CN112947218B - 一种检流放大器的精度提升电路与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种检流放大器的精度提升电路，包括检流输入端校准模块、检流输出端反馈模块、检流保护模块、检流启动检测模块以及检流控制器；检流放大器包括第一级放大电路、第二级放大电路以及第三电流镜；所述检流输入端校准模块与所述检流放大器的输入端连接；所述检流保护模块连接所述检流放大器的第一级放大电路的输入端，并同时连接所述第二级放大电路的输入端和输出端；所述检流启动检测模块通过分压电阻连接至所述第一放大电路的输出端和输入端；所述检流控制器通过接收所述检流输出端反馈模块的输出信号值，并基于所述输出信号值对所述检流放大器的检流状态进行控制。本发明还提出基于上述电路实现的检流放大器的精度提升方法。
Description
技术领域
本发明属于放大器技术领域，尤其涉及一种检流放大器的精度提升电路与方法。
背景技术
检流放大器是广泛用于电子设备实时监测负载电流的成熟IC。系统控制器根据负载信息进行电源管理运算，以更改负载电流本身的特性，并可提供灵活的过流保护方案。
例如，中国发明专利公开文本CN107359633A提出的一种基于单片机控制的负荷自动选择投切装置，其中包括交流电压取样变送电路，与三相线分别连接，所述交流电压取样变送电路包括依次电性连接设置的限流电阻、高精度电流互感器、精密检流放大器以及A/D转换器,通过调整客户端负荷，平衡三相四线制低压电力线路的三相电流以及所属变压器的三相输出负荷，进而降低中性线电流、降低电力损耗、改善供电质量、延长设备使用寿命；
中国发明专利公开文本CN102098843A公开的技术方案中，在电流反馈环节采用电阻/运放/场效应管结合的方式组成精密检流放大器，为反馈电阻两端的电压信号产生100V/V左右的检测增益，以此来提供开关转换器所需的反馈电压，这一方案能把反馈电路的损耗降至几十至几百毫瓦，相当于原来功耗的十分之一左右。
检流放大器在放大微弱的差分电压的同时能够抑制输入共模电压，该功能类似于传统的差分放大器，但两者有一个关键区别：对于检流放大器而言，所允许的输入共模电压范围可以超出电源电压(VCC)。
此外，在实际检流放大过程中，有些电流检测放大器经常受到高压冲击；例如，在汽车中监测电池放电电流的检流放大器，必须能够承受高压抛负载脉冲，这个高压脉冲是当负载与电池断开时产生感应尖峰电压，最终在电机输出端出现一个高压脉冲。如果这个脉冲超过了放大器的共模电压，则必须提供附加的外部电路保护放大器。
电流检测的挑战在于输出电压包含地电位，及共模电压范围较大，多数检流放大器本身的结构导致其精度有限，无法满足实际需要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种检流放大器的精度提升电路。
本发明还提出基于上述电路实现的检流放大器的精度提升方法。
具体而言，在本发明的第一个方面，提出一种检流放大器的精度提升电路，所述精度提升电路包括检流输入端校准模块、检流输出端反馈模块、检流保护模块、检流启动检测模块以及检流控制器；
所述检流放大器包括第一级放大电路、第二级放大电路以及第三电流镜；
所述第一级放大电路与所述第三电流镜连接，并通过所述第三电流镜连接至所述第二级放大电路；
所述检流输入端校准模块与所述检流放大器的输入端连接；
所述检流保护模块连接所述检流放大器的第一级放大电路的输入端，并同时连接所述第二级放大电路的输入端和输出端；
所述检流启动检测模块通过分压电阻连接至所述第一级放大电路的输出端和输入端；所述第一级放大电路包括第一输入端、第二输入端和第三输出端；所述检流输入端校准模块包括端口In1和端口In2；
所述端口In1和端口In2均通过电阻R连接至共源极的两个NMOS管；所述检流输入端校准模块通过所述端口In1和端口In2分别与所述检流放大器的所述第一级放大电路的第一输入端、第二输入端连接；
