一种电流检测方法、电流检测装置及水表与流程

本发明属于电流检测技术领域，具体是涉及到电流检测方法、电流检测装置及水表。

背景技术：

电子产品的功耗性能越来越得到电子产品研究人员和使用用户的关注和重视，因此电子产品的供电电流作为其功耗的表征参量需要被检测。例如现有的智能水表中为了保证产品出厂时达到低功耗要求，需要对智能水表中的电子模块的电池供电电流进行检测。

图1为现有的智能水表的供电主回路示意图，为提高瞬时电流输出能力，会在电池bat输出端并联大容量电容c，为了防止电流倒罐给电池bat，在所述电池bat的输出端连接有二极管d。如图2所示，其为现有技术中的一种智能水表电流检测的主电路示意图，电阻r在电池bat的供电回路上，电池bat通过开关s1给负载供电同时给电容c充电，在开关s1断开，开关s2导通时，电容c通过开关s2、电阻r给负载供电，通过的电阻r上的电压压降，再通过欧姆定律计算出流经电阻的电流。智能水表在通信或用户操作时，电流很大，达到几十甚至几百个ma，但当水表进入低功耗休眠时，电流又只有几十甚至几个μa，为了降低大电流时电阻r上的压降，保证负载工作电压，同时又要保证测μa级电流的检测精度，图2所示的电流检测电路需要增加模式切换控制电路，以控制大电流工作时，开关s1导通，s2断开，从而将μa级电流检测电路旁路，当小电流休眠时，控制开关s1断开，s2导通，切换到μa级电流检测电路上。图2中通过电压检测调理电路来采样电阻r上的电压，由于采样时，电阻上的电流为μa级，容易受到自身电路噪声、来自负载电路和环境的电磁干扰等影响，导致检测误差增大，需要增加滤波电路或滤波算法来处理，复杂度增大，检测一致性变差。此外，现有电流检测技术进行供电路径切换控制时依据水表的工作状态和检测到的电流值大小，由于水表的工作状态会因外部操作而改变，具有随机性，而只有当控制开关切换到电流检测回路时，才能采样到电流有效值。因此，在控制开关切换到μa级电流检测电路上时，不能保证水表工作在μa级电流的休眠状态，此时负载电压将会出现明显跌落，特别是当电池电压处于低位时，将会导致单片机掉电复位。还有现有的电流检测方法会引入两部分功耗增加，一部分是采样电阻上直接消耗的，另一部分是电压检测电路消耗，不利于满足电子产品低功耗的设计需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了电流检测方法、电流检测装置及水表，以解决现有的电流检测方法实现复杂、稳定性低以及引入功耗高的问题。

一种电流检测方法，包括：

步骤11：使电池给负载供电的同时还给与所述负载并联在所述电池输出端的电容充电，

步骤12：在给所述电容充电的过程中，检测所述电容上的电压，

步骤13：将所述电容上的电压上升到大于或等于设定的第一阈值电压的时刻记录为第一时刻，并获取所述第一时刻的电容上的第一电压，

步骤14：在所述第一时刻时后，使所述电池停止给所述负载供电，所述电容给所述负载供电，

步骤15：在所述电容给负载供电的过程中，将所述电容上的电压下降到等于或小于设定的第二阈值电压的时刻记录为第二时刻，并获取所述第二时刻的电容上的第二电压，

步骤16：在所述第二时刻后返回步骤11，并根据所述第一电压、第二电压和所述电容的容值计算所述第一时刻到第二时刻的所述负载的平均供电电流。

优选地，所述的电流检测方法还包括周期性的对所述电容的容值进行校准，在进行所述电容的校准过程中，停止检测所述供电电流，在所述电容的校准完成后，继续检测所述供电电流，并根据校准后的所述电容的容值计算所述平均供电电流。

