CN114019415A - 一种可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器 - Google Patents

一种可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及短路电流检测技术领域，尤其涉及一种可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器，包括电流采样电阻RS、数字控制模块、参考电压源、多路选通器、输入缓冲器B1和比较器C1，电流采样电阻RS将放电回路的电流转换成采样电压VRS，数字控制模块设置输入缓冲器B1内部的阈值档位，采样电压VRS经过输入缓冲器B1，输出到比较器C1，若采样电压VRS大于输入缓冲器B1阈值VTH，则比较器C1输出发生翻转，发出短路警报。本发明在重复利用系统内部资源的同时，削减外部测试校准资源的消耗，提高量产效率，改进了短路电流检测器的精度和泛用性。

Description

一种可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器
技术领域
本发明涉及短路电流检测技术领域，尤其涉及一种可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器。
背景技术
短路电流检测器是电源类芯片必备的安全保护措施之一。在电源类芯片的使用过程中，由于用户操作不当或者负载故障等，使芯片的电流输出端的输出电流大于系统额定的数值，从而引起整体电路的损坏。而短路电流检测器的引入，则可以避免这样的电路损坏出现。一旦，采样电阻上的压降大于设定的阈值，短路电流检测器就会向系统发出警告，从而避免了电路的损坏。
但是，传统的短路电流检测器也有着精度差，阈值漂移，系统内部资源利用率低、校准消耗大量外部资源的问题。
发明内容
本发明提供了一种可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器，重复利用系统内部资源的同时，削减外部测试校准资源的消耗，提高短路电流检测器的精度和泛用性。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器，包括电流采样电阻RS、数字控制模块、输入缓冲器B1和比较器C1，电流采样电阻RS将放电回路的电流转换成采样电压VRS，数字控制模块设置输入缓冲器B1内部的阈值档位，采样电压VRS经过输入缓冲器B1，输出到比较器C1，若采样电压VRS大于输入缓冲器B1阈值VTH，则比较器C1输出发生翻转，发出短路警报。
作为本发明的优化方案，可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器还包括参考电压源和多路选通器，参考电压源通过多路选通器将参考电压送入输入缓冲器B1，数字控制模块对输入缓冲器B1的修调位进行扫描，当比较器C1输出发生翻转时，数字控制模块对此时的修调位进行锁存，此时，数字控制模块设置的输入缓冲器B1内部的阈值VTH与输入的参考电压值相等或近似，完成自校准。
作为本发明的优化方案，可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器还包括第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3和第四开关SW4，多路选通器经过第二开关SW2与输入缓冲器B1的正输入端VINP相连，采样电阻RS的正输出端经过第一开关SW1与输入缓冲器B1正端VINP相连，采样电阻RS的负输出端经过第三开关SW3与输入缓冲器B1的负输入端VINN相连，输入缓冲器B1的负输入端VINN经过第四开关SW4与地相连，输入缓冲器B1的正输出端VOUTP与比较器C1的正输入端相连，输入缓冲器B1的负输出端VOUTN与比较器C1的负输入端相连，比较器C1的输出端VOUTSCD与数字控制模块相连。
作为本发明的优化方案，输入缓冲器B1 内部的P型场效应晶体管的正输入端VINP与由数字模块控制的N比特修调单元相连，并通过正输出端VOUTP输出，此支路由与N比特修调单元相连的电流源供电；P型场效应晶体管的负输入端VINN与一个由数字模块控制的阈值选择单元的负端相连，阈值选择单元的正端与另一个由数字模块控制的N比特修调单元相连，并通过负输出端VOUTN输出，此支路由与另一个由数字模块控制的N比特修调单元相连的电流源供电。
作为本发明的优化方案，输入缓冲器B1根据实际精度需求增减修调位和修调步长，在修调完成后，锁定修调位，防止修调位被篡改。
作为本发明的优化方案，数字控制模块、参考电压源、多路选通器和电流采样电阻RS，均可集成于芯片内部或置于芯片外部，或根据芯片内部资源分配情况，部分置于片内，部分置于片外。
本发明具有积极的效果：1）本发明具有可全集成、阈值可变、自校准、高精度的优点；
2）本发明在重复利用系统内部资源的同时，削减外部测试校准资源的消耗，提高量产效率，改进了短路电流检测器的精度和泛用性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的整体原理框图；
图2是本发明输入缓冲器B1的内部结构图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器，包括电流采样电阻RS、数字控制模块（Digital Control Module）、输入缓冲器B1（Buffer）和比较器C1（Comparator），电流采样电阻RS将放电回路的电流转换成采样电压VRS，数字控制模块设置输入缓冲器B1内部的阈值档位，采样电压VRS经过输入缓冲器B1，输出到比较器C1，若采样电压VRS大于输入缓冲器B1阈值VTH，阈值VTH为此时短路电流检测器的阈值，则比较器C1输出发生翻转，发出短路警报。其中，电流采样电阻RS两端的电势差VRS=IL*RS=VINP-VINN。VRS≥VTH时，短路电流检测器输出电平发生翻转，发出短路警报。输入缓冲器B1内置多个阈值档位，通过数字控制模块进行设置，即可对应不同大小的采样电阻和被检测电流的组合。
电流采样电阻RS与放电之路串联。可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器还包括参考电压源（Voltage Reference）和多路选通器（MUX），参考电压源通过多路选通器将参考电压送入输入缓冲器B1，数字控制模块对输入缓冲器B1的修调位进行扫描，当比较器C1输出发生翻转时，数字控制模块对此时的修调位进行锁存，此时，数字控制模块设置的输入缓冲器B1内部的阈值VTH与输入的参考电压值相等或近似，完成自校准。
