CN1141587C

CN1141587C - 电流检测电路

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Publication number: CN1141587C
Application number: CNB991001850A
Authority: CN
Inventors: 藤本博三
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1999-01-15
Publication date: 2004-03-10
Anticipated expiration: 2019-01-15
Also published as: KR19990067935A; CN1229922A; TW420751B; JPH11202002A

Abstract

一种用于检测流过负载的负载电流的电流检测电路，其包括第一、第二、第三、和第四FET，运算放大器，和电流检测电阻。第一FET可控制负载电流。第二FET可以以预定比使第一FET中流过的电流镜像变换。第四FET可以以预定比使第三FET中流过的电流镜像变换。运算放大器具有连接于第二FET漏极的同相输入端，连接于第一FET漏极的反相输入端，和连接于第三FET栅极的输出端。电流检测电阻可设置在第四FET漏极与第二电源之间。

Description

电流检测电路

本发明涉及一种电流检测电路，特别是，涉及一种电流检测电路，其甚至可以在其间夹有负载的电源之间具有小的电位差的情况下，仍可工作。

通常已经出现了各种用于检测流过负载的电流的电流检测电路。例如，检测电阻可串联于负载上，通过获得电阻两端的电位差，来检测流过负载的电流。

在通过连接检测电阻来检测流过负载的电流的电流检测电路中，会产生由于检测电阻所导致的电压降损耗，降低了负载驱动效率。

在日本未审查专利公开号7-113826中公开了另一种电流检测电路，该电路可以以高精度检测负载电流，在负载电流通路上无检测电阻和任何损耗。下面将描述在日本未审查专利公告号7-113826中所公开的常用电流检测电路。

图1是电路图，其表示在日本未审查专利公告号7-113826中所公开的常用电流检测电路。

图1所示电流检测电路可检测流过连接于电源VDD和VSS之间负载37的电流。

在图1中，用于根据电流控制电路43的指令控制负载电流的电源MOSFET 38可串联连接于负载37电源VSS侧上。参考标号42表示一个电流检测电源MOSFET，用于将流入电源MOSFET 38的负载电流以恒定比镜像为小电流。电流检测电源MOSFET 42的栅极共连接于电源MOSFET 38的栅极上。

运算放大器39和反馈电路MOSFET 41形成反馈电路。该反馈电路将电源MOSFET 38和电流检测电源MOSFET 42的端电压(在漏极和源极之间的电压)加以统一。也就是说，运算放大器39的同相输入端连接于电源MOSFET 38的漏极上，而反相输入端连接于电流检测电源MOSFET 42的漏极上，并且输出端连接于反馈电路MOSFET 41的栅极上。

电流镜像电路MOSFET 40置于反馈电路MOSFET 41的电源电压VDD侧上。用于将流入电流镜像电路MOSFET 40的负载电流以恒定比镜像为小电流的电流镜像电路FET 44的栅极共连接于电流镜像电路MOSFET 40的栅极上。电源检测电阻45置于电流镜像电路FET 44的电源电压VSS侧上。

在该常用实例中，如图1所示，电流检测电源MOSFET 42、反馈电路MOSFET 41、和电流镜像电路FET 40三者必须设置在电源VDD与VSS之间。

当电流检测电路工作时，在电流检测电源MOSFET 42的源极和漏极之间产生电压V1，在反馈电路MOSFET 41的源极和漏极之间产生电压V2，和在电流镜像电路MOSFET 40的源极和漏极之间产生电压V3，如图1所示。在这种情况下，在使电路工作所必要的电源VDD与VSS之间的电位差为电压V1，V2，和V3的和。

因此，在常用电流检测电路中，许多元件串联连接于电源VDD与VSS之间。当电源VDD与VSS之间的电位差降低时，电路将不工作。

本发明正是考虑到现有技术存在的缺点而作出的，本发明的目的就是提供一种电流检测电路，其即使在其间夹有负载的电源之间具有较小电位差的情况下仍可工作。

为了实现上述目的，按照本发明第一主要方面，提供一种用于检测流入负载的负载电流的电流检测电路，其包括第一FET，其具有连接于负载的漏极和连接于第二电源的源极，并且可控制负载电流；第二FET，其具有连接于第一FET栅极上的栅极和连接于第二电源上的源极，并且可以以预定比使第一FET中流过的电流镜像变换；第三FET，其具有连接于第一电源的源极和连接于第二FET漏极上的漏极；第四FET，其具有连接于第三FET栅极上的栅极和连接于第一电源上的源极，并且可以以预定比使流过第三FET的电流镜像变换；运算放大器，其具有连接于第二FET漏极上的同相输入端、连接于第一FET漏极上的反相输入端、和连接于第三FET栅极上的输出端；和电流检测装置，其设置在第四FET漏极与第二电源之间。

