电流检测装置及电流检测系统的制作方法

1.本公开涉及电流检测技术领域，具体地，涉及一种电流检测装置及电流检测系统。


背景技术：

2.在电源管理(如dc/dc(直流/直流)转换器、光伏优化器以及电池监控)、电机控制、电池阀控制等应用中，通常需要实时检测电流和计算剩余电量。相关技术中一般采用小电阻采样的方式来检测电流。示例地，利用串联在地线上的小电阻实现电流转电压的功能，然后利用运算放大器负反馈实现按电阻比例进行信号放大的功能。


技术实现要素：

3.本公开的目的是提供一种电流检测装置及电流检测系统，以解决相关技术中存在的问题。
4.为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种电流检测装置，包括：压差调节模块、运算放大电路和处理模块，所述运算放大电路分别与所述压差调节模块和所述处理模块相连；
5.所述压差调节模块，用于与待测系统相连，并能够将用于表征所述待测系统输出端正电压差的第一电压信号和用于表征所述待测系统输出端负电压差的第二电压信号发送给所述运算放大电路；
6.所述运算放大电路，用于在接收到所述第一电压信号和所述第二电压信号时，根据预设的调整参数对所述第一电压信号和所述第二电压信号进行调整，并向所述处理模块发送调整后的第一电压信号和调整后的第二电压信号；
7.所述处理模块，用于根据调整后的第一电压信号、调整后的第二电压信号和所述待测系统中采样电阻的阻值，确定所述待测系统的输出电流。
8.可选地，所述压差调节模块包括开关网络；
9.所述开关网络，用于在按照第一闭合策略闭合时将所述待测系统输出正端与所述运算放大电路的输入正端相连，将所述待测系统输出负端与所述运算放大电路的输入负端相连，以及，在按照第二闭合策略闭合时将所述待测系统输出负端与所述运算放大电路的输入正端相连，将所述待测系统输出正端与所述运算放大电路的输入负端相连。
10.可选地，所述开关网络包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；
11.所述第一开关的第一端与所述待测系统输出正端相连，第二端与所述运算放大电路的输入正端相连；
12.所述第二开关的第一端与所述待测系统输出正端相连，第二端与所述运算放大电路的输入负端相连；
13.所述第三开关的第一端与所述待测系统输出负端相连，第二端与所述运算放大电路的输入正端相连；
14.所述第四开关的第一端与所述待测系统输出负端相连，第二端与所述运算放大电
路的输入负端相连；
15.其中，所述第一闭合策略为所述第一开关和所述第四开关闭合、以及所述第二开关和所述第三开关断开，所述第二闭合策略为所述第二开关和所述第三开关闭合、以及所述第一开关和所述第四开关断开。
16.可选地，所述开关网络包括第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关；
17.所述第一单刀双掷开关的不动端中的第一端与所述待测系统输出正端，第二端与所述待测系统输出负端相连，第一单刀双掷开关的动端与所述运算放大电路的输入正端相连；
18.所述第二单刀双掷开关的不动端中的第一端与所述待测系统输出正端，第二端与所述待测系统输出负端相连，所述第二单刀双掷开关的动端与所述运算放大电路的输入负端相连；
19.其中，所述第一闭合策略为所述第一单刀双掷开关的动端与不动端中的第一端相连，所述第二单刀双掷开关的动端与不动端中的第二端相连，所述第二闭合策略为所述第一单刀双掷开关的动端与不动端中的第二端相连，所述第二单刀双掷开关的动端与不动端中的第一端相连。
20.可选地，所述运算放大电路包括：运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；
21.所述第一电阻的第一端和所述第三电阻的第一端分别与所述开关网络相连，所述第一电阻的第二端与所述运算放大器的输入正端相连，所述第三电阻的第二端与所述运算放大器的输入负端相连，或者，所述第一电阻的第一端与所述待测系统输出正端，所述第一电阻的第二端与所述开关网络相连，所述第三电阻的第一端与所述待测系统输出负端，所述第三电阻的第二端与所述开关网络相连；
