CN106199129B - 高端电流监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高端电流监测装置，用以监测流进负载装置的负载电流；高端电流监测装置包含电流镜单元、主动高压单元、电压侦测单元及偏压单元。电流镜单元依据负载电流产生并输出镜射电流；主动高压单元电性连接至该电流镜单元并接收镜射电流且用以工作在线性区以承受高压；电压侦测单元电性连接至主动高压单元且用以侦测由镜射电流造成跨过电压侦测单元的电压降；偏压单元电性连接至该主动高压单元且用以提供主动高压单元偏压。本发明的功效在于提供一种电路简单成本低且侦测范围广的高端电流监测装置。

Description

高端电流监测装置

技术领域

本发明涉及一种电流监测装置，尤其涉及一种用于高压输入的高端电流监测装置。

背景技术

目前现有高端电流监测装置主要有利用霍尔效应集成电路电流侦测器及分流电阻电流侦测器；霍尔效应集成电路电流侦测器的缺点为响应慢、体积大且价格高；因此，目前使用者大多使用分流电阻电流侦测器；而分流电阻电流侦测器的优点即为响应快且体积小，但其缺点是应用于高压操作时，必须使用隔离电源，如此将使得分流电阻电流侦测器的电路变得复杂而成本提高了。

发明内容

为改善上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高端电流监测装置，特别适用于高压操作。

为实现本发明的上述目的，本发明的高端电流监测装置应用于一高压输入状况下以监测流进一负载装置的一负载电流，该高端电流监测装置包含：一电流镜单元，依据该负载电流产生并输出一镜射电流；一主动高压单元，电性连接至该电流镜单元以接收该镜射电流；一偏压单元，电性连接至该主动高压单元，使该主动高压单元于该高压输入状况下工作在一线性区；及一电压侦测单元，通过该镜射电流产生一电压侦测信号，其中通过该电压侦测信号对应该负载电流的大小。

再者，如上所述的高端电流监测装置，还包含：一稳压单元，电性连接至该电流镜单元、该主动高压单元及该偏压单元，该稳压单元用以提供该电流镜单元一电流镜操作电压并保护该电流镜单元。

再者，如上所述的高端电流监测装置，其中该电流镜单元包含：一分流电阻，电性连接至该负载装置及该稳压单元，其中该负载电流流经该分流电阻以产生一分流电压降。

再者，如上所述的高端电流监测装置，其中该电流镜单元还包含：一第一晶体管，电性连接至该负载装置及该分流电阻。

再者，如上所述的高端电流监测装置，其中该电流镜单元还包含：一第二晶体管，电性连接至该第一晶体管。

再者，如上所述的高端电流监测装置，其中该电流镜单元还包含：一镜射电阻，电性连接至该稳压单元、该分流电阻及该第二晶体管。其中该第一晶体管的一射极基极电压等于该第二晶体管的一射极基极电压，使得该分流电压降对应该镜射电阻而产生一第一镜射电流，且一第二镜射电流由该第一镜射电流镜射产生并流过该第一晶体管；该第一镜射电流的大小等于该第二镜射电流的大小。

再者，如上所述的高端电流监测装置，其中该电流镜单元还包含：一第三晶体管，电性连接至该第一晶体管、该第二晶体管及该主动高压单元；及一第四晶体管，电性连接至该第二晶体管、该第三晶体管及该主动高压单元。

再者，如上所述的高端电流监测装置，还包含：一被动高压单元，电性连接至该主动高压单元，该被动高压单元用以降低该主动高压单元的跨压。

再者，如上所述的高端电流监测装置，还包含：一电流镜低压启动单元，电性连接至该电流镜单元、该主动高压单元、该稳压单元及该偏压单元。其中当该分流电压降负压或低压时，该电流镜低压启动单元提供该电流镜单元一偏压路径，使得该电流镜单元维持工作(例如维持一小电流工作)。

