CN113495184B - 一种减小芯片发热的电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电流检测装置，包括：能够与目标电子设备中主功率MOS管形成电流镜的检测MOS管、第一开关管、差分模块以及第一电阻；其中，检测MOS管的第一端与第一电阻的第一端相连，检测MOS管的控制端与第一开关管的第一端相连，第一电阻的第二端与VDD相连，检测MOS管的第二端和开关管的第二端均接地，开关管的控制端与差分模块的输出端相连，差分模块的第一端用于接收基准电压，差分模块的第二端与第一电阻的第一端相连。通过该电流检测装置，不仅可以避免第一电阻出现烧毁的现象，而且，也可以保证目标电子设备的安全稳定运行。

Description

一种减小芯片发热的电流检测装置

技术领域

本发明涉及电流检测技术领域，特别涉及一种电流检测装置。

背景技术

在现有技术中，很多电子设备都需要对电流进行检测，从而实现对功率电路电流的控制。其中，如果电子设备工作在过电流状态，则很有可能会出现将电子设备烧毁的现象。

此处以电子设备为电池充电器为例进行具体说明，请参见图1，图1为对电池充电器的工作电流进行检测时的结构图。在该电路图中，主要是利用与电池充电器中主功率MOS管相串联的电阻Rs来对电池充电器的工作电流进行采样检测。也即，当电阻Rs检测到电池充电器中出现较大的电流时，会触发相应的逻辑电路来关断电池充电器中的控制单元，从而达到对电池充电器进行控制的目的。但是，当主功率回路电流较大时，检测电阻Rs同样需要承受较大的电流，这样就极易将检测电阻Rs烧毁，并严重影响电池充电器的稳定运行。目前，针对上述技术问题，还没有较为有效的解决办法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电流检测装置，以在保证检测电阻不会被烧毁的同时，也可以保证目标电子设备的安全稳定运行。其具体方案如下：

一种电流检测装置，包括：能够与目标电子设备中主功率MOS管形成电流镜的检测MOS管、第一开关管、差分模块以及第一电阻；

其中，所述检测MOS管的第一端与所述第一电阻的第一端相连，所述检测MOS管的控制端与所述第一开关管的第一端相连，所述第一电阻的第二端与VDD相连，所述检测MOS管的第二端和所述第一开关管的第二端均接地，所述第一开关管的控制端与所述差分模块的输出端相连，所述差分模块的第一端用于接收基准电压，所述差分模块的第二端与所述第一电阻的第一端相连。

优选的，所述主功率MOS管为主管，所述检测MOS管为从管。

优选的，所述第一开关管具体为三极管或MOS管。

优选的，所述检测MOS管的宽度为所述主功率MOS管宽度的1/k，且k的取值根据流过所述主功率MOS管的电流进行设定。

优选的，还包括：第一保护电路；

其中，所述第一保护电路的第一端与所述检测MOS管的第一端相连，所述第一保护电路的第二端与所述检测MOS管的第二端相连。

优选的，还包括：第二保护电路；

其中，所述第二保护电路的第一端与所述第一开关管的第一端相连，所述第二保护电路的第二端与所述第一开关管的第二端相连。

优选的，所述差分模块具体为误差放大器。

优选的，所述差分模块具体为第一比较器。

优选的，还包括：第二电阻、第二比较器和第二开关管；

其中，所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端相连，所述第二电阻的第二端与所述VDD相连，所述第一电阻的第二端与所述第二比较器的第一端相连，所述第二比较器的第二端用于接收所述基准电压，所述第二比较器的输出端与所述第二开关管的控制端相连，所述第二开关管的第一端与所述主功率MOS管的控制端相连，所述第二开关管的第二端接地。

可见，在本发明所提供的电流检测装置中，反馈到差分模块第二端上的电压会随着流过主功率MOS管电流的增大而减小，当流过主功率MOS管的电流较小时，反馈到差分模块第二端上的电压就会比较大，此时第一开关管就会处于关断状态，并不会对流过主功率MOS管的电流产生影响；当流过主功率MOS管的电流较大时，反馈到差分模块第二端上的电压就会比较小，此时第一开关管就会导通，并会限制流过主功率MOS管的电流。显然，通过这样的设置方式不仅可以保证第一电阻不会被烧毁，而且，也能够保证目标电子设备的安全稳定运行。

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，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为对电池充电器的工作电流进行检测时的结构图；

