CN201527444U - 一种高速电流检测电路 - Google Patents
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Abstract
一种高速电流检测电路,其特征在于它是由控制开关单元、电流镜像单元、电压跟随单元、电流-电压转换单元和比较器单元组成。其优越性在于:①通过对输出功率管缩减n倍的检测管电流的监视,来检测输出功率管电流的电路;②提高了检测管的镜像精度;③提高了功率管关断、导通切换时的速度;④检测电流精度高、速度快;⑤电路结构简单、操作方便,它可以应用于需要对大功率管电流进行检测的电路中。
Description
(一)技术领域:
本实用新型涉及一种电流检测电路,尤其是一种高速电流检测电路。
(二)背景技术:
在电流检测系统中,一般都是通过检测镜像输出功率管电流的方式来实现,为了提高镜像精度,需要对功率管漏端电压进行跟随,较典型的是通过NPN与PNP的PN结电压来跟随,这种方式跟随速度快、误差较小,但受工艺限制,必须使用带有NPN与PNP的工艺,且三极管的base电流会有一定的影响;另一种是通过NMOS管与PMOS管的栅源电压来跟随,这种方式由于NMOS与PMOS的阈值电压不同,且二者随温度、工艺变化很大,获得的镜像精度很差。
(三)实用新型内容:
本实用新型的目的在于设计一种高速电流检测电路,它可以克服现有技术的不足,检测电流的精度高、镜像精度高、速度快。
本实用新型的技术方案:一种高速电流检测电路,包括输出功率管的驱动信号DRVP端子、输出功率管漏端电压LX端子、电源电压VDD端子、基准电压VREF端子和电流检测输出OUT端子,其特征在于它是由控制开关单元、电流镜像单元、电压跟随单元、电流-电压转换单元和比较器单元组成;其中,所说的控制开关单元的输入端分别连接输出功率管的驱动信号DRVP端子、输出功率管漏端电压LX端子和电源电压VDD端子,其输出端连接电流镜像单元的输入端和电压跟随单元的输入端;所说的电流镜像单元的输入端连接电源电压VDD端子,其输出端连接电压跟随单元的输入端;所说的电压跟随单元的输出端连接电流-电压转换单元的输入端和比较器单元的输入端;所说的电流-电压转换单元的输出端接地;所说的比较器单元的输入端连接基准电压VREF端子,其输出端输出电流检测信号。
上述所说的控制开关单元是由反相器INV、开关切换管M1和开关切换管M2组成;其中所说的反相器INV的输入端连接输出功率管的驱动信号DRVP端子,其输出端连接开关切换管M2的栅极;所说的开关切换管M1的栅极连接输出功率管的驱动信号DRVP端子和电流镜像单元的输入端,源极连接输出功率管漏端电压LX端子,其漏极与开关切换管M2的漏极连接,并共同连接电压跟随单元的输入端;所说的开关切换管M2的源极连接电源电压VDD端子。
上述所说的电流镜像单元是由镜像检测管M3和电流源I1组成,其中所说的镜像检测管M3的栅极连接输出功率管的驱动信号DRVP端子和开关切换管M1的栅极;其源极连接电源电压VDD端子,漏极则连接电压跟随单元的输入端;所说的电流源I1串接在镜像检测管M3的源极与漏极之间。
上述所说的电压跟随单元是由放大器AMP和电压检测管M4组成;其中所说的放大器AMP的负向输入端连接电流镜像单元中镜像检测管M3的漏极、电流源I1的输出端和电压检测管M4的源极,其正向输入端连接控制开关单元中开关切换管M1的漏极和开关切换管M2的漏极,其输出端连接电压检测管M4的栅极;所说的电压检测管M4的源极连接放大器AMP的负向输入端、镜像检测管M3的漏极和电流源I1的输出端,漏极则与电流-电压转换单元的输入端连接。
上述所说的电流-电压转换单元是由电阻R1组成,其一端连接电压跟随单元中电压检测管M4的漏极和比较器单元的输入端,另一端接地;所说的比较器单元由比较器COMP构成,它的负向输入端与电压跟随单元中电压检测管M4的漏极和电流-电压转换单元中电阻R1的非接地端,正向输入端与基准电压VREF端子连接,其输出端输出电流检测信号。
上述所说的开关切换管M1、开关切换管M2、镜像检测管M3和电压检测管M4是绝缘栅双极晶体管。
