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专利名称：电流检测电路的制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及ー种实现全相电流检测的电流检测电路的设计。
背景技术：
电流检测在电流控制中起着重要的作用，电流检测分为电阻检测和电流互感器检測。在中低功率应用中，电流互感器检测电路中采用线圈带来电路成本高，批量产品一致性较差等问题。图I给出了现有的单电源供电电路实现交流电流检测的结构示意图，现有的思路通常是先采用整流桥或ニ极管来实现检测信号整流，将其转化成直流量，间接实现全相电 流检测。CN 202217009U公开了ー种检测电路，具体是通过ニ极管整流，借助光耦转换为与交流信号同相的方波来获取待检测交流信号的信息，但这种非线性化的处理方式丢失了诸如交流信号的幅度和受干扰情况等信息，此外整流桥和ニ极管的使用造成成本问题比较突出，且不易于在集成电路中应用。

发明内容
本发明的目的是为了解决现有的电流检测电路存在的上述问题，提出了ー种电流检测电路。本发明的技术方案是ー种电流检测电路，包括电压偏置电路、第一放大器、第ニ放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一 NMOS管、第二 NMOS管、第一 PMOS管、第二 PMOS管、第三PMOS管和一开关元件，其中，所述的电压偏置电路为第一放大器和第二放大器提供第一參考电压和第二參考电压分别输入到第一放大器和第二放大器的正向输入端，第一电阻的第一端作为所述电流检测电路的输入端用于输入待检测信号，第一电阻的第二端接第一放大器的负向输入端及第二电阻的第一端，第二电阻的第二端与第一放大器的输出端及第三电阻的第一端相连，第三电阻的第二端与第二放大器的负向输入端相连，第二放大器的输出端与开关元件的第一端、第三PMOS管的栅极相连，第三PMOS管的源极与开关元件的第二端相连，第三PMOS管的漏极与第一 NMOS管的漏极、第一 NMOS管的栅极、第二 NMOS管的栅极相连，第一NMOS管的源极和第二 NMOS管的源极均接地，第二 NMOS管的漏极与开关元件的第三端、第一 PMOS管的漏极、第一 PMOS管的栅极、第二 PMOS管的栅极相连，第一 PMOS管的源极和第二 PMOS管的源极接外部的电源电压，第二 PMOS管的漏极作为所述的电流检测电路输出端并通过第四电阻接地。为了解决上述问题，本发明还提出了ー种电流检测电路，包括电压偏置电路、第一放大器、第二放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一 NMOS管、第二 NMOS管、第三NMOS管、第一 PMOS管、第二 PMOS管、第三PMOS管和一开关元件，其中，所述的电压偏置电路为第一放大器、第二放大器和第三NMOS管提供第一參考电压、第二參考电压和第三參考电压分别输入到第一放大器的正向输入端、第二放大器的正向输入端以及第三NMOS管的栅极，第一电阻的第一端作为所述电流检测电路的输入端用于输入待检测信号，第一电阻的第二端接第一放大器的负向输入端及第ニ电阻的第一端，第二电阻的第二端与第一放大器的输出端及第三电阻的第一端相连，第三电阻的第二端与第二放大器的负向输入端相连，第二放大器的输出端与开关元件的第一端、第三PMOS管的栅极相连，第三PMOS管的源极与开关元件的第二端相连，第三PMOS管的漏极与第一 NMOS管的漏极、第一 NMOS管的栅极、第二 NMOS管的栅极相连，第一 NMOS管的源极和第二 NMOS管的源极均接地，第二 NMOS管漏极与第三NMOS管的源极相连，第三NMOS管的漏极与开关元件的第三端、第一 PMOS管的漏极、第一 PMOS管的栅极、第二 PMOS管的栅极相连，第一 PMOS管的源极和第二 PMOS管的源极接外部的电源电压，第二 PMOS管的漏极作为所述的电流检测电路输出端并通过第四电阻接地。本发明的有益效果本发明的电流检测电路由第一放大器和第一电阻、第二电阻构成的电平移位运算放大器对全相电流取样信号进行电平移位放大，便于电流鉴相电路准确鉴相，电流鉴相电路输出控制信号，控制开关元件调整信号电流的流向，取代传统的整流桥或ニ极管完成整流功能，实现单电源供电电路无需整流桥或ニ极管整流的全相电流检测 功能。本发明的电流检测电路易于低成本集成，且对交流信号的线性化处理克服了现有的电流检测电路待检测交流信号信息丢失问题，不需要整流桥或ニ极管去实现整流，降低了成本。