图2为本发明实施例所提供的一种电流检测装置的结构图；

图3为将图2中差分模块设置为误差放大器时，电流检测装置的结构图；

图4为图3所示电流检测装置中流过主功率MOS管Mp的电流变化示意图；

图5为将图2中差分模块设置为比较器时，电流检测装置的结构图；

图6为图5所示电流检测装置中流过主功率MOS管Mp的电流变化示意图；

图7为本发明实施例所提供的另一种电流检测装置的结构图；

图8为图7所示电流检测装置中流过主功率MOS管Mp的电流变化示意图。

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做出创造性劳动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。

请参见图2，图2为本发明实施例所提供的一种电流检测装置的结构图，该电流检测装置包括：能够与目标电子设备中主功率MOS管Mp形成电流镜的检测MOS管Ms、第一开关管M1、差分模块以及第一电阻R1；

其中，检测MOS管Ms的第一端与第一电阻的第一端相连，检测MOS管的控制端与第一开关管的第一端相连，第一电阻R1的第二端与VDD相连，检测MOS管Ms的第二端和第一开关管M1的第二端均接地，第一开关管M1的控制端与差分模块的输出端相连，差分模块的第一端用于接收基准电压，差分模块的第二端与第一电阻R1的第一端相连。

在本实施例中，是提供了一种电流检测装置，通过该电流检测装置不仅可以保证第一电阻不会被烧毁，而且，也能够保证目标电子设备的安全稳定运行。在该电流检测装置中，是设置有能够与目标电子设备中主功率MOS管Mp形成电流镜的检测MOS管Ms、第一开关管M1、差分模块以及第一电阻R1。

在图2所示的电流检测装置中，检测MOS管Ms的宽度为主功率MOS管Mp宽度的1/k，且k的取值根据流过主功率MOS管Mp的电流进行设定。也即，如果流过主功率MOS管Mp的电流较大，则可以将k设置为一个较大的数值，如果流过主功率MOS管Mp的电流较小，则可以将k设置为一个较小的数值。

能够想到的是，当将检测MOS管Ms的宽度设置为主功率MOS管Mp宽度的1/k时，就可以使得第一电阻R1能够更为灵敏、准确地检测到流过主功率MOS管Mp上的电流，这样就可以进一步提高在利用第一电阻检测流过主功率MOS管电流的灵敏度。

具体的，在本实施例中，假设流过目标电子设备中主功率MOS管Mp的电流为iout，那么，流过第一电阻R1上的电流isen为流过主功率MOS管电流iout的1/k，也即，isen＝iout/k。

此时，反馈到差分模块第二端的电压vsen为：

式中，VDD为VDD的输出电压，iout为流过目标电子设备中主功率MOS管Mp的电流，rsen为第一电阻R1的阻值。

根据上述推理可以看出，反馈到差分模块第二端的电压vsen会随着流过目标电子设备中主功率MOS管上的电流iout的增大而减小，并随着iout的减小而增大。当电流iout较小时，反馈到差分模块第二端的电压vsen较大，此时第一开关管M1处于关断状态，不会对电路产生影响；而当电流iout较大时，反馈到差分模块第二端的电压vsen较小，此时第一开关管M1导通，并由此导致检测MOS管Ms的栅极电压减小，这样就会将目标电子设备中主功率MOS管的电流限制在一定范围内。显然，通过这样的设置方式，不仅可以保证第一电阻不会被烧毁，而且，也能够保证目标电子设备的安全稳定运行。

需要说明的是，在本实施例中，目标电子设备是指任意一种具有与图2所示主功率MOS管相似电路结构的电子设备，比如：电池充电器等等。因为检测MOS管Ms会与目标电子设备中的主功率MOS管Mp形成电流镜，所以，在实际应用中就可以将主功率MOS管设置为主管，并将检测MOS管设置为从管。

另外，在实际应用中，既可以将第一开关管M1设置为三极管，也可以将第一开关管M1设置为MOS管，只要能够达到对检测MOS管Ms进行控制的目的即可。显然，通过此种设置方式就可以相对提高该电流检测装置的多样性与灵活性。

可见，在本实施例所提供的电流检测装置中，反馈到差分模块第二端上的电压会随着流过主功率MOS管电流的增大而减小，当流过主功率MOS管的电流较小时，反馈到差分模块第二端上的电压就会比较大，此时第一开关管就会处于关断状态，并不会对流过主功率MOS管的电流产生影响；当流过主功率MOS管的电流较大时，反馈到差分模块第二端上的电压就会比较小，此时第一开关管就会导通，并会限制流过主功率MOS管的电流。显然，通过这样的设置方式不仅可以保证第一电阻不会被烧毁，而且，也能够保证目标电子设备的安全稳定运行。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，上述电流检测装置还包括：

