CN114167125A - 一种电流检测电路 - Google Patents

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Abstract

一种电流检测电路，该电路由H桥电流采集、反馈环路、共源共栅电流镜、保护电路以及电流缩减电路组成；其中，H桥电流采集是利用NMOS管漏端电压随电流增加的原理。共源共栅电流镜是利用了cascode结构的屏蔽特性来减小电源电压的影响。反馈环路是本电路的核心部分，其主要思想是通过反馈使两点电压相等，从而实现电流的比例关系。保护电路是防止电压过大超出管子的耐压。电流缩减是利用的电流镜的比例关系来减小电流，从而减小功耗。

Description

一种电流检测电路
技术领域
本发明属于无线电通信、非电量及微弱信号检测技术领域，涉及步进电机电感电流的检测，具体为一种电流检测电路。
背景技术
目前的步进电机电流检测电路往往需要在H桥加入采样电阻R，然后采样电阻R两端的电压来得到相应的电流。然而电阻会随着温度和工艺的变化而变化，导致测量结果不准确。若采用片外标准电阻又会大大增加芯片成本。同时，加入电阻R会增大H桥的导通电阻，从而增大电机的功耗。因此，需要设计一种不需加入电阻的电流检测电路。
发明内容
发明目的：现有的电流检测电路通常在H桥加入电阻，若直接在H桥加入电阻，那么电阻会随着温度和工艺的变化而变化，导致测量结果不准确。若在片外加入标准电阻则会大大增加芯片成本。并且这两种情况都会导致H桥的输出导通电阻增大，从而增大的电机功耗。
技术方案
一种电流检测电路，该电路由H桥电流采集、反馈环路、共源共栅电流镜、保护电路以及电流缩减电路组成；
所述H桥电流采集，采用NMOS管漏端电压随电流增加；
NMOS管M1～M3为高耐压管，构成负反馈环路；M1的漏端接PMOS管M7的漏端，栅端接M2的栅端和漏端，源端和体端接二极管D1的正极；M2的漏端接PMOS管M9的漏端，源端和体端接二极管D2的正极；M3的漏端PMOS管M11的漏端，栅端接M1的漏端，源端和体端接二极管D3的正极；
二极管D1～D3是保护电路；D1的正极接M1的源端，负极接NMOS管MPL的漏端；D2的正极接M2的源端，负极接NMOS管MPP的漏端；D3的正极接M3的源端，负极接MPP管的漏端；
PMOS管M4～M13构成共源共栅电流镜；其中M4的漏端和栅端、M5的源端与M6的栅端以及M8的栅端接一起，源端接电源VM；M5的漏端和栅端、M7的栅端、M9的栅端以及电流源IB接一起；M6的漏端接M7的源端，源端接电源VM；M7的漏端接M1的漏端；M8的源端接电源VM，漏端接M9的源端；M9的漏端接M2的漏端；M10的漏端和栅端、M11的源端以及M12的栅端接一起；M11的栅端和漏端、M13的栅端以及M3的漏端接一起；M12的源端接电源VM，漏端接M13的源端；M13的漏端接输出，并输出电流大小为ILP。
还包括为整体电路提供偏置电流的电流源IB；和电源电压VM。
所述NMOS管中设有的MPL的漏极接二极管D1的负极。
VX接H桥低端MOS管的栅极，即AL或BL。
NMOS管中设有的MPP的漏极接二极管D2和D3的负极；MPP为与MPL类型相同的小尺寸检测管，两者的β比为N:1。
优点及效果
本发明的电流检测电路在技术上不需要在H桥加入采样电阻，直接检测H桥低端MOS的漏端电流，利用负反馈实现电流的比例关系。因此H桥的导通电阻小、功耗小、测量精度高、芯片成本低。并且整体电路考虑了耐压问题，加入了保护电路，具有高可靠性。
附图说明
图1为传统电流检测电路；
图2为本发明的电流检测电路的原理框图；
图3为本发明的电流检测电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
实施例
