電流檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種電流檢測裝置，包括：源端、輸出端、具有多條電阻通路的電阻取樣模塊、電流檢測模塊以及控制單元，其中，所述電阻取樣模塊和所述電流檢測模塊并聯并分別連接所述源端和輸出端，所述電流檢測模塊用于檢測通過所述電阻取樣模塊的電流并輸出檢測電流至所述控制單元，所述控制單元根據所述檢測電流產生控制信號，并將所述控制信號輸出至所述電阻取樣模塊，所述電阻取樣模塊根據所述控制控制信號選擇所述多條電阻通路中的一條電阻通路。本實用新型通過設置具有多條電阻通路的電阻取樣模塊，當進行電流檢測時，控制單元根據讀取的電流值實時切換到所需量程的電阻通路，實現了多級電流檢測，達到大量程高精度的應用需求。
【專利說明】電流檢測裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及電流檢測領域，尤其是一種電流檢測裝置。

【背景技術】
[0002] 在電流檢測裝置中，常用的方式主要為串聯電阻直接取樣。
[0003] 電阻直接取樣檢測方法如圖1所示：在電流檢測回路中加串接電阻RSENSE，通過 檢測流過串接電阻產生的壓降VSENSE，然后通過運放對VSENSE進行放大處理，得到輸出電 壓V0UT，將V0UT送至ADC進行轉換，最后將轉換的結果送至MCU進行處理。電阻直接取樣 的電流檢測方式是最常用的電流檢測方式之一，但是這種方法也有明顯的缺點：
[0004] 當ADC分辨率一定，且需要滿足不大于運放的輸入電壓情況下，此時RSENSE需要 選擇足夠小，雖然ISENSE=VSENSE/RSENSE可以滿足大量程情況，但電流的精度已不能滿足 要求，因為ADC每個刻度代表的電壓VADC/RSENSE即為電流精度；根據以上所述，若需要 滿足高精度的條件，則RSENSE需要選擇足夠大，但此時已超出運放的輸入電壓或者超過了 ADC轉換的范圍。同時，由于源端（圖中A點)和輸出端（圖中B點)直接共地，極易從地上將 源端的噪聲帶入到檢測端。綜上所述，簡單的電阻直接取樣檢測方式下的電流檢測裝置不 能同時滿足高精度和大量程兩種應用的需求。
[0005] 另外，使用分立元件如運放和ADC，在設計成本上比較昂貴，以及設計的復雜程度 較聞。 實用新型內容
[0006] (一）要解決的技術問題
[0007] 本實用新型的目的是，提供一種電流檢測裝置，從而達到大量程高精度的應用需 求。
[0008] (二）技術方案
[0009] 為解決上述技術問題，本實用新型提供一種電流檢測裝置，該裝置包括：源端、輸 出端、具有多條電阻通路的電阻取樣模塊、電流檢測模塊以及控制單元，其中，所述電阻取 樣模塊和所述電流檢測模塊并聯并分別連接所述源端和輸出端，所述電流檢測模塊用于檢 測通過所述電阻取樣模塊的電流并輸出檢測電流至所述控制單元，所述控制單元根據所述 檢測電流產生控制信號，并將所述控制信號輸出至所述電阻取樣模塊，所述電阻取樣模塊 根據所述控制控制信號選擇所述多條電阻通路中的一條電阻通路。
[0010] 具體的，所述多條電阻通路至少有兩條電阻通路的電阻阻值不同。
[0011] 具體的，所述電阻取樣模塊包括：
[0012] 多觸點繼電器，其包括一動觸點及多個靜觸點,所述動觸點連接所述源端；
[0013] 多個電阻，所述多個電阻并聯設置且其一端分別與多個靜觸點一一對應連接，另 一端與所述輸出端連接同。
[0014] 具體的，所述源端和輸出端通過磁珠相連。
[0015] 具體的，所述高精度大量程的電流檢測裝置還包括光耦隔離模塊，其連接所述電 流檢測模塊和控制單元。
[0016] 具體的，高精度大量程的電流檢測裝置還包括切換保護模塊，用于在所述電阻取 樣模塊切換電阻通路的瞬間切斷控制單元的電流讀取通道。
[0017] (三）有益效果
