提供的电流检测电路，能够对应检测端口切换导通不同数量级的电流测量模块，以应对多种工况或待测设备及其工作状态，同时在通过不同数量级电流的前提下，保证电信号不过分损耗，提升检测准确程度。

Description

电流检测电路、装置及用电设备

技术领域

本实用新型涉及测试测量技术领域，尤其涉及一种电流检测电路、装置及用电设备。

背景技术

通用技术领域中，在电路中设置有采样电阻和电流测量模块，通过采集采样电阻上流过的电流，从而获知电路当前情况。目前，对于给显示模组供电的电源来说，对应于每款产品的供电电压值可能是不同的，所以需要一个可调节的较宽范围输出的电压；而且还需要多档位的检测电路来采样负载电流，特别是在工作和待机两种状态下所消耗的电流不同。

现有技术中主要通过继电器切换进行多档位电流检测，但因为继电器的体积比较大，所以单板面积较大，并且继电器工作时触点完全吸合需要几个毫秒，影响电流采集的速度，同时又需用到仪表运算放大器等器件，整体配置后形成的检测电路的硬件成本比较高。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种电流检测电路，以解决现有技术中电流检测电路无法应对不同工作状态和不同数量级电流，以及能耗高、误差大、成本高的技术问题。

本实用新型的目的之一在于提供一种电流检测装置。

本实用新型的目的之一在于提供一种用电设备。

为实现上述实用新型目的之一，本实用新型一实施方式提供一种电流检测电路，其特征在于，包括：依次串联的供电电源、第一电阻器、第二电阻器和检测端口，所述第一电阻器还与第一电流测量模块连接，所述第二电阻器还分别与第二电流测量模块和切换电路连接，所述切换电路控制所述第二电阻器选择性地接入所述第一电阻器和所述检测端口之间，所述第二电流测量模块和所述第二电阻器之间设置有至少一个跟随器，所述跟随器的输入端与所述第二电阻器连接，且输出端连接至所述第二电流测量模块。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述第一电阻器的阻值配置为1-100mΩ，所述第二电阻器的阻值配置为1-100Ω；所述切换电路配置为控制所述电流检测电路的检测档位在毫安级和微安级之间切换；所述跟随器配置为减小所述第二电流测量模块的输入偏置电流。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述跟随器包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的正相输入端与所述第二电阻器连接，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第二电流测量模块连接。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述第一运算放大器的输出端与所述第二电流测量模块的正极输入端连接，所述第一运算放大器的正相输入端与所述第二电阻器靠近所述供电电源一端连接。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述跟随器还包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的正相输入端与所述第二电阻器靠近所述检测端口一端连接，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第二电流测量模块的负极输入端连接。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述电流检测电路还包括主控模块，用以输出触发信号；所述切换电路包括开关场效应管，所述开关场效应管配置为N沟道场效应管，且漏极连接所述第二电阻器靠近所述供电电源一端、源极连接所述第二电阻器靠近所述检测端口一端、栅极连接所述主控模块。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述切换电路包括光电MOSFET驱动器，所述光电MOSFET驱动器的正极输出端与所述开关场效应管的栅极连接，所述光电MOSFET驱动器的负极输出端与所述开关场效应管的源极连接，所述光电MOSFET驱动器至少一个输入端与所述主控模块连接。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述切换电路包括开关三极管，所述开关三极管配置为NPN型三极管，且集电极连接所述光电MOSFET驱动器、发射极接地、基极连接所述主控模块。

为实现上述实用新型目的之一，本实用新型一实施方式提供一种电流检测装置，包括上述任一种技术方案所述的电流检测电路。

为实现上述实用新型目的之一，本实用新型一实施方式提供一种用电设备，包括上述任一种技术方案所述的电流检测电路。

与现有技术相比，本实用新型提供的电流检测电路，通过设置切换电路将第二电阻器选择性地接入第一电阻器和检测端口之间，能够根据供电电源传输至检测端口的消费电流的大小，对应通过两个电流测量模块检测不同数量级的电流情况；同时在用于检测小电流的第二电流测量模块与第二电阻器之间设置跟随器，能够减小输入至电流测量模块的偏置电流，减少漏至接地端的漏电流，提升整体电流检测准确程度，同时防止配置为不同精度电流测量模块或新增其他用于弥补缺陷的复杂元器件而导致的成本增加。

附图说明

图1是本实用新型一实施方式中电流检测电路的结构原理图；

图2是本实用新型一实施方式中电流检测电路的电路结构图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型一实施方式提供一种用电设备，其内部设置有一种电流检测电路，所述用电设备通过所述电流检测电路，监控流入的电流情况，进而，所述电流检测电路可以设置于所述用电设备的供电输入端，电流检测电路中用于输出电流检测结果的器件可以与用电设备的任一控制模块连接。用电设备在非正常工作状态下，在电流检测电路的检测结果不满足预设条件时，可以进一步配置为输出例如光信号、声信号等报警信号。

