一种双极性电流测量电路及设备的制作方法

1.本实用新型涉及一种测量仪器技术领域，特别是涉及一种双极性电流测量电路及设备。


背景技术：

2.在测量仪器领域中，一般电流测量方式如图1所示：
3.待检测电流信号输入电流电压转换电路100，转换为电压信号，再通过模数转换电路200将模拟电压信号转换为数字信号；其中，电流电压转换电路一般采用电阻。
4.采用这种方案，容易造成以下问题：
5.1、电流电压转换电路的电阻存在阻值变动，同一批电阻的阻值也会有稍许差异，通常误差可达到5％，这显然无法满足高精度测量仪器的量产化需求；
6.2、由于模数转换电路一般采用的转换芯片均工作在正电压条件下，因此无法满足负电流的测量功能。


技术实现要素：

7.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种双极性电流测量电路及设备，用于解决现有技术中电流测量的误差较高、且无法满足负电流测量的问题。
8.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型的第一方面提供一种双极性电流测量电路，包括：
9.积分器，其输入端与待检测电流信号连接，输出端与比较模块的输入端连接，用于将待检测电流信号转换为电压信号；
10.比较模块，其输出端与脉冲产生模块的输入端连接，用于根据所述电压信号与基准电压的比较结果，驱动所述脉冲产生模块；
11.脉冲产生模块，其输出端与后端电路连接，用于为后端电路提供脉冲信号；
12.电流源，串接在所述脉冲产生模块的输出端和所述积分器的输入端之间，用于根据所述脉冲信号对待检测电流信号进行泄放。
13.于本实用新型的一实施例中，所述积分器包括运算放大器及第一电容；
14.待检测电流信号接入所述运算放大器的反相输入端及第一电容的一端，第一电容的另一端与所述运算放大器的输出端连接；
15.所述运算放大器的反相输入端还与所述电流源的输出端连接；
16.所述运算放大器的同相输入端接地。
17.于本实用新型的一实施例中，所述比较模块包括第一比较器及第二比较器；
18.所述第一比较器的反相输入端与第一基准电压连接，同相输入端与所述积分器的输出端连接，所述第一比较器的输出端与所述脉冲产生模块的输入端连接；
19.所述第二比较器的同相输入端与第二基准电压连接，反相输入端与所述积分器的输出端连接，所述第二比较器的输出端与所述脉冲产生模块的输入端连接；
20.其中，所述第一基准电压为正电压，所述第二基准电压为负电压。
21.于本实用新型的一实施例中，所述脉冲产生模块包括第一触发器、第二触发器、第一与门及第二与门；
22.所述第一触发器的触发端与所述第一比较器的输出端连接，输出端与所述第一与门的一个输入端连接；
23.所述第二触发器的触发端与所述第二比较器的输出端连接，输出端与所述第二与门的一个输入端连接；
24.其中，所述第一触发器和所述第二触发器的输出信号互为反相；
25.所述第一触发器、所述第二触发器的时钟端，以及所述第一与门、所述第二与门的另一个输入端分别接第一电压，其中，所述第一电压为高电平；
26.所述第一与门的输出端分别与后端电路及所述电流源的输入端连接；
27.所述第二与门的输出端分别与后端电路及所述电流源的输入端连接。
28.于本实用新型的一实施例中，所述电流源包括第一电流源单元及第二电流源单元；
29.所述电流源包括第一电流源单元、第二电流源单元、第一开关及第二开关；
30.所述第一与门的输出端与所述第一开关的一端连接，所述第一开关的另一端与所述第一电流源单元的输入端与连接；
31.所述第二与门的输出端与所述第二开关的一端连接，所述第二开关的另一端与所述第二电流源单元的输入端连接；
32.所述第一电流源单元及所述第二电流源单元的输出端分别与所述运算放大器的反相输入端连接；
33.其中，所述第一开关及所述第二开关均为可控开关。
34.本实用新型的第二方面还提供一种双极性电流测量设备，包括第一方面提供的一种双极性电流测量电路。
35.如上所述，本实用新型的一种双极性电流测量电路及设备，具有以下有益效果：
