电流采样电路及电力电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及电力电子设备领域，更具体地说，涉及一种电流采样电路及电力电子设备。


背景技术：

2.在电力电子设备中，经常需要检测回路中的电流，以判断设备当前的工作状态和工作情况。通常情况下，可以采用电阻、霍尔电流传感器、分流器以及互感器等方式进行电流采样。
3.随着小功率变换器行业的崛起，对机器自身的体积要求不断的缩小，在节省成本的前提下，通常会使用电阻或分流器的采样方式进行电流采样。一些用于配合分流器使用的采样隔离光耦由于自身的抗干扰能力较差，或是电路的供电电源在受到干扰的情况下很容易导致输出的差分信号会出现偏差，因此采样到的电流就会出现问题，从而引发电力电子设备的故障报警，影响生产进度，降低生产效率。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述电力电子设备中电流采样易受干扰的问题，提供一种电流采样电路及电力电子设备。
5.本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种电流采样电路，应用于电力电子设备，包括采样转换单元、隔离防护单元和差分放大单元；所述采样转换单元包括电流采样电阻，并通过所述电流采样电阻接入待测电流回路以及将所述待测电流回路的电流转为对应的电压；所述隔离防护单元包括采样隔离光耦和连接到所述采样隔离光耦的副边电源的磁珠元件，且所述隔离防护单元通过所述采样隔离光耦与采样转换单元的输出端电性连接以及通过所述采样隔离光耦对所述采样转换单元输出的电压进行强弱电隔离后输出差分电压信号；所述差分放大单元的输入端与所述隔离防护单元的输出端电性连接，并对所述隔离防护单元输出的差分电压信号进行放大滤波处理后输出到所述电流采样电路的输出端。
6.作为本实用新型的进一步改进，所述隔离防护单元包括第一电阻、第一电容、第二电容以及第一稳压二极管；所述采样隔离光耦包括原边高压端口、原边接地端口和原边输入端口组，且所述原边输入端口组与采样转换单元的输出端电性连接，所述第一电阻连接在原边高压端口与原边电源之间；所述第一电容、第二电容并联连接在原边高压端口和原边接地端口之间，并构成第一双电容滤波子单元；所述第一稳压二极管的1、3端脚分别连接原边接地端口和原边高压端口。
7.作为本实用新型的进一步改进，所述隔离防护单元包括第二电阻，所述第二电阻的两端分别连接原边接地端口和电流采样电阻的低压端。
8.作为本实用新型的进一步改进，所述隔离防护单元包括第三电容、第四电容，所述磁珠元件包括片式磁珠；所述采样隔离光耦包括副边高压端口、副边接地端口和副边输出
端口组，所述副边输出端口组构成所述隔离防护单元的输出端；所述片式磁珠的两端分别接副边电源和副边高压端口；所述第三电容、第四电容并联连接在副边电源和副边接地端口之间，并构成第二双电容滤波子单元。
9.作为本实用新型的进一步改进，所述差分放大单元包括运放芯片、第三电阻、第四电阻，第五电阻、第六电阻、第五电容；所述运放芯片的正相输入端口和反相输入端口分别经由第三电阻和第四电阻连接到所述隔离防护单元的输出端，所述运放芯片的输出端经由所述第五电阻连接到所述电流采样电路的输出端；所述第六电阻、第五电容并联连接在所述运放芯片的正相输入端口与所述电流采样电路的输出端之间。
10.作为本实用新型的进一步改进，所述差分放大单元包括第七电阻、第八电阻、第六电容以及第七电容；所述第七电阻、第六电容并联连接在所述运放芯片的反相输入端与参考地之间，所述第八电阻、第七电容并联连接在所述电流采样电路的输出端与参考地之间。
11.作为本实用新型的进一步改进，所述采样转换单元包括第九电阻、第十电阻、第二稳压二极管和第八电容，所述电流采样电阻的两端分别经由第九电阻、第十电阻连接到所述采样隔离光耦的原边输入端口组，所述第二稳压二极管的1、3脚分别连接到所述采样隔离光耦的原边输入端口组，所述第八电容的两端分别连接到所述采样隔离光耦的原边输入端口组。
