本发明属于电流测量技术领域，涉及一种基于三极管的电流检测电路，具体地说是一种由简单器件三极管和电阻构成的电流采样电路。
背景技术：
电流测量技术具有广泛的应用，许多系统中都需要检测流入、流出电流的大小,将电流值的大小作为闭环控制的输入参数。目前实现电流检测主要包括以下几种方式：
第一：专用高压侧电流检测芯片，主要有maxim、ti等国外公司的几款芯片，目前国产的较少；
第二：采样电阻加运放、该电路需要给运放提供单独的供电电源；
第三：霍尔传感器，该方式的传感器通常体积较大，需要单独的供电电源，部分体积较小的传感器均为国外进口芯片。
基于三极管的电流检测电路采用的器件均为基础类半导体与电阻元件，国产和进口均有多个品牌的备选器件，且电路简单、可靠性高,不需要单独的供电电源。
技术实现要素：
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种使用基本的半导体元件三极管与电阻、电容组合成简单的电流采样电路，该电路不需要单独的供电电源，所用元器件比较容易获得，且电路可靠性高，易于实现。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种电流检测电路，包括采样电阻r1、限流电阻r2、限流电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r7、电阻r_load、电容c1、电容c2、三极管q1、三极管q2、三极管q3；采样电阻r1左端连接输入电源，右端通过电阻r_load接地，电容c1和采样电阻r1并联；限流电阻r2一端连接输入电源，另一端连接三极管q1的发射极、三极管q3的发射极；限流电阻r3的一端连接采样电阻r1的右端和电容c1的另一端，限流电阻r3的另一端连接三极管q2的发射极；三极管q1的基极连接三极管q2的基极，三极管q1的集电极连接电阻r4的一端，三极管q2的集电极连接电阻r5的一端，三极管q3的集电极连接电阻r7的一端，三极管q1基极和三极管q2基极之间引线连接至电阻r4的一端，三极管q3的基极连接电阻r5的一端，电容c2一端连接在三极管q3集电极和电阻r7一端之间，并作为输出电压端；电阻r4另一端、电阻r5另一端、电阻r7另一端、电容c2另一端接地。
采样电阻r1的左端记为1#网络，右端记为2#网络，限流电阻r2另一端和三极管q1的发射极之间记为3#网络，限流电阻r3另一端和三极管q2的发射极之间记为4#网络，三极管q1的集电极与电阻r4一端之间设置7#网络，三极管q2的集电极与电阻r5一端之间设置5#网络，三极管q3集电极和电阻r7一端之间设置9#网络。
当电流流过采样电阻r1时，在采样电阻r1的两端产生电压降，采样电阻r1的左侧电压(1#网络)高于右侧电压(2#网络)，经过限流电阻r2和限流电阻r3后，3#网络的电压也高于4#网络的电压。三极管q1和三极管q2的型号相同，两个二极管的基极连接到一起，由于两个三极管veb的电压降是相同的，因此初始时刻三极管q1导通，而三极管q2是关闭的。当三极管q1导通后7#网络是高电压，而三极管q2关闭则导致5#网络通过电阻r5接地，为低电平。
三极管q3的基极连接到5#网络，发射极连接到3#网络，3#网络为高电平，5#网络为低电平，此时三极管q3导通，电流从3#网络流过三极管q3的基极后经过电阻r5进入gnd。由于三极管q3导通，流过限流电阻r2的电流增加，使限流电阻r2上产生的电压降也增加，直到当3#网络的电压逐渐接近并等于4#网络的电压时，三极管q2逐渐开通，使5#网络的电压逐渐升高，流经三极管q3基极的电流降低，直到进入稳定的平衡状态。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的基于三极管的电流检测电路，采用的器件均为基础类半导体与电阻元件，目前国产的元器件即可满足使用要求，器件采购渠道可靠，同时该电路简单，耐电压冲击能力较强，不需要单独的供电电源，具有很高的可靠性。
附图说明
图1是本发明一种基于三极管的电流检测电路的原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1为本发明的原理图，本发明基于三极管的电流检测电路包括采样电阻r1、三极管、限流电阻等元器件共同构成，其中采样电阻r1将电流信号转换为电压信号，pnp三极管起放大作用，组成一个差分放大器，将采样电阻两端的电压进行差分放大。
