CN114019415B - 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，电流采样电阻RS的正输出端经过第一开关SW1与输入缓冲器B1正输入端VINP相连，电流采样电阻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的正输入端VINP为P型场效应晶体管的栅极，P型场效应晶体管的源极与由数字控制模块控制的N比特修调单元相连，并通过输入缓冲器B1的正输出端VOUTP输出，此支路由与N比特修调单元相连的电流源供电；输入缓冲器B1的负输入端VINN为另一个P型场效应晶体管的栅极，另一个P型场效应晶体管的源极与由数字控制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控制模块控制的N比特修调单元相连，并通过输入缓冲器B1的负输出端VOUTN输出，此支路由与另一个由数字控制模块控制的N比特修调单元相连的电流源供。
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，电流采样电阻RS的正输出端经过第一开关SW1与输入缓冲器B1正输入端VINP相连，电流采样电阻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的正输入端VINP为P型场效应晶体管的栅极，P型场效应晶体管的源极与由数字控制模块控制的N比特修调单元相连，并通过输入缓冲器B1的正输出端VOUTP输出，此支路由与N比特修调单元相连的电流源供电；输入缓冲器B1的负输入端VINN为另一个P型场效应晶体管的栅极，另一个P型场效应晶体管的源极与由数字控制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控制模块控制的N比特修调单元相连，并通过输入缓冲器B1的负输出端VOUTN输出，此支路由与另一个由数字控制模块控制的N比特修调单元相连的电流源供。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 (5)

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；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。
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，电流采样电阻RS的正输出端经过第一开关SW1与输入缓冲器B1正输入端VINP相连，电流采样电阻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。
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：输入缓冲器B1的正输入端VINP为P型场效应晶体管的栅极，P型场效应晶体管的源极与由数字控制模块控制的N比特修调单元相连，并通过输入缓冲器B1的正输出端VOUTP输出，此支路由与N比特修调单元相连的电流源供电；输入缓冲器B1的负输入端VINN为另一个P型场效应晶体管的栅极，另一个P型场效应晶体管的源极与由数字控制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控制模块控制的N比特修调单元相连，并通过输入缓冲器B1的负输出端VOUTN输出，此支路由与另一个由数字控制模块控制的N比特修调单元相连的电流源供电。
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。
5.根据权利要求2-4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。
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Denomination of invention: An integrated, variable threshold, self calibration, high-precision short-circuit current detector

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

Pledgor: Yisiyuan semiconductor Nanjing Co.,Ltd.

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