一种电流监测电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电流监测电路，该电路包括：电流采样电路、分压电路、放大电路和输出保护电路；电流采样电路，用于对被监测电路的电流进行采样，将电流采样信号转换为电压采样信号，输出给分压电路；分压电路，用于对电压采样信号进行分压，得到电压分压信号，输出给放大电路；放大电路，用于对电压分压信号进行放大，得到电压放大信号，输出给输出保护电路；输出保护电路，用于对电压放大信号进行分压保护，得到电压监测信号，输出给监测平台进行监测。本发明提供的技术方案结构简单，配置合理，可实施性强，可以实现宽范围、高精度的电流监测。
【专利说明】一种电流监测电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电路设计领域，尤其涉及一种电流监测电路。
【背景技术】
[0002] 电气系统是现代工业运转的基石，电路工作状态的稳定与否，关系到整个系统的 安全，一旦电路发生故障，其后果是不可预估和承受的，因此对电路的检测历来都是各种行 业，尤其是电子行业的重中之重。在稳定的状态下，某个电路的工作电流是固定的，因此对 电路工作电流的监测一直都是电路监测的核心途径，以往的电路电流监测方法，一般通过 采样电路、电压电流转换电路直接输出给后续监测平台采样处理，可监测电路的电源电压 范围有限，且在监测电路自身发生故障时，存在对后续监测平台造成损坏的风险。
[0003] 因此，如何进一步提高电流监测方案的有效性、可靠性和可实施性，对电子行业的 发展具有重要的意义。
【发明内容】
[0004] 鉴于上述问题，本发明提供了一种电流监测电路，以解决上述问题或者至少部分 地解决上述问题，实现宽范围、高精度的电流监测。
[0005] 本发明提供了一种电流监测电路，该电路包括：电流采样电路、分压电路、放大电 路和输出保护电路；
[0006] 所述电流采样电路，用于对被监测电路的电流进行采样，将电流采样信号转换为 电压米样信号，输出给所述分压电路；
[0007] 所述分压电路，用于对所述电压采样信号进行分压，得到电压分压信号，输出给所 述放大电路；
[0008] 所述放大电路，用于对所述电压分压信号进行放大，得到电压放大信号，输出给所 述输出保护电路；
[0009] 所述输出保护电路，用于对所述电压放大信号进行分压保护，得到电压监测信号， 输出给监测平台进行监测。
[0010] 可选地，所述采样电路包括：采样电阻Rl ;
[0011] 所述采样电阻Rl串联在被监测电路中；
[0012] 其中，所述采样电阻Rl的两端电压之差为所述电压采样信号。
[0013] 可选地，所述分压电路包括：分压电阻R2、R3、R4和R5 ;
[0014] 所述分压电阻R2的一端与所述采样电阻Rl的一端相连，所述分压电阻R2的另一 端与所述分压电阻R3的一端相连；
[0015] 所述分压电阻R3的另一端接地；
[0016] 所述分压电阻R4的一端与所述采样电阻Rl的另一端相连，所述分压电阻R4的另 一端与所述分压电阻R5的一端相连；
[0017] 所述分压电阻R5的另一端接地；
[0018] 其中，所述分压电阻R2、R3的连接端与所述分压电阻R4、R5的连接端的电压之差 为所述电压分压信号。
[0019] 可选地，所述放大电路包括：调整电阻R6、R7、R8、R9和运算放大器N ;
[0020] 所述调整电阻R6的一端与所述分压电阻R2、R3的连接端相连，所述调整电阻R6 的另一端与所述调整电阻R7的一端相连；所述调整电阻R7的另一端接地；
[0021] 所述调整电阻R8的一端与所述分压电阻R4、R5的连接端相连，所述调整电阻R8 的另一端与所述调整电阻R9的一端相连；所述调整电阻R9的另一端与所述运算放大器N 的输出端相连；
[0022] 所述运算放大器N的反相输入端与所述调整电阻R8、R9的连接端相连，所述运算 放大器N的正相输入端与所述调整电阻R6、R7的连接端相连；所述运算放大器N的负电源 输入端与电源VEE相连；所述运算放大器N的正电源输入端与电源VCC相连；
[0023] 其中，所述运算放大器N的输出电压为所述电压放大信号。