本实用新型的工作原理:本实用新型通过对检测管电流的监视,来实现对输出功率管电流的检测。检测管宽长比:输出功率管宽长比=1∶n,采用较大的比值n来实现低功耗;通过AMP驱动PMOS管,使检测管漏端电压跟随功率管漏端电压,以提高检测管的镜像精度;通过开关控制跟随电压,使其在功率管导通时跟随功率管漏端电压,在功率管截止时改为跟随电源电压,另外,需要提供一条小电流,在功率管截止时跟随电路仍能正常动作。这是因为,在功率管关断时,其漏端电压急速降低为零伏以下,检测管漏端没有必要下降。下一周期到来时,功率管漏端电压又会急升为高电平,然后开始逐步降低,因此,在功率管关断时,将检测管漏端抬高到电源电压附近,有利于快速进入下一周期的动作。
LX是需要检测的输出功率管漏端电压,DRVP是输出功率管的驱动信号。M3用来镜像输出功率管电流;DRVP控制开关,在正常动作时使M3漏端电压跟随LX,在功率管截止时跟随电源电压VDD;放大器AMP通过驱动M4来实现上述跟随功能;在输出功率管截止时,M3也截止,通过I1提供一条小电流来使跟随电路正常动作;M3管镜像获得的电流流过R1,转换成检测电压VR,VR直接与VREF通过COMP比较获得最终的检测信号“OUT”。
本实用新型的优越性:①通过对输出功率管缩减n倍的检测管电流的监视,来检测输出功率管电流的电路;②通过AMP使检测管漏端电压跟随功率管漏端电压,以提高检测管的镜像精度;③通过开关切换跟随电压以及增加一条小电流来提高功率管关断、导通切换时的速度;④检测电流精度高、速度快;⑤电路结构简单、操作方便,它可以应用于需要对大功率管电流进行检测的电路中。
(四)附图说明:
图1为现有技术的电路检测电路结构图(其中1-a为使用三极管跟随的电流检测电路结构图;图1-b为使用MOS管跟随的电流检测电路结构图)。
图2为本实用新型所涉一种高速电流检测电路的电路结构示意图。
图3为本实用新型所涉一种高速电流检测电路的实施例的结果曲线图。
(五)具体实施方式:
实施例:一种高速电流检测电路(见图2),包括输出功率管的驱动信号DRVP端子、输出功率管漏端电压LX端子、电源电压VDD端子、基准电压VREF端子和电流检测输出OUT端子,其特征在于它是由控制开关单元、电流镜像单元、电压跟随单元、电流-电压转换单元和比较器单元组成;其中,所说的控制开关单元的输入端分别连接输出功率管的驱动信号DRVP端子、输出功率管漏端电压LX端子和电源电压VDD端子,其输出端连接电流镜像单元的输入端和电压跟随单元的输入端;所说的电流镜像单元的输入端连接电源电压VDD端子,其输出端连接电压跟随单元的输入端;所说的电压跟随单元的输出端连接电流-电压转换单元的输入端和比较器单元的输入端;所说的电流-电压转换单元的输出端接地;所说的比较器单元的输入端连接基准电压VREF端子,其输出端输出电流检测信号。
上述所说的控制开关单元(见图2)是由反相器INV、开关切换管M1和开关切换管M2组成;其中所说的反相器INV的输入端连接输出功率管的驱动信号DRVP端子,其输出端连接开关切换管M2的栅极;所说的开关切换管M1的栅极连接输出功率管的驱动信号DRVP端子和电流镜像单元的输入端,源极连接输出功率管漏端电压LX端子,其漏极与开关切换管M2的漏极连接,并共同连接电压跟随单元的输入端;所说的开关切换管M2的源极连接电源电压VDD端子。
上述所说的电流镜像单元(见图2)是由镜像检测管M3和电流源I1组成,其中所说的镜像检测管M3的栅极连接输出功率管的驱动信号DRVP端子和开关切换管M1的栅极;其源极连接电源电压VDD端子,漏极则连接电压跟随单元的输入端;所说的电流源I1串接在镜像检测管M3的源极与漏极之间。
上述所说的电压跟随单元(见图2)是由放大器AMP和电压检测管M4组成;其中所说的放大器AMP的负向输入端连接电流镜像单元中镜像检测管M3的漏极、电流源I1的输出端和电压检测管M4的源极,其正向输入端连接控制开关单元中开关切换管M1的漏极和开关切换管M2的漏极,其输出端连接电压检测管M4的栅极;所说的电压检测管M4的源极连接放大器AMP的负向输入端、镜像检测管M3的漏极和电流源I1的输出端,漏极则与电流-电压转换单元的输入端连接。
