一种电流检测装置及方法与流程

1.本发明涉及电流检测技术领域，具体而言，涉及一种电流检测装置及方法。


背景技术：

2.随着新能源技术的发展，电能安全越来越重要，电流检测技术在安全性方面发挥着很重要的作用，保护着人们的人身安全。而电流检测的速度快，误差小就显的很重要。
3.现有技术中，对环形磁通门电流传感器采集数据时，一般是通过多路adc通道中的1路adc通道进行电流采集，以用于电流波形分析计算，在每秒总采样点数不变的情况下，电流采集点数占比较少。采样点数少时，电流采集的数据不能很好的反应电流波动，求得的电流与实际电流偏差就大。如果还有其他的adc采集需求，电流采集点数占比会进一步降低。在需要提高每秒的电流采样点数时，就需要更高的adc采样频率，也就是说需要主频更高的mcu来提高adc采样频率，增加硬件规格来实现采集，这就导致了硬件成本的上升。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种电流检测装置及方法，在不增加硬件规格的情况下，在一个周期中能得到更多的电流采样点数，提高电流传感器电流检测精度。
5.本发明实施例提供了一种电流检测装置，所述装置包括：
6.mcu，预置有adc模块，所述adc模块设有n路adc通道；
7.其中，1路adc通道被配置为采集温度传感器的温度信号，得到1个温度adc值；1路adc通道被配置为采集电压传感器的电压信号，得到1个电压adc值；n-2路adc通道被配置为同时采集电流传感器的电流信号，得到n-2个电流adc值；n为大于或等于8的整数；
8.所述温度adc值和所述电压adc值用于补偿所述n-2个电流adc值，以得到补偿后的电流值。
9.作为本发明进一步的改进，所述mcu还包括计算单元，所述计算单元用于确定所述n-2个电流adc值的平均值value
adc
，并对通过所述平均值value
adc
确定平均电流i
avg
：i
avg
＝value
adc
/4096*vref，其中，vref表示所述adc模块的供电电压。
10.作为本发明进一步的改进，所述计算单元利用所述温度adc值和所述电压adc值对所述平均电流i
avg
进行温度补偿，得到补偿后的电流值，
11.补偿后的电流值＝平均电流i
avg
+温度补偿值+电压补偿值，其中，所述温度补偿值通过所述温度adc值确定，所述电压补偿值通过所述电压adc值确定。
12.作为本发明进一步的改进，所述计算单元还用于对所述补偿后的电流值进行卡尔曼滤波，输出滤波后的电流值，所述滤波后的电流值作为所述装置检测到的电流值。
13.作为本发明进一步的改进，n为8。
14.本发明实施例还提供了一种电流检测方法，所述方法包括：
15.通过mcu预置adc模块的n路adc通道中的1路adc通道采集温度传感器的温度信号，
得到1个温度adc值；其中，n为大于或等于8的整数；
16.通过所述n路adc通道中的1路adc通道采集电压传感器的电压信号，得到1个电压adc值；
17.通过所述n路adc通道中的n-2路adc通道同时采集电流传感器的电流信号，得到n-2个电流adc值；
18.通过所述温度adc值和所述电压adc值补偿所述n-2个电流adc值，得到补偿后的电流值。
19.作为本发明进一步的改进，所述通过所述温度adc值和所述电压adc值补偿所述n-2个电流adc值，得到补偿后的电流值，包括：
20.确定所述n-2个电流adc值的平均值value
adc
；
21.通过所述平均值value
adc
确定平均电流i
avg
：i
avg
＝value
adc
/4096*vref，其中，vref表示所述adc模块的供电电压；
22.通过所述温度adc值对所述平均电流i
avg
进行温度补偿，得到补偿后的电流值，
23.补偿后的电流值＝平均电流i
avg
+温度补偿值+电压补偿值，其中，所述温度补偿值通过所述温度adc值确定，所述电压补偿值通过所述电压adc值确定。
24.作为本发明进一步的改进，所述方法还包括：对所述补偿后的电流值进行卡尔曼滤波，输出滤波后的电流值。
25.作为本发明进一步的改进，n为8。
26.本发明的有益效果为：
27.通过在mcu内置多路adc通道同时检测一路电流，可以提高单位周期内电流采样点数，以提高电流传感器输出精度。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明一示例性实施例所述的一种电流检测装置的框图示意图；