[0024] 可选地，所述输出保护电路包括：保护电阻RlO和Rll ;
[0025] 所述保护电阻RlO的一端连接所述调整电阻R9与所述运算放大器N的输出端的 相连端，所述保护电阻RlO的另一端与所述保护电阻Rll的一端相连；
[0026] 所述保护电阻Rll的另一端接地；
[0027] 其中，所述保护电阻RKKRll的连接端的电压为所述电压监测信号。
[0028] 可选地，
[0029] 所述采样电阻Rl的取值根据所述被监测电路的总电流确定；
[0030] 所述采样电阻Rl可以为：一个或者多个；
[0031] 当所述采样电阻Rl为多个时，多个采样电阻Rl之间并联。
[0032] 可选地，
[0033] 所述分压电阻R2、R3的阻值，根据被监测电路的电压值与所述放大电路的工作电 压的关系确定；
[0034] 所述分压电阻R4的阻值等于所述分压电阻R2的阻值，所述分压电阻R5的阻值等 于所述分压电阻R3的阻值。
[0035] 可选地，
[0036] 所述运算放大器N的放大倍数，根据所述电压分压信号与监测平台的量程之间的 关系确定；
[0037] 所述调整电阻R8、R9的阻值，根据所述运算放大器N的放大倍数确定；
[0038] 所述调整电阻R6的阻值等于所述调整电阻R8的阻值，所述调整电阻R7的阻值等 于所述调整电阻R9的阻值。
[0039] 可选地，
[0040] 所述保护电阻RlO和Rll的阻值的比例关系，根据所述放大电路的工作电压与监 测平台最大可承受的输入电压之间的关系确定；
[0041] 所述保护电阻Rll的阻值，根据监测平台对输入阻抗的要求确定；
[0042] 所述保护电阻RlO的阻值，根据所述保护电阻RlO和Rll的阻值的比例关系与所 述保护电阻Rll的阻值确定。
[0043] 可选地，
[0044] 所述采样电阻Rl为RX21系列精密电阻；
[0045] 所述分压电阻R2、R3、R4、R5、所述调整电阻R6、R7、R8、R9和所述保护电阻R10、 Rll为带封装的电阻或不带封装的薄膜电阻；
[0046] 所述运算放大器N为LMl58系列。
[0047] 由上述可知，与现有技术相比，本发明提供的这种电流监测电路，电路结构简单， 配置合理，可实施性强，通过高精度采样电路，可以实现对电源电流的高精度采样，通过分 压电路，可以实现宽范围的电路电流监测，通过放大电路，可以将电流值转换成一个符合监 测平台输入要求的电压值，实现对不同监测平台的匹配设计，通过输出保护电路，可以实现 对后续监测平台的保护，进而可以实现宽范围、高精度的电流监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0048] 图1是本发明一个实施例中的一种电流监测电路的结构框图；
[0049] 图2是本发明一个实施例中的一种电流监测电路的电路图。
【具体实施方式】
[0050] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0051] 图1是本发明一个实施例中的一种电流监测电路的结构框图。如图1所示，该电流 监测电路100包括：电流采样电路110、分压电路120、放大电路130和输出保护电路140 ;
[0052] 电流采样电路110,用于对被监测电路的电流进行采样，将电流采样信号转换为电 压米样信号，输出给分压电路120 ;
[0053] 分压电路120,用于对电压采样信号进行分压，得到电压分压信号，输出给放大电 路 130 ;
[0054] 放大电路130,用于对电压分压信号进行放大，得到电压放大信号，输出给输出保 护电路140 ;
[0055] 输出保护电路140,用于对电压放大信号进行分压保护，得到电压监测信号，输出 给监测平台进行监测。
[0056] 由上述可知，本发明一个实施例提供的电流监测电路100,通过电流采样电路 110,可以实现对电源电流的高精度采样；通过分压电路120,可以实现宽范围的电路电流 监测；通过放大电路130,可以得到一个符合监测平台输入要求的电压值，实现对不同监测 平台的匹配设计；通过输出保护电路140,可以实现对后续监测平台的保护。一方面，本发 明满足各种监测平台对宽范围、高精度的电流监测要求；另一方面，本电路结构简单，配置 合理，可实施性强，对电流监测领域的发展具有重要的意义。