再者，如上所述的高端电流监测装置，还包含：一限流单元，电性连接至该电流镜单元及该电流镜低压启动单元，该限流单元用以限流，藉以维持该高端电流监测装置的电流量测精确度。

本发明的功效在于提供一种电路简单成本低且侦测范围广的高端电流监测装置。

附图说明

图1为本发明的高端电流监测装置的一实施例方块图。

图2为本发明的高端电流监测装置的一实施例电路图。

图3为本发明的高端电流监测装置的另一实施例方块图。

图4为本发明的高端电流监测装置的另一实施例电路图。

附图标记说明：

高端电流监测装置10

电压供应单元20

负载装置30

负载电流102

电流镜单元104

主动高压单元106

电压侦测单元108

偏压单元110

稳压单元112

镜射电流114

电压侦测端116

电流侦测端118

被动高压单元120

电流镜低压启动单元122

限流单元124

输入电压202

分流电阻10402

第一晶体管10404

第二晶体管10406

镜射电阻10408

第三晶体管10410

第四晶体管10412

第一镜射电流10414

第二镜射电流10416

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，请参阅以下的详细说明和附图说明如下，而附图与详细说明仅作为对其进行说明用，并非用于限制本发明。

请参考图1，其为本发明的高端电流监测装置的一实施例方块图；并请同时参考图2，其为本发明的高端电流监测装置的一实施例电路图。一高端电流监测装置10应用于一电压供应单元20及一负载装置30；该电压供应单元20提供该高端电流监测装置10一输入电压202(例如一高压)；该高端电流监测装置10应用于一高压输入状况下以监测流进该负载装置30的一负载电流102；该高端电流监测装置10包含一电流镜单元104、一主动高压单元106、一电压侦测单元108、一偏压单元110、一稳压单元112、一电压侦测端116及一电流侦测端118。

该电流镜单元104依据该负载电流102产生并输出一镜射电流114；该主动高压单元106电性连接至该电流镜单元104以接收该镜射电流114；该偏压单元110电性连接至该主动高压单元106，使该主动高压单元106于该高压输入状况下工作在一线性区；该电压侦测单元108通过该镜射电流114产生一电压侦测信号；通过该电压侦测信号对应该负载电流102的大小。

该电压侦测单元108电性连接至该主动高压单元106，该电压侦测单元108用以侦测由该镜射电流114造成跨过该电压侦测单元108的一电压降；该偏压单元110用以提供该主动高压单元106一偏压以工作于该线性区；该稳压单元112电性连接至该电流镜单元104、该主动高压单元106及该偏压单元110，该稳压单元112用以提供该电流镜单元104一电流镜操作电压并保护该电流镜单元104；该电压侦测端116电性连接至该偏压单元110；该电流侦测端118电性连接至该主动高压单元106及该电压侦测单元108。

该稳压单元112可用于限制该电流镜单元104的跨压，其余电压降则会跨在该主动高压单元106，如此设计可让该电流镜单元104操作于一较小的电压范围，藉此在高输入电压时只需使用一般低耐压的电流镜且也可以提升电流镜精确度。

该电流镜单元104包含一分流电阻10402、一第一晶体管10404、一第二晶体管10406、一镜射电阻10408、一第三晶体管10410及一第四晶体管10412。

该分流电阻10402电性连接至该负载装置30及该稳压单元112；该第一晶体管10404电性连接至该负载装置30及该分流电阻10402；该第二晶体管10406电性连接至该第一晶体管10404；该镜射电阻10408电性连接至该稳压单元112、该分流电阻10402及该第二晶体管10406；该第三晶体管10410电性连接至该第一晶体管10404、该第二晶体管10406及该主动高压单元106；该第四晶体管10412电性连接至该第二晶体管10406、该第三晶体管10410及该主动高压单元106。

