CN108318720A - 一种双向电流检测放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向电流检测放大器，包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第一电流镜、第二电流镜、电三电流镜、第一比较器Comp1、第二比较器Comp2、第一放大器Amp1、第二放大器Amp2、第三放大器Amp3、第一反相器INV1、第二反相器INV2、电阻R0～R4、晶体管NM0；该双向电流检测电路可以检测电流的大小，在不改动应用连接线路的情况下，可用于正电压和负电压之间的电流检测，同时也可以用于正负相反方向电流流动的检测并确定电流流向。

Description

一种双向电流检测放大器

技术领域

本发明涉及电流检测技术领域，特别涉及一种双向电流检测放大器。

背景技术

电流检测放大器广泛应用于焊接设备、电脑、手机、电信设备、汽车用、电源管理、电池充电器等。通过监测电流大小和流动方向，可以最好地监视电动机扭矩、螺线管受力、LED密度、太阳能电池受光量和电池电量等。因此，需要一个能准确测量电流并将电流转换成电压的电路，这样就可以用现有的电压器件(放大器、比较器、ADC等)来放大、调节和测量电压。在这些应用中，电流检测电路中的放大器用来从高共模电压中抽取通过小检测电阻的电流产生的小差分电压，如图1所示。被检测的电流Is流过电流检测电阻Rs，产生电压

Vsen＝(Vin₊-Vin_-)＝Is*Rs。由于放大器A的作用，其正负输入端的电位必须相等，即放大器A驱动晶体管Q₀开通，使得流经Vin₊到Q₀，再经R_L到地的电流I_RL在电阻R产生的电压等于Vsen，即I_RL*R＝Vsen＝(Vin₊-Vin_-)，I_RL＝(Vin₊-Vin_-)/R。I_RL流过电阻R_L转换成以地为基准的输出电压V_out＝(Vin₊-Vin_-)*(R_L/R)。R_L/R的比值就是放大倍数。所以，经过应用电流检测放大器后，通过测量输出电压V_out，就能够知道电流Is的大小。

双向电能变换器能够实现能量的双向传输，在电池充电器、UPS电源、电动汽车等领域广泛使用。在能量变换控制中需要采样电流，由于电能传递方向不同，电流方向也会不同，选用的电流检测放大器需要既能检测正电流，又能检测负电流，并能够把采样得到的电流信号转换成电压信号。因此需要电流检测放大器既能检测正电压，又能检测负电压。但大多数此类电流检测放大器控制芯片一般不具备接受正负两个极性的电压的能力，为此需采用额外的电路对电压进行电平位移，这一方面增加了电路的成本和复杂性，另一方面降低了采样精度。而有些电流检测放大器控制芯片即使能够检测双向流动的电流，但应用范围仅限于正电压之间的电流流动。

发明内容

本发明的目的是提供一种双向电流检测放大器。

为此，本发明技术方案如下：

一种双向电流检测放大器，包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第一电流镜、第二电流镜、电三电流镜、第一比较器Comp1、第二比较器Comp2、第一放大器Amp1、第二放大器Amp2、第三放大器Amp3、第一反相器INV1、第二反相器INV2、电阻R0～R4、晶体管NM0；

测试接入端Vin1与测试接入端Vin2之间设有电阻Rsen；测试接入端Vin1通过电阻R1接第二比较器Comp2的反相输入端，测试接入端Vin2通过电阻R2接到第二比较器Comp2的正相输入端；第二比较器Comp2的输出用来控制第二开关单元和第三开关单元；第二开关单元控制第三放大器Amp3的输入连接，第二开关单元的输出接第三放大器Amp3的输入；第三放大器Amp3的输出端接第三电流镜的输入端；第三电流镜的部分输出端接第二开关单元的输入，部分通过电阻Rout接地；第三开关单元的输出端接第三电流镜；

