[发明专利]一种用于双向电流采样的电流传感器

说明书

技术领域

本发明属于电流传感器领域，尤其涉及一种电池组充放电调节器、开关电源等用于双向电流采样的电流传感器。

背景技术

电压信号几乎可以在任何电气节点进行测量，也不会影响电路的特性。而电流测量一般需要插入某些感应器件，这样，会对所控制的电路产生一定影响。在电源应用中，电流信号一般被用在电流保护或参与环路控制上，前者要求电流采样有较高的稳态精度，后者则对电流采样的动态特性要求较高。

目前，电流采样的方式主要有：(1)串联电阻采样；(2)PCB上敷铜作采样电阻；(3)电流采样芯片，例如UCC3926；(4)FET的导通电阻做采样电阻；(5)电感采样；(6)DCR方式；(7)电池感应线圈；(8)电流变压器；(9)直流电流变压器；(10)HALL传感器；(11)HALL与电流变压器结合：(12)电流镜。上述采样方式在各方面的特性都各有优缺点，所以在选择采样方式时，需要结合实际电路的要求进行选择。

在以上12种电流检测方法中，(2)PCB上敷铜作采样电阻；(3)电流采样芯片，例如UCC3926；(4)FET的导通电阻做采样电阻均是(1)串联电阻采样的衍生方法，这种方法有可靠性高，原理简单等优点，因此被广泛应用，但是其检测电阻要消耗功率，因此限制了其使用范围，只适用于小功率场合。

(5)电感采样；(6)DCR方式；(7)电池感应线圈；(8)电流变压器；(9)直流电流压器，这些方法由于电磁耦合关系较复杂，受寄生参数影响达不到较高的准确性和动态响应，因此也没有得到广泛应用。

(10)HALL传感器；(11)HALL与电流变压器结合： (11)是(10)的改进，其很好的解决了带宽低、成本价高、线性区有限制、受机械压力及温度影响、频率受限等缺点，能够达到精确检测，高动态响应，高带宽等要求。各种电流检测方法的优缺点如下表所示：

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。导体中的电荷在电场作用下沿电流方向运动，由于存在垂直于电流方向的磁场，电荷受到洛伦兹力，产生偏转，偏转的方向垂直于电流方向和磁场方向，而且正电荷和负电荷偏转的方向相反，这样就产生了电势差，请参阅图1。其输出电压为：，其中，I为流过霍尔元件电流，B为磁感应强度，KH为霍尔元件的灵敏系数，该灵敏系数与器件的材料有关。

对于双向电流采样来说，一般采取霍尔传感器方式，因为霍尔传感器可以：实现控制和功率的隔离；线性度好，可测正负电流；损耗小；体积小。然而，霍尔传感器成本价高、线性区有限制、受机械压力及温度影响，频率受限，最大20-40KHz、尤其对于空间电源及其他产品的应用中，霍尔传感器的抗辐照特性较差，工作寿命较短。

电流传感器一般采用霍尔元件与电流变压器结合的方式。它很好的解决了效率低、线性区有限制、带宽低、受机械压力及温度影响、频率受限等缺点，能够达到交、直流精确检测，高动态响应，高带宽等要求。

参阅图2，现有技术提供的利用采样电阻的单向电流采样装置的结构。其中，为采样电阻，其左侧输入端电压为，右侧输出端电压为，三极管、集电极电压分别为和，由于这两个三极管构成电流镜电路，其工作在饱和状态，流过射极和集电极的电流相等。忽略的基极电流，即令，从而有=，设、饱和压降为，列方程式可得：

                         (1)

由上两式可得：

            (1)

所以流过发射极和集电极的电流为：

                   (1)

如果电流镜的输出接成如图所示的电压型方式，则输出电压为：

                        (1)

从公式中可以看出，单向电流采样电路，只可以对一个方向的电流进行采样，不能够实现双向的电流采样功能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例的目的在于提供一种用于双向电流采样的电流传感器。

本发明实施例是这样实现的，一种用于双向电流采样的电流传感器，所述双向电流传感器主要包括：

采样电阻，用于将电流信号转换为电压信号；

差分信号采集电流镜电路，用于对所述采样电阻两端的高电压信号进行差分，并将差分电压信号转换为电流信号输送给所述的电流电压转换电路；

电流源注入电路，用于通过供电电源产生恒定电流源，注入到所述差分信号采集电流镜电路；