按照本发明的第二主要方面，提供一种用于检测流过负载的负载电流的电流检测电路，其包括第一FET，其具有连接于第一电源的源极和连接于负载的漏极，并且可控制负载电流；第二FET，其具有连接于第一FET栅极上的栅极和连接于第一电源的源极，并且可以以预定比使第一FET中流过的电流镜像变换；第三FET，其具有连接于第二FET漏极的漏极和连接于第二电源的源极；第四FET，其具有连接于第三FET栅极的栅极和连接于第二电源的源极，并且可以以预定比使第三FET中流过的电流镜像；运算放大器，其具有连接于第二FET漏极的同相输入端、连接于第一FET漏极的反相输入端、和连接于第三FET栅极的输出端；和电流检测装置，其设置在第四FET漏极与第一电源之间。

在第一和第二主要方面的任一个中所限定的电流检测电路中，负载的一端与第一电源、第二电源、以及不同于第一和第二电源的第三电源中之一连接，而另一端连接于第一FET的漏极。

在第一和第二主要方面的任一个中所限定的电流检测电路中，负载的一端通过相位开关元件与第一、第二、和第三电源中之一连接，而另一端连接于第一FET的漏极。相位开关元件为第五FET，其具有连接于第一、第二、和第三电源中之一的源极，第五FET的栅极接收相位开关信号，并且第五FET的漏极连接于负载的一端。

在第一和第二主要方面的任一个中所限定的电流检测电路中，第一、第二、第三、第四、和第五FET为MOSFET。

在第一和第二主要方面的任一个中所限定的电流检测电路中，电流检测装置为电流检测电阻。

在第一和第二主要方面的任一个中所限定的电流检测电路中，第二电源处于地电位。

作为按照本发明上述各方面的第一种效果，就是在图1中所示常用电流检测电路中所使用的反馈控制MOSFET 41可以省略，以便减少元件的数量。

作为第二种效果，反馈控制MOSFET 41可以省略，以便消除工作中的反馈控制MOSFET 41源极与漏极之间的电压需求。电压的降低可减小最小工作电压(电源VDD与VSS之间的电位差)。即使电源VDD与VSS之间的电位差较小，仍可保证电路的操作。

换句话说，常用电路在电源VDD与VSS之间需要三个元件。但是本发明在电源VDD与VSS之间只需要两个元件，其可降低最小工作电压。即使降低器件电压以便抑制功耗，本发明的电流检测电路仍可以以高精度检测电流。

本发明的上述和许多其它目的、特征和优点在参照附图进行的下列详细描述的基础上对于本技术领域的普通专业人员来说将是十分清楚的，其中包含本发明原理的各优选实施例借助于实例加以示出。

下面将对附图进行简要说明。

图1是一电路图，其表示在日本未审专利公告号7-113826中所公开的常用电流检测电路；和

图2至5是各电路图，其分别表示按照本发明第一至第五实施例的电流检测电路。

下面将参照附图详细地描述本发明的若干优选实施例。

在按照本发明的电流检测电路中，串联连接于电源VDD与VSS之间的元件数量由常用电路中的三个减少到两个，但该电路布置仍可获得与常用电路相同的电路工作效果。电流检测电路具有比常用电路中所用元件数量少的元件数，并且即使在低压下仍可操作。

图2是电路图，其表示按照本发明第一实施例的电流检测电路。

图2所示电流检测电路可用来检测连接在电源VDD与VSS之间负载1中流过的电流。

在图2中，用于根据电流控制电路6的指令控制负载电流I1的MOSFET 2与负载1串联连接于负载1的电源VSS侧。参考标号5表示一MOSFET，用于将流入MOSFET 2中的负载电流I1以恒定比镜像为小电流。MOSFET 5的栅极共连接于MOSFET 2的栅极上。