一种电流检测电路，该电流检测电路直接采样如图1中H桥低端管M3’、M4’的漏端电流，不需要加入采样电阻R。如图2所示，该电路主要由H桥电流采集、反馈环路、共源共栅电流镜、保护电路以及电流缩减电路组成。其中，H桥电流采集是利用NMOS管漏端电压随电流增加的原理。共源共栅电流镜是利用了cascode结构的屏蔽特性来减小电源电压的影响。反馈环路是本电路的核心部分，其主要思想是通过反馈使两点电压相等，从而实现电流的比例关系。保护电路是防止电压过大超出管子的耐压。电流缩减是利用的电流镜的比例关系来减小电流，从而减小功耗。
如图3所示，NMOS管M1～M3是高耐压管，构成负反馈环路；M1的漏端接PMOS管M7的漏端，栅端接M2的栅端和漏端，源端和体端接二极管D1的正极；M2的漏端接PMOS管M9的漏端，源端和体端接二极管D2的正极；M3的漏端PMOS管M11的漏端，栅端接M1的漏端，源端和体端接二极管D3的正极；
二极管D1～D3是保护电路；D1的正极接M1的源端，负极接NMOS管MPL的漏端；D2的正极接M2的源端，负极接NMOS管MPP的漏端；D3的正极接M3的源端，负极接MPP管的漏端；
PMOS管M4～M13构成共源共栅电流镜；其中M4的漏端和栅端、M5的源端与M6的栅端以及M8的栅端接一起，源端接电源VM；M5的漏端和栅端、M7的栅端、M9的栅端以及电流源IB接一起；M6的漏端接M7的源端，源端接电源VM；M7的漏端接M1的漏端；M8的源端接电源VM，漏端接M9的源端；M9的漏端接M2的漏端；M10的漏端和栅端、M11的源端以及M12的栅端接一起；M11的栅端和漏端、M13的栅端以及M3的漏端接一起；M12的源端接电源VM，漏端接M13的源端；M13的漏端接输出，并输出电流大小为ILP；NMOS管MPL为图1中管子M3’或M4’，其漏极接二极管D1的负极；VX接图1中H桥低端MOS管的栅极，即AL或BL；NMOS管MPP的漏极接二极管D2和D3的负极。
进一步的，PMOS管M4～M5、M6～M7、M8～M9分别串联，并构成共源共栅电流镜。PMOS管M10～M11、M12～M13分别串联，并构成共源共栅电流镜，减小电源电压VM的变化对IB1和IB2的影响。
如图3所示,目标是输出电流ILP和IL成比例。图3中MPL是图1H桥中的低端驱动管M3’或M4’，MPP是与MPL类型相同的小尺寸检测管，两者的β比为N:1。VX接图1中的AL或BL。M4～M9构成电流共源共栅电流镜，利用其屏蔽特性减小电源电压VM的变化对IB1、IB2的影响。假设去掉图3中的二极管D1～D3，当MPL导通时，A点电压会随IL的增加而升高，M1可以理解为一个共栅极放大器，因此A点电压升高将导致C点电压升高，使电流IP1增加，并使B点电压升高，而B点电压升高又将导致D点电压升高，由于电流IB1不变，D端电压升高导致C点电压降低。因此上述5个NMOS管构成了一个负反馈环。这种负反馈关系可以保证A点电压近似等于B点电压，即两者VDS相等，所以，在忽略IB1和IB2(很小)时有：
IL＝βMPL(VGS,MPL-VTH)2(1+λVDS,MPL) (1)
IP1＝βMPP(VGS,MPP-VTH)2(1+λVDS,MPP) (2)
由于MPL与MPP栅源电压相等且类型相同，式中的VTH和λ相同，所以有：
Figure BDA0003366794040000041
其中，IL是检测到的H桥的电流，IP1是管子M11的漏端电流；
βMPL、βMPP分别是管子MPL和MPP的m数；
VGS,MPL、VGS,MPP分别是管子MPL和MPP的栅源电压；
VTH为管子的阈值电压；λ是沟道调制效应的参数；
VDS,MPL、VDS,MPP分别是管子MPL和MPP的漏源电压。
图3中的偏置电流IB1和IB2都只有1μA左右，主要是保证M1和M2可以导通，对测量结果影响不大。D1～D3的作用是避免NMOS管的源极电压高于栅极和漏极，其正向电压很小，也不会引入太大的误差。由于MPP的尺寸受DRC限制，不能做太小，当IL很大时，IP1较大，为降低功耗，利用电流镜M10～M13将IP1电流按比例减小。

Claims (5)

