CN105301333B - 一种可提高测量电流动态范围的电源电路 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种可提高测量电流动态范围的电源电路，所述电路包括：将输入电压(1)输入至调整管(2)的源极，调整管(2)的漏极与限幅二极管VF1(8)、采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)依次串联，调整管(2)的栅极连接至误差放大器(3)的输出端，误差放大器(3)的同相端连接至反馈采样电阻(5)，误差放大器(3)的反相端连接至参考基准电压(4)，反馈采样电阻(5)一端接地，另一端与限幅二极管VF2(9)的另一端相连后输出至输出电压(6)。
Description
技术领域
本申请涉及电流测量的技术领域，尤其涉及一种高精度电流测量电路。
背景技术
现在越来越多的产品注重节能，为了尽可能减少能耗，很多产品工作时的电流动态范围可做到从微安(μA或uA)直到安培(A)级。
现有的电流测量方式通常有2种：
第一种，串联电阻采样，这种方式成本低、精度高，但有插入损耗，影响被测电路供电。同时分辨率与动态范围是互相制约的；
第二种，电流磁场检测，精度低，并且仅用于大电流检测。
一般高精度电流测量都是采用串联电阻式进行测量，通过提高采样电阻方式提高测量精度会带来电源的内阻增加，影响测量效果，提高输入电压的需求，增加采样电阻功耗。
现有技术中常见的稳压电路如图1所示，通常采样电阻插入到A、B、C处。位置A处为电源输出与负载之间，位置B处为反馈采样点与调整管之间，位置3处为电源输入与调整管之间。当采样电阻插入到位置A处时，对输出电压影响较大，只适用于很小的动态范围；当采样电阻插入到位置B或C处时，对输出电压影响较小，可适度增加动态范围，但过大的采样电阻会增加功耗，降低电源的反馈速度，影响电源纹波，还会将反馈采样电阻的电流消耗计算在内。
除此之外，常用的提高动态电流测量方案通过控制开关对串联电阻进行切换，但此种方式因为改变了电源内阻。因此有电压瞬间波动的问题并且切换瞬间无法采样数据。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种可提高测量电流动态范围的电源电路，包括：。
将输入电压(1)输入至调整管(2)的源极，调整管(2)的漏极与限幅二极管VF1(8)、采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)依次串联，调整管(2)的栅极连接至误差放大器(3)的输出端，误差放大器(3)的同相端连接至反馈采样电阻(5)，误差放大器(3)的反相端连接至参考基准电压(4)，反馈采样电阻(5)一端接地，另一端与限幅二极管VF2(9)的另一端相连后输出至输出电压(6)。
可选地，本申请还提供了一种可提高测量电流动态范围的电源电路，包括：将输入电压(1)输入至限幅二极管VF1(8)的一端，限幅二极管VF1(8)的另一端串联至采样电阻R1(7)，采样电阻R1(7)的另一端串联至限幅二极管VF2(9)，限幅二极管VF2(9)的另一端连接至调整管(2)的源极，调整管(2)的栅极连接至误差放大器(3)的输出端，误差放大器(3)的同相端连接至反馈采样电阻(5)，误差放大器(3)的反相端连接至参考基准电压(4)，反馈采样电阻(5)一端接地，另一端与调整管(2)的漏极相连后输出至输出电压(6)。
可选地，本申请还提供了一种可提高测量电流动态范围的电源电路，包括：将输入电压(1)输入至调整管(2)的源极，调整管(2)的漏极与限幅二极管VF1(8)、采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)、采样电阻R2(10)、限幅二极管VF3(11)、采样电阻R3(12)、限幅二极管VF4(13)依次串联，肖特基二极管D1(14)与限幅二极管VF1(8)、采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)并联，肖特基二极管D1(14)的阳极与限幅二极管VF1(8)相连，肖特基二极管D1(14)的阴极与限幅二极管VF2(9)相连，肖特基二极管D2(15)与限幅二极管VF2(9)、采样电阻R2(10)、限幅二极管VF3(11)并联，肖特基二极管D2(15)的阳极与限幅二极管VF2(9)相连，肖特基二极管D2(15)的阴极与限幅二极管VF3(11)相连，调整管(2)的栅极连接至误差放大器(3)的输出端，误差放大器(3)的同相端连接至反馈采样电阻(5)，误差放大器(3)的反相端连接至参考基准电压(4)，反馈采样电阻(5)一端接地，另一端与限幅二极管VF4(13)的另一端相连后输出至输出电压(6)。
