一种电流采样电路及保护装置

技术领域

本发明涉及电流采样技术领域，具体涉及一种电流采样电路及保护装置。

背景技术

现有的电流采样电路，通常存在局限性，比如对于满足小电流的采样精度要求的电路，其无法对大电流进行采样；而对于满足大电流的采样精度要求的电路，对小电流采样精度不够，即无法同时满足多种应用场景的电流和精度采样需求。

因此，有必要提出一种兼顾采样精度与电流采样范围的电流采样方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有电流采样电路所存在的无法满足多区间电流和精度需求的不足，提供一种宽范围电流采样电路，能够自动识别输入电流的大小，自动切换至适合的采样电流区间进行电流采样，从而提高采样精度。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种电流采样电路，其包括：

控制模块；

开关组件；以及，设置在直流输入端与直流输出端之间的多个电流采样支路，其中，每个所述电流采样支路分别对应一个采样范围，且多个所述电流采样支路的采样范围共同构成一个连续的采样范围；

而且，所述控制模块，被配置为用于通过控制所述开关组件，按照由大电流至小电流的顺序，依次导通到对应电流采样支路，直至输入电流的采样值满足所导通的电流采样支路对应采样范围。

根据一种具体的实施方式，本发明的电流采样电路中，所述电流采样支路包括：电流采样电阻和电流检测芯片；其中，所述电流检测芯片与所述控制模块连接，用于将其检测的电流采样信号传输至所述控制模块；所述控制模块，用于根据所述电流采样信号，得到输入电流的采样值。

进一步地，所述电流采样支路还包括：一个或多个与所述电流采样电阻连接的分压电路。

根据一种具体的实施方式，本发明的电流采样电路中，所述控制模块配置有触发接口，用于获取外部的脉冲信号；而且，所述控制模块，被配置为根据外部的脉冲信号，同步地控制所述开关组件，使对应的所述电流采样支路对进行电流采样。

进一步地，所述控制模块存储有一个多个或多个脉冲信号的周期数据；而且，所述控制模块，被配置为根据脉冲信号的周期数据，同步地控制所述开关组件，使对应的所述电流采样支路对输入电流进行采样.

再进一步地，所述控制模块，被配置为当脉冲信号为高电平时，启动相应的所述电流采样支路进行电流采样，以及当脉冲信号为低电平时，停止所述电流采样支路的电流采样。

由此，本发明基于外部脉冲对控制模块进行采样触发设置，使得控制模块基于脉冲信号获取有效脉冲信号内对应工作状态时的电流采样数据。

根据一种具体的实施方式，本发明的电流采样电路中，所述控制模块，被配置为根据外部的脉冲信号或脉冲信号的周期数据，对输入电流同步采样，电流的采样时间为单个有效脉冲宽度时间分别加减单个有效脉冲宽度时间*预设百分比。

在本实施例中，该预设百分比可根据电路需求进行设定，以单个脉冲宽度为10mS，预设百分比为5％为例，此时采样时间取值为0.5mS～9.5mS。

根据一种具体的实施方式，本发明的电流采样电路中，所述开关组件包括：多对开关元件；其中，每对开关元件分别对应一个所述电流采样支路。

进一步地，每对开关元件包括：一个MOS管和一个继电器；而且，所述控制模块通过所述MOS管控制所述继电器的通断，实现对应电流采样支路的导通控制。

在本发明进一步的实施例中还提供一种保护装置，包括：上述电流采样电路，以及与所述电流采样电路连接的硬件保护电路；

其中，所述硬件保护电路与所述控制模块连接，用于获取输入电流的采样值，并对采样值与预设基准值进行比较，以确定输入电流是否异常，若确定输入电流异常，则输出控制电压至所述继电器，以控制所述继电器的通断，实现对应电流采样支路的导通控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明的宽范围电流采样电路，通过在设置在直流输入端与直流输出端之间的多个电流采样支路，同时，每个电流采样支路分别对应一个采样范围，且多个所述电流采样支路的采样范围共同构成一个连续的采样范围；而且，通过控制模块控制开关组件，使多个电流采样支路按照由大电流至小电流的顺序依次导通，直至输入电流的采样值适合所导通的电流采样支路对应采样范围。因此，本发明能够输入电流的大小，自动切换至适合的采样电流区间进行电流采样，从而提高采样精度。

2、本发明的宽范围电流采样电路，控制模块能够根据外部的脉冲信号或脉冲信号的周期数据，对输入电流同步采样，从而实现任意周期的电流采集；而且，通过设置输入电流采样值的有效取值时间，减小脉冲信号的时延影响，使输入电流的采样值更加准确，防止出现误告警和误保护。

附图说明

图1为本发明宽范围电流采样电路的电路结构图；

图2为本发明宽范围电流采样电路包含脉冲触发功能的电路结构图；

图3为脉冲信号的波形示意图；

图4为本发明宽范围电流采样电路包含脉冲触发和硬件保护功能的电路结构图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

本发明的宽范围电流采样电路，其包括：

控制模块；

开关组件；以及，设置在直流输入端与直流输出端之间的多个电流采样支路，其中，每个所述电流采样支路分别对应一个采样范围，且多个所述电流采样支路的采样范围共同构成一个连续的采样范围；

而且，所述控制模块，被配置为用于通过控制所述开关组件，按照由大电流至小电流的顺序，依次导通到对应电流采样支路，直至输入电流的采样值满足所导通的电流采样支路对应采样范围。

