专利名称：大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子电路技术领域，特别是涉及大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块。
背景技术：
固态功率控制器是基于半导体的一种电路负载监控系统，它从电路负载采集电流数据，然后根据电流值来判断负载工作是否正常。当检测到流过负载的电流大于保护值时， 控制器会对负载进行相应的状态改变，以避免负载因过流而损坏。负载电流采集的准确度就是控制器保护实现的基础。目前，固态功率控制器负载电流采集的方法主要有以下两种现有技术一，电阻采集法。使用精密的超低阻值电阻，串联在控制器的输出回路， 通过检测电阻上的电压值获取负载电流的情况。这种方法多用于国外生产的直流固态功率控制器上，这种方法采集的负载电流值准确，但是在负载接通时，采集电阻上产生一定压降和功耗，增加了控制器输出端的导通压降，增加了产品的功耗。此外，由于国外工艺的先进， 相关直流固态功率控制器多使用微组装工艺，采用管芯元件，可以最大限度降低采集电阻上的功耗，同时可以避免由于功耗大，热量大所导致电阻采集方式对控制器负载电流大小的限制。如LEACH公司的P600系列产品。但是国内的微组装工艺水平，限制了这种方式在国内产品上的应用。现有技术二，是采用集成电流检测功能的MOSFET控制器作为固态功率控制器的输出部件，这种方式简单安全，但是所占体积较大，MOSFET控制器的形状也决定了固态功率控制器的形状和体积，对于单路输出的小体积固态功率控制器不适用。并且，标准化的 MOSFET控制器限定了 MOSFET的型号，限制了设计者对MOSFET型号的选择余地，限制了对固态功率控制器功耗，导通压降，开断时间等重要指标的设计提高余地。同时，采用现有 MOSFET控制器想要实现大负载电流的开断，MOSFET控制器的体积往往较大，无法提高功率控制器的功率密度。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块，该模块扩大电流检测范围、提高检测精度、减少检测功耗，保证固态功率控制器电流保护功能的准确、稳定实现。本实用新型的上述目的是通过如下技术方案予以实现的大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块，包括导流装置、电流检测电路和微处理器，其中导流装置通过分流的形式从大负载电流中提取出小电流作为电流检测电路采集电流的对象；电流检测电路感应小电流支路产生的电流磁场，转换为电压信号并经过滤波后输出给微处理器；微处理器接收电流检测电路输出的电压信号经过数字滤波后，计算得到实时的大负载电流值。[0009]在上述大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块中，还包括磁屏蔽罩， 磁屏蔽罩保护小电流支路和电流检测电路不受其它磁场干扰。在上述大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块中，电流检测电路包括霍尔电流检测芯片和滤波电路，其中霍尔电流检测芯片感应小电流支路产生的电流磁场， 并转换为电压信号，滤波电路将电压信号进行滤波后输出给微处理器。在上述大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块中，导流装置由电流引出杆和金属导流条组成，其中金属导流条上设置分流支路和非采集支路，所述两条支路因截面积不同而电阻值不同，保证流过两条支路的电流大小不同，实现分流，其中分流支路中的小电流作为电流检测电路采集电流的对象。在上述大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块中，还包括磁屏蔽罩， 所述磁屏蔽罩为U型，倒扣在分流支路的水平部分导流条上，并包裹住水平部分导流条正下方电磁检测电路中的磁感应元件，以保护电流检测电路和分流支路不受其它磁场干扰。在上述大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块中，提取出的小电流为大负载电流的1/5 1/3。本实用新型与现有技术相比具有如下优点(1)本实用新型采用特殊形状的金属导流条实现结构分流，导流条流过全部负载电流，形状特殊的金属分支属于导流条的一部分，根据分支与主支的截面积的不同，确定了分支上所分配流过的负载电流的份额，配合磁感应芯片的安装位置、磁感应芯片的量程和磁感应芯片的量程和负载电流的的大小，可改变导流条分支的截面积和长度以适应不同负载情况，该导流装置的使用降低了分流件的体积，保证大负载电流也可以适用，同时扩大了电流采集的量程；(2)本实用新型采用磁屏蔽罩保护电流检测模块和分流支路，屏蔽罩的尺寸大小和它安装的位置保证收集全部采集所需的分流支路中电流分量的磁力线，屏蔽周围磁场和非分流支路形成的强磁场，增强采集支路形成的磁场，提高了采集电流的精度；(3)本实用新型采用非侵入式的磁感应芯片，实现隔离采集，芯片为S0-8封装，体积小，此外本实用新型整体结构和电路的配合，实现了电流检测的小体积化、高精度、高速度和灵活安全性；(4)本实用新型采用数字处理器对采集信号进行处理，保证了采集的精度和速度。
