CN106483366B - 一种消除运放失调电压的电流检测电路 - Google Patents

一种消除运放失调电压的电流检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种检测电路，具体是一种消除运放失调电压的电流检测电路，包括采样电阻、倍数放大电路、带隙基准、偏移电压选择电路、译码控制电路和模数转换器，所述采样电阻串联于需要进行电流检测的电流回路中，所述带隙基准的三路输出和所述译码控制电路的输出都与所述偏移电压选择电路连接，所述偏移电压选择电路的输出连接所述倍数放大电，所述倍数放大电路的输入还与所述采样电阻的两端连接路，所述倍数放大电路的输出连接所述模数转换器的输入。本发明可以有效地抵消轨到轨运算放大器输入端的失调电压，从而减轻设计难度，使得电路能够更好的集成在一个芯片中，减少了系统的设计成本。

Description

一种消除运放失调电压的电流检测电路
技术领域
本发明涉及一种检测电路，具体涉及一种消除运放失调电压的电流检测电路。
背景技术
在无线充电发送电路中，需要对发送线圈的电流进行检测，以确定在线圈上是否有接收端或异物，如果线圈上有接收端，还要通过检测发送线圈的电流确定发送系统提供的功率，通过发送端与接收端进行通信控制，动态调整发送端提供的功率。
常见的电流检测电路通过把一个很小的采样电阻（精密电阻）串联到所需要测量电流的电流回路中，再把采样电阻两端的电压进行放大，放大后的电压经过模数转换得到相应的数字信号，再经过数字信号的处理，除以放大倍数及采样电阻阻值即可得到电流值。现有的这种电流检测电路是对电流采样电阻两端的电压进行放大得到的电压，然而由于运算放大器（简称“运放”）的输入失调电压的影响，可能会导致在电流较小的情况下，放大后的运放的输出电压仍为零。为了克服这一问题，第一种方案是把电流检测电路做在芯片外，通过购买高性能的运放（OP）来实现，这就增加了系统的成本；第二种方案需要在芯片内设计一个具有很小失调电压的运放，这就会增加芯片的面积以及设计的难度。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的缺陷，提供了一种消除运放失调电压的电流检测电路，该电路能够解决背景技术中的问题，消除电流检测电路中运放的失调电压所带来的影响。
为了解决上述至少一个技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种消除运放失调电压的电流检测电路，包括采样电阻（Rs）和倍数放大电路，其特征在于，还包括带隙基准、偏移电压选择电路、译码控制电路和模数转换器（ADC），所述采样电阻串联于需要进行电流检测的电流回路中，所述带隙基准的三路输出和所述译码控制电路的输出都与所述偏移电压选择电路连接，所述偏移电压选择电路的输出连接所述倍数放大电路，所述倍数放大电路的输入还与所述采样电阻的两端连接所述倍数放大电路的输出连接所述模数转换器的输入。
优选的：所述译码控制电路选用两位数字信号译码。
优选的：所述采样电阻的阻值为20mΩ。
优选的：所述倍数放大电路由第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5）、第六电阻（R6）、第一开关（S1）、第二开关（S2）以及轨到轨运算放大器（OP）组成；所述第六电阻与第一开关串联后与第三电阻并联，并联后电路的一端与采样电阻的正端连接，另一端与轨到轨运算放大器的正输入端连接；所述第五电阻与第二开关串联后与第一电阻并联，并联后电路的一端与采样电阻的负输入端连接，另一端与轨到轨运算放大器的负输入端连接；所述第四电阻的一端与所述偏移电压选择电路的输出端连接，另一端与轨到轨运算放大器的正输入端连接；所述第二电阻的一端与轨到轨运算放大器的负输入端连接，另一端与轨到轨运算放大器的输出端连接。
进一步优选的：所述第一电阻、第五电阻、第三电阻、第六电阻的阻值都为2KΩ；所述第二电阻和第四电阻的阻值都为100 KΩ。
另一优选的：所述第四电阻的一端与所述偏移电压选择电路的输出连接。
本发明的有益效果是：本发明通过在倍数放大电路中的第四电阻的一端加入可选的偏移电压，通过选择合适的偏移电压，使得倍数放大电路中OP的输出始终保持有正的偏移量，再通过ADC转换后在后面的数字信号处理中把相应的正的偏移量减去，即可实现对电流的放大检测。
通过本发明的电路可以有效地抵消轨到轨运算放大器（OP）输入端的失调电压，从而减轻轨到轨运算放大器（OP）的设计难度，使得电路能够更好的集成在一个芯片中，减少了系统的设计成本。
附图说明
图1，本发明的电路结构框图。
具体实施方式