22.所述第二电阻的第一端与所述运算放大器的输入正端相连，所述第二电阻的第二端接地；
23.所述第四电阻的第一端与所述运算放大器的输入负端相连，所述第四电阻的第二端与所述运算放大器的输出端相连。
24.可选地，所述运算放大电路还包括：第五开关和第六开关，其中，所述第五开关和所述第六开关为常闭开关，且所述第五开关与所述第二电阻串联后接入运算放大器的输入正端，所述第六开关与所述第四电阻串联在所述运算放大器的输入负端和输出端之间。
25.可选地，所述电流检测装置还包括参考电压生成电路，所述参考电压生成电路的输出端与所述第二电阻的第二端相连，用于向所述运算放大器的输入正端输入预设的参考电压。
26.可选地，所述电流检测装置还包括时钟生成模块，所述时钟生成模块用于生成两相非交叠时钟信号；
27.其中，在所述两相非交叠时钟中的第一时钟信号处于预设电平时所述开关网络按照所述第一闭合策略闭合，以及，在所述两相非交叠时钟中的第二时钟信号处于所述预设电平时所述开关网络按照所述第二闭合策略闭合。
28.可选地，所述处理模块包括模数转换单元和数字信号处理单元；
29.所述模数转换单元用于将调整后的第一电压信号和调整后的第二电压信号分别
转换为各自对应的数字信号，并向所述数字信号处理单元发送所述数字信号；
30.所述数字信号处理单元同于根据所述数字信号和待测系统中的采样电阻的阻值，确定所述待测系统的输出电流。
31.本公开第二方面提供一种电流检测系统，包括：待测系统和本公开第一方便所述的电流检测装置；
32.其中，所述待测系统为用于低边小电阻电流检测的待测系统和/或用于低边开关管电流检测的待测系统。
33.采用上述技术方案，压差调节模块能够将用于表征待测系统输出端正电压差的第一电压信号和用于表征待测系统输出端负电压差的第二电压信号发送给运算放大电路，以使运算放大电路对第一电压信号和第二电压信号进行调整，并将调整后的第一电压信号和第二电压信号发送至处理模块，进而处理模块根据调整后的第一电压信号和第二电压信号，实现消除运算放大电路中失调电压的目的。如此，提高了电流检测的精度，减小了对输出信号动态范围的影响。
34.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
35.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
36.图1是根据一示例性实施例示出的一种电流检测装置的框图。
37.图2是根据一示例性实施例示出的一种电流检测装置的电路图。
38.图3是根据一示例性实施例示出的另一种电流检测装置的电路图。
具体实施方式
39.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
40.如背景技术所言，在相关技术中，利用运算放大器负反馈实现按电阻比例对待测电流对应的电压进行放大，以实现对待测电流的检测。然而，发明人在应用中发现，生产工艺等方面无法避免的误差可能会导致运算放大器存在失调电压，该失调电压会影响电流检测的精度和输出信号动态范围。例如，当运算放大器存在的失调电压为1～5mv时，运算放大器的输出端就会放大(1 电阻比例)倍的输出失调电压，如此，会影响对电流检测的精度和输出信号动态范围。在某些大功率应用场景，采样电阻可能小于1兆欧姆，为将小电阻两端电压信号放大到合适的幅度需要更大的电阻比例，此时运算放大器的失调电压对电流检测的精度和输出信号动态范围的影响更突出。
41.有鉴于此，本公开提供一种电流检测装置及电流检测系统，以在电流检测过程中消除运算放大电路中的失调电压，进而提高电流检测的精度，减小对输出信号动态范围的影响。
42.图1是根据一示例性实施例示出的一种电流检测装置的框图。如图1所示，该电流检测装置100可以包括压差调节模块101、运算放大电路102和处理模块103，运算放大电路102分别与压差调节模块101和处理模块103相连。
