CN218180954U - 一种用于高压输出的微安电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了电流检测领域的一种用于高压输出的微安电流检测电路，包括开关电源、高压模块、差分放大电路模块、采样电路模块、反馈网络模块、反射靶；高压模块用于将开关电源提供的直流信号转变为高频交流信号并升压整流，输出直流高压到反射靶，采样电路模块采集流经反射靶的微安电流信号，并转化为电压信号输出到差分放大模块；差分放大模块主要包括运算放大芯片N1、补偿网络，运算放大芯片N1的输入端与采样电路模块的输出连接，输出端与反馈网络模块的输入端连接，还连接有处理器；补偿网络包括至少两个电阻电容网络及开关。本实用新型具有检测精度高、宽范围且稳定可靠的优点。

Description

一种用于高压输出的微安电流检测电路

技术领域

本实用新型涉及电流检测领域，具体是一种用于高压输出的微安电流检测电路。

背景技术

随着科学技术的发展，高压电源在医疗、安检、工业检测等领域得到了广泛应用，尤其对锂电池质量的检测，对高压电源输出的电压越来越高，电流非常小。传统的高压电源输出电流采用电流传感器方式来检测反射靶的电流，其精度低、电流检测范围窄、稳定性差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于高压输出的微安电流检测电路，使其微安电流检测精度高、宽范围且稳定可靠。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种用于高压输出的微安电流检测电路，包括开关电源、高压模块、差分放大电路模块、采样电路模块、反馈网络模块、反射靶；所述高压模块用于将开关电源提供的直流信号转变为高频交流信号并升压整流，输出直流高压到所述反射靶，所述采样电路模块采集流经所述反射靶的微安电流信号，并转化为电压信号输出到所述差分放大模块；所述差分放大模块主要包括运算放大芯片N1、补偿网络，所述运算放大芯片N1的输入端与所述采样电路模块的输出连接，输出端与所述反馈网络模块的输入端连接，还连接有处理器；所述补偿网络包括至少两个电阻电容网络及开关，所述处理器根据所述运算放大芯片N1的输出切换开关的状态，以控制接入的电阻电容网络的数量。

在一些实施例中，所述开关电源包括用于直流输出的电源HV1、HV2；所述高压模块包括MOS管Q1、Q2、高频变压器T1以及整流电路，所述开关电源输出直流信号到所述MOS 管Q1、Q2，所述MOS管Q1、Q2通过PWM控制输出高频交流信号，所述高频变压器T1对所述高频交流信号升压后输出到整流电路，整流电路输出直流高压。

在一些实施例中，所述开关电源包括用于直流输出的电源HV1、HV2；所述高频变压器 T1包括原边的绕组T11、T12与次级的绕组T21，整流电路包括电容C1、C2以及高压二极管D1、D2；所述绕组T11的同名端连接MOS管Q1的漏极，绕组T12的同名端连接电源 HV1，异名端连接MOS管Q2的漏极，所述MOS管Q1、Q2的源极均连接电源地，MOS管 Q1的栅极连接PWM1信号，MOS管Q2的栅极连接PWM2信号；所述绕组T21的同名端连接电容C1的第一端，电容C1的第二端连接高压二极管D1的阴极以及高压二极管D2的阳极，绕组T21的异名端连接高压二极管D1的阳极与电容C2的第一端，电容C2的第二端连接高压二极管D2的阴极以及电阻R1的第一端，电阻R1的第二端通过反射靶R0接大地。

在一些实施例中，所述采样电路模块包括电阻R2、R3，所述电阻R2的第一端连接绕组 T21的异名端，第二端连接电阻R3的第一端，所述电阻R3的第二端接大地。

在一些实施例中，运算放大芯片N1的输出端还连接有阻值调节电路，所述阻值调节电路包括主要由电阻R8、电位器RP1以及二极管D3构成的钳位电路，所述运算放大芯片N1的输出端通过串接电阻R7与二极管D3的阳极连接，所述电阻R8与电位器RP1串接在外界电源与电源地之间，二极管D3的阴极连接在电阻R8与电位器RP1连接的公共端。

在一些实施例中，所述反馈网络模块包括运算放大芯片N2、电阻R9、R10、R11，所述运算放大芯片N2的同相输入端通过电阻R9连接电阻R7，反相输入端通过电阻R10连接自身的输出端，所述电阻R11连接输出端与电源地之间。

有益效果：本实用新型可用于高压输出的微安电流检测电路。开关电源经过高压模块产生高压输出，通过反射靶、经过采样电路模块将流过反射靶的电流型号转换为电压信号，送到差分放大电路模块将微弱的电压信号转为为线性放大为电压信号，实现宽范围的微安电流检测，通过反馈网络可实现相应比例范围的电压信号。本实用新型具有检测精度高、宽范围且稳定可靠的优点。

附图说明

图1是本实用新型公开的一种用于高压输出的微安电流检测电路的结构框图；

图2是本实用新型公开的高压模块的电路原理图；

图3是本实用新型公开的采样电路模块原理图；

图4是本实用新型公开的差分放大电路模块原理图；

图5是本实用新型公开的反馈网络模块原理图；

图6是本实用新型公开的高压模块驱动信号时序图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，一种用于高压输出的微安电流检测电路，包括开关电源、高压模块、差分放大电路模块、采样电路模块、反馈网络模块、反射靶。