优选地，周期性的对所述电容的容值进行校准的步骤包括：

步骤21：在需要对所述电容的容值进行校准时，使电池给所述负载供电的同时，给所述电容充电，

步骤22：在所述电容的充电过程中，检测所述电容上的电压，

步骤23：将所述电容上的电压上升到等于或大于设定的第三阈值电压时刻记录为第三时刻，并记录所述第三时刻的所述电容上的第三电压，

步骤24：在所述第三时刻后，使所述电池继续给所述所述负载供电，所述电容对电阻放电，

步骤25：在所述电容给所述电阻放电的过程中，将所述电容上的电压下降到等于或小于设定的第四阈值电压的时刻记录为第四时刻，并记录所述第四时刻的所述电容上的第四电压，

步骤26：根据所述电阻的阻值、所述第三电压、第四电压和所述第四时刻与所述第三时刻的差值计算所述电容的容值，以作为所述电容校准后的容值。

一种电流检测装置，其特征在于，包括：

第一开关单元，连接在供电电池和负载之间，

电容，与所述负载并联在所述电池的输出端，

第二开关单元，与所述电容串联连接，

控制单元，被配置根据所述电容上的电压，控制所述第一开关单元和第二开关的通断状态，以及获取第一时刻的所述电容上的第一电压和第二时刻的所述电容上的第二电压，并根据所述第一电压、第二电压和所述电容的容值计算所述第一时刻到第二时刻的所述负载的平均供电电流，

其中，所述第一时刻为所述电池对所述电容充电的过程中所述电容上的电压上升到大于或等于设定的第一阈值电压的时刻，所述第二时刻为所述电容给所述负载供电的过程中所述电容上的电压下降到等于或小于设定的第二阈值电压的时刻记，

所述第一开关单元和第二开关单元均导通期间，所述电池通过所述第一开关单元对所述负载供电的同时依次通过所述第一开关单元和第二开关单元给所述电池充电，

在所述第一时刻后，所述第一开关单元断开，所述电容通过所述第二开关单元给所述负载供电，在所述第二时刻后，所述第一开关单导通。

优选地，所述的电流检测装置还具有电容校准单元，

所述控制单元控制所述电容校准单元周期性的校准所述电容的容值，在所述电容的校准过程中，所述控制单元控制所述电流检测装置停止检测所述负载的供电电流，在所述电容的容的校准完成后，继续检测所述供电电流，并根据校准后的所述电容的容值计算所述平均供电电流。

优选地，所述电容校准单元包括第三开关单元和电阻，所述第三开关单元和所述电阻串联在所述电容的输出端和参考地端之间，

在需对要所述电容的容值进行校准时，所述控制单元根据所述电容上的电压控制所述第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的通断状态，并根据所述电阻的阻值、第三时刻的所述电容上的第三电压、第四时刻的所述电容上的第四电压和所述第四时刻与所述第三时刻的差值计算所述电容的容值，以作为所述电容校准后的容值，

其中，所述第三时刻为所述电池对所述电容充电过程中所述电容上的电压上升到等于或大于设定的第三阈值电压时刻，所述第四时刻为在所述电容给所述电阻放电的过程中所述电容上的电压下降到等于或小于设定的第四阈值电压的时刻，

所述第一开关单元和第二开关单元均导通以及所述第三开关单元断开期间，所述电池通过所述第一开关单元对所述负载供电的同时依次通过所述第一开关单元和第二开关单元给所述电池充电，

在所述第三时刻后，所述第二开关单元断开，所述第三开关单元导通，所述电容通过所述第三开关单元给所述电阻充电，在所述第四时刻后，所述第二开关单元导通，所述第三开关单元断开。