所述第二级放大电路包括第四输入端、第五输入端和第六输出端；所述检流输出端反馈模块包括输入端out1和输出端bout；所述输入端out1与所述第二级放大电路的第六输出端连接；所述输出端bout与所述检流控制器连接；所述检流输出端反馈模块从所述输出端bout生成输出信号值发送给所述检流控制器，以实现检流放大器的精度提升。
本发明的检流放大器中，所述第一级放大电路包括第一输入端、第二输入端和第三输出端；所述第二级放大电路包括第四输入端、第五输入端和第六输出端；所述第三电流镜与所述第二输入端、所述第三输出端以及所述第四输入端连接；所述检流保护模块与所述第一输入端、第五输入端以及所述第六输出端连接。
所述检流保护模块包括两个共栅极的晶体管Q1和Q2、共栅极的第一MOS管和第二MOS管、第一运放A1和第二运放A2；
其中，第一运放A1的正输入端和第二运放的负输入端连接，并作为所述检流保护模块的第一保护接口；
晶体管Q1和Q2的栅极作为所述检流保护模块的第二保护接口；
第一MOS管和第二MOS管共同连接的漏极作为所述检流保护模块的第三保护接口；
所述第一保护接口连接至所述第一级放大电路的第一输入端；
所述第二保护接口连接至所述第二级放大电路的第六输出端；
所述第三保护接口连接至所述第二级放大电路的第五输入端。
采用上述精度提升电路，可以实现本发明第二个方面的用于检流放大器的精度提升方法。
具体而言，可将所述检流输入端校准模块的两个端口通过电阻与所述第一输入端、第二输入端连接；将所述检流保护模块与所述第一输入端、第五输入端以及所述第六输出端连接；将所述检流输出端反馈模块与所述第二级放大电路的第六输出端、所述检流控制器连接。
本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的一种检流放大器的精度提升电路的模块组合架构图
图2是图1中所述精度提升电路与检流放大器的连接电路图
图3是图1中所述检流放大器的部分内部电路结构示意图
图4是图1中所述检流输入端校准模块的部分结构电路图
图5是图1中所述检流输出端反馈模块的部分结构电路图
图6是图1中所述检流控制器的部分结构电路图
图7是图1中所述检流启动检测模块的部分结构电路图
图8是图1中所述检流保护模块的部分结构电路图
具体实施方式
参见图1，本发明一个实施例的一种检流放大器的精度提升电路的模块组合架构图。
在图1中，所述精度提升电路包括检流输入端校准模块、检流输出端反馈模块、检流保护模块、检流启动检测模块以及检流控制器。
所述检流输入端校准模块与所述检流放大器的输入端连接；
所述检流保护模块连接所述检流放大器的第一级放大电路的输入端，并同时连接第二级放大电路的输入端和输出端；
所述检流启动检测模块通过分压电阻连接至所述第一放大电路的输出端和输入端；
所述检流输出端反馈模块包括输入端out1和输出端bout；所述检流输出端反馈模块从所述输出端bout生成输出信号值发送给所述检流控制器，以实现检流放大器的精度提升。
在图1基础上，参见图2，图2是图1中所述精度提升电路与检流放大器的连接电路图。
在图2中，所述检流放大器包括第一级放大电路、第二级放大电路以及第三电流镜；所述第一级放大电路与所述第三电流镜连接，并通过所述第三电流镜连接至所述第二级放大电路。
更具体的，参见图2，所述第一级放大电路包括第一输入端、第二输入端和第三输出端；
所述第二级放大电路包括第四输入端、第五输入端和第六输出端；
所述第一级放大电路的第三输出端连接至所述第二级放大电路的第四输入端；
所述第三电流镜与所述第二输入端、所述第三输出端以及所述第四输入端连接；
所述检流保护模块与所述第一输入端、第五输入端以及所述第六输出端连接。
所述检流启动检测模块通过第一分压电阻连接至所述第一放大电路的第三输出端，通过第二分压电阻连接至第一放大电路的第一输入端。
在图1和图2所述实施例中使用的检流放大器的部分结构在图3中进一步展现。
参见图3，所述第一级放大电路包括第一放大器和至少一个NMOS管NM0；所述第二级放大电路包括第二放大器和第三放大器以及电阻R3；所述第二放大器与所述第三放大器串联；所述电阻R3连接所述第二放大器的输入端和所述第三放大器的输入端。
所述第三放大器的输出作为所述第二级放大电路的输出端，并作为检流放大器的输出；所述第一放大器的输出作为所述第一级放大电路的输出；