[0018] 區別于【背景技術】，本實用新型提供一種電流檢測裝置，當進行電流檢測時，電阻取 樣模塊中預置的某條電阻通路被接通(默認情況下，量程最小的電阻通路首先被接通)。電 流檢測模塊讀取通過此電阻通路的電流，并將讀取到的電流發送給控制單元，控制單元根 據實時讀取的電流值，判斷此電流值是否超過門限值，若超過門限值則控制電阻取樣模塊 選擇量程較大的電阻通路。本實用新型通過設置具有多條電阻通路的電阻取樣模塊，當進 行電流檢測時，控制單元根據讀取的電流值實時切換到所需量程的電阻通路，實現了多級 電流檢測，達到大量程高精度的應用需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是現有技術中電流檢測裝置的電路圖；
[0020] 圖2是實施例一中電流檢測裝置的模塊圖；
[0021] 圖3是實施例二中電流檢測裝置的電路圖；
[0022] 圖4是實施例二中電流檢測的檢測方法。

【具體實施方式】
[0023] 為使本實用新型的目的、內容、和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本實 用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限 制本實用新型的范圍。
[0024] 實施例一
[0025] 請參閱圖2,本實施例提供了一種電流檢測裝置，該裝置包括：源端、輸出端、具有 多條電阻通路的電阻取樣模塊、電流檢測模塊以及控制單元，其中，所述電阻取樣模塊和所 述電流檢測模塊并聯并分別連接所述源端和輸出端，所述電流檢測模塊用于檢測通過所述 電阻取樣模塊的電流并輸出檢測電流至所述控制單元，所述控制單元根據所述檢測電流產 生控制信號，并將所述控制信號輸出至所述電阻取樣模塊，所述電阻取樣模塊根據所述控 制控制信號選擇所述多條電阻通路中的一條電阻通路。源端連接電阻取樣模塊的輸入端， 輸出端連接電阻取樣模塊的輸出端。在本實施例中，控制單元選取CPU處理器。具體的，所 述電流檢測模塊包括第一輸入端、第二輸入端以及第一輸出端，所述第一輸入端與電阻取 樣模塊的輸入端連接，所述第二輸入端也電阻取樣模塊的輸出端連接，所述電流檢測模塊 的第一輸出端與CPU處理器的輸入端連接。在本實施例優選的方案中，所述多條電阻通路 至少有兩條電阻通路的電阻阻值不同，這樣通過不同阻值電阻通路的電流就不相同，其所 檢測的量程就會不同。
[0026] 在本實施例中，當進行電流檢測時，電阻取樣模塊中預置的某條電阻通路被接通 (默認情況下，量程最小的電阻通路首先被接通)。電流檢測模塊讀取通過此電阻通路的電 流，并將讀取到的電流發送給CPU處理器，CPU處理器根據實時讀取的電流值，判斷此電流 值是否超過門限值，若超過門限值則控制電阻取樣模塊選擇量程較大的電阻通路。本實施 例通過設置具有多條電阻通路的電阻取樣模塊，當進行電流檢測時，CPU根據讀取的電流值 實時切換到所需量程的電阻通路，實現了多級電流檢測，達到大量程高精度的應用需求。
[0027] 在本實施例進一步的方案，所述電阻取樣模塊包括：多觸點繼電器以及多個電阻。 其中，多觸點繼電器,包括一動觸點及多個靜觸點，所述動觸點連接所述源端。所述多個電 阻并聯設置且其一端分別與多個靜觸點一一對應連接，另一端與所述輸出端連接。
[0028] 經過對【背景技術】的分析，可知【背景技術】中還有如下缺點：【背景技術】的電阻直接取 樣方式抗干擾能力較差，噪聲往往能夠通過地傳輸到檢測芯片，對輸出產生影響。為了解 決此問題，本實施例還將所述源端和輸出端通過磁珠相連，用以濾除部分高頻噪聲，有效的 去除所述源端通過地攜帶過來的噪聲，在本檢測裝置起到第一級隔離噪聲效果。對于低頻 噪聲的濾除，本實施例則采用光耦將地線隔離，具體的，所述高精度大量程的電流檢測裝置 還包括光耦隔離模塊，所述電流檢測模塊和CPU處理器通過光耦隔離模塊相連，主要是用 來隔離電流檢測模塊的地與CPU處理器的工作地，在本檢測裝置中起到第二級隔離噪聲效 果。經驗證，這樣的設計方法能夠很好的避免噪聲通過地對處理器的影響。