测试接入端Vin1通过电阻R3接第一比较器Comp1的正相输入端；第一比较器Comp1的反相输入端通过电阻R0接到参考电压Vref1；第一比较器Comp1的输出用来控制第一开关单元、第一放大器Amp1和第二放大器Amp2；晶体管NM0的源极和漏极分别接在电阻R0的两端，晶体管NM0的栅极接第一比较器Comp1的输出和第一反相器INV1的输入端；第一比较器Comp1的输出端接第一放大器Amp1的使能端；第一比较器Comp1的输出端通过第一反相器INV1后分别接第一开关单元和第二放大器Amp2的使能端；第一开关单元用来控制第一电流镜、第二电流镜；第一放大器Amp1的输出端接第二电流镜的输入端，用来驱动第二电流镜；第二放大器Amp2的输出端接第一电流镜的输入端，用来驱动第一电流镜；第一电流镜的输入端接控制电压Vdd，第一电流镜的输出端接第二电流镜的输入端；第二电流镜的输出端接地。

测试接入端Vin2通过电阻R4接第一放大器Amp1和第二放大器Amp2的正相输入端；第一放大器Amp1和第二放大器Amp2的反相输入端均连接到参考电压Vref2。

进一步的，所述的第一开关单元包括晶体管PM1和NM1；第二开关单元包括晶体管NM6～NM9；第三开关单元包括晶体管PM6～PM8；第一电流镜包括晶体管PM2～PM5以及PM0；第二电流镜包括晶体管NM2～NM5；第三电流镜包括晶体管PM9～PM11。

进一步的，所述的晶体管PM1～PM11为P型MOS管；所述的晶体管NM1～NM9为N型MOS管。

进一步的，所述的晶体管PM1～PM11为PNP型三极管；所述的晶体管NM1～NM9为NPN型三极管。

进一步的，所述的第一电流镜包括P型MOS管PM2～PM5以及MOS管PM0；PM2～PM5以及PM0的栅极均接到第二放大器Amp2的输出端；

PM2～PM5以及PM0的源极均接控制电压Vdd；PM2～PM5的漏极均接到第二电流镜，PM0的漏极接第一比较器Comp1的反相输入端；

第二电流镜包括N型MOS管NM2～NM5；MOS管NM2～NM5的栅极均接到第一放大器Amp1的输出端；MOS管NM2～NM5的源极均接地；MOS管NM2的漏极和MOS管PM2的漏极均连接到第一放大器Amp1和第二放大器Amp2的正相输入端；MOS管NM3的漏极和MOS管PM3的漏极均连接到第一比较器Comp1的正相输入端；MOS管NM4的漏极和MOS管PM4的漏极均连接到第二比较器Comp2的反相输入端，MOS管NM5的漏极和MOS管PM5的漏极均连接到第二比较器Comp2的正相输入端；

第一开关单元包括P型MOS管PM1和N型MOS管NM1；MOS管PM1和MOS管NM1的栅极接第一反相器INV1的输出；MOS管PM1的源极连接控制电压Vdd；MOS管PM1的漏极连接第二放大器Amp2的输出端；MOS管NM1的源极接地；MOS管NM1的漏极连接第一放大器Amp1的输出端；

第二开关单元包括N型MOS管NM6～NM9；MOS管NM6和NM7的栅极均连接到第二比较器Comp2的输出端，MOS管NM6和NM7的源极分别连接到第三放大器Amp3的反相输入端和正相输入端；MOS管NM6的漏极连接到第一放大器Amp1和第二放大器Amp2的正相输入端以及MOS管PM2和NM2的漏极；MOS管NM7的漏极连接到MOS管PM3和NM3的漏极；MOS管NM8和NM9的栅极均连接到第二反相器INV2的输出端；MOS管NM8和NM9的漏极分别连接到MOS管NM6的漏极和MOS管NM7的漏极；MOS管NM8和NM9的源极分别连接到第三放大器Amp3的正相输入端和反相输入端；

第三开关单元包括P型MOS管PM6～PM8；MOS管PM6～PM8的源极均连接控制电压Vdd；MOS管PM6的栅极接第二反相器INV2的输出端；MOS管PM7的栅极接接第二比较器Comp2的输出端；MOS管PM8的栅极接地；MOS管PM6～PM8的漏极均接到第三电流镜；