[0057] 图2是本发明一个实施例中的一种电流监测电路的电路图。如图2所示，在本实 施例中，采样电路包括：采样电阻Rl ;该采样电阻Rl串联在被监测电路中；并且，该采样电 阻Rl的两端电压之差为采样电路输出的电压采样信号。在本实施例中，分压电路包括：分 压电阻R2、R3、R4和R5,其连接方式如图2所示，分压电阻R2的一端与采样电阻Rl的一端 相连，分压电阻R2的另一端与分压电阻R3的一端相连，分压电阻R3的另一端接地；分压电 阻R4的一端与米样电阻Rl的另一端相连，分压电阻R4的另一端与分压电阻R5的一端相 连，分压电阻R5的另一端接地；其中，分压电阻R2、R3的连接端与分压电阻R4、R5的连接 端的电压之差为分压电路输出的电压分压信号。
[0058] 在本实施例中，放大电路包括：调整电阻1?6、1?7、1?8、1?9和运算放大器1其连接方 式如图2所示，调整电阻R6的一端与分压电阻R2、R3的连接端相连，调整电阻R6的另一端 与调整电阻R7的一端相连，调整电阻R7的另一端接地；调整电阻R8的一端与分压电阻R4、 R5的连接端相连，调整电阻R8的另一端与调整电阻R9的一端相连，调整电阻R9的另一端 与运算放大器N的输出端相连；运算放大器N的反相输入端与调整电阻R8、R9的连接端相 连，运算放大器N的正相输入端与调整电阻R6、R7的连接端相连，运算放大器N的负电源输 入端与电源VEE相连，运算放大器N的正电源输入端与电源VCC相连；其中，运算放大器N 的输出电压为放大电路输出的电压放大信号。
[0059] 在本实施例中，输出保护电路包括：保护电阻RlO和Rll，其连接方式如图2所示， 保护电阻RlO的一端连接调整电阻R9与运算放大器N的输出端的相连端，保护电阻RlO的 另一端与保护电阻Rll的一端相连，保护电阻Rll的另一端接地；其中，保护电阻Rl〇、Rll 的连接端的电压为保护电路输出的电压监测信号。
[0060] 具体地，在本实施例中，采样电阻Rl的取值根据被监测电路的总电流确定，其原 则是采样电阻Rl两端产生的压降，即电压采样信号，既不影响被监测电路正常工作，且通 过分压电路、放大电路后得到的电压放大信号在电流采样电路的工作范围内。其中，采样电 阻Rl可以是RX21系列的精密电阻，包括但不仅限于碳膜绕线精密电阻。在本发明的其他 实施例中，采样电阻Rl可以为：一个或者多个；当采样电阻Rl为多个时，多个采样电阻Rl 之间并联。
[0061] 在本实施例中，分压电阻R2、R3的阻值根据被监测电路的电压值与放大电路中的 运算放大器N的工作电压的关系确定，其原则是确保分压后加载在调整电阻R6输入端的电 压值低于电流采样电路工作电压2 V以上，同时该电压应该尽可能地设计在放大电路工作 电压的1/2。在确定分压电阻R2、R3的阻值后，令R2 = R4，R3 = R5,从而得到分压电阻R4、 R5的阻值。其中，分压电阻R2-R5为表贴电阻。在本发明的其他实施例中，分压电阻R2-R5 可为带封装的电阻，封装形式包括但不局限于表贴封装，分压电阻R2-R5也可以是不带封 装的薄膜电阻，所使用的薄膜材料包括但不局限于氮化钽（TaN)材料。
[0062] 在本实施例中，运算放大器N的放大倍数根据电压分压信号与监测平台的量程之 间的关系确定，原则是放大后的电压放大信号的电压值比后续监测平台的最大量程略低。 设调整电阻R6的一端的电压为VI，调整电阻R8的一端的电压为V2,则电压分压信号= V1-V2,根据运放特性，运算放大器N的正相输入端电压等于反相输入端电压，且运算放大 器N的正相输入端电流和反相输入端电流均为0,可以计算出运算放大器N的输出电压即电 压放大信号V3为：
[0063]
【权利要求】
1. 一种电流监测电路，其特征在于，该电路包括：电流采样电路、分压电路、放大电路 和输出保护电路； 所述电流采样电路，用于对被监测电路的电流进行采样，将电流采样信号转换为电压 采样信号，输出给所述分压电路； 所述分压电路，用于对所述电压采样信号进行分压，得到电压分压信号，输出给所述放 大电路； 所述放大电路，用于对所述电压分压信号进行放大，得到电压放大信号，输出给所述输 出保护电路； 所述输出保护电路，用于对所述电压放大信号进行分压保护，得到电压监测信号，输出 给监测平台进行监测。