优选地，所述第一开关单元包括连接在所述电池的输出端和所述负载的供电端之间的第一开关，

所述第二开关单元包括连接在所述电容的输出端和所述负载的供电端之间的第二开关，

所述第三开关单元包括连接在所述电容的输出端和所述电阻之间的第三开关，

所述控制单元控制所述第一开关、第二开关和第三开关的通断状态。

优选地，所述控制单元为单片机控制单元。

优选地，所述单片机内设置有模/数转换器，

所述模/数转换器被配置为用于检测所述电容上的电压。

一种水表，包括上述任意一项所述电流检测装置，所述电池为所述智能水表的供电电池，所述负载为所述水表中的电子模块。

本发明的有益效果：本发明提供的电流检测方法无需使用电流采样电阻，因而无需通过模式切换控制电路切换到负载处于休眠状态下时才检测所述供电电流，而只需通过选择合适容值的所述电容和设定合适的所述第一阈值电压和第二阈值电压，就可以在所述电子产品的任何状态下(包括工作状态和休眠状态)周期性的检测所述供电电流的平均值，以表征所述电子产品的功耗。由于本发明所提供的电流检测方法所检测的供电电流不局限于休眠电流而是所述电子产品任意时段的平均供电电流，因此，依据本发明所提供的电流检测方法所获得的检测电流更能体现所述电子产品的整体功耗，而不仅仅只是休眠时的功耗。此外，本发明所提供的电流检测方法，无需限定在休眠状态下检测电流，因而无需进行模式切换，从而不会出现像背景技术中所述的负载电压会出现明显跌落，而导致单片机掉电复位的情况，因此依据本发明所提供的电流检测方法的检测稳定性好。还有，本发明所提供的电流检测电路在进行电流的周期性的检测过程中，无需用到采样电阻，因而引入的功耗也会相比现有技术的少，有利于提高电子产品的低功耗的性能。

附图说明

图1为依据本发明实施例提供的电流检测方法的流程示意图；

图2为现有的一种供电主回路的结构示意图；

图3为现有的电流检测装置主电路示意图；

图4为现有的电流检测装置主电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所产生的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外需要说明的是，在具体实施方式这一项内容中“所述…”是仅指本发明的中的技术属于或特征。

本发明提供的电流检测方法的基本原理是利用并联在锂电池输出端的大容量电容在一定时间内的放电电荷量，等于这段时间内的平均放电电流与放电时间的乘积，也等于电容压降与电容容值的乘积，即；

qdis＝δt×iavg＝δu×c

其中，qdis为放电电量，δt为放电时间，iavg为平均电流，δu为电容压降，c为电容容值。因此，在电容容值已知的情况下，通过检测电容放电前后的电压降，可计算出放电期间的平均电流。具体的，图3为依据本发明实施例提供的一种电流检测方法流程示意图，所述电流检测方法主要包括：

步骤11：使电池给负载供电的同时还给与所述负载并联在所述电池输出端的电容充电，

步骤12：在给所述电容充电的过程中，检测所述电容上的电压，

步骤13：将所述电容上的电压上升到大于或等于设定的第一阈值电压的时刻记录为第一时刻，并获取所述第一时刻的电容上的第一电压，

步骤14：在所述第一时刻时后，使所述电池停止给所述负载供电，所述电容给所述负载供电，

步骤15：在所述电容给负载供电的过程中，将所述电容上的电压下降到等于或小于设定的第二阈值电压的时刻记录为第二时刻，并获取所述第二时刻的电容上的第二电压，

步骤16：在所述第二时刻后返回步骤11，并根据所述第一电压、第二电压和所述电容的容值计算所述第一时刻到第二时刻的所述负载的平均供电电流。

具体的，所述平均供电电流iavg的计算公式如下：

iavg＝(uc1-uc2)×c/(t2-t1)

其中，uc1为所述第一电压，uc2为所述第二电压，c为所述电容的容值，t1为所述第一时刻，t2为所述第二时刻。

本发明所提供的电流检测方法通过选择合适的所述电容以及设定合适的所述第一阈值电压和第二阈值电压，便可实现周期性的对所述电容放电过程中的平均供电电流进行检测，而无需限制在仅在负载休眠状态下检测。

显然，本发明提供的电流检测方法无需使用电流采样电阻，因而无需通过模式切换控制电路切换到负载处于休眠状态下时才检测所述供电电流，而只需通过选择合适容值的所述电容和设定合适的所述第一阈值电压和第二阈值电压，就可以在所述电子产品的任何状态下(包括工作状态和休眠状态)周期性的检测所述供电电流的平均值，以表征所述电子产品的功耗。由于本发明所提供的电流检测方法所检测的供电电流不局限于休眠电流而是所述电子产品任意时段的平均供电电流，因此，依据本发明所提供的电流检测方法所获得的检测电流更能体现所述电子产品的整体功耗，而不仅仅只是休眠时的功耗。此外，本发明所提供的电流检测方法，无需限定在休眠状态下检测电流，因而无需进行模式切换，从而不会出现像背景技术中所述的负载电压会出现明显跌落，而导致单片机掉电复位的情况，因此依据本发明所提供的电流检测方法的检测稳定性好。还有，本发明所提供的电流检测电路在进行电流的周期性的检测过程中，无需用到采样电阻，因而引入的功耗也会相比现有技术的少，有利于提高电子产品的低功耗的性能。

