CN112798882A - 一种改善型的轻载检测电路 - Google Patents

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符志岗
冯伟平
朱同祥
朱晓明
欧新华
袁琼
陈敏
戴维
刘宗金
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Abstract

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种改善型的轻载检测电路，其中，包括：电压电流转换模块，电压电流转换模块的输入端连接第一电源电压和第二电源电压，用于计算第一电源电压和第二电源电压的电压差，并将电压差转换为电流；电流镜像模块，电流镜像模块的输入端连接至电压电流转换模块的输出端，用于将电流进行复制，以形成阈值电流并输出；负载检测模块，负载检测模块的输入端连接至电流镜像模块的输出端，用于根据阈值电流以检测负载是否处于轻载状态。有益效果：使得输出的阈值电流随着第一电源电压的改变而改变，从而可补偿第一电源电压的改变，进而达到阈值电流保持相对恒定的目的，且无需增加外部器件和额外芯片引脚，减少成本。

Description

一种改善型的轻载检测电路
技术领域
本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种改善型的轻载检测电路。
背景技术
在很多开关电源应用中，锂离子电池应用越来越广泛，产品性能日趋提升且功耗也随之增大，为延长单次充电使用时间，电源管理的效率愈发高效，很多产品要求轻载自动进入待命模式或者关机模式以减少电量消耗，从而延长电池使用时间，为此轻载自动检测应运而生。
现有技术中，虽然提出了轻载检测电路，但是其实现的技术方案太复杂，尤其是其中应用到通过电流源给电容充电，导致该电流源给电容进行充电的电流是相对固定的，由此导致在不同的电池电压条件下，轻载退出时输出的的阈值电流无法保持相对恒定的问题。因此，针对上述阈值电流无法保持相对恒定等问题，成为本领域技术人员亟待解决的难题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种改善型的轻载检测电路。
具体技术方案如下：
本发明提供一种改善型的轻载检测电路，其中，包括：
一电压电流转换模块，所述电压电流转换模块的输入端连接一第一电源电压和一第二电源电压，用于计算所述第一电源电压和所述第二电源电压的电压差，并将所述电压差转换为一电流；
一电流镜像模块，所述电流镜像模块的输入端连接至所述电压电流转换模块的输出端，用于将所述电流进行复制，以形成一阈值电流并输出；
一负载检测模块，所述负载检测模块的输入端连接至所述电流镜像模块的输出端，用于根据所述阈值电流以检测负载是否处于轻载状态。
优选的，所述电压电流转换模块包括：
一第一转换单元，所述第一转换单元的输入端连接所述第一电源电压，所述第一转换单元的输出端接地，用于根据所述第一电源电压进行转换形成一偏置电流；
一第二转换单元，所述第二转换单元的输入端连接所述第一转换单元，用于根据所述偏置电流进行转换输出所述电流。
优选的，所述电流镜像模块包括：
一电流镜像单元，所述电流镜像单元的输入端连接所述第二转换单元的输出端，用于将所述电流进行复制，以获取一复制电流；
一等效电流单元，所述等效电流单元的输出端连接所述电流镜像单元的输出端，所述等效电流单元的输出端连接至一电流输出端，用于将所述阈值电流等效于所述复制电流。
优选的，所述第一转换单元包括：
一第一MOS管，所述第一MOS管的源极连接至所述第一电源电压；
一电流源，所述电流源连接于所述第一MOS管的漏极和地之间，用于输出一交变电流，以向所述第一转换单元中等效于所述偏置电流。
优选的，所述第二转换单元包括：
一第二MOS管，所述第二MOS管的栅极连接至所述第一MOS管的栅极，所述第二MOS管的源极连接至所述第二电源电压。
优选的，所述电流镜像单元包括：
一第三MOS管，所述第三MOS管的漏极连接至所述第二MOS管的漏极，所述第三MOS管的源极接地；
一第四MOS管，所述第四MOS管的栅极连接所述第三MOS管的栅极，所述第四MOS管的源极接地。
