一种斩波式直流电流检测方法及电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于直流电流检测技术领域，更具体地，涉及一种斩波式直流电流检测方 法及电路。
【背景技术】
[0002] 现有的直流电流检测方法是在母线上串联分流电阻，通过检测分流电阻的端电压 来检测流过该分流电阻的电流；当母线电流较小时，分流电阻的端电压信号较小，必须经过 放大器进行信号调理；受限于现有信号调理器件的噪声影响，当电流极小时，信噪比极低， 导致信号失真，很难准确地检测出电流值；具体的，信号失真主要受以下因素影响：
[0003] 放大器的噪声，滤波器很难处理放大器件的低频噪声；而恰恰是低频噪声对直流 信号的检测影响最大；
[0004] 放大器的失调电压，放大器的失调电压取决于器件内部晶体管的匹配、器件有限 的共模抑制比；
[0005] 温度变化，当工作环境温度变化时，直流检测电路的噪声和失调电压等参数都会 随温度发生变化，难以通过定期校准的方法来规避误差。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种斩波式直流电流检测方 法及电路，其目的在于，消除低频噪声和失调电压对检测结果的影响，解决现有直流电流检 测技术中信号失真的技术问题。
[0007] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种斩波式直流电流检测方法， 通过分时采集分流电阻两端的正向电压与反向电压，并通过对该正向电压与反向电压相减 后求平均的方式，获取直流电压检测值，具体如下：
[0008] (1)在第n个斩波周期的上半个周期内，采集分流电阻两端的正向电压V。^;其 中，V QUtl= Vsig+VQS，n 取正整数；
[0009] (2)在第n个斩波周期的下半个周期内，采集分流电阻两端的反向电压V。^;其 中，V〇Ut2=_Vsig+V〇S;
[0010] ⑶将上半个斩波周期的正向电压与下半个斩波周期的反向电压Vwt2进行运 算，抵消掉所述正向电压与反向电压中的电压噪声，获取分流电阻两端的直流电压检测值 V ：
[0011]
[0012] (4)根据分流电阻两端的直流电压检测值V与分流电阻的阻值R，获取直流电流检 测值；
[0013] (5)重复步骤⑴~（4)，实时获取直流电流检测值；
[0014] 其中，Vsig是拟检测直流电压信号的实际值，V。,是低频噪声、失调电压以及温度变 化引起的电压噪声，是时间t和温度T的函数，(t，T);通过上述方法，消除低频噪声、 失调电压以及温度变化引起的电压噪声对检测结果的影响，取得的直流电压检测值就是该 电压的实际值。
[0015] 优选的，采集分流电阻两端正向电压与反向电压的方法，具体如下：
[0016] a、在第n个斩波周期的上半个周期，将分流电阻的近电源端信号接入放大器的同 相输入端，将分流电阻的近负载端信号接入放大器的反相输入端，完成正向电压接入；
[0017] b、延时xms后开始采集所述正向电压，根据预设的采样频率，在半个斩波周期内 采集i次；以i次采样的平均值作为该半个斩波周期内采集到的正向电压值V。^;其中，i 取正整数；
[0018] c、采集次数达到i后，在第n个斩波周期的下半个周期，将分流电阻的近电源端端 信号接入放大器的反相输入端，将分流电阻的近负载端信号接入放大器的同相输入端，完 成反向电压接入；
[0019] d、延时xms后开始采集所述反向电压，根据预设的采样频率，在半个斩波周期内 采集i次；以i次采样的平均值作为该半个斩波周期内采集到的反向电压值V。^。
[0020] 优选的，上述延时X的范围为（0, kt);其中，0时刻为开关切换时刻，k是 v^OO-v^a-i) < e时对应的采样次数；e为预设的电压测试误差许可范围，t为采样周 期；
[0021] VQUt(k)是指第k个采样值；在正向电压采集中，VQUt(k)即为V QUtl(k)，在反向电压 采集中，VQUt(k)即为 Vwt2(k)。
[0022] 优选的，斩波频率根据电压噪声特性确定，当在At时间段内的电压噪声幅度变 化小于预设的电压测试误差许可范围e，则斩波频率f?设为+，
[0023] 斩波频率足够高，可以将低频噪声作为随时间变化的失调电压处理，通过本发明 的正反向电压相减求平均的方式抵消失调电压。
[0024] 按照本发明的另一方面，提供了一种斩波式直流电流检测电路，包括分流电阻、 模拟开关、放大器、模数转换器和控制单元，将模拟器件和数字控制结合，进行直流电流检 测；
[0025] 其中，分流电阻串联在母线上，将母线电流转换为端电压；模拟开关并联在分流电 阻的两端，模拟开关的两个输入端分别连接分流电阻的两端，连接点作为电压采集点；放大 器的输入端连接模拟开关的输出端，用于对采集到的分流电阻两端的电压信号进行放大； 模数转换器的输入端连接放大器的输出端，用于将放大器输出的模拟的正反向电压信号转 换成数字的正反向电压信号；