所述用电设备可以是如手机、平板电脑、计算机等电子设备及其显示屏，可以是冰箱、空调等家用电器及其显示屏，也可以是数控车床、电工治具等工业用设备及其显示屏。

本实用新型一实施方式提供一种电流检测装置，其内部设置有一种电流检测电路，所述电流检测装置优选配置为具有便携或手持式外观，操作者将所述电流检测装置选择性地与相同或不同待测设备连接，从而监控待测设备在同一或不同工作状态下的电流情况。进一步地，电流检测装置还可以配置为通过输出报警信号表征电流检测结果超出预设阈值，也可以配置为连续记录不同时间和/或不同状态待测设备电流情况，并对应生成可视化图表。

本实用新型进一步提供一种电流检测电路，可以搭载于所述用电设备和所述电流检测装置中，以实现电流检测等功能。其具体结构如图1和图2所示，包括依次串联的供电电源1、第一电阻器21、第二电阻器22和检测端口3，需要说明地，第一电阻器21和第二电阻器22的作用在于对供电电源1至检测端口3上的电流进行采样，在不影响采样功能的情况下，第一电阻器21和第二电阻器22可以替换为其他元器件。供电电源1在本实施方式中用于为电流检测电路整体、检测端口3及与检测端口3连接的待测设备(若有)提供电信号，可以配置为直流电源，必要时可以在前端增加DC/DC转换模块(可以具有升压或降压功能)。

进一步地，第一电阻器21还与第一电流测量模块41连接，第二电阻器22还分别与第二电流测量模块42和切换电路5连接，其中，切换电路5控制第二电阻器22，使其选择性地接入第一电阻器21和检测端口3之间。

如此，可以在供电电源1以相同电流大小稳定供电的前提下，使用切换电路5改变所述电流检测电路的检测档位，并对应通过第一电流测量模块41和第二电流测量模块42对应检测电路当前电流数值，以适应不同工作状态。此处所称对“检测电路的电流档位通过电流检测电路的电流大小”的改变，可以是手动调节，也可以是根据与检测端口3连接的待测设备7的工作状态自动调节。

第二电流测量模块42和第二电阻器22之间设置有至少一个跟随器6，该跟随器6的输入端与第二电阻器22连接，且输出端连接至第二电流测量模块42，从而，跟随器6接收流经第二电阻器22的电信号，并将处理后的电信号传输至第二电流测量模块42处，以使第二电流测量模块42的电流检测更为准确。

具体地，在一种实施方式中，第一电流测量模块41和第二电流测量模块42可以配置为通过测量第一电阻器21和第二电阻器22两端电压，从而检测得到流经两电阻器的电流，优选地，第一电流测量模块41和第二电流测量模块42可以配置为高侧/低侧测量、双向电流/功率监视器，具体可以是TI INA226型号器件。基于此，第一电流测量模块41与第一电阻器21之间、第二电流测量模块42与第二电阻器22之间的连接关系，可以具体配置为如图2所示的，第一电阻器21两端并联有第一电流测量模块41，第二电阻器22两端并联有第二电流测量模块42。

在所述第一电流测量模块41和第二电流测量模块42配置为型号相同的器件时，特别是两者均配置为所述双向电流监视器INA226号器件的实施方式中，两电流测量模块可能在某一数量级电流状态下(例如在测量毫安级电流时)能够得到精确的测量值，而在另一数量级电流状态下(例如在测量微安级电流时)，则会存在较大误差。基于此，跟随器6能够在第二电阻器22接入电路，流经电路的电流由毫安级(mA)切换为微安级(μA)后，对第二电阻器22两端电压处理后输出值第二电流测量模块42，以防止电流漏向接地端。

优选地，根据待测用电设备的负载大小，选择第一电阻器21的阻值配置为1-100mΩ，第二电阻器22的阻值配置为1-100Ω，切换电路5对应配置为控制所述电流检测电路的检测档位在毫安级和微安级之间切换，具体配置为选择性将第二电阻器22短路，从而实现上述电流数量级之间的切换。第一电流测量模块41用于对毫安级电流测量，第二电流测量模块42用于对微安级电流测量，跟随器6配置为减小第二电流测量模块42的输入偏置电流，从而提高微安级电流的检测精度。在一种实施方式中，跟随器6配置为具有纳安(nA)级或皮安(pA)级输入偏置电流(Ib)。