上述所说的电流-电压转换单元(见图2)是由电阻R1组成,其一端连接电压跟随单元中电压检测管M4的漏极和比较器单元的输入端,另一端接地;所说的比较器单元由比较器COMP构成,它的负向输入端与电压跟随单元中电压检测管M4的漏极和电流-电压转换单元中电阻R1的非接地端,正向输入端与基准电压VREF端子连接,其输出端输出电流检测信号。
上述所说的开关切换管M1、开关切换管M2、镜像检测管M3和电压检测管M4是绝缘栅双极晶体管(见图2)。
下面将参照附图对本实用新型做进一步详细说明。
如图1-a,图1-b所示,“LX”是需要检测的输出功率管漏端电压,“DRVP”是输出功率管的驱动信号。M3用来镜像输出功率管电流;DRVP控制开关,在正常动作时使M3漏端电压跟随LX,在功率管截止时跟随VDD;AMP通过驱动M4来实现上述跟随功能;在输出功率管截止时,M3也截止,通过I1提供一条小电流来使跟随电路正常动作;M3管镜像获得的电流流过R,转换成检测电压VR,VR直接与VREF通过COMP比较获得最终的检测信号“OUT”。
图3是实现上述功能的仿真结果曲线,由图可以看出,在1MHz的动作频率时,VX能快速精准地跟随LX,在功率管截止(即DRVP=”H”)时,VX上升到VDD,下个周期开始动作时能快速跟随LX。
Claims (6)
1.一种高速电流检测电路,包括输出功率管的驱动信号DRVP端子、输出功率管漏端电压LX端子、电源电压VDD端子、基准电压VREF端子和电流检测输出OUT端子,其特征在于它是由控制开关单元、电流镜像单元、电压跟随单元、电流-电压转换单元和比较器单元组成;其中,所说的控制开关单元的输入端分别连接输出功率管的驱动信号DRVP端子、输出功率管漏端电压LX端子和电源电压VDD端子,其输出端连接电流镜像单元的输入端和电压跟随单元的输入端;所说的电流镜像单元的输入端连接电源电压VDD端子,其输出端连接电压跟随单元的输入端;所说的电压跟随单元的输出端连接电流-电压转换单元的输入端和比较器单元的输入端;所说的电流-电压转换单元的输出端接地;所说的比较器单元的输入端连接基准电压VREF端子,其输出端输出电流检测信号。
2.根据权利要求1中所述一种高速电流检测电路,其特征在于所说的控制开关单元是由反相器INV、开关切换管M1和开关切换管M2组成;其中所说的反相器INV的输入端连接输出功率管的驱动信号DRVP端子,其输出端连接开关切换管M2的栅极;所说的开关切换管M1的栅极连接输出功率管的驱动信号DRVP端子和电流镜像单元的输入端,源极连接输出功率管漏端电压LX端子,其漏极与开关切换管M2的漏极连接,并共同连接电压跟随单元的输入端;所说的开关切换管M2的源极连接电源电压VDD端子。
3.根据权利要求1中所述一种高速电流检测电路,其特征在于所说的电流镜像单元是由镜像检测管M3和电流源I1组成,其中所说的镜像检测管M3的栅极连接输出功率管的驱动信号DRVP端子和开关切换管M1的栅极;其源极连接电源电压VDD端子,漏极则连接电压跟随单元的输入端;所说的电流源I1串接在镜像检测管M3的源极与漏极之间。
4.根据权利要求1中所述一种高速电流检测电路,其特征在于所说的电压跟随单元是由放大器AMP和电压检测管M4组成;其中所说的放大器AMP的负向输入端连接电流镜像单元中镜像检测管M3的漏极、电流源I1的输出端和电压检测管M4的源极,其正向输入端连接控制开关单元中开关切换管M1的漏极和开关切换管M2的漏极,其输出端连接电压检测管M4的栅极;所说的电压检测管M4的源极连接放大器AMP的负向输入端、镜像检测管M3的漏极和电流源I1的输出端,漏极则与电流-电压转换单元的输入端连接。
5.根据权利要求1中所述一种高速电流检测电路,其特征在于所说的电流-电压转换单元是由电阻R1组成,其一端连接电压跟随单元中电压检测管M4的漏极和比较器单元的输入端,另一端接地;所说的比较器单元由比较器COMP构成,它的负向输入端与电压跟随单元中电压检测管M4的漏极和电流-电压转换单元中电阻R1的非接地端,正向输入端与基准电压VREF端子连接,其输出端输出电流检测信号。
6.根据权利要求1中所述一种高速电流检测电路,其特征在于所说的开关切换管M1、开关切换管M2、镜像检测管M3和电压检测管M4是绝缘栅双极晶体管。
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