下面结合附图以及优选的方案对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，是本发明的电路结构框图，结合该图来说明本发明的一种消除运放失调电压的电流检测电路，该电路包括采样电阻1、带隙基准2、偏移电压选择电路3、译码控制电路4、倍数放大电路5和模数转换器6，所述采样电阻1串联于需要进行电流检测的电流回路中，所述带隙基准2的三路输出端和所述译码控制电路4的输出端都与所述偏移电压选择电路3连接，所述偏移电压选择电路3的输出连接所述倍数放大电路5，所述倍数放大电路5的输出端与所述模数转换器6的输入端连接，所述倍数放大电路5的两个输入端分别与所述采样电阻1的两端连接。
优选的方案：所述译码控制电路4选用两位数字信号译码。所述采样电阻的阻值为20mΩ。所述倍数放大电路5由第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5）、第六电阻（R6）、第一开关（S1）、第二开关（S2）以及轨到轨运算放大器（OP）组成；所述第六电阻与第一开关串联后与第三电阻并联，并联后电路的一端与采样电阻的正端连接，另一端与轨到轨运算放大器的正输入端连接；所述第五电阻与第二开关串联后与第一电阻并联，并联后电路的一端与采样电阻的负输入端连接，另一端与轨到轨运算放大器的负输入端连接；所述第四电阻的一端与所述偏移电压选择电路的输出端连接，另一端与轨到轨运算放大器的正输入端连接；所述第二电阻的一端与轨到轨运算放大器的负输入端连接，另一端与轨到轨运算放大器的输出端连接。所述第一电阻、第五电阻、第三电阻、第六电阻的阻值都为2KΩ；所述第二电阻和第四电阻的阻值都为100 KΩ；所述第四电阻的一端与所述偏移电压选择电路3的输出端连接。
工作原理：本发明的采样电阻1两端的电压大小反映了流过的电流的大小。
本发明的带隙基准2提供三路参考电压输出，分别是第一参考电压（VREF_1）、第二参考电压（VREF_2）、第三参考电压（VREF_3），其中VREF_1=100mV、VREF_2=200mV、VREF_3=300mV，同时为轨到轨运算放大器（OP）以及偏移电压选择电路3中的运放提供工作电流。
本发明的偏移电压选择电路3从带隙基准2提供的三路参考电压VREF_1、VREF_2、VREF_3中选择一路，并通过本身电路中包含的运放跟随输出，记输出电压为VREF，以提供倍数放大电路5输出的初始值。所述的译码控制电路4，由两位数字信号VREF_SEL<1:0>（参考电压选择信号）译码后控制三路参考电压的选择，其中VREF_SEL<1:0>=00时选择0、VREF_SEL<1:0>=01时选择VREF_1、VREF_SEL<1:0>=10时选择VREF_2、VREF_SEL<1:0>=11时选择VREF_3。
本发明的倍数放大电路5，由电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，开关S1、S2以及轨到轨运算放大器（OP）组成，通过放大倍数选择信号（AMP_SEL）控制开关S1和S2，从而得到不同的电阻比例，即得到不同的放大倍数，当AMP_SEL=0时放大倍数为50倍，当AMP_SEL=1时放大倍数为100倍。当AMP_SEL=0时，开关S1和S2都断开，此时放大电路的输出与输入的关系为：
；
当AMP_SEL=1时，开关S1和S2都关闭，此时放大电路的输出与输入的关系为：
式中R1||R5表示电阻R1与电阻R5的并联，R3||R6表示电阻R3与电阻R6的并联，假设OP的输入对管存在失调，失调电压为ΔV，则放大电路的输出与输入的关系修改为：
或
；当没有电流流过采样电阻1时，可以得到倍数放大电路5输出的初始值为或；如果ΔV为负值，则可以通过一个正的VREF把倍数放大电路5输出的初始值平移为正的值；如果ΔV为正，则可以通过选择VREF为较小的值或者0，使得OP有最大的输出摆幅。加入偏移电压（VREF）后，不会影响放大倍数的线性度。上述公式中为电流检测放大器的输出电压值，为电流检测放大器正端输入的电压值，为电流检测放大器负端输入的电压值，为参考电压值，R1、R2、R3、R4、R5、R6分别为第一电阻的阻值、第二电阻的阻值、第三电阻的阻值、第四电阻的阻值、第五电阻的阻值、第六电阻的阻值；为电流检测放大器的输出初始电压值。
本发明中的模数转换器6把倍数放大电路5输出的电压信号转换为数字信号，送到DSP进行信号处理。首先需要把放大电路的输出初始值测量并记录下来，以后ADC每一次采样得到的数字信号只要减去相应的初始值即可反映流过采样电阻的真实的电流值。
本发明与常见的电流检测电路相比，通过在倍数放大电路5中的第四电阻（R4）的一端加入可选的偏移电压，通过选择合适的偏移电压，使得OP的输出始终保持有正的偏移量，再通过ADC转换后在后面的数字信号处理中把相应的正的偏移量减去即可实现对电流的放大检测。通过这种方法，可以有效地抵消OP输入端的失调电压，从而减轻OP的设计难度，使得电路能够更好的集成在一个芯片中。