第一保护电路；

其中，第一保护电路的第一端与检测MOS管的第一端相连，第一保护电路的第二端与检测MOS管的第二端相连；

和第二保护电路；

其中，第二保护电路的第一端与第一开关管的第一端相连，第二保护电路的第二端与第一开关管的第二端相连。

在本实施例所提供的电流检测装置中，还可以在检测MOS管和第一开关管上分别设置第一保护电路和第二保护电路。能够想到的是，当在检测MOS管和第一开关管上分别设置了第一保护电路和第二保护电路之后，就可以避免检测MOS管和第一开关管在运行过程中遇到较大电流冲击时所发生的损坏，由此就能够进一步提高检测MOS管和第一开关管在运行过程中的安全性与可靠性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，请参见图3，图3为将图2中差分模块设置为误差放大器时，电流检测装置的结构图。作为一种优选的实施方式，差分模块具体为误差放大器。

在实际应用中，可以将差分模块设置为误差放大器。当将差分模块设置为误差放大器时，误差放大器两个输入端的电压就会存在如下关系：

Vref-vsen＝vc/n；

式中，Vref为误差放大器第一端所接收到的基准电压，vsen为反馈到误差放大器第二端的电压，vc为误差放大器的输出，n为误差放大器的误差放大倍数。

可以理解的是，由于误差放大器的误差放大倍数n是一个比较大的值，所以，当将误差放大倍数放置在该电流检测装置中时，就可以将误差放大器两个输入端的电压调节到几乎相等的状态。当误差放大器将其两个输入端的电压调节到平衡状态时，反馈到误差放大器第二端的电压vsen就会等于基准电压Vref，此时流过目标电子设备中主功率MOS管Mp上的电流iout就会被限制在如下范围内：

式中，VDD为VDD的输出电压，Vref为误差放大器第一端所接收到的基准电压，rsen为第一电阻R1的阻值。

请参见图4，图4为图3所示电流检测装置中流过主功率MOS管Mp的电流变化示意图。显然，通过本实施例所提供的技术方案，不仅可以避免第一电阻发生烧毁的现象，而且，也可以进一步保证目标电子设备的安全稳定运行。

通过上述实施例可知，虽然当将差分模块设置为误差放大器时，可以提高目标电子设备在运行过程中的安全性，但是，由于流过目标电子设备主功率MOS管Mp上的电流iout是由第一电阻R1、误差放大器、第一开关管M1和检测MOS管Ms所组成的环路进行控制，所以，此种设置方式会出现控制响应较慢的问题。

因此，为了解决这一技术问题，在实际应用中，还可以将差分模块设置为第一比较器。请参见图5，图5为将图2中差分模块设置为比较器时，电流检测装置的结构图。当将差分模块设置为第一比较器时，第一比较器的输出信号即为数字信号。也即，第一比较器的输出信号vc为GND或者VDD。

能够想到的是，当第一比较器输出的信号vc为VDD时，第一开关管M1就会瞬间导通，同时检测MOS管的栅极信号vg拉低，从而导致主功率MOS管Mp被瞬间关断，这样就可以达到对目标电子设备进行保护的目的。并且，因为第一比较器输出的是数字信号，所以，通过此种设置方式还可以对电流检测装置进行关机操作。

请参见图6，图6为图5所示电流检测装置中流过主功率MOS管Mp的电流变化示意图。通过图6可以看出，当将差分模块设置为第一比较器时，可以快速削弱流过主功率MOS管iout的电流尖峰大小以及持续时间。

显然，通过本实施例所提供的技术方案，不仅可以保证目标电子设备的安全稳定运行，而且，也可以避免第一电阻出现烧毁的现象。

通过上述实施例可知，虽然当将差分模块设置为第一比较器时，可以快速削弱流过主功率MOS管iout的电流尖峰大小以及持续时间，但是，当电流检测装置在关机之后，流过主功率MOS管上的过电流现象会消失，此时该电流检测装置还会正常启动，而导致过电流的故障依然存在。因此，当电流检测装置再次启动时，流过主功率MOS管上的电流iout还会达到一个比较大的值，并再次触发该电流检测装置的过流保护，由此就会导致目标电子设备出现反复开关机的现象。

为了解决这一技术问题，本发明实施例还对图3所示的电流检测装置进行了优化，具体请参见图7，图7为本发明实施例所提供的另一种电流检测装置的结构图。作为一种优选的实施方式，上述电流检测装置还包括：第二电阻R2、第二比较器和第二开关管M2；

其中，第二电阻R2的第一端与第一电阻R1的第二端相连，第二电阻R2的第二端与VDD相连，第一电阻R1的第二端与第二比较器的第一端相连，第二比较器的第二端用于接收基准电压，第二比较器的输出端与第二开关管M2的控制端相连，第二开关管M2的第一端与主功率MOS管的控制端相连，第二开关管M2的第二端接地。