也就是说，用于控制负载电流I1的MOSFET 2的漏极端连接于负载1，而源极连接于电源VSS。用于将流入MOSFET 2中的负载电流I1以恒定比镜像为小电流的MOSFET 5，它的栅极连接于MOSFET 2的栅极和电流控制电路6的输出端。MOSFET 5的源极连接于电源VSS上。MOSFET 2和5具有相同的元件结构，其尺寸比为n∶1。

形成电流镜像电路的MOSFET 4和7的源极连接于电源VDD上，而其栅极连接于运算放大器3的输出端上。MOSFET 4和7具有相同的元件结构，其尺寸比为m∶1。MOSFET 4的漏极连接于MOSFET 5的漏极上。运算放大器3的同相输入端连接于MOSFET 5的漏极上，而反相输入端连接于MOSFET 2的漏极上。MOSFET 7的漏极连接于电流检测电阻8上，该电阻的一端连接于电源VSS上。

下面将描述图2所示电流检测电路的工作。

如图2所示，第一实施例采用MOSFET 2，用以控制负载电路I1，和电流检测MOSFET 5，用于将流入MOSFET 2的电流以恒定比镜像为小电流。流入电流检测MOSFET 5的电流I2通过连接于电源VDD上的MOSFET 4和7而镜像为电流I3。负载电流I1通过连接于电源VSS上的电流检测电阻8所检测的结果作为电源VSS的基准电位。

MOSFET 4和7的栅极连接于运算放大器3的输出端上。运算放大器3的同相输入端连接于MOSFET 5的漏极上，而运算放大器3的反相输入端连接于MOSFET 2的漏极上。因此，MOSFET 2和5的漏极处于相同电位。即使MOSFET 2和5在线性区域中工作时，负载电流I1也可通过MOSFET 5以高精度被镜像为小电流I2。

特别是，在图2所示的电流检测电路中，运算放大器3可调节MOSFET 4的栅极电压，以便使接收负载电流I1的MOSFET 2的漏极电位等于电流检测MOSFET 5漏极的电位，其中电流检测MOSFET 5用于以n∶1来镜像负载电流。

即使MOSFET 2和5在线性区域中工作时，由负载电流调节MOSFET 2镜像变换到电流检测MOSFET 5的电流可在MOSFET 2和5之间在n∶1的尺寸比下以高精度确定。为1/n负载电流I1的电流I2地流过MOSFET 5。

由于形成电流镜像电路的MOSFET 4和7在饱和区域中工作，因此电流可以在m∶1尺寸比下以高精度确定。为1/m负载电流I2的电流，即为1/(m×n)负载电流I1的电流I3稳定地流过MOSFET 7。电流检测电阻8可置于电流I3的通路上，靠近电源VSS的一侧，用于检测负载电流I3作为电源VSS的基准。如果检测到电流I3的话，通过上述关系可以获得负载电流I1。

图3是一电路图，其表示按照本发明第二实施例的电流检测电路。

图3中的负载10对应于图2中的负载1；图3中的MOSFET 9对应于图2中的MOSFET 2；图3中的运算放大器11对应于图2中的运算放大器3；图3中的MOSFET 13对应于图2中的MOSFET 4；图3中的MOSFET 12对应于图2中的MOSFET 5；图3中的电流控制电路14对应于图2中的电流控制电路6；图3中的MOSFET 16对应于图2中的MOSFET 7；和图3中的电流检测电阻15对应于图2中的电流检测电阻8。

也采用图3所示设置，流过负载10的负载电流可通过插入的电流检测电阻15而获得。

图4是一电路图，其表示按照本发明第三实施例的电流检测电路。

图4中的负载18对应于图2中的负载1。图4中的负载18具有连接于电源VDD的源极，和与连接于相位开关电路20的MOSFET 17漏极相连的栅极。如果需要，相位开关电路20可导通MOSFET 17，用以将电位VDD提供给负载的一端。

图4中的MOSFET 19对应于图2中的MOSFET 2；图4中的运算放大器21对应于图2中的运算放大器3；图4中的MOSFET 22对应于图2中的MOSFET 4；图4中的MOSFET 23对应于图2中的MOSFET5；图4中的电流控制电路24对应于图2中的电流控制电路6；图4中的MOSFET 25对应于图2中的MOSFET 7；和图4中的电流检测电阻26对应于图2中的电流检测电阻8。

采用图4所示的电路布置，流过负载18的负载电流可通过插入电流检测电阻26而获得。

图5是一电路图，其表示按照本发明第四实施例的电流检测电路。

图5中的负载28对应于图2中的负载1。图5中的负载28具有连接于电源VSS上的源极，和与连接于相位开关电路31的MOSFET 29漏极相连的栅极。如果必要的话，相位开关电路31可导通MOSFET 29，用以将电位VSS提供给负载的一端。