可选地，本申请还提供了一种可提高测量电流动态范围的电源电路，包括：将输入电压(1)输入至限幅二极管VF1(8)的一端，限幅二极管VF1(8)的另一端与采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)、采样电阻R2(10)、限幅二极管VF3(11)、采样电阻R3(12)、限幅二极管VF4(13)依次串联，肖特基二极管D1(14)与限幅二极管VF1(8)、采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)并联，肖特基二极管D1(14)的阳极与限幅二极管VF1(8)相连，肖特基二极管D1(14)的阴极与限幅二极管VF2(9)相连，肖特基二极管D2(15)与限幅二极管VF2(9)、采样电阻R2(10)、限幅二极管VF3(11)并联，肖特基二极管D2(15)的阳极与限幅二极管VF2(9)相连，肖特基二极管D2(15)的阴极与限幅二极管VF3(11)相连，限幅二极管VF4(13)的另一端与调整管(2)的源极相连，调整管(2)的栅极连接至误差放大器(3)的输出端，误差放大器(3)的同相端连接至反馈采样电阻(5)，误差放大器(3)的反相端连接至参考基准电压(4)，反馈采样电阻(5)一端接地，另一端与调整管(2)的漏极相连后输出至输出电压(6)
在本申请优选实施例中，所述调整管(2)是MOS管，也可以是双极型三极管。
本申请提供了一种用于如权利要求3-4所述的电路中的采样电流测量方法，其中：
R1＝1KΩ、R2＝10Ω、R3＝0.1Ω；
当电流在0-100uA时，选择R1两端电压VF1-VF2作为电流采样输出；
当电流在10uA–10mA时可选择R2两端电压VF2-VF3作为电流采样输出；
当电流大于1mA时选择R3两端电压VF4-VF3作为电流采样输出。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中常见稳压电路的电路图；
图2是本申请中实施例一的可提高测量电流动态范围的电源电路图；
图3是本申请中实施例二的可提高测量电流动态范围的电源电路图；
图4是本申请中实施例三的基于实施例一改造的可提高测量电流动态范围的电源电路图；
图5是本申请中实施例四的基于实施例二改造的可提高测量电流动态范围的电源电路图。
具体实施方式
本申请中公开一种可提高测量电流动态范围的电源电路，通过在串联电阻式采样电路的基础上，增加多个采样电阻，并通过对每个小电流采样电阻增加限幅二极管(如图4-5中VF1-VF4)的方式来实现大动态电流时采样电路的低压降，通过改造电流采样电阻插入位置B、C处实现。限幅二极管用于限制电阻两端最大压降。限幅用二极管起始导通压降要大于对应采样电阻的实际测量范围的最大压降，同时在电路的最大供电电流下压降尽可能低，优选使用肖特基二极管。双极型三极管由于基极电流较大，会影响测量精度，优选地，在位置C处插入采样电阻时调整管应为MOS管，。
如图2和3所示，常规电流测量方式将电流采样电阻插入位置B或位置C处，通过对采样电阻R1两端的VF1和VF2的电压根据欧姆定理即可计算出实际通过电阻上的电流，计算出实际电流。如图4和5对电路进行改造，在位置B或C处增加多个成比例的电阻串联同时增加并联限幅二极管。
当然，实施本申请的任一技术方案必不一定需要同时达到以上的所有优点。
为了使本领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
下面结合本申请附图进一步说明本申请具体实现。
本申请提供了一种可提高测量电流动态范围的电源电路，。
参见图2，本申请实施例1中的可提高测量电流动态范围的电源电路，包括：
将输入电压(1)输入至调整管(2)的源极，调整管(2)的漏极与限幅二极管VF1(8)、采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)依次串联，调整管(2)的栅极连接至误差放大器(3)的输出端，误差放大器(3)的同相端连接至反馈采样电阻(5)，误差放大器(3)的反相端连接至参考基准电压(4)，反馈采样电阻(5)一端接地，另一端与限幅二极管VF2(9)的另一端相连后输出至输出电压(6)。图2中调整管(2)是MOS管，也可以是双极型三极管。
参见图3，本申请实施例2中的可提高测量电流动态范围的电源电路，包括：
将输入电压(1)输入至限幅二极管VF1(8)的一端，限幅二极管VF1(8)的另一端串联至采样电阻R1(7)，采样电阻R1(7)的另一端串联至限幅二极管VF2(9)，限幅二极管VF2(9)的另一端连接至调整管(2)的源极，调整管(2)的栅极连接至误差放大器(3)的输出端，误差放大器(3)的同相端连接至反馈采样电阻(5)，误差放大器(3)的反相端连接至参考基准电压(4)，反馈采样电阻(5)一端接地，另一端与调整管(2)的漏极相连后输出至输出电压(6)。