在图7所示的电流检测装置中，可以将其内部的电路结构分为左环和右环。其中，左环和右环所接收到的采样电压分别为vsen1和vsen2，且vsen1＜vsen2，在基准电压Vref相同的情况下，Vref-vsen1会更大。因此，当目标电子设备中的主功率开关管Mp在遇到过电流现象时，左环要比右环先触发。由于左环的响应速度要比右环的响应速度慢，所以，在主功率MOS管Mp遭受到过电流时，虽然左环会先触发，但是，左环却不会及时作出响应。

随着过电流的逐渐增大，右环也会被触发。当右环被触发之后，目标电子设备中主功率MOS管Mp会被关断，同时该电流检测装置也会关机。当电流检测装置关机之后，由于主功率MOS管上的过电流消失，该电流检测装置就会重新启动。由于导致主功率MOS管发生过电流的故障依然存在，所以，如果不对流过主功率MOS管的电流iout进行限制，那么，流过主功率MOS管的电流iout还是会达到非常大的值。

而当采用了图7所示的电路结构时，在左环启动之后，由于电流检测装置中的芯片会限制自身的启动速度，所以，这样就会导致电流检测装置的启动过程是一个较为平缓的动作。具体的，当流过主功率MOS管的电流iout先触发左环进行启动后，由于电流检测装置的电流上升比较缓慢，此时就会让左环有充足的时间进行响应。

也即，当流过主功率MOS管的电流iout上升到右环的触发电流之前，左环即可开始响应。因此，左环会将流过主功率MOS管的电流iout限制在左环的触发电流值之内，并使得右环不会具有更大的触发电流去触发右环启动，由此就能够避免目标电子设备出现反复开关机的现象。

请参见图8，图8为图7所示电流检测装置中流过主功率MOS管Mp的电流变化示意图。从图8可以看出，通过本实施例所提供的技术方案不仅可以让流过主功率MOS管的电流iout稳定在左环触发电流值之内，避免目标电子设备出现反复开关机的现象，而且，也可以削弱流过主功率MOS管电流iout的大小和持续时间，由此就可以进一步提高目标电子设备在运行过程中的整体可靠性。

另外，需要说明的是，图3、图5和图7所示电流检测装置中的所有电子元器件均位于芯片内部，并且，图3、图5和图7所示的电流检测装置因为可以减小流过检测电阻R1的电流，所以，通过这样的设置方式还能够相对减少芯片的发热量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种电流检测装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种电流检测装置，其特征在于，包括：能够与目标电子设备中主功率MOS管形成电流镜的检测MOS管、第一开关管、差分模块以及第一电阻；

其中，所述检测MOS管的第一端与所述第一电阻的第一端相连，所述检测MOS管的控制端与所述第一开关管的第一端相连，所述第一电阻的第二端与VDD相连，所述检测MOS管的第二端和所述第一开关管的第二端均接地，所述第一开关管的控制端与所述差分模块的输出端相连，所述差分模块的第一端用于接收基准电压，所述差分模块的第二端与所述第一电阻的第一端相连。

2.根据权利要求1所述的一种电流检测装置，其特征在于，所述主功率MOS管为主管，所述检测MOS管为从管。

3.根据权利要求1所述的一种电流检测装置，其特征在于，所述第一开关管具体为三极管或MOS管。

4.根据权利要求1所述的一种电流检测装置，其特征在于，所述检测MOS管的宽度为所述主功率MOS管宽度的1/k，且k的取值根据流过所述主功率MOS管的电流进行设定。

5.根据权利要求1所述的一种电流检测装置，其特征在于，还包括：第一保护电路；

其中，所述第一保护电路的第一端与所述检测MOS管的第一端相连，所述第一保护电路的第二端与所述检测MOS管的第二端相连。

6.根据权利要求1所述的一种电流检测装置，其特征在于，还包括：第二保护电路；

其中，所述第二保护电路的第一端与所述第一开关管的第一端相连，所述第二保护电路的第二端与所述第一开关管的第二端相连。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种电流检测装置，其特征在于，所述差分模块具体为误差放大器。

8.根据权利要求1所述的一种电流检测装置，其特征在于，所述差分模块具体为第一比较器。

9.根据权利要求7所述的一种电流检测装置，其特征在于，还包括：第二电阻、第二比较器和第二开关管；

其中，所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端相连，所述第二电阻的第二端与所述VDD相连，所述第一电阻的第二端与所述第二比较器的第一端相连，所述第二比较器的第二端用于接收所述基准电压，所述第二比较器的输出端与所述第二开关管的控制端相连，所述第二开关管的第一端与所述主功率MOS管的控制端相连，所述第二开关管的第二端接地。

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