本發(fā)明屬于電流檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種電流檢測(cè)單元漏電流消除電路及消除方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)繁榮，科技快速發(fā)展，極大地促進(jìn)軍事、通信、醫(yī)療、生物、化學(xué)等領(lǐng)域的技術(shù)革新，特別是電子測(cè)量技術(shù)。電子測(cè)量技術(shù)廣泛存在于現(xiàn)實(shí)生活中，例如溫度、濕度、光、聲、力等等的測(cè)量。對(duì)于這些生活中常見(jiàn)物理量，電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域通常由傳感器轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)處理。
電壓、電流信號(hào)是電子測(cè)量技術(shù)和儀器儀表領(lǐng)域的研究對(duì)象，與現(xiàn)代科技發(fā)展不可分割。然而隨著航天航空、精密儀器測(cè)試以及生物醫(yī)療電子的快速發(fā)展，被測(cè)電壓、電流信號(hào)越來(lái)越微弱，甚至達(dá)到納伏和皮安級(jí)，使得測(cè)量過(guò)程變得復(fù)雜困難，測(cè)量準(zhǔn)確度下降。
一般情況下，弱電流信號(hào)的檢測(cè)是將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)或者頻率信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。但是弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)不可避免的引入各種誤差，例如泄漏電流、偏置電流、壓電效應(yīng)、零點(diǎn)漂移、摩擦電效應(yīng)、污染和濕度介質(zhì)吸收效應(yīng)等等。
泄漏電流是由測(cè)量電路和周邊元件上電壓之間的寄生電阻通路產(chǎn)生的。這種電流會(huì)對(duì)弱電流信號(hào)的測(cè)量準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。為了獲得更加準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，研究人員和工程技術(shù)人員都在不斷的進(jìn)行探索。目前，高質(zhì)量的絕緣材料，測(cè)試環(huán)境溫濕度的有效控制等技術(shù)應(yīng)用改善了測(cè)量電路和周邊元件上電壓之間的寄生電阻，從而在一定程度上降低泄漏電流，提高了測(cè)量準(zhǔn)確度。然而，這種方法并沒(méi)有從根本上消除漏電流的存在。
傳統(tǒng)技術(shù)，如改善寄生電阻方法，已經(jīng)到達(dá)一種局限，此外新材料使得PCB印制板加工復(fù)雜困難，且價(jià)格比較昂貴。為了實(shí)現(xiàn)弱電流信號(hào)檢測(cè)過(guò)程中漏電流的消除，降低電路PCB生產(chǎn)成本，必須另辟蹊徑。因此需要一種新的電路技術(shù)和方法來(lái)解決。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種電流檢測(cè)單元漏電流消除電路及消除方法，設(shè)計(jì)合理，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決了測(cè)量?jī)x器儀表中存在的泄漏電流問(wèn)題，提高了弱電流檢測(cè)準(zhǔn)確度，具有良好的推廣價(jià)值。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種電流檢測(cè)單元漏電流消除電路，包括電阻、電容、電感、二極管以及運(yùn)算放大器；
所述電阻包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻以及第十一電阻；
所述電容包括第一電容、第二電容以及第三電容；
所述二極管包括第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極管、第六二極管、第七二極管以及第八二極管；
第九電阻和第十電阻通過(guò)線路連接組成檢測(cè)電阻；第十電阻、第九電阻、第三電阻和電感通過(guò)線路依次連接組成檢測(cè)電路；第九電阻的另一端和第十電阻的另一端分別連接至第三電容的兩端，第十一電阻的一端連接至第十電阻和第三電容組成的公共端，另一端與檢測(cè)電壓的負(fù)極端口連接；第一電容、第四電阻和第五電阻通過(guò)線路依次連接組成RC濾波電路，第一電容、第四電阻、第五電阻、第六電阻通過(guò)線路依次連接至運(yùn)算放大器的正向輸入端，第五電阻和第六電阻組成的公共端連接至第三電阻和第九電阻組成的公共端，第一電容的另一端接地，運(yùn)算放大器的反向輸入端和其輸出端相連接，運(yùn)算放大器的輸出端與檢測(cè)電壓的正極端口連接；
