多路高壓小電流檢測電路的製作方法

2023-05-23 10:11:11

專利名稱：多路高壓小電流檢測電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及檢測電路領域，尤其涉及一種多路高壓小電流檢測電路。
背景技術：
現有技術中，在進行多路高壓電流檢測時，由於多路高壓輸出共地，所以很難直接在低端進行電流檢測，現有的產品通常從高壓輸出端直接串聯電阻進行電流取樣，再經過運放將電阻的取樣電壓放大，得到實際的檢測輸出電壓。如圖1所示，為現有技術多路高壓小電流檢測電路。由於各路檢測電路都一祥，圖示中選擇一路高壓小電流檢測電路進行說明，該電路元件及連接關係如圖所示，文字部分不再描述。圖1中電路存在以下問題，導致對微小電流的檢測不夠精確第一，共模電壓太高，如可達數千伏以上，差模電壓太低，如IOuA的電流流過100K 的電阻Ra，電壓只有IV，Ra太大則會導致高壓損失大，由於運放的共模抑制比是有限的，如 LM358隻有70dB左右，使得運放的輸出與實際檢測到的電流存在較大差別；第二，電路要求分壓電阻的対稱性極高，如要求Rl = R3，R4 = (R2+VR1)，如果稍有偏差，則導致相同的檢測電流，有不同的輸出電壓。表現在實際生產吋，如不同臺次的電源， 由於電阻不對稱的原因，相同的檢測電流，輸出電壓Vo差別很大，超過規格範圍的要求；第三，特別嚴重的是，如果輸出高壓Vtx發生變化，相同檢測電流，檢測的輸出電壓Vo也會發生變化，所以對於要求高壓輸出可調的應用，此檢測電路根本無法滿足要求。

發明內容
為了克服現有技術的缺陷，本發明提供了ー種新的電路設計方案，使得檢測輸出電壓隨被檢測電流的變化而線性變化，並且檢測電流可達UA級甚至更低，受輸出高壓的大小影響極小，實用度高。為了達到上述發明目的，本發明提供了一種多路高壓小電流檢測電路，所述電路包括至少兩路高壓小電流檢測電路，所述高壓小電流檢測電路包括高壓發生器、高壓輸出端、主負載、其它負載、偏置電壓源、用於檢測總電流的第一取樣電阻、用於檢測其它負載電流的第二取樣電阻、檢測所述第一取樣電阻兩端電壓的第一檢測電路、檢測所述第二取樣電阻兩端電壓的第二檢測電路以及運算放大器，其中所述高壓發生器的高壓端連接兩個支路，第一支路接高壓輸出端，高壓輸出端通過主負載接地，第二支路接所述其它負載，其它負載的另一端串聯第二取樣電阻後接地，高壓發生器的低壓端依次串聯第一取樣電阻和偏置電壓源後接地，所述運算放大器的第一輸入端接第一檢測電路的輸出端，所述運算放大器的第二輸入端接第二檢測電路輸出端，運算放大器的輸出端為檢測結果輸出。具體地，所述第一檢測電路、第二檢測電路分別為運算放大電路。具體地，所述至少兩路高壓小電流檢測電路共用一個高壓發生器和ー個偏置電壓源。具體地，所述偏置電壓源可為正電壓，零電壓或負電壓。
具體地，所述第一取樣電阻、第二取樣電阻均包括一個或多個電阻。具體地，所述運算放大器為加法器或減法器，具體取決於兩取樣電阻所在電路的參考方向是否一致，若一致時採用減法器，不一致時採用加法器。具體地，所述其它負載包括輸出高壓閉環控制的採樣電路等。本發明的有益效果如下本發明方案將改變傳統從高壓端電流取樣的方法，每路的高壓電流從低壓端進行電流取樣，由於從低壓端取樣，共模電壓大大減少，從而提高了差模電流檢測精度，實現uA 級甚至更低的電流檢測。除此之外，本發明採用運算放大器通過運算方法從混疊的電流中檢測出所需電流分量，因而可以在混疊有其它負載電流的低壓端準確檢測高壓電源的高壓輸出端的輸出電流，解決了採用常規差分電流檢測方法時，對電路元件極端的難以達到的精度要求問題。