Claims (8)

1.一种消除运放失调电压的电流检测电路，包括采样电阻和倍数放大电路，其特征是：还包括带隙基准、偏移电压选择电路、译码控制电路和模数转换器，所述采样电阻串联于需要进行电流检测的电流回路中，所述带隙基准的三路输出端和所述译码控制电路的输出端均与所述偏移电压选择电路连接，所述偏移电压选择电路的输出端连接所述倍数放大电路，所述倍数放大电路的输入端还与所述采样电阻的两端连接，所述倍数放大电路的输出端与所述模数转换器的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的消除运放失调电压的电流检测电路，其特征是：所述译码控制电路选用两位数字信号译码。
3.根据权利要求1所述的消除运放失调电压的电流检测电路，其特征是：所述采样电阻的阻值为20mΩ。
4.根据权利要求1所述的消除运放失调电压的电流检测电路，其特征是：所述倍数放大电路由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一开关、第二开关以及轨到轨运算放大器组成。
5.根据权利要求4所述的消除运放失调电压的电流检测电路，其特征是：所述第六电阻与第一开关串联后与第三电阻并联，并联后电路的一端与采样电阻的正端连接，另一端与轨到轨运算放大器的正输入端连接；所述第五电阻与第二开关串联后与第一电阻并联，并联后电路的一端与采样电阻的负输入端连接，另一端与轨到轨运算放大器的负输入端连接；所述第四电阻的一端与所述偏移电压选择电路的输出端连接，另一端与轨到轨运算放大器的正输入端连接；所述第二电阻的一端与轨到轨运算放大器的负输入端连接，另一端与轨到轨运算放大器的输出端连接。
6.根据权利要求4所述的消除运放失调电压的电流检测电路，其特征是：所述第一电阻、第五电阻、第三电阻、第六电阻的阻值均为2KΩ。
7.根据权利要求4所述的消除运放失调电压的电流检测电路，其特征是：所述第二电阻和第四电阻的阻值均为100KΩ。
8.根据权利要求7所述的消除运放失调电压的电流检测电路，其特征是：所述第四电阻的一端与所述偏移电压选择电路的输出端连接。
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