一种电流测量电路及方法与流程

本发明涉及一种电流测量电路，尤其涉及一种电流测量电路，并涉及采用了该电流测量电路的电流测量方法。

背景技术：

传统电流采样一般采用采样电阻通过电流镜或者高精度差分运放进行采样，但差分运放的输入端能承受的电压有限，不适合高边电流采样系统，且采样电路和功率电路共地，使得功率电路部分容易影响采样电路部分的精度，进而导致电流采样精度低和输入电压范围窄等问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种能够提高高边电流采样的精度，并且克服输入电压范围窄的问题的电流测量电路，并需要提供采用了该电流测量电路的电流测量方法。

对此，本发明提供一种电流测量电路，包括：电流采样电阻、第一电压采样单元、第二电压采样单元、第一采样保持器、第二采样保持器和差分放大单元，所述电流采样电阻的一端通过第一电压采样单元连接至所述第一采样保持器，所述电流采样电阻的另一端通过第二电压采样单元连接至所述第二采样保持器，所述第一采样保持器和第二采样保持器分别连接至所述差分放大单元的输入端；其中，通过控制第一电压采样单元和第二电压采样单元的开关，进而将电流采样电阻两端的电压实现复制和采样，然后通过差分放大单元得到电流采样电阻两端的电压值，以获取流经所述电流采样电阻的电流值。

本发明的进一步改进在于，所述电流采样电阻安装于电流测量电路的正母线端或回线端。

本发明的进一步改进在于，所述第一电压采样单元包括第一开关管和第一变压器，所述电流采样电阻的一端和第一开关管的漏极分别连接至所述第一变压器的原边，所述第一变压器的辅边通过第一采样保持器连接至所述差分放大单元；所述第二电压采样单元包括第二开关管和第二变压器，所述电流采样电阻的另一端和第二开关管的漏极分别连接至所述第二变压器的原边，所述第二变压器的辅边通过第二采样保持器连接至所述差分放大单元。

本发明的进一步改进在于，通过控制第一开关管和第二开关管的开关，可将所述电流采样电阻两端的电压分别复制到第一变压器和第二变压器的辅边；在第一开关管和第二开关管开通的时间内，所述第一采样保持器和第二采样保持器分别延时预设时间后进行采样，并在第一开关管和第二开关管关闭前进入至保持状态，进而能够将电流采样电阻两端的电压值一直维持到下一个工作周期，然后通过差分放大单元得到电流采样电阻两端的电压值。

本发明的进一步改进在于，所述第一采样保持器和第二采样保持器进入至保持状态后，在电压达到稳定后进行采样保持。

本发明的进一步改进在于，当第一开关管和第二开关管开通时，所述第一变压器和第二变压器的原边电压分别被复制至其辅边；当第一开关管和第二开关管关断时，所述第一变压器和第二变压器的辅边输出为零。

本发明的进一步改进在于，通过第一采样保持器将第一变压器辅边输出脉冲信号的幅值保持，以得到与电流采样电阻的电压成正比的电压值；通过第二采样保持器将第二变压器辅边输出脉冲信号的幅值保持，以得到与电流采样电阻的电压成正比的电压值。

本发明的进一步改进在于，所述差分放大单元包括差分放大器。

本发明还提供一种电流测量方法，采用了如上所述的电流测量电路，并包括以下步骤：

步骤S1，启动采样，通过闭合所述第一电压采样单元和第二电压采样单元，使得电流采样电阻两端的电压实现隔离复制；

步骤S2，通过第一采样保持器和第二采样保持器延时预设时间，并将第一采样保持器和第二采样保持器切换至保持状态；

步骤S3，通过第一采样保持器和第二采样保持器分别将信号输入至所述差分放大单元，实现AD采样和差分放大输出，以得到电流采样电阻的电流值。

本发明的进一步改进在于，对所述第一电压采样单元和第二电压采样单元输入原边开关管控制信号，对所述第一采样保持器和第二采样保持器输入辅边采样保持控制信号，所述辅边采样保持控制信号相对于所述原边开关管控制信号延时预设时间。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：功率电路部分和采样电路部分不共地，实现了有效的隔离，进而能够有效降低功率电路对采样精度的影响，因此，可有效地抑制功率电路部分工作给信号电路带来的噪声及采样精度的影响；在此基础上，还能够兼顾高低边的电流采样，当作为高边电流采样时，输入高边的耐压范围宽，可到几百-几千伏，克服了现有技术中输入电压范围窄的问题。

附图说明

图1是本发明一种实施例的电路系统结构示意图；

图2是本发明一种实施例的电路原理示意图；

图3是本发明一种实施例的控制信号关系示意图；

图4是本发明一种实施例的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1所示，本例提供一种电流测量电路，包括：电流采样电阻、第一电压采样单元、第二电压采样单元、第一采样保持器、第二采样保持器和差分放大单元，所述电流采样电阻的一端通过第一电压采样单元连接至所述第一采样保持器，所述电流采样电阻的另一端通过第二电压采样单元连接至所述第二采样保持器，所述第一采样保持器和第二采样保持器分别连接至所述差分放大单元的输入端；其中，通过控制第一电压采样单元和第二电压采样单元的开关，进而将电流采样电阻两端的电压实现隔离复制和采样，然后通过差分放大单元得到电流采样电阻两端的电压值，以获取流经所述电流采样电阻的电流值，实现对高边电流的采样。

现有技术中的电流采样，采样电阻安装在回线端，采样电阻的电流流入端作为采样点，电流流出点接信号地。而本例所述电流采样电阻即可以安装于电流测量电路的正母线端，也可以安装于回线端，其电路系统结构示意图如图1所示。