图I为现有的单电源供电电路实现交流电流检测的结构示意图。图2为本发明实施例一的电流检测电路的结构示意图。图3为本发明实施例一的电流检测电路的整流检测功能示意4为本发明实施例ニ的电流检测电路的结构示意图。图5为本发明实施例三的电流检测电路的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进ー步的说明。实施例一如图2所示，电流检测电路具体包括电压偏置电路、第一放大器0PAM1、第二放大器0PAM2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一 NMOS管MNl、第二 NMOS管MN2、第一 PMOS管MPl、第二 PMOS管MP2、第三PMOS管MP3和一开关元件，其中，所述的电压偏置电路为放大器OPAMl和放大器0PAM2提供第一參考电压VREFl和第二參考电压VREF2分别输入到放大器OPAMl和放大器0PAM2的正向输入端，第一电阻Rl的第一端作为所述电流检测电路的输入端用于输入待检测信号Vsense，电阻Rl的第二端接放大器OPAMl的负向输入端及电阻R2的第一端，电阻R2的第二端与放大器OPAMl的输出端及第三电阻的第一端相连，第三电阻的第二端与放大器的负向输入端相连，放大器0PAM2的输出端与开关元件的第一端、PMOS管MP3的栅极相连，MP3的源极与开关元件的第二端相连，MP3的漏极与NMOS管MNl的漏极、MNl的栅极、MN2的栅极相连，MNl的源极和MN2的源极均接地，匪2的漏极与开关元件的第三端、MPl的漏极、MPl的栅极、MP2的栅极相连，MPl的源极和MP2的源极接外部的电源电压，MP2的漏极作为所述的电流检测电路输出端Vout并通过电阻R4接地。在实施例一中，开关元件具体通过双极型三极管Ql实现，其中，Ql的基极作为开关元件的第一端，Ql的发射极作为开关元件的第二端，Ql的集电极作为开关元件的第三端。第一放大器OPAMl和电阻R1、电阻R2构成电平移位运算放大器，实现检测信号
Vsense电平移位，且有T,ニ:ニ;第二放大器0PAM2、电阻R3、开关三极管Ql和MOS
RlJ1 2 7<1 -i- K2
相输入端VC之间，Ql和MP3构成选择器，具有开关作用，Ql管的基极和MP3的栅极受0PAM2的输出控制，为控制端；Q1管的发射极和MP3的源极为输入端；Q1管的集电极和MP3的漏极为输出端；丽1管和丽2管构成所述第二镜像电路，镜像流过MP3管的电流，MP2管和MPl管构成第二镜像电路，镜像并放大流过Ql管或MP3管的电流，并在电阻R4上产生压降，最终输出经过整流放大后的检测信号Vout。如图3所示，电流检测电路以Vsense作为输入端的检测信号，Vout作为输出端的检测信号检测输出，最终可实现Vout=k* I Vsense I ,即将Vsense整流并放大k倍。可以通
过设定，使得当输入Vsense=O吋，V(VB)=VREF2。由电路的基本定律和エ }■ 1(1.1' 2 R\ + R2
作原理可知流过第一输入电阻Rl的电流Iki和第一反馈电阻R2的电流IK2，VA节点电压
V(VA)，VB节点电压V (VB)，VC节点电压V (VC)，则彼此之间存在如下关系Iei=Ie2, V (VA) =VREFl，V (VC) =VREF2 (I)即
「 1 P'scnsc- V(Ivl) y(VA)-y(VB)^ヽ
0022 ---L = —~1——-~- (2)
Rl112V(VB) = V(VA)--x[Vsense-F(IrA)] = VR厂厂I -—x{Vsense-VRKF\) ^且令丽I的宽长比(w/l)mi和匪2的宽长比(w/l)m2比值为