第三电流镜包括P型MOS管PM9～PM11；MOS管PM9～PM11的源极分别接到MOS管PM6～PM8的漏极；MOS管PM9～PM11的栅极均接到第三放大器Amp3的输出端；MOS管PM9的漏极接MOS管NM7的漏极；MOS管PM10的漏极接MOS管NM8的漏极；MOS管PM11的漏极通过电阻Rout接地；

进一步的，还包括二极管D1～D4；二极管D1和D2的正极均接地，D1的负极接第二比较器Comp2的反相输入端；二极管D2的负极接第二比较器Comp2的正相输入端；二极管D3设置在电阻R3与地之间，二极管D3的正极接地，负极接到电阻R3的一端；二极管D4设置在电阻R4与地之间，二极管D4的正极接地，负极接到电阻R4的一端。

与现有技术相比，该双向电流检测电路可以检测电流的大小，在不改动应用连接线路的情况下，可用于正电压和负电压之间的电流检测，同时也可以用于正负相反方向电流流动的检测并确定电流流向。

附图说明

图1为现有的电流检测放大器示意图。

图2为本发明提供的双向电流检测放大器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

实施例1：

一种双向电流检测放大器，包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第一电流镜、第二电流镜、电三电流镜、第一比较器Comp1、第二比较器Comp2、第一放大器Amp1、第二放大器Amp2、第三放大器Amp3、第一反相器INV1、第二反相器INV2、电阻R0～R4、晶体管NM0；

测试接入端Vin1与测试接入端Vin2之间设有电阻Rsen；测试接入端Vin1通过电阻R1接第二比较器Comp2的反相输入端，测试接入端Vin2通过电阻R2接到第二比较器Comp2的正相输入端；第二比较器Comp2的输出用来控制第二开关单元和第三开关单元；第二开关单元控制第三放大器Amp3的输入连接，第二开关单元的输出接第三放大器Amp3的输入；第三放大器Amp3的输出端接第三电流镜的输入端；第三电流镜的部分输出端接第二开关单元的输入，部分通过电阻Rout接地；第三开关单元的输出端接第三电流镜；

测试接入端Vin1通过电阻R3接第一比较器Comp1的正相输入端；第一比较器Comp1的反相输入端通过电阻R0接到参考电压Vref1；第一比较器Comp1的输出用来控制第一开关单元、第一放大器Amp1和第二放大器Amp2；晶体管NM0的源极和漏极分别接在电阻R0的两端，晶体管NM0的栅极接第一比较器Comp1的输出和第一反相器INV1的输入端；第一比较器Comp1的输出端接第一放大器Amp1的使能端；第一比较器Comp1的输出端通过第一反相器INV1后分别接第一开关单元和第二放大器Amp2的使能端；第一开关单元用来控制第一电流镜、第二电流镜；第一放大器Amp1的输出端接第二电流镜的输入端，用来驱动第二电流镜；第二放大器Amp2的输出端接第一电流镜的输入端，用来驱动第一电流镜；第一电流镜的输入端接控制电压Vdd，第一电流镜的输出端接第二电流镜的输入端；第二电流镜的输出端接地。

测试接入端Vin2通过电阻R4接第一放大器Amp1和第二放大器Amp2的正相输入端；第一放大器Amp1和第二放大器Amp2的反相输入端均连接到参考电压Vref2。

所述的第一开关单元包括晶体管PM1和NM1；第二开关单元包括晶体管NM6～NM9；第三开关单元包括晶体管PM6～PM8；第一电流镜包括晶体管PM2～PM5以及PM0；第二电流镜包括晶体管NM2～NM5；第三电流镜包括晶体管PM9～PM11。

