一種斬波式直流電流檢測方法及電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于直流電流檢測技術領域，更具體地，涉及一種斬波式直流電流檢測方 法及電路。
【背景技術】
[0002] 現(xiàn)有的直流電流檢測方法是在母線上串聯(lián)分流電阻，通過檢測分流電阻的端電壓 來檢測流過該分流電阻的電流；當母線電流較小時，分流電阻的端電壓信號較小，必須經(jīng)過 放大器進行信號調(diào)理；受限于現(xiàn)有信號調(diào)理器件的噪聲影響，當電流極小時，信噪比極低， 導致信號失真，很難準確地檢測出電流值；具體的，信號失真主要受以下因素影響：
[0003] 放大器的噪聲，濾波器很難處理放大器件的低頻噪聲；而恰恰是低頻噪聲對直流 信號的檢測影響最大；
[0004] 放大器的失調(diào)電壓，放大器的失調(diào)電壓取決于器件內(nèi)部晶體管的匹配、器件有限 的共模抑制比；
[0005] 溫度變化，當工作環(huán)境溫度變化時，直流檢測電路的噪聲和失調(diào)電壓等參數(shù)都會 隨溫度發(fā)生變化，難以通過定期校準的方法來規(guī)避誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種斬波式直流電流檢測方 法及電路，其目的在于，消除低頻噪聲和失調(diào)電壓對檢測結果的影響，解決現(xiàn)有直流電流檢 測技術中信號失真的技術問題。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種斬波式直流電流檢測方法， 通過分時采集分流電阻兩端的正向電壓與反向電壓，并通過對該正向電壓與反向電壓相減 后求平均的方式，獲取直流電壓檢測值，具體如下：
[0008] (1)在第n個斬波周期的上半個周期內(nèi)，采集分流電阻兩端的正向電壓V。^;其 中，V QUtl= Vsig+VQS，n 取正整數(shù)；
[0009] (2)在第n個斬波周期的下半個周期內(nèi)，采集分流電阻兩端的反向電壓V。^;其 中，V〇Ut2=_Vsig+V〇S;
[0010] ⑶將上半個斬波周期的正向電壓與下半個斬波周期的反向電壓Vwt2進行運 算，抵消掉所述正向電壓與反向電壓中的電壓噪聲，獲取分流電阻兩端的直流電壓檢測值 V ：
[0011]
[0012] (4)根據(jù)分流電阻兩端的直流電壓檢測值V與分流電阻的阻值R，獲取直流電流檢 測值；
[0013] (5)重復步驟⑴~（4)，實時獲取直流電流檢測值；
[0014] 其中，Vsig是擬檢測直流電壓信號的實際值，V。,是低頻噪聲、失調(diào)電壓以及溫度變 化引起的電壓噪聲，是時間t和溫度T的函數(shù)，(t，T);通過上述方法，消除低頻噪聲、 失調(diào)電壓以及溫度變化引起的電壓噪聲對檢測結果的影響，取得的直流電壓檢測值就是該 電壓的實際值。
[0015] 優(yōu)選的，采集分流電阻兩端正向電壓與反向電壓的方法，具體如下：
[0016] a、在第n個斬波周期的上半個周期，將分流電阻的近電源端信號接入放大器的同 相輸入端，將分流電阻的近負載端信號接入放大器的反相輸入端，完成正向電壓接入；
[0017] b、延時xms后開始采集所述正向電壓，根據(jù)預設的采樣頻率，在半個斬波周期內(nèi) 采集i次；以i次采樣的平均值作為該半個斬波周期內(nèi)采集到的正向電壓值V。^;其中，i 取正整數(shù)；
[0018] c、采集次數(shù)達到i后，在第n個斬波周期的下半個周期，將分流電阻的近電源端端 信號接入放大器的反相輸入端，將分流電阻的近負載端信號接入放大器的同相輸入端，完 成反向電壓接入；
