高壓脈沖電源負載電流檢測電路及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓脈沖電源負載電流檢測電路及其檢測方法，所述檢測電路包括：配置在高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點和大地之間的取樣電阻R1；與取樣電阻R1并聯(lián)，用于將流過取樣電阻R1的負載電流信號轉換為負載電流信號對應的電壓信號的電流電壓轉換單元；連接電流電壓轉換單元輸出端的第一電壓跟隨單元；連接第一電壓跟隨單元輸出端，用于對第一電壓跟隨單元傳輸過來的負載電流信號對應的電壓信號進行放大的放大單元；連接放大單元輸出端的第二電壓跟隨單元；本發(fā)明實現(xiàn)了所檢測的電流即為負載所消耗的真實電流，檢測準確。
【專利說明】高壓脈沖電源負載電流檢測電路及其檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓脈沖電源負載電流檢測電路及其檢測方法。
【背景技術】
[0002]高壓脈沖電源是在高壓直流電源的基礎上增加了開關電路，從而輸出脈沖幅度可調(diào)、脈沖寬度可調(diào)、脈沖頻率可調(diào)、脈沖個數(shù)可設定的一種高壓電源；高壓脈沖電源的輸出電壓一般在幾千伏甚至幾十千伏，輸出電壓的波形一般為上升時間和下降時間在一微秒以內(nèi)的矩形波；參考圖1所示，現(xiàn)有的高壓脈沖電源通常包括高壓直流電源和脈沖控制器，該脈沖控制器包括開關電路；高壓直流電源提供一個穩(wěn)定的直流高壓，通過改變高壓直流電源的輸出電壓，可以調(diào)節(jié)高壓脈沖電源的脈沖幅度；開關電路包括一對串接的交替導通的MOS管來實現(xiàn)負載的高低電平，通過設置MOS管的導通和關斷狀態(tài)可以改變高壓脈沖電源輸出脈沖的寬度、頻率和個數(shù)；高壓直流電源、負載和開關電路共地；由于MOS管的交替導通，故有一部分電流通過MOS管流入了大地，因此高壓直流電源顯示的輸出電流不是負載所消耗的真實電流，現(xiàn)有技術中檢測高壓脈沖電源負載電流的方法主要有兩種；參考圖2所示的采用取樣電阻檢測高壓脈沖電源負載電流的示意圖，這種檢測方式為在高壓脈沖電源輸出端和負載之間串接取樣電阻，但取樣電阻兩端是高壓信號，不方便取樣信號的采集；參考圖3所示的采用電流互感器檢測高壓脈沖電源負載電流的示意圖，這種檢測方式為在高壓脈沖電源輸出端和負載之間串接電流互感器，但電流互感器不能檢測毫安級以下的小電流信號，同時也存在高壓絕緣的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對以上問題的提出，而研制一種高壓脈沖電源負載電流檢測電路及其檢測方法。
[0004]本發(fā)明的技術手段如下:
[0005]一種高壓脈沖電源負載電流檢測電路，應用于包括高壓直流電源和脈沖控制器的高壓脈沖電源，所述高壓脈沖電源驅動與大地連接的負載，所述脈沖控制器包括由一對串接的交替導通的MOS管組成的開關電路，所述檢測電路包括:
[0006]配置在高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點和大地之間的取樣電阻Rl ；
[0007]與取樣電阻Rl并聯(lián)，用于將流過取樣電阻Rl的負載電流信號轉換為負載電流信號對應的電壓信號的電流電壓轉換單兀；
[0008]連接電流電壓轉換單元輸出端的第一電壓跟隨單元；
[0009]連接第一電壓跟隨單元輸出端，用于對第一電壓跟隨單元傳輸過來的負載電流信號對應的電壓信號進行放大的放大單元；
[0010]連接放大單元輸出端的第二電壓跟隨單元；
[0011]與第二電壓跟隨單元輸出端相連接的輸出端；
[0012]進一步地，還包括設置于第一電壓跟隨單元和放大單元之間的第一濾波單元；設置于放大單元和第二電壓跟隨單元之間的第二濾波單元；設置于第二電壓跟隨單元和輸出端之間的第三濾波單元；
[0013]進一步地，所述電流電壓轉換單元包括相互串聯(lián)的電阻R2、整流二極管Dl和電阻R3 ;電阻R2 —端與大地連接，另一端連接整流二極管Dl陽極；電阻R3—端連接整流二極管Dl陰極，另一端連接高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點；
[0014]進一步地，所述第一電壓跟隨單元包括運算放大器Ul，該運算放大器Ul的輸出端與反相輸入端相連接，同相輸入端通過電阻R4與整流二極管Dl陰極相連接；