第七二極管的負(fù)極和第五二極管的正極連接，第五二極管的負(fù)極連接至第三電阻和第九電阻組成的公共端，第七二極管的正極接-10V；第八二極管的正極和第六二極管的負(fù)極連接，第六二極管的正極連接至第三電阻和第九電阻組成的公共端，第八二極管的負(fù)極接+10V；第七二極管的負(fù)極和第五二極管的正極組成的公共端與第八二極管的正極和第六二極管的負(fù)極組成的公共端連接；
第四二極管的負(fù)極和第二二極管的正極連接，第二二極管的負(fù)極連接至電感的另一端，第四二極管的正極接-47V；第三二極管的正極和第一二極管的負(fù)極連接，第一二極管的正極連接至電感的另一端，第三二極管的負(fù)極接+47V；第四二極管的負(fù)極和第二二極管的正極組成公共端與第三二極管的正極和第一二極管的負(fù)極組成的公共端連接；
第七電阻的一端連接至運(yùn)算放大器的輸出端，另一端分別與第二電阻、第八電阻、第二電容相連接，第八電阻的另一端連接至第八二極管的正極和第六二極管的負(fù)極組成的公共端；第二電阻的另一端與第一電阻連接，第一電阻的另一端連接至第四二極管的負(fù)極和第二二極管的正極組成公共端；第二電容的另一端接地。
優(yōu)選地，運(yùn)算放大器采用N55。
優(yōu)選地，電感采用L74。
此外，本發(fā)明還提到一種電流檢測(cè)單元漏電流消除方法，該方法采用如上所述的一種電流檢測(cè)單元漏電流消除電路，包括如下步驟：
步驟1：將第八二極管的正極和第六二極管的負(fù)極組成的公共端點(diǎn)設(shè)置為A點(diǎn)；
步驟2：將第三電阻和第九電阻組成的公共端點(diǎn)設(shè)置為B點(diǎn)；
步驟3：通過(guò)運(yùn)算放大器將B點(diǎn)電位跟隨到A點(diǎn)；
步驟4：PCB布局時(shí)，從A點(diǎn)引出一個(gè)金屬環(huán)將檢測(cè)電路保護(hù)起來(lái)，使檢測(cè)電路與附近電路相隔離；
步驟5：消除漏電流。
本發(fā)明所帶來(lái)的有益技術(shù)效果：
本發(fā)明提出了一種電流檢測(cè)單元漏電流消除電路及消除方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明應(yīng)用精確、低噪聲以及低偏置電流的運(yùn)算放大器跟隨檢測(cè)信號(hào)電壓電路構(gòu)成一個(gè)等電位保護(hù)電路，產(chǎn)生等電位低阻抗輸出作為保護(hù)信號(hào)，在PCB布局時(shí)將高阻抗的信號(hào)檢測(cè)通路加了一個(gè)金屬保護(hù)環(huán)，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)通路與附近電路的隔離保護(hù)，降低了外部電路的干擾，避免了由于檢測(cè)通路與附近電路電位差引起的泄漏電流，達(dá)到了電流檢測(cè)單元漏電流消除目的，提高了弱電流檢測(cè)準(zhǔn)確度，充分利用PCB空間；該電路能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)弱電流到電壓的轉(zhuǎn)換，完成電流檢測(cè)功能，而且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉；在電流檢測(cè)等相關(guān)測(cè)量領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用價(jià)值。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明一種電流檢測(cè)單元漏電流消除電路的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：
實(shí)施例1：
如圖1所示的一種電流檢測(cè)單元漏電流消除電路，包括電阻、電容、電感、二極管以及運(yùn)算放大器；
所述電阻包括第一電阻R216、第二電阻R217、第三電阻R222、第四電阻R223、第五電阻R224、第六電阻R225、第七電阻R226、第八電阻R227、第九電阻R239、第十電阻R240以及第十一電阻R701；
所述電容包括第一電容C170、第二電容C223以及第三電容C229；
所述二極管包括第一二極管V82、第二二極管V83、第三二極管V84、第四二極管V85、第五二極管V90、第六二極管V91、第七二極管V92以及第八二極管V93；
第九電阻R239和第十電阻R240通過(guò)線路連接組成檢測(cè)電阻；第十電阻R240、第九電阻R239、第三電阻R222和電感L74通過(guò)線路依次連接組成檢測(cè)電路；第九電阻R239的另一端和第十電阻R240的另一端分別連接至第三電容C229的兩端，第十一電阻R701的一端連接至第十電阻R240和第三電容C229組成的公共端，另一端與檢測(cè)電壓的負(fù)極端口連接；第一電容C170、第四電阻R223和第五電阻R224通過(guò)線路依次連接組成RC濾波電路，第一電容C170、第四電阻R223、第五電阻R224、第六電阻R225通過(guò)線路依次連接至運(yùn)算放大器N55的正向輸入端，第五電阻R224和第六電阻R225組成的公共端連接至第三電阻R222和第九電阻R239組成的公共端，第一電容C170的另一端接地，運(yùn)算放大器N55的反向輸入端和其輸出端相連接，運(yùn)算放大器N55的輸出端與檢測(cè)電壓的正極端口連接；