[0029] 由于切換電阻通路時產生很大的沖擊電流，這些沖擊電流會照成CPU處理器的誤 判，本實施例作了進一步改進，還設置了切換保護模塊，用于在所述電阻取樣模塊切換電阻 通路的瞬間切斷CPU處理器的電流讀取通道。具體的，可通過在CPU處理器的電流讀取通 道上設置一可被CPU處理器控制的開關，也可在CPU處理器的控制中加入死區保護時間，確 保在電阻通路的切換瞬間，CPU處理器在保護時間內不做電流的讀取，這樣保證了讀取電流 的穩定性，達到平滑切換效果。
[0030] 實施例二
[0031] 正如【背景技術】所說，采用電阻直接取樣設計方式存在兩個缺點，第一所能支持的 量程范圍與精度是一對矛盾體，不能同時滿足，第二，輸入信號攜帶的噪聲信號會通過地傳 遞給檢測端，導致采集到的電流值的不確定。針對這兩個缺點，請參閱圖3及圖4,本實施 例采用多級電阻直接對電流進行取樣，通過專用電流檢測芯片讀取電流值；源端（圖3中的 A點）和輸出端（圖3中的B點）通過磁珠相連，用以濾除高頻噪聲；電流檢測模塊和CPU處 理器之間采用高速光耦進行隔離，用以消除低頻噪聲。本實施例的具體方案如下。
[0032] 針對第一個缺點，其解決的總體思路是：將輸入電壓先經過繼電器SW1進行分路 預處理，根據CPU處理器讀取的電流值實時的切換所需的量程通路。
[0033] 分路預處理的方案如下：將多個不同阻值的電阻R1?R12并聯，R1?R12的一端 與輸出端B連接，另一端與繼電器SW1的靜觸點連接，SW1與電阻R1?R12的連接關系具 體如圖3所示。經過上述預處理后，具有12條待選擇的電阻通路，每條待選擇的電阻通路 所代表的量程均不同，為了方便，本實施例將R1?R12所在電阻通路(通道1?通道12)的 量程從小到大依次排列。
[0034] 假設通道1使用0. 04歐的電阻，通道2使用0. 0025歐的電阻，電流檢測芯片所支 持的分辨率為12bits，VSENSE范圍小于81. 92mV (根據電流檢測芯片不同而定)，則每一個 刻度代表的電壓為〇. 〇2mV，所以在RSENSE=0. 04歐的情況下，電流精度為0. 5mA，量程范圍 為2048mA ;在RSENSE=0. 0025歐的情況下，電流精度為8mA，量程范圍為32768mA ;可見根據 不同的RSENSE就能改變量程與精度，本設計可支持擴展多路切換，按需求所定。默認情況 下，CPU處理器將電阻通路切換至小量程高精度上，根據CPU處理器實時讀取的電流值，判 斷是否超過門限值，一旦超過門限值即可切換至量程2上，以此類推，可應用到多個量程通 路上，CPU處理器切換響應時間為US級。
[0035] 由于切換繼電器，就會產生很大的沖擊電流，這些沖擊電流會照成CPU處理器的 誤判，本實施例在CPU處理器中加入死區保護時間，確保在切換瞬間CPU處理器不做電流的 讀取，這樣保證了讀取電流的穩定性，達到平滑切換效果。
[0036] 針對第二個缺點，原有的電阻直接取樣方式抗干擾能力較差，噪聲往往能夠通過 地傳輸到檢測芯片，對輸出產生影響，因此，在本實施例中首先將A點與B點之間通過磁珠 相連，濾除部分高頻噪聲，有效的去除所述源端通過地攜帶過來的噪聲，在本檢測裝置起到 第一級隔離噪聲效果。對于未能濾除的噪聲，以免通過GND引入到單片機，因此采用光耦將 地線隔離，使得電流檢測模塊的輸入電壓的地與CPU處理器的工作的地斷開，讓其工作互 不影響，在本檢測裝置中起到第二級隔離噪聲效果。在本設計中將通信接口的地做隔離即 可，如圖3所示，經驗證，這樣的設計方法能夠很好的避免噪聲通過地對處理器的影響。
