一种隔离电流检测电路及方法

技术领域

本发明属于充电桩领域，具体而言，涉及一种隔离电流检测电路及方法。

背景技术

霍尔电流传感器具有精度高，速度快等优势，目前广泛应用于交直流电流的隔离采样电路之中。但霍尔电流传感器价格普遍偏高，严重制约了产品的成本优势。电流互感器虽然成本较低，且无需额外供电，但只能用于采集交变电流，尤其是高频交变电流，而无法应用于直流电流或低频交变电流采样。随着成本压力越来越大，在电流采样精度要求不是特别高但安全性能有特殊要求的地方，一种低成本的隔离电流检测方式十分必要。

发明内容

本申请实施例提供了一种隔离电流检测电路及方法，采用低成本器件完成了交直流电流信号的隔离采样，大大降低了隔离电流检测的成本。

第一方面，本申请实施例提供了一种隔离电流检测电路，包括：

分流器、差分放大电路、线性光耦和转换电路；

所述分流器与所述差分放大电路连接，用于采集电流信号；所述差分放大电路的输入为所述分流器两端的电势差，所述差分放大电路对所述电势差进行放大处理，所述差分放大电路的输出电压用于驱动线性光耦；所述线性光耦与所述转换电路连接，所述转换电路用于将所述线性光耦的输出电流转换为电压。

其中，还包括：直流电压偏置模块，所述直流电压偏置模块为所述差分放大电路的输入端叠加直流电压偏置。

其中，所述分流器用于采集功率电路中的电流。

其中，所述差分放大电路包括：电阻R2的一端与所述分流器的一端连接，电阻R2的另一端与电容C1的一端、电阻R1的一端、第一运放的同相输入端连接，电容C1的另一端与电阻R1的另一端连接；电阻R3的一端与所述分流器的另一端连接，电阻R3的另一端与第一运放的反向输入端、电阻R4的一端、电容C3的一端连接，电阻R4的另一端与电容C3的另一端、第一运放的输出端、电阻R5的一端连接；电阻R5的另一端与第二运放的反向输入端、线性光耦的3脚连接，第二运放的同相输入端接地，第二运放的输出端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与所述线性光耦的1脚连接。

其中，所述直流电压偏置模块与电容C1的另一端、电阻R1的另一端连接。

其中，所述线性光耦的型号为HCNR201-500E。

其中，所述转换电路包括：第三运放的同相输入端、所述线性光耦的5脚均与地连接，第三运放的反向输入端与所述线性光耦的6脚、电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与第三运放的输出端、电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地。

第二方面，本申请提供了一种隔离电流检测方法，使用上述任一项所述隔离电流检测电路，包括：

分流器采集电流信号；

将所述分流器两端的电势差作为差分放大电路的输入，所述差分放大电路对所述电势差进行放大处理，所述差分放大电路的输出电压用于驱动线性光耦；

转换电路将所述线性光耦的输出电流转换为电压。

其中，还包括：为所述差分放大电路的输入端叠加直流电压偏置。

其中，所述分流器用于采集功率电路中的电流。

本申请实施例隔离电流检测电路及方法具有如下有益效果：

本申请隔离电流检测电路包括：分流器、差分放大电路、线性光耦和转换电路；分流器与差分放大电路连接，用于采集电流信号；差分放大电路的输入为分流器两端的电势差，差分放大电路对电势差进行放大处理，差分放大电路的输出电压用于驱动线性光耦；线性光耦与转换电路连接，转换电路用于将线性光耦的输出电流转换为电压。本申请采用低成本器件完成了交直流电流信号的隔离采样，大大降低了隔离电流检测的成本。

附图说明

图1为本申请实施例隔离电流检测电路结构示意图；

图2为本申请实施例隔离电流检测电路另一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请进行进一步的介绍。

在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本发明的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本申请内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。

本发明将分流器与线性光耦结合起来，利用分流器采集电流信号，然后通过适当的处理以后通过线性光耦实现的隔离传输。其思路：利用分流器直接采集功率电路中的电流，然后将分流器两端的输出电势差作为差分运放的输入，经过合适的放大后转换成一种已经叠加一个合适的直流电压偏置的电压信号用来驱动线性光耦，从而实现分流器采样的非隔离信号的隔离传输。

锰铜材料的合金电阻价格十分便宜，线性光耦的价格也不贵，即使加上运放以及隔离电源等器件，整个方案成本也明显低于霍尔电流传感器，因此采用分流器加线性光耦的方案可以以更低的成本实现电流的隔离采样。另外如果将除分流器外的其他电路部分封装成模块则针对不同电流等级只需更换不同的分流器即可，其他电路参数及计算方法均不变。