图3中调整管(2)是MOS管，也可以是双极型三极管。
在图2和图3所示的电路基础上，如图4和5所示，通过在位置B或位置C处增加多个成一定比例的电阻串联，并在每个串联电阻的两端增加限幅二极管。当电流较小的时候测量较大的电阻压降，当电路较大时测量较小的电阻压降，同时大电阻压降被限幅到二极管的压降，因而不会对反馈电路造成较大影响，同时降低其功耗。
参见图4，本申请实施例3中的可提高测量电流动态范围的电源电路，包括：将输入电压(1)输入至调整管(2)的源极，调整管(2)的漏极与限幅二极管VF1(8)、采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)、采样电阻R2(10)、限幅二极管VF3(11)、采样电阻R3(12)、限幅二极管VF4(13)依次串联，肖特基二极管D1(14)与限幅二极管VF1(8)、采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)并联，肖特基二极管D1(14)的阳极与限幅二极管VF1(8)相连，肖特基二极管D1(14)的阴极与限幅二极管VF2(9)相连，肖特基二极管D2(15)与限幅二极管VF2(9)、采样电阻R2(10)、限幅二极管VF3(11)并联，肖特基二极管D2(15)的阳极与限幅二极管VF2(9)相连，肖特基二极管D2(15)的阴极与限幅二极管VF3(11)相连，调整管(2)的栅极连接至误差放大器(3)的输出端，误差放大器(3)的同相端连接至反馈采样电阻(5)，误差放大器(3)的反相端连接至参考基准电压(4)，反馈采样电阻(5)一端接地，另一端与限幅二极管VF4(13)的另一端相连后输出至输出电压(6)。
参见图5，本申请实施例4中的可提高测量电流动态范围的电源电路，包括：
将输入电压(1)输入至限幅二极管VF1(8)的一端，限幅二极管VF1(8)的另一端与采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)、采样电阻R2(10)、限幅二极管VF3(11)、采样电阻R3(12)、限幅二极管VF4(13)依次串联，肖特基二极管D1(14)与限幅二极管VF1(8)、采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)并联，肖特基二极管D1(14)的阳极与限幅二极管VF1(8)相连，肖特基二极管D1(14)的阴极与限幅二极管VF2(9)相连，肖特基二极管D2(15)与限幅二极管VF2(9)、采样电阻R2(10)、限幅二极管VF3(11)并联，肖特基二极管D2(15)的阳极与限幅二极管VF2(9)相连，肖特基二极管D2(15)的阴极与限幅二极管VF3(11)相连，限幅二极管VF4(13)的另一端与调整管(2)的源极相连，调整管(2)的栅极连接至误差放大器(3)的输出端，误差放大器(3)的同相端连接至反馈采样电阻(5)，误差放大器(3)的反相端连接至参考基准电压(4)，反馈采样电阻(5)一端接地，另一端与调整管(2)的漏极相连后输出至输出电压(6)。
在电路实验过程中，优选地，R1-R3选择1K、10Ω、0.1Ω时，当电流在0-100uA时可选择R1两端电压VF1-VF2作为电流采样输出，当电流在10uA–10mA时可选择R2两端电压VF2-VF3作为电流采样输出，当大于1mA时选择R3两端电压VF4-VF3作为电流采样输出。这样在后端数据转换精度相同的情况下，可在仅增加2个二极管压降的情况下将电路测量的动态范围提高10000倍，同时对放大电路反馈影响较小，不会降低电源的反应速度。”
经过实际应用，本申请可以取得的有益技术效果为：(1)在提高电源电流测试动态范围与精度的同时，不会降低电源的反映速度，不会增加功耗；(2)不会出现因为档位切换速度不够而造成无法测量快速大动态变化电流。
本领域的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、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、装置(设备)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。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种可提高测量电流动态范围的电源电路，其特征在于，
