CN111175565A - 无采样电阻的峰值电流检测电路 - Google Patents

无采样电阻的峰值电流检测电路 Download PDF

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顾南昌
吴洁
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Abstract

本发明涉及电源管理领域,公开了无采样电阻的峰值电流检测电路，包括比例电流转换电路和电压比较电路，比例电流转换电路接入外部电流、被配置于将外部电流转换为电压输出，比例电流转换电路的输出端电连接电压比较电路，电压比较电路还电连接基准电压。本发明通过将外部电流转换为电压并与提前设置的基准电压进行比较，当高于基准电压时，电压比较电路输出电信号，实现峰值电流检测，不用在额外连接采样电阻，简化外围应用方案，节约成本。

Description

无采样电阻的峰值电流检测电路
技术领域
本发明涉及电源管理领域，具体涉及无采样电阻的峰值电流检测电路。
背景技术
在电力电路中，为保证电力电路的正常运行，常用电源管理芯片对电力电路进行电压检测、电流检测和峰值电流检测等等。
现有电源管理芯片在进行电流检测或者峰值电流检测时需在芯片外围连接采样电阻，通过采样电阻两端的电压得到电力电路的电流。
发明内容
鉴于背景技术的不足，本发明是提供了无采样电阻的峰值电流检测电路，所要解决的技术问题是现有电源管理芯片在峰值电流检测时需在外围连接采样电阻，应用方案复杂，而且成本高。
为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：无采样电阻的峰值电流检测电路，包括比例电流转换电路和电压比较电路，比例电流转换电路接入外部电流、被配置于将外部电流转换为电压输出，比例电流转换电路的输出端电连接电压比较电路，电压比较电路还电连接基准电压。
进一步，比例电流转换电路包括三极管NPN1、二极管D1、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第一运算放大器A1和电阻R1；三极管NPN1的集电极接入外部电流，三极管NPN1的发射极分别电连接二极管D1的正极、第一NMOS管MN1的漏极和第一运算放大器A1的正向输入端，第一NMOS管MN1的栅极电连接第二NMOS管MN2的栅极，第一NMOS管MN1的源极和第二NMOS管MN2的源极均接地；第一PMOS管MP1的源极和第二PMOS管MP2的源极均接入电源V2，第一PMOS管MP1的栅极分别电连接第二PMOS管MP2的栅极、第一PMOS管MP1的源极和第三NMOS管MN3的漏极，第三NMOS管MN3的源极分别电连接第二NMOS管MN2的漏极和第一运算放大器A1的负向输入端，第一运算放大器A1的输出端电连接第三NMOS管MN3的栅极，第二PMOS管MP2的漏极通过电阻R1接地。
其中，通过第一运算放大器A1使第一NMOS管MN1的漏极电压和第二NMOS管MN2的漏极电压相同，当第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的栅极电压、漏极电压和源极电压均相同时，第一NMOS管MN1与第二NMOS管MN2的宽长比为流过两NMOS管的电流比。
第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2为比例电流源，则其宽长比为两PMOS管的电流比。
电压比较电路包括第一电压比较器CMP1，第一电压比较器CMP1的正向输入端电连接第二PMOS管MP2的漏极，第一电压比较器CMP1的负向输入端电连接基准电压。
由于三极管NPN1与第一NMOS管MN1串联，则外部输入三极管的电流为第一NMOS管MN1的导通电流IMN1。假设第一NMOS管MN1与第二NMOS管MN2的宽长比为M，第一PMOS管MP1与第二PMOS管MP2的宽长比为N，则电阻R1两端的电压VR1＝IMN1*R1/(M*N)，当VR1高于第一电压比较器CMP1的负向输入端连接的基准电压时，第一电压比较器CMP1的输出信号发生变化，因此可通过设置基准电压的大小来实现峰值电流检测。
第一电压比较器CMP1的输出端电连接逻辑电路，逻辑电路电连接电容充放电路，电容充放电路被配置于控制三极管NPN1和第一NMOS管MN1的通断。
