一種電流監測電路的制作方法

一種電流監測電路的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電流監測電路，該電路包括：電流采樣電路、分壓電路、放大電路和輸出保護電路；電流采樣電路，用于對被監測電路的電流進行采樣，將電流采樣信號轉換為電壓采樣信號，輸出給分壓電路；分壓電路，用于對電壓采樣信號進行分壓，得到電壓分壓信號，輸出給放大電路；放大電路，用于對電壓分壓信號進行放大，得到電壓放大信號，輸出給輸出保護電路；輸出保護電路，用于對電壓放大信號進行分壓保護，得到電壓監測信號，輸出給監測平臺進行監測。本發明提供的技術方案結構簡單，配置合理，可實施性強，可以實現寬范圍、高精度的電流監測。
【專利說明】一種電流監測電路

【技術領域】
[0001] 本發明涉及電路設計領域，尤其涉及一種電流監測電路。

【背景技術】
[0002] 電氣系統是現代工業運轉的基石，電路工作狀態的穩定與否，關系到整個系統的 安全，一旦電路發生故障，其后果是不可預估和承受的，因此對電路的檢測歷來都是各種行 業，尤其是電子行業的重中之重。在穩定的狀態下，某個電路的工作電流是固定的，因此對 電路工作電流的監測一直都是電路監測的核心途徑，以往的電路電流監測方法，一般通過 采樣電路、電壓電流轉換電路直接輸出給后續監測平臺采樣處理，可監測電路的電源電壓 范圍有限，且在監測電路自身發生故障時，存在對后續監測平臺造成損壞的風險。
[0003] 因此，如何進一步提高電流監測方案的有效性、可靠性和可實施性，對電子行業的 發展具有重要的意義。