由于所述电容的容值c给出的参考值与实际的值可能存在差别，因此，进一步的，我们周期性的对所述电容的容值进行校准，在进行所述电容的校准过程中，可以先停止检测所述供电电流，在所述电容的校准完成后，继续检测所述供电电流，并根据校准后的所述电容的容值计算所述平均供电电流。所述电容的校准周期比所述供电电流的检测周期大，即一个电容校准周期中包含多个电流检测周期。

具体的，周期性的对所述电容的容值进行校准的步骤包括：

步骤21：在需要对所述电容的容值进行校准时，使电池给所述负载供电的同时，给所述电容充电，

步骤22：在所述电容的充电过程中，检测所述电容上的电压，

步骤23：将所述电容上的电压上升到等于或大于设定的第三阈值电压时刻记录为第三时刻，并记录所述第三时刻的所述电容上的第三电压，

步骤24：在所述第三时刻后，使所述电池继续给所述所述负载供电，所述电容对电阻放电，

步骤25：在所述电容给所述电阻放电的过程中，将所述电容上的电压下降到等于或小于设定的第四阈值电压的时刻记录为第四时刻，并记录所述第四时刻的所述电容上的第四电压，

步骤26：根据所述电阻的阻值、所述第三电压、第四电压和所述第四时刻与所述第三时刻的差值计算所述电容的容值，以作为所述电容校准后的容值。

所述电容的容值c的计算公式如下：

c＝(t2-t1)/r×ln(uc1/uc2)

其中，容值c的计算公式中，t1为所述第三时刻，t2为所述第四时刻，r为所述电阻的阻值，uc1为所述第三电压，uc2为所述第四电压。

本发明还提供了一种供电电流的检测装置，包括：连接在供电电池和负载之间的第一开关单元，与所述负载并联在所述电池的输出端的电容，与所述电容串联连接的第二开关单元，以及控制单元。所述控制单元被配置根据所述电容上的电压，控制所述第一开关单元和第二开关的通断状态，以及获取第一时刻的所述电容上的第一电压和第二时刻的所述电容上的第二电压，并根据所述第一电压、第二电压和所述电容的容值计算所述第一时刻到第二时刻的所述负载的平均供电电流。其中，所述第一时刻为所述电池对所述电容充电的过程中所述电容上的电压上升到大于或等于设定的第一阈值电压的时刻，所述第二时刻为所述电容给所述负载供电的过程中所述电容上的电压下降到等于或小于设定的第二阈值电压的时刻记。所述第一开关单元和第二开关单元均导通期间，所述电池通过所述第一开关单元对所述负载供电的同时依次通过所述第一开关单元和第二开关单元给所述电池充电，在所述第一时刻后，所述第一开关单元断开，所述电容通过所述第二开关单元给所述负载供电，在所述第二时刻后，所述第一开关单导通。

具体的，如图4所示，其为依据本发明提供的电流检测装置的主电路结构示意图。所示第一开关单元包括第一括连接在所述电池bat的输出端和所述负载的供电端之间的第一开关s1,所述第二开关单元包括连接在所述电容c的输出端和所述负载的供电端之间的第二开关s2。在其它实施例中所述第一开关单元和第二开关单元中还可以包括保护电路单元等。

