專利名稱：一種電流檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型電子電路技木，特別涉及電流檢測裝置，可用于電カ電子系統(tǒng)對電流的檢測。
背景技術：
電カ電子系統(tǒng)中在實施電流型控制、過流保護、系統(tǒng)并聯(lián)均流等技術時，都必須要用到電感電流的檢測技術。常見的電感電流檢測方法有串聯(lián)檢流電阻法、電流互感器法、絕緣柵極晶體管MOSFET元胞檢測法以及電感等效串聯(lián)電阻檢測法。 串聯(lián)檢流電阻法，如圖I所示，它是將檢流電阻I與負載2串聯(lián)，根據(jù)歐姆定律，只要檢測檢流電阻I兩端的電壓即可確定被檢測的電流。該方法的缺陷是損耗太大，特別是在大電流檢測中，損耗不容忽視。電流互感器法，是依據(jù)電磁感應原理，利用互感器進行電流檢測，將一次繞組串在需要測量電流的線路中，將二次繞組串接在測量儀表和保護回路中。電流互感器可以把數(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流。該方法的缺陷是不能檢測直流電流。絕緣柵極晶體管MOSFET元胞檢測法，是在檢測電路中的功率MOSFET旁并接ー個檢測M0SFET。該方法的缺陷是所能應用的頻帶寬度太窄，并且并接的檢測MOSFET會對電路中原有的功率MOSFET帶來很大的誤差。電感等效串聯(lián)電阻檢測法，如圖2所示，該方法將流過電感的電流轉(zhuǎn)化為電壓信號，通過檢測電壓信號來得到電流值。由于電感等效串聯(lián)電阻ESR的值非常小，需要用運算放大器將檢測信號進行放大。由于受到運算放大器耐壓的限制，導致該方法不能很好地應用于高壓場合。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于針對上述已有技術的不足，提出ー種電流檢測裝置，以減小檢測損耗和對被檢測電路的影響，實現(xiàn)在高壓場合下對直流電信號和交流電信號的精確檢測。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的電流檢測裝置，包括電感，RC網(wǎng)絡其特征在于RC網(wǎng)絡的輸出端連接有電位浮動的電壓檢測電路，用于檢測RC網(wǎng)絡中檢測電容兩端的電壓差；該電位浮動的電壓檢測電路的輸出端連接有差分比例運算電路，用于放大電壓檢測電路的輸出，并且使輸出電壓值的參考平面回歸到以地平面為基準；所述的電位浮動的電壓檢測電路包括放大電路與電荷泵電路；放大電路的輸入端與RC網(wǎng)絡中的檢測電容并聯(lián)；電荷泵電路的輸入端與放大電路的輸出串聯(lián)連接；所述的差分比例運算電路包括第一級差分電路與第二級差分電路；第ー級差分電路的輸入端與電荷泵電路的輸出端相連；第一級差分電路的輸出端與第二級差分電路的輸入端連；第二級差分電路的輸出端作為整個檢測電路的輸出。本實用新型由于由于采用了電カ電子系統(tǒng)中原有的功率電感對電流進行測量，充分利用了電感的等效串聯(lián)電阻，使得檢測電路中未加入新的損耗，從而達到無損耗測量的目的；同時由于本實用新型在電壓檢測回路中加入了電荷泵電路，使電壓檢測回路的電壓浮動，因此該電路可以很好地應用在高壓場合；此外由于本實用新型加入了差分比例運算電路，消除了電荷泵電路中的電壓降對輸出電壓的影響，并且使輸出電壓回到以地平面為基準。