[0026] 控制单元的输入端连接模数转换器的输出端，控制单元的输出端连接模拟开关的 控制信号输入端；控制单元一方面提供数字信号控制模拟开关的切换，以对分流电阻与放 大器的连接方式进行切换，另一方面对数字的正反向电压信号进行运算，获取直流电流检 测值；采用单片机、DSP或FPGA实现。
[0027] 优选的，上述斩波式直流电流检测电路，在工作时，
[0028] a、通过数字信号控制模拟开关动作，在第n个斩波周期的上半个周期，将分流电 阻的近电源端信号接入放大器的同相输入端，将分流电阻的近负载端信号接入放大器的反 相输入端，完成开关动作，接入正向电压；
[0029] 采用数字信号控制模拟开关这种数模结合的方法，消除了模拟开关带来的寄生电 容的影响；
[0030] b、开关动作完成后，延时xms后采集放大器输出的正向电压，根据预设的采样频 率，在半个斩波周期内采集i次；以i次采样的平均值作为该半个斩波周期内采集到的正向 电压值V QUtl;
[0031] 延时待电压稳定后采样，避免了开关频率噪声对检测结果的影响；
[0032] c、采集次数达到i后，通过数字信号控制模拟开关切换，在第n个斩波周期的下半 个周期，将分流电阻的近电源端端信号接入放大器的反相输入端，将分流电阻的近负载端 信号接入放大器的同相输入端，完成开关切换，接入反向电压；
[0033] d、当开关切换完成后，延时xms后采集放大器输出的反向电压，根据预设的采样 频率，在半个斩波周期内采集i次；以i次采样的平均值作为该半个斩波周期内采集到的反 向电压值
[0034] 其中，正向电压是指将采样电阻近电源端的电压接入放大器的正相输入端、近负 载端的电压接入反相输入端时，放大器输出端采集的电压值，反向电压是指将采样电阻近 负载端的电压送入放大器的正相输入端、近电源端的电压送入反相输入端时，放大器输出 端采集的电压值。
[0035] 在现有的斩波稳零放大器中，使用模拟开关对信号做斩波处理、再通过开关电容 对斩波信号进行滤波，以将原信号还原，从而获得低漂移特性；
[0036] 而模拟开关与电容不可避免地将开关噪声引入信号中，对开关噪声的处理又需要 增加复杂的电路，成本增加且不能从根本上消除开关噪声；
[0037] 对于检测系统而言，采用本发明提供的模拟电路和数字处理相结合的方式，不需 要昂贵的器件，降低成本的同时使电路设计更为灵活。
[0038] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比能够取得下列有益 效果：
[0039] (1)本发明提供的斩波式直流电流检测方法及电路，将放大器等信号调理电路引 入的低频噪声作为失调电压；在斩波频率足够高时，低频噪声被作为随时间变化的失调电 压；将直流信号斩波，将正反向电压信号相减后求平均，抵消失调电压对直流电流检测的影 响；
[0040] (2)本发明提供的斩波式直流电流检测方法及电路，采用实时连续斩波采样，对一 个斩波周期内的正反向电压进行运算的方法，实时抵消电压噪声V。,;由于工作环境温度在 极短的斩波周期内不可能剧变，温度连续变化引起的失调电压在相邻的斩波间隔内也不可 能剧变，因此对于温度变化引起的失调电压噪声，本发明提供的方法，同样可以实时抵消， 提高了直流电流检测检测电路对工作环境的适应能力；
[0041] (3)本发明提供的斩波式直流电流检测方法，每次开关切换后会延时一段时间，在 电压趋于稳定后再开始采样，将开关频率噪声对电压采集值的影响降到最低；
[0042] (4)本发明提供的斩波式直流电流电路，采用数模结合的方式，采用数字信号控制 模拟开关，消除了模拟开关引起的开关频率噪声对电流测试准确性的影响；另一方面，电路 结构简单，具有低成本的优势。
【附图说明】
[0043]图1是实施例提供的斩波式直流电流检测电路的系统框图；
[0044] 图2是实施例提供的斩波式直流电流检测电路；
[0045] 图3是本发明提供的直流电流检测方法里正反向电压的波形示意图。
【具体实施方式】
[0046]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0047] 本发明提供的斩波式直流电流检测电路及方法，通过实时采集分流电阻两端的正 向电压与反向电压，并对同一个斩波周期内的正反向电压相减后求平均的方式，获取直流 电压检测值，然后进一步获取电流检测值。
[0048] 由于采集到的正向电压与反向电压均带有噪声，包括放大器导致的低频噪声、失 调电压以及温度变化导致的噪声等；在相减求平均的过程中，这部分噪声电压直接被抵消 掉，消除了噪声电压对检测结果的影响；
[0049] 本发明采用模拟电路和数字处理相结合的方法，使用数字控制器控制模拟开关的 导通与断开；且斩波周期可以根据噪声特性灵活设置；数字处理方法的引入使得采样数据 的选取更为灵活，避开开关噪声；采样延时时间可以根据实测获得的经验数据设定，也可以 通过对采样数据进行数字处理实时设定；斩波频率的设定可以根据噪声特性灵活设置；使 用通用的分立器件、在获得预期检测精度的同时最大程度的降低成本。
[0050] 本发明提供的检测电路包