优选的，所述等效电流单元包括：
一第五MOS管，所述第五MOS管的源极连接至所述第二电源电压，所述第五MOS管的漏极连接至所述第四MOS管的漏极；
一第六MOS管，所述第六MOS管的栅极连接至所述第五MOS管的栅极，所述第六MOS管的源极连接至所述第二电源电压，所述第六MOS管的漏极连接至所述电流输出端。
优选的，所述偏置电流的计算公式为：
Ib＝K1(Vbat-Vg-Vt)2； (I)
可推导出
Figure BDA0002818996970000031
其中，Ib表示所述偏置电流；
K1表示所述第一MOS管的系数；
Vbat表示所述第一电源电压；
Vg表示所述第一MOS管栅极的输出电压；
Vt表示所述第一MOS管的阈值电压。
优选的，所述电流的计算公式为：
Ip＝K1(Vdd-Vg-Vt)2； (III)
将公式(II)带入公式(III)，可得：
Figure BDA0002818996970000032
其中，Ip表示所述电流；
K1表示所述第二MOS管的系数；
Vbat表示所述第一电源电压；
Vdd表示所述第二电源电压；
Vg表示所述第一MOS管栅极的输出电压；
Vt表示所述第二MOS管的阈值电压。
优选的，所述阈值电流的计算公式为：
Figure BDA0002818996970000041
其中，Iout表示所述阈值电流；
N表示共计N倍数；
Ip表示所述电流；
K1表示所述第二MOS管的系数；
Vbat表示所述第一电源电压；
Vdd表示所述第二电源电压；
Vg表示所述第一MOS管栅极的输出电压；
Vt表示所述第二MOS管的阈值电压。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：使得输出的阈值电流随着第一电源电压的改变而改变，从而可补偿第一电源电压的改变，进而达到阈值电流保持相对恒定的目的，且无需增加外部器件和额外芯片引脚，减少成本。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明的实施例的电路原理图；
图2为本发明的实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明提供一种改善型的轻载检测电路，如图1所示，其中，包括：
一电压电流转换模块1，电压电流转换模块1的输入端连接一第一电源电压Vbat和一第二电源电压Vdd，用于计算第一电源电压Vbat和第二电源电压Vdd的电压差，并将电压差转换为一电流Ip；
一电流镜像模块2，电流镜像模块2的输入端连接至电压电流转换模块1的输出端，用于将电流Ip进行复制，以形成一阈值电流Iout并输出；
一负载检测模块3，负载检测模块3的输入端连接至电流镜像模块2的输出端，用于根据阈值电流Iout以检测负载是否处于轻载状态。
本实施例中，为了使得用于判断负载(图中未显示)是否处于轻载状态的阈值电流Iout保持相对恒定的目的，通过采用两个电源域，即第一电源电压Vbat和第二电源电压Vdd，从而使得最终输出的阈值电流Iout可以通过跟踪第二电源电压Vdd和第一电源电压Vbat的差值的变化而进行改变，进而达到阈值电流Iout持续保持相对恒定的目的，且无需增加外部器件和额外芯片引脚，减少成本。
在一种较优的实施例中，电压电流转换模块1包括：
一第一转换单元10，第一转换单元10的输入端连接至第一电源电压Vbat，第一转换单元10的输出端接地GND，用于根据第一电源电压Vbat进行转换形成一偏置电流Ib；
一第二转换单元11，第二转换单元131的输入端连接第一转换单元10，用于根据偏置电流Ib进行转换输出电流Ip。
具体地，本实施例中第一转换单元10通过输入的第一电源电压Vbat经过内部转换形成偏置电流Ib，进而再通过第二转换单元11根据该偏置电流Ib进行转换，从而输出电流Ip。
在一种较优的实施例，电流镜像模块2包括：
一电流镜像单元20，电流镜像单元20的输入端连接第二转换单元11的输出端，用于将电流Ip进行复制，以获取一复制电流NIp；
一等效电流单元21，等效电流单元21的输出端连接电流镜像单元20的输出端，等效电流单元21的输出端连接至一电流输出端4，用于将阈值电流Iout等效于复制电流NIp。
