[实用新型]一种宽电压范围的直流电源高边电流采样装置

说明书

本实用新型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。

技术领域

本实用新型涉及电流采样技术领域，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。

背景技术

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。

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-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。