下面结合图4，具体阐述本发明提供的电流检测装置的工作过程，其阐述如下：

首先，所述控制单元控制开关s1和开关s2均闭合，此时，电池bat给负载供电，同时给电容c充电。接着检测电容c上的电压电压uc，当电容c上的电压等于或大于设定的第一阈值电压ucmh时，将该时刻记录为所述第一时刻t1，并获取t1时刻的电容c上的第一电压uc1,并断开开关s1，由电容c给负载供电，其中ucmh为电流检测电压高位阈值，即当电容电压低于该电压值时，不进行电流检测。然后，在电容c放电的过程中，将检测到电容c上的电压等于或小于设定的第二阈值电压ucml时，记录该时刻为所述第二时刻t2，并获取t2时刻的电容c上的第二电压uc2，并闭合(导通的意思)所述开关s1，以进入下一个检测周期。其中ucml为电流检测电压低位阈值，即当电容电压低于该电压值时，停止电容放电操作，以及根据方法中提到的平均电流计算公式计算获得所述供电电流的平均电流iavg。

依据本发明提供的所述电流检测装置，还具有电容校准单元，所述控制单元控制所

述电容校准单元周期性的校准所述电容的容值，在所述电容的校准过程中，所述控制单元控制所述电流检测装置停止检测所述负载的供电电流。在所述电容的容的校准完成后，继续检测所述供电电流，并根据校准后的所述电容的容值计算所述平均供电电流。在需对要所述电容的容值进行校准时。所述控制单元根据所述电容上的电压控制所述第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元的通断状态，并根据所述电阻的阻值、第三时刻的所述电容上的第三电压、第四时刻的所述电容上的第四电压和所述第四时刻与所述第三时刻的差值计算所述电容的容值，以作为所述电容校准后的容值。

其中，所述第三时刻为所述电池对所述电容充电过程中所述电容上的电压上升到等于或大于设定的第三阈值电压时刻，所述第四时刻为在所述电容给所述电阻放电的过程中所述电容上的电压下降到等于或小于设定的第四阈值电压的时刻。所述第一开关单元和第二开关单元均导通以及所述第三开关单元断开期间，所述电池通过所述第一开关单元对所述负载供电的同时依次通过所述第一开关单元和第二开关单元给所述电池充电。在所述第三时刻后，所述第二开关单元断开，所述第三开关单元导通，所述电容通过所述第三开关单元给所述电阻充电，在所述第四时刻后，所述第二开关单元导通，所述第三开关单元断开。

具体的，如图3所述，所述电容校准单元包括第三开关单元和电阻r，所述第三开关单元和所述电阻r串联在所述电容的输出端和参考地端之间，所述第三开关单元包括连接在所述电容的输出端和所述电阻的第三开关s3。所述电容校准单元与电流检测单元共用第一开关单元、第二开关单元。下面结合图3具体阐述电容校准单元的工作过程，其阐述如下：

首先，所述控制电路控制开关s1、s2闭合，而开关s3断开，电池bat给负载供电，同时给电容c充电，接着检测电容c上的电压，当电容c上的电压等于或大于设定的第三阈值电压ucch时，将该时刻记录为所述第三时刻t1，并获取t1时刻的电容c上的第三电压uc1,以及断开开关s2，闭合开关s3，电容c对r放电，其中ucch为电容校准电压高位阈值，即当电容电压低于该电压值时，不进行电容校准。然后，在所述电容c的放电过程中，将电容c上的电压等于或小于设定的第四阈值电压uccl时，将该时刻记录为所述第四时刻t2和获取t2时刻的电容c的第四电压uc2，并断开s3，闭合s2，以及根据方法中的电容容值计算公式计算所述电容c的容值。

依据本发明实施例提供的所述电流检测装置中，所述控制单元为单片机控制单元，进一步地，所述单片机内设置有模/数转换器，所述模/数转换器被配置为用于检测所述电容c上的电压。

依据本发明实施例提供的电流检测装置适应于不同的电子产品的电流检测，例如包含所述电流检测装置的所述电子产品为水表，如智能水表，所述电池为所述智能水表的供电电池，所述负载为所述水表中的电子模块。所述智能水表可以根据所述电流检测电路装置周期性的检测负载供电电流，以及根据所述局供电电流获得所述智能水表的功耗性能，通常所述检测的电流值越高，说明所述电子产品的功耗也越高，反之亦然。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。