CN207051377U - 高边电流采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高边电流采样电路，其包括采样电阻R_sample、电流比例转换电阻R_ratio、三极管Q1、三极管Q2、偏置电路模块和采样电流输出模块；所述三极管Q1的集电极连接于偏置电路模块；所述三极管Q2的集电极连接于采样电流输出模块。本实用新型通过镜像电流源机理，将支路中的电流信号按照设计的比例转化为电压信号，输出给后一级电路进行应用和处理。相比于现有的集成芯片(如运放)电流采样方案，本实用新型完全采用分立电子元器件，实现了电流采样、比例转换与采样信号输出的功能，不受运放共模输入电压等条件的制约，电路适应性强，配置灵活，成本低，能够满足对电流精度要求不高的用于负载保护和诊断的电流采样需要。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发动机控制器对负载的驱动电流采样的装置，尤其涉及一种高边电流采样电路。
背景技术
在电子电路特别是模拟电路中，广泛的使用一种单元电路——镜像电流源，它为放大电路提供稳定的偏置电流，或作放大电路的有源负载。
众所周知，BJT的输出特性具有恒流的特点，采用适当的辅助电路可以使其恒流特性更接近于理想情况。镜像电流源如图1所示，设T1、T2的参数完全相同，由于两管基极与发射极相连接，所以具有相同的基极电圧VB与基-射极电压VBE1＝VBE2，可以得出IB1＝IB2、IE1＝IE2、IC1＝IC2，当BJT的β较大时，基极电流IB＝IB1+IB2＜＜IC1可以忽略不计，所以IREF≈IC1＝IC2，电阻RC中的电流IC2作为电阻R中电流IREF的镜像，所以称图1为镜像电流源。
随着汽车控制器的不断发展与相关法规的不断升级，发动机控制器对其控制的执行器的诊断与保护功能成为必要的设计需求，相对来说对于低边驱动是很好实现的，只要选取合适的运算放大器即可，但是对于高边驱动部分就存在种种问题的制约。
世界领先厂家的最新产品对于此需求的实现是：使用各个厂家最新研制的专用集成芯片(ASIC)，ASIC是半导体厂商根据厂家的特定需求，量身定做的专用芯片，功能强大，但是一般不公开销售，无法获取并直接使用，并且研制ASIC的费用非常巨大，一般都是数千万的投入；选用市场现有的智能集成驱动或者预驱动，往往又受到器件本身特性的种种限制，如：过流保护电流的设置门限；是否具有诊断信息反馈功能等。
因此，往往很难找到能够满足需求的IC方案。即使找到合适的解决方案，在成本等方面的压力也让人无法接受；而如果使用运算放大器实现该功能，则要求选择的运算放大器具有较高的共模输入电压耐受能力，此种运放的价格一般极其昂贵，在整个控制器的成本占比往往无法接受。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种高边电流采样电路，其基于基于镜像电流源机理，有效的将采样电流转化为系统可以使用的电压信号，用于诊断、保护等各种功能。
本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：一种高边电流采样电路，其包括采样电阻R_sample、电流比例转换电阻R_ratio、三极管Q1、三极管Q2、偏置电路模块和采样电流输出模块；
电源VBAT与所述采样电阻R_sample的一端连接，所述采样电阻R_sample的另一端与负载连接；
电源VBAT与电流比例转换电阻R_ratio的一端连接；
所述采样电阻R_sample的另一端连接于三极管Q1的发射极，所述电流比例转换电阻R_ratio的另一端连接于三极管Q2的发射极；所述三极管Q1的基极连接于三极管Q2的基极，并一起连接于所述三极管Q1的集电极；
所述三极管Q1的集电极连接于偏置电路模块；
所述三极管Q2的集电极连接于采样电流输出模块。
可选的，所述偏置电路模块包括三极管Q3、基极偏置电阻R1和发射极偏置电阻R2，所述三极管Q1的集电极连接于所述三极管Q3的集电极，所述三极管Q3的发射极通过发射极偏置电阻R2接地，所述三极管Q3的基极通过基极偏置电阻R1连接于VCC电源。
可选的，所述采样电流输出模块包括电流-电压转换电阻R3与滤波电容C1，所述三极管Q2的集电极分别通过电流-电压转换电阻R3和滤波电容C1接地。
本实用新型具有如下有益效果：本实用新型通过镜像电流源机理，将支路中的电流信号按照设计的比例转化为电压信号，输出给后一级电路进行应用和处理。相比于现有的集成芯片(如运放)电流采样方案，本实用新型完全采用分立电子元器件，实现了电流采样、比例转换与采样信号输出的功能，不受运放共模输入电压等条件的制约，电路适应性强，配置灵活，成本低，能够满足对电流精度要求不高的用于负载保护和诊断的电流采样需要。
附图说明
图1为镜像电流源电路原理示意图；
图2为本实用新型的高边电流采样电路的结构示意图；
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种高边电流采样电路，其包括采样电阻R_sample、电流比例转换电阻R_ratio、三极管Q1、三极管Q2、偏置电路模块和采样电流输出模块。
电源VBAT与所述采样电阻R_sample的一端连接，所述采样电阻R_sample的另一端与负载连接，此时负载中流过的电流为I_load，采样电阻R_sample中流过的电流为I_sample，电源VBAT还与电流比例转换电阻R_ratio的