CN210166432U - 低压低频小信号电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种低压低频小信号电流检测电路，第一电容一端连接电流输入端和第九电阻一端；第一电容另一端连接第二、三电阻一端，第二电阻另一端连接第一电阻一端、第一NPN三极管的集电极和基极；第三电阻另一端连接第二NPN三极管的基极和第二电容一端；第二NPN三极管的集电极连接第六、七电阻一端，第二NPN三极管的发射极连接第五、四电阻一端，第四电阻另一端连接第四电容一端；电源连接第一、六电阻另一端和PNP三极管的发射极，第七电阻另一端连接PNP三极管的基极，PNP三极管的发射极连接第八电阻一端、第三电容一端和微处理器；其余接线端均接地。本实用新型具有成本低、可靠性高、灵敏度高、参数设计灵活的优点。

Description

低压低频小信号电流检测电路

技术领域

本实用新型涉及电学领域，具体涉及一种低压低频小信号电流检测电路。

背景技术

对于低压低频小信号电流，目前常用的检测方法有以下三种：

（1）串联采样电阻再通过三极管放大电阻上的电压的方法。这种方法由于成本低廉、体积小等优点运用面较广。但三极管放大容易造成失真，且受温度影响较大，影响采样精度和灵敏度。

（2）采用运放方式作电流检测。但普通运放失调电压比较大，而高精度运放则会带来成本的增加。而且运放的使用也会带来共模干扰，在设计中需要考虑区分有用的小信号电流和共模噪声电流。

（3）采用电流传感器。电流传感器精度高，性能好。但电流传感器成本偏高。有的电流传感器体积较大，需要供电，在高密度印刷电路板PCB上的应用也受到局限性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是如何提高低压低频小信号电流检测的精度、灵敏度和可靠性，同时降低其成本。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种低压低频小信号电流检测电路，其特征在于：包括第一电容，所述第一电容一端连接电流输入端和第九电阻一端，所述第九电阻另一端接地；所述第一电容另一端连接第二电阻一端和第三电阻一端，所述第二电阻另一端连接第一电阻一端、第一NPN三极管的集电极和所述第一NPN三极管的基极，所述第一NPN三极管的发射极接地；所述第三电阻另一端连接第二NPN三极管的基极和第二电容一端，所述第二电容另一端接地；所述第二NPN三极管的集电极连接第六电阻一端和第七电阻一端，所述第二NPN三极管的发射极连接第五电阻一端和第四电阻一端，所述第五电阻另一端接地，所述第四电阻另一端连接第四电容一端，所述第四电容另一端接地；电源连接所述第一电阻另一端、所述第六电阻另一端和PNP三极管的发射极，第七电阻另一端连接所述PNP三极管的基极，所述PNP三极管的发射极连接第八电阻一端、第三电容一端和电流输出端，所述电流输出端连接微处理器；所述第八电阻另一端接地，所述第三电容另一端接地。

优选地，所述第一NPN三极管和第二NPN三极管为相同型号。

优选地，所述第一电容为隔直耦合电容。

优选地，所述第二电容为滤波电容。

优选地，所述第三电容为储能电容。

优选地，所述第四电容为滤波电容。

优选地，所述电流检测电路输出端连接微处理器的通用I/O端口。

优选地，所述电源为5V直流电源。

本实用新型提供的低压低频小信号电流检测电路中，第一NPN三极管、第一电阻、第二电阻、第一电容组成隔直、耦合电路，给第一NPN三极管、第二NPN三极管的基极提供电压V+Vripple，其中，V是第一NPN三极管、第一电阻、第二电阻提供的直流偏置，Vripple是第一电容从电流输入端耦合过来的频率电压量。当第二NPN三极管打开时，第二NPN三极管、第五电阻、第六电阻组成深度饱和电路，打开PNP型三极管，此时电流检测电路的输出端为高。第二电容是滤波电容，可以适当调节Vripple的大小。第三电容是储能电容，可以给第八电阻充电使其在短时间内持续维持上一个电平状态。如果电流输入端的电流幅度小于一定数值，第一NPN三极管、第二NPN三极管的基极由于电压V+Vripple最大值过低处于截止状态，PNP型三极管的基极是高电平，也处于截止状态，那么电流检测电路的输出端输出为低。