1.一种电流检测电路，其特征在于：该电路由H桥电流采集、反馈环路、共源共栅电流镜、保护电路以及电流缩减电路组成；
所述H桥电流采集，采用NMOS管漏端电压随电流增加；
NMOS管M1～M3为高耐压管，构成负反馈环路；M1的漏端接PMOS管M7的漏端，栅端接M2的栅端和漏端，源端和体端接二极管D1的正极；M2的漏端接PMOS管M9的漏端，源端和体端接二极管D2的正极；M3的漏端PMOS管M11的漏端，栅端接M1的漏端，源端和体端接二极管D3的正极；
二极管D1～D3是保护电路；D1的正极接M1的源端，负极接NMOS管MPL的漏端；D2的正极接M2的源端，负极接NMOS管MPP的漏端；D3的正极接M3的源端，负极接MPP管的漏端；
PMOS管M4～M13构成共源共栅电流镜；其中M4的漏端和栅端、M5的源端与M6的栅端以及M8的栅端接一起，源端接电源VM；M5的漏端和栅端、M7的栅端、M9的栅端以及电流源IB接一起；M6的漏端接M7的源端，源端接电源VM；M7的漏端接M1的漏端；M8的源端接电源VM，漏端接M9的源端；M9的漏端接M2的漏端；M10的漏端和栅端、M11的源端以及M12的栅端接一起；M11的栅端和漏端、M13的栅端以及M3的漏端接一起；M12的源端接电源VM，漏端接M13的源端；M13的漏端接输出，并输出电流大小为ILP。
2.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于：还包括为整体电路提供偏置电流的电流源IB；和电源电压VM。
3.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于：所述NMOS管中设有的MPL的漏极接二极管D1的负极。
4.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于：VX接H桥低端MOS管的栅极，即AL或BL。
5.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于：NMOS管中设有的MPP的漏极接二极管D2和D3的负极；MPP为与MPL类型相同的小尺寸检测管，两者的β比为N:1。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103346784A (zh) * 2013-06-18 2013-10-09 成都嘉纳海威科技有限责任公司 一种用于锁相环的匹配型电荷泵电路
WO2014034237A1 (ja) * 2012-08-31 2014-03-06 日立オートモティブシステムズ株式会社 電流検出回路及びそれを用いた電流制御装置
CN103969494A (zh) * 2014-04-30 2014-08-06 广州钧衡微电子科技有限公司 一种高精度电流检测电路及应用该电路的限流装置
CN104101764A (zh) * 2014-06-24 2014-10-15 暨南大学 一种应用于dc-dc转换器的新型电感电流检测电路
CN105092937A (zh) * 2015-09-02 2015-11-25 西安电子科技大学 一种全周期电流检测电路
CN105785101A (zh) * 2016-03-04 2016-07-20 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 一种高效电感电流检测电路
CN106291049A (zh) * 2016-07-29 2017-01-04 南京航空航天大学 基于双向饱和电流传感器的电流检测电路及其驱动方法
CN108845175A (zh) * 2018-05-02 2018-11-20 电子科技大学 一种工作在亚阈区的高精度电流检测电路

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014034237A1 (ja) * 2012-08-31 2014-03-06 日立オートモティブシステムズ株式会社 電流検出回路及びそれを用いた電流制御装置
CN103346784A (zh) * 2013-06-18 2013-10-09 成都嘉纳海威科技有限责任公司 一种用于锁相环的匹配型电荷泵电路
CN103969494A (zh) * 2014-04-30 2014-08-06 广州钧衡微电子科技有限公司 一种高精度电流检测电路及应用该电路的限流装置
CN104101764A (zh) * 2014-06-24 2014-10-15 暨南大学 一种应用于dc-dc转换器的新型电感电流检测电路
CN105092937A (zh) * 2015-09-02 2015-11-25 西安电子科技大学 一种全周期电流检测电路
CN105785101A (zh) * 2016-03-04 2016-07-20 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 一种高效电感电流检测电路
CN106291049A (zh) * 2016-07-29 2017-01-04 南京航空航天大学 基于双向饱和电流传感器的电流检测电路及其驱动方法
CN108845175A (zh) * 2018-05-02 2018-11-20 电子科技大学 一种工作在亚阈区的高精度电流检测电路

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王泽宇 等: "增益可调通用高精度负载电流检测电路", 华中科技大学学报(自然科学版), vol. 44, no. 9, pages 6 - 10 *
罗韬 等: "电流模开关电源控制电路中电流检测电路的设计", 南开大学学报（自然科学版）, vol. 45, no. 3, pages 19 - 22 *

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