本实用新型专利技术公开了一种宽电压范围的直流电源高边电流采样装置，包括与供电电源的正端电连接的采样元件，采样元件的输出端串联有负载，负载电连接至供电电源的负端，且供电电源的负端接地设置，与采样元件连接有光电隔离装置，光电隔离装置的输出端连接有信号处理装置，还包括隔离处理控制电源；将采样元件连接于供电电源的正端，利用光电隔离装置解决了高边电流采样的适用范围和可靠性问题，采样信号虽然受限于光电隔离装置，但是由于光电隔离装置的耐压能力高，因此该装置在常规的电路板采样中使用几乎不受任何的电压限制，同时还适用于控制地在正端的负电压端电流采样场景，本装置电路调试简单。置电路调试简单。置电路调试简单。
【技术实现步骤摘要】
一种宽电压范围的直流电源高边电流采样装置
[0001]本技术涉及电流采样
，具体涉及一种宽电压范围的直流电源高边电流采样装置，尤其适合电源产品使用，如开关电源、UPS、锂电池、交直转换模块、升压电源、差异化备电设备、智能配电设备等，也可以在电力配电检测监控产品上使用，如电表、智能监控设施等，在电力领域的其它需要高边电流采样的电力设备中均可普遍使用，在新兴的新能源领域如太阳能、风能、新能源汽车、混合动力汽车、电动汽车及其相关的充电桩等各种配套电力设备上也可使用。
技术介绍
[0002]电流采样是诸多电气和电子装置不可避免要面临的问题之一，直流电流的采样，理论上既可以在直流电源的负输出端(或输入端)进行，同样的也可以在直流电源的正输出端(或输入端)进行。但是，实际上在正端进行电流采样和在负端进行电流采样是有很大的不同。在负端(低边)进行电流采样时，可以使用毫欧电阻(分流器)直接采集电阻上的电压信号，再经过信号放大即可为后续电路使用(图5所示)；而在正端(高边)采样时，要想直接放大电流信号却有一定的限制，即采样处的电压不能高于放大器的共模输入电压，否则会影响放大器的正常工作，甚至损坏放大器，且需要选用高共模输入电压的专用放大器。目前这种专用放大器的最高共模输入电压已达62V，能适用于48V以下电压级的高边电流采样。对于高于62V电压的高边电流采样，如果仍要采用分流器进行电流检测的话，目前只能采用电流镜的方法，使高边的电流采样信号转换为低边的电压信号，再进行正常的放大。电流镜法使高边电流采样时使用毫欧电阻(分流器)和普通放大器成为可能，也使工程师们不必非要去采用昂贵的霍尔电流传感器。但是电流镜法的使用仍然有其局限性，主要原因在于电路的耐压问题。通常，电流镜是由两路互联的三极管和电阻构成的，其中的三极管的耐压能力决定了高边电流采样装置的使用电压。小功率三极管受其结构特点的限制，其耐压不会很高，而耐压高的三极管的特性又较低压三极管的特性差得多。另外，电流镜采样法由于器件在电路上是不隔离的，一旦三极管损坏短路，其所连接的后续元件也会被高电压击穿损坏，使电流镜法难以安全可靠地在高电压装置上采用。
[0003]通常情况下，电路设计工程师不会无端的选择高边电流采样方式，原因在于其带来的高共模输入电压问题，限制了这种采样方法的应用。然而在有些应用场景，比如boost升压电路、buck降压电路、buck
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boost升降压电路等初次级不隔离的应用中(如图6所示)，因为电源的初次级共地的原因，采用高边电流采样的方式可以极大地简化电源功率回路的复杂度、简化控制电路，并相应的能降低产品成本。新能源功率变换装置现在大多采用的是这类非隔离的电路拓扑结构，因此，适用范围广、成本低廉、使用方便的高边电流采样采用装置，在未来的功率变换等领域应用中有着较为广阔的空间。现在常用的高边电流采样实用的方法有：霍尔电流传感器采样法、分流器+电流镜采样法、专用的高边电流采样IC、分流器+线性光耦采样法。
[0004]其中，霍尔电流传感器采样法(如图7和图8所示)，这是一种利用对电磁场敏感的
霍尔元件去感应出电流磁场的变化，并生成相应的电信号，再经集成的放大电路放大输出与电流信号对应的电压的电流采样装置。它不存在高低边采样点的限制，可广泛应用于各种交直流输配电场合。但是，由于其价格较高，功耗高，一致性不好，灵敏度不高，温度特性差的缺点，很少被应用在精密测量领域，其在PCB板级应用方面也有很大的限制，尤其是在磁场强度变化较大的场所，更要考虑霍尔器件的稳定性和可靠性；分流器+电流镜采样法，是一种实用的高边电流采样方法，但是由于电流镜所使用的三极管或MOS管都有耐压方面的限制，而该方法的采样精度也不高，使其在电压较高和精度要求较高的场合应用中受到了很大的限制；采用专用的高边电流采样IC的核心也是电流镜像法，只不过集成了更复杂的电路。其主要问题是，现有产品的共模输入电压还不高，大多是28V等级的，少数的可达62V，因此只能应用在24V、48V的系统上；分流器+线性光耦采样法适用于各种电压等级，但是，由于该电路的核心是一只昂贵的线性光电耦合器，并且在采样端需要先将信号进行放大再输入到线性光耦，在采样端还需要额外的辅助电源，使该电路的成本较高，也较为复杂，应用的较少。
技术实现思路
[0005]本技术所要解决的技术问题是提供一种适应面广、成本低、结构简单、使用方便、稳定性高、可在复杂电磁环境使用并能满足各种电流采样应用需求的宽电压范围的直流电源高边电流采样装置。