43.其中，压差调节模块101用于与待测系统200相连，并能够将用于表征待测系统200输出端正电压差的第一电压信号和用于表征待测系统200输出端负电压差的第二电压信号发送给运算放大电路。其中，正电压差是指待测系统200输出正端的电压与输出负端的电压的差值，负电压差是指待测系统200输出负端的电压与输出正端的电压的差值。
44.运算放大电路102用于在接收到第一电压信号和第二电压信号时，根据预设的调整参数对第一电压信号和第二电压信号进行调整，得到调整后的第一电压信号和调整后的第二电压信号，并向处理模块103发送调整后的第一电压信号和调整后的第二电压信号。
45.示例地，预设的调整参数可以为运算放大电路中的放大倍数，该放大倍数通常为运算放大电路中的电阻比例。
46.处理模块103用于根据调整后的第一电压信号、调整后的第二电压信号和待测系统200中采样电阻的阻值，确定待测系统200的输出电流。
47.在本公开中，第一电压信号和第二电压信号所表征的电压差互为相反数，并且，调整后的第一电压信号和调整后的二电压信号中包含相同的调整后的失调电压，因此，处理模块103通过将调整后的第一电压信号和调整后的二电压信号作差可以消除调整后的第一电压信号和调整后的二电压信号中包含的调整后的失调电压，如此，可以实现消除运算放大电路中失调电压的目的，提高电流检测的精度，减少对输出信号动态范围的影响。
48.采用上述技术方案，压差调节模块能够将用于表征待测系统输出端正电压差的第一电压信号和用于表征待测系统输出端负电压差的第二电压信号发送给运算放大电路，以使运算放大电路对第一电压信号和第二电压信号进行调整，并将调整后的第一电压信号和第二电压信号发送至处理模块，进而处理模块根据调整后的第一电压信号和第二电压信号，实现消除运算放大电路中失调电压的目的。如此，提高了电流检测的精度，减小了对输出信号动态范围的影响。
49.在一种实施例中，压差调节模块101包括开关网络，即通过开关网络中的开关的闭合和断开控制输入运算放大电路102的电压信号为何种电压信号。具体地，开关网络用于在按照第一闭合策略闭合时将待测系统200输出正端与运算放大电路102的输入正端相连，将待测系统200输出负端与运算放大电路102的输入负端相连，以将用于表征待测系统200输出端正电压差的第一电压信号输入运算放大电路102，以及，在按照第二闭合策略闭合时将待测系统200输出负端与运算放大电路的输入正端相连，将待测系统200输出正端与运算放大电路102的输入负端相连，以将用于表征待测系统200输出端负电压差的第二电压信号输入运算放大电路102。
50.如此，利用开关网络即可实现将待测系统输出端的第一电压信号和第二电压信号发送给运算放大电路的目的，简化了电路结构，节约电路成本。
51.在该实施例的一种可能实施方式中，如图2所示，开关网络包括四个开关，分别为第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3和第四开关s4。其中，第一开关s1的第一端与待测系统200输出正端相连，第二端与运算放大电路102的输入正端相连，第二开关s2的第一端与待测系统200输出正端相连，第二端与运算放大电路102的输入负端相连，第三开关s3的第一端与待测系统200输出负端相连，第二端与运算放大电路102的输入正端相连，第四开关s4的第一端与待测系统200输出负端相连，第二端与运算放大电路102的输入负端相连。此外，如图2所示，待测系统200中的采样电阻r_sense的上端为待测系统200输出正端，采样电
阻r_sense的下端为待测系统200输出负端。
52.在该实施例中，第一闭合策略为第一开关s1和第四开关s4闭合、以及第二开关s2和第三开关s3断开，第二闭合策略为第二开关s2和第三开关s3闭合、以及第一开关s1和第四开关s4断开。
53.为了实现各个开关的工作状态如上所述，在本公开中，电流检测装置100还可以包括时钟生成模块104。该时钟生成模块104用于生成两相非交叠时钟信号。在两相非交叠时钟中的第一时钟信号ph1处于预设电平时开关网络按照第一闭合策略闭合，以及，在两相非交叠时钟中的第二时钟信号ph2处于预设电平时开关网络按照第二闭合策略闭合。其中，预设电平为高电平，或者，预设电平为低电平。
