電流檢測電路以及測量裝置制造方法
【專利摘要】本申請公開了一種電流檢測電路和測量裝置。電流檢測電路包括：第一輸入端子及第二輸入端子，其用于引入在電流路徑中流動的受測電流；分流電阻，其耦接在所述電流路徑中，用于將所述受測電流轉(zhuǎn)換為所述分流電阻兩端的輸出電壓差；放大器，其具有第一輸入節(jié)點、第二輸入節(jié)點、輸出節(jié)點以及包括過流保護器件的反饋路徑，所述第一輸入節(jié)點耦接到所述第一輸入端子，所述第二輸入節(jié)點耦接到所述第二輸入端子，其中所述反饋路徑耦接在所述輸出節(jié)點與所述第一輸入端子之間；以及輸出端子，其耦接到所述第二輸入端子，并且耦接到所述分流電阻以輸出所述輸出電壓差。該電流檢測電路具有較大的電流檢測范圍，并且具有較小的負擔(dān)電壓。
【專利說明】電流檢測電路以及測量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及電子測量【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種電流檢測電路以及采用電流檢測電路的測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]各種用于測量電參數(shù)(例如電壓、電流及阻抗)的測量裝置被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中。萬用表即是一種典型的電參數(shù)測量裝置，其主要可以測量交流或直流電壓、電流及阻抗。典型的萬用表通常包括一對測試表筆，每一表筆的一端被連接到受測設(shè)備或器件，而另一端則被插入萬用表面板的相應(yīng)插孔，從而將該受測設(shè)備與萬用表內(nèi)部的測量電路電連接。
[0003]一般而言，電流檢測電路兩個輸入端之間的電壓差(即負擔(dān)電壓，burdenvoltage)需要保持在一定范圍內(nèi)，以避免其問的電壓差反過來影響受測器件。然而，在現(xiàn)有的電流檢測電路中，例如圖1所示的電流檢測電路中，分流電阻11被耦接在兩個輸入端子之間，因而其難以采用較大的分流電阻來獲得更好的信噪比。
[0004]如圖1所示，該電流檢測電路10包括分流電阻11、放大器12以及保險絲13。其中，分流電阻11被設(shè)置為與受測器件(圖中未示出)串聯(lián)連接，從而將受測電流Is轉(zhuǎn)換為其上的電壓降。同時，放大器12被設(shè)置成電壓跟隨器的形式，其同相輸入端耦接分流電阻11以采集其上的電壓降，而其反相輸入端則耦接到輸出端，從而將該電壓降轉(zhuǎn)移到放大器12的輸出端。在該電流檢測電路10中，保險絲13被設(shè)置為與受測器件以及分流電阻11串聯(lián)連接，從而在受測電流Is超過預(yù)定電流值時作用，進而避免電流檢測電路10因過流而發(fā)生故障。
[0005]然而，對于圖1所示的電流檢測電路10，其負擔(dān)電壓(與受測器件耦接的兩個輸入端子之間的電壓)等于受測電流因電流檢測電路10輸入阻抗(包括分流電阻11、保險絲13以及導(dǎo)線分布電阻Rw)產(chǎn)生的電壓以及放大器12的輸入失調(diào)電壓之和。顯然地，受測電流越大，電流檢測電路10的負擔(dān)電壓越大。因此，該電流檢測電路10必須采用足夠小阻抗的保險絲13和分流電阻11。但是，對于這種電流檢測電路而言，采用小阻抗的分流電阻11又難以獲得高信噪比。
[0006]圖2示出了另一種典型的電流檢測電路20。如圖2所示，該電流檢測電路20包括分流電阻21、放大器22以及保險絲23。其中，分流電阻21被設(shè)置在放大器22的反饋回路中，即反相輸入端與輸出端之間。因此，分流電阻21并不影響電流檢測電路20兩個輸入端子之間的負擔(dān)電壓。負擔(dān)電壓主要由受測電流在保險絲23及導(dǎo)線分布電阻產(chǎn)生的電壓降決定。然而，保險絲23通常仍具有一定的電阻值，當(dāng)受測電流較大時，保險絲23上的電壓降仍會顯著影響負擔(dān)電壓。因此，該電流檢測電路20仍需要使用小阻抗的保險絲，且不適合測量較大的電流。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]因此，本申請的一個目的在于提供一種能夠具有較大電流測量范圍的電流檢測電路，該電流檢測電路需要具有較小的負擔(dān)電壓。
