一种电流检测电路及方法与流程

1.本发明涉及电子电路技术领域，具体而言，涉及一种电流检测电路及方法。


背景技术：

2.在现有技术中，一般通过电流传感器来检测电路中的电流，电流传感器中一般包括线圈，以生成感应电流，但是，线圈的匝数在集成电路板设计之初就已确定，后续无法根据实际检测的电流范围灵活地调整，导致检测精度降低。
3.针对现有技术中电流传感器的线圈的匝数无法根据检测的电流范围进行灵活调整，导致检测精度降低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

4.本发明实施例中提供一种电流检测电路及方法，以解决现有技术中电流传感器的线圈的匝数无法根据检测的电流范围进行灵活调整，导致检测精度降低的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种电流检测电路，所述电路包括：
6.两个电流传感器，每个电流传感器的线圈均接入外部电流源；每个所述电流传感器的输入端子均连接待检测三相交流电源的任意一相，用于检测该相的电流；
7.所述电流传感器的线圈的有效匝数可根据所述电流传感器当前检测的电流范围进行调节。
8.进一步地，所述电流传感器包括：
9.线圈，所述线圈的匝数至少为两匝；
10.第一开关，其第一端连接所述线圈的首匝线的起点，其第二端连接所述线圈的末匝线的起点；
11.至少一个第二开关，与所述线圈中除所述末匝线之外的其余匝线一一对应设置，其第一端连接对应的匝线的终点，第二端连接所述末匝线的起点；
12.所述第一开关和所述第二开关用于改变自身导通状态，进而调节电流传感器的线圈的有效匝数。
13.进一步地，所述电流检测电路还包括：
14.两个电压校正电路，与所述电流传感器一一对应设置，其第一端连接其对应的电流传感器的输入端子，第二端连接其对应的电流传感器的参考电压输出端子，第三端连接处理芯片；
15.所述处理芯片，还连接每个电流传感器的参考电压输出端子，用于根据每个电流传感器输出的参考电压和其对应的电压校正电路输出的电压确定所述电流传感器当前检测的电流范围，进而调节该电流传感器的线圈的有效匝数。
16.进一步地，所述处理芯片具体用于：
17.根据每个电流传感器输出的参考电压和其对应的电压校正电路输出的电压计算该电流传感器的输入电压，从而确定该电流传感器当前检测的电流范围；
18.确定当前检测的电流范围对应的线圈的有效匝数，并控制所述线圈按照确定的有效匝数工作；
19.在所述电流范围变宽时，控制所述线圈的有效匝数减少，以扩大所述电流传感器的量程；
20.在所述电流范围变窄时，控制所述线圈的有效匝数增多，以缩小所述电流传感器的量程。
21.进一步地，所述电压校正电路包括：
22.运算放大器，其同相输入端通过第一电阻连接所述电流传感器的输入端子，其反相输入端通过第二电阻连接所述电流传感器的参考电压输出端子，其同相输入端还通过第三电阻连接至所述电流传感器的参考电压输出端子和所述第二电阻之间，形成第一连接点，其输出端通过第四电阻连接所述处理芯片；
23.其中，所述第一电阻的阻值与所述第二电阻的阻值相等，所述第三电阻与所述第四电阻的阻值相等；
24.rc滤波电路，其中包括并联设置的第五电阻和第一电容，所述rc滤波电路的第一端连接所述运算放大器的输出端，第二端连接所述运算放大器的反相输入端；
25.第二电容，其第一端连接所述第一连接点，其第二端接地，用于对所述电流传感器输出的参考电压进行滤波；
26.第三电容，其第一端连接至所述运算放大器的同相输入端与所述第三电阻的连接点，与所述第二电阻之间，形成第二连接点；用于对所述第二连接点的电压进行滤波。
27.进一步地，所述处理芯片还用于：
28.根据所述待检测三相交流电源的任意两相的电流，计算第三相的电流；之后计算出零线电流并判断所述零线电流的大小是否大于预设值；在所述零线电流的大小大于预设值时，重新计算所述第三相的电流；其中，重新计算所述第三相的电流时，所依据的公式为：
[0029][0030]