[0006]为解决上述技术问题，本技术的技术方案是：一种宽电压范围的直流电源高边电流采样装置，包括与供电电源的正端电连接的采样元件，所述采样元件的输出端串联有负载，所述负载电连接至所述供电电源的负端，且所述供电电源的负端接地设置，与所述采样元件相对设有光电隔离装置，所述光电隔离装置电连接至所述采样元件的两端，所述光电隔离装置的输出端连接有信号处理装置，还包括隔离处理控制电源，所述隔离处理控制电源分别电连接至所述光电隔离装置和所述信号处理装置。
[0007]作为优选的技术方案，所述采样元件设置为毫欧级采样电阻Rs或分流器。
[0008]作为优选的技术方案，所述光电隔离装置包括并列设置的第一光电耦合器U1和第二光电耦合器U2，所述第一光电耦合器U1和所述第二光电耦合器U2分别设有四个引脚，包括形成光信号且相对设置的光端输入引脚、光端输出引脚以及形成电信号且相对设置的控制电源输入引脚和电信号输出引脚；
[0009]所述第一光电耦合器U1和所述第二光电耦合器U2分别独立设置或所述第一光电耦合器U1和所述第二光电耦合器U2一体封装设置；
[0010]所述隔离处理控制电源设置为正控制电源VCC和负控制电源
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VCC。
[0011]作为优选的技术方案，所述第一光电耦合器U1和所述第二光电耦合器U2分别包括封装设置的发光二极管和光敏三极管，所述发光二极管的阳极电连接至所述光端输入引脚，所述发光二极管的阴极电连接至所述光端输出引脚，所述光敏三极管的集电极电连接至所述控制电源输入引脚，所述光敏三极管的发射极电连接至所述电信号输出引脚。
[0012]作为优选的技术方案，所述第一光电耦合器U1中所述光端输入引脚电连接至所述采样电阻Rs的输入端且两者之间串联有限制电阻R1、所述光端输出引脚接地设置、所述控制电源输入引脚电连接至所述正控制电源VCC、所述电信号输出引脚电连接至所述信号处
理装置，所述电信号输出引脚还通过电阻R3接地设置；
[0013]所述第二光电耦合器U2中所述光端输入引脚电连接至所述采样电阻Rs的输出端且两者之间串联有限制电阻R2、所述光端输出引脚接地设置、所述控制电源输入引脚电连接至所述正控制电源VCC、所述电信号输出引脚电连接至所述信号处理装置，所述电信号输出引脚还通过电阻R4接地设置。
[0014]作为优选的技术方案，所述第一光电耦合器U1中所述光端输入引脚电连接至所述采样电阻Rs的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种宽电压范围的直流电源高边电流采样装置，包括与供电电源的正端电连接的采样元件，所述采样元件的输出端串联有负载，所述负载电连接至所述供电电源的负端，且所述供电电源的负端接地设置，其特征在于：与所述采样元件相对设有光电隔离装置，所述光电隔离装置电连接至所述采样元件的两端，所述光电隔离装置的输出端连接有信号处理装置，还包括隔离处理控制电源，所述隔离处理控制电源分别电连接至所述光电隔离装置和所述信号处理装置。2.如权利要求1所述的一种宽电压范围的直流电源高边电流采样装置，其特征在于：所述采样元件设置为毫欧级采样电阻Rs或分流器。3.如权利要求2所述的一种宽电压范围的直流电源高边电流采样装置，其特征在于：所述光电隔离装置包括并列设置的第一光电耦合器U1和第二光电耦合器U2，所述第一光电耦合器U1和所述第二光电耦合器U2分别设有四个引脚，包括形成光信号且相对设置的光端输入引脚、光端输出引脚以及形成电信号且相对设置的控制电源输入引脚和电信号输出引脚；所述第一光电耦合器U1和所述第二光电耦合器U2分别独立设置或所述第一光电耦合器U1和所述第二光电耦合器U2一体封装设置；所述隔离处理控制电源设置为正控制电源VCC和负控制电源
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VCC。4.如权利要求3所述的一种宽电压范围的直流电源高边电流采样装置，其特征在于：所述第一光电耦合器U1和所述第二光电耦合器U2分别包括封装设置的发光二极管和光敏三极管，所述发光二极管的阳极电连接至所述光端输入引脚，所述发光二极管的阴极电连接至所述光端输出引脚，所述光敏三极管的集电极电连接至所述控制电源输入引脚，所述光敏三极管的发射极电连接至所述电信号输出引脚。5.如权利要求4所述的一种宽电压范围的直流电源高边电流采样装置，其特征在于：所述第一光电耦合器U1中所述光端输入引脚电连接至所述采样电阻Rs的输入端且两者之间串联有限制电阻R1、所述光端输出引脚接地设置、所述控制电源输入引脚电连接至所述正控制电源VCC、所述电信号输出引脚电连接至所述信号处理装置，所述电信号输出引脚还通过电阻R3接地设置；所述第二光电耦合器U2中所述光端输入引脚电连接至所述采样电阻Rs的输出端且两者之间串联有限制电阻R...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩锋，姚继忠，龚华刚，潘佩，
申请(专利权)人：上海汇珏网络通信设备股份有限公司，
类型：新型
国别省市：
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