【發明內容】

[0004] 鑒于上述問題，本發明提供了一種電流監測電路，以解決上述問題或者至少部分 地解決上述問題，實現寬范圍、高精度的電流監測。
[0005] 本發明提供了一種電流監測電路，該電路包括：電流采樣電路、分壓電路、放大電 路和輸出保護電路；
[0006] 所述電流采樣電路，用于對被監測電路的電流進行采樣，將電流采樣信號轉換為 電壓米樣信號，輸出給所述分壓電路；
[0007] 所述分壓電路，用于對所述電壓采樣信號進行分壓，得到電壓分壓信號，輸出給所 述放大電路；
[0008] 所述放大電路，用于對所述電壓分壓信號進行放大，得到電壓放大信號，輸出給所 述輸出保護電路；
[0009] 所述輸出保護電路，用于對所述電壓放大信號進行分壓保護，得到電壓監測信號， 輸出給監測平臺進行監測。
[0010] 可選地，所述采樣電路包括：采樣電阻Rl ;
[0011] 所述采樣電阻Rl串聯在被監測電路中；
[0012] 其中，所述采樣電阻Rl的兩端電壓之差為所述電壓采樣信號。
[0013] 可選地，所述分壓電路包括：分壓電阻R2、R3、R4和R5 ;
[0014] 所述分壓電阻R2的一端與所述采樣電阻Rl的一端相連，所述分壓電阻R2的另一 端與所述分壓電阻R3的一端相連；
[0015] 所述分壓電阻R3的另一端接地；
[0016] 所述分壓電阻R4的一端與所述采樣電阻Rl的另一端相連，所述分壓電阻R4的另 一端與所述分壓電阻R5的一端相連；
[0017] 所述分壓電阻R5的另一端接地；
[0018] 其中，所述分壓電阻R2、R3的連接端與所述分壓電阻R4、R5的連接端的電壓之差 為所述電壓分壓信號。
[0019] 可選地，所述放大電路包括：調整電阻R6、R7、R8、R9和運算放大器N ;
[0020] 所述調整電阻R6的一端與所述分壓電阻R2、R3的連接端相連，所述調整電阻R6 的另一端與所述調整電阻R7的一端相連；所述調整電阻R7的另一端接地；
[0021] 所述調整電阻R8的一端與所述分壓電阻R4、R5的連接端相連，所述調整電阻R8 的另一端與所述調整電阻R9的一端相連；所述調整電阻R9的另一端與所述運算放大器N 的輸出端相連；
[0022] 所述運算放大器N的反相輸入端與所述調整電阻R8、R9的連接端相連，所述運算 放大器N的正相輸入端與所述調整電阻R6、R7的連接端相連；所述運算放大器N的負電源 輸入端與電源VEE相連；所述運算放大器N的正電源輸入端與電源VCC相連；
[0023] 其中，所述運算放大器N的輸出電壓為所述電壓放大信號。
[0024] 可選地，所述輸出保護電路包括：保護電阻RlO和Rll ;
[0025] 所述保護電阻RlO的一端連接所述調整電阻R9與所述運算放大器N的輸出端的 相連端，所述保護電阻RlO的另一端與所述保護電阻Rll的一端相連；
[0026] 所述保護電阻Rll的另一端接地；
[0027] 其中，所述保護電阻RKKRll的連接端的電壓為所述電壓監測信號。
[0028] 可選地，
[0029] 所述采樣電阻Rl的取值根據所述被監測電路的總電流確定；
[0030] 所述采樣電阻Rl可以為：一個或者多個；
[0031] 當所述采樣電阻Rl為多個時，多個采樣電阻Rl之間并聯。
[0032] 可選地，
[0033] 所述分壓電阻R2、R3的阻值，根據被監測電路的電壓值與所述放大電路的工作電 壓的關系確定；
[0034] 所述分壓電阻R4的阻值等于所述分壓電阻R2的阻值，所述分壓電阻R5的阻值等 于所述分壓電阻R3的阻值。
[0035] 可選地，
[0036] 所述運算放大器N的放大倍數，根據所述電壓分壓信號與監測平臺的量程之間的 關系確定；
[0037] 所述調整電阻R8、R9的阻值，根據所述運算放大器N的放大倍數確定；
[0038] 所述調整電阻R6的阻值等于所述調整電阻R8的阻值，所述調整電阻R7的阻值等 于所述調整電阻R9的阻值。
[0039] 可選地，
[0040] 所述保護電阻RlO和Rll的阻值的比例關系，根據所述放大電路的工作電壓與監 測平臺最大可承受的輸入電壓之間的關系確定；
[0041] 所述保護電阻Rll的阻值，根據監測平臺對輸入阻抗的要求確定；
[0042] 所述保護電阻RlO的阻值，根據所述保護電阻RlO和Rll的阻值的比例關系與所 述保護電阻Rll的阻值確定。
[0043] 可選地，
[0044] 所述采樣電阻Rl為RX21系列精密電阻；
[0045] 所述分壓電阻R2、R3、R4、R5、所述調整電阻R6、R7、R8、R9和所述保護電阻R10、 Rll為帶封裝的電阻或不帶封裝的薄膜電阻；
[0046] 所述運算放大器N為LMl58系列。
[0047] 由上述可知，與現有技術相比，本發明提供的這種電流監測電路，電路結構簡單， 配置合理，可實施性強，通過高精度采樣電路，可以實現對電源電流的高精度采樣，通過分 壓電路，可以實現寬范圍的電路電流監測，通過放大電路，可以將電流值轉換成一個符合監 測平臺輸入要求的電壓值，實現對不同監測平臺的匹配設計，通過輸出保護電路，可以實現 對后續監測平臺的保護，進而可以實現寬范圍、高精度的電流監測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0048] 圖1是本發明一個實施例中的一種電流監測電路的結構框圖；
[0049] 圖2是本發明一個實施例中的一種電流監測電路的電路圖。