所述的晶体管PM1～PM11为P型MOS管；所述的晶体管NM1～NM9为N型MOS管。

所述的第一电流镜包括P型MOS管PM2～PM5以及MOS管PM0；PM2～PM5以及PM0的栅极均接到第二放大器Amp2的输出端；PM2～PM5以及PM0的源极均接控制电压Vdd；PM2～PM5的漏极均接到第二电流镜，PM0的漏极接第一比较器Comp1的反相输入端；

第二电流镜包括N型MOS管NM2～NM5；MOS管NM2～NM5的栅极均接到第一放大器Amp1的输出端；MOS管NM2～NM5的源极均接地；MOS管NM2的漏极和MOS管PM2的漏极均连接到第一放大器Amp1和第二放大器Amp2的正相输入端；MOS管NM3的漏极和MOS管PM3的漏极均连接到第一比较器Comp1的正相输入端；MOS管NM4的漏极和MOS管PM4的漏极均连接到第二比较器Comp2的反相输入端，MOS管NM5的漏极和MOS管PM5的漏极均连接到第二比较器Comp2的正相输入端；

第一开关单元包括P型MOS管PM1和N型MOS管NM1；MOS管PM1和MOS管NM1的栅极接第一反相器INV1的输出；MOS管PM1的源极连接控制电压Vdd；MOS管PM1的漏极连接第二放大器Amp2的输出端；MOS管NM1的源极接地；MOS管NM1的漏极连接第一放大器Amp1的输出端；

第二开关单元包括N型MOS管NM6～NM9；MOS管NM6和NM7的栅极均连接到第二比较器Comp2的输出端，MOS管NM6和NM7的源极分别连接到第三放大器Amp3的反相输入端和正相输入端；MOS管NM6的漏极连接到第一放大器Amp1和第二放大器Amp2的正相输入端以及MOS管PM2和NM2的漏极；MOS管NM7的漏极连接到MOS管PM3和NM3的漏极；MOS管NM8和NM9的栅极均连接到第二反相器INV2的输出端；MOS管NM8和NM9的漏极分别连接到MOS管NM6的漏极和MOS管NM7的漏极；MOS管NM8和NM9的源极分别连接到第三放大器Amp3的正相输入端和反相输入端；

第三开关单元包括P型MOS管PM6～PM8；MOS管PM6～PM8的源极均连接控制电压Vdd；MOS管PM6的栅极接第二反相器INV2的输出端；MOS管PM7的栅极接接第二比较器Comp2的输出端；MOS管PM8的栅极接地；MOS管PM6～PM8的漏极均接到第三电流镜；

第三电流镜包括P型MOS管PM9～PM11；MOS管PM9～PM11的源极分别接到MOS管PM6～PM8的漏极；MOS管PM9～PM11的栅极均接到第三放大器Amp3的输出端；MOS管PM9的漏极接MOS管NM7的漏极；MOS管PM10的漏极接MOS管NM8的漏极；MOS管PM11的漏极通过电阻Rout接地；

还包括二极管D1～D4；二极管D1和D2的正极均接地，D1的负极接第二比较器Comp2的反相输入端；二极管D2的负极接第二比较器Comp2的正相输入端；二极管D3设置在电阻R3与地之间，二极管D3的正极接地，负极接到电阻R3的一端；二极管D4设置在电阻R4与地之间，二极管D4的正极接地，负极接到电阻R4的一端。