54.应当理解的是，两相非交叠时钟信号中的第一时钟信号为高电平时，两相非交叠时钟信号中的第二时钟信号为低电平，第一时钟信号为低电平时第二时钟信号为高电平。在本公开中，可以设置两相非交叠时钟信号中的其中一个时钟信号驱动第一开关s1和第四开关s4，另一个时钟信号驱动第二开关s2和第三开关s3。
55.示例地，以预设电平为高电平，第一时钟信号ph1驱动第一开关s1和第四开关s4，第二时钟信号ph2驱动第二开关s2和第三开关s3为例进行说明。如图2所示，当第一时钟信号ph1处于高电平时，第一开关s1和第四开关s4闭合，第二开关s2和第三开关s3断开，第一电压信号经由第一开关s1和第四开关s4输入运算放大电路102。当第二时钟信号ph2处于高电平时，第二开关s2和第三开关s3闭合，第一开关s1和第四开关s4断开，第二电压信号经由第二开关s2和第三开关s3输入运算放大电路102。
56.在该实施例的一种可能实施方式中，开关网络包括第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关。第一单刀双掷开关的不动端中的第一端与待测系统200输出正端相连，第二端与待测系统200输出负端相连，第一单刀双掷开关的动端与运算放大电路102的输入正端相连。第二单刀双掷开关的不动端的第一端与待测系统200输出正端相连，第二端与待测系统200输出负端相连，第二单刀双掷开关的动端与运算放大电路102的输入负端相连。相应地，第一闭合策略为第一单刀双掷开关的动端与不动端中的第一端相连，第二单刀双掷开关的动端与不动端中的第二端相连，第二闭合策略为第一单刀双掷开关的动端与不动端中的第二端相连，第二单刀双掷开关的动端与不动端中的第一端相连。
57.当开关网络按照第一闭合策略闭合时，将待测系统200输出正端与运算放大电路102的输入正端相连，将待测系统200输出负端与运算放大电路102的输入负端相连，以将用于表征待测系统200输出端正电压差的第一电压信号输入运算放大电路102。当开关网络按照第二闭合策略闭合时，将待测系统200输出负端与运算放大电路102的输入正端相连，将待测系统200输出正端与运算放大电路102的输入负端相连，以将用于表征待测系统200输出端负电压差的第二电压信号输入运算放大电路102。
58.此外，运算放大电路102可以包括运算放大器a1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4。其中，在一种可能的实施方式中，第一电阻r1的第一端和第三电阻r3的第一端分别与开关网络相连，第一电阻r1的第二端与运算放大器a1的输入正端相连，第三电阻r3的第二端与运算放大器a1的输入负端相连。第二电阻r2的第一端与运算放大器a1的输入正端相连，第二电阻r2的第二端接地。第四电阻r4的第一端与运算放大器a1的输入负端相连，第四电阻r4的第二端与运算放大器a1的输出端相连。
59.相应地，当开关网络按照第一闭合策略闭合时，开关网络经由第一电阻r1和第三电阻r3向运算放大器a1发送第一电压信号，以及，当开关网络按照第二闭合策略闭合时，开关网络经由第一电阻r1和第三电阻r3向运算放大器a1发送所述第二电压信号。
60.如图2所示，第一电阻r1的第一端分别与第一开关s1和第三开关s3的二端相连，第一电阻r1的第二端与运算放大器a1的输入正端相连。第三电阻r3的第一端分别与第二开关s2和第四开关s4的第二端相连，第三电阻r3的第二端与运算放大器a1的输入负端相连。第二电阻r2的第一端与运算放大器a1的输入正端相连。第四电阻r4位于运算放大器a1的输入负端和输出端之间。此外，为了便于调整运算放大电路中的放大比例，即，电阻比例，第一电阻和第三电阻的阻值相同，第二电阻和第四电阻的阻值相同，如此，运算放大电路中的放大比例即为r2/r1。
61.在另一种可能的实施方式中，第一电阻r1的第一端与待测系统200输出正端相连，第一电阻r1的第二端与开关网络相连，第三电阻r3的第一端与待测系统200输出负端相连，第三电阻r3的第二端与开关网络相连。示例地，如图3所示，第一电阻r1的第一端与采样电阻r_sense的上端相连，第一电阻r1的第二端分别与第一开关s1和第二开关s2的第一端相连，第三电阻r3的第一端与采样电阻r_sense的下端相连，第三电阻r3的第二端分别与第三开关s3和第四开关s4的第一端相连。第一开关s1的第二端和第三开关s3的第二端与运算放大器a1的输入正端相连，第二开关s2的第二端和第四开关s4的第二端与运算放大器a1的输入负端相连。