电容充放电路包括电容C1、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第二运算放大器A2、第二电压比较器CMP2、第三电压比较器CMP3、电阻R2和R3；电源V2通过第一开关K1向电容C1充电，电容C1通过第二开关K2进行放电，第二运算放大器A2的正向输入端电连接电源VM，第二运算放大器A2的输出端分别电连接第二运算放大器A2的负向输入端、电阻R2和第三开关K3一端，第三开关K3另一端分别电连接电容C1、第二电压比较器CMP2的正向输入端和第三电压比较器CMP3的正向输入端，电阻R2通过第四开关K4电连接电阻R3一端，电阻R3另一端电连接第二电压比较器CMP2的负向输入端，第二电压比较器CMP2的输出端通过NMOS管驱动电路电连接第一NMOS管MN1的栅极，第三电压比较器CMP3的负向输入端电连接电源VM，第三电压比较器CMP3的输出端通过基极驱动电路电连接三极管NPN1的基极。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：该峰值电流检测电路在使用时不用在外围接入采样电阻，将外部电流接入三极管NPN1的集电极，外部电流通过比例电流转换电路转换为电压输入到第一电压比较器CMP1，因此通过设置第一电压比较器CMP1的负向输入端连接的基准电压即可实现电流峰值检测，不用在额外连接采样电阻，简化外围应用方案，还节约成本。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为本发明的原理图；
图2为本发明使用时的波形图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，无采样电阻的峰值电流检测电路，包括比例电流转换电路4和电压比较电路5，比例电流转换电路4接入外部电流、被配置于将外部电流转换为电压输出，比例电流转换电路4的输出端电连接电压比较电路5，电压比较电路5还电连接基准电压VREF。
比例电流转换电路4包括三极管NPN1、二极管D1、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第一运算放大器A1和电阻R1；三极管NPN1的集电极接入外部电流，三极管NPN1的发射极分别电连接二极管D1的正极、第一NMOS管MN1的漏极和第一运算放大器A1的正向输入端，第一NMOS管MN1的栅极电连接第二NMOS管MN2的栅极，第一NMOS管MN1的源极和第二NMOS管MN2的源极均接地；第一PMOS管MP1的源极和第二PMOS管MP2的源极均接入电源V2，第一PMOS管MP1的栅极分别电连接第二PMOS管MP2的栅极、第一PMOS管MP1的源极和第三NMOS管MN3的漏极，第三NMOS管MN3的源极分别电连接第二NMOS管MN2的漏极和第一运算放大器A1的负向输入端，第一运算放大器A1的输出端电连接第三NMOS管MN3的栅极，第二PMOS管MP2的漏极通过电阻R1接地。
电压比较电路5包括第一电压比较器CMP1，第一电压比较器CMP1的正向输入端电连接第二PMOS管MP2的漏极，第一电压比较器CMP1的负向输入端电连接基准电压VREF。
第一电压比较器CMP1的输出端电连接逻辑电路1，逻辑电路1电连接电容充放电路6，电容充放电路6被配置于控制三极管NPN1和第一NMOS管MN1的通断。
为确保在进行峰值电流检测时电流处于峰值状态，电容充放电路6包括电容C1、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第二运算放大器A2、第二电压比较器CMP2、第三电压比较器CMP3、电阻R2和R3；电源V2通过第一开关K1向电容C1充电，电容C1通过第二开关K2进行放电，第二运算放大器A2的正向输入端电连接电源VM，第二运算放大器A2的输出端分别电连接第二运算放大器A2的负向输入端、电阻R2和第三开关K3一端，第三开关K3另一端分别电连接电容C1、第二电压比较器CMP2的正向输入端和第三电压比较器CMP3的正向输入端，电阻R2通过第四开关K4电连接电阻R3一端，电阻R3另一端电连接第二电压比较器CMP2的负向输入端，第二电压比较器CMP2的输出端通过NMOS管驱动电路电连接第一NMOS管MN1的栅极，第三电压比较器CMP3的负向输入端电连接电源VM，第三电压比较器CMP3的输出端通过基极驱动电路电连接三极管NPN1的基极。其中，逻辑电路1控制第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4的通断。
本发明工作原理如下：第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的宽长比为M，由于第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的栅极电压、漏极电压和源极电压均相同，流过第一NMOS管MN1的电流IMN1和第二NMOS管MN2的电流IMN2只比为：IMN2＝IMN1/M，电流IMN1的大小与接入三极管NPN1的外部电流大小相同。第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2是比例电流源，其宽长比为N，流过第一PMOS管MP1的电流IMP1和第二PMOS管MP2的电流IMP2之比为：IMP2＝IMP1/N，那么电阻R1两端的电压VR1＝IMN1*R1/(M*N)。因此通过第一电压比较器CMP1将电压VR1和基准电压VREF进行比较来检测峰值电流。