如图2所示，本例所述第一电压采样单元包括第一开关管和第一变压器，所述电流采样电阻的一端和第一开关管的漏极分别连接至所述第一变压器的原边，所述第一变压器的辅边通过第一采样保持器连接至所述差分放大单元；所述第二电压采样单元包括第二开关管和第二变压器，所述电流采样电阻的另一端和第二开关管的漏极分别连接至所述第二变压器的原边，所述第二变压器的辅边通过第二采样保持器连接至所述差分放大单元。

本例通过控制第一开关管和第二开关管的开关，可将所述电流采样电阻两端的电压分别复制到第一变压器和第二变压器的辅边；在第一开关管和第二开关管开通的时间内，所述第一采样保持器和第二采样保持器分别延时预设时间后进行采样，并在第一开关管和第二开关管关闭前进入至保持状态，进而能够将电流采样电阻两端的电压值一直维持到下一个工作周期，然后通过差分放大单元得到电流采样电阻两端的电压值。优选的，所述第一采样保持器和第二采样保持器进入至保持状态后，在电压达到稳定后进行采样保持。

本例当第一开关管和第二开关管开通时，所述第一变压器和第二变压器的原边电压分别被复制至其辅边；当第一开关管和第二开关管关断时，所述第一变压器和第二变压器的辅边输出为零。本例通过第一采样保持器将第一变压器辅边输出脉冲信号的幅值保持，以得到与电流采样电阻的电压成正比的电压值；通过第二采样保持器将第二变压器辅边输出脉冲信号的幅值保持，以得到与电流采样电阻的电压成正比的电压值。所述差分放大单元优选包括差分放大器及任何形式的具有差分放大功能的放大器电路。

也就是说，如图2所示，本例主要通过控制分别与第一变压器和第二变压器相连的第一开关管和第二开关管的开通和关断，可将电流采样电阻两端的电压复制到辅边，在原边的第一开关管和第二开关管开通的时间内，辅边的第一采样保持器和第二采样保持器在延时预设时间后，该预设时间即为图3和图4所示的t1，该预设时间可以根据实际情况进行自定义设置和调整，优选为假设原边开关频率为100kHz，即是P_CLK周期为10us，50%占空比，则S_CLK对于P_CLK的预设延时为1us,约为P_CLK周期的十分之一,当然,比例是可以根据实际需求进行自定义设置和调整的，S_CLK的周期同为10us，30%占空比为佳；然后进行采样，并在原边的第一开关管和第二开关管关闭前进入到保持状态，这样可将电流采样电阻两端的电压值一直维持到下一个工作周期，最终通过差分放大器得到电流采样电阻两端的电压值，从而得到流经该电流采样电阻的电流值，实现对高边电流的采样。

本例的电路工作原理如下：在第一开关管和第二开关管的MOSFET开通时，第一变压器和第二变压器的原边电压分别被复制到其辅边，从而达到功率和信号的隔离；而第一开关管和第二开关管的MOSFET关断时，第一变压器和第二变压器的辅边输出为零，因此，第一变压器和第二变压器的辅边输出脉冲信号的幅值等于采样点电压值，通过采样保持将辅边输出脉冲的幅值保持得到与采样点电压（电流采样电阻）成正比的电压值，这一比值取决于变压器的原辅边匝比N1：N2，因此，本例可依据原边采样电压范围设计不同的变压器匝比实现宽范围的高边电流采样，例如若电流采样电阻的电流流入端电压为300V，而其电流流出端电压为299V，采样电阻为0.1欧姆，则通过欧姆定律可得流经的电流大小为10A，这时候采用本例所述的电流测量电路进行电流采样，若第一变压器和第二变压器的原辅边匝比为30:1，差分放大单元的倍数为10倍，则第一采样保持器的输出电压为10.000V，第二采样保持器的输出为9.967 V，差分放大单元中的差分放大器输出电压为，因此，可通过此电压得到对应的电流采样电阻的电流值。

如图2和图3所示，本例还给出了两个控制信号的关系图，其中P_CLK为原边开关管控制信号，S_CLK为辅边采样保持控制信号，当原边的第一开关管和第二开关管开通后，第一变压器和第二变压器分别将其原边电压复制到辅边，第一采样保持器和第二采样保持器等待预设延时后，启动采样，在原边的第一开关管和第二开关管关断之前，启动保持，这样可避开电压振荡段，在电压达到稳定后，进行采样保持，能够更利于采样精度。

如图4所示，本例还提供一种电流测量方法，采用了如上所述的电流测量电路，并包括以下步骤：

步骤S1，启动采样，通过闭合所述第一电压采样单元和第二电压采样单元，使得电流采样电阻两端的电压实现隔离复制；

步骤S2，通过第一采样保持器和第二采样保持器延时预设时间，并将第一采样保持器和第二采样保持器切换至保持状态；

步骤S3，通过第一采样保持器和第二采样保持器分别将信号输入至所述差分放大单元，实现AD采样和差分放大输出，以得到电流采样电阻的电流值。

由图2和图3可知，本例对所述第一电压采样单元和第二电压采样单元输入原边开关管控制信号（P_CLK），对所述第一采样保持器和第二采样保持器输入辅边采样保持控制信号（S_CLK），所述辅边采样保持控制信号相对于所述原边开关管控制信号延时预设时间。

本例的功率电路部分和采样电路部分不共地，实现了有效的隔离，进而能够有效降低功率电路对采样精度的影响，因此，可有效地抑制功率电路部分工作给信号电路带来的噪声及采样精度的影响；在此基础上，还能够兼顾高低边的电流采样，当作为高边电流采样时，输入高边的耐压范围宽，可到几百-几千伏，克服了现有技术中输入电压范围窄的问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。