附加说明地，上述毫安级、微安级、纳安级和皮安级，其取值范围分别可以定义为1-999mA、1-999μA、1-999nA和1-999pA。

继续地，电流检测电路还包括主控模块8，主控模块8用以输出触发信号，可以包括第一输出端81、第二输出端82和第三输出端83，三者分别与第一电流测量模块41、第二电流测量模块42和切换电路5连接，从而，按照预设频率触发三个器件至少部分交替或至少部分同时动作。主控模块8优选配置为MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，第一输出端81、第二输出端82和第三输出端83优选配置为所述MCU上不同管脚，从而实现触发信号的分别输出，防止相互干扰，降低程序复杂程度。

如图2所示，进一步介绍上述元器件的具体选型和相互连接关系。其中，切换电路5具体包括开关场效应管51，该开关场效应管51配置为N沟道场效应管，且开关场效应管51的漏极连接第二电阻器22靠近供电电源1的一端，开关场效应管51的源极连接第二电阻器22靠近检测端口3的一端，开关场效应管51的栅极直接或间接连接主控模块8(具体可以是主控模块8的第三输出端83)。如此，开关场效应管51在主控模块8的控制下选择性通断并短路第二电阻器22，以实现电流数量级的切换，相比于采用继电器的实施方式，具有快速、无损耗的技术效果。

此处需要强调地，主控模块8输出至切换模块5的触发信号，基于上文表述，作用在于将电流检测电路的电流数量级，与检测端口3处连接的待测设备7的供电需求相匹配。因而，主控模块8可以根据检测端口3的情况调整触发信号的输出(特别是，调整第三输出端83的输出)，例如在待测设备7处于工作状态时，主控模块8直接或间接向开关场效应管51的栅极施加高电平或控制其栅极相对于源极的电压Vgs，从而短路第二电阻器22，使电路切换为毫安级；在待测设备7处于待机状态时，主控模块8控制开关场效应管51关断，使电路切换为微安级。

切换电路5还可以进一步包括光电MOSFET驱动器52，用以提升对开关场效应管51的驱动能力并实现对所述电压Vgs的连续调整。光电MOSFET驱动器52的正极输出端与开关场效应管51的栅极连接，光电MOSFET驱动器52的负极输出端与开关场效应管51的源极连接，光电MOSFET驱动器52的至少一个输入端与主控模块8，特别是第三输出端83连接。

优选地，光电MOSFET驱动器52集成有图中所示的发光二极管和光电二极管，在第三输出端83输入触发信号后，发光二极管导通发光，光电二极管侧导通并驱动开关场效应管51的栅极和源极。在一种实施方式中，光电MOSFET驱动器52可以配置为，例如型号为APV2111VY的光伏MOSFET驱动器。当然，开关场效应管51的驱动方式不局限于采用光耦或光电驱动。

切换电路5还可以包括开关三极管53，该开关三极管53配置为NPN型三极管，开关三极管53的集电极连接光电MOSFET驱动器52，开关三极管53的发射极接地，开关三极管53的基极连接主控模块8，特别是连接第三输出端83。如此，开关场效应管51依次通过光电MOSFET驱动器52和开关三极管53与第三输出端83建立间接连接，光电MOSFET驱动器52通过开关三极管53与第三输出端83建立间接连接，光电MOSFET驱动器52未与开关三极管53连接的另一输入端，可选地通过第四电阻器54连接至电压Vcc。从而，开关三极管53接收第三输出端83的高电平触发信号导通，光电MOSFET驱动器52受电驱动开关场效应管51，操作者可通过调整电压Vcc，调节光电MOSFET驱动器52的驱动能力和开关场效应管51的导通状态。

主控模块8通过第一输出端81连接第一电流测量模块41的总线通信端I2C，通过第二输出端82连接第二电流测量模块42的总线通信端I2C，且进一步配置为以预设频率向第一电流测量模块41和第二电流测量模块42交替输出触发信号，实现电流数量级的切换。

主控模块8还配置为以第三输出端83连接开关三极管53的基极后，输出与输出至第二电流测量模块42的触发信号，具有相同频率的触发信号，从而使第二电阻器22接入电路的操作，和第二电流测量模块42测量第二电阻器22上电流的操作同步进行。

对于跟随器6，在本实施方式中，跟随器6至少包括第一运算放大器61，第一运算放大器61的正相输入端与第二电阻器22连接，第一运算放大器61的反相输入端与第一运算放大器61的输出端连接，以形成跟随器接法，进一步地，第一运算放大器61与第二电流测量模块42连接，从而对接收的电压进行缓冲，减小第二电流测量模块42处的电信号耗散，提升测量精度。具体地，第一运算放大器61连接至第二电流测量模块42的正极输入端IN+和负极输入端IN-的其中之一。当然，本实用新型的跟随器6并不局限于利用运算放大器实现电压跟随。