36.1、通过积分器将输入的待检测电流信号转换为电压信号，转换精度高、线性度好，可满足高精度测量仪器的量产化需求；
37.2、设置的比较模块和脉冲产生模块，可同时测量正负电流，实用性较高；
38.3、还设置有电流源作为负反馈电路，当输入信号超出预设范围时，对待检测信号进行泄放，使被检测电流达到固定频率的脉冲输出。
附图说明
39.图1显示为现有技术中公开的电流测量电路的结构框图。
40.图2显示为本实用新型第一实施方式中公开的双极性电流测量电路的结构框图。
41.图3显示为图2的一种实现方式的接线示意图。
42.元件标号说明：
[0043]1‑
积分器；2
‑
比较模块；3
‑
脉冲产生模块；4
‑
电流源；401
‑
第一电流源单元；402
‑
第二电流源单元；100
‑
电流电压转换电路；200
‑
模数转换电路。
具体实施方式
[0044]
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0045]
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0046]
请参阅图2，本实用新型的第一实施方式提供一种双极性电流测量电路，包括：积分器1、比较模块2、脉冲产生模块3及电流源4。
[0047]
其中，积分器1的输入端与待检测电流信号连接，输出端与比较模块2的输入端连接，用于将待检测电流信号转换为电压信号。
[0048]
比较模块2的输入端与脉冲产生模块3的输入端连接，用于将电压信号和预设的基准电压进行比较，并根据比较结果输出高或低电平，驱动脉冲产生模块3。
[0049]
脉冲产生模块3的输出端与后端电路连接，用于为后端电路提供脉冲信号，其中，该脉冲信号与输入的待检测电流信号相对应。
[0050]
电流源4串接在脉冲产生模块3的输出端和积分器1的输入端之间，用于根据脉冲信号对待检测电流信号进行泄放。
[0051]
请参阅图3，图3所示为本实用新型的一种可能的实现方式。
[0052]
积分器1包括运算放大器u1及第一电容。
[0053]
待检测电流信号接入运算放大器u1的反相输入端及第一电容c1的一端，第一电容c1的另一端与运算放大器u1的输出端连接，运算放大器u1的同相输入端接地。
[0054]
采用这种方案，积分器1将输入的待检测电流信号进行积分，并转换为电压信号。
[0055]
同时，运算放大器u1的反相输入端还与电流源4的输出端连接。
[0056]
请参阅图3，比较模块2包括第一比较器u2及第二比较器u3。
[0057]
第一比较器u2的反相输入端与第一基准电压连接，同相输入端与积分器1的输出端连接，第一比较器u2的输出端与脉冲产生模块3的输入端连接。
[0058]
第二比较器u3的同相输入端与第二基准电压连接，反相输入端与积分器1的输出端连接，第二比较器u3的输出端与脉冲产生模块3的输入端连接。
[0059]
需要说明的是，第一基准电压和第二基准电压的值可根据需要进行选取，且第一基准电压为正电压，第二基准电压为负电压。
[0060]
请参阅图3，脉冲产生模块3包括第一触发器u4、第二触发器u5、第一与门u6及第二与门u7。
[0061]
第一触发器u4的触发端与第一比较器u2的输出端连接，输出端与第一与门u6的一个输入端连接；
[0062]
第二触发器u5的触发端与第二比较器u3的输出端连接，输出端与第二与门u7的一个输入端连接；
[0063]
第一触发器u4、第二触发器u5的时钟端接第一电压，其中，第一电压为高电平。采用这种方案，可使第一触发器u4和第二触发器u5始终处在工作状态。
[0064]
需要说明的是，为实现双极性的电流检测功能，第一触发器u4和第二触发器u5的输出信号互为反相。
[0065]
第一与门u6、第二与门u7的另一个输入端也与第一电压连接，采用这种方案，可使第一与门u6或第二与门u7的输出脉冲跟随输入端电平。
[0066]
需要说明的是，实际使用时，第一电压的电压值需根据第一触发器u4、第二触发器u5、第一与门u6及第二与门u7的器件特性进行选取。
[0067]