圖I為現(xiàn)有應用檢流電阻的電流檢測電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2為現(xiàn)有的應用電感等效串聯(lián)電阻的電流檢測電路結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖4為本實用新型的電路結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的，技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖，利用具體實施例，對本實用新型作進ー步詳細的說明。本實用新型實施例通過對RC網(wǎng)絡中檢測電容與匹配電阻的匹配，使得電容兩端的電壓差與流經(jīng)電感的電流成線性關系，利用該特性進行電流檢測。參照圖3，本實用新型的電流檢測電路，包括電感100、RC網(wǎng)絡110、電位浮動的電壓檢測電路200和差分比例運算電路300。其中電壓檢測電路200包括放大電路210和電荷泵電路220，差分比例運算電路300包括第一級差分電路310和第二級差分電路320。該RC網(wǎng)絡110的輸入端并聯(lián)在電感100的兩端，輸出端與放大電路210的輸入端相連，該放大電路210的輸出端與電荷泵電路220的輸入端相連，該電荷泵電路220的輸出端與第一級差分電路310的輸入端相連，該第一級差分電路310的輸出端與第二級差分電路320的輸入端相連，該第二級差分電路320的輸出端作為整個檢測電路的輸出。RC網(wǎng)絡110將流經(jīng)電感的電流轉(zhuǎn)化為電壓信號，輸出到放大電路210 ;放大電路210對輸入的電壓信號進行放大，并將放大后的信號輸出給電荷泵電路220 ;在電感浮動電壓為高電位吋，通過電荷泵電路220使放大電路210與差分比例運算電路300隔離，放大電路210以電感100的浮動電壓為參考平面，保證運算放大器211不被擊穿；在電感浮動電壓為低電位時，通過電荷泵電路220使放大電路210的輸出傳到差分比例運算電路300 ;由第一級差分電路310和第二級差分電路320的共同作用，消除電荷泵電路中引入的導通電壓差，并使輸出電壓恢復到以地平面為參考平面。參照圖4，本實用新型的整個電路的連接結(jié)構(gòu)如下所述RC網(wǎng)絡110，包括匹配電阻111與檢測電容112 ;匹配電阻111的一端與檢測電容112連接，另一端與電感100的電源端連接，檢測電容112的另一端與電感100的負載端相連；檢測電容112的兩端作為RC網(wǎng)絡的輸出與放大電路210的輸入相連，檢測電容112與電感相連的一端電位浮動，與匹配電阻相連的另一端電位不浮動。所述放大電路210，包括運算放大器211、第一電阻212、第二電阻213和充電電容214 ;運算放大器211的同相輸入端與檢測電容112的電位非浮動端相連，反相輸入端通過第二電阻213與檢測電容112的電位浮動端相連，輸出端與電荷泵電路相連，同時運算放大器211的輸出信號通過第一電阻212反饋到該運算放大器211的反相輸入端，該運算放大器以同相放大的形式對輸入信號進行放大；充電電容214作為運算放大器211的電源，連接在運算放大器211的正電源端與該運算放大器211的負電源端之間；由于充電電容214的電位與檢測電容112的浮動電壓一起浮動，保證放大電路210參考平面電位浮動。所述電荷泵電路220，包括第一ニ極管221、第二ニ極管222和第三ニ極管223 ;第一二極管221的陰極與運算放大器211的輸出端相連，第二ニ極管222的陰極與檢測電容112的電位浮動端相連，第三ニ極管223的陰極與運算放大器211的正電源端相連；由于ニ極管的單相導通的特性，使得只有當ニ極管的陽極電壓高于陰極時，ニ極管才能導通，即當檢測電容112的浮動電壓為高電位時，3個ニ極管都截止，只有當檢測電容112的浮動電壓低于ニ極管的陽極吋，3個ニ極管才能所述導通。通過所述的3個ニ極管221、222、223的作用，使所述電壓檢測電路(200)與地平面隔離，從而達到電位浮動的功能。