12.本实用新型还提供一种电力电子设备，包括如上所述的电流采样电路。
13.本实用新型具有以下有益效果：通过在采样隔离光耦的副边电源处增加磁珠元件，可大大提高采样隔离光耦的抗干扰能力，从而提高电流采样的稳定性和采样精度。
附图说明
14.图1是本实用新型实施例提供的电流采样电路功能模块示意图；
15.图2是本实用新型实施例提供的电流采样电路中隔离防护单元的电路图；
16.图3是本实用新型实施例提供的电流采样电路中差分放大单元的电路图；
17.图4是本实用新型实施例提供的电流采样电路中采样转换单元的电路图。
具体实施方式
18.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
19.如图1所示，是本实用新型实施例提供的电流采样电路功能模块示意图，该电流采样电路可应用于电力电子设备，并可采样电力电子设备中指定位置的电流。本实施例的电流采样电路包括采样转换单元11、隔离防护单元12和差分放大单元13，上述采样转换单元11、隔离防护单元12和差分放大单元13可分别由多个电子元件电性连接而成，且采样转换单元11、隔离防护单元12和差分放大单元13可集成到同一电路板(例如电力电子设备中的控制板或驱动板等)。
20.本实施例中的采样转换单元11包括电流采样电阻，并通过该电流采样电阻接入待测电流回路(即电力电子设备中的工作电路)以及将待测电流回路的电流转为对应的电压。隔离防护单元12包括采样隔离光耦和连接到采样隔离光耦的副边电源的磁珠元件，该隔离
防护单元12通过采样隔离光耦与采样转换单元11的输出端电性连接，并通过采样隔离光耦对采样转换单元11输出的电压进行强弱电隔离后输出差分电压信号。差分放大单元13的输入端与隔离防护单元12的输出端电性连接，并对隔离防护单元12输出的差分电压信号进行放大滤波处理后，输出到电流采样电路的输出端，并最终输出到电力电子设备中控制部件，例如电力电子设备的主控板的微控制单元(micro controller unit，mcu)，以作为控制电力电子设备运行的依据。
21.上述电流采样电路，由采样转换单元11将待测电流回路的电流转换成电压输出，并由隔离防护单元12将输出电压进行隔离滤波后通过差分放大电路13进行处理，将处理后的信号输出至mcu等进行处理。当电流采样电路遇到emi或emc问题时，由于隔离防护单元12中的采样隔离光耦的副边电源受到干扰，很容易导致输出信号不稳定，导致电流采样电路出现故障，上述电流采样电路通过在采样隔离光耦的副边电源处增加磁珠元件，可以大大提高副边电源的抗干扰能力，从而提高采样隔离光耦的抗干扰能力，提高电流采样的稳定性和采样精度。
22.结合图2所示，在本实用新型的一个实施例中，隔离防护单元12除了包括采样隔离光耦u1和磁珠元件外，还包括第一电阻r1、第一电容c1、第二电容c2以及第一稳压二极管d1。具体地，采样隔离光耦u1包括原边高压端口(即原边用于连接电源正的端口)vdd1、原边接地端口gnd1和原边输入端口组(具体包括vin 、vin-端口)，且原边输入端口组与采样转换单元11的输出端电性连接，第一电阻r1连接在原边高压端口vdd1与原边电源upp之间；第一电容c1、第二电容c2并联连接在原边高压端口vdd1和原边接地端口gnd1之间，并构成第一双电容滤波子单元，并可对原边电源upp进行滤波处理，从而减小原边电源噪声，提高采样隔离光耦u1原边的供电质量；第一稳压二极管d1的1、3端脚分别连接原边接地端口gnd1和原边高压端口vdd1。
23.上述隔离防护单元12还可包括第二电阻，该第二电阻的两端分别连接原边接地端口和电流采样电阻的低压端，起到隔离原边电源的参考地与电流采样电阻的参考地的作用。
