本发明公开了一种利用单运放实现双向高端电流检测电路，包括：电流检测电路，连接于储能装置与负载之间，以完成双向电流的采样，并将充/放电电流转换为电压差；控制电路，用于将来自微处理器的控制信号mcu转换为开关阵列控制信号；开关阵列，用于在该开关阵列控制信号的控制下将该电流检测电路输出的电压差传递至放大电路的输入端；放大电路，用于将该电流检测电路输出的经该开关阵列传递的电压差进行放大和滤波以进行后续处理,本发明通过利用一个运算放大器以及一个电流检测电路可以完成两个不同方向的高端电流测量，保证了两个方向的测量精度完全一致，不存在误差和精度不对称性问题。
1.一种利用单运放实现双向高端电流检测的电路，包括：
电流检测电路，连接于储能装置与负载之间，以完成双向电流的采样，并将充/放电电流转换为电压差；
控制电路，用于将来自微处理器的控制信号mcu转换为开关阵列控制信号；
开关阵列，用于在该开关阵列控制信号的控制下将该电流检测电路输出的电压差传递至放大电路的输入端；
放大电路，用于将该电流检测电路输出的经该开关阵列传递的电压差进行放大和滤波以进行后续处理；
其中，该控制电路包括第一三极管、第二三极管以及第一电阻、第二电阻、第三电阻及第四电阻，该控制信号mcu经该第一电阻连接至该第一三极管的基极，该第一三极管的发射极经第三电阻接地，该第一三极管的集电极与该第二三极管的基极相连并经该第二电阻连接至电源，该第二三极管的发射极接电源，该第二三极管的集电极连接该开关阵列并经该第四电阻接地；
该开关阵列包括第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管及第六MOS管，该第三MOS管的漏极、第六MOS管的源极和衬底连接至储能装置的正端，该第四MOS管的漏极、第五MOS管的源极和衬底连接至负载的正端，该第三MOS管的源极和衬底、第五MOS管的漏极连接至该放大电路，该第四MOS管的源极和衬底、该第六MOS管的漏极连接至该放大电路，该第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管及第六MOS管的栅极连接至该第二三极管的集电极；
该放大电路包括运算放大器、第七PMOS管以及滤波电路，该运算放大器的两输入端连接该开关阵列，该运算放大器的输出端连接至该第七PMOS管的栅极，该第七PMOS管的源极和衬底连接至该运算放大器的反相输入端，该第七PMOS管的漏极连接该滤波电路，该运算放大器的负电源端接地。
2.如权利要求1所述的一种利用单运放实现双向高端电流检测的电路，其特征在于：该电流检测电路作为电流传感器完成双向电流的采样，并将充/放电电流转换为电压差。
3.如权利要求2所述的一种利用单运放实现双向高端电流检测的电路，其特征在于：该电流检测电路包括一精确阻值的小电阻，其连接于储能装置与负载之间，并连接该开关阵列。
4.如权利要求1所述的一种利用单运放实现双向高端电流检测的电路，其特征在于：该第一三极管为NPN三极管，该第二三极管为PNP三极管。
5.如权利要求1所述的一种利用单运放实现双向高端电流检测的电路，其特征在于：该第三MOS管以及第四MOS管为NMOS管，该第五MOS管与第六MOS管为PMOS管。
6.如权利要求1所述的一种利用单运放实现双向高端电流检测的电路，其特征在于：该第三MOS管的源极和衬底、该第五MOS管的漏极经第六电阻连接至该运算放大器的同相输入端，该第四NMOS管的源极和衬底、该第六MOS管的漏极经第七电阻连接至该运算放大器的反相输入端。
7.如权利要求1所述的一种利用单运放实现双向高端电流检测的电路，其特征在于：第九电阻跨接于该运算放大器的输出端和反相输入端之间用于消除自激。
一种利用单运放实现双向高端电流检测电路
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高端电流检测电路，特别是涉及一种利用单运放实现双向高端电流检测电路。
背景技术
[0002] 高端(指电源正极端)电流检测可以解决低端(指电源负极端)检测方案因负极地线干扰导致测量波动，测量误差大问题。所以高端电流检测被应用在很多需要精密检测电流的场合，尤其电流波动剧烈，干扰较大环境，比如新能源车辆上。在科学技术充分发展的情况下，移动通信设备和新能源交通工具成为日常生活必不可少的部分，可充电储能设备获得广泛使用，应用设计必须充分考虑充电和放电电流的幅值以保证安全、快速充电和安全和可持续放电，否则易造成可充电储能设备损坏甚至爆炸，因此高端电流检测变得尤为重要。