【具體實施方式】
[0050] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方 式作進一步地詳細描述。
[0051] 圖1是本發明一個實施例中的一種電流監測電路的結構框圖。如圖1所示，該電流 監測電路100包括：電流采樣電路110、分壓電路120、放大電路130和輸出保護電路140 ;
[0052] 電流采樣電路110,用于對被監測電路的電流進行采樣，將電流采樣信號轉換為電 壓米樣信號，輸出給分壓電路120 ;
[0053] 分壓電路120,用于對電壓采樣信號進行分壓，得到電壓分壓信號，輸出給放大電 路 130 ;
[0054] 放大電路130,用于對電壓分壓信號進行放大，得到電壓放大信號，輸出給輸出保 護電路140 ;
[0055] 輸出保護電路140,用于對電壓放大信號進行分壓保護，得到電壓監測信號，輸出 給監測平臺進行監測。
[0056] 由上述可知，本發明一個實施例提供的電流監測電路100,通過電流采樣電路 110,可以實現對電源電流的高精度采樣；通過分壓電路120,可以實現寬范圍的電路電流 監測；通過放大電路130,可以得到一個符合監測平臺輸入要求的電壓值，實現對不同監測 平臺的匹配設計；通過輸出保護電路140,可以實現對后續監測平臺的保護。一方面，本發 明滿足各種監測平臺對寬范圍、高精度的電流監測要求；另一方面，本電路結構簡單，配置 合理，可實施性強，對電流監測領域的發展具有重要的意義。
[0057] 圖2是本發明一個實施例中的一種電流監測電路的電路圖。如圖2所示，在本實 施例中，采樣電路包括：采樣電阻Rl ;該采樣電阻Rl串聯在被監測電路中；并且，該采樣電 阻Rl的兩端電壓之差為采樣電路輸出的電壓采樣信號。在本實施例中，分壓電路包括：分 壓電阻R2、R3、R4和R5,其連接方式如圖2所示，分壓電阻R2的一端與采樣電阻Rl的一端 相連，分壓電阻R2的另一端與分壓電阻R3的一端相連，分壓電阻R3的另一端接地；分壓電 阻R4的一端與米樣電阻Rl的另一端相連，分壓電阻R4的另一端與分壓電阻R5的一端相 連，分壓電阻R5的另一端接地；其中，分壓電阻R2、R3的連接端與分壓電阻R4、R5的連接 端的電壓之差為分壓電路輸出的電壓分壓信號。
[0058] 在本實施例中，放大電路包括：調整電阻1?6、1?7、1?8、1?9和運算放大器1其連接方 式如圖2所示，調整電阻R6的一端與分壓電阻R2、R3的連接端相連，調整電阻R6的另一端 與調整電阻R7的一端相連，調整電阻R7的另一端接地；調整電阻R8的一端與分壓電阻R4、 R5的連接端相連，調整電阻R8的另一端與調整電阻R9的一端相連，調整電阻R9的另一端 與運算放大器N的輸出端相連；運算放大器N的反相輸入端與調整電阻R8、R9的連接端相 連，運算放大器N的正相輸入端與調整電阻R6、R7的連接端相連，運算放大器N的負電源輸 入端與電源VEE相連，運算放大器N的正電源輸入端與電源VCC相連；其中，運算放大器N 的輸出電壓為放大電路輸出的電壓放大信號。
[0059] 在本實施例中，輸出保護電路包括：保護電阻RlO和Rll，其連接方式如圖2所示， 保護電阻RlO的一端連接調整電阻R9與運算放大器N的輸出端的相連端，保護電阻RlO的 另一端與保護電阻Rll的一端相連，保護電阻Rll的另一端接地；其中，保護電阻Rl〇、Rll 的連接端的電壓為保護電路輸出的電壓監測信號。
[0060] 具體地，在本實施例中，采樣電阻Rl的取值根據被監測電路的總電流確定，其原 則是采樣電阻Rl兩端產生的壓降，即電壓采樣信號，既不影響被監測電路正常工作，且通 過分壓電路、放大電路后得到的電壓放大信號在電流采樣電路的工作范圍內。其中，采樣電 阻Rl可以是RX21系列的精密電阻，包括但不僅限于碳膜繞線精密電阻。在本發明的其他 實施例中，采樣電阻Rl可以為：一個或者多個；當采樣電阻Rl為多個時，多個采樣電阻Rl 之間并聯。
[0061] 在本實施例中，分壓電阻R2、R3的阻值根據被監測電路的電壓值與放大電路中的 運算放大器N的工作電壓的關系確定，其原則是確保分壓后加載在調整電阻R6輸入端的電 壓值低于電流采樣電路工作電壓2 V以上，同時該電壓應該盡可能地設計在放大電路工作 電壓的1/2。在確定分壓電阻R2、R3的阻值后，令R2 = R4，R3 = R5,從而得到分壓電阻R4、 R5的阻值。其中，分壓電阻R2-R5為表貼電阻。在本發明的其他實施例中，分壓電阻R2-R5 可為帶封裝的電阻，封裝形式包括但不局限于表貼封裝，分壓電阻R2-R5也可以是不帶封 裝的薄膜電阻，所使用的薄膜材料包括但不局限于氮化鉭（TaN)材料。
[0062] 在本實施例中，運算放大器N的放大倍數根據電壓分壓信號與監測平臺的量程之 間的關系確定，原則是放大后的電壓放大信號的電壓值比后續監測平臺的最大量程略低。 設調整電阻R6的一端的電壓為VI，調整電阻R8的一端的電壓為V2,則電壓分壓信號= V1-V2,根據運放特性，運算放大器N的正相輸入端電壓等于反相輸入端電壓，且運算放大 器N的正相輸入端電流和反相輸入端電流均為0,可以計算出運算放大器N的輸出電壓即電 壓放大信號V3為：
[0063]