所述第一級差分電路310，包括第一級運算放大器313、第一分壓電阻311、第二分壓電阻312、第三電阻314和第四電阻315 ;第一級運算放大器313的同相輸入端與第二ニ極管222的陽極相連，反相輸入端通過第三電阻314與公共地相連，輸出端與第二級差分電路320的輸入端相連；第四電阻315連接于所述第一級運算放大器313的反相輸入端與輸出端之間；第一分壓電阻311連接于第一級運算放大器313的同相輸入端與電源326的陽極之間，第二分壓電阻312連接于第一級運算放大器313的同相輸入端與公共地之間，通過第一分壓電阻311和第二分壓電阻312組成的分壓電路，使電荷泵電路220中的第二ニ極管222獲得高于電荷泵電路管壓降的電壓，使得第二ニ極管222在電感浮動電壓為高電位時截止，在電感浮動電壓為低電位時導通。該第一級運算放大器313，它的同相輸入端與第ニニ極管222的陽極相連，反相輸入端通過第三電阻314與公共地相連，輸出端與第二級差分電路320的輸入端相連；第四電阻315連接于該第一級運算放大器313的反相輸入端與輸出端之間。所述第二級差分電路320，包括第二級運算放大器323、第三分壓電阻321、第四分壓電阻322、第五電阻324和第六電阻325 ;第二級運算放大器(323)的同相輸入端與第一二極管(221)的陽極相連，反相輸入端通過第五電阻(324)與第一級運算放大器(313)的輸出相連，輸出端作為整個檢測電路的輸出；第六電阻(325)連接于所述第二級運算放大器(323)的反相輸入端與輸出端之間；第三分壓電阻321連接于第二級運算放大器323的同相輸入端與電源326的陽極之間，第四分壓電阻322連接在第二級運算放大器323的同相輸入端與公共地之間，通過第三分壓電阻321和第四分壓電阻322組成的分壓電路，使電荷泵電路220中的第一ニ極管221獲得高于電荷泵電路管壓降的電壓，使得第一ニ極管222在電感浮動電壓為高電位時截止，在電感浮動電壓為低電位時導通。該第二級運算放大器323的同相輸入端與第一ニ極管222的陽極相連，反相輸入端通過第五電阻324與第一級運算放大器313的輸出相連，輸出端作為整個檢測電路的輸出；第六電阻325連接于所述第ニ級運算放大器323的反相輸入端與輸出端之間。由第一級差分電路310和第二級差分電路320的共同作用，消除電荷泵電路中引入的導通電壓差，并使輸出電壓恢復到以地平面為參考平面。
權(quán)利要求1.ー種電流檢測裝置，包括電感(100)，RC網(wǎng)絡(110)其特征在于 RC網(wǎng)絡(110)的輸出端連接有電位浮動的電壓檢測電路(200)，用于檢測RC網(wǎng)絡(110)中檢測電容兩端的電壓差；該電位浮動的電壓檢測電路(200)的輸出端連接有差分比例運算電路(300)，用于放大電壓檢測電路(200)的輸出，并且使輸出電壓值的參考平面恢復到以地平面為基準； 所述的電位浮動的電壓檢測電路(200)包括放大電路(210)與電荷泵電路(220);放大電路(210)的輸入端與RC網(wǎng)絡中的檢測電容并聯(lián)；電荷泵電路(220)的輸入端與放大電路(210)的輸出串聯(lián)連接； 所述的差分比例運算電路(300)包括第一級差分電路(310)與第二級差分電路(320);第一級差分電路(310)的輸入端與電荷泵電路(220)的輸出端相連；第一級差分電路(310)的輸出端與第二級差分電路(320)的輸入端相連；第二級差分電路(320)的輸出端作為整個檢測電路的輸出。
2.如權(quán)利要求I所述的電流檢測裝置，其特征在干，RC網(wǎng)絡(110)包括匹配電阻(111)與檢測電容(112)，該匹配電阻(111)的一端與檢測電容(112)連接，另一端與電感(100)的電源端連接，檢測電容(112)的另一端與電感(100)的負載端相連，檢測電容兩端又作為RC網(wǎng)絡的輸出端與放大電路(210)相連。