[0019] d、延時xms后開始采集所述反向電壓，根據(jù)預設的采樣頻率，在半個斬波周期內(nèi) 采集i次；以i次采樣的平均值作為該半個斬波周期內(nèi)采集到的反向電壓值V。^。
[0020] 優(yōu)選的，上述延時X的范圍為（0, kt);其中，0時刻為開關切換時刻，k是 v^OO-v^a-i) < e時對應的采樣次數(shù)；e為預設的電壓測試誤差許可范圍，t為采樣周 期；
[0021] VQUt(k)是指第k個采樣值；在正向電壓采集中，VQUt(k)即為V QUtl(k)，在反向電壓 采集中，VQUt(k)即為 Vwt2(k)。
[0022] 優(yōu)選的，斬波頻率根據(jù)電壓噪聲特性確定，當在At時間段內(nèi)的電壓噪聲幅度變 化小于預設的電壓測試誤差許可范圍e，則斬波頻率f?設為+，
[0023] 斬波頻率足夠高，可以將低頻噪聲作為隨時間變化的失調(diào)電壓處理，通過本發(fā)明 的正反向電壓相減求平均的方式抵消失調(diào)電壓。
[0024] 按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種斬波式直流電流檢測電路，包括分流電阻、 模擬開關、放大器、模數(shù)轉換器和控制單元，將模擬器件和數(shù)字控制結合，進行直流電流檢 測；
[0025] 其中，分流電阻串聯(lián)在母線上，將母線電流轉換為端電壓；模擬開關并聯(lián)在分流電 阻的兩端，模擬開關的兩個輸入端分別連接分流電阻的兩端，連接點作為電壓采集點；放大 器的輸入端連接模擬開關的輸出端，用于對采集到的分流電阻兩端的電壓信號進行放大； 模數(shù)轉換器的輸入端連接放大器的輸出端，用于將放大器輸出的模擬的正反向電壓信號轉 換成數(shù)字的正反向電壓信號；
[0026] 控制單元的輸入端連接模數(shù)轉換器的輸出端，控制單元的輸出端連接模擬開關的 控制信號輸入端；控制單元一方面提供數(shù)字信號控制模擬開關的切換，以對分流電阻與放 大器的連接方式進行切換，另一方面對數(shù)字的正反向電壓信號進行運算，獲取直流電流檢 測值；采用單片機、DSP或FPGA實現(xiàn)。
[0027] 優(yōu)選的，上述斬波式直流電流檢測電路，在工作時，
[0028] a、通過數(shù)字信號控制模擬開關動作，在第n個斬波周期的上半個周期，將分流電 阻的近電源端信號接入放大器的同相輸入端，將分流電阻的近負載端信號接入放大器的反 相輸入端，完成開關動作，接入正向電壓；
[0029] 采用數(shù)字信號控制模擬開關這種數(shù)模結合的方法，消除了模擬開關帶來的寄生電 容的影響；
[0030] b、開關動作完成后，延時xms后采集放大器輸出的正向電壓，根據(jù)預設的采樣頻 率，在半個斬波周期內(nèi)采集i次；以i次采樣的平均值作為該半個斬波周期內(nèi)采集到的正向 電壓值V QUtl;
[0031] 延時待電壓穩(wěn)定后采樣，避免了開關頻率噪聲對檢測結果的影響；
[0032] c、采集次數(shù)達到i后，通過數(shù)字信號控制模擬開關切換，在第n個斬波周期的下半 個周期，將分流電阻的近電源端端信號接入放大器的反相輸入端，將分流電阻的近負載端 信號接入放大器的同相輸入端，完成開關切換，接入反向電壓；
[0033] d、當開關切換完成后，延時xms后采集放大器輸出的反向電壓，根據(jù)預設的采樣 頻率，在半個斬波周期內(nèi)采集i次；以i次采樣的平均值作為該半個斬波周期內(nèi)采集到的反 向電壓值
[0034] 其中，正向電壓是指將采樣電阻近電源端的電壓接入放大器的正相輸入端、近負 載端的電壓接入反相輸入端時，放大器輸出端采集的電壓值，反向電壓是指將采樣電阻近 負載端的電壓送入放大器的正相輸入端、近電源端的電壓送入反相輸入端時，放大器輸出 端采集的電壓值。