24.在本实用新型的一个实施例中，上述隔离防护单元12除了包括采样隔离光耦u1和磁珠元件外，还包括第三电容c3、第四电容c4，且磁珠元件包括片式磁珠em1。采样隔离光耦u1包括副边高压端口(即副边用于连接电源正的端口)vdd2、副边接地端口gnd2和副边输出端口组(具体包括vout 、vout-端口)，并由副边输出端口组构成隔离防护单元12的输出端。上述片式磁珠em1的两端分别接副边电源vcc和副边高压端口vdd2，且该片式磁珠em1可以有效的对采样隔离光耦u1的副边的供电电源(即外部电源vcc)进行防护处理。第三电容c3、第四电容c4并联连接在副边电源vcc和副边接地端口gnd2之间，并构成第二双电容滤波子单元，减小外部电源vcc的噪声，提高采样隔离光耦u1副边供电质量。
25.结合图3所示，在本实用新型的一个实施例中，差分放大单元13包括运放芯片u2、第三电阻r3、第四电阻r4，第五电阻r5、第六电阻r6、第五电容c5。上述运放芯片u2的正相输入端口和反相输入端口分别经由第三电阻r3和第四电阻r4连接到隔离防护单元12的输出端(即隔离防护单元12输出差分信号的同相输出端和反相输出端，例如图2中的采样隔离光耦u1的vout 、vout-端口)，运放芯片u2的输出端则经由第五电阻r5连接到电流采样电路的输出端u_cur，该第五电阻r5可为运放芯片u2进行阻抗匹配，增加其带负载能力，使运放芯
片u2达到最好的输出情况，同时也可以对输出的电流信号进行限流，保护电流采样电路的后级电路。第六电阻r6、第五电容c5并联连接在运放芯片u2的正相输入端口与电流采样电路的输出端u_cur之间，对运放芯片u2进行超前补偿，稳定运放芯片u2，减少噪声。
26.此外，上述差分放大单元13还可包括第七电阻r7、第八电阻r8、第六电容c6以及第七电容c7。其中第七电阻r7、第六电容c6并联连接在运放芯片u2的反相输入端与参考地之间，并通过第六电容c6对隔离防护单元12输出的电压进行二次滤波，并且可以使运放芯片u2的增益配比更加平衡。第八电阻r8、第七电容c7并联连接在电流采样电路的输出端u_cur与参考地之间，形成一个rc滤波电路，对输出信号进行滤波处理，改善通频变窄的同时消除自激震荡。
27.上述差分放大单元13还可包括第九电容c9和第十电容c10，其中第九电容c9的第一端连接运放芯片u2的4脚并与-15v电源相连、第二端接地，第十电容c10第一端接运放芯片u2的8脚并与 15v电源相连、第二端接地，第九电容c9和第十电容c10可以降低运放芯片u2的供电电源噪声，增加运放芯片u2的稳定性。
28.结合图4所示，在本实用新型的一个实施例中，采样转换单元11除了包括电流采样电阻r12外，还包括第九电阻r9、第十电阻r10、第二稳压二极管d2和第八电容r8，并由电流采样电阻r12的两端接入待测电流，在电流采样电阻r12两端产生采样隔离光耦u1的输入量程内所对应的电压值。电流采样电阻r12的两端分别经由第九电阻r9、第十电阻r10连接到采样隔离光耦的原边输入端口组。第二稳压二极管d2的1、3脚分别连接到采样隔离光耦u1的原边输入端口组(即端口vin 和vin-)，第八电容r8的两端分别连接到采样隔离光耦u1的原边输入端口组(即端口vin 和vin-之间)。上述第八电容c8、第九电阻r9、第十电阻r10形成rc滤波网络，可对电流采样电阻r12产生的电压信号进行滤波处理，消除掉其中的干扰信号，进一步提高采样精度。
29.上述电流采样电路的电路结构简单，可以突破线性光耦的测量范围的限制，同时提高了采样精度，可以保证所使用设备检测到的电流的准确性；同时，该电流采样电路也减少了短路保护硬件电路部分所需保护时间，大大提高了使用设备的安全稳定性；并且由于隔离防护单元的存在，可以有效的减少共模信号对弱电流信号造成的干扰。
30.本实用新型还提供一种电力电子设备，包括如上所述的电流采样电路。
31.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。