[0003] 常规的高端电流检测需要两组运放及检测测量电路分别来完成两个不同方向的电流检测(充电方向和放电方向)，如图1所示为传统的高端电流检测电路的电路结构图。传统的电流检测电路由两个运放分别完成充电和放电两个方向的电流检测，运放UC、电阻RINC+、RINC-、MOS管QC、滤波电容CC以及输出电阻ROUTC组成充电电流检测电路，运放UD、电阻RIND+、RIND-、MOS管QD、滤波电容CD以及输出电阻ROUTD组成放电电流检测电路，RSENSE为电流检测传感器，LOAD为用电负载，VBAT为可充电储能设备，CHARGER为充电器，电流检测传感器RSENSE的两端分别连接充电电流检测电路的输入电阻RINC+、RINC-的一端和放电电流检测电路的输入电阻RIND+、RIND-的一端，电阻RINC-的另一端连接至运放UC的反相输入端、MOS管QC的源极和衬底，电阻RINC+的另一端连接至运放UC的同相输入端，运放UC的输出端连接至MOS管QC的栅极，MOS管QC的漏极连接至输出电阻ROUTC的一端，滤波电容CC一端连接电流检测传感器RSENSE正端(左端，充电时电流由左向右流动)和运放的电源正端，其另一端连接至运放的整流端VREG，输出电阻ROUTC的另一端和运放电源负端接地，电阻RIND-的另一端连接至运放UD的反相输入端、MOS管QD的源极和衬底，电阻RIND+的另一端连接至运放UD的同相输入端，运放UD的输出端连接至MOS管QD的栅极，MOS管QD的漏极连接至输出电阻ROUTD的一端，滤波电容CD一端连接电流检测传感器RSENSE正端(右端，充电时电流由右向左流动)和运放的电源正端，其另一端连接至运放UD的整流端VREG，输出电阻ROUTD的另一端和运放电源负端接地。
[0004] 然而，传统的电流检测电路中，由于2组电路必定可能存在有不完全对称问题，导致两个不同方向电路的测量误差不会完全一致，这在需要精密测量上会引来严重的累积误差，当然，也可以采取其它方法校准这个误差，但校准方案本身误差会比较大。
发明内容
[0005] 为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种利用单运放实现双向高端电流检测电路，其通过利用一个运算放大器以及一个电流检测电路可以完成两个不同方向的高端电流测量，保证了两个方向的测量精度完全一致，不存在误差和精度不对称性问题，本发明可以降低电路成本，提高产品性价比。
[0006] 为达上述及其它目的，本发明提出一种利用单运放实现双向高端电流检测电路，包括：
[0007] 电流检测电路，连接于储能装置与负载之间，以完成双向电流的采样，并将充/放电电流转换为电压差；
[0008] 控制电路，用于将来自微处理器的控制信号mcu转换为开关阵列控制信号；
[0009] 开关阵列，用于在该开关阵列控制信号的控制下将该电流检测电路输出的电压差传递至放大电路的输入端；
[0010] 放大电路，用于将该电流检测电路输出的经该开关阵列传递的电压差进行放大和滤波以进行后续处理。
[0011] 进一步地，该电流检测电路作为电流传感器完成双向电流的采样，并将充/放电电流转换为电压差。
[0012] 进一步地，该电流检测电路包括一精确阻值的小电阻，其连接于储能装置与负载之间，并连接该开关阵列。
[0013] 进一步地，该控制电路包括第一三极管、第二三极管以及第一至第四电阻，该控制信号mcu经该第一电阻连接至该第一三极管的基极，该第一三极管的发射极经第三电阻接地，该第一三极管的集电极与该第二三极管的基极相连并经该第三电阻连接至电源，该第二三极管的发射极接电源，该第二三极管的集电极连接该开关阵列并经该第四电阻接地。
[0014] 进一步地，该第一三极管为NPN三极管，该第二三极管为PNP三极管。
[0015] 进一步地，该开关阵列包括第三至第六MOS管，该第三MOS管的漏极、第六MOS管的源极和衬底连接至储能装置的正端，该第四MOS管的漏极、第五MOS管的源极和衬底连接至负载的正端，该第三MOS管的源极和衬底、第五MOS管的漏极连接至该放大电路，该第四MOS管的源极和衬底、该第六MOS管的漏极连接至该放大电路，该第三至第六MOS管的栅极连接至该第二三极管的集电极。
[0016] 进一步地，该第三MOS管以及第四MOS管为NMOS管，该第五MOS管与第六MOS管为PMOS管。
[0017] 进一步地，该放大电路包括运算放大器、第七PMOS管以及滤波电路，该运算放大器的两输入端连接该开关阵列，该运算放大器的输出端连接至该第七PMOS管的栅极，该第七PMOS管的源极和衬底连接至该运算放大器的反相输入端，该第七PMOS管的漏极连接该滤波电路，该运算放大器的负电源端接地。