30.图2为本发明一示例性实施例所述的一种电流检测方法的流程示意图。
具体实施方式
31.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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
33.另外，在本发明的描述中，所用术语仅用于说明目的，并非旨在限制本发明的范
围。术语“包括”和/或“包含”用于指定所述元件、步骤、操作和/或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他元件、步骤、操作和/或组件的情况。术语“第一”、“第二”等可能用于描述各种元件，不代表顺序，且不对这些元件起限定作用。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个及两个以上。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。结合以下附图，这些和/或其他方面变得显而易见，并且，本领域普通技术人员更容易理解关于本发明所述实施例的说明。附图仅出于说明的目的用来描绘本发明所述实施例。本领域技术人员将很容易地从以下说明中认识到，在不背离本发明所述原理的情况下，可以采用本发明所示结构和方法的替代实施例。
34.本发明实施例所述的一种电流检测装置，所述装置包括：
35.mcu，预置有adc模块，所述adc模块设有n路adc通道；
36.其中，1路adc通道被配置为采集温度传感器的温度信号，得到1个温度adc值；1路adc通道被配置为采集电压传感器的电压信号，得到1个电压adc值；n-2路adc通道被配置为同时采集电流传感器的电流信号，得到n-2个电流adc值；n为大于或等于8的整数；
37.所述温度adc值和所述电压adc值用于补偿所述n-2个电流adc值，以得到补偿后的电流值。
38.电流容易受到外界干扰，波动大。现有技术采样点数少，电流采集的数据不能很好的反应电流波动，求得的电流与实际电流偏差就大，如果需要增加采样点数，就需要更高的adc采集频率，增加硬件规格和成本。本发明所述装置用于环形磁通门电流传感器，通过在mcu内置adc模块的多路adc通道同时检测一路电流，即同时检测电流传感器的输出电流，可以提高单位周期内电流采样点数，以提高电流传感器输出精度。其中，设置温度传感器并采集温度信号，是为了实时采集adc模块当前的工作温度，以使mcu利用该工作温度以对电流信号进行补偿。设置电压传感器，是为了实时采集adc模块当前的工作电压，以使mcu利用该工作电压以对电流信号进行补偿。而mcu则是得到温度传感器、电压传感器以及电流传感器的adc值。
39.模拟数字转换器(adc)是模拟集成电路领域的常用电路模块，其功能是完成数据从模拟量到数字量的转换。如图1所示，例如一共8路adc通道(图1中的adc1-8)，其中，6路adc通道(包括图1中的adc1-6)采集同一个电流信号，1路adc通道(图1中的adc7)进行温度采集，1路adc通道(图1中的adc8)进行电压采集，此时，在不提高adc频率的情况下，最高电流采样点占比可达75％。而现有技术中，如果采用8路adc通道，其中只有1路adc通道采集电流信号时，电流采样点占比33.3％。可以明显看出，本发明所述装置在不增加硬件的情况下，电流采样点数增加了约1.25倍，以低成本方式获取了更多的采集数据，从而能更好的反应电流的波动，求得的电流与实际电流偏差就更小，精度更高。上述为示意性举例说明，采集通道的数量可以根据情况适应性设计。
40.一种实施方式中，所述mcu还包括计算单元，所述计算单元用于确定所述n-2个电流adc值的平均值value
adc
，并对通过所述平均值value
adc
确定平均电流i
avg
：i
avg
＝value
adc
/4096*vref，其中，vref表示mcu中adc模块的供电电压，该供电电压为一个固定值，例如是5v。
41.一种实施方式中，所述计算单元利用所述温度adc值和所述电压adc值对所述平均电流i
avg
进行温度补偿，得到补偿后的电流值，
42.补偿后的电流值＝平均电流i