[0008]在本申請的一個方面，公開了一種電流檢測電路。該電流檢測電路包括:第一輸入端子及第二輸入端子，其用于引入在電流路徑中流動的受測電流；分流電阻，其耦接在所述電流路徑中，用于將所述受測電流轉(zhuǎn)換為所述分流電阻兩端的輸出電壓差；放大器，其具有第一輸入節(jié)點、第二輸入節(jié)點、輸出節(jié)點以及包括過流保護器件的反饋路徑，所述第一輸入節(jié)點耦接到所述第一輸入端子，所述第二輸入節(jié)點耦接到所述第二輸入端子，其中所述反饋路徑耦接在所述輸出節(jié)點與所述第一輸入端子之間；以及輸出端子，其耦接到所述第二輸入端子，并且耦接到所述分流電阻以輸出所述輸出電壓差。
[0009]對于上述電流檢測電路，其兩個輸入端子之間的負擔(dān)電壓僅與放大器的輸入失調(diào)電壓相關(guān)，而與受測電流在分流電阻和過流保護器件上產(chǎn)生的電壓降無關(guān)。因此，該電流檢測電路可以在檢測較大的受測電流的同時，保持極低的負擔(dān)電壓。在某些實施例中，該負擔(dān)電壓基本上接近于零。
[0010]在一個實施例中，該電流檢測電路還包括:保護電阻，其耦接在所述第一輸入端子與所述第一輸入節(jié)點之間；以及電容，其耦接在所述第一輸入節(jié)點與所述輸出節(jié)點之間。該保護電阻通常具有較大的電阻值以及較大的額定功率，可以保護放大器的輸入節(jié)點。
[0011]在一個實施例中，所述過流保護器件是保險絲。
[0012]在一個實施例中，所述保險絲是可恢復(fù)保險絲?？苫謴?fù)保險絲在故障排除后可以自行恢復(fù)正常的導(dǎo)通狀態(tài)，因而無需使用者更換，這可以提高檢測效率。
[0013]在一個實施例中，所述保險絲是正溫度系數(shù)熱敏電阻。
[0014]在一個實施例中，所述分流電阻被耦接在所述輸出端子與參考電壓線之間。
[0015]在本申請的另一方面，還公開了一種測量裝置，包括:第一測試表筆及第二測試表筆，其用于引入在電流路徑中流動的受測電流；分流電阻，其耦接在所述電流路徑中，用于將所述受測電流轉(zhuǎn)換為所述分流電阻兩端的輸出電壓差；放大器，其具有第一輸入節(jié)點、第二輸入節(jié)點、輸出節(jié)點以及包括過流保護器件的反饋路徑，所述第一輸入節(jié)點耦接到所述第一測試表筆，所述第二輸入節(jié)點耦接到所述第二測試表筆，其中所述反饋路徑耦接在所述輸出節(jié)點與所述第一輸入表筆之間；以及輸出端子，其耦接到所述第二測試表筆，并且耦接到所述分流電阻以輸出所述輸出電壓差。
[0016]在一個實施例中，所述測量裝置是萬用表。
[0017]以上為本申請的概述，可能有簡化、概括和省略細節(jié)的情況，因此本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認識到，該部分僅是示例說明性的，而不旨在以任何方式限定本申請范圍。本概述部分既非旨在確定所要求保護主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也非旨在用作為確定所要求保護主題的范圍的輔助手段。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]通過下面說明書和所附的權(quán)利要求書并與附圖結(jié)合，將會更加充分地清楚理解本申請內(nèi)容的上述和其他特征。可以理解，這些附圖僅描繪了本申請內(nèi)容的若干實施方式，因此不應(yīng)認為是對本申請內(nèi)容范圍的限定。通過采用附圖，本申請內(nèi)容將會得到更加明確和詳細地說明。[0019]圖1示出了一種現(xiàn)有技術(shù)公開的電流檢測電路；