高压模块包括MOS管Q1、Q2、高频变压器T1以及整流电路，开关电源输出直流信号到MOS管Q1、Q2，MOS管Q1、Q2通过PWM控制输出高频交流信号，高频变压器T1对高频交流信号升压后输出到整流电路，整流电路输出直流高压；采样电路模块采集流经反射靶的微安电流信号，并转化为微弱电压信号输出到差分放大模块。

差分放大模块主要包括运算放大芯片N1、补偿网络以及阻值调节电路，运算放大芯片 N1的输入端与采样电路模块的输出连接，输出端与所述反馈网络模块、阻值调节电路的输入端连接，还连接有处理器如单片机等；补偿网络包括至少两个电阻电容网络及开关，处理器通过检测运算放大芯片N1的输出，将输出值与处理器内部预设的不同增益进行匹配，从而确定需要切入的电阻电容网络别的数量，进而控制切换开关的状态。开关的数量比电阻电容网络的数量少一个，投入的电阻电容网络的数量越多，差分放大电路的输出精度越高，同时，在同样的采样电流下也可实现更宽范围的检测，且在处理器增益对应的范围下，检测的精度恒定。差分放大电路模块将微弱电压信号转换线性的、高精度、范围可调的电压信号，再通过反馈网络模块形成相应比例的电压信号。从而实现对高压输出微安电流的高精度、宽范围检测且稳定性高。

参见图2，开关电源包括用于直流输出的电源HV1、HV2；高频变压器T1包括原边的绕组T11、T12与次级的绕组T21，整流电路包括电容C1、C2以及高压二极管D1、D2；绕组T11的同名端连接MOS管Q1的漏极，绕组T12的同名端连接电源HV1，异名端连接MOS 管Q2的漏极，MOS管Q1、Q2的源极均连接电源地，MOS管Q1的栅极连接PWM1信号， MOS管Q2的栅极连接PWM2信号；绕组T21的同名端连接电容C1的第一端，电容C1的第二端连接高压二极管D1的阴极以及高压二极管D2的阳极，绕组T21的异名端连接高压二极管D1的阳极与电容C2的第一端，电容C2的第二端连接高压二极管D2的阴极以及电阻 R1的第一端，电阻R1的第二端通过反射靶R0接大地。

高压模块通过两路PWM1和PWM2驱动信号分别驱动MOS管Q1、Q2，图6所示为高压模块产生高压输出控制MOS管Q1、Q2的时序图。PWM1信号与PWM2信号为+15V脉冲信号，脉冲频率为50kHz，相位相差180度，其占空比各为30％。占空比的数值可以根据实际需求进行改变。MOS管Q1、Q2将电源HV1直流电转换为高频交流电，通过高频变压器 T1升压转换为高频高压交流电，再通过高压电容C1、高压电容C2、高压二极管V1、高压二极管V2、经行两倍压整流出高压直流电，高压直流电通过限流电阻R1作用于反射靶R0。当反射靶R0打火时，限流电阻R1起到保护作用，以至于电源不被损坏。

在一些实施例中，MOS管Q1、Q2的型号可选为RFB4321PBF，电容C1、C2的型号可选为CT81Y5U10KV222M，二极管D1、D2的型号可选2CLG0520。

在其他的实施例中，上述电子元件也可选择其他的型号，根据实际情况而定。

如图3所示，采样电路模块包括电阻R2、R3，电阻R2的第一端连接绕组T21的异名端，第二端连接电阻R3的第一端，电阻R3的第二端接大地。可通过R2两端的压降来判断流过反射靶的电流。当高压模块2高压输出，反射靶5、采样电路模块3形成回路，在电阻R2 两端形成压降，从而在采样电路模块3采集到流过反射靶5的电流，电阻R2将流过反射靶5 的微安电流信号转换为微弱的电压信号，发送到差分放大电路。

在一些优选的实施例中，差分放大电路中运算放大芯片N1的型号为INA326。在其他的实施例中，还可以依照实际情况更改为INA327等能够实现同等高精度检测的型号。参见图4，以INA326为例，运算放大芯片N1的2脚连接电阻R2的第二端，3脚连接绕组T21的异名端，1脚与8脚之间连接有电阻R4，7脚连接电源HV2，4脚接电源地。在本实施例中，电阻电容网络设有两个，其中一个电阻电容网络包括并联的电容C3与电阻R6，另外一个电阻电容网络包括并联的电容C4与电阻R5，电容C3、C4与电阻R5、R6的一端均连接运算放大芯片N1的5脚，电容C3与电阻R6的另一端接电源地，开关K1连接在两个电阻电容网络之间。运算放大芯片N1对采样电路模块输出的电压信号进行放大，处理器根据电压信号的值，判断对应所属的增益，切换开关K1的开关状态，控制投入的电阻电容网络的数量，选择微安电流检测的范围(0μA～10mA)，从而达到宽范围、高精度的微安电流检测。例如，当反射靶R0上产生的微安电流在0μA～1mA时，采样电路模块输出的电压信号较小，处理器判断选择其对应所属的增益，断开开关1，仅通过一个电阻电容网络进行补偿，最后反馈网络模块输出的微安电流检测值可以精确到0.1，相当于在实现高精度检测的同时，在同样的采样电流下实现更宽范围的检测。当反射靶R0上产生的电流在1mA～10mA时，处理器则可以判断闭合开关1，通过两个电阻电容网络进行更高精度的补偿，使得在采样对象的电流较大时，依然能够实现对微安电流较为精确和宽范围的检测。