avg
+温度补偿值+电压补偿值，其中，所述温度补偿值通过所述温度adc值确定，所述电压补偿值通过所述电压adc值确定。
43.可以理解的是，由于硬件受工作温度和工作电压影响，会影响电流值，就需要进行高低温标定以及电压标定，所述方法分别通过一路adc通道采集adc模块当前的工作电压和工作温度，并利用采集到的工作电压和工作温度的adc值，来得到温度补偿值和电流补偿值，以对电流传感器的电流值进行补偿。
44.由于采集到的电流值是随温度和电压变化的，且电流值随温度变化呈线性变化关系，电流值随电压变化呈线性变化关系。利用线性变化关系以及当前的工作温度，可以获取采集到的电流值对应的温度补偿值。同样，利用线性变化关系以及当前的工作电压，可以获取采集到的电流值对应的电压补偿值。
45.一种实施方式中，所述计算单元还用于对所述补偿后的电流值进行卡尔曼滤波，输出滤波后的电流值，所述滤波后的电流值作为所述装置检测到的电流值。
46.可以理解的是，电流值经过卡尔曼滤波，可以减少偏差。卡尔曼滤波(kalman filtering)是一种利用线性系统状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行最优估计的算法。本发明通过卡尔曼滤波，在滤除电流值中噪声的同时，还能满足电流的响应要求，以使得到的电流值满足精度要求，提高了电流传感器的输出精度。
47.本发明实施例所述的一种电流检测方法，所述方法包括：
48.通过mcu预置adc模块的n路adc通道中的1路adc通道采集温度传感器的温度信号，得到1个温度adc值；其中，n为大于或等于8的整数；
49.通过所述n路adc通道中的1路adc通道采集电压传感器的电压信号，得到1个电压adc值；
50.通过所述n路adc通道中的n-2路adc通道同时采集电流传感器的电流信号，得到n-2个电流adc值；
51.通过所述温度adc值和所述电压adc值补偿所述n-2个电流adc值，得到补偿后的电流值。
52.一种实施方式中，所述通过所述温度adc值和所述电压adc值补偿所述n-2个电流adc值，得到补偿后的电流值，包括：
53.确定所述n-2个电流adc值的平均值value
adc
；
54.通过所述平均值value
adc
确定平均电流i
avg
：i
avg
＝value
adc
/4096*vref，其中，vref表示mcu中adc模块的供电电压；
55.一种实施方式中，通过所述温度adc值对所述平均电流i
avg
进行温度补偿，得到补偿后的电流值，
56.补偿后的电流值＝平均电流i
avg
+温度补偿值+电压补偿值，其中，所述温度补偿值通过所述温度adc值确定，所述电压补偿值通过所述电压adc值确定。
57.一种实施方式中，所述方法还包括：对所述补偿后的电流值进行卡尔曼滤波，输出滤波后的电流值。
58.下面结合图2详细说明本发明所述一种电流检测方法的详细流程。
59.s1，mcu中adc模块配置6路adc通道采集电流，一路adc通道采集温度，一路通道采集电压。
60.s2，在adc模块的中断函数中得到6路电流的adc值，1路温度的adc值以及1路电压的adc值。
61.s3，求得6路电流的adc值的平均值。
62.s4，计算平均电流：i
avg
＝value
adc
/4096*vref，其中，vref表示mcu中adc模块的供电电压，例如为5v。
63.s5，进行标定电流补偿：计算当前工作温度以及工作电压，由于硬件受温度和电压影响，会影响电流值，就需要进行高低温标定和电压标定，计算的电流需要进行温度补偿，实际的电流值(即补偿后的电流值)＝测量电流值(平均电流i
avg
)+温度补偿值(根据当前工作温度以及线性变化关系得到)+电压补偿值(根据当前工作电压以及线性变化关系得到)。
64.s6，电流值经过卡尔曼滤波，以减少偏差。
65.s7，输出滤波后的电流值。
66.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
67.此外，本领域普通技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
68.本领域技术人员应理解，尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。