具体地，本实施例中通过电流镜像单元20将输入的电流Ip进行翻倍从而获得N倍的电流Ip，即复制电流NIp，进而通过等效电流单元21进行等效后，以提高复制电流NIp的精确性，进而使得最终输出的阈值电流Iout更加精确。
在一种较优的实施例中，第一转换单元10包括：
一第一MOS管MOS1，第一MOS管MOS1的源极连接至第一电源电压Vbat；
一电流源G，电流源G连接于第一MOS管MOS1的漏极和地GND之间，用于输出一交变电流Idc，以向第一转换单元10中等效于偏置电流Ib。
具体地，本实施例中通过第一MOS管MOS1的特性将上述技术方案中的第一电源电压Vbat转换成偏置电流Ib。进一步地，由于电流源G与第一MOS管MOS1串联，因此电流源G输出的交变电流Idc直接等于第一MOS管MOS1的偏置电流Ib，进而可以获得第一MOS管MOS1的栅极输出的电压Vg。
在一种较优的实施例中，第二转换单元31包括：
一第二MOS管MOS2，第二MOS管MOS2的栅极连接至第一MOS管MOS1的栅极，第二MOS管MOS2的源极连接至第二电源电压Vdd。
具体地，第二MOS管MOS2根据本身的特性，从而将上述技术方案中的第一MOS管MOS1的栅极输出的电压Vg转换成上述的电流Ip。
在一种较优的实施例中，电流镜像单元20包括：
一第三MOS管MOS3，第三MOS管MOS3的漏极连接至第二MOS管MOS2的漏极，第三MOS管MOS3的源极接地；
一第四MOS管MOS4，第四MOS管MOS4的栅极连接第三MOS管MOS3的栅极，第四MOS管MOS4的源极接地。
具体的，本实施例中，第三MOS管MOS3和第四MOS管MOS4形成电流镜，即第四MOS管MOS4将上述输入至第三MOS管MOS3的电流Ip进行翻倍，以形成N倍的电流Ip。
在一种较优的实施例中，等效电流单元21包括：
一第五MOS管MOS5，第五MOS管MOS5的源极连接至第二电源电压Vdd，第五MOS管MOS5的漏极连接至第四MOS管MOS4的漏极；
一第六MOS管MOS6，第六MOS管MOS6的栅极连接至第五MOS管MOS5的栅极，第六MOS管MOS6的源极连接至第二电源电压Vdd，第六MOS管MOS6的漏极连接至电流输出端1。
具体的，如图1所示，由于上述技术方案中的第四MOS管MOS4与第五MOS管MOS5串联，因此第五MOS管MOS5输出的电流等于第四MOS管MOS4输出的复制电流NIp，进而串联于第五MOS管MOS5的第六MOS管MOS6也等于第四MOS管MOS4输出的复制电流NIp，从而使得第六MOS管MOS6输出至电流输出端4的复制电流NIp更加精确。
在一种较优的实施例中，偏置电流的计算公式为：
Ib＝K1(Vbat-Vg-Vt)2； (I)
可推导出
Figure BDA0002818996970000081
其中，Ib表示偏置电流；
K1表示第一MOS管的系数；
Vbat表示第一电源电压；
Vg表示第一MOS管栅极的输出电压；
Vt表示第一MOS管的阈值电压。
在一种较优的实施例中，电流的计算公式为：
Ip＝K1(Vdd-Vg-Vt)2； (III)
将公式(II)带入公式(III)，可得：
Figure BDA0002818996970000082
其中，Ip表示电流；
K1表示第二MOS管的系数；
Vbat表示第一电源电压；
Vdd表示第二电源电压；
Vg表示第一MOS管栅极的输出电压；
Vt表示第二MOS管的阈值电压。
在一种较优的实施例中，阈值电流的计算公式为：
Figure BDA0002818996970000091
其中，Iout表示阈值电流；
N表示共计N倍数；
Ip表示电流；
K1表示第二MOS管的系数；
Vbat表示第一电源电压；
Vdd表示第二电源电压；
Vg表示第一MOS管栅极的输出电压；
Vt表示第二MOS管的阈值电压。
具体的，通过上述公式(V)可知，阈值电流Iout会随着第一电源电压Vbat的下降而上升，从而补偿了第一电源电压Vbat的下降，从而使得轻载退出时的阈值电流Iout维持相对恒定。
进一步地，根据公式P＝I*Vbat，随着Vbat下降而上升，从而补偿了Vbat的下降，使得P维持相对恒定，从而轻载退出时功率P也维持相对恒定，其中，P表示输入至负载的功率I，I表示输入至负载的电流。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种改善型的轻载检测电路，其特征在于，包括：