3.如權(quán)利要求I所述的電流檢測裝置，其特征在于，放大電路(210)包括運算放大器(211)、第一電阻(212)、第二電阻(213)和充電電容(214);運算放大器(211)的同相輸入端與檢測電容(112)的電位非浮動端相連，反相輸入端通過第二電阻(213)與檢測電容(112)的電位浮動端相連，輸出端與電荷泵電路相連；第一電阻(212)連接在運算放大器(211)的輸出端與反相輸入端之間；充電電容(214)的一端與運算放大器(211)的正電源端相連，另一端與運算放大器(211)的負電源端相連。
4.如權(quán)利要求I所述的電流檢測裝置，其特征在于，所述的電荷泵電路(220)包括第一二極管(221)、第二ニ極管(222)、第三ニ極管(223);該第一ニ極管(221)的陰極與所述運算放大器(211)的輸出端相連；第二ニ極管(222)的陰極與所述檢測電容(112)的電位浮動端相連；第三ニ極管(223)的陰極與所述運算放大器(211)的正電源端相連，通過所述的3個ニ極管(221)、(222)、(223)的作用，使所述電壓檢測電路(200)與地平面隔離，從而達到電位浮動的功能。
5.如權(quán)利要求I所述的電流檢測裝置，其特征在于，所述第一級差分電路(310)包括第一級運算放大器(313)、第一分壓電阻(311)、第二分壓電阻(312)、第三電阻(314)和第四電阻(315);第一級運算放大器(313)的同相輸入端與第二ニ極管(222)的陽極相連，反相輸入端通過第三電阻(314)與公共地相連，輸出端與第二級差分電路(320)的輸入端相連；第四電阻(315)連接于所述第一級運算放大器(313)的反相輸入端與輸出端之間；第一分壓電阻(311)連接于所述第一級運算放大器(313)的同相輸入端與電源(326)的陽極之間；第二分壓電阻(312)連接于第一級運算放大器(313)的同相輸入端與公共地之間，通過所述分壓電阻(311)和(312)的作用，使電荷泵電路(220)中的第二極管(222)獲得導通電壓。
6.如權(quán)利要求I所述的電流檢測裝置，其特征在于，所述第二級差分電路(320)包括第二級運算放大器(323)、第三分壓電阻(321)、第四分壓電阻(322)、第五電阻(324)和第六電阻(325);第二級運算放大器(323)的同相輸入端與第一ニ極管(221)的陽極相連，反相輸入端通過第五電阻(324)與第一級運算放大器(313)的輸出相連，輸出端作為整個檢測電路的輸出；第六電阻(325)連接于所述第二級運算放大器(323)的反相輸入端與輸出端之間；第三分壓電阻(321)連接于所述第二級運算放大器(323)的同相輸入端與電源 (326)的陽極之間；第四分壓電阻(322)連接在第二級運算放大器(323)的同相輸入端與公共地之間，通過所述分壓電阻(321)和(322)的作用，使電荷泵電路(220)中的第一ニ極管(221)獲得導通電壓。
專利摘要本實用新型公開了一種電力電子直流變換中的電流檢測裝置。該裝置主要包括電感(100)，RC網(wǎng)絡(110)，放大電路(210)，電荷泵電路(220)，第一級差分電路(310)和第二級差分電路(320)。RC網(wǎng)絡(110)將流經(jīng)電感(100)的電流轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出到放大電路(210)；放大電路(210)對輸入的電壓信號進行放大并將放大后的信號輸出給電荷泵電路(220)；通過電荷泵電路(220)使所述放大電路(210)與地平面隔離，從而達到電位浮動的功能；由第一級差分電路(310)和第二級差分電路(320)的共同作用，消除電荷泵電路(220)引入的導通電壓差。本實用新型可用于在高壓情況下對直流變換電路中的電感電流進行無損耗的檢測。
文檔編號G01R19/00GK202631606SQ201220109849
公開日2012年12月26日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者鄭峰, 張鈺, 王培康, 王駿飛 申請人:西安電子科技大學