2. 如权利要求1所述的电流监测电路，其特征在于，所述采样电路包括：采样电阻R1 ; 所述采样电阻R1串联在被监测电路中； 其中，所述采样电阻R1的两端电压之差为所述电压采样信号。
3. 如权利要求2所述的电流监测电路，其特征在于，所述分压电路包括：分压电阻R2、 R3、R4 和 R5 ; 所述分压电阻R2的一端与所述采样电阻R1的一端相连，所述分压电阻R2的另一端与 所述分压电阻R3的一端相连； 所述分压电阻R3的另一端接地； 所述分压电阻R4的一端与所述采样电阻R1的另一端相连，所述分压电阻R4的另一端 与所述分压电阻R5的一端相连； 所述分压电阻R5的另一端接地； 其中，所述分压电阻R2、R3的连接端与所述分压电阻R4、R5的连接端的电压之差为所 述电压分压信号。
4. 如权利要求3所述的电流监测电路，其特征在于，所述放大电路包括：调整电阻R6、 尺7、1?8、1?9和运算放大器1 所述调整电阻R6的一端与所述分压电阻R2、R3的连接端相连，所述调整电阻R6的另 一端与所述调整电阻R7的一端相连；所述调整电阻R7的另一端接地； 所述调整电阻R8的一端与所述分压电阻R4、R5的连接端相连，所述调整电阻R8的另 一端与所述调整电阻R9的一端相连；所述调整电阻R9的另一端与所述运算放大器N的输 出端相连； 所述运算放大器N的反相输入端与所述调整电阻R8、R9的连接端相连，所述运算放大 器N的正相输入端与所述调整电阻R6、R7的连接端相连；所述运算放大器N的负电源输入 端与电源VEE相连；所述运算放大器N的正电源输入端与电源VCC相连； 其中，所述运算放大器N的输出电压为所述电压放大信号。
5. 如权利要求4所述的电流监测电路，其特征在于，所述输出保护电路包括：保护电阻 R10 和 R11 ; 所述输出保护电阻R10的一端连接所述调整电阻R9与所述运算放大器N的输出端的 相连端，所述保护电阻R10的另一端与所述保护电阻R11的一端相连； 所述保护电阻R11的另一端接地； 其中，所述保护电阻RIO、R11的连接端的电压为所述电压监测信号。
6. 如权利要求2所述的电流监测电路，其特征在于， 所述采样电阻R1的取值根据所述被监测电路的总电流确定； 所述采样电阻R1可以为：一个或者多个； 当所述采样电阻R1为多个时，多个采样电阻R1之间并联。
7. 如权利要求3所述的电流监测电路，其特征在于， 所述分压电阻R2、R3的阻值，根据被监测电路的电压值与所述放大电路的工作电压的 关系确定； 所述分压电阻R4的阻值等于所述分压电阻R2的阻值，所述分压电阻R5的阻值等于所 述分压电阻R3的阻值。
8. 如权利要求4所述的电流监测电路，其特征在于， 所述运算放大器N的放大倍数，根据所述电压分压信号与监测平台的量程之间的关系 确定； 所述调整电阻R8、R9的阻值，根据所述运算放大器N的放大倍数确定； 所述调整电阻R6的阻值等于所述调整电阻R8的阻值，所述调整电阻R7的阻值等于所 述调整电阻R9的阻值。
9. 如权利要求5所述的电流监测电路，其特征在于， 所述保护电阻R10和Rl 1的阻值的比例关系，根据所述放大电路的工作电压与监测平 台最大可承受的输入电压之间的关系确定； 所述保护电阻R11的阻值，根据监测平台对输入阻抗的要求确定； 所述保护电阻R10的阻值，根据所述保护电阻R10和R11的阻值的比例关系与所述保 护电阻R11的阻值确定。
10. 如权利要求2-9中任一项所述的电流监测电路，其特征在于， 所述采样电阻R1为RX21系列精密电阻； 所述分压电阻R2、R3、R4、R5、所述调整电阻R6、R7、R8、R9和所述保护电阻R10、Rl 1为 带封装的电阻或不带封装的薄膜电阻； 所述运算放大器N为LM158系列。
【文档编号】G01R15/04GK104374983SQ201410596871
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】张鹏飞, 陈培群, 倪新 申请人:中国电子科技集团公司第三十六研究所