[0020]圖2示出了另一種現(xiàn)有技術(shù)公開的電流檢測電路；
[0021]圖3示出了根據(jù)本申請一個實施例的電流檢測電路；
[0022]圖4示出了根據(jù)本申請一個實施例的測量裝置。
【具體實施方式】
[0023]在下面的詳細描述中，參考了構(gòu)成其一部分的附圖。在附圖中，類似的符號通常表示類似的組成部分，除非上下文另有說明。詳細描述、附圖和權(quán)利要求書中描述的說明性實施方式并非旨在限定。在不偏離本申請的主題的精神或范圍的情況下，可以采用其他實施方式，并且可以做出其他變化?？梢岳斫?，可以對本文中一般性描述的、在附圖中圖解說明的本申請內(nèi)容的各個方面進行多種不同構(gòu)成的配置、替換、組合，設(shè)計，而所有這些都明確地構(gòu)成本申請內(nèi)容的一部分。
[0024]圖3示出了根據(jù)本申請一個實施例的電流檢測電路50。該電流檢測電路50可以作為電流測量裝置(例如，萬用表)的信號采集電路，以將雙端輸入的受測電流信號轉(zhuǎn)換成單端輸出的電壓信號，并且該電壓信號可以進一步地通過后級電路(例如模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路)轉(zhuǎn)換成例如反映受測電流幅度的數(shù)字信號。
[0025]如圖3所示，該電流檢測電路50包括:
[0026]第一輸入端子51及第二輸入端子53，其用于引入在電流路徑中流動的受測電流Is ；
[0027]分流電阻55，其耦接在該電流路徑中，用于將受測電流Is轉(zhuǎn)換為分流電阻55兩端的輸出電壓差；
[0028]放大器57，其具有第一輸入節(jié)點59、第二輸入節(jié)點61、輸出節(jié)點63以及包括過流保護器件65的反饋路徑67，其中，第一輸入節(jié)點59耦接到第一輸入端子51，第二輸入節(jié)點61耦接到第二輸入端子53，而反饋路徑67耦接在輸出節(jié)點63與第一輸入端子51之間；以及
[0029]輸出端子69，其耦接到第二輸入端子53，并且耦接到分流電阻55以輸出該輸出電
壓差VD。
[0030]在圖3所示的電流檢測電路50中，放大器57是運算放大器，第一輸入節(jié)點59是運算放大器的反相輸入端，而第二輸入節(jié)點61是運算放大器的同相輸入端。由于第一輸入節(jié)點59與第一輸入端子51相互耦接，因此，反饋路徑67耦接在放大器57的輸出節(jié)點63與第一輸入節(jié)點59之間，從而使得放大器57被配置為負反饋工作模式下。由于運算放大器的輸入端輸入阻抗較大，因此基本不會有電流流入或流出第一輸入節(jié)點59與第二輸入節(jié)點61。因此，在受測器件(圖中未示出)連接到電流檢測電路50并形成流過受測器件的受測電流Is后，受測電流Is進一步地流經(jīng)分流電阻55與過流保護器件65，也即將分流電阻55、過流保護器件65分別串入受測電流Is的電流路徑。假設(shè)受測電流Is以圖3所示的電流方向從左向右流動，則受測電流Is從參考電位線(例如從地線)經(jīng)由分流電阻55、受測器件(先后流過第二輸入端子53以及第一輸入端子51)、過流保護器件65，直至流過放大器57的輸出節(jié)點63，并繼而通過該輸出節(jié)點63及電源流回參考電位線。
[0031]可以看出，受測電流Is流過分流電阻55并在其上產(chǎn)生輸出電壓差，該輸出電壓差的幅值正比于受測電流Is的大小。在一些實施例中，分流電阻55耦接在輸出端子69與參考電位線之間。這樣，輸出電壓差即被轉(zhuǎn)換為單端輸出的電壓信號。在一些實施例中，電流檢測電路50的輸出端子69可以與后級電路，例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器相耦接。該后級電路可以將輸出電壓差進一步轉(zhuǎn)換為反映受測電流Is大小的數(shù)字信號，并通過例如顯示電路將該數(shù)字信號顯示給使用者，或者以其他形式提示給使用者。
