具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

本发明在采用霍尔电流传感器原理测量机载一次配电系统直流200A电流，可过载到900A(短时)，转换成标准的2V跟踪直流信号输出。在此基础上增加小电流和辅助电源诊断功能，当被测电流小于某一电流值(15A)同时电源电压高于某一值(16V)时，输出电源电压(+28V)，当被测电流大于25A和辅助电源低于某一值(14V)时，输出开路。+28V/开路为开关量输出信号具有不小于20mA的驱动能力。

实施例1

如图1所示，本发明一种带综合诊断功能的电流传感器电路，包括电源特性电路、磁电转换电路、比例放大输出电路、比例放大及小信号诊断电路、电压诊断电路、逻辑求与及三极管开路输出电路；

所述电源特性电路，用于将机载的+28V辅助电源转换成低压(VCC 10V左右)供后级各模块电路使用；

所述磁电转换电路，用于将被测电流信号从电流传感器的穿心孔输入，根据电流周围产生磁场，把被测电流信号进行电磁转化，得到磁场信号；由于这时的磁场信号比较发散，利用聚磁环进行聚集，通过霍尔器件元件感测聚集后的磁场信号，把磁场信号进行磁电转化，得到处理后的电信号；

所述比例放大输出电路，用于对所述处理后的电信号进行二级放大处理，得到标准线性输出信号；其中，一级放大处理后的小信号输入至所述比例放大及小信号诊断电路；

所述比例放大及小信号诊断电路，用于获取所述比例放大输出电路的一级放大处理后的小信号，并经过放大倍数可调的进一步放大处理，并把处理后的小信号通过迟滞比较器与基准电压进行比较：当被测电流小于电流预设值，输出高电压(接近VCC)；当被测电流大于25A时，比较器输出低电压(接近0V)；并输出逻辑电平信号；

所述电压诊断电路，用于将输入电压与基准电压进行比较：当电源电压高于第一电压预设值时，输出高电压(接近VCC)；当辅助电源低于第二电压预设值时，输出低电压(接近0V)；并输出逻辑电平信号；

所述逻辑求与及三极管开路输出电路，用于所述比例放大及小信号诊断电路和电压诊断电路诊断后的两路信号通过最简单的二极管逻辑求与实现硬件电路与门的功能并通过三极管开路输出。

图2为一种带综合诊断功能的电流传感器电路的详细电路图。各电路模块具体实现如下：

本实施例中，如图4所示，所述电源特性电路包括保险丝F1、瞬态抑制二极管F2、NPN三极管Q1、可调基准N1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2，所述保险丝F1一端接入机载的+28V辅助电源、另一端连接电阻R1，电阻R1连接NPN三极管Q1的引脚2，NPN三极管Q1的引脚1连接可调基准N1的引脚2，NPN三极管Q1的引脚3接地；

所述瞬态抑制二极管F2一端连接保险丝F1与电阻R1的公共端、另一端接地；所述电容C1一端连接电阻R1与NPN三极管Q1的引脚2的公共端、另一端接地，所述电阻R1、电容C1组成的一阶RC无源滤波电路；

所述电阻R2一端连接NPN三极管Q1的引脚2、另一端连接NPN三极管Q1的引脚1；

电阻R3、电阻R4的串联电路，电容C2均与所述电阻R1、电容C1组成的一阶RC无源滤波电路并联；且电阻R3、电阻R4的公共端连接可调基准N1的引脚1；电容C2一端连接VCC、另一端接地。

其中，保险丝F1给电流传感器电路提供保护，当产品出现短路或故障时，保险丝熔断保护不损坏客户整个电源系统。瞬态抑制二极管F2及电阻R1、电容C1组成的一阶RC无源滤波电路可以有效防止产品受浪涌电压冲击。由NPN三极管Q1、AZ431可调基准N1及电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C2组成的宽输入电压电路可满足GJB181A要求的过压、欠压、瞬变等要求。

本实施例中，如图5所示，所述磁电转换电路包括AZ431可调基准N2和PNP三极管Q2，AZ431可调基准N2和PNP三极管Q2组成的恒流源电路为HG302砷化镓霍尔元件H1提供驱动，利用三极管Q2的PN节的温度漂移补偿H1霍尔电桥不平衡温度漂移，可以保证测量电流在全温度范围内的精度。

本实施例中，如图6所示，所述比例放大输出电路中的二级放大处理包括差分放大处理和同相放大处理，由电阻R9～R14及高精密运算放大器N3A、N3B组成了二级放大。采用二级放大处理可有效保证电流传感器线路线性放大至标准线性输出OUT。

本实施例中，如图3所示，所述聚磁环采用方形的结构形式，可以有效的减小因大电流产生的电磁应力对磁环气隙的影响；所述聚磁环的磁芯采用高磁导率低矫顽力的坡莫合金材料冲压而成，可以有效的提高产品的小电流检测精度和大电流冲击造成剩磁的影响。

本实施例中，如图7所示，所述比例放大及小信号诊断电路包括放大器N5A和迟滞比较器N5B，所述放大器N5A的引脚3连接所述比例放大输出电路的一级放大处理后的小信号、所述放大器N5A的引脚2通过电阻连接放大器N5A的引脚1，所述放大器N5A的引脚1连接迟滞比较器N5B的引脚6，迟滞比较器N5B的引脚5通过电阻连接基准电压电路；迟滞比较器N5B的引脚7作为输出端，并连接所述逻辑求与及三极管开路输出电路的输入端。