具体地，电流检测电路包括采样电阻r1、限流电阻r2、限流电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r7、电阻r_load、电容c1、电容c2、三极管q1、三极管q2、三极管q3；采样电阻r1左端连接输入电源，右端通过电阻r_load接地，电容c1和采样电阻r1并联；限流电阻r2一端连接输入电源，另一端连接三极管q1的发射极、三极管q3的发射极；限流电阻r3的一端连接采样电阻r1的右端和电容c1的另一端，限流电阻r3的另一端连接三极管q2的发射极；三极管q1的基极连接三极管q2的基极，三极管q1的集电极连接电阻r4的一端，三极管q2的集电极连接电阻r5的一端，三极管q3的集电极连接电阻r7的一端，三极管q1基极和三极管q2基极之间引线连接至电阻r4的一端，三极管q3的基极连接电阻r5的一端，电容c2一端连接在三极管q3集电极和电阻r7一端之间，并作为输出电压端；电阻r4另一端、电阻r5另一端、电阻r7另一端、电容c2另一端接地。
采样电阻r1的左端记为1#网络，右端记为2#网络，限流电阻r2另一端和三极管q1的发射极之间记为3#网络，限流电阻r3另一端和三极管q2的发射极之间记为4#网络，三极管q1的集电极与电阻r4一端之间设置7#网络，三极管q2的集电极与电阻r5一端之间设置5#网络，三极管q3集电极和电阻r7一端之间设置9#网络。
当电流流过采样电阻r1时，在采样电阻r1的两端产生电压降，采样电阻r1的左侧电压(1#网络)高于右侧电压(2#网络)，经过限流电阻r2和限流电阻r3后，3#网络的电压也高于4#网络的电压。三极管q1和三极管q2的型号相同，两个二极管的基极连接到一起，由于两个三极管veb的电压降是相同的，因此初始时刻三极管q1导通，而三极管q2是关闭的。当三极管q1导通后7#网络是高电压，而三极管q2关闭则导致5#网络通过电阻r5接地，为低电平。
三极管q3的基极连接到5#网络，发射极连接到3#网络，3#网络为高电平，5#网络为低电平，此时三极管q3导通，电流从3#网络流过三极管q3的基极后经过电阻r5进入gnd。由于三极管q3导通，流过限流电阻r2的电流增加，使限流电阻r2上产生的电压降也增加，直到当3#网络的电压逐渐接近并等于4#网络的电压时，三极管q2逐渐开通，使5#网络的电压逐渐升高，流经三极管q3基极的电流降低，直到进入稳定的平衡状态。
本发明电路的具体电路连接关系为：
(1)其中采样电阻r1用于对电流信号进行采样，将电流信号转换为电压信号，同时在采样电阻r1两端产生电压降，电容c1用于对采样电阻r1两端的电压信号进行滤波，滤除高频干扰信号，确保采样电阻r1两端的电压信号为比较稳定的直流电压。采样电阻r1两端分别连接至限流电阻r2和限流电阻r3，限流电阻r2用于限制流过pnp三极管q1基极的电流，限流电阻r3用于限制流过pnp三极管q2基极的电流。
(2)将三极管q1和三极管q2的基极连接到一起后再连接到三极管q1的集电极，三极管q1和三极管q2的集电极分别通过电阻r4和电阻r5接地。
(3)三极管q3的发射极连接至三极管q1的发射极，三极管q3的基极连接至三极管q2的集电极，三极管q3的集电极通过电阻r7和电容c2接地，三极管q3的集电极电压即为电流采样的输出信号。
(4)当电阻r1中有电流经过时，左侧(1#网络)的电压高于右侧(2#网络)的电压，经过限流电阻r2和限流电阻r3后在初始时刻三极管q1发射极(3#网络)的电压高于三极管q2发射极(4#网络)的电压，基于三极管q1和三极管q2的型号相同，因此其vbe的电压降也是相同的，同时由于三极管q1和q2的基极连接到同一点，此时q1的基极电流要高于三极管q2的基极电流。考虑三极管对电流的放大作用，流过三极管q1集电极的电流要远高于流过三极管q2的集电极电流，进一步导致电阻r4上方的电压要高于电阻r5上方的电压。
(5)由于三极管q1发射极的电压(3#网络)高于电阻r4上方的电压，因此也高于电阻r5上方的电压，此时三极管q3的基极有电流流过，根据pnp三极管的电流放大特性，三极管q3允许电流经过发射极和集电极，最终电流进入电阻r7，并产生电压，该电流流经限流电阻r2，增加了限流电阻r2的电压降，电流越大限流电阻r2上的电压降也越高，直到3#网络的电压与4#网络的电压相等，此时三极管q2开通，电阻r4和电阻r5上方的电压也达到相等。即该时刻3#网络与4#网络电压相等，7#网络与5#网络电压相等。而采样电阻r1两端的电压降等于流过三极管q3集电极的电流乘以限流电阻r2所得到的电压值，同时该电流在流过电阻r7时产生电压信号。