如图1所示，本发明的宽范围电流采样电路，具有两个电流采样支路，控制模块采用MCU，开关组件包括二个MOS管和两个继电器K1、K2构成。

具体的，电流采样支路包括：电流采样电阻和电流检测芯片；其中，所述电流检测芯片与所述控制模块连接，用于将其检测的电流采样信号传输至所述控制模块；所述控制模块，用于根据所述电流采样信号，得到输入电流的采样值。

在实施时，电流检测芯片1，电路检测范围0.005～10A@5mA精度；电流检测芯片2电路检测范围10～400A@0.1A精度。设计电路时，需要合理选取电流采样电阻值大小和功率规格，确保电流检测芯片输出电压满足自身规格，同时需要计算最大工作电流是否满足电流采样电阻的功率降额。当电流检测芯片输出电压超出DAC采样量程时，可以在采样电压输入端，增加分压电路实现，以保证在有效精度采样和调节。

MCU程序分别对各电流采样支路的上限和下限输出电压范围区间进行设置。优先导通最大电流采样支路，若采样电流对应电压超所述支路的上限，关断所K1、K2开关，电路不工作。若采样电流对应电压小于所述支路的下限电压，电流采样支路向下一级采样区间进行切换，防止电流超过所述支路元器件降额而损坏。实现不同的电流大小自动选择合适的采样单元。

比如，以大功率射频电路的电流采样为例，大功率射频电路一般由多个PA组成，而PA在设置静态工作点时，一般电流在几十到几百毫安不等，为了保证最佳静态工作点，往往对于精度控制范围在10mA以内。而实际额定功率工作时，单个PA的峰值功率可达几十安培。对于KW级及以上的射频模块，由多个PA组成，合计总电流可达几百安培。采用本发明的宽范围电流采样电路完全可符合上述需求。

再比如，针对运行在波峰及波谷的设备，根据时段和业务量的不同，设备功耗也不一样。若需高精度时时检测工作电流大小，采用本发明的宽范围电流采样电路，可根据工作电流大小，自由切换采样电路的精度，以满足检测要求。

如图2所示，本发明的宽范围电流采样电路中，控制模块采用的MCU配置有触发接口，用于获取外部的脉冲信号，可实现产品连续工作和脉冲工作模式的采样兼容。此时，控制模块会根据外部的脉冲信号高低电平的状态，触发所述电流采样支路对输入电流进行采样。此外，控制模块还可以存储有一个或多个脉冲信号的周期采样数据，用于上报或外部通信查询。

比如，针对MRI功放电流采样，由于MRI功放属于非连续工作的放大器，可以通过脉冲信号的触发同步，对脉冲信号周期内的工作电流进行采样与告警处理。采用本发明的宽范围电流采样电路，可以规避传统连续采样方式对脉冲周期内的非工作模式下的电流数据的采集，造成误告警和误保护。

结合图3所示的脉冲信号，其中，TU：工作脉冲打开时间；TR：单个工作周期总时间；Tblank：TR-TU＝单个周期内的关闭时间。除了硬件电路在常规采样电路的基础上，通过MCU增加外部触发接口，使同步脉冲信号周期和采样及控制时间一致；在软件层面，控制模块采用的MCU被配置为当脉冲信号为高电平时，获取对应的所述电流采样支路的数据采集，以及当脉冲信号为低电平时，停止对应的所述电流采样支路的数据采集。即，当接收到触发信号为高电平时，启动电流检测采样和数据上传，当触发信号为低电平时，停止采样信息和数据。

在实施时，考虑到脉冲信号的时延影响，本发明的宽范围电流采样电路中，所述控制模块，被配置为根据外部的脉冲信号或脉冲信号的周期数据，对输入电流同步采样时，电流的采样时间为单个有效脉冲宽度时间分别加减单个有效脉冲宽度时间*5％。举例单个脉冲宽度为10mS,即采样时间取值为0.5mS～9.5mS。由此，通过设置输入电流采样值的有效取值时间，减小脉冲信号的时延影响，使输入电流的采样值更加准确，防止出现误告警和误保护。

在一个实施例中，本发明的宽范围电流采样电路还包括：硬件保护电路；而且，所述硬件保护电路与所述控制模块连接，用于获取输入电流的采样值，并对采样值与基准值进行比较，以确定输入电流是否异常，若确定输入电流异常，则输出控制电压至所述继电器，以控制所述继电器的通断，实现对应电流采样支路的导通控制。

具体的，如图4所示，本发明的宽范围电流采样电路的硬件保护功能，通过MCU的I/O口输出电压和比较器的基准电压进行比较，使其比较器输出电压翻转，进而输出控制电压至所述继电器，以控制继电器K1、K2的通断，实现对应电流采样支路的导通控制。

在一个实施例中，本发明的宽范围电流采样电路还可提供日志监控功能；具体的，假设有效采样频率预设0.1ms，10个采样周期做平均，当作一个上报点，存储当前时间前20个上报点，即(20ms)作为采样监控数据日志(存储点及采样频率具体数值根据实际效果调整)。日志可以提供主机查询，超出存储容量的信息自动迭代刷新。也可以以固定时间主动向外发送日志信息进行备份。

在另一个实施例中，本发明的宽范围电流采样电路还可提供温度补偿功能；具体的，由于芯片电流采样芯片个体差异，加上不同温度下的采样偏差。为了保证采样准确性，需要对不同温度下的电流进行取样，和实际电流进行一个偏移计算，将误差写入程序，实际运行时根据对应温度下的采样值进行校正。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。