圖I是本發明現有技術多路高壓小電流檢測電路圖；圖2是本發明實施例多路聞壓小電流檢測電路原理圖；圖3是本發明實施例多路高壓小電流檢測電路圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明方案將改變傳統從高壓端電流取樣的方法，每路的高壓電流從低壓端進行電流取樣，由於從低壓端取樣，共模電壓大大減少，從而提高了差模電流檢測精度，實現uA 級甚至更低的電流檢測。除此之外，本發明採用運算放大器通過運算方法從混疊的電流中檢測出所需電流分量，因而可以在混疊有其它負載電流的低壓端準確檢測高壓電源的高壓輸出端的輸出電流，解決了採用常規差分電流檢測方法時，對電路元件極端的難以達到的精度要求問題。實施例I參見圖2，是本發明實施例多路高壓小電流檢測電路原理圖，所述檢測電路包括至少兩路高壓小電流檢測電路，由於每路高壓小電流檢測電路原理圖基本相同，圖中只畫出其中一路的高壓小電流檢測電路原理圖。如圖所示，所述高壓小電流檢測電路包括高壓發生器、高壓輸出端、主負載(RL)、 其它負載、偏置電壓源、用於檢測總電流(IL+IA)的第一取樣電阻(Rsl)、用於檢測其它負載電流(IA)的第二取樣電阻(Rs2)、檢測所述第一取樣電阻(Rsl)、兩端電壓的第一檢測電路、檢測所述第二取樣電阻(Rs2)兩端電壓的第二檢測電路以及運算放大器，其中所述高壓發生器的高壓端連接兩個支路，第一支路接高壓輸出端，高壓輸出端通過主負載(RU接地，第二支路接所述其它負載，其它負載的另一端串聯第二取樣電阻(Rs2)後接地，高壓發生器的低壓端依次串聯第一取樣電阻(Rsl)和偏置電壓源後接地，所述運算放大器的第一
4輸入端接第一檢測電路的輸出端，所述運算放大器的第二輸入端接第二檢測電路輸出端， 運算放大器的輸出端為檢測結果輸出。具體地，所述第一檢測電路、第二檢測電路分別為運算放大電路。具體地，所述至少兩路高壓小電流檢測電路共用一個高壓發生器和ー個偏置電壓源，共用偏置電壓源不會影響電流檢測輸出電壓值。具體地，所述偏置電壓源可為正電壓，零電壓或負電壓。具體地， 所述第一取樣電阻、第二取樣電阻均包括ー個或多個電阻。圖2中高壓小電流檢測電路的工作原理如下本電路採用從偏置電壓源與高壓發生器低壓端的支路中，用電阻Rsl檢測主負載電流IL的方法，不同於高壓端直接電流檢測，即只有IL通過檢測電路，由於在實際電路中， 並非只有IL流過電阻Rsl，還有ー些其它負載的電流，例如流過用於穩定輸出高壓的反饋電阻的電流等，這部分多餘的電流會使檢測輸出電壓有較大誤差，特別是對UA級或更低的電流檢測時，表現尤為突出，為克服這部分多餘電流的影響，本發明的設計思想是採用雙電流或多電流檢測電路，以下以雙電流檢測電路為例進行說明一路檢測通過Rsl的所有電流，也即總電流，其中含主負載電流IL及其它負載電流IA，需要說明的是，其它負載電流IA可能包含ー個或多個分量，即IA = IA1+IA2+···，得到的檢測電壓為Vl ；另一路単獨檢測除IL這部分電流之外的多餘電流IA，取得的檢測電壓值為V2 ；然後再用一級減法電路或加法電路，取得兩者的差值AV = V1-V2，完全去掉多餘電流的影響，此Δ V就是完全反映真實檢測電流IL的電壓值，再將ΔΥ放大，得到完全正比於真實檢測主負載電流IL的輸出電壓值Vo。本發明改變傳統從高壓端電流取樣的方法，將每路的高壓電流IL從低壓端用電阻Rsl取樣。由於從低壓端取樣，共模電壓大大減少，從而提高了差模電流檢測精度，實現 uA級甚至更低的電流檢測；此處偏置電壓源，可以是電壓較低的正電壓，或者是零電壓即接地，也可以是負電壓；本發明採用運算放大器通過運算方法從混疊的電流中檢測出所需電流分量，因而可以在混疊有其它負載電流的低端準確檢測高壓電源的高端輸出端的輸出電流，解決了採用常規差分電流檢測方法吋，對電路元件極端的難以達到的精度要求問題。實施例2參見圖3，是本發明實施例多路高壓小電流檢測電路圖。由於每路高壓小電流檢測電路圖基本相同，圖中只畫出其中一路的高壓小電流檢測電路圖。圖中各元件及連接關係如圖所示，此處不再詳述。圖中高壓小電流檢測電路，採用低壓端電流檢測的方法，此處的偏置電壓源是ー 個-1200V的電壓偏置電路，可供兩路或多路檢測電路使用，電路可實現電流檢測輸出電壓 Vo與被檢測的主負載電流IL的線性關係式Vo = 0. 1 X IL+2.5(単位Vo-伏，IL-uA)，並且檢測輸出電壓幾乎不受輸出高壓值的影響，在-750V +3000V的範圍內保持Vo = O. 1 X IL+2. 5 不變。以下對電路圖「K-TRANSFER」的原理進行說明電流ILl是實際要檢測的主負載電流即有用電流，電流IAl是其它負載電流即無用電流，(IL1+IA1)這兩個電流通過電阻R118(5. IMF 1/2W)進行電壓採樣，再送入運放 UlOOC(LM358)後，得到與電流(IL1+IA1)相關的輸出電壓Vll ；同時，電流IAl通過電阻 R122(11KF 0805)進行電壓採樣，得到與電流相關的輸出電壓V12 ；