[0018] 进一步地，该第三MOS管的源极和衬底、该第五MOS管的漏极经第六电阻连接至该运算放大器的同相输入端，该第四NMOS管的源极和衬底、该第六MOS管的漏极经第七电阻连接至该运算放大器的反相输入端。
[0019] 进一步地，第九电阻跨接于该运算放大器的输出端和反相输入端之间用于消除自激。
[0020] 与现有技术相比，本发明一种利用单运放实现双向高端电流检测电路通过利用一个运算放大器以及一个电流检测电路完成两个不同方向的高端电流测量，保证了两个方向的测量精度完全一致，不存在误差和精度不对称性问题，同时，通过本发明，可以降低电路成本，提高产品性价比。
附图说明
[0021] 图1为传统的高端电流检测电路的电路结构图；
[0022] 图2为本发明一种利用单运放实现双向高端电流检测电路的电路结构图。
具体实施方式
[0023] 以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0024] 图2为本发明一种利用单运放实现双向高端电流检测电路的电路结构图。如图2所示，本发明一种利用单运放实现双向高端电流检测电路，包括：电流检测电路10、控制电路20、开关阵列30以及放大电路40。
[0025] 其中，电流检测电路10采用精确阻值的小电阻(R8)作为电流传感器以完成双向(充电和放电)电流的采样，并将充/放电电流转换为电压差；控制电路20由NPN三极管Q1、PNP三极管Q2以及四个电阻R1-R4组成，用于将来自微处理器的控制信号mcu转换为开关阵列控制信号；开关阵列30由NMOS管Q3-Q4以及PMOS管Q5-Q6组成，用于在开关阵列控制信号的控制下将电流检测电路10输出的电压差传递至放大电路40的输入端；放大电路40由运算放大器JP1、PMOS管Q7、滤波电容C1以及电阻R5、R6、R7、R9组成，用于将电流检测电路10输出的经开关阵列30传递的电压差进行放大和滤波以进行后续处理。
[0026] 具体地说，来自微处理器的控制信号mcu经电阻R1连接至NPN三极管Q1的基极，NPN三极管Q1的发射极经电阻R3接地，NPN三极管Q1的集电极与PNP三极管Q2的基极相连并经电阻R3连接至电源VCC，PNP三极管Q2的发射极接电源VCC，PNP三极管Q2的集电极连接NMOS管Q3、Q4和PMOS管Q5、Q6的栅极并经电阻R4接地，NMOS管Q3的漏极、PMOS管Q6的源极和衬底连接至储能装置(未示出)的正端B+即电流传感器R8的左端，NMOS管Q4的漏极、PMOS管Q5的源极和衬底连接至负载(未示出)的正端Load+即电流传感器R8的右端，NMOS管Q3的源极和衬底、PMOS管Q5的漏极经电阻R6连接至运放JP1的同相输入端，NMOS管Q4的源极和衬底、PMOS管Q6的漏极经电阻R7连接至运放JP1的反相输入端，电阻R9跨接于运放JP1的的输出端和反相输入端之间用于消除自激，运放JP1的的输出端连接至PMOS管Q7的栅极，PMOS管Q7的源极和衬底连接至运放JP1的反相输入端，PMOS管Q7的漏极连接电阻R5和滤波电容C1之一端，电阻R5和滤波电容C1之另一端接地，运放JP1的负电源端接地，其正电源端接电源VCC。
[0027] 在本发明具体实施例中，Q3、Q4为NMOS管，Q5、Q6为PMOS管，控制信号mcu经NPN三极管Q1和PNP三极管Q2两次反相后生成适合控制开关阵列的开关阵列控制信号，充电时，电流从Load+流向B+，此时来自微处理器的控制信号mcu为高电平，NMOS管Q3、Q4导通，电路测量充电电流，放电时，电流从B+流向Load+，此时来自微处理器的控制信号mcu为低电平，PMOS管Q5、Q6导通，电路测量放电电流。
[0028] Q1，Q2分别为pnp三极管和npn三极管，它们和电阻R1，R2，R3，R4组成N-mos和P-mos切换控制电路。Mcu输入高电平时，N-MOS导通，切换到充电电流测量。Mcu输出低电平时，P-MOS管导通切换到放电电流测量。
[0029] 在本发明中，测量电压Vt1＝R5/R7*Ic*R8，所以待测电流Ic＝Vt1*R7/(R5*R8)。
[0030] 综上所述，本发明一种利用单运放实现双向高端电流检测电路通过利用一个运算放大器以及一个电流检测电路完成两个不同方向的高端电流测量，保证了两个方向的测量精度完全一致，不存在误差和精度不对称性问题，同时，通过本发明，可以降低电路成本，提高产品性价比。
[0031] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