其中，ia为所述任意两相中的第一相的电流，ib为所述任意两相中的第二相的电流，ic为所述第三相的电流。
[0031]
本发明还提供一种电流检测方法，应用于上述电流检测电路，所述方法包括：
[0032]
获取电流传感器当前检测的电流范围；
[0033]
根据所述电流传感器当前检测的电流范围调节该电流传感器的线圈的有效匝数。
[0034]
进一步地，获取电流传感器当前检测的电流范围，包括：
[0035]
根据每个电流传感器输出的参考电压和其对应的电压校正电路输出的电压计算该电流传感器的输入电压，从而确定该电流传感器当前检测的电流范围。
[0036]
进一步地，根据所述电流传感器当前检测的电流范围调节该电流传感器的线圈的有效匝数，包括：
[0037]
确定当前检测的电流范围对应的线圈的有效匝数，并控制所述线圈按照确定的有效匝数工作；
[0038]
如果所述电流范围变宽，则控制所述线圈的有效匝数减少，以扩大所述电流传感器的量程；
[0039]
如果所述电流范围变窄，则控制所述线圈的有效匝数增多，以缩小所述电流传感
器的量程。
[0040]
进一步地，所述方法还包括：
[0041]
通过处理芯片获取所述待检测三相交流电源的任意两相的电流；
[0042]
根据所述任意两相的电流计算第三相的电流，进而计算出零线电流；
[0043]
判断所述零线电流的大小是否大于预设值；
[0044]
如果是，则重新计算所述第三相的电流；其中，重新计算所述第三相的电流时，所依据的公式为：
[0045]
其中，ia为所述任意两相中的第一相的电流，ib为所述任意两相中的第二相的电流，ic为所述第三相的电流。
[0046]
应用本发明的技术方案，电流传感器的线圈的有效匝数可根据电流传感器当前检测的电流范围进行调节，能够实现根据检测的电流范围的不同，调整线圈的匝数，使电流传感器始终在满量程状态下工作，提高检测精度。
附图说明
[0047]
图1为根据本发明实施例的一种电流检测电路的结构框图；
[0048]
图2为根据本发明实施例的一种电流传感器的结构图；
[0049]
图3为根据本发明实施例的一种电压校正电路的结构图；
[0050]
图4为根据本发明实施例的电流检测方法的流程图。
具体实施方式
[0051]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅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获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052]
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
[0053]
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0054]
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述电阻，但这些电阻不应限于这些术语。这些术语仅用来将不同电阻之间区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一电阻也可以被称为第二电阻，类似地，第二电阻也可以被称为第一电阻。
[0055]
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
[0056]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的
包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
[0057]
下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。
[0058]
实施例1
[0059]