该负载电流102流经该分流电阻10402以产生一分流电压降；该第一晶体管10404的一射极基极电压等于该第二晶体管10406的一射极基极电压，使得该分流电压降对应该镜射电阻10408产生一第一镜射电流10414，且一第二镜射电流10416由该第一镜射电流10414镜射产生并流过该第一晶体管10404；该第一镜射电流10414的大小等于该第二镜射电流10416的大小；于本实施例中，该第一镜射电流10414与该第二镜射电流10416合成该镜射电流114。

类似于相关技术的高端电流监测装置的公式：假设该电压侦测单元108为一电阻，则一电阻比值定义为该电压侦测单元108除以该镜射电阻10408的数值，该电流侦测端118的电压等于该负载电流102乘以该分流电阻10402再乘以该电阻比值的两倍，其中该电流侦测端118产生该电压侦测信号可被侦测而得知，而该分流电阻10402、该电压侦测单元108及该镜射电阻10408也为已知；因此，该负载电流102即可被计算得出。通过该电压侦测信号对应该负载电流102的大小。

该主动高压单元106可为例如但本发明不限定为一PNP双极性接面晶体管；该电压侦测单元108可为例如但本发明不限定为一电阻；该偏压单元110可为例如但本发明不限定为包含两个电阻；该稳压单元112可为例如但本发明不限定为一5伏特的齐纳二极管；该第一晶体管10404可为例如但本发明不限定为一PNP双极性接面晶体管；该第二晶体管10406可为例如但本发明不限定为一PNP双极性接面晶体管；该第三晶体管10410可为例如但本发明不限定为一NPN双极性接面晶体管；第四晶体管10412可为例如但本发明不限定为一NPN双极性接面晶体管。

请参考图3，其为本发明的高端电流监测装置的另一实施例方块图；并请同时参考图4，其为本发明的高端电流监测装置的另一实施例电路图。一高端电流监测装置10应用于一电压供应单元20及一负载装置30；该电压供应单元20提供该高端电流监测装置10一输入电压202(例如一高压)；该高端电流监测装置10用以监测流进该负载装置30的一负载电流102；该高端电流监测装置10包含一电流镜单元104、一主动高压单元106、一电压侦测单元108、一偏压单元110、一稳压单元112、一电压侦测端116、一电流侦测端118、一被动高压单元120、一电流镜低压启动单元122及一限流单元124。

该电流镜单元104依据该负载电流102产生并输出一镜射电流114；该主动高压单元106电性连接至该电流镜单元104，该主动高压单元106接收该镜射电流114且用以工作在一线性区以承受一高压；该电压侦测单元108电性连接至该主动高压单元106，该电压侦测单元108用以侦测由该镜射电流114造成跨过该电压侦测单元108的一电压降；该偏压单元110电性连接至该主动高压单元106，该偏压单元110用以提供该主动高压单元106一偏压以工作在一线性区；该稳压单元112电性连接至该电流镜单元104、该主动高压单元106及该偏压单元110，该稳压单元112用以提供该电流镜单元104一电流镜操作电压并保护该电流镜单元104；该电压侦测端116电性连接至该偏压单元110；该电流侦测端118电性连接至该主动高压单元106及该电压侦测单元108。

该稳压单元112可用于限制该电流镜单元104的跨压，其余电压降则会跨在该主动高压单元106，如此设计可让该电流镜单元104操作于一较小的电压范围，藉此只需使用一般低耐压的电流镜且也可以提升电流镜精确度。该电流镜单元104包含一分流电阻10402、一第一晶体管10404、一第二晶体管10406、一镜射电阻10408、一第三晶体管10410及一第四晶体管10412。

该分流电阻10402电性连接至该负载装置30及该稳压单元112；该第一晶体管10404电性连接至该负载装置30及该分流电阻10402；该第二晶体管10406电性连接至该第一晶体管10404；该镜射电阻10408电性连接至该稳压单元112、该分流电阻10402及该第二晶体管10406；该第三晶体管10410电性连接至该第一晶体管10404、该第二晶体管10406及该主动高压单元106；该第四晶体管10412电性连接至该第二晶体管10406、该第三晶体管10410及该主动高压单元106。