所述的晶体管PM1～PM11也可以替换为PNP型三极管；所述的晶体管NM1～NM9可以替换为NPN型三极管。

本发明提供的可以自动检测双向电流的电路的工作原理如下：

原理框图如图2所示。设电阻R0＝R1＝R2＝R3＝R4＝R,Rout＝m*R，例如R取值从几KΩ到几十KΩ，m设定了输出电压Vout对电阻Rsen上的采样电压的放大倍数；测试接入端Vin1和测试接入端Vin2是要检测电流通路的两端，电压变化范围可从-80V到+80V。Vdd是电流检测放大器控制电路的电源输入端，例如Vdd＝5V。晶体管PM2～PM5以及PM0构成电流镜，晶体管NM2～NM5构成电流镜。晶体管PM0和PM2～PM5的尺寸(宽长比)完全相同。晶体管NM2～NM5的尺寸(宽长比)完全相同。晶体管NM0、NM1、NM6～NM9作为开关使用，晶体管PM1、PM6～PM8也作为开关使用，并且具有完全相同的的尺寸(宽长比)；晶体管PM8的栅极接地，因此晶体管PM8处于常通状态。晶体管PM9～PM11也是具有完全相同的的尺寸(宽长比)。作为开关器件的N型MOS管和P型MOS管的沟道长度L选取的较短，例如L＝0.5微米。而其它的N型MOS管和P型MOS管的沟道长度L选取的较长，例如L≥5微米，使其工作在饱和区时漏源电流不会随漏源电压的不同而有显著的变化。D1～D4是齐纳稳压二极管，例如，其反相嵌位电压是5V。当Vin1和Vin2是正电压时，不论Vin1和Vin2有多大，由于D1～D4的反相嵌位作用，A、B、C和D点的电位都不会超过5V。同样，当Vin1和Vin2是负电压时，不论Vin1和Vin2有多负，由于D1～D4的正向嵌位作用，A、B、C和D点的电位都不会小于-0.7V(设D1～D4的正向压降是0.7V)。本发明工作原理可分为如下几种情形：

(一)电流从Vin1流向Vin2

(Ⅰ)Vref2+Vsm<Vin1<+Vin_max，Vin2＝Vin1‐Isen*Rsen

(Vsm是Rsen所能允许检测的最大电压，+Vin_max是Vin1和Vin2在应用中所能允许的最大共模正电压。例如Vref1＝1.0V，Vref2＝1.2V，Vsm＝100mV，+Vin_max＝+80V)：

如果第一放大器Amp1和第一放大器Amp2还没有开始工作，晶体管NM2和NM3还没有电流流向地，晶体管PM0也没有电流流入R0，第一比较器Comp1的负输入端电位等于Vref1。A、B、C、D各点的电位分别被齐纳二极管D1、D2、D3和D4嵌位在5V以下。因此，比较器Comp1输出高电平，使能第一放大器Amp1，非使能第二放大器Amp2(使第二放大器Amp2不工作)，此时，晶体管PM1开通、晶体管NM1关断，晶体管PM2～PM5以及PM0关断，晶体管NM2、NM3、NM4和NM5开始工作，同时晶体管NM0开通。由于第一放大器Amp1的作用，其正相输入端和反相输入端的电位必须相等，即D点电压VD＝Vref2。由于晶体管NM2、NM3、NM4和NM5的尺寸大小是完全相同的器件，因此，在第一放大器Amp1的驱动下，流过它们的漏源电流完全相同，并设为In。先不考虑第三放大器Amp3的作用。那么，此时有：

VD＝Vin2‐In*R4＝Vin2‐In*R＝Vref2 (1)

VB＝Vin2‐In*R2＝Vin2‐In*R＝Vref2 (2)

VA＝Vin1‐In*R1＝Vin2+Isen*Rsen‐In*R＝Vref2+Isen*Rsen (3)

VC＝Vin1‐In*R3＝Vin2+Isen*Rsen‐In*R＝Vref2+Isen*Rsen (4)

上述公式(1)～(4)中VA、VB、VC分别表示A、B、C三点的电压。所以VA>VB，即第二比较器Comp2输出低电平，晶体管PM7开通，第二比较器Comp2输出的低电平经过第二反相器INV2后，第二反相器INV2输出高电平，关断晶体管PM6，同时把开关器件晶体管NM8和NM9打开，把第三放大器Amp3的正相输入端和反相输入端分别连接到D、C两点。比较公式(1)和公式(4)式可知VC>VD；但实际由于第三放大器Amp3的作用，其输出电压下降，同时驱动晶体管PM9、PM10、PM11，使得其正相输入端和反相输入端的电压必须相等，即:

VC＝Vin1‐In*R3＝Vin1‐In*R＝VD＝Vref2 (5)

