CN205484540U - 一种带自恢复功能的电流检测模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带自恢复功能的电流检测模块，电流检测模块包括误差放大器，所述误差放大器的负输入端与基准电压连接，所述误差放大器的正输入端与负载检测输入端连接，所述误差放大器的输出端与逻辑生成器的一个输入端连接，逻辑生成器的另一输入端与周期信号生成单元连接，所述逻辑生成器的输出端与负载检测输出端连接，当负载检测输入端的信号小于基准电压时，负载检测输出端输出周期信号；当负载检测输入端的信号大于基准电压时，负载检测输出端输出恒高。本实用新型可以有效检测负载接入状态，在负载移除时发出信号通知系统其他部分暂停工作，在负载接入时发出信号通知系统其他部分恢复工作。

Description

一种带自恢复功能的电流检测模块

技术领域

本实用新型属于电子电路和集成电路领域，具体涉及一种带自恢复功能的电流检测模块。

背景技术

移动电源等电子产品常常需要负载电流检测功能，以便确认是否有正确的负载（注：指待充电的设备）接入。例如，在未接入充电设备时，移动电源要将尽可能多的电路暂停工作以便最大程度降低系统的空载功耗；而当接入充电设备时，又能自动检测到负载，并唤醒全部暂停的电路，给设备充电。

目前常用的设备接入检测方法是电容法，即视移动电源的充电输出端为一个电容（记为C1），一旦有设备接入，则等效于并入另一个电容（记为C2），原先在C1上存储的电荷Q=C1*V，在接入设备后，总电荷不变，Q’=Q＝（C1+C2)*V’，所以充电输出端的电压会变为V’，通过检测V值的变化，可以判断是否有负载接入。设备撤除的检测方法则比较容易，只需要检测充电回路是否存在电流。

用电容法检测设备接入存在一个问题，那就是如果设备先接入，然后系统再加电，这就没法检测出来了。一种可能的情形是：负载一直插在充电端口上，当负载充满电后，系统认为负载已经移除（因为这时候负载不再充电，其电流为0），而随着负载经过一段时间的工作，其能量被用掉时，移动电源就无法自动对负载再充电。虽然说这种情况出现的几率很小，而且只要在不掉电的情况下拔出设备重新插入即可恢复工作，但切实也会给用户造成困惑。所以，研究更可靠的方法具有实际意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种带自恢复功能的电流检测模块， 可以解决上述电容检测法的弊端，可以有效检测负载的接入状态。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种带自恢复功能的电流检测模块，包括负载检测输入端和负载检测输出端，其特征在于电流检测模块包括误差放大器，所述误差放大器的负输入端与基准电压连接，所述误差放大器的正输入端与负载检测输入端连接，所述误差放大器的输出端与逻辑生成器的一个输入端连接，逻辑生成器的另一输入端与周期信号生成单元连接，所述逻辑生成器的输出端与负载检测输出端连接，当负载检测输入端的信号小于基准电压时，负载检测输出端输出周期信号；当负载检测输入端的信号大于基准电压时，负载检测输出端输出恒高。

根据本实用新型的优选实施例，所述周期信号生成单元包括振荡器，所述振荡器与时钟分频器连接，所述时钟分频器包括串联连接的N个D型触发器，所述振荡器由第一场效应管、第二场效应管、第一电阻和第一电容组成。N为正整数。

根据本实用新型的优选实施例，所述逻辑生成器为或门。

根据本实用新型的优选实施例，所述带自恢复功能的电流检测模块的负载检测输出端与升压模块连接，所述负载检测输入端通过一采样电阻RCS接地，所述升压模块与负载检测输入端之间连接负载，负载检测输入端采样负载信号，电流检测模块给升压模块提供使能信号，负载信号小于设定值，电流检测模块提供给升压模块的使能信号为周期信号，负载信号大于设定值，电流检测模块提供给升压模块的使能信号为恒高，升压模块在使能信号为高时启动工作，给负载端提供电压，使能信号为低时，升压模块停止工作。