[0032]由于過流保護器件65同樣串接在受測電流Is的電流路徑中，因此，過流保護器件65能夠響應(yīng)于流過其的受測電流Is斷開或保持導(dǎo)通。具體地，當(dāng)受測電流Is較小時，過流保護器件65等效為一個小電阻，其基本上不會影響受測電流Is的檢測；而當(dāng)受測電流Is超過過流保護器件65的額定最大電流后，過流保護器件65啟動，從而斷開整個電流路徑，使得電流檢測電路50不再進行電流檢測。
[0033]在一些實施例中，電流檢測電路50還包括保護電阻71與電容73。其中，保護電阻71耦接在第一輸入端子51與第一輸入節(jié)點59之間，而電容73則耦接在放大器57的第一輸入節(jié)點59與輸出節(jié)點63之間。保護電阻71能夠保護第一放大器57。具體地，當(dāng)過流保護器件65啟動并斷開電流路徑后，保護電阻71增加了運算放大器的輸入阻抗，以防止輸入端子51和53之間的高壓直接加載在運算放大器的輸入節(jié)點59與61上，從而保護運算放大器不會因輸入電壓過高而損壞。另一方面，當(dāng)過流保護器件65保持導(dǎo)通時，受測電流Is不會經(jīng)由保護電阻71流入第一輸入節(jié)點59，因而保護電阻71上沒有電壓降，第一輸入端子51與第一輸入節(jié)點53處的電壓保持相等。因此，保護電阻71不會影響電流檢測電路50的正常工作。電容73則用于電路50的頻率補償。
[0034]根據(jù)運算放大器的“虛短”特性，處于負反饋工作下的理想運算放大器(輸入失調(diào)電壓為零)的兩個輸入端電壓相等。因此，第一輸入節(jié)點59與第二輸入節(jié)點61的電壓差接近于零，其差值僅等于運算放大器的輸入失調(diào)電壓對于大多數(shù)運算放大器而言，輸入失調(diào)電壓是一個很小的值，其一般僅為幾十至上百微伏(與運算放大器本身的結(jié)構(gòu)和特性相關(guān))。進一步地，由于第一輸入端子51與第二輸入端子53各自與放大器57的輸入節(jié)點59和61直接相連，因此，第一輸入端子51與第二輸入端子53之間的電壓差，也即電流檢測電路50的負擔(dān)電壓Vb，等于運算放大器的輸入失效電壓同時，“虛短”的第一輸入節(jié)點59和第二輸入節(jié)點61極大地降低了整個電流檢測電路50的輸入阻抗。
[0035]在圖3所示的電路50中還示出了導(dǎo)線寄生電阻Rw，其示意地表示了電路50中連接各個節(jié)點的導(dǎo)線本身的電阻，其與各節(jié)點間導(dǎo)線的長度、截面積以及電阻率等相關(guān)。可以理解，該導(dǎo)線寄生電阻Rw是分布式電阻，其基本沿導(dǎo)線均勻分布。在本實施例中，放大器57的第一輸入節(jié)點59與第二輸入節(jié)點61分別稱接到第一輸入端子51與第二輸入端子53。由于放大器57的輸入節(jié)點不會有電流流入或流出，因而耦接第一輸入節(jié)點59與第一輸入端子51的導(dǎo)線、以及耦接第二輸入節(jié)點61與第二輸入端子53的導(dǎo)線不會流過電流。因此，這兩個導(dǎo)線上的寄生電阻不會影響產(chǎn)生電壓降，也即不會影響負擔(dān)電壓VB。
[0036]可以看出，由于電流檢測電路50的負擔(dān)電壓Vb與受測電流Is在分流電阻55、過流保護器件65以及導(dǎo)線寄生電阻Rw產(chǎn)生的電壓降均無關(guān)，因此，該電流檢測電路50可以選用較大電阻值的分流電阻來提高電流檢測電路50的電路增益(對應(yīng)于分流電阻55的電阻值)，這進而有助于提高電流檢測電路50在整個電流測量范圍內(nèi)的信噪比。