本实施例提供一种电流检测电路，目前的电流检测电路中，通常使用传感器进行电流的检测，在不同的电流检测应用场景下，被检测电流的大小也不同；但由于电流传感器的匝数在集成电路板设计之初就已确定，无法随实际检测电流大小调整线圈的匝数，就可能会导致本来应用于检测0-20a电流范围的电路传感器实际上只用到了0-5a的量程，极大地降低了检测精度。
[0060]
针对上述技术问题，本实施提供一种电流检测电路，图1为根据本发明实施例的一种电流检测电路的结构框图，如图1所示，上述电流检测电路包括：两个电流传感器10，每个电流传感器10的线圈的输入端in和输入端out接入外部电流源的正、负极之间；每个电流传感器10的输入端子in1连接待检测三相交流电源的任意一相，用于检测该相的电流；电流传感器10的线圈的有效匝数可根据电流传感器当前检测的电流范围进行调节。
[0061]
本实施例的电流检测电路，电流传感器10的线圈的有效匝数可根据电流传感器当前检测的电流范围进行调节，因此，能够实现根据实际检测的电流范围的不同，调整线圈的匝数，使电流传感器始终在满量程状态下工作，提高检测精度。
[0062]
如图1所示，本实施例的电流检测电路还包括：两个电压校正电路20，与电流传感器10一一对应设置，其第一端连接其对应的电流传感器10的输入端子in1，第二端连接其对应的电流传感器的参考电压输出端子out1，第三端连接处理芯片30的输入端；处理芯片30，其输入端还连接每个电流传感器的参考电压输出端子vout1，用于处理芯片30，还连接每个电流传感器10的参考电压输出端子，用于根据每个电流传感器10输出的参考电压和其对应的电压校正电路20输出的电压确定电流传感器10当前检测的电流范围，进而调节该电流传感器10的线圈的有效匝数。
[0063]
实施例2
[0064]
本实施例提供另一种电流检测电路，图2为根据本发明实施例的一种电流传感器的结构图，如图2所示，所述电流传感器包括：线圈t1，线圈的匝数至少为两匝，在本实施例中，线圈的匝数为4；第一开关k1，其第一端连接线圈的首匝线的起点，其第二端连接线圈的末匝线的起点；至少一个第二开关k2，与线圈中除末匝线之外的其余匝线一一对应设置，其第一端连接对应的匝线的终点，第二端连接末匝线的起点；第一开关k1和第二开关k2用于改变自身导通状态，进而调节电流传感器的线圈的匝数。在具体实施时，在第一开关k1闭合，所有的第二开关k2均关闭的情况下，电流传感器的线圈的有效匝数为1，在第一个第二开关k2闭合，其余的开关均断开的情况下，电流传感器的线圈的有效匝数为2；在第二个第二开关k2闭合，其余的开关均断开的情况下，电流传感器的线圈的有效匝数为3；在第三个第二开关k2闭合，其余的开关均断开的情况下，电流传感器的线圈的有效匝数为4
…
依次类推，在最后一个第二开关k2闭合，其余的开关均断开的情况下，电流传感器的线圈的有效匝数为4。也就是说，开关的数量与线圈的匝数相同，所有的开关，除第一个开关连接在线圈t1
的首匝线的起点和末匝线的终点之间之外，其余开关均对应连接在每一匝线的终点和末匝线的起点之间，按照由首匝线至末匝线的方向，将每一匝线对应的开关由小到大进行排序，例如1、2、3
…
4，开启的开关的序号越大，电流传感器的线圈的有效匝数越多。
[0065]
将线圈与开关相结合，针对不同范围的待检测电流，根据其实际电流范围的宽窄通过处理芯片30控制第一开关k1和第二开关k2的导通状态，进而调整线圈实际接入电路的有效匝数，进而使其始终保持在满量程的状态下，从而使电流传感器的精度提高。
[0066]
上述处理芯片具体用于：根据每个电流传感器输出的参考电压和其对应的电压校正电路输出的电压计算该电流传感器的输入电压，从而确定该电流传感器当前检测的电流范围；确定当前检测的电流范围对应的线圈t1的有效匝数，并控制线圈t1按照确定的有效匝数工作，在电流范围变宽时，控制线圈的匝数减少，以扩大所述电流传感器的量程在电流范围变窄时，控制线圈的匝数增多，以缩小所述电流传感器的量程。
[0067]