本实用新型实时检测负载端的工作电流，一旦此电流小于某个阈值，则判断为负载被移除（当负载充满电后，即使负载未真正移除，也会被视为移除），因而发出信号停止系统中大部分电路的工作以降低空载功耗；一旦负载接入时，又能自动恢复系统的工作，给负载正常充电。

本实用新型的原理非常简单，通过一路高增益比较器对流经采样电阻两端的电压进行比较，当电阻电压低于某个阈值时，表明负载被移除，即发出信号通知系统其他部分暂停工作，然后自身以固定频率向负载接入端口发出占空比很小的恢复脉冲，一旦采样电阻上的压降达到某个阈值，即表示负载已被接入，即发出信号通知系统其他部分恢复工作。因此，本实用新型可以解决上述电容检测法的弊端，可以有效检测负载接入状态，在负载移除时发出信号通知系统其他部分暂停工作，在负载接入时发出信号通知系统其他部分恢复工作。

本电路的其他的优点还包括了：

1. 可采用常规CMOS工艺实现，便于与其他功能电路相结合；

2. 阈值可以调节，使方案适用性更广泛；

3. 稳定性高，应用电路简洁。

附图说明

图1示出了本实用新型的内部框图。

图2示出了本实用新型中逻辑生成器恢复逻辑的一个实现实例。

图3示出了采用本实用新型实现的移动电源方案。

具体实施方式

下面详细结合附图1描述本实用新型的工作原理。

如图1所示，一种带自恢复功能的电流检测模块，包括负载检测输入端和负载检测输出端，其特征在于电流检测模块包括误差放大器EA，所述误差放大器EA的负输入端与基准电压VREF连接，所述误差放大器EA的正输入端与负载检测输入端连接，所述误差放大器EA的输出端与逻辑生成器LOGIC_GEN&DRV的一个输入端连接，逻辑生成器的另一输入端与周期信号生成单元连接，所述逻辑生成器的输出端与负载检测输出端连接，当负载检测输入端的信号小于基准电压时，负载检测输出端输出周期信号；当负载检测输入端的信号大于基准电压时，负载检测输出端输出恒高。

如图2所示，根据本实用新型的优选实施例，所述周期信号生成单元包括振荡器，所述振荡器与时钟分频器连接，所述时钟分频器包括串联连接的N个D型触发器，所述振荡器包括第一场效应管Q1和第二场效应管Q2，第一场效应管Q1的源极接地，第一场效应管Q1的漏极接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端通过第一电容C1接地，第一场效应管Q1的漏极还和第二场效应管Q2的源极连接，第二场效应管Q2的漏极接正电源，第一电阻R1的另一端和第一场效应管Q1的栅极以及第二场效应管Q2的栅极连接，第一场效应管Q1的栅极以及第二场效应管Q2的栅极与所述串联连接的N个D型触发器中第一个D型触发器的时钟端CLK连接，所述串联连接的N个D型触发器中第2~N个D型触发器的输出端Qb分别与多输入与门的输入端连接。

误差放大器EA是一款高增益的比较器，其负极与参考电压源VREF相连，正极与待检测回路上的采样电阻上电位VCS相连，采样电阻下电位接地GND。如VCS>VREF，则比较器输出为高；如VCS<VREF，则比较器输出为低。

振荡器用于产生基准时钟信号，对其精度要求不高。基准时钟信号通过恢复形成逻辑RCVL产生恢复脉冲。附图2是一个RCVL产生的实例，其中Q1、Q2、R1、C1共同构成一个振荡器，通过调整R1、C1取值可将振荡器的频率设置为4MHz，D型触发器构成时钟分频器，经过U1、U2后，获得频率为1MHz的时钟信号，即周期为1uS，再经过7个D型触发器分频，分别产生周期为2us、4us、8us、16us、32us、64us和128us的时钟信号，将这些信号相与后，即可获得每128us产生一个0.5us高电平的周期信号；如果需要获得更小占空比的周期信号，只需要增加D型触发器的数量即可，比如用20个D型触发器即可获得每1s产生一个0.5us高电平的周期信号。该信号与比较器输出相加（逻辑生成器用一个或门即可实现），即可产生所需的控制信号K：当VCS>VREF时，K为恒高，系统正常工作；当VCS<VREF时，K为小占空比的周期信号，系统在K为高时尝试恢复工作，在K为低时暂停。