[0035] 在現(xiàn)有的斬波穩(wěn)零放大器中，使用模擬開關對信號做斬波處理、再通過開關電容 對斬波信號進行濾波，以將原信號還原，從而獲得低漂移特性；
[0036] 而模擬開關與電容不可避免地將開關噪聲引入信號中，對開關噪聲的處理又需要 增加復雜的電路，成本增加且不能從根本上消除開關噪聲；
[0037] 對于檢測系統(tǒng)而言，采用本發(fā)明提供的模擬電路和數(shù)字處理相結合的方式，不需 要昂貴的器件，降低成本的同時使電路設計更為靈活。
[0038] 總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比能夠取得下列有益 效果：
[0039] (1)本發(fā)明提供的斬波式直流電流檢測方法及電路，將放大器等信號調(diào)理電路引 入的低頻噪聲作為失調(diào)電壓；在斬波頻率足夠高時，低頻噪聲被作為隨時間變化的失調(diào)電 壓；將直流信號斬波，將正反向電壓信號相減后求平均，抵消失調(diào)電壓對直流電流檢測的影 響；
[0040] (2)本發(fā)明提供的斬波式直流電流檢測方法及電路，采用實時連續(xù)斬波采樣，對一 個斬波周期內(nèi)的正反向電壓進行運算的方法，實時抵消電壓噪聲V。,;由于工作環(huán)境溫度在 極短的斬波周期內(nèi)不可能劇變，溫度連續(xù)變化引起的失調(diào)電壓在相鄰的斬波間隔內(nèi)也不可 能劇變，因此對于溫度變化引起的失調(diào)電壓噪聲，本發(fā)明提供的方法，同樣可以實時抵消， 提高了直流電流檢測檢測電路對工作環(huán)境的適應能力；
[0041] (3)本發(fā)明提供的斬波式直流電流檢測方法，每次開關切換后會延時一段時間，在 電壓趨于穩(wěn)定后再開始采樣，將開關頻率噪聲對電壓采集值的影響降到最低；
[0042] (4)本發(fā)明提供的斬波式直流電流電路，采用數(shù)模結合的方式，采用數(shù)字信號控制 模擬開關，消除了模擬開關引起的開關頻率噪聲對電流測試準確性的影響；另一方面，電路 結構簡單，具有低成本的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0043]圖1是實施例提供的斬波式直流電流檢測電路的系統(tǒng)框圖；
[0044] 圖2是實施例提供的斬波式直流電流檢測電路；
[0045] 圖3是本發(fā)明提供的直流電流檢測方法里正反向電壓的波形示意圖。
【具體實施方式】
[0046]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0047] 本發(fā)明提供的斬波式直流電流檢測電路及方法，通過實時采集分流電阻兩端的正 向電壓與反向電壓，并對同一個斬波周期內(nèi)的正反向電壓相減后求平均的方式，獲取直流 電壓檢測值，然后進一步獲取電流檢測值。
[0048] 由于采集到的正向電壓與反向電壓均帶有噪聲，包括放大器導致的低頻噪聲、失 調(diào)電壓以及溫度變化導致的噪聲等；在相減求平均的過程中，這部分噪聲電壓直接被抵消 掉，消除了噪聲電壓對檢測結果的影響；
[0049] 本發(fā)明采用模擬電路和數(shù)字處理相結合的方法，使用數(shù)字控制器控制模擬開關的 導通與斷開；且斬波周期可以根據(jù)噪聲特性靈活設置；數(shù)字處理方法的引入使得采樣數(shù)據(jù) 的選取更為靈活，避開開關噪聲；采樣延時時間可以根據(jù)實測獲得的經(jīng)驗數(shù)據(jù)設定，也可以 通過對采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字處理實時設定；斬波頻率的設定可以根據(jù)噪聲特性靈活設置；使 用通用的分立器件、在獲得預期檢測精度的同時最大程度的降低成本。
[0050] 本發(fā)明提供的檢測電路包