相比现有技术，本实用新型提供的低压低频小信号电流检测电路具有如下有益效果：

1、采用低成本的分立元件，成本降低；

2、电路设计简单，参数调节方便，便于应用；

3、电路设计同时存在直流和频率分量两大成分，对频率分量的检测灵敏；

4、对称三极管的应用可以克服温度漂移的问题，增强了电路的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本实施例提供的低压低频小信号电流检测电路的示意图；

图2为当电流输入端电流幅度为5mA时，低压低频小信号电流检测电路的仿真结果图；

图3为当电流输入端电流幅度为30mA时，低压低频小信号电流检测电路的仿真结果图。

具体实施方式

图1为本实施例提供的低压低频小信号电流检测电路示意图，所述的低压低频小信号电流检测电路包括第一电容C1，第一电容C1一端连接电流输入端和第九电阻R9一端，第九电阻R9另一端接地；第一电容C1另一端连接第二电阻R2一端和第三电阻R3一端，第二电阻R2另一端连接第一电阻R1一端、第一NPN三极管Q1的集电极和第一NPN三极管Q1的基极，第一NPN三极管Q1的发射极接地；第三电阻R3另一端连接第二NPN三极管Q2的基极和第二电容C2一端，第二电容C2另一端接地；第二NPN三极管Q2的集电极连接第六电阻R6一端和第七电阻R7一端，第二NPN三极管Q2的发射极连接第五电阻R5一端和第四电阻R4一端，第五电阻R5另一端接地，第四电阻R4另一端连接第四电容C4一端，第四电容C4另一端接地；电源连接第一电阻R1另一端、第六电阻R6另一端和PNP三极管Q3的发射极，第七电阻R7另一端连接PNP三极管Q3的基极，PNP三极管Q3的发射极连接第八电阻R8一端、第三电容C3一端和电流输出端，电流输出端连接微处理器MCU；第八电阻R8另一端、第三电容C3另一端接地。

第一NPN三极管Q1、第二NPN三极管Q2为同型号的NPN型三极管，可以抑制温漂移增强检测电路的可靠性。Q3是PNP型三极管。第一NPN三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1组成隔直、耦合电路，给第一NPN三极管Q1、第二NPN三极管Q2的基极提供电压V+Vripple，其中V是第一NPN三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2提供的直流偏置，Vripple是第一电容C1从电流输入端耦合过来的频率电压量。当第二NPN三极管Q2打开时，第二NPN三极管Q2、第五电阻R5、第六电阻R6组成深度饱和电路，打开PNP型三极管Q3，此时电流检测电路的输出端为高。第二电容C2是滤波电容，可以适当调节Vripple的大小。第三电容C3是储能电容，可以给第八电阻R8充电使其在短时间内持续维持上一个电平状态。

如果电流输入端的电流幅度小于一定数值，第一NPN三极管Q1、第二NPN三极管Q2的基极由于电压V+Vripple最大值过低处于截止状态，PNP型三极管Q3的基极是高电平，也处于截止状态，那么电流检测电路的输出端输出为低。

在本实施例中，采样的是汽车电子空调系统吸风电机的工作电流值。吸风电机将车内空气吸入并传给车内温度传感器，增强温度传感器的灵敏性和实时性。电流输入端即是采样的吸风电机工作电流，电流输出端接入MCU的GPIO口（通用I/O端口）。