设流过晶体管PM11的漏源电流为Iout，由于晶体管PM9、PM10、PM11的尺寸大小是完全相同的器件，因此，流过晶体管PM10的漏源电流也为Iout，并且流到第三放大器Amp3的正相输入端，即D点。此时，由于晶体管PM6关断，晶体管PM9中没有电流。由于晶体管PM10的漏源电流Iout的存在，公式(1)必须重写如下：

VD＝Vin2‐In*R4+Iout*R4＝Vin2‐In*R+Iout*R＝Vref2 (6)

从公式(6)可得：

In*R＝Vin2+Iout*R‐Vref2 (7)

把公式(7)式代入公式(5)式可得：

VC＝Vin1‐In*R＝Vin1‐(Vin2+Iout*R‐Vref2)＝VD＝Vref2 (8)

即：

Iout＝(Vin1‐Vin2)/R (9)

如果设置Rout＝m*R，那么可得：

Vout＝m(Vin1‐Vin2)＝m*Isen*Rsen (10)

公式(10)表明，输出电压把电流检测电阻上的压降放大了m倍；把公式(10)式改写为：

Isen＝Vout/(m*Rsen) (11)

因此，通过设置较小的电流检测电阻Rsen(比如10m欧姆)，根据放大器的输出电压和放大倍数，就可以知道Rsen流过的电流。

(Ⅱ)当Vref1＝1.0V<Vin1≦Vref2＝1.2V(Vin1和Vin2接近于Vref1和Vref2)：此时，第一比较器Comp1、第二比较器Comp2和第二放大器Amp2的状态和上面的分析一致。一旦任何电流流过电流检测电阻Rsen上都会导致Vin2<Vref2＝1.2V，即第一放大器Amp1的正相输入端的电位小于其负输入端的电位，因此In＝0。在第三放大器Amp3的作用下，

VD＝Vin2+Iout*R4＝Vin2+Iout*R＝Vin1＝VC (12)

由上式可知公式(10)仍然成立。

(Ⅲ)当‐Vin_max<Vin1≦Vref1＝1.0V，Vin2＝Vin1‐Isen*Rsen

(‐Vin_max是Vin1和Vin2在应用中所能允许的最大共模负电压，‐Vin_max＝‐80V)

此时，第一比较器Comp1的输出是低电平，使能第二放大器Amp2，非使能第一放大器Amp1(使第一放大器Amp1不工作)，此时，晶体管PM1关断、晶体管NM1开通，晶体管NM2～NM5关断，晶体管PM2～PM5以及PM0开始工作，同时晶体管NM0关断。由于第二放大器Amp2的作用，第二比较器Comp2的工作状态仍然如情形(Ⅰ)和(Ⅱ)所述。由于晶体管PM2、PM3、PM4、PM5和PM0的尺寸大小是完全相同，因此，在第二放大器Amp2的驱动下，流过它们的源漏电流完全相同，并设为Ip。

尽管晶体管PM3的电流Ip流向电阻R3使得C点的电位增加Ip*R，但同时晶体管PM0的电流Ip流向电阻R0使得第一比较器Comp1的负输入端的电位也增加Ip*R。因此，第一比较器Comp1的输出状态不变，仍为低电平。再考虑到第三放大器Amp3的作用，则有：

VD＝Vin2+(Iout+Ip)*R4＝Vin2+(Iout+Ip)*R＝Vin1+Ip*R3＝Vin1+Ip*R＝VC

(13)

即

Vin2+(Iout+Ip)*R＝Vin1+Ip*R (14)

由上式可知公式(10)式仍然成立。

需要说明的是，当Vin1和Vin2的电压远小于0为负值时，在第二放大器Amp2还没有工作之前，二极管D1、D2、D3和D4分别把A、B、C、D点的电位嵌位在‐0.7V左右。一旦第二放大器Amp2和第三放大器Amp3工作后，A、B、C、D点的电位被控制在1.2V(Vref2)左右。