62.考虑到开关具有一定的阻抗，在实际应用中也会影响运算放大电路的调整参数(例如，电阻比例)，因此，如图2和图3所示，运算放大电路102还包括：第五开关s5和第六开关s6。第五开关s5和第六开关s6为常闭开关，且第五开关s5与第二电阻r2串联后接入运算放大器a1的输入正端，第六开关s6和第四电阻r4串联在运算放大器a1的输入负端和输出端之间。并且，在本公开中，为了避免开关阻抗对电流检测的影响，第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3和第四开关s4的开关阻抗相同，第五开关s5和第六开关s6的开关阻抗相同，且第五开关s5和第六开关s6的开关阻抗为第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3和第四开关s4的开关阻抗的r2/r1倍，这样，可以确保运算放大电路对电压的放大倍数的精准度，避免开关阻抗对电流检测的影响。
63.在一种实施例中，如图2和图3所示，电流检测装置100还可以包括参考电压生成电路105，参考电压生成电路105的输出端与第二电阻r2的第二端相连，用于向运算放大器a1的输入正端输入预设的参考电压，以实现共模电压的平移和电流信息的放大。
64.应当理解的是，可以根据实际需求设定参考电压生成电路105输出的参考电压的大小，以使运算放大器a1工作在合适的区间范围内。
65.采用上述技术方案，在对第一电压信号和第二电压信号的基础上叠加参考电压，可以是运算放大器工作在合适的电压范围内，进一步提高利用运算放大器对待测系统的输出电流检测的精准度。
66.在一种实施例中，如图2和3所示，处理模块103可以包括模数转换单元1031和数字信号处理单元1032。其中，模数转换单元1031用于将调整后的第一电压信号和调整后的第二电压信号分别转换为各自对应的数字信号，并向数字信号处理单元发送该数字信号。数字信号处理单元1032用于根据该数字信号和待测系统中的采样电阻的阻值，确定待测系统
的输出电流。
67.示例地，假设待测系统输出端电流为i
sense
，则经过运算放大电路102调整后的第一电压信号如公式(1)所示，调整后的第二电压信号如公式(2)所示：
[0068][0069][0070]
其中，vref为参考电压生成电路105输出的参考电压，vos为运算放大器的失调电压。
[0071]
将上述公式(1)与公式(2)相减，即可得出待测系统的输出电流，例如，待测系统的输出电流如公式(3)所示。
[0072][0073]
如公式(3)所示，待测系统的输出电流的计算公式中不包含参考电压和运算放大器的失调电压，即，利用本公开所提供的电流检测装置对待测系统的输出电流进行检测时，消除了参考电压和运算放大器的失调电压对测量结果的影响，进一步提高了电流检测的精度。
[0074]
需要说明的是，本公开所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，虽图示中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
[0075]
基于同一发明构思，本公开还提供一种电流检测系统，该电流检测系统包括待测系统和本公开所提供的电流检测装置。其中，该待测系统为用于低边小电阻电流检测的系统和/或用于低边开关管电流检测的系统。
[0076]
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
[0077]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0078]
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。