在另一具体实施例中，第一运算放大器61的输出端与第二电流测量模块42的正极输入端IN+连接，第一运算放大器61的正相输入端与第二电阻器22靠近供电电源1一端连接。在该实施例中，跟随器6进一步包括第二运算放大器62，第二运算放大器62的正相输入端与第二电阻器22靠近检测端口3一端连接，第二运算放大器62的反相输入端与第二运算放大器62的输出端连接，以形成跟随器接法，第二运算放大器62的输出端与第二电流测量模块42的负极输入端IN-连接。如此，形成对第二电流测量模块42两个输入端同步的电压跟随。如前所述，第一运算放大器61和第二运算放大器62的偏置电流优选配置为小数量级。

相对应地，第一电流测量模块41也具有与第一电阻器21靠近供电电源1一端连接的正极输入端IN+，以及与第一电阻器靠近检测端口3一端连接的负极输入端IN-。

第一电流测量模块41和第二电流测量模块42实际工作中具有模数转换功能，即将采集到的电压模拟量转换和计算为电流数字量。两电流测量模块可以通过对应的总线通信端I2C连接I2C总线，从而与主控模块8建立通信连接。

基于此，本实用新型提供的电流检测电路的结构均已说明完毕，可以理解地，本实用新型的目的在于提供一种对应不同消费电流，切换不同检测档位的电流检测电路，在不脱离该实用新型目的的范围内，本领域技术人员可以对此进行任何改进。诸如可以在本实用新型提供的电流检测电路中新增第三电阻器以及第三电流测量模块，并进一步将第三电阻器配置为用于测量安培级别的电流，且可以配置为具有与第二电阻器和第二电流测量模块等元器件相似的电路结构。

综上所述，本实用新型提供的电流检测电路，通过设置切换电路5将第二电阻器22选择性地接入第一电阻器21和检测端口3之间，能够改变供电电源1传输至检测端口3的电流档位，以对应通过两个电流测量模块检测不同数量级的电流情况；同时在用于检测小电流的第二电流测量模块42与第二电阻器22之间设置跟随器6，能够对输入电压实现缓冲，减少漏至接地端的电信号损耗，提升整体电流检测准确程度，同时防止配置为不同精度电流测量模块或新增其他用于弥补缺陷的复杂元器件而导致的成本增加。

在切换电路5采用开关场效应管51的实施方式中，相比于采用继电器，能够减小PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)的面积，实现电路进一步小型化。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电流检测电路，其特征在于，包括：依次串联的供电电源、第一电阻器、第二电阻器和检测端口，所述第一电阻器还与第一电流测量模块连接，所述第二电阻器还分别与第二电流测量模块和切换电路连接，所述切换电路控制所述第二电阻器选择性地接入所述第一电阻器和所述检测端口之间，所述第二电流测量模块和所述第二电阻器之间设置有至少一个跟随器，所述跟随器的输入端与所述第二电阻器连接，且输出端连接至所述第二电流测量模块。

2.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述第一电阻器的阻值配置为1-100mΩ，所述第二电阻器的阻值配置为1-100Ω；所述切换电路配置为控制所述电流检测电路的检测档位在毫安级和微安级之间切换；所述跟随器配置为减小所述第二电流测量模块的输入偏置电流。

3.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述跟随器包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的正相输入端与所述第二电阻器连接，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第二电流测量模块连接。

4.根据权利要求3所述的电流检测电路，其特征在于，所述第一运算放大器的输出端与所述第二电流测量模块的正极输入端连接，所述第一运算放大器的正相输入端与所述第二电阻器靠近所述供电电源一端连接。

5.根据权利要求3所述的电流检测电路，其特征在于，所述跟随器还包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的正相输入端与所述第二电阻器靠近所述检测端口一端连接，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第二电流测量模块的负极输入端连接。

6.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述电流检测电路还包括主控模块，用以输出触发信号；所述切换电路包括开关场效应管，所述开关场效应管配置为N沟道场效应管，且漏极连接所述第二电阻器靠近所述供电电源一端、源极连接所述第二电阻器靠近所述检测端口一端、栅极连接所述主控模块。

7.根据权利要求6所述的电流检测电路，其特征在于，所述切换电路包括光电MOSFET驱动器，所述光电MOSFET驱动器的正极输出端与所述开关场效应管的栅极连接，所述光电MOSFET驱动器的负极输出端与所述开关场效应管的源极连接，所述光电MOSFET驱动器至少一个输入端与所述主控模块连接。

8.根据权利要求7所述的电流检测电路，其特征在于，所述切换电路包括开关三极管，所述开关三极管配置为NPN型三极管，且集电极连接所述光电MOSFET驱动器、发射极接地、基极连接所述主控模块。

9.一种电流检测装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的电流检测电路。

10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的电流检测电路。

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