例如，假设电流传感器t1最大量程为0-20a，当检测的电流范围为0-20a时，控制第一开关k1导通，此时有效匝数为1；当检测的电流范围为0-10a时，控制第一个第二开关k2导通，此时有效匝数为2；当检测的电流范围为0-6.7a时，控制第二个第二开关导通，此时有效匝数为3；当检测的电流范围为0-5a时，控制第三个第二开关导通，此时有效匝数为4。如果电流值为4.5a，则确定检测的电流范围为0-5a。当电流值由4.5a变化为5.5a时，检测的电流范围变为0-6.7a，即检测的电流范围变宽，那么，将控制线圈的有效匝数将由4匝减少为3匝。
[0068]
图3为根据本发明实施例的一种电压校正电路的结构图，如图3所示，所述电压校正电路包括：运算放大器u1，其同相输入端通过第一电阻连接电流传感器10的输入端子in1，其反相输入端通过第二电阻r2连接参考电压输出端子out2，其同相输入端还通过第三电阻r3连接至参考电压输出端子out2和第二电阻r2之间，形成第一连接点a，其输出端通过第四电阻r4连接处理芯片30的ad接口；其中，第一电阻r1的阻值与第二电阻r2的阻值相等，第三电阻r3与第四电阻r4的阻值相等。
[0069]
外部电流通过cn1端子接入线圈的输入端in，经输出端out流出，再经过电流传感器10转化，产生输入电压vin，同时产生参考电压vref；输入电压vin和参考电压vref经过运算放大器u1及预设好阻值的第一电阻r1以及第三电阻r3，生成处理芯片30可接受范围内的电压信号；处理后的电压信号经过第四电阻r4及相应电容滤波后传入数字信号处理器30进行检测识别；数字信号处理器30根据运算放大器u1输出的电压及参考电压vref通过相应公式计算出输入电流大小，进而确定输入电流落入哪一最窄的检测的电流范围，其中，电流范围是预先设定好的，且不同的电流范围有重叠，在电流值落入多个电流范围时，选择最窄的电流范围，例如，上述电流范围包括0-20a，0-10a，0-6.7a，0-5a，如果计算出检测的电流值为4.5a，则确定检测的电流范围为0-5a。当检测的电流值由4.5a变化为5.5a时，检测的电流范围变为0-6.7a，即检测的电流范围变宽，那么，将控制线圈的有效匝数减少。
[0070]
为了实现对运算放大器u1输出的电压进行滤波，上述电压校正电路还包括：rc滤波电路，其中包括并联设置的第五电阻r5和第一电容c1，rc滤波电路的第一端连接运算放大器u1的输出端，第二端连接运算放大器u1的反相输入端。
[0071]
为了实现对电流传感器10输出的参考电压vref进行滤波，改善电压质量，电压校正电路20还包括：第二电容c2，其第一端连接第一连接点a，其第二端接地，用于对电流传感
器10输出的参考电压vref进行滤波。
[0072]
类似地，上述电压校正电路20还包括：第三电容c3，其第一端连接至运算放大器u2的同相输入端与第三电阻r3的连接点，与第二电阻r2之间，形成第二连接点b；用于对第二连接点b的电压进行滤波。
[0073]
针对参考电压vref不可预期的波动情况，本实施例中对参考电压vref进行实时检测，通过实时检测vref及ad接口检测到的电压值vad(即上述运算放大器u1输出的电压)，通过如下公式进行计算：
[0074]
vin＝(vad-vref)*第一电阻r1的阻值/第三电阻r3的阻值+vref，从而得出外部电流经过电流传感器转换后的输入电压值vin，再根据电流传感器10内部的转换公式得出电流传感器10检测的电流值，这样就有效避免了vref波动对其精度造成的影响。
[0075]
为了对电流传感器进行供电，电流传感器还连接电压源vdd和地线，在电压源vdd和地线之间，设置第四电容c4、第五电容c5，第六电容c6。
[0076]
为了获得待检测交流电源的三相的电流，上述处理芯片30还用于：
[0077]
根据待检测三相交流电源的任意两相的电流，计算第三相的电流；之后计算出零线电流并判断所述零线电流的大小是否大于预设值；在所述零线电流的大小大于预设值时，重新计算所述第三相的电流。
[0078]
