CN101762736A

CN101762736A - 一种镜像电流检测电路

Info

Publication number: CN101762736A
Application number: CN200910228087A
Authority: CN
Inventors: 吕英杰; 戴宇杰; 张小兴; 林鹏程
Original assignee: TIANJIN QIANGXIN IC DESIGN CO Ltd
Current assignee: TIANJIN QIANGXIN IC DESIGN CO Ltd
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2009-11-09
Publication date: 2010-06-30

Abstract

一种镜像电流检测电路，其特征在于它是由控制开关单元、电流镜像单元、电压跟随单元、电流-电压转换单元和比较器单元组成。其优越性在于：①通过对输出功率管缩减n倍的检测管电流的监视，来检测输出功率管电流的电路；②提高了检测管的镜像精度；③提高了功率管关断、导通切换时的速度；④检测电流精度高、速度快；⑤电路结构简单、操作方便，它可以应用于需要对大功率管电流进行检测的电路中。

Description

一种镜像电流检测电路

(一)技术领域：

本发明涉及一种电流检测电路，尤其是一种镜像电流检测电路。

(二)背景技术：

在电流检测系统中，一般都是通过检测镜像输出功率管电流的方式来实现，为了提高镜像精度，需要对功率管漏端电压进行跟随，较典型的是通过NPN与PNP的PN结电压来跟随，这种方式跟随速度快、误差较小，但受工艺限制，必须使用带有NPN与PNP的工艺，且三极管的base电流会有一定的影响；另一种是通过NMOS管与PMOS管的栅源电压来跟随，这种方式由于NMOS与PMOS的阈值电压不同，且二者随温度、工艺变化很大，获得的镜像精度很差。

(三)发明内容：

本发明的目的在于设计一种镜像电流检测电路，它可以克服现有技术的不足，检测电流的精度高、镜像精度高、速度快。

本发明的技术方案：一种镜像电流检测电路，包括输出功率管的驱动信号DRVP端子、输出功率管漏端电压LX端子、电源电压VDD端子、基准电压VREF端子和电流检测输出OUT端子，其特征在于它是由控制开关单元、电流镜像单元、电压跟随单元、电流-电压转换单元和比较器单元组成；其中，所说的控制开关单元的输入端分别连接输出功率管的驱动信号DRVP端子、输出功率管漏端电压LX端子和电源电压VDD端子，其输出端连接电流镜像单元的输入端和电压跟随单元的输入端；所说的电流镜像单元的输入端连接电源电压VDD端子，其输出端连接电压跟随单元的输入端；所说的电压跟随单元的输出端连接电流-电压转换单元的输入端和比较器单元的输入端；所说的电流-电压转换单元的输出端接地；所说的比较器单元的输入端连接基准电压VREF端子，其输出端输出电流检测信号。

上述所说的控制开关单元是由反相器INV、开关切换管M1和开关切换管M2组成；其中所说的反相器INV的输入端连接输出功率管的驱动信号DRVP端子，其输出端连接开关切换管M2的栅极；所说的开关切换管M1的栅极连接输出功率管的驱动信号DRVP端子和电流镜像单元的输入端，源极连接输出功率管漏端电压LX端子，其漏极与开关切换管M2的漏极连接，并共同连接电压跟随单元的输入端；所说的开关切换管M2的源极连接电源电压VDD端子.

上述所说的电流镜像单元是由镜像检测管M3和电流源I1组成，其中所说的镜像检测管M3的栅极连接输出功率管的驱动信号DRVP端子和开关切换管M1的栅极；其源极连接电源电压VDD端子，漏极则连接电压跟随单元的输入端；所说的电流源I1串接在镜像检测管M3的源极与漏极之间。

上述所说的电压跟随单元是由放大器AMP和电压检测管M4组成；其中所说的放大器AMP的负向输入端连接电流镜像单元中镜像检测管M3的漏极、电流源I1的输出端和电压检测管M4的源极，其正向输入端连接控制开关单元中开关切换管M1的漏极和开关切换管M2的漏极，其输出端连接电压检测管M4的栅极；所说的电压检测管M4的源极连接放大器AMP的负向输入端、镜像检测管M3的漏极和电流源I1的输出端，漏极则与电流-电压转换单元的输入端连接。

上述所说的电流-电压转换单元是由电阻R1组成，其一端连接电压跟随单元中电压检测管M4的漏极和比较器单元的输入端，另一端接地；所说的比较器单元由比较器COMP构成，它的负向输入端与电压跟随单元中电压检测管M4的漏极和电流-电压转换单元中电阻R1的非接地端，正向输入端与基准电压VREF端子连接，其输出端输出电流检测信号。