剛 Sr:1-
'R2 t"
VREF2- VRKF] — ~-x( Vsense-VREFl)
T ViVO-V(VB)m V’ R2 X Vscnsc マ、
=-;-=-L-- =- i^)
mP'R6R\xR3以图所示的IK3的电流方向为正向，Ik3为流过电阻R3的电流，分如下三种情况加以讨论( i )当 Vsense=O 时，V (VB) =V (VC) =VREF2，Ik3=O，第二放大器 0PAM2 的输出将关断Ql管和MP3管，Imp3, Ie4分别为流过MP3和R4的电流，ICQ1, IEqi分别为管Ql的集电极电流和发射极电流，则有ICqi=Imp3=Ie4=O (6)所以有
Vout=IE4 X R4=Vsense=0 (7)(ii)当 VsenseX)时，V(VB)〈VREF2，IK3>0，第二放大器 0PAM2 的输出将开启 Ql，关断MP3管，假定管Ql的@足够大，忽略IBQ1，MPl的宽长比为(w/l)m和MP2的宽长比为(WZI)mp2，流过R4的电流为Ik4，则有ICqi=IEqi=Ie3 (8)由(5)式可知，SP:
(wt I)R2
ム4=^--X Vsense(10)
(W"Ln RlxR3
{ w/1) IV* RA
lR4 = —WiCX^^xVseme{l4)
(w/I) IO * /<'4Vout = RA * IR, = -7--X Vsense(IS)
X4 (w/1) Rl* R3综合上述三种情况，可以统ー为下式
(w/l) R2* PA , ,Vout = M* IR4 =)-xlVsensel116)
(w//し，Rl* R3即Vout=R4*IR4=k I Vsense I (17)其中，ん=\ , ^ir2，从而实现了待检测信号Vsense的整流线性化放大功倉^:。在实施例一中，第二放大器0PAM2采用双极型三极管作为差分对管，开关元件采双极型三极管Ql将可用于减小运放的输入电流导致的检测信号失真，提高电流检测的精度。实施例ニ，如图4所示，与实施例一不同的是，此时的第二放大器0PAM2采用MOS管作为差分对管，开关元件采用NMOS管MN0，其中，MNO的栅极作为开关元件的第一端、源极作为开关元件的第二端、漏极作为开关元件的第三端。这里，采用MOS管的开关元件将可减小检测信号失真，提高电流检测的精度。实施例ニ的原理及工作过程与实施例一相同，不再详细描述。实施例三，如图5所示，所述的第二镜像电路的输出端与第一镜像电路的输入端之间串联ー个NMOS管MN3，其栅极可接第三參考电压VREF3。这种结构将减小第二镜像电路的镜像偏差，进ー步提高电流检测的精度，也可应用于实施例ニ中。实施例三的原理及エ作过程与实施例一相同，不再详细描述。本发明提出的具有全相电流检测功能的电流检测电路，利用放大器进行相判断，电流镜的镜像过程实现电流的变向处理，完成如图3所示的整流线性化放大功能。本发明提出的电流检测电路具有全相电流检测能力，可以实现高精度快速全相电流检测中，可广泛运用于电カ电子系统中。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的 普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种电流检测电路,包括电压偏置电路、第一放大器、第二放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一 NMOS管、第二 NMOS管、第一 PMOS管、第二 PMOS管、第三PMOS管和一开关元件，其中， 所述的电压偏置电路为第一放大器和第二放大器提供第一参考电压和第二参考电压分别输入到第一放大器和第二放大器的正向输入端，第一电阻的第一端作为所述电流检测电路的输入端用于输入待检测信号，第一电阻的第二端接第一放大器的负向输入端及第二电阻的第一端，第二电阻的第二端与第一放大器的输出端及第三电阻的第一端相连，第三电阻的第二端与第二放大器的负向输入端相连，第二放大器的输出端与开关元件的第一端、第三PMOS管的栅极相连，第三PMOS管的源极与开关元件的第二端相连，第三PMOS管的漏极与第一 NMOS管的漏极、第一 NMOS管的栅极、第二 NMOS管的栅极相连，第一 NMOS管的源极和第二 NMOS管的源极均接地，第二 NMOS管的漏极与开关元件的第三端、第一 PMOS管的漏极、第一 PMOS管的栅极、第二 PMOS管的栅极相连，第一 PMOS管的源极和第二 PMOS管的源极接外部的电源电压，第二 PMOS管的漏极作为所述的电流检测电路输出端并通过第四电阻接地。