该负载电流102流经该分流电阻10402以产生一分流电压降；该第一晶体管10404的一射极基极电压等于该第二晶体管10406的一射极基极电压，使得该分流电压降对应该镜射电阻10408而产生一第一镜射电流10414，且一第二镜射电流10416由该第一镜射电流10414镜射产生并流过该第一晶体管10404；该第一镜射电流10414的大小等于该第二镜射电流10416的大小；于本实施例中，该第一镜射电流10414与该第二镜射电流10416合成该镜射电流114。

该被动高压单元120电性连接至该主动高压单元106及该电压侦测单元108，该被动高压单元120用以协助该主动高压单元106以承受该高压，当高端输入电压很高的应用情况下，可利用该被动高压单元120以协助该主动高压单元106承受该高压以降低该主动高压单元106的跨压，而不必使用特殊耐压规格的该主动高压单元106，该被动高压单元120提供该高端电流监测装置10最低工作电压稳压功能。例如一般PNP双极性接面晶体管的最大承受电压为500伏特，当高端输入电压为200至600伏特范围变动时，可选择承受电压为150伏特的该被动高压单元120，则该主动高压单元106的承受电压最高约为450伏特，且于高端输入电压较低时(电压为200伏特时)也能正常工作。通过该主动高压单元106与该被动高压单元120耐压选择可以应用于输入电压变动范围较大的应用。

该电流镜低压启动单元122电性连接至该电流镜单元104、该主动高压单元106、该稳压单元112及该偏压单元110；当该电流镜单元104的该分流电阻10402处于低压或负压时(如该负载电流102过小或往回流时)会造成该电流镜单元104无法启动，该电流镜低压启动单元122提供该电流镜单元104一偏压路径，使得该高端电流监测装置10能于上述低压或负压情况中正常启动，其中该电流镜低压启动单元122若选择较小值则启动响应较快，但同时导致该偏压路径会造成电流镜电流不平衡而影响精确度。

因为增加该电流镜低压启动单元122会影响该高端电流监测装置10的电流量测精确度，因此可增加该限流单元124。该限流单元124电性连接至该电流镜单元104及该电流镜低压启动单元122，该限流单元124用以限制流经该偏压路径的电流，藉以维持该高端电流监测装置10的电流量测精确度(降低该电流镜低压启动单元122影响)。其动作原理请参考图4，该分流电阻10402处于低压或负压时，该电流镜低压启动单元122提供该电流镜单元104一偏压路径，使得该高端电流监测装置10能快速正常启动，而当该负载电流102增加时，该第二镜射电流10416对应也会增加，如此该限流单元124上的跨压同时也会增加，而因为该稳压单元112已经限制该电流镜单元104整体跨压，所以该电流镜低压启动单元122上的跨压会变小，进而流经该偏压路径的电流会变小，所以可降低该电流镜低压启动单元122的影响。

类似于相关技术的高端电流监测装置的公式：假设该电压侦测单元108为一电阻，则一电阻比值定义为该电压侦测单元108除以该镜射电阻10408的数值，该电流侦测端118的电压等于该负载电流102乘以该分流电阻10402再乘以该电阻比值的两倍，其中该电流侦测端118产生一电压侦测信号可被侦测而得知，而该分流电阻10402、该电压侦测单元108及该镜射电阻10408也为已知；因此，该负载电流102即可被计算得出。通过该电压侦测信号对应该负载电流102的大小。

该主动高压单元106可为例如但本发明不限定为一PNP双极性接面晶体管；该电压侦测单元108可为例如但本发明不限定为一电阻；该偏压单元110可为例如但本发明不限定为包含两个电阻；该稳压单元112可为例如但本发明不限定为一5伏特的齐纳二极管；该第一晶体管10404可为例如但本发明不限定为一PNP双极性接面晶体管；该第二晶体管10406可为例如但本发明不限定为一PNP双极性接面晶体管；该第三晶体管10410可为例如但本发明不限定为一NPN双极性接面晶体管；第四晶体管10412可为例如但本发明不限定为一NPN双极性接面晶体管；该被动高压单元120可为例如但本发明不限定为一齐纳二极管；该电流镜低压启动单元122可为例如但本发明不限定为一电阻；该限流单元124可为例如但本发明不限定为一电阻。