由上述技术方案可以看出，本发明基于三极管的电流检测电路将采样电阻串接在输入电源的高压侧回路中，然后将采样电阻两端的差分信号分别送给由多个pnp型三极管和电阻共同组成的放大电路中，放大电路的放大倍数由电路中的电阻值进行设置，该采样电路不需要单独的供电电源，采样输出信号与输入电源共地。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
1.一种基于三极管的电流检测电路，其特征在于，包括采样电阻r1、限流电阻r2、限流电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r7、电阻r_load、电容c1、电容c2、三极管q1、三极管q2、三极管q3；采样电阻r1左端连接输入电源，右端通过电阻r_load接地，电容c1和采样电阻r1并联；限流电阻r2一端连接输入电源，另一端连接三极管q1的发射极、三极管q3的发射极；限流电阻r3的一端连接采样电阻r1的右端和电容c1的另一端，限流电阻r3的另一端连接三极管q2的发射极；三极管q1的基极连接三极管q2的基极，三极管q1的集电极连接电阻r4的一端，三极管q2的集电极连接电阻r5的一端，三极管q3的集电极连接电阻r7的一端，三极管q1基极和三极管q2基极之间引线连接至电阻r4的一端，三极管q3的基极连接电阻r5的一端，电容c2一端连接在三极管q3集电极和电阻r7一端之间，并作为输出电压端；电阻r4另一端、电阻r5另一端、电阻r7另一端、电容c2另一端接地。
2.如权利要求1所述的基于三极管的电流检测电路，其特征在于，所述采样电阻r1的左端记为1#网络，右端记为2#网络，限流电阻r2另一端和三极管q1的发射极之间记为3#网络，限流电阻r3另一端和三极管q2的发射极之间记为4#网络，三极管q1的集电极与电阻r4一端之间设置7#网络，三极管q2的集电极与电阻r5一端之间设置5#网络，三极管q3集电极和电阻r7一端之间设置9#网络。
3.如权利要求2所述的基于三极管的电流检测电路，其特征在于，当电流流过所述采样电阻r1时，在采样电阻r1的两端产生电压降，采样电阻r1的左侧电压高于右侧电压，经过限流电阻r2和限流电阻r3后，3#网络的电压高于4#网络的电压。
4.如权利要求3所述的基于三极管的电流检测电路，其特征在于，所述三极管q1、三极管q2、三极管q3均为pnp三极管。
5.如权利要求4所述的基于三极管的电流检测电路，其特征在于，所述三极管q1和三极管q2的型号相同，两个二极管的基极连接到一起，由于两个三极管veb的电压降是相同的，因此初始时刻三极管q1导通，而三极管q2是关闭的；当三极管q1导通后7#网络是高电压，而三极管q2关闭则导致5#网络通过电阻r5接地，为低电平。
6.如权利要求5所述的基于三极管的电流检测电路，其特征在于，所述三极管q3的基极连接到5#网络，发射极连接到3#网络，3#网络为高电平，5#网络为低电平，此时三极管q3导通，电流从3#网络流过三极管q3的基极后经过电阻r5进入gnd；三极管q3导通，流过限流电阻r2的电流增加，使限流电阻r2上产生的电压降也增加，直到当3#网络的电压逐渐接近并等于4#网络的电压时，三极管q2逐渐开通，使5#网络的电压逐渐升高，流经三极管q3基极的电流降低，直到进入稳定的平衡状态。
7.如权利要求6所述的基于三极管的电流检测电路，其特征在于，所述采样电阻r1用于对电流信号进行采样，将电流信号转换为电压信号，同时在采样电阻r1两端产生电压降，电容c1用于对采样电阻r1两端的电压信号进行滤波，滤除高频干扰信号，采样电阻r1两端分别连接至限流电阻r2和限流电阻r3，限流电阻r2用于限制流过pnp三极管q1基极的电流，限流电阻r3用于限制流过pnp三极管q2基极的电流。
8.如权利要求7所述的基于三极管的电流检测电路，其特征在于，所述三极管q1和三极管q2的基极连接到一起后再连接到三极管q1的集电极，三极管q1和三极管q2的集电极分别通过电阻r4和电阻r5接地；三极管q3的发射极连接至三极管q1的发射极，三极管q3的基极连接至三极管q2的集电极，三极管q3的集电极通过电阻r7和电容c2接地，三极管q3的集电极电压即为电流采样的输出信号。
9.如权利要求8所述的基于三极管的电流检测电路，其特征在于，所述三极管q1发射极的电压高于电阻r4上方的电压，也高于电阻r5上方的电压，此时三极管q3的基极有电流流过，电流进入电阻r7，并产生电压，该电流流经限流电阻r2，增加了限流电阻r2的电压降，电流越大限流电阻r2上的电压降也越高，直到3#网络的电压与4#网络的电压相等，此时三极管q2开通，电阻r4和电阻r5上方的电压也达到相等。
10.如权利要求1-9中任一项所述的基于三极管的电流检测电路在电流测量技术领域中的应用。
技术总结