[0037]在一些實施例中，過流保護器件65可以是保險絲，例如鉛銻合金制成的保險絲。在一些實施例中，過流保護器件65可以是可恢復(fù)保險絲，例如正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻。雖然可恢復(fù)保險絲的阻抗通常略大于鉛銻合金制成的保險絲，但是由于過流保護器件65上的電壓降不會影響負擔(dān)電壓Vb，因此使用可恢復(fù)保險絲的電流檢測電路50仍具有相當(dāng)小的負擔(dān)電壓VB。同時，對于可恢復(fù)保險絲，例如PTC熱敏電阻，其在電路出現(xiàn)故障時(例如受測電流過大時)會呈現(xiàn)高阻態(tài)以使得電流檢測電路50處于相對“斷開”狀態(tài)，從而保護電路不受破壞。當(dāng)故障排除后，PTC熱敏電阻能夠自動回復(fù)至低阻態(tài)，從而使得電路導(dǎo)通并正常工作。這樣，電流檢測電路50在進行測試時，基本上無需因為過流故障而更換過流保護器件，從而有效提高了測試效率。
[0038]圖3所示的電流檢測電路50是有源電流檢測電路，受測電流流過分流電阻55和過流保護器件65所產(chǎn)生的功耗由電源檢測電路50的電源供給。因此，這種電流檢測電路50特別適用于工業(yè)生產(chǎn)、試驗等具有穩(wěn)定電源供給的應(yīng)用環(huán)境下的電流測量。
[0039]圖4示出了使用了電流檢測電路50的萬用表100。可以理解，本申請的電流檢測電路也可以應(yīng)用在其他測量裝置中。
[0040]如圖4所示，該萬用表100包括數(shù)字顯示器104、手動可操作按鈕106以及可旋轉(zhuǎn)的模式選擇開關(guān)108。該模式選擇開關(guān)108被置于測量電流的位置。盡管萬用表100使用了數(shù)字式顯示器104，但是可以理解，也可以使用其他類型的顯示器，例如模擬儀表。同樣地，也可以使用除按鈕106以及選擇開關(guān)108之外的其他選擇器。一對測試線110、112分別具有插頭116和118。這兩個插頭116和118被插入萬用表100的插孔120、122中，并分別連接電流檢測電路140的兩個輸入端子。插孔124和126還可以用于插入插頭116或118中的一個，以配合模式選擇開關(guān)108的選擇來進行電阻、電壓測量或其他電參數(shù)測量。測試線110和112還分別具有第一測試表筆130和第二測試表筆132，其分別連接待測器件上的測試點136和138，以使得待測器件通過測試線110和112連接到電流檢測電路140。這兩個測試表筆用于引入在電流路徑中流動的受測電流。電流檢測電路140的輸出端子連接到萬用表100的后級處理電路，該處理電路將電流檢測電路140輸出的輸出電壓差處理后，提供給顯示器104并顯示為其上的數(shù)字讀數(shù)。
[0041]應(yīng)當(dāng)注意，盡管在上文詳細描述中提及了電路的若干模塊或子模塊，但是這種劃分僅僅是示例性的而非強制性的。實際上，根據(jù)本申請的實施例，上文描述的兩個或更多模塊的特征和功能可以在一個模塊中具體化。反之，上文描述的一個模塊的特征和功能可以進一步劃分為由兩個或兩個以上的模塊來具體化。
[0042]那些本【技術(shù)領(lǐng)域】的一般技術(shù)人員可以通過研究說明書、公開的內(nèi)容及附圖和所附的權(quán)利要求書，理解和實施對披露的實施方式的其他改變。在權(quán)利要求中，措詞“包括”不排除其他的元素和步驟，并且措辭“一”、“一個”不排除復(fù)數(shù)。在發(fā)明的實際應(yīng)用中，一個零件可能執(zhí)行權(quán)利要求中所引用的多個技術(shù)特征的功能。