第一NPN三极管Q1、第二NPN三极管Q2采用ONSEMI公司的SMMBTA06WT1型。PNP三极管Q3采用ONSEMI公司的MMBT3906Q型。

第九电阻R9为旁路电阻，将采样到的电流量转换成电压量。

第一电容C1为隔直、耦合电容。第二电容C2为滤波电容，可调节Vripple幅度。第三电容C3为储能电容。第四电容C4为滤波电容。

电源为5V直流电源。

本实施例中，吸风电机正常工作电流频率330Hz，电流峰-峰值30mA。合理配置第一电阻R1、第九电阻R9可以得到符合检测要求的直流偏置电压V，合理选择第一电容C1的电容值可以得到合理的耦合电压Vripple。Vripple是和负载电流同频率的电压量。在本实施例中，V是0.4V。当吸风电机正常工作时，耦合电压Vripple最大值大于0.1V，V+Vripple在电流采样周期里最大值大于0.5V，第一NPN三极管Q1、第二NPN三极管Q2打开，第二NPN三极管Q2在V+Vripple大于其开启电压时，处于深度饱和状态，PNP三极管Q3打开，电流输出端被拉高。第三电容C3是储能电容，当V+Vripple在电流采样周期小于第二NPN三极管Q2的开启电压而关闭，同时PNP三极管Q3也关闭时，它提供放电电流使得电流检测电路的输出端维持在高电平。

当吸风电机堵住或转速过慢时，电流峰-峰值在5mA内。耦合电压Vripple在整个电流采样周期里最大值小于0.1V，V+Vripple最大值小于0.5V，第一NPN三极管Q1、第二NPN三极管Q2处于截止状态，PNP三极管Q3也处于截止状态，电流检测电路的输出端置低；

MCU通过读到电流检测电路的输出端不同的电平，从而判断吸风电机工作状态。

图2为当电流输入端电流幅度为5mA时，本实施例提供的低压低频小信号电流检测电路的仿真结果图，其中实线为电流检测电路输入端的检测电流，虚线为电流检测电路输出端的输出电平。

图3为当电流输入端电流幅度为30mA时，本实施例提供的低压低频小信号电流检测电路的仿真结果图，其中实线为电流检测电路输入端的检测电流，虚线为电流检测电路输出端的输出电平。

由图2和图3可知，本实施例提供的低压低频小信号电流检测电路在高低温环境中通过验证，功能正常。

应当理解的是，虽然在这里可能使用量术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种低压低频小信号电流检测电路，其特征在于：包括第一电容（C1），所述第一电容（C1）一端连接电流输入端和第九电阻（R9）一端，所述第九电阻（R9）另一端接地；所述第一电容（C1）另一端连接第二电阻（R2）一端和第三电阻（R3）一端，所述第二电阻（R2）另一端连接第一电阻（R1）一端、第一NPN三极管（Q1）的集电极和所述第一NPN三极管（Q1）的基极，所述第一NPN三极管（Q1）的发射极接地；所述第三电阻（R3）另一端连接第二NPN三极管（Q2）的基极和第二电容（C2）一端，所述第二电容（C2）另一端接地；所述第二NPN三极管（Q2）的集电极连接第六电阻（R6）一端和第七电阻（R7）一端，所述第二NPN三极管（Q2）的发射极连接第五电阻（R5）一端和第四电阻（R4）一端，所述第五电阻（R5）另一端接地，所述第四电阻（R4）另一端连接第四电容（C4）一端，所述第四电容（C4）另一端接地；电源连接所述第一电阻（R1）另一端、所述第六电阻（R6）另一端和PNP三极管（Q3）的发射极，第七电阻（R7）另一端连接所述PNP三极管（Q3）的基极，所述PNP三极管（Q3）的发射极连接第八电阻（R8）一端、第三电容（C3）一端和电流输出端，所述电流输出端连接微处理器（MCU）；所述第八电阻（R8）另一端接地，所述第三电容（C3）另一端接地。

2.如权利要求1所述的一种低压低频小信号电流检测电路，其特征在于：所述第一NPN三极管（Q1）和第二NPN三极管（Q2）为相同型号。

3.如权利要求1所述的一种低压低频小信号电流检测电路，其特征在于：所述第一电容（C1）为隔直耦合电容。

4.如权利要求1所述的一种低压低频小信号电流检测电路，其特征在于：所述第二电容（C2）为滤波电容。

5.如权利要求1所述的一种低压低频小信号电流检测电路，其特征在于：所述第三电容（C3）为储能电容。

6.如权利要求1所述的一种低压低频小信号电流检测电路，其特征在于：所述第四电容（C4）为滤波电容。

7.如权利要求1所述的一种低压低频小信号电流检测电路，其特征在于：所述电流检测电路输出端连接微处理器（MCU）的通用I/O端口。

8.如权利要求1所述的一种低压低频小信号电流检测电路，其特征在于：所述电源为5V直流电源。

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