图5中的MOSFET 27对应于图2中的MOSFET 2；图5中的运算放大器30对应于图2中的运算放大器3；图5中的MOSFET 33对应于图2中的MOSFET 4；图5中的MOSFET 32对应于图2中的MOSFET5；图5中的电流控制电路34对应于图2中的电流控制电路6；图5中的MOSFET 36对应于图2中的MOSFET 7；和图5中的电流检测电阻35对应于图2中的电流检测电阻8。

也就是说，采用图5所示电路布置，流过负载28的负载电流可通过插入电流检测电阻35而获得。

在上述实施例中，对负载所施加的电压等于对镜像电路所施加的电压。然而，本发明不限于此。

Claims

1.一种用以检测流过负载的负载电流的电流检测电路，其包括：

第一FET，其具有连接于负载的漏极和连接于第二电源的源极，并且控制负载电流；

第二FET，其具有连接于所述第一FET栅极的栅极和连接于第二电源的源极，并且以预定比使所述第一FET中流过的电流镜像变换；

第三FET，其具有连接于第一电源的源极和连接于所述第二FET漏极的漏极；

第四FET，其具有连接于所述第三FET栅极的栅极和连接于第一电源的源极，并且以预定比使所述第三FET中流过的电流镜像变换；

运算放大器，其具有连接于所述第二FET漏极的同相输入端、连接于所述第一FET漏极的反相输入端、和连接于所述第三FET栅极的输出端；和

电流检测装置，其设置在所述第四FET漏极与第二电源之间。

2.一种用以检测流过负载的负载电流的电流检测电路，其包括：

第一FET，其具有连接于第一电源的源极和连接于负载的漏极，并且控制负载电流；

第二FET，其具有连接于所述第一FET栅极的栅极和连接于第一电源的源极，并且以预定比使所述第一FET中流过的电流镜像变换；

第三FET，其具有连接于所述第二FET漏极的漏极和连接于第二电源的源极；

第四FET，其具有连接于所述第三FET栅极的栅极和连接于第二电源的源极，并且以预定比使所述第三FET中流过的电流镜像变换；

电流检测装置，其设置在所述第四FET漏极与第一电源之间。

3.按照权利要求1的电路，其特征在于，负载的一端与第一电源、第二电源、和不同于第一和第二电源的第三电源之一连接，而另一端连接于所述第一FET的漏极。

4.按照权利要求2的电路，其特征在于，负载的一端与第一电源、第二电源、或不同于第一和第二电源的第三电源之一连接，而另一端连接于所述第一FET的漏极。

5.按照权利要求1的电路，其特征在于，负载的一端通过相位开关元件连接于第一和第二电源中的任一个，而另一端连接于所述第一FET的漏极。

6.按照权利要求2的电路，其特征在于，负载的一端通过相位开关元件连接于第一和第二电源中的任一个，而另一端连接于所述第一FET的漏极。

7.按照权利要求5的电路，其特征在于，所述相位开关元件为第五FET，其具有连接于第一和第二电源中任一个的源极，所述第五FET的栅极接收相位开关信号，并且所述第五FET的漏极连接于负载的另一端上。

8.按照权利要求6的电路，其特征在于，所述相位开关元件为第五FET，其具有连接于第一和第二电源中任一个的源极，所述第五FET的栅极接收相位开关信号，并且所述第五FET的漏极连接于负载的另一端上。

9.按照权利要求7的电路，其特征在于，一端连接于所述第五FET漏极上的负载，其另一端连接于不同于第一和第二电源的第三电源上。

10.按照权利要求8的电路，其特征在于，一端连接于所述第五FET漏极上的负载，其另一端连接于不同于第一和第二电源的第三电源上。

11.按照权利要求1的电路，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四、和第五FET为MOSFET。

12.按照权利要求2的电路，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四、和第五FET为MOSFET。

13.按照权利要求1的电路，其特征在于，所述电流检测装置为电流检测电阻。

14.按照权利要求2的电路，其特征在于，所述电流检测装置为电流检测电阻。

15.按照权利要求1的电路，其特征在于，第二电源处于地电位。

16.按照权利要求2的电路，其特征在于，第二电源处于地电位。