上述所说的开关切换管M1、开关切换管M2、镜像检测管M3和电压检测管M4是绝缘栅双极晶体管。

一种镜像电流检测电路，其特征在于它可以应用于需要对大功率管电流进行检测的电路中。

本发明的工作原理：本发明通过对检测管电流的监视，来实现对输出功率管电流的检测。检测管宽长比∶输出功率管宽长比＝1∶n，采用较大的比值n来实现低功耗；通过AMP驱动PMOS管，使检测管漏端电压跟随功率管漏端电压，以提高检测管的镜像精度；通过开关控制跟随电压，使其在功率管导通时跟随功率管漏端电压，在功率管截止时改为跟随电源电压，另外，需要提供一条小电流，在功率管截止时跟随电路仍能正常动作。这是因为，在功率管关断时，其漏端电压急速降低为零伏以下，检测管漏端没有必要下降。下一周期到来时，功率管漏端电压又会急升为高电平，然后开始逐步降低，因此，在功率管关断时，将检测管漏端抬高到电源电压附近，有利于快速进入下一周期的动作。

LX是需要检测的输出功率管漏端电压，DRVP是输出功率管的驱动信号。M3用来镜像输出功率管电流；DRVP控制开关，在正常动作时使M3漏端电压跟随LX，在功率管截止时跟随电源电压VDD；放大器AMP通过驱动M4来实现上述跟随功能；在输出功率管截止时，M3也截止，通过I1提供一条小电流来使跟随电路正常动作；M3管镜像获得的电流流过R1，转换成检测电压VR，VR直接与VREF通过COMP比较获得最终的检测信号“OUT”。

本发明的优越性：①通过对输出功率管缩减n倍的检测管电流的监视，来检测输出功率管电流的电路；②通过AMP使检测管漏端电压跟随功率管漏端电压，以提高检测管的镜像精度；③通过开关切换跟随电压以及增加一条小电流来提高功率管关断、导通切换时的速度；④检测电流精度高、速度快；⑤电路结构简单、操作方便，它可以应用于需要对大功率管电流进行检测的电路中。

(四)附图说明：

图1为现有技术的电路检测电路结构图(其中1-a为使用三极管跟随的电流检测电路结构图；图1-b为使用MOS管跟随的电流检测电路结构图)。

图2为本发明所涉一种镜像电流检测电路的电路结构示意图。

图3为本发明所涉一种镜像电流检测电路的一种实施例的结果曲线图。

(五)具体实施方式：

实施例：一种镜像电流检测电路(见图2)，包括输出功率管的驱动信号DRVP端子、输出功率管漏端电压LX端子、电源电压VDD端子、基准电压VREF端子和电流检测输出OUT端子，其特征在于它是由控制开关单元、电流镜像单元、电压跟随单元、电流-电压转换单元和比较器单元组成；其中，所说的控制开关单元的输入端分别连接输出功率管的驱动信号DRVP端子、输出功率管漏端电压LX端子和电源电压VDD端子，其输出端连接电流镜像单元的输入端和电压跟随单元的输入端；所说的电流镜像单元的输入端连接电源电压VDD端子，其输出端连接电压跟随单元的输入端；所说的电压跟随单元的输出端连接电流-电压转换单元的输入端和比较器单元的输入端；所说的电流-电压转换单元的输出端接地；所说的比较器单元的输入端连接基准电压VREF端子，其输出端输出电流检测信号。

上述所说的控制开关单元(见图2)是由反相器INV、开关切换管M1和开关切换管M2组成；其中所说的反相器INV的输入端连接输出功率管的驱动信号DRVP端子，其输出端连接开关切换管M2的栅极；所说的开关切换管M1的栅极连接输出功率管的驱动信号DRVP端子和电流镜像单元的输入端，源极连接输出功率管漏端电压LX端子，其漏极与开关切换管M2的漏极连接，并共同连接电压跟随单元的输入端；所说的开关切换管M2的源极连接电源电压VDD端子。

上述所说的电流镜像单元(见图2)是由镜像检测管M3和电流源I1组成，其中所说的镜像检测管M3的栅极连接输出功率管的驱动信号DRVP端子和开关切换管M1的栅极；其源极连接电源电压VDD端子，漏极则连接电压跟随单元的输入端；所说的电流源I1串接在镜像检测管M3的源极与漏极之间。

上述所说的电压跟随单元(见图2)是由放大器AMP和电压检测管M4组成；其中所说的放大器AMP的负向输入端连接电流镜像单元中镜像检测管M3的漏极、电流源I1的输出端和电压检测管M4的源极，其正向输入端连接控制开关单元中开关切换管M1的漏极和开关切换管M2的漏极，其输出端连接电压检测管M4的栅极；所说的电压检测管M4的源极连接放大器AMP的负向输入端、镜像检测管M3的漏极和电流源I1的输出端，漏极则与电流-电压转换单元的输入端连接。