结合移动电源的应用电路图3进一步说明如何工作。

移动电源的系统电压一般为单节锂电池电压，即2.5～4.2V，其对外充电端口一般为USB端口，其输出电压也是USB端口标准的5V，因此移动电源系统需要一个升压模块（假设是真关断同步升压），从单节锂电池电压升至5V。

如图所示，所述带自恢复功能的电流检测模块的负载检测输出端与升压模块的输入端连接，所述升压模块与电池连接，所述负载检测输入端通过一采样电阻RCS接地，所述升压模块的输出端与负载检测输入端之间连接负载，负载检测输入端采样负载信号，电流检测模块给升压模块提供使能信号，负载信号小于设定值，电流检测模块提供给升压模块的使能信号为周期信号，负载信号大于设定值，电流检测模块提供给升压模块的使能信号为恒高，升压模块在使能信号为高时启动工作，给负载端提供电压，使能信号为低时，升压模块停止工作。

电流检测模块用于检测负载端对地的采样电阻RCS上的电压VCS，当VCS<50mV时，表明没有负载接入（包括负载没有在充电，以下同义），这时候电流检测模块提供给升压模块的使能信号K是一组小占空比的周期波形，升压模块在使能信号K为高时启动工作（启动时间一般在1ms以内，也就是使能信号K的高电平宽度取1ms即可），给负载端提供5V电压。如果此时负载接入（包括需要再次被充电，以下同义），则VCS必然>50mV，则使能信号K转为恒高（即恒为高电平），升压模块继续工作，同时唤醒系统中的其他模块（比如充电指示灯、电量显示，等等）；如果此时负载仍然未接入，则VCS仍然<50mV，使能信号K无变化；当使能信号K进入到低电平时，升压模块停止工作。假设升压模块空载工作时消耗的电流为1mA，停止工作时消耗的电流为1uA，则只需要取0.1％的占空比（如使能信号K高电平宽度为1ms，则周期为1s，即每1s检测一次负载，这个速度用户是可以接受的），即可将升压模块的平均空载电流控制在2uA的水平。若将电流检测模块自身的工作电流控制在3uA以下，因为系统其他部分都是不工作的，所以整个系统的空载电流将不超过5uA。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型具体实施只局限于上述这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种带自恢复功能的电流检测模块，包括负载检测输入端和负载检测输出端，其特征在于电流检测模块包括误差放大器，所述误差放大器的负输入端与基准电压连接，所述误差放大器的正输入端与负载检测输入端连接，所述误差放大器的输出端与逻辑生成器的一个输入端连接，逻辑生成器的另一输入端与周期信号生成单元连接，所述逻辑生成器的输出端与负载检测输出端连接，当负载检测输入端的信号小于基准电压时，负载检测输出端输出周期信号；当负载检测输入端的信号大于基准电压时，负载检测输出端输出恒高。

2.如权利要求1所述的带自恢复功能的电流检测模块，其特征在于所述周期信号生成单元包括振荡器，所述振荡器与时钟分频器连接，所述时钟分频器包括串联连接的N个D型触发器，所述振荡器由第一场效应管、第二场效应管、第一电阻和第一电容组成，N为正整数。

3.如权利要求1所述的带自恢复功能的电流检测模块，其特征在于所述逻辑生成器为或门。

4.如权利要求1至3中任一项所述的带自恢复功能的电流检测模块，其特征在于，所述带自恢复功能的电流检测模块的负载检测输出端与升压模块的输入端连接，所述升压模块与电池连接，所述负载检测输入端通过一采样电阻接地，所述升压模块的输出端与负载检测输入端之间连接负载。