￥11與￥12被送入由仍0( (11058)與周邊元件組成的反相加法器，也就是減法器， 以及放大電路中，兩數值相減後被放大，得到僅與主負載電流ILl相關的輸出電壓Vo，並且 Vo = 0. I X IL+2. 5。圖中R119取值與R118相等(5. IMF 1/2W)，加入R119是為了消除-1200V偏置電壓所產生電流的影響。因為運放的兩個輸入端電平約為2. 5V，所以-1200V偏置電壓必然會在運放的輸入串聯電阻R108和R109中產生電流；而由-1200V偏壓所導致的流經R108的電流必然流經取樣電阻R118，並在R118上產生電壓降，從而影響電流檢測結果；加入R119 後，會在差分放大器的另一輸入迴路中產生相同的電壓降，抵消上述R118上的壓降，從而消除-1200V偏置電壓導致的另一個「其它電流」對檢測結果的影響。綜述本方案輸出高壓可調的小電流檢測電路，在共用-1200V低壓端電源的情況下，實現了各路負載電流的獨立檢測，而且不受輸出高壓值的影響，在-750V +3000V的範圍內取得一致的電流檢測輸出電壓。本發明方案將每路的高壓電流從低壓端進行電流取樣，改變傳統從高壓端電流取樣的方法。由於從低壓端取樣，共模電壓大大減少，從而提高了差模電流檢測精度，實現uA 級甚至更低的電流檢測。除此之外，本發明採用運算放大器通過運算方法從混疊的電流中檢測出所需電流分量，因而可以在混疊有其它負載電流的低壓端準確檢測高壓電源的高壓輸出端的輸出電流，解決了採用常規差分電流檢測方法時，對電路元件極端的難以達到的精度要求問題。以上所揭露的僅為本發明較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。
權利要求
1.一種多路高壓小電流檢測電路，其特徵在於，所述電路包括至少兩路高壓小電流檢測電路，所述高壓小電流檢測電路包括高壓發生器、高壓輸出端、主負載、其它負載、偏置電壓源、用於檢測總電流的第一取樣電阻、用於檢測其它負載電流的第二取樣電阻、檢測所述第一取樣電阻兩端電壓的第一檢測電路、檢測所述第二取樣電阻兩端電壓的第二檢測電路以及運算放大器，其中所述高壓發生器的高壓端連接兩個支路，第一支路接高壓輸出端，高壓輸出端通過主負載接地，第二支路接所述其它負載，其它負載的另一端串聯第二取樣電阻後接地，高壓發生器的低壓端依次串聯第一取樣電阻和偏置電壓源後接地，所述運算放大器的第一輸入端接第一檢測電路的輸出端，所述運算放大器的第二輸入端接第二檢測電路輸出端，運算放大器的輸出端為檢測結果輸出。
2.根據權利要求I所述的多路高壓小電流檢測電路，其特徵在於，所述第一檢測電路、 第二檢測電路分別為運算放大電路。
3.根據權利要求I所述的多路高壓小電流檢測電路，其特徵在於，所述至少兩路高壓小電流檢測電路共用一個高壓發生器和一個偏置電壓源。
4.根據權利要求I至3任意一項所述的多路高壓小電流檢測電路，其特徵在於，所述偏置電壓源為正電壓，零電壓或負電壓。
5.根據權利要求I所述的多路高壓小電流檢測電路，其特徵在於，所述第一取樣電阻、 第二取樣電阻均包括一個或多個電阻。
6.根據權利要求I所述的電路，其特徵在於，所述運算放大器為加法器或減法器。
全文摘要
本發明提供的多路高壓小電流檢測電路，改變傳統從高壓端電流取樣的方法，將每路的高壓電流從低壓端進行電流取樣，由於從低壓端取樣，共模電壓大大減少，從而提高了差模電流檢測精度，實現uA級甚至更低的電流檢測。除此之外，本發明採用運算放大器通過運算方法從混疊的電流中檢測出所需電流分量，因而可以在混疊有它負載電流的低壓端準確檢測高壓電源的高壓輸出端的輸出電流，解決了在採用常規差分電流檢測方法時，對電路元件極端的難以達到的精度要求問題。
文檔編號G01R19/00GK102539889SQ201210016149
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月17日 優先權日2012年1月17日
發明者張世桐, 李建明, 林兒, 沈橋榮 申請人:惠州三華工業有限公司