[發明專利]一種小電流檢測電路

在審

• 申請號: 202110614494.2
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113933560A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 李穎弢;霍顯杰;田力學;張祎;崔滕虎;王方聰
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

為解決小電流檢測電路使用采樣電阻影響原電路的問題，本發明提出了一種電流檢測電路。該電路包含負電阻串聯電路、采樣電阻、電壓跟隨器和差分放大電路，可實現小電流檢測功能。該電路具有電流檢測支路無內阻、電流檢測精度高、線性度好和易于集成等優勢，具有較高的實用價值。本發明可在測量μA級電流時，使用千歐級采樣電阻且不影響原電路運行，使采樣電阻不在限制于毫歐級。

技術領域

本發明涉模擬電路設計領域，為一種電流檢測電路，可用于工業控制、小信號測量等領域。

背景技術

電流檢測電路廣泛應用于工業控制領域，目前電流檢測方法眾多，常見的有霍爾傳感器、羅氏線圈、電流互感器、光纖電流傳感器、磁通門、分流電阻等等。對不同電流檢測方法而言，其檢測原理不同，應用場景也不相同。在使用相關儀器進行測量電流時，通常會在待測電流支路中引入誤差電阻，對被測量支路帶來少量影響；在小信號測量領域，多數情況下會在待測支路中串聯一個毫歐級采樣電阻，通過差分放大器獲得采樣電阻兩端電勢差進而得到電流值，此方法使用廣泛，但仍有少量的電阻被引入原電路。

在小電流(μA)測量領域。小電流流過毫歐級采樣電阻時，采樣電阻兩端電勢極為相近，電勢差信號不易體現出小電流的具體數值。

如圖1所示，模擬電子技術介紹了互阻放大電路的理想模型，此模型可在電流檢測電路中使用，可將流過的電流信號轉為電壓信號，但與之對應的實際電路較少。在理想互阻放大電路模型中，電流流過的支路電阻為零，即電流檢測支路對原電路不產生影響，且待測電流支路為雙端口，可接于任意支路，電流可流入流出，不會對待測電流支路產生影響。

由于待測電流支路存在電流檢測儀器自身的電阻，測量時間稍長時，會有少量發熱的情況產生引起溫度的變化，采樣電阻的溫漂會對原電路的電流大小產生影響。

針對以上電流檢測電路存在的一些缺點和理想互阻放大電路的基本特性，需要設計一種體積小、電流檢測支路無阻抗和線性度好的小電流檢測電路。

發明內容

本發明提供了一種小電流檢測電路，以解決目前小電流檢測電路中對采樣電阻電勢差過小的問題。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案，包括：負電阻串聯電路、采樣電阻、電壓跟隨器、差分放大電路。

常見的基于運算放大器構建的負電阻為單端元件，負電阻串聯則可視為雙端元件；本發明使串聯負電阻的總阻值與高精度采樣電阻阻值相等，等效地產生電阻抵消的效果。高精度采樣電阻串聯進入待測電流支路中，本發明使用差分放大電路對采樣電阻電壓進行差分放大。

進一步地，根據待測電流支路電壓電流特點，合理選擇負電阻使用的普通電阻阻值，使負電阻使用的運算放大器工作在線性工作區，使運算放大器輸出電流小于最大輸出電流，保證負電阻正常工作。

進一步地，由于負電阻的介入，采樣電阻避免了以往只能選用毫歐級電阻，可選用大電阻并且對原電路幾乎無影響。

進一步地，電路中使用的運算放大器較多，為提高電流檢測精度，應全部使用低噪聲高精度的運算放大器，盡可能避免運算放大器的失調電壓、失調電流對測量產生影響；為保證整體電路使用的運算放大器工作在線性區，采樣電阻兩端的電勢不宜過高，否則過高的共模電壓會使運算放大器處于非線性工作區，使電路工作異常。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：

1.理想狀態下，電流檢測支路內阻為零，對原電路不產生影響；

2.電流檢測支路為雙端口，電流可流入流出，與單端口形式有所區別，大大拓展了適用范圍；

3.需要根據待檢測支路特點，合理選用負電阻電路的電阻值與運算放大器型號，確保運算放大器負電阻正常工作；

4.由于電流檢測支路等效的內阻為零，理想情況下對原電路無影響；實際電路中由于負電阻的存在會極大地削弱采樣電阻對原電路的影響；