【權利要求】
1. 一種電流監測電路，其特征在于，該電路包括：電流采樣電路、分壓電路、放大電路 和輸出保護電路； 所述電流采樣電路，用于對被監測電路的電流進行采樣，將電流采樣信號轉換為電壓 采樣信號，輸出給所述分壓電路； 所述分壓電路，用于對所述電壓采樣信號進行分壓，得到電壓分壓信號，輸出給所述放 大電路； 所述放大電路，用于對所述電壓分壓信號進行放大，得到電壓放大信號，輸出給所述輸 出保護電路； 所述輸出保護電路，用于對所述電壓放大信號進行分壓保護，得到電壓監測信號，輸出 給監測平臺進行監測。
2. 如權利要求1所述的電流監測電路，其特征在于，所述采樣電路包括：采樣電阻R1 ; 所述采樣電阻R1串聯在被監測電路中； 其中，所述采樣電阻R1的兩端電壓之差為所述電壓采樣信號。
3. 如權利要求2所述的電流監測電路，其特征在于，所述分壓電路包括：分壓電阻R2、 R3、R4 和 R5 ; 所述分壓電阻R2的一端與所述采樣電阻R1的一端相連，所述分壓電阻R2的另一端與 所述分壓電阻R3的一端相連； 所述分壓電阻R3的另一端接地； 所述分壓電阻R4的一端與所述采樣電阻R1的另一端相連，所述分壓電阻R4的另一端 與所述分壓電阻R5的一端相連； 所述分壓電阻R5的另一端接地； 其中，所述分壓電阻R2、R3的連接端與所述分壓電阻R4、R5的連接端的電壓之差為所 述電壓分壓信號。
4. 如權利要求3所述的電流監測電路，其特征在于，所述放大電路包括：調整電阻R6、 尺7、1?8、1?9和運算放大器1 所述調整電阻R6的一端與所述分壓電阻R2、R3的連接端相連，所述調整電阻R6的另 一端與所述調整電阻R7的一端相連；所述調整電阻R7的另一端接地； 所述調整電阻R8的一端與所述分壓電阻R4、R5的連接端相連，所述調整電阻R8的另 一端與所述調整電阻R9的一端相連；所述調整電阻R9的另一端與所述運算放大器N的輸 出端相連； 所述運算放大器N的反相輸入端與所述調整電阻R8、R9的連接端相連，所述運算放大 器N的正相輸入端與所述調整電阻R6、R7的連接端相連；所述運算放大器N的負電源輸入 端與電源VEE相連；所述運算放大器N的正電源輸入端與電源VCC相連； 其中，所述運算放大器N的輸出電壓為所述電壓放大信號。
5. 如權利要求4所述的電流監測電路，其特征在于，所述輸出保護電路包括：保護電阻 R10 和 R11 ; 所述輸出保護電阻R10的一端連接所述調整電阻R9與所述運算放大器N的輸出端的 相連端，所述保護電阻R10的另一端與所述保護電阻R11的一端相連； 所述保護電阻R11的另一端接地； 其中，所述保護電阻RIO、R11的連接端的電壓為所述電壓監測信號。
6. 如權利要求2所述的電流監測電路，其特征在于， 所述采樣電阻R1的取值根據所述被監測電路的總電流確定； 所述采樣電阻R1可以為：一個或者多個； 當所述采樣電阻R1為多個時，多個采樣電阻R1之間并聯。
7. 如權利要求3所述的電流監測電路，其特征在于， 所述分壓電阻R2、R3的阻值，根據被監測電路的電壓值與所述放大電路的工作電壓的 關系確定； 所述分壓電阻R4的阻值等于所述分壓電阻R2的阻值，所述分壓電阻R5的阻值等于所 述分壓電阻R3的阻值。
8. 如權利要求4所述的電流監測電路，其特征在于， 所述運算放大器N的放大倍數，根據所述電壓分壓信號與監測平臺的量程之間的關系 確定； 所述調整電阻R8、R9的阻值，根據所述運算放大器N的放大倍數確定； 所述調整電阻R6的阻值等于所述調整電阻R8的阻值，所述調整電阻R7的阻值等于所 述調整電阻R9的阻值。
9. 如權利要求5所述的電流監測電路，其特征在于， 所述保護電阻R10和Rl 1的阻值的比例關系，根據所述放大電路的工作電壓與監測平 臺最大可承受的輸入電壓之間的關系確定； 所述保護電阻R11的阻值，根據監測平臺對輸入阻抗的要求確定； 所述保護電阻R10的阻值，根據所述保護電阻R10和R11的阻值的比例關系與所述保 護電阻R11的阻值確定。
10. 如權利要求2-9中任一項所述的電流監測電路，其特征在于， 所述采樣電阻R1為RX21系列精密電阻； 所述分壓電阻R2、R3、R4、R5、所述調整電阻R6、R7、R8、R9和所述保護電阻R10、Rl 1為 帶封裝的電阻或不帶封裝的薄膜電阻； 所述運算放大器N為LM158系列。
【文檔編號】G01R15/04GK104374983SQ201410596871
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】張鵬飛, 陳培群, 倪新 申請人:中國電子科技集團公司第三十六研究所