可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器还包括第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3和第四开关SW4，通过第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3和第四开关SW4相互配合可对短路电流检测器的工作模式进行设置。多路选通器经过第二开关SW2与输入缓冲器B1的正输入端VINP相连，采样电阻RS的正输出端经过第一开关SW1与输入缓冲器B1正端VINP相连，采样电阻RS的负输出端经过第三开关SW3与输入缓冲器B1的负输入端VINN相连，输入缓冲器B1的负输入端VINN经过第四开关SW4与地相连，输入缓冲器B1的正输出端VOUTP与比较器C1的正输入端相连，输入缓冲器B1的负输出端VOUTN与比较器C1的负输入端相连，比较器C1的输出端VOUTSCD与数字控制模块相连。
可通过数字控制模块对短路电流检测器的阈值进行设置。设置阈值后，SW1和SW3断开，SW2和SW4闭合，数字控制模块将与设置的阈值相等的参考电压送入输入缓冲器B1的正输入端，途经SW2。同时，输入缓冲器B1的负输入端经过SW4连接到地。之后，数字控制模块对输入缓冲器B1内置的N比特修调位进行扫描，数字控制模块同时检测比较器C1的输出VOUTSCD，输出VOUTSCD的电平发生翻转时，对修调位进行锁存，一次自动校准完成。SW1闭合，SW2断开，电流采样电阻RS的正输出端与输入缓冲器B1的正输入端VINP重新相连，SW3闭合，SW4断开，电流采样电阻RS的负输出端与输入缓冲器B1的负输入端VINN重新相连。短路电流检测器的阈值发生变更时，上述校准过程将重新执行，以保证短路电流检测器在任意阈值的精度。
如图2所述，输入缓冲器B1 内部的P型场效应晶体管的正输入端VINP与由数字模块控制的N比特修调单元相连，并通过正输出端VOUTP输出，此支路由与N比特修调单元相连的电流源供电；P型场效应晶体管的负输入端VINN与由数字模块控制的阈值选择单元的负端相连，阈值选择单元的正端与另一个由数字模块控制的N比特修调单元相连，并通过负输出端VOUTN输出，此支路由与另一个由数字模块控制的N比特修调单元相连的电流源供电。输入缓冲器B1根据实际精度需求增减修调位和修调步长，若要实现高精度应用，只需缩减修调步长至精度范围内即可，修调灵活。在修调完成后，锁定修调位，防止修调位被篡改。
数字控制模块、参考电压源、多路选通器和电流采样电阻RS，均可集成于芯片内部或置于芯片外部，或根据芯片内部资源分配情况，部分置于片内，部分置于片外。通过设置在片外或片内，可实现全集成或部分集成，应用范围更广泛。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器，其特征在于：包括电流采样电阻RS、数字控制模块、输入缓冲器B1和比较器C1，所述的电流采样电阻RS将放电回路的电流转换成采样电压VRS，数字控制模块设置输入缓冲器B1内部的阈值档位，采样电压VRS经过输入缓冲器B1，输出到比较器C1，若采样电压VRS大于输入缓冲器B1阈值VTH，则比较器C1输出发生翻转，发出短路警报。
2.根据权利要求1所述的一种可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器，其特征在于：可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器还包括参考电压源和多路选通器，参考电压源通过多路选通器将参考电压送入输入缓冲器B1，数字控制模块对输入缓冲器B1的修调位进行扫描，当比较器C1输出发生翻转时，数字控制模块对此时的修调位进行锁存，此时，数字控制模块设置的输入缓冲器B1内部的阈值VTH与输入的参考电压值相等或近似，完成自校准。
3.根据权利要求2所述的一种可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器，其特征在于：可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器还包括第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3和第四开关SW4，多路选通器经过第二开关SW2与输入缓冲器B1的正输入端VINP相连，采样电阻RS的正输出端经过第一开关SW1与输入缓冲器B1正端VINP相连，采样电阻RS的负输出端经过第三开关SW3与输入缓冲器B1的负输入端VINN相连，输入缓冲器B1的负输入端VINN经过第四开关SW4与地相连，输入缓冲器B1的正输出端VOUTP与比较器C1的正输入端相连，输入缓冲器B1的负输出端VOUTN与比较器C1的负输入端相连，比较器C1的输出端VOUTSCD与数字控制模块相连。
4.根据权利要求3所述的一种可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器，其特征在于：输入缓冲器B1 内部的P型场效应晶体管的正输入端VINP与由数字模块控制的N比特修调单元相连，并通过正输出端VOUTP输出，此支路由与N比特修调单元相连的电流源供电；P型场效应晶体管的负输入端VINN与由数字模块控制的阈值选择单元负端相连，阈值选择单元的正端与另一个由数字模块控制的N比特修调单元相连，并通过负输出端VOUTN输出，此支路由与另一个由数字控制模块的N比特修调单元相连的电流源供电。
5.根据权利要求4所述的一种可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器，其特征在于：输入缓冲器B1根据实际精度需求增减修调位和修调步长，在修调完成后，可锁定修调位，防止修调位被篡改。
6.根据权利要求2-5任一项所述的一种可集成、阈值可变、自校准、高精度短路电流检测器，其特征在于：数字控制模块、参考电压源、多路选通器和电流采样电阻RS，均可集成于芯片内部或置于芯片外部，或根据芯片内部资源分配情况，部分置于片内，部分置于片外。
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GR01 Patent grant
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Denomination of invention: An integrated, variable threshold, self calibration, high-precision short-circuit current detector

Granted publication date: 20220415

Pledgee: Bank of Nanjing Jiangbei District branch of Limited by Share Ltd.

Pledgor: Yisiyuan semiconductor Nanjing Co.,Ltd.

Registration number: Y2024980015816