第七二極管V92的負(fù)極和第五二極管V90的正極連接，第五二極管V90的負(fù)極連接至第三電阻R222和第九電阻R239組成的公共端，第七二極管V92的正極接-10V；第八二極管V93的正極和第六二極管V91的負(fù)極連接，第六二極管V91的正極連接至第三電阻R222和第九電阻R239組成的公共端，第八二極管V93的負(fù)極接+10V；第七二極管V92的負(fù)極和第五二極管V90的正極組成的公共端與第八二極管V93的正極和第六二極管V91的負(fù)極組成的公共端連接；
第四二極管V85的負(fù)極和第二二極管V83的正極連接，第二二極管V83的負(fù)極連接至電感L74的另一端，第四二極管V85的正極接-47V；第三二極管V84的正極和第一二極管V82的負(fù)極連接，第一二極管V82的正極連接至電感L74的另一端，第三二極管V84的負(fù)極接+47V；第四二極管V85的負(fù)極和第二二極管V83的正極組成公共端與第三二極管V84的正極和第一二極管V82的負(fù)極組成的公共端連接；
第七電阻R226的一端連接至運(yùn)算放大器N55的輸出端，另一端分別與第二電阻R217、第八電阻R227、第二電容C223相連接，第八電阻R227的另一端連接至第八二極管V93的正極和第六二極管V91的負(fù)極組成的公共端；第二電阻R217的另一端與第一電阻R216連接，第一電阻R216的另一端連接至第四二極管V85的負(fù)極和第二二極管V83的正極組成公共端；第二電容C223的另一端接地。
實(shí)施例2：
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提到一種電流檢測(cè)單元漏電流消除方法，用于消除電流檢測(cè)單元的漏電流，包括如下步驟：
步驟1：將第八二極管的正極和第六二極管的負(fù)極組成的公共端點(diǎn)設(shè)置為A點(diǎn)；
步驟2：將第三電阻和第九電阻組成的公共端點(diǎn)設(shè)置為B點(diǎn)；
步驟3：通過(guò)運(yùn)算放大器將B點(diǎn)電位跟隨到A點(diǎn)；
步驟4：PCB布局時(shí)，從A點(diǎn)引出一個(gè)金屬環(huán)將檢測(cè)電路保護(hù)起來(lái)，使檢測(cè)電路與附近電路相隔離；
步驟5：消除漏電流。
假設(shè)圖1中B點(diǎn)的電位為V，假定周圍相鄰電路絕緣材料的電阻為R，相鄰電路的電位為Vn，可以得出泄漏電流：
Ileak＝(V-Vn)/R
傳統(tǒng)電流測(cè)量技術(shù)中，V和Vn存在一定的電位差，由上面公式可知減小Ileak的方法只能為加大R阻值。然而R的阻值不可能無(wú)限的增大，所以泄漏電流不能根本消除。本發(fā)明中通過(guò)運(yùn)算放大器N55將B點(diǎn)的電位跟隨到A點(diǎn)，從A點(diǎn)引出一個(gè)金屬環(huán)將檢測(cè)電路保護(hù)起來(lái)，這樣的話Vn的電位就無(wú)限接近于V，V-Vn電位差為零，泄漏電流Ileak就會(huì)基本等于0，達(dá)到消除漏電流目的。
本發(fā)明應(yīng)用精確、低噪聲以及低偏置電流的運(yùn)算放大器跟隨檢測(cè)電壓電路構(gòu)成一個(gè)等電位保護(hù)電路，產(chǎn)生等電位低阻抗輸出作為保護(hù)信號(hào)，在PCB布局時(shí)將高阻抗的信號(hào)檢測(cè)通路加了一個(gè)金屬保護(hù)環(huán)，由于采用有源驅(qū)動(dòng)電路，用導(dǎo)電材料將與信號(hào)線等電位的保護(hù)信號(hào)包圍電流檢測(cè)單元信號(hào)線，構(gòu)建一個(gè)低阻抗的“法拉第籠”，可顯著降低外部電路的干擾，使信號(hào)線與外部電路實(shí)現(xiàn)良好隔離，從而達(dá)到電流檢測(cè)單元漏電流消除目的。
本發(fā)明強(qiáng)制給電流檢測(cè)單元加了一個(gè)金屬保護(hù)環(huán)，避免了由于測(cè)量電路與附近電路電位差引起的泄漏電流，充分利用PCB空間；該電路能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)弱電流到電壓的轉(zhuǎn)換，完成電流檢測(cè)功能，而且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。因此，本發(fā)明在電流檢測(cè)等相關(guān)測(cè)量領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用價(jià)值。
當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。