如图1所示，本申请隔离电流检测电路包括：分流器201、差分放大电路202、线性光耦203和转换电路204；分流器201与差分放大电路202连接，用于采集电流信号；差分放大电路202的输入为分流器201两端的电势差，差分放大电路202对电势差进行放大处理，差分放大电路202的输出电压用于驱动线性光耦203；线性光耦203与转换电路204连接，转换电路204用于将线性光耦203的输出电流转换为电压。

本申请隔离电流检测电路还包括：直流电压偏置模块，直流电压偏置模块为差分放大电路的输入端叠加直流电压偏置。分流器用于采集功率电路中的电流。

如图2所示，本申请隔离电流检测电路中，差分放大电路包括：电阻R2的一端与分流器的一端连接，电阻R2的另一端与电容C1的一端、电阻R1的一端、第一运放的同相输入端连接，电容C1的另一端与电阻R1的另一端连接；电阻R3的一端与分流器的另一端连接，电阻R3的另一端与第一运放的反向输入端、电阻R4的一端、电容C3的一端连接，电阻R4的另一端与电容C3的另一端、第一运放的输出端、电阻R5的一端连接；电阻R5的另一端与第二运放的反向输入端、线性光耦的3脚连接，第二运放的同相输入端接地，第二运放的输出端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与线性光耦的1脚连接。

如图2所示，直流电压偏置模块与电容C1的另一端、电阻R1的另一端连接。线性光耦的型号为HCNR201-500E。HCNR201-500E是一种高线性度模拟光电耦合器。

如图2所示，转换电路包括：第三运放的同相输入端、线性光耦的5脚均与地连接，第三运放的反向输入端与线性光耦的6脚、电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与第三运放的输出端、电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地。

如图2所示，首先选择一款合适的分流器Rinsense，将Rinsense的两端引入到差分放大电路；选择合适的放大倍数并将运放输出接到线性光耦；线性光耦的输出通过运放将电流信号转换为电压信号后输入ADC模块。假设当前被测电流为Io，则差分运放输出的电压信号为IO*Rinsense。取R1＝R4,R2＝R3,R4/R3＝K，同时为了能够采集负电流且运放采用单电源供电，在差分运放输入端叠加一个直流电压偏置Vref,光耦原边输入电流IPD1＝Io*Rinsense*K/R5,光耦次级电流IPD2＝VOUT/R7,由于IPD1＝IPD2,所以

如果将上述电路中除Rinsense的其他参数固定下来，则根据不同的电流采样需求，只需调整相应的Rinsense的参数即可。这样可以便于模块化设计，针对不同的需求只需要调整Rinsense，所以其他电路可以封装成独立的模块，而不像霍尔电流传感器那样需要选择不同的型号，这样可以减少物料的种类，降低物料维护的成本。

本申请隔离电流检测电路，采用低成本器件完成了交直流电流信号的隔离采样，大大降低了隔离电流检测的成本。

本申请还提供了一种隔离电流检测方法，使用上述任一项隔离电流检测电路，包括：

分流器采集电流信号；

将分流器两端的电势差作为差分放大电路的输入，差分放大电路对电势差进行放大处理，差分放大电路的输出电压用于驱动线性光耦；

转换电路将线性光耦的输出电流转换为电压。

其中，还包括：为差分放大电路的输入端叠加直流电压偏置。

其中，分流器用于采集功率电路中的电流。

其中，所述差分放大电路包括：电阻R2的一端与所述分流器的一端连接，电阻R2的另一端与电容C1的一端、电阻R1的一端、第一运放的同相输入端连接，电容C1的另一端与电阻R1的另一端连接；电阻R3的一端与所述分流器的另一端连接，电阻R3的另一端与第一运放的反向输入端、电阻R4的一端、电容C3的一端连接，电阻R4的另一端与电容C3的另一端、第一运放的输出端、电阻R5的一端连接；电阻R5的另一端与第二运放的反向输入端、线性光耦的3脚连接，第二运放的同相输入端接地，第二运放的输出端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与所述线性光耦的1脚连接。

其中，所述直流电压偏置模块与电容C1的另一端、电阻R1的另一端连接。

其中，所述线性光耦的型号为HCNR201-500E。

其中，所述转换电路包括：第三运放的同相输入端、所述线性光耦的5脚均与地连接，第三运放的反向输入端与所述线性光耦的6脚、电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与第三运放的输出端、电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地。

本申请中，隔离电流检测方法实施例与隔离电流检测电路实施例基本相似，相关之处请参考隔离电流检测电路实施例的介绍。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例的技术方案可借助软件和/或硬件来实现。本说明书中的“单元”和“模块”是指能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的软件和/或硬件，其中硬件例如可以是FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、IC(Integrated Circuit，集成电路)等。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

以上介绍仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。