图1为本实用新型电流检测模块结构框图；图2为本实用新型金属导流条结构示意图；图3为本实用新型金属导流条中分流支路分段示意图；图4为本实用新型电磁检测电路结构框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述如图1所示为本实用新型电流检测模块结构框图，由图可知电流检测模块由导流装置、电流检测电路、微处理器和磁屏蔽罩组成，其中导流装置为特殊结构设计的金属导流装置，如图2所示为金属导流装置的结构示意图，金属导流装置由设置在电路板3上的电流引出杆1与金属导流条2组成，其中电流导流杆1为柱状结构，金属导流条2为结构分流部分，导流装置流过全部负载电流，形成负载回路，导流条2的中间部位分成分流支路与非采集支路两条支路，两端又分别合二为一，分流支路与非采集支路中电流之和为负载电流大小，分支电流为大负载电流的1/5 1/3。分流支路包括与电路板3垂直的a段、c段和与电路板3平行的b段，如图3所示为本实用新型金属导流条中分流支路分段示意图。根据分流支路与非采集支路的截面积和长短的不同，以及分流支路中b段与设置在电路板3上的霍尔电流检测芯片4的距离，确定分流支路上所分配流过的负载电流的份额，实际应用中配合霍尔电流检测芯片4的量程和负载电流的的大小，可通过改变导流条分流支路、非采集支路的截面积和长度以适应不同负载情况。电流检测电路由霍尔电流检测芯片4和滤波电路组成，如图4所示为本实用新型电磁检测电路结构框图，其中霍尔电流检测芯片4感应分流支路产生的电流磁场，并转换为电压信号，滤波电路将电压信号进行滤波后输出给微处理器。电流检测电路设置在电路板3上，并且处于分流支路的正下方，保证霍尔电流检测芯片4上的磁感应点与分流支路中b段支路产生的磁力线垂直，与非采集支路产生的磁力线平行，使得b段支路电流产生的平行于电路板面3的磁场被霍尔电流检测芯片4感应并采集，其余垂直于电路板3的导流条部分所产生的磁场均与霍尔电流检测芯片4接收磁场的方向不一致而不会影响采集，此时，芯片感应到的主要是小电流支路的电流磁场，经过电路处理，输出反映负载电流值的电压信号给微处理器。这样的设计，避免了芯片因感应到的负载电流过大而饱和、不能工作， 使这种采集模块可以适用于大负载电流的情况。磁屏蔽罩5的尺寸大小和它安装的位置保证收集全部采集所需的负载电流分量的磁力线，屏蔽周围磁场和非分流支路形成的强磁场。如图3所示，本实施例中的磁屏蔽罩 5为去矫顽力的电工纯铁材料制成，形状为U型，倒扣在分流支路的水平部分导流条上(b段导流条上)，并包裹住水平部分b段正下方的霍尔电流检测芯片4，实现保护电流检测电路和结构分流部分不受其他磁场干扰而正常工作。微处理器的型号为MC9S08DZ16，外带8M晶振，每0. 25msAD单元定时更新采集到的负载电流，12位AD计算接收到电流检测电路传输的电压信号，经过数字滤波，并插值计算得到平滑后的负载电流数值，再通过修正得到所对应的实际负载电流的数值。电流值采集速度达到250 μ s，电流采集准确度达到士5%。本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
权利要求1.大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块，其特征在于包括导流装置、电流检测电路和微处理器，其中导流装置通过分流的形式从大负载电流中提取出小电流作为电流检测电路采集电流的对象；电流检测电路感应小电流支路产生的电流磁场，转换为电压信号并经过滤波后输出给微处理器；微处理器接收电流检测电路输出的电压信号经过数字滤波后，计算得到实时的大负载电流值。
2.根据权利要求1所述的大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块，其特征在于还包括磁屏蔽罩，所述磁屏蔽罩保护小电流支路和电流检测电路不受其它磁场干扰。
3.根据权利要求1所述的大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块，其特征在于所述电流检测电路包括霍尔电流检测芯片和滤波电路，其中霍尔电流检测芯片感应小电流支路产生的电流磁场，并转换为电压信号，滤波电路将电压信号进行滤波后输出给微处理器。
4.根据权利要求1所述的大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块，其特征在于所述导流装置由电流引出杆⑴和金属导流条⑵组成，其中金属导流条⑵上设置分流支路和非采集支路，所述两条支路因截面积不同而电阻值不同，保证流过两条支路的电流大小不同，实现分流，其中分流支路中的小电流作为电流检测电路采集电流的对象。
5.根据权利要求4所述的大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块，其特征在于还包括磁屏蔽罩，所述磁屏蔽罩为U型，倒扣在分流支路的水平部分导流条上，并包裹住水平部分导流条正下方电磁检测电路中的磁感应元件，以保护电流检测电路和分流支路不受其它磁场干扰。
6.根据权利要求1所述的大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块，其特征在于所述提取出的小电流为大负载电流的1/5 1/3。
专利摘要本实用新型涉及大功率直流固态功率控制器的高精度电流检测模块，该模块包括导流装置、电流检测电路和微处理器，其中导流装置通过分流的形式从大负载电流中提取出小电流作为电流检测电路采集电流的对象，导流装置为特殊形状的金属导流条实现结构分流，根据分支与主支的截面积的不同，确定了分支上所分配流过的负载电流的份额；电流检测电路感应小电流支路产生的电流磁场，转换为电压信号并经过滤波后输出给微处理器；微处理器接收电流检测电路输出的电压信号经过数字滤波后，计算得到实时的大负载电流值，该电流检测模块扩大电流检测范围、提高检测精度、减少检测功耗，保证固态功率控制器电流保护功能的准确、稳定实现。
文档编号G01R19/00GK201974465SQ20102070055
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者张靖娴, 郝长岭 申请人:航天时代电子技术股份有限公司