本发明的功效在于提供一种电路简单成本低且侦测范围广的高端电流监测装置。

然而以上所述者，仅为本发明的较佳实施例，当不能限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求所作的同等变化与修饰等，皆应仍属本发明的专利涵盖范围意图保护的范畴。本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。综上所述，当知本发明已具有产业利用性、新颖性与进步性，又本发明的构造也未曾见于同类产品及公开使用，完全符合发明专利申请要件，依专利法提出申请。

Claims (6)

1.一种高端电流监测装置，应用于一电压供应单元及一负载装置，以于一高压输入状况下监测流进该负载装置的一负载电流，其特征在于，该高端电流监测装置包含：

一电流镜单元，电性连接于该电压供应单元与该负载装置之间，以依据该负载电流产生并输出一镜射电流；

一主动高压单元，电性连接至该电流镜单元以接收该镜射电流且用以工作在一线性区以承受一高压；

一偏压单元，电性连接至该主动高压单元，使该主动高压单元于该高压输入状况下工作在该线性区；及

一电压侦测单元，电性连接至该主动高压单元，通过该镜射电流产生一电压侦测信号，

其中通过该电压侦测信号对应该负载电流的大小。

2.如权利要求1所述的高端电流监测装置，其特征在于，还包含：

一稳压单元，一端电性连接至该电流镜单元及该电压供应单元、而另一端电性连接至该主动高压单元及该偏压单元，该稳压单元用以提供该电流镜单元一电流镜操作电压并保护该电流镜单元。

3.如权利要求2所述的高端电流监测装置，其特征在于，该电流镜单元包含：

一分流电阻，一端电性连接至该负载装置、而另一端电性连接至该稳压单元，其中该负载电流流经该分流电阻以产生一分流电压降；

一第一晶体管，一射极电性连接至该负载装置及该分流电阻，

一第二晶体管，一基极电性连接至该第一晶体管的一基极；

一镜射电阻，一端电性连接至该稳压单元及该分流电阻、而另一端电性连接至该第二晶体管的一射极，其中该第一晶体管的一射极基极电压等于该第二晶体管的一射极基极电压，使得该分流电压降对应该镜射电阻产生一第一镜射电流，且一第二镜射电流由该第一镜射电流镜射产生并流过该第一晶体管，该第一镜射电流的大小等于该第二镜射电流的大小；

一第三晶体管，一集电极电性连接至该第一晶体管的一集电极、而一射极电性连接至第四晶体管的一射极及该主动高压单元；及

一第四晶体管，一集电极电性连接至该第二晶体管的一集电极、而一射极电性连接至该第三晶体管的一射极及该主动高压单元、且一基极电性连接至该第三晶体管的一基极。

4.如权利要求2所述的高端电流监测装置，其特征在于，还包含：

一被动高压单元，电性连接于该主动高压单元与该电压侦测单元之间，该被动高压单元用以降低该主动高压单元的跨压。

5.如权利要求3所述的高端电流监测装置，其特征在于，还包含：

一电流镜低压启动单元，电性连接至该电流镜单元、该主动高压单元、该稳压单元及该偏压单元，

其中当该分流电压降负压或低压时，该电流镜低压启动单元提供该电流镜单元一偏压路径，使得该电流镜单元维持工作。

6.如权利要求5所述的高端电流监测装置，其特征在于，还包含：

一限流单元，电性连接至该电流镜单元及该电流镜低压启动单元，该限流单元用以限流，藉以维持该高端电流监测装置的电流量测精确度。