[0015]進一步地，所述放大單元包括運算放大器U2、電阻R6、電阻R7和可調(diào)電阻VRl ;所述運算放大器U2的輸出端通過相互串聯(lián)的電阻R7和可調(diào)電阻VRl連接其反相輸入端；所述運算放大器U2的反相輸入端通過電阻R6連接高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點；
[0016]進一步地，所述第一濾波單元包括由電阻R5和電容Cl構成的RC濾波電路；所述第二濾波單元包括由電阻R8和電容C2構成的RC濾波電路；所述第三濾波單元包括由電阻R9和電容C3構成的RC濾波電路；
[0017]進一步地，所述第二電壓跟隨單元包括運算放大器U3，該運算放大器U3的輸出端與反相輸入端相連接，同相輸入端與第二濾波單元相連接；
[0018]進一步地，所述取樣電阻Rl兩端并聯(lián)接有放電管GSE141N。
[0019]一種高壓脈沖電源負載電流檢測方法，檢測電路包括配置在高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點和大地之間的取樣電阻R1、與取樣電阻Rl并聯(lián)的電流電壓轉換單元、連接電流電壓轉換單元輸出端的第一電壓跟隨單元、連接第一電壓跟隨單元的放大單元、連接放大單元的第二電壓跟隨單元和與第二電壓跟隨單元輸出端相連接的輸出端；
[0020]所述檢測方法包括如下步驟:
[0021]①在高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點和大地之間配置取樣電阻Rl ；
[0022]②通過電流電壓轉換單元將流過取樣電阻的負載電流信號轉換為負載電流信號對應的電壓信號；
[0023]③第一電壓跟隨單元對電流電壓轉換單元輸出的負載電流信號對應的電壓信號進行處理，輸出跟隨負載電流信號對應的電壓信號變化的電壓信號；
[0024]④放大單元對第一電壓跟隨單元輸出的電壓信號進行放大，并將放大后的電壓信號輸出給第二電壓跟隨單元；
[0025]⑤第二電壓跟隨單元對放大單元輸出的電壓信號進行處理，輸出跟隨放大單元輸出的電壓信號變化的電壓信號至輸出端。
[0026]由于采用了上述技術方案，本發(fā)明提供的高壓脈沖電源負載電流檢測電路及其檢測方法，實現(xiàn)了所檢測的電流即為負載所消耗的真實電流，檢測準確；取樣電阻Rl串接在高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點和大地之間，即為低壓端取樣的方式，結構簡單、檢測方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是現(xiàn)有的高壓脈沖電源的結構示意圖；
[0028]圖2是采用取樣電阻檢測高壓脈沖電源負載電流的示意圖；
[0029]圖3是采用電流互感器檢測高壓脈沖電源負載電流的示意圖；[0030]圖4是采用本發(fā)明所述檢測電路檢測高壓脈沖電源負載電流的示意圖。
【具體實施方式】
[0031]如圖4所示，一種高壓脈沖電源負載電流檢測電路，應用于包括高壓直流電源和脈沖控制器的高壓脈沖電源，所述高壓脈沖電源驅動與大地連接的負載，所述脈沖控制器包括由一對串接的交替導通的MOS管組成的開關電路，所述檢測電路包括:配置在高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點和大地之間的取樣電阻Rl ;與取樣電阻Rl并聯(lián)，用于將流過取樣電阻Rl的負載電流信號轉換為負載電流信號對應的電壓信號的電流電壓轉換單元；連接電流電壓轉換單元輸出端的第一電壓跟隨單元；連接第一電壓跟隨單元輸出端，用于對第一電壓跟隨單兀傳輸過來的負載電流信號對應的電壓信號進行放大的放大單兀；連接放大單元輸出端的第二電壓跟隨單元；與第二電壓跟隨單元輸出端相連接的輸出端；進一步地，還包括設置于第一電壓跟隨單元和放大單元之間的第一濾波單元；設置于放大單元和第二電壓跟隨單元之間的第二濾波單元；設置于第二電壓跟隨單元和輸出端之間的第三濾波單元；進一步地，所述電流電壓轉換單元包括相互串聯(lián)的電阻R2、整流二極管Dl和電阻R3 ;電阻R2 —端與大地連接，另一端連接整流二極管Dl陽極；電阻R3 —端連接整流二極管Dl陰極，另一端連接高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點；進一步地，所述第一電壓跟隨單元包括運算放大器Ul，該運算放大器Ul的輸出端與反相輸入端相連接，同相輸入端通過電阻R4與整流二極管Dl陰極相連接；進一步地，所述放大單元包括運算放大器U2、電阻R6、電阻R7和可調(diào)電阻VRl ;所述運算放大器U2的輸出端通過相互串聯(lián)的電阻R7和可調(diào)電阻VRl連接其反相輸入端；所述運算放大器U2的反相輸入端通過電阻R6連接高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點；進一步地，所述第一濾波單元包括由電阻R5和電容Cl構成的RC濾波電路；所述第二濾波單元包括由電阻R8和電容C2構成的RC濾波電路；所述第三濾波單元包括由電阻R9和電容C3構成的RC濾波電路；進一步地，所述第二電壓跟隨單元包括運算放大器U3，該運算放大器U3的輸出端與反相輸入端相連接，同相輸入端與第二濾波單元相連接；進一步地，所述取樣電阻Rl兩端并聯(lián)接有放電管GSE141N。
[0032]一種高壓脈沖電源負載電流檢測方法，檢測電路包括配置在高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點和大地之間的取樣電阻R1、與取樣電阻Rl并聯(lián)的電流電壓轉換單元、連接電流電壓轉換單元輸出端的第一電壓跟隨單元、連接第一電壓跟隨單元的放大單元、連接放大單元的第二電壓跟隨單元和與第二電壓跟隨單元輸出端相連接的輸出端；
[0033]所述檢測方法包括如下步驟:
[0034]①在高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點和大地之間配置取樣電阻Rl ；
[0035]②通過電流電壓轉換單元將流過取樣電阻的負載電流信號轉換為負載電流信號對應的電壓信號；
[0036]③第一電壓跟隨單兀對電流電壓轉換單兀輸出的負載電流信號對應的電壓信號進行處理，輸出跟隨負載電流信號對應的電壓信號變化的電壓信號；
[0037]④放大單元對第一電壓跟隨單元輸出的電壓信號進行放大，并將放大后的電壓信號輸出給第二電壓跟隨單元；
[0038]⑤第二電壓跟隨單元對放大單元輸出的電壓信號進行處理，輸出跟隨放大單元輸出的電壓信號變化的電壓信號至輸出端。[0039]使用本發(fā)明所述的高壓脈沖電源負載電流檢測電路及其檢測方法，如圖4所示，當開關電路所包括的MOS管Ql即上管導通時，高壓直流電源輸出端與導通的MOS管Q1、負載和取樣電阻Rl構成回路，當開關電路所包括的MOS管Q2即下管導通時，導通的MOS管Q2、負載和取樣電阻Rl構成回路，故流過取樣電阻Rl上的電流信號即為負載電流信號，實現(xiàn)了所檢測的電流即為負載所消耗的真實電流，檢測準確；取樣電阻Rl串接在高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點和大地之間，即為低壓端取樣的方式，結構簡單、檢測方便，解決了現(xiàn)有技術通過在高壓脈沖電源輸出端和負載之間串接取樣電阻，但取樣電阻兩端是高壓信號，不方便取樣信號的采集的問題，同時也避免了現(xiàn)有技術中在高壓脈沖電源和負載之間串接電流互感器，但電流互感器不能檢測毫安級以下的小電流信號，以及所存在的高壓絕緣的問題。
[0040]取樣電阻Rl兩端并聯(lián)接有放電管GSE141N，能夠實時抑制取樣電壓瞬時大能量信號，保證后續(xù)電子電路的安全，取樣電阻Rl實際使用時可以取值IOOkQ，電流電壓轉換單元所包括的電阻R2可以取值1ΜΩ，電阻R3可以取值IOkQ，這樣電阻R3兩端的取樣電壓與流過取樣電阻Rl的負載電流之間的對應關系為IV對應1mA，運算放大器Ul、U2和U3可以采用TL064CN芯片，實際使用時可以通過調(diào)節(jié)放大單元所包括的可調(diào)電阻VRl的大小，進而改變放大單元的放大倍數(shù)；另外，也可以通過改變RC濾波電路的電阻和電容參數(shù)，進而改變?yōu)V波特性；輸出端輸出的電壓信號可以經(jīng)過Α/D轉換芯片進行采集和模數(shù)轉換處理，然后傳輸給脈沖控制器進行處理。