二、电流从Vin2流向Vin1

(Ⅳ)Vref2+Vsm<Vin2<+Vin_max，Vin1＝Vin2‐Isen*Rsen

除第二比较器Comp2外，第一比较器Comp1、第一放大器Amp1、第二放大器Amp2和第三放大器Amp3的工作状态同上述(一)(Ⅰ)的描述。此时，由于电流是从Vin2流向Vin1的，即B点电位高于A点电位，第二比较器Comp2输出高电平，导致晶体管PM6开通，晶体管PM7关断。按照(一)(Ⅰ)中类似的分析可得：

Iout＝(Vin2‐Vin1)/R (15)

即：

Vout＝m(Vin2‐Vin1)＝m*Isen*Rsen (16)

(Ⅴ)Vin1和Vin2接近于Vref1和Vref2，例如Vref1＝1.0V<Vin2≦Vref2＝1.2V

按照(一)(Ⅱ)中类似的分析可知公式(16)仍然成立。

(Ⅵ)‐Vin_max<Vin2≦Vref1＝1.0V，Vin1＝Vin2‐Isen*Rsen

按照(一)(Ⅲ)中类似的分析可知公式(16)仍然成立。

从上述分析可以看出，本发明提出的电流检测实现方法在不改变应用连接图时，能够同时检测电流双向流动。通过测试输出电压Vout和第二比较器Comp2的输出状态，不仅可知所要监测电流的大小，还能够知道电流的流向。同时，所检测电流连接的共模输入电压范围比较宽，可以是正电压，也可以是负电压，例如从‐80V到+80V。

Claims (6)

1.一种双向电流检测放大器，其特征在于，包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第一电流镜、第二电流镜、电三电流镜、第一比较器Comp1、第二比较器Comp2、第一放大器Amp1、第二放大器Amp2、第三放大器Amp3、第一反相器INV1、第二反相器INV2、电阻R0～R4、晶体管NM0；

测试接入端Vin1与测试接入端Vin2之间设有电阻Rsen；测试接入端Vin1通过电阻R1接第二比较器Comp2的反相输入端，测试接入端Vin2通过电阻R2接到第二比较器Comp2的正相输入端；第二比较器Comp2的输出用来控制第二开关单元和第三开关单元；第二开关单元控制第三放大器Amp3的输入连接，第二开关单元的输出接第三放大器Amp3的输入；第三放大器Amp3的输出端接第三电流镜的输入端；第三电流镜的部分输出端接第二开关单元的输入，部分通过电阻Rout接地；第三开关单元的输出端接第三电流镜；

测试接入端Vin1通过电阻R3接第一比较器Comp1的正相输入端；第一比较器Comp1的反相输入端通过电阻R0接到参考电压Vref1；第一比较器Comp1的输出用来控制第一开关单元、第一放大器Amp1和第二放大器Amp2；晶体管NM0的源极和漏极分别接在电阻R0的两端，晶体管NM0的栅极接第一比较器Comp1的输出和第一反相器INV1的输入端；第一比较器Comp1的输出端接第一放大器Amp1的使能端；第一比较器Comp1的输出端通过第一反相器INV1后分别接第一开关单元和第二放大器Amp2的使能端；第一开关单元用来控制第一电流镜、第二电流镜；第一放大器Amp1的输出端接第二电流镜的输入端，用来驱动第二电流镜；第二放大器Amp2的输出端接第一电流镜的输入端，用来驱动第一电流镜；第一电流镜的输入端接控制电压Vdd，第一电流镜的输出端接第二电流镜的输入端；第二电流镜的输出端接地。

测试接入端Vin2通过电阻R4接第一放大器Amp1和第二放大器Amp2的正相输入端；第一放大器Amp1和第二放大器Amp2的反相输入端均连接到参考电压Vref2。

2.根据权利要求1所述的可以自动检测双向电流的电路，其特征在于，所述的第一开关单元包括晶体管PM1和NM1；第二开关单元包括晶体管NM6～NM9；第三开关单元包括晶体管PM6～PM8；第一电流镜包括晶体管PM2～PM5以及PM0；第二电流镜包括晶体管NM2～NM5；第三电流镜包括晶体管PM9～PM11。