阻值调节电路包括主要由电阻R8、电位器RP1以及二极管D3构成的钳位电路，通过改变RP1的阻值，可以钳位任意值(＞0.7V)。运算放大芯片N1的6脚通过串接电阻R7与二极管D3的阳极连接，电阻R8与电位器RP1串接在外界电源与电源地之间，二极管D3的阴极连接在电阻R8与电位器RP1连接的公共端。阻值调节电路可以通过钳位输出电压，防止输出电压过高，影响后级电路。通过改变RP1的阻值可以得到任意值，其范围为(运算放大芯片N1的0～6脚输出的最大值)

如图5所示，反馈网络模块包括运算放大芯片N2、电阻R9、R10、R11，运算放大芯片N2的同相输入端通过电阻R9连接电阻R7，反相输入端通过电阻R10连接自身的输出端，电阻R11连接输出端与电源地之间。运算放大芯片N2的输出端输出成比例的电压信号“VOUT”，通过改变电阻R10、R11的阻值，可以调节输出的电压信号“VOUT”，从而实现对高压输出微安电流的高精度、宽范围检测且稳定性高。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于高压输出的微安电流检测电路，其特征在于，包括开关电源、高压模块、差分放大电路模块、采样电路模块、反馈网络模块、反射靶；所述高压模块用于将开关电源提供的直流信号转变为高频交流信号并升压整流，输出直流高压到所述反射靶，所述采样电路模块采集流经所述反射靶的微安电流信号，并转化为电压信号输出到所述差分放大模块；

所述差分放大模块主要包括运算放大芯片N1、补偿网络，所述运算放大芯片N1的输入端与所述采样电路模块的输出连接，输出端与所述反馈网络模块的输入端连接，还连接有处理器；所述补偿网络包括至少两个电阻电容网络及开关，所述处理器根据所述运算放大芯片N1的输出切换开关的状态，以控制接入的电阻电容网络的数量。

2.根据权利要求1所述的一种用于高压输出的微安电流检测电路，其特征在于，所述开关电源包括用于直流输出的电源HV1、HV2；所述高压模块包括MOS管Q1、Q2、高频变压器T1以及整流电路，所述开关电源输出直流信号到所述MOS管Q1、Q2，所述MOS管Q1、Q2通过PWM控制输出高频交流信号，所述高频变压器T1对所述高频交流信号升压后输出到整流电路，整流电路输出直流高压。

3.根据权利要求2所述的一种用于高压输出的微安电流检测电路，其特征在于，所述高频变压器T1包括原边的绕组T11、T12与次级的绕组T21，整流电路包括电容C1、C2以及高压二极管D1、D2；所述绕组T11的同名端连接MOS管Q1的漏极，绕组T12的同名端连接电源HV1，异名端连接MOS管Q2的漏极，所述MOS管Q1、Q2的源极均连接电源地，MOS管Q1的栅极连接PWM1信号，MOS管Q2的栅极连接PWM2信号；所述绕组T21的同名端连接电容C1的第一端，电容C1的第二端连接高压二极管D1的阴极以及高压二极管D2的阳极，绕组T21的异名端连接高压二极管D1的阳极与电容C2的第一端，电容C2的第二端连接高压二极管D2的阴极以及电阻R1的第一端，电阻R1的第二端通过反射靶R0接大地。

4.根据权利要求3所述的一种用于高压输出的微安电流检测电路，其特征在于，所述采样电路模块包括电阻R2、R3，所述电阻R2的第一端连接绕组T21的异名端，第二端连接电阻R3的第一端，所述电阻R3的第二端接大地。

5.根据权利要求1或4所述的一种用于高压输出的微安电流检测电路，其特征在于，运算放大芯片N1的输出端还连接有阻值调节电路，所述阻值调节电路包括主要由电阻R8、电位器RP1以及二极管D3构成的钳位电路，所述运算放大芯片N1的输出端通过串接电阻R7与二极管D3的阳极连接，所述电阻R8与电位器RP1串接在外界电源与电源地之间，二极管D3的阴极连接在电阻R8与电位器RP1连接的公共端。

6.根据权利要求5所述的一种用于高压输出的微安电流检测电路，其特征在于，所述反馈网络模块包括运算放大芯片N2、电阻R9、R10、R11，所述运算放大芯片N2的同相输入端通过电阻R9连接电阻R7，反相输入端通过电阻R10连接自身的输出端，所述电阻R11连接输出端与电源地之间。

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