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)理解為對范圍的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種電流檢測電路，其特征在于，包括: 第一輸入端子及第二輸入端子，其用于引入在電流路徑中流動的受測電流； 分流電阻，其耦接在所述電流路徑中，用于將所述受測電流轉(zhuǎn)換為所述分流電阻兩端的輸出電壓差； 放大器，其具有第一輸入節(jié)點、第二輸入節(jié)點、輸出節(jié)點以及包括過流保護器件的反饋路徑，所述第一輸入節(jié)點耦接到所述第一輸入端子，所述第二輸入節(jié)點耦接到所述第二輸入端子，其中所述反饋路徑耦接在所述輸出節(jié)點與所述第一輸入端子之間；以及 輸出端子，其耦接到所述第二輸入端子，并且耦接到所述分流電阻以輸出所述輸出電壓差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流檢測電路，其特征在于，所述電流檢測電路還包括: 保護電阻，其耦接在所述第一輸入端子與所述第一輸入節(jié)點之間；以及 電容，其耦接在所述第一輸入節(jié)點與所述輸出節(jié)點之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流檢測電路，其特征在于，所述過流保護器件是保險絲。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流檢測電路，其特征在于，所述保險絲是可恢復(fù)保險絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流檢測電路，其特征在于，所述保險絲是正溫度系數(shù)熱敏電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流檢測電路，其特征在于，所述分流電阻被耦接在所述輸出端子與參考電壓線之間。
7.一種測量裝置，包括: 第一測試表筆及第二測試表筆，其用于引入在電流路徑中流動的受測電流； 分流電阻，其耦接在所述電流路徑中，用于將所述受測電流轉(zhuǎn)換為所述分流電阻兩端的輸出電壓差； 放大器，其具有第一輸入節(jié)點、第二輸入節(jié)點、輸出節(jié)點以及包括過流保護器件的反饋路徑，所述第一輸入節(jié)點耦接到所述第一測試表筆，所述第二輸入節(jié)點耦接到所述第二測試表筆，其中所述反饋路徑耦接在所述輸出節(jié)點與所述第一輸入表筆之間；以及 輸出端子，其耦接到所述第二測試表筆，并且耦接到所述分流電阻以輸出所述輸出電壓差。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量裝置，其特征在于，所述測量裝置還包括: 保護電阻，其耦接在所述第一測試表筆與所述第一輸入節(jié)點之間；以及 電容，其耦接在所述第一輸入節(jié)點與所述輸出節(jié)點之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量裝置，其特征在于，所述過流保護器件是保險絲。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測量裝置，其特征在于，所述保險絲是可恢復(fù)保險絲。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的測量裝置，其特征在于，所述保險絲是正溫度系數(shù)熱敏電阻。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量裝置，其特征在于，所述分流電阻被耦接在所述輸出端子與參考電壓線之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量裝置，其特征在于，所述測量裝置是萬用表。
【文檔編號】G01R19/00GK103558445SQ201310571254
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】姚宏, 楊非, 楊勇 申請人:丹納赫（上海）工業(yè)儀器技術(shù)研發(fā)有限公司