该峰值电流检测电路有两种工作状态，分别为退磁状态和检测状态。当处于退磁状态时，三极管NPN1关闭，此时第三开关K3闭合、第四开关K4闭合，电源VM通过第二运算放大器A2给电容C1充电、通过第四开关K4向电容C2进行充电，使电容C1上的电压为VM并保持。当处于检测状态时，三极管NPN1打开、第三开关K3与第四开关K4均断开、第二开关K2闭合，接着电容C1通过第二开关K2并以电流大小为I2的电流开始放电，放电时第二电压比较器CMP2和第三电压比较器CMP3比较器不工作，电阻R1两端的电压会随着电流IMN1增加而逐渐上升，直到大于VREF时,第一电压比较器CMP1开始反转，逻辑电路1控制第二开关K2断开、第一开关K1闭合，电容C1通过开关K1并以电流I1开始充电，充电时，第二电压比较器CMP2和第三电压比较器CMP3开始工作，当电容C1的电压充电到V1电压时，第二电压比较器CMP2翻转，则SD_N输出高电位，关闭第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2，三极管NPN1的电流通过其发射极连接的二极管D1给VCC电容充电，直到电容C1上的电压充电到VM，第三电压比较器CMP3翻转，SD_B输出为高电位，关闭三极管NPN1，峰值检测结束，此时系统进入到退磁模式。
V1是电源VM通过第二运算放大器A2、电阻R2得到的，其大小为V1＝VM-R2*I3，电源VM可以是5V电源或者7V电源。
三极管NPN1打开后，电容C1上的电压从VM开始放电，直到第一电压比较器CMP1翻转，此时放电的时间为T2，然后电容C1开始充电，设充电的时间为T1。
如图2所示，通过控制T1和T2的比例以及VREF的大小，能计算出三极管NPN1的峰值电流INPN1。设I1：I2＝K：1,则T1：T2＝1：K,则INPN1的峰值电流IPK_NPN1＝(VREF*M*N*(K+1))/(R1*K)。
上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.无采样电阻的峰值电流检测电路，其特征在于：包括比例电流转换电路和电压比较电路，所述比例电流转换电路接入外部电流、被配置于将外部电流转换为电压输出，所述比例电流转换电路的输出端电连接电压比较电路，所述电压比较电路还电连接基准电压。
2.根据权利要求1所述的无采样电阻的峰值电流检测电路，其特征在于：所述比例电流转换电路包括三极管NPN1、二极管D1、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第一运算放大器A1和电阻R1,所述三极管NPN1的集电极接入外部电流，三极管NPN1的发射极分别电连接二极管D1的正极、第一NMOS管MN1的漏极和第一运算放大器A1的正向输入端，所述第一NMOS管MN1的栅极电连接第二NMOS管MN2的栅极，所述第一NMOS管MN1的源极和第二NMOS管MN2的源极均接地；所述第一PMOS管MP1的源极和第二PMOS管MP2的源极均接入电源V2，第一PMOS管MP1的栅极分别电连接第二PMOS管MP2的栅极、第一PMOS管MP1的源极和第三NMOS管MN3的漏极，第三NMOS管MN3的源极分别电连接第二NMOS管MN2的漏极和第一运算放大器A1的负向输入端，第一运算放大器A1的输出端电连接第三NMOS管MN3的栅极，第二PMOS管MP2的漏极通过电阻R1接地。
3.根据权利要求2所述的无采样电阻的峰值电流检测电路，其特征在于：所述电压比较电路包括第一电压比较器CMP1，所述第一电压比较器CMP1的正向输入端电连接第二PMOS管MP2的漏极，第一电压比较器CMP1的负向输入端电连接基准电压。
4.根据权利要求3所述的无采样电阻的峰值电流检测电路，其特征在于：所述第一电压比较器CMP1的输出端电连接逻辑电路，所述逻辑电路电连接电容充放电路，所述电容充放电路被配置于控制三极管NPN1和第一NMOS管MN1的通断。
5.根据权利要求4所述的无采样电阻的峰值电流检测电路，其特征在于：所述电容充放电路包括电容C1、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第二运算放大器A2、第二电压比较器CMP2、第三电压比较器CMP3、电阻R2和R3；所述电源V2通过第一开关K1向电容C1充电，电容C1通过第二开关K2进行放电，第二运算放大器A2的正向输入端电连接电源VM，第二运算放大器A2的输出端分别电连接第二运算放大器A2的负向输入端、电阻R2和第三开关K3一端，第三开关K3另一端分别电连接电容C1、第二电压比较器CMP2的正向输入端和第三电压比较器CMP3的正向输入端，所述电阻R2通过第四开关K4电连接电阻R3一端，所述电阻R3另一端电连接第二电压比较器CMP2的负向输入端，第二电压比较器CMP2的输出端通过NMOS管驱动电路电连接第一NMOS管MN1的栅极，第三电压比较器CMP3的负向输入端电连接电源VM，第三电压比较器CMP3的输出端通过基极驱动电路电连接三极管NPN1的基极。
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