3.根据权利要求2所述的可以自动检测双向电流的电路，其特征在于，所述的晶体管PM1～PM11为P型MOS管；所述的晶体管NM1～NM9为N型MOS管。

4.根据权利要求2所述的可以自动检测双向电流的电路，其特征在于，所述的晶体管PM1～PM11为PNP型三极管；所述的晶体管NM1～NM9为NPN型三极管。

5.根据权利要求3所述的可以自动检测双向电流的电路，其特征在于，所述的第一电流镜包括P型MOS管PM2～PM5以及MOS管PM0；PM2～PM5以及PM0的栅极均接到第二放大器Amp2的输出端；PM2～PM5以及PM0的源极均接控制电压Vdd；MOS管PM2～PM5的漏极均接到第二电流镜，MOS管PM0的漏极接第一比较器Comp1的反相输入端；

第二电流镜包括N型MOS管NM2～NM5；MOS管NM2～NM5的栅极均接到第一放大器Amp1的输出端；MOS管NM2～NM5的源极均接地；MOS管NM2的漏极和MOS管PM2的漏极均连接到第一放大器Amp1和第二放大器Amp2的正相输入端；MOS管NM3的漏极和MOS管PM3的漏极均连接到第一比较器Comp1的正相输入端；MOS管NM4的漏极和MOS管PM4的漏极均连接到第二比较器Comp2的反相输入端，MOS管NM5的漏极和MOS管PM5的漏极均连接到第二比较器Comp2的正相输入端；

第一开关单元包括P型MOS管PM1和N型MOS管NM1；MOS管PM1和MOS管NM1的栅极接第一反相器INV1的输出；MOS管PM1的源极连接控制电压Vdd；MOS管PM1的漏极连接第二放大器Amp2的输出端；MOS管NM1的源极接地；MOS管NM1的漏极连接第一放大器Amp1的输出端；

第二开关单元包括N型MOS管NM6～NM9；MOS管NM6和NM7的栅极均连接到第二比较器Comp2的输出端，MOS管NM6和NM7的源极分别连接到第三放大器Amp3的反相输入端和正相输入端；MOS管NM6的漏极连接到第一放大器Amp1和第二放大器Amp2的正相输入端以及MOS管PM2和NM2的漏极；MOS管NM7的漏极连接到MOS管PM3和NM3的漏极；MOS管NM8和NM9的栅极均连接到第二反相器INV2的输出端；MOS管NM8和NM9的漏极分别连接到MOS管NM6的漏极和MOS管NM7的漏极；MOS管NM8和NM9的源极分别连接到第三放大器Amp3的正相输入端和反相输入端；

第三开关单元包括P型MOS管PM6～PM8；MOS管PM6～PM8的源极均连接控制电压Vdd；MOS管PM6的栅极接第二反相器INV2的输出端；MOS管PM7的栅极接第二比较器Comp2的输出端；MOS管PM8的栅极接地；MOS管PM6～PM8的漏极均接到第三电流镜；

第三电流镜包括P型MOS管PM9～PM11；MOS管PM9～PM11的源极分别接到MOS管PM6～PM8的漏极；MOS管PM9～PM11的栅极均接到第三放大器Amp3的输出端；MOS管PM9的漏极接MOS管NM7的漏极；MOS管PM10的漏极接MOS管NM8的漏极；MOS管PM11的漏极通过电阻Rout接地。

6.根据权利要求3所述的可以自动检测双向电流的电路，其特征在于，还包括二极管D1～D4；二极管D1和D2的正极均接地，D1的负极接第二比较器Comp2的反相输入端；二极管D2的负极接第二比较器Comp2的正相输入端；二极管D3设置在电阻R3与地之间，二极管D3的正极接地，负极接到电阻R3的一端；二极管D4设置在电阻R4与地之间，二极管D4的正极接地，负极接到电阻R4的一端。