将输入电压(1)输入至调整管(2)的源极，调整管(2)的漏极与限幅二极管VF1(8)、采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)依次串联，调整管(2)的栅极连接至误差放大器(3)的输出端，误差放大器(3)的同相端连接至反馈采样电阻(5)，误差放大器(3)的反相端连接至参考基准电压(4)，反馈采样电阻(5)一端接地，另一端与限幅二极管VF2(9)的另一端相连后输出至输出电压(6)。
2.一种可提高测量电流动态范围的电源电路，其特征在于，
将输入电压(1)输入至限幅二极管VF1(8)的一端，限幅二极管VF1(8)的另一端串联至采样电阻R1(7)，采样电阻R1(7)的另一端串联至限幅二极管VF2(9)，限幅二极管VF2(9)的另一端连接至调整管(2)的源极，调整管(2)的栅极连接至误差放大器(3)的输出端，误差放大器(3)的同相端连接至反馈采样电阻(5)，误差放大器(3)的反相端连接至参考基准电压(4)，反馈采样电阻(5)一端接地，另一端与调整管(2)的漏极相连后输出至输出电压(6)。
3.一种可提高测量电流动态范围的电源电路，其特征在于，
将输入电压(1)输入至调整管(2)的源极，调整管(2)的漏极与限幅二极管VF1(8)、采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)、采样电阻R2(10)、限幅二极管VF3(11)、采样电阻R3(12)、限幅二极管VF4(13)依次串联，肖特基二极管D1(14)与限幅二极管VF1(8)、采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)并联，肖特基二极管D1(14)的阳极与限幅二极管VF1(8)相连，肖特基二极管D1(14)的阴极与限幅二极管VF2(9)相连，肖特基二极管D2(15)与限幅二极管VF2(9)、采样电阻R2(10)、限幅二极管VF3(11)并联，肖特基二极管D2(15)的阳极与限幅二极管VF2(9)相连，肖特基二极管D2(15)的阴极与限幅二极管VF3(11)相连，调整管(2)的栅极连接至误差放大器(3)的输出端，误差放大器(3)的同相端连接至反馈采样电阻(5)，误差放大器(3)的反相端连接至参考基准电压(4)，反馈采样电阻(5)一端接地，另一端与限幅二极管VF4(13)的另一端相连后输出至输出电压(6)。
4.一种可提高测量电流动态范围的电源电路，其特征在于，
将输入电压(1)输入至限幅二极管VF1(8)的一端，限幅二极管VF1(8)的另一端与采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)、采样电阻R2(10)、限幅二极管VF3(11)、采样电阻R3(12)、限幅二极管VF4(13)依次串联，肖特基二极管D1(14)与限幅二极管VF1(8)、采样电阻R1(7)、限幅二极管VF2(9)并联，肖特基二极管D1(14)的阳极与限幅二极管VF1(8)相连，肖特基二极管D1(14)的阴极与限幅二极管VF2(9)相连，肖特基二极管D2(15)与限幅二极管VF2(9)、采样电阻R2(10)、限幅二极管VF3(11)并联，肖特基二极管D2(15)的阳极与限幅二极管VF2(9)相连，肖特基二极管D2(15)的阴极与限幅二极管VF3(11)相连，限幅二极管VF4(13)的另一端与调整管(2)的源极相连，调整管(2)的栅极连接至误差放大器(3)的输出端，误差放大器(3)的同相端连接至反馈采样电阻(5)，误差放大器(3)的反相端连接至参考基准电压(4)，反馈采样电阻(5)一端接地，另一端与调整管(2)的漏极相连后输出至输出电压(6)。
5.如权利要求1-4之一所述的电路中，所述调整管(2)是MOS管，也可以是双极型三极管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190315 Address after: 212355 Hengtang Industrial Zone, Yunyang Town, Danyang City, Zhenjiang City, Jiangsu Province Patentee after: Jiangsu Hengbao Intelligent System Technology Co. Ltd. Address before: 212355 Hengtang Industrial Zone, Zhenjiang City, Jiangsu Province Patentee before: Hengbao Corp. |
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| TR01 | Transfer of patent right |