[0041]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種高壓脈沖電源負載電流檢測電路，應用于包括高壓直流電源和脈沖控制器的高壓脈沖電源，所述高壓脈沖電源驅動與大地連接的負載，所述脈沖控制器包括由一對串接的交替導通的MOS管組成的開關電路，其特征在于所述檢測電路包括: 配置在高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點和大地之間的取樣電阻Rl ； 與取樣電阻Rl并聯(lián)，用于將流過取樣電阻Rl的負載電流信號轉換為負載電流信號對應的電壓信號的電流電壓轉換單元； 連接電流電壓轉換單元輸出端的第一電壓跟隨單元； 連接第一電壓跟隨單元輸出端，用于對第一電壓跟隨單元傳輸過來的負載電流信號對應的電壓信號進行放大的放大單元； 連接放大單元輸出端的第二電壓跟隨單元； 與第二電壓跟隨單元輸出端相連接的輸出端。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高壓脈沖電源負載電流檢測電路，其特征在于還包括設置于第一電壓跟隨單元和放大單元之間的第一濾波單元；設置于放大單元和第二電壓跟隨單元之間的第二濾波單元；設置于第二電壓跟隨單元和輸出端之間的第三濾波單元。
3.根據(jù)權利要求1所述的一 種高壓脈沖電源負載電流檢測電路，其特征在于所述電流電壓轉換單元包括相互串聯(lián)的電阻R2、整流二極管Dl和電阻R3 ;電阻R2 —端與大地連接，另一端連接整流二極管Dl陽極；電阻R3 —端連接整流二極管Dl陰極，另一端連接高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種高壓脈沖電源負載電流檢測電路，其特征在于所述第一電壓跟隨單元包括運算放大器U1，該運算放大器Ul的輸出端與反相輸入端相連接，同相輸入端通過電阻R4與整流二極管Dl陰極相連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種高壓脈沖電源負載電流檢測電路，其特征在于所述放大單元包括運算放大器U2、電阻R6、電阻R7和可調(diào)電阻VRl ;所述運算放大器U2的輸出端通過相互串聯(lián)的電阻R7和可調(diào)電阻VRl連接其反相輸入端；所述運算放大器U2的反相輸入端通過電阻R6連接高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點。
6.根據(jù)權利要求2所述的一種高壓脈沖電源負載電流檢測電路，其特征在于所述第一濾波單元包括由電阻R5和電容Cl構成的RC濾波電路；所述第二濾波單元包括由電阻R8和電容C2構成的RC濾波電路；所述第三濾波單元包括由電阻R9和電容C3構成的RC濾波電路。
7.根據(jù)權利要求2所述的一種高壓脈沖電源負載電流檢測電路，其特征在于所述第二電壓跟隨單元包括運算放大器U3，該運算放大器U3的輸出端與反相輸入端相連接，同相輸入端與第二濾波單元相連接。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種高壓脈沖電源負載電流檢測電路，其特征在于所述取樣電阻Rl兩端并聯(lián)接有放電管GSE141N。
9.一種高壓脈沖電源負載電流檢測方法，其特征在于:檢測電路包括配置在高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點和大地之間的取樣電阻Rl、與取樣電阻Rl并聯(lián)的電流電壓轉換單元、連接電流電壓轉換單元輸出端的第一電壓跟隨單元、連接第一電壓跟隨單元的放大單元、連接放大單元的第二電壓跟隨單元和與第二電壓跟隨單元輸出端相連接的輸出端；所述檢測方法包括如下步驟: ①在高壓脈沖電源與開關電路的公共電位點和大地之間配置取樣電阻Rl； ②通過電流電壓轉換單元將流過取樣電阻的負載電流信號轉換為負載電流信號對應的電壓信號； ③第一電壓跟隨單元對電流電壓轉換單元輸出的負載電流信號對應的電壓信號進行處理，輸出跟隨負載電流信號對應的電壓信號變化的電壓信號； ④放大單元對第一電壓跟隨單元輸出的電壓信號進行放大，并將放大后的電壓信號輸出給第二電壓跟隨單元； ⑤第二電壓跟隨單元對放大單元輸出的電壓信號進行處理，輸出跟隨放大單元輸出的電壓信號變化的電壓 信號至輸出端。
【文檔編號】G01R19/25GK103743945SQ201410023844
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權日:2014年1月17日
【發(fā)明者】李振謙, 王紀瑞 申請人:大連泰思曼科技有限公司