2.根据权利要求I所述的电流检测电路，其特征在于，所述的第二放大器采用MOS管作为差分对管，开关元件具体为一 NMOS管，其中，所述NMOS管的栅极作为开关元件的第一端、源极作为开关元件的第二端、漏极作为开关元件的第三端。
3.根据权利要求I所述的电流检测电路，其特征在于，所述的第二放大器采用双极型三极管作为差分对管，开关元件具体为一双极型三极管，其中，所述双极型三极管的基极作为开关元件的第一端，发射极作为开关元件的第二端，集电极作为开关元件的第三端。
4.一种电流检测电路,包括电压偏置电路、第一放大器、第二放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一 NMOS管、第二 NMOS管、第三NMOS管、第一 PMOS管、第二 PMOS管、第三PMOS管和一开关元件，其中， 所述的电压偏置电路为第一放大器、第二放大器和第三NMOS管提供第一参考电压、第二参考电压和第三参考电压分别输入到第一放大器的正向输入端、第二放大器的正向输入端以及第三NMOS管的栅极，第一电阻的第一端作为所述电流检测电路的输入端用于输入待检测信号，第一电阻的第二端接第一放大器的负向输入端及第二电阻的第一端，第二电阻的第二端与第一放大器的输出端及第三电阻的第一端相连，第三电阻的第二端与第二放大器的负向输入端相连，第二放大器的输出端与开关兀件的第一端、第三PMOS管的栅极相连，第三PMOS管的源极与开关元件的第二端相连，第三PMOS管的漏极与第一 NMOS管的漏极、第一 NMOS管的栅极、第二 NMOS管的栅极相连，第一 NMOS管的源极和第二 NMOS管的源极均接地，第二 NMOS管漏极与第三NMOS管的源极相连，第三NMOS管的漏极与开关元件的第三端、第一 PMOS管的漏极、第一 PMOS管的栅极、第二 PMOS管的栅极相连，第一 PMOS管的源极和第二 PMOS管的源极接外部的电源电压，第二 PMOS管的漏极作为所述的电流检测电路输出端并通过第四电阻接地。
5.根据权利要求4所述的电流检测电路，其特征在于，所述的第二放大器采用MOS管作为差分对管，开关元件具体为一 NMOS管，其中，所述NMOS管的栅极作为开关元件的第一端、源极作为开关元件的第二端、漏极作为开关元件的第三端。
6.根据权利要求4所述的电流检测电路，其特征在于，所述的第二放大器采用双极型三极管作为差分对 管，开关元件具体为一双极型三极管，其中，所述双极型三极管的基极作为开关元件的第一端，发射极作为开关元件的第二端，集电极作为开关元件的第三端。
全文摘要
本发明公开了一种电流检测电路，包括电压偏置电路、第一放大器、第二放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管和一开关元件。本发明的电流检测电路由第一放大器和第一电阻、第二电阻构成的电平移位运算放大器对全相电流取样信号进行电平移位放大，便于由第二放大器、电阻第三电阻、开关元件和第三PMOS管组成的电流鉴相电路准确鉴相，电流鉴相电路输出控制信号，控制开关元件调整信号电流的流向，取代传统的整流桥或二极管完成整流功能，实现单电源供电电路无需整流桥或二极管整流的全相电流检测功能。
文档编号G01R19/00GK102798749SQ20121028224
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者周泽坤, 吴传奎, 邱实, 王鑫, 石跃, 明鑫, 张波 申请人:电子科技大学