一电压电流转换模块，所述电压电流转换模块的输入端连接一第一电源电压和一第二电源电压，用于计算所述第一电源电压和所述第二电源电压的电压差，并将所述电压差转换为一电流；
一电流镜像模块，所述电流镜像模块的输入端连接至所述电压电流转换模块的输出端，用于将所述电流进行复制，以形成一阈值电流并输出；
一负载检测模块，所述负载检测模块的输入端连接至所述电流镜像模块的输出端，用于根据所述阈值电流以检测负载是否处于轻载状态。
2.如权利要求1所述的轻载检测电路，其特征在于，所述电压电流转换模块包括：
一第一转换单元，所述第一转换单元的输入端连接所述第一电源电压，所述第一转换单元的输出端接地，用于根据所述第一电源电压进行转换形成一偏置电流；
一第二转换单元，所述第二转换单元的输入端连接所述第一转换单元，用于根据所述偏置电流进行转换输出所述电流。
3.如权利要求2所述的轻载检测电路，其特征在于，所述电流镜像模块包括：
一电流镜像单元，所述电流镜像单元的输入端连接所述第二转换单元的输出端，用于将所述电流进行复制，以获取一复制电流；
一等效电流单元，所述等效电流单元的输出端连接所述电流镜像单元的输出端，所述等效电流单元的输出端连接至一电流输出端，用于将所述阈值电流等效于所述复制电流。
4.如权利要求3所述的轻载检测电路，其特征在于，所述第一转换单元包括：
一第一MOS管，所述第一MOS管的源极连接至所述第一电源电压；
一电流源，所述电流源连接于所述第一MOS管的漏极和地之间，用于输出一交变电流，以向所述第一转换单元中等效于所述偏置电流。
5.如权利要求4所述的轻载检测电路，其特征在于，所述第二转换单元包括：
一第二MOS管，所述第二MOS管的栅极连接至所述第一MOS管的栅极，所述第二MOS管的源极连接至所述第二电源电压。
6.如权利要求5所述的轻载检测电路，其特征在于，所述电流镜像单元包括：
一第三MOS管，所述第三MOS管的漏极连接至所述第二MOS管的漏极，所述第三MOS管的源极接地；
一第四MOS管，所述第四MOS管的栅极连接所述第三MOS管的栅极，所述第四MOS管的源极接地。
7.如权利要求6所述的轻载检测电路，其特征在于，所述等效电流单元包括：
一第五MOS管，所述第五MOS管的源极连接至所述第二电源电压，所述第五MOS管的漏极连接至所述第四MOS管的漏极；
一第六MOS管，所述第六MOS管的栅极连接至所述第五MOS管的栅极，所述第六MOS管的源极连接至所述第二电源电压，所述第六MOS管的漏极连接至所述电流输出端。
8.如权利要求4所述的轻载检测电路，其特征在于，所述偏置电流的计算公式为：
Ib＝K1(Vbat-Vg-Vt)2； (I)
可推导出
Figure FDA0002818996960000021
其中，Ib表示所述偏置电流；
K1表示所述第一MOS管的系数；
Vbat表示所述第一电源电压；
Vg表示所述第一MOS管栅极的输出电压；
Vt表示所述第一MOS管的阈值电压。
9.如权利要求8所述的轻载检测电路，其特征在于，所述电流的计算公式为：
Ip＝K1(Vdd-Vg-Vt)2； (III)
将公式(II)带入公式(III)，可得：
Figure FDA0002818996960000031
其中，Ip表示所述电流；
K1表示所述第二MOS管的系数；
Vbat表示所述第一电源电压；
Vdd表示所述第二电源电压；
Vg表示所述第一MOS管栅极的输出电压；
Vt表示所述第二MOS管的阈值电压。
10.如权利要求9所述的轻载检测电路，其特征在于，所述阈值电流的计算公式为：
Figure FDA0002818996960000032
其中，Iout表示所述阈值电流；
N表示共计N倍数；
Ip表示所述电流；
K1表示所述第二MOS管的系数；
Vbat表示所述第一电源电压；
Vdd表示所述第二电源电压；
Vg表示所述第一MOS管栅极的输出电压；
Vt表示所述第二MOS管的阈值电压。
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