小电流检测直接从线性检测的支路中提取(共用一个磁芯及霍尔元件检测)，当小电流信号通过汇流条或导线由电流传感器穿心孔(图9)穿入时，由电流产生的磁场会被聚磁环聚集，在磁芯的开口处强度最强。霍尔元件H1放置在磁芯的开口的正中央，由霍尔效应原理在H1的2脚，4脚产生霍尔电势。由于电流信号小产生的霍尔电势非常微弱提取后需直接放大，一级放大输出的V01信号经由电阻(R16～R18)及高精密运算放大器N5A组成了二级放大送至迟滞比较器，这样在内部诊断后输出逻辑电平信号可以有效减小传统的小信号单独采样输出信号传输带来的干扰。而且传统方式为采用小电流检测后单独输出，需要增加一路小电流检测的成本和产品的复杂度，降低产品的可靠性。

二级放大后的小信号经R19接入由高精度运算放大器N5B和R19，R20，R21组成的具有双门限的反向输入磁滞比较器。比较基准电压由R14电阻和AZ431可调基准N4产生。根据磁滞比较器的特点和功能要求，合理设计门限电压参数使电路具有当被测电流小于某一电流值(15A)，比较器输出高电压(接近VCC)，当被测电流大于25A时，比较器输出低电压(接近0V)。由于磁滞比较器回差的存在迟滞比较器抗干扰能力大大提高了。

本实施例中，同理，电源电压诊断与小电流诊断一样采用迟滞比较。如图7所示，输入电压由电阻R22，R23分压采样，比较基准电压由R14电阻和N4产生(与小电流诊断共用)。电压诊断为当电源电压高于某一值(16V)时，比较器输出高电压(接近VCC)，当辅助电源低于某一值(14V)时，比较器输出低电压(接近0V)。这样就可以将辅助电源电压的情况诊断为数字电路可识别的逻辑电平信号输出。

本实施例中，如图8所示，所述逻辑求与及三极管开路输出电路包括二极管D1、二极管D2、光电耦合器N7，NPN三极管Q3及电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30；所述二极管D2的阴极连接所述比例放大及小信号诊断电路的输出端，所述二极管D2的阳极连接二极管D1的阳极；所述二极管D1的阴极连接光电耦合器N7的引脚1，光电耦合器N7的引脚2、引脚3均接地，光电耦合器N7的引脚4通过电阻R29连接NPN三极管Q3的发射极，光电耦合器N7的引脚4还通过电阻R30连接NPN三极管Q3的基极，NPN三极管Q3的集电极作为输出KO；

所述电阻R28的一端连接二极管D1和光电耦合器N7的引脚1的公共端、另一端接地；所述电阻R27连接所述电压诊断电路的输出端；

当所述比例放大及小信号诊断电路、电压诊断电路输出的电压均为高电平时，光电耦合器N7工作，从而使NPN三极管Q3饱和导通；否则，光电耦合器N7不工作，NPN三极管Q3不工作，处于开路状态；从而使KO输出为辅助电源电压或开路实现产品综合诊断功能。由于NPN三极管导通时处于饱和导通状态，使三极管CE级有着更低的压降集电极输出电压更接近电源电压的同时有着较好的驱动能力。

通过以上逻辑求与及三极管开路输出电路，诊断后的两路信号通过最简单的二极管逻辑求与实现硬件电路与门的功能，减少与门逻辑电路同时提高产品可靠性，比现有技术中数字逻辑电路有着更快的相应速度。

通过综合诊断，可以在负载电流异常时(高于某一阈值)和电源电压异常时(低于某一阈值)传感器自主关断机载28V供电情况，从而达到保护负载设计和电源系统的目的。本发明此纯硬件电路实现自主诊断电路，相对于传统数字系统诊断来说具有响应快、电路及结构简单、成本低、高可靠(抗电磁干扰)、无数字芯片及软件等非常适合在特殊行业的应用。

本发明的电流传感器电路采用逻辑电路来实现，抗干扰能力强；进而保证电流传感器非常适合在环境要求高、精度高、体积质量小的领域应用；应用在一次配电系统中，本发明可用于配电系统直流电流线性检测，同时对传感器供电电源和用电负载情况进行诊断，根据诊断的情况提供模拟开关量信号输出，可快速切断系统电源进行保护和故障检测。

实施例2

如图9所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了一种带综合诊断功能的电流传感器，包括外壳体1，所述外壳体1内设有实施例1所述的一种带综合诊断功能的电流传感器电路，所述电流传感器电路采用多层板设计；所述外壳体为采用航空铝制作而成的壳体，且具有屏蔽功能。引线采用屏蔽及可靠接地等，使产品满足GJB151A中CE102,CS101,CS114,CS115,CS116,RE102,RS103项目要求。具有较强的抗电磁干扰的能力。

具体地，穿心孔的大小为28mm*8mm的孔；整体电流传感器的外壳体长度为60mm，宽度为43mm；该电流传感器的体积、质量小。

本发明电流传感器用于一次配电系统直流电流线性检测，同时对电流传感器供电电源和用电负载情况进行诊断，根据诊断的情况提供模拟开关量信号输出，实现快速切断系统电源进行保护和故障检测。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。