所述第三电流镜由两个PMOS管PM1、PM2以及三个NMOS管NM1、NM2、NM3构成；
其中，NMOS管NM1和NM2共栅极连接；MOS管NM3和PMOS管PM1共栅极连接；PMOS管PM2的漏极连接至所述第一放大器的输入端，PMOS管PM2的栅极通过晶体管Q0连接至所述NMOS管NM0。
图4是图1中所述检流输入端校准模块的部分结构电路图。
在图4中，所述检流输入端校准模块包括端口In1和端口In2；所述端口In1和端口In2均通过电阻R连接至共源极的两个NMOS管；所述检流输入端校准模块通过所述端口In1和端口In2分别与所述检流放大器的所述第一级放大电路的第一输入端、第二输入端连接。
图5是图1中所述检流输出端反馈模块的部分结构电路图。
在图5中，所述检流输出端反馈模块包括输入端out1和输出端bout；所述输入端out1与所述第二级放大电路的第六输出端连接；所述输出端bout与所述检流控制器连接。
需要注意的是，输入端out1同时也是所述检流放大器的输出端，因此采用out1表示。所述检流放大器的输出作为所述检流输出端反馈模块的输入，所述检流输出端反馈模块从所述输出端bout生成所述输出信号值发送给所述检流控制器。
图6是图1中所述检流控制器的部分结构电路图。
一般性的，所述检流控制器包括第一N个共源极的NMOS管和第二N个共栅极的NMOS管；其中N为大于1的正整数；
所述第二N个共栅极的NMOS管的漏极作为所述检流控制器与所述检流输入端校准模块、所述第三电流镜、所述第二级放大电路输出端的连接端口。
而在图6中，所述检流控制器包括6个共源极连接VDD的NMOS管和6个共栅极的NMOS管。
图7是图1中所述检流启动检测模块的部分结构电路图。
在图7中，所述检流启动检测模块包括端口A、端口B、多个MOS管以及第一电阻和第二电阻；其中，第一电阻的第一端连接至第一MOS管的源极，第一电阻的第二端连接至第一MOS管的栅极，第一MOS管的栅极和漏极连接作为所述端口A；第二电阻的第一端连接至第二MOS管的栅极，第二电阻的第二端连接至第三MOS管的栅极；所述第三MOS管的栅极和源极连接，作为所述端口B。
最后参见图8，图8是图1中所述检流保护模块的部分结构电路图。
在图8中，所述检流保护模块包括两个共栅极的晶体管Q1和Q2、共栅极的第一MOS管和第二MOS管、第一运放A1和第二运放A2；
其中，第一运放A1的正输入端和第二运放A2的负输入端连接，并作为所述检流保护模块的第一保护接口；
晶体管Q1和Q2的栅极作为所述检流保护模块的第二保护接口；
第一MOS管和第二MOS管共同连接的漏极作为所述检流保护模块的第三保护接口；
所述第一保护接口连接至所述第一级放大电路的第一输入端；
所述第二保护接口连接至所述第二级放大电路的第六输出端；
所述第三保护接口连接至所述第二级放大电路的第五输入端。
基于上述图1-图8所述的实施例可知，其已经详细的指出了所述精度提升电路的结构以及与检流放大器的连接关系，因此，基于图1-图8所述的电路，可以对检流放大器精度提升。
具体而言，可以实现一种检流放大器的精度提升方法，所述方法采用图1所述的精度提升电路对检流放大器进行精度提升。
在图1-图8的实施例电路基础上，可将所述检流输入端校准模块的两个端口通过电阻与所述第一输入端、第二输入端连接；将所述检流保护模块与所述第一输入端、第五输入端以及所述第六输出端连接；将所述检流输出端反馈模块与所述第二级放大电路的第六输出端、所述检流控制器连接，从而实现检流放大器的精度提升。
需要指出的是，在各个实施例的附图中，除特别之处，附图应当仅仅是部分关键性结构的示意性表示，并不代表全部结构。附图中也可能并未全部画出所有元器件的所有连接端口以及连接关系或者元器件参数值(例如电阻值、电容值、基准电压值等)，但是，涉及到本发明技术方案的关键性结构在各个附图中均有明确表示，其他未示出的结构或者连接关系，遵从本领域的惯用实验手段，本发明对此未一一展开说明，但是并不影响本领域技术人员对于本发明技术方案的理解。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种检流放大器的精度提升电路，所述精度提升电路包括检流输入端校准模块、检流输出端反馈模块、检流保护模块、检流启动检测模块以及检流控制器；