第一与门u6、第二与门u7的输出端与后端电路及电流源的输入端连接。
[0068]
请参阅图3，电流源4包括第一电流源单元401、第二电流源单元402、第一开关k1及第二开关k2，其中，第一开关k1及第二开关k2均为可控开关，可选用mos管或大功率三极管。
[0069]
第一与门u6的输出端与第一开关k1的控制端连接，第一开关k1的两端接在第一电流源单元401和运算放大器u1的反相输入端的回路中。
[0070]
第二与门u7的输出端与第二开关k2的控制端连接，第二开关k2的两端接在第二电流源单元402和运算放大器u1的反相输入端的回路中。
[0071]
脉冲产生模块3输出的脉冲信号输入第一开关或第二开关的控制端，使第一开关或第二开关导通，从而接通电流源电路。
[0072]
采用这种方案，当被检测电流转换的电压值超过预设值，比较模块触发脉冲产生模块，输出脉冲信号到后端电路，供用户通过计数的方法得到被检测电流的数字信号值；同时，该脉冲信号还作为电流源的触发信号，电流源工作后，对输入的被检测电流进行泄放，当泄放后的被检测电流转换的电压值小于预设值，脉冲产生模块停止输出脉冲信号，同时关闭电流源电路，使被检测电流达到固定频率的脉冲输出。
[0073]
请参阅图3，实际使用时，当被检测电流为正，正检测电流i1 输入后，在运算放大器u1的反相输入端产生正电压v1 ，经过运算放大器u1的比较放大后产生负电压v2
‑
，并通过第二比较器u3做电压比较，当负电压v2
‑
小于第二基准电压vref2时，脉冲产生模块3开启，输出脉冲信号pulse_p；同时输出的脉冲信号pulse_p还使第二开关导通，启动第二电流源单元对输入的正电流i1 进行泄放，产生泄放电流ih ，正检测电流i1 被泄放后产生的正电压v1 ’，经运算放大器u1比较放大后产生负电压v2
‑’
，当负电压v2
‑’
大于第二基准电压vref2时，脉冲产生模块停止输出脉冲信号pulse_p，同时关闭第二电流源单元，使被检测电流达到固定频率的脉冲输出。
[0074]
当被检测电流为负，负检测电流i1
‑
输入后，在运算放大器u1的反相输入端产生负电压v1
‑
，经过运算放大器u1的比较放大后产生正电压v2 ，并通过第一比较器u2做电压比较，当正电压v2 大于第一基准电压vref1时，脉冲产生模块开启，输出脉冲信号pulse_n；同时输出的脉冲信号pulse_n还使第一开关导通，启动第一电流源单元对输入的负检测电流进行泄放，产生泄放电流ih
‑
，电流i1
‑
被泄放后产生的负电压v1
‑’
，经运算放大器u1比较放大后产生正电压v2 ’，当正电压v2 ’大于第一基准电压vref1时，脉冲产生模块停止输出脉冲信号pulse_n，同时关闭第二电流源单元，使被检测电流达到固定频率的脉冲输出。
[0075]
需要说明的是，在实际情况下，第一电流源单元401及第二电流源单元402具有成熟的器件和设计方法可以实现。
[0076]
本实用新型的第二实施方式提供一种双极性电流测量设备，该设备包括上述第一实施方式中所述的双极性电流测量电路。
[0077]
综上所述，本实用新型的一种双极性电流测量电路及设备，提出一种把电流信号转换为频率信号的方案，通过积分器将输入的待检测电流信号转换为电压信号，通过比较模块将积分器的输出信号和基准电压进行比较，当积分器输出电压达到基准电压，比较器输出高电平信号到脉冲产生模块，最终输出正比于被检测电流幅值的脉冲信号到后端电路，用户可通过计数的方法得到被检测电流的数字信号值。本实用新型采用积分器将电流信号转换为电压信号，误差小，可满足高精度测量仪器的量产化需求；此外，设置的比较模块和脉冲产生模块，可同时测量正负电流，实用性较高；还设置有电流源作为负反馈电路，当输入信号超出预设范围时，对待检测信号进行泄放，使被检测电流达到固定频率的脉冲输出。
[0078]
所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0079]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。