具体地，在获得待检测三相交流电源的任意两相的电流ia、ib之后，三相电流矢量和为0这一规律计算出第三相的电流ic，通过如下公式计算零线的电流in：当|in|≥预设阈值，例如额定电流的5％时，认为零线电流不可忽略，三相电流矢量和为0不成立，通过三相电流矢量和为0这一规律计算出的第三相的电流ic不准确，需重新计算第三相的电流ic。处理芯片重新计算第三相的电流时，所依据的公式为：其中，ia为任意两相中的第一相的电流，ib为任意两相中的第二相的电流，ic为第三相的电流。
[0079]
由于三相电流中只有两相的电流是通过电流传感器检测计算出来的，第三相是根据这两相的电流，基于三相电流矢量和为0的这一规律计算得出的，这样就会导致一个问题：当零线n的电流较大，不可忽略时，将不再满足三相电流矢量和为0这一规律，基于这一规律计算出的第三相的电流也就会存在较大偏差，此时，通过计算第三相的电流ic，以减小偏差。
[0080]
实施例3
[0081]
本实施例提供一种电流检测方法，应用于上述电流检测电路，图4为根据本发明实施例的电流检测方法的流程图，如图4所示，所述方法包括：
[0082]
s101，获取电流传感器当前检测的电流范围。
[0083]
s102，根据电流传感器当前检测的电流范围调节该电流传感器的线圈的有效匝数。
[0084]
本实施例的电流检测方法，根据电流传感器当前检测的电流范围调节该电流传感器的线圈的有效匝数，能够实现根据检测的电流范围的不同，调整线圈的匝数，使电流传感器始终在满量程状态下工作，提高检测精度。
[0085]
实施例4
[0086]
本实施例提供另一种电流检测方法，在本实施例中，步骤s101具体包括：根据每个电流传感器输出的参考电压和其对应的电压校正电路输出的电压计算该电流传感器的输入电压，从而确定该电流传感器当前检测的电流范围；步骤s102具体包括：确定当前检测的电流范围对应的线圈的有效匝数，并控制线圈按照确定的有效匝数工作；如果电流范围变宽，则控制线圈的有效匝数减少，以扩大所述电流传感器的量程；如果电流范围变窄，则控制线圈的有效匝数增多，以缩小所述电流传感器的量程。
[0087]
例如，假设电流传感器t1最大量程为0-20a，当检测的电流范围为0-20a时，控制第一开关k1导通，此时有效匝数为1；当检测的电流范围为0-10a时，控制第一个第二开关k2导通，此时有效匝数为2；当检测的电流范围为0-6.7a时，控制第二个第二开关导通，此时有效匝数为3；当检测的电流范围为0-5a时，控制第三个第二开关导通，此时有效匝数为4。如果电流值为4.5a，则确定检测的电流范围为0-5a。当电流值由4.5a变化为5.5a时，检测的电流范围变为0-6.7a，即检测的电流范围变宽，那么，将控制线圈的有效匝数将由4匝减少为3匝。
[0088]
为了获得待检测交流电源的三相的电流，上述方法还包括：通过处理芯片获取待检测三相交流电源的任意两相的电流；根据任意两相的电流计算第三相的电流，进而计算出零线电流；判断零线电流的大小是否大于预设值；如果是，则重新计算第三相的电流。具体地，重新计算第三相的电流时，所依据的公式为：
[0089][0090]
其中，ia为任意两相中的第一相的电流，ib为任意两相中的第二相的电流，ic为第三相的电流。
[0091]
由于三相电流中只有两相的电流是通过电流传感器检测计算出来的，第三相是根据这两相的电流，基于三相电流矢量和为0的这一规律计算得出的，这样就会导致一个问题：当零线n的电流较大，不可忽略时，将不再满足三相电流矢量和为0这一规律，基于这一规律计算出的第三相的电流也就会存在较大偏差，此时，通过计算第三相的电流ic，以减小偏差。
[0092]
以上所描述的电路实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0093]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0094]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；
而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。