上述所说的电流-电压转换单元(见图2)是由电阻R1组成，其一端连接电压跟随单元中电压检测管M4的漏极和比较器单元的输入端，另一端接地；所说的比较器单元由比较器COMP构成，它的负向输入端与电压跟随单元中电压检测管M4的漏极和电流-电压转换单元中电阻R1的非接地端，正向输入端与基准电压VREF端子连接，其输出端输出电流检测信号。

上述所说的开关切换管M1、开关切换管M2、镜像检测管M3和电压检测管M4是绝缘栅双极晶体管(见图2)。

下面将参照附图对本发明做进一步详细说明。

如图1-a，图1-b所示，“LX”是需要检测的输出功率管漏端电压，“DRVP”是输出功率管的驱动信号。M3用来镜像输出功率管电流；DRVP控制开关，在正常动作时使M3漏端电压跟随LX，在功率管截止时跟随VDD；AMP通过驱动M4来实现上述跟随功能；在输出功率管截止时，M3也截止，通过I1提供一条小电流来使跟随电路正常动作；M3管镜像获得的电流流过R，转换成检测电压VR，VR直接与VREF通过COMP比较获得最终的检测信号“OUT”。

图3是实现上述功能的仿真结果曲线，由图可以看出，在1MHz的动作频率时，VX能快速精准地跟随LX，在功率管截止(即DRVP＝”H”)时，VX上升到VDD，下个周期开始动作时能快速跟随LX。

Claims

1.一种镜像电流检测电路，包括输出功率管的驱动信号DRVP端子、输出功率管漏端电压LX端子、电源电压VDD端子、基准电压VREF端子和电流检测输出OUT端子，其特征在于它是由控制开关单元、电流镜像单元、电压跟随单元、电流-电压转换单元和比较器单元组成；其中，所说的控制开关单元的输入端分别连接输出功率管的驱动信号DRVP端子、输出功率管漏端电压LX端子和电源电压VDD端子，其输出端连接电流镜像单元的输入端和电压跟随单元的输入端；所说的电流镜像单元的输入端连接电源电压VDD端子，其输出端连接电压跟随单元的输入端；所说的电压跟随单元的输出端连接电流-电压转换单元的输入端和比较器单元的输入端；所说的电流-电压转换单元的输出端接地；所说的比较器单元的输入端连接基准电压VREF端子，其输出端输出电流检测信号。

2.根据权利要求1中所述一种镜像电流检测电路，其特征在于所说的控制开关单元是由反相器INV、开关切换管M1和开关切换管M2组成；其中所说的反相器INV的输入端连接输出功率管的驱动信号DRVP端子，其输出端连接开关切换管M2的栅极；所说的开关切换管M1的栅极连接输出功率管的驱动信号DRVP端子和电流镜像单元的输入端，源极连接输出功率管漏端电压LX端子，其漏极与开关切换管M2的漏极连接，并共同连接电压跟随单元的输入端；所说的开关切换管M2的源极连接电源电压VDD端子。

3.根据权利要求1中所述一种镜像电流检测电路，其特征在于所说的电流镜像单元是由镜像检测管M3和电流源I1组成，其中所说的镜像检测管M3的栅极连接输出功率管的驱动信号DRVP端子和开关切换管M1的栅极；其源极连接电源电压VDD端子，漏极则连接电压跟随单元的输入端；所说的电流源I1串接在镜像检测管M3的源极与漏极之间。

4.根据权利要求1中所述一种镜像电流检测电路，其特征在于所说的电压跟随单元是由放大器AMP和电压检测管M4组成；其中所说的放大器AMP的负向输入端连接电流镜像单元中镜像检测管M3的漏极、电流源I1的输出端和电压检测管M4的源极，其正向输入端连接控制开关单元中开关切换管M1的漏极和开关切换管M2的漏极，其输出端连接电压检测管M4的栅极；所说的电压检测管M4的源极连接放大器AMP的负向输入端、镜像检测管M3的漏极和电流源I1的输出端，漏极则与电流-电压转换单元的输入端连接。

5.根据权利要求1中所述一种镜像电流检测电路，其特征在于所说的电流-电压转换单元是由电阻R1组成，其一端连接电压跟随单元中电压检测管M4的漏极和比较器单元的输入端，另一端接地；所说的比较器单元由比较器COMP构成，它的负向输入端与电压跟随单元中电压检测管M4的漏极和电流-电压转换单元中电阻R1的非接地端，正向输入端与基准电压VREF端子连接，其输出端输出电流检测信号。

6.根据权利要求1中所述一种镜像电流检测电路，其特征在于所说的开关切换管M1、开关切换管M2、镜像检测管M3和电压检测管M4是绝缘栅双极晶体管。

7.根据权利要求1中所述一种镜像电流检测电路，其特征在于它可以应用于需要对大功率管电流进行检测的电路中。