[0037] 本實施例基于CPU處理器來做信號的處理以及各個功能模塊之間的調動與協作， 采用實時處理的CPU處理器能夠達到高速的實時響應能力，并且將采集到的電流值與高低 切換精度的門限值做比較，能夠非常智能化的完成高低精度的選擇，具體流程如圖4所示。
[0038] 在步驟401，CPU處理器的LAN 口等待外部PC的開始檢測電流的控制指令。
[0039] 在步驟402, CPU處理器的LAN 口接收到PC的開始檢測電流的控制指令，打開電流 讀取通道。
[0040] 在步驟403, CPU處理器讀取通過小量程電阻通路的電流。
[0041] 在步驟404, CPU處理器判斷此電流值是否大于此小量程對應的門限值。若否，繼 續執行步驟403及404。若是，則執行步驟405。
[0042] 在步驟405, CPU處理器向繼電器發送控制信號，控制繼電器將電阻通路切換到較 大一級的量程上。在切換電阻通路的瞬間，CPU處理器在死區保護時間內不做電流的讀取。
[0043] 在步驟406, CPU處理器接收電流并判斷此電流值是否大于步驟405中量程對應的 門限值。若否，繼續執行步驟405。若是，則執行步驟404。在切換電阻通路的瞬間，CPU處 理器在死區保護時間內不做電流的讀取。
[0044] 在步驟407, CPU處理器的LAN 口等待外部PC的結束檢測電流的控制指令。
[0045] 在步驟408, CPU處理器的LAN 口接收到外部PC的結束檢測電流的控制指令。
[0046] 綜上所述，本實用新型有以下優勢：第一是在電阻直接取樣的電流檢測方式上設 置了多條電阻通路，并通過CPU處理器控制選擇滿足需求的量程，實現大量程、高精度的功 能；第二是在電阻直接取樣的電流檢測方式上采用光耦隔離，保證輸入噪聲不能通過地線 耦合到CPU處理器的檢測端，保證檢測電流的穩定性。本實用新型相對于目前電阻直接取 樣的方式有精度高，量程大，以及抗干擾能力強，成本低，控制靈活方便的優點。
[0047] 以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是 利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在 其他相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種電流檢測裝置，其特征在于，該裝置包括：源端、輸出端、具有多條電阻通路的 電阻取樣模塊、電流檢測模塊以及控制單元，其中，所述電阻取樣模塊和所述電流檢測模塊 并聯并分別連接所述源端和輸出端，所述電流檢測模塊用于檢測通過所述電阻取樣模塊的 電流并輸出檢測電流至所述控制單元，所述控制單元根據所述檢測電流產生控制信號，并 將所述控制信號輸出至所述電阻取樣模塊，所述電阻取樣模塊根據所述控制控制信號選擇 所述多條電阻通路中的一條電阻通路。
2. 根據權利要求1所述的電流檢測裝置，其特征在于，所述多條電阻通路至少有兩條 電阻通路的電阻阻值不同。
3. 根據權利要求1或2所述的電流檢測裝置，其特征在于，所述電阻取樣模塊包括： 多觸點繼電器，其包括一動觸點及多個靜觸點，所述動觸點連接所述源端； 多個電阻，所述多個電阻并聯設置且其一端分別與多個靜觸點一一對應連接，另一端 與所述輸出端連接。
4. 根據權利要求1所述的電流檢測裝置，其特征在于，所述源端和輸出端通過磁珠相 連。
5. 根據權利要求1所述的電流檢測裝置，其特征在于，還包括光耦隔離模塊，其連接所 述電流檢測模塊和控制單元。
6. 根據權利要求1所述的電流檢測裝置，其特征在于，還包括切換保護模塊，用于在所 述電阻取樣模塊切換電阻通路的瞬間切斷控制單元的電流讀取通道。
【文檔編號】G01R15/08GK203849312SQ201320779425
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】趙斌, 潘劍俊, 朱寧, 王莉 申請人:上海原動力通信科技有限公司