其特征在于：
所述检流放大器包括第一级放大电路、第二级放大电路以及第三电流镜；
所述第一级放大电路与所述第三电流镜连接，并通过所述第三电流镜连接至所述第二级放大电路；
所述检流输入端校准模块与所述检流放大器的输入端连接；
所述检流保护模块连接所述检流放大器的第一级放大电路的输入端，并同时连接所述第二级放大电路的输入端和输出端；
所述检流启动检测模块通过分压电阻连接至所述第一级放大电路的输出端和输入端；
所述第一级放大电路包括第一输入端、第二输入端和第三输出端；
所述检流输入端校准模块包括端口In1和端口In2；
所述端口In1和端口In2均通过电阻R连接至共源极的两个NMOS管；所述检流输入端校准模块通过所述端口In1和端口In2分别与所述检流放大器的所述第一级放大电路的第一输入端、第二输入端连接；
所述第二级放大电路包括第四输入端、第五输入端和第六输出端；
所述检流输出端反馈模块包括输入端out1和输出端bout；
所述输入端out1与所述第二级放大电路的第六输出端连接；
所述输出端bout与所述检流控制器连接；
所述检流输出端反馈模块从所述输出端bout生成输出信号值发送给所述检流控制器，以实现检流放大器的精度提升。
2.如权利要求1所述的一种检流放大器的精度提升电路，其特征在于：
所述第三电流镜与所述第二输入端、所述第三输出端以及所述第四输入端连接；
所述检流保护模块与所述第一输入端、第五输入端以及所述第六输出端连接。
3.如权利要求2所述的一种检流放大器的精度提升电路，其特征在于：
所述第一级放大电路包括第一放大器和至少一个NMOS管NM0；
所述第二级放大电路包括第二放大器和第三放大器以及电阻R3；
所述第二放大器与所述第三放大器串联；
所述电阻R3连接所述第二放大器的输入端和所述第三放大器的输入端。
4.如权利要求3所述的一种检流放大器的精度提升电路，其特征在于：
所述第三电流镜由两个PMOS管PM1、PM2以及三个NMOS管NM1、NM2、NM3构成；
其中，NMOS管NM1和NM2共栅极连接；MOS管NM3和PMOS管PM1共栅极连接；PMOS管PM2的漏极连接至所述第一放大器的输入端，PMOS管PM2的栅极通过晶体管Q0连接至所述NMOS管NM0。
5.如权利要求1所述的一种检流放大器的精度提升电路，其特征在于：
所述检流控制器包括第一N个共源极的NMOS管和第二N个共栅极的NMOS管；其中N为大于1的正整数；
所述第二N个共栅极的NMOS管的漏极作为所述检流控制器与所述检流输入端校准模块、所述第三电流镜、所述第二级放大电路输出端的连接端口。
6.如权利要求1所述的一种检流放大器的精度提升电路，其特征在于：
所述检流启动检测模块包括端口A、端口B、多个MOS管以及第一电阻和第二电阻；
其中，第一电阻的第一端连接至第一MOS管的源极，第一电阻的第二端连接至第一MOS管的栅极，第一MOS管的栅极和漏极连接作为所述端口A；
第二电阻的第一端连接至第二MOS管的栅极，第二电阻的第二端连接至第三MOS管的栅极；所述第三MOS管的栅极和源极连接，作为所述端口B。
7.如权利要求2所述的一种检流放大器的精度提升电路，其特征在于：
所述检流保护模块包括两个共栅极的晶体管Q1和Q2、共栅极的第一MOS管和第二MOS管、第一运放A1和第二运放A2；
其中，第一运放A1的正输入端和第二运放的负输入端连接，并作为所述检流保护模块的第一保护接口；
晶体管Q1和Q2的栅极作为所述检流保护模块的第二保护接口；
第一MOS管和第二MOS管共同连接的漏极作为所述检流保护模块的第三保护接口；
所述第一保护接口连接至所述第一级放大电路的第一输入端；
所述第二保护接口连接至所述第二级放大电路的第六输出端；
所述第三保护接口连接至所述第二级放大电路的第五输入端。
8.一种检流放大器的精度提升方法，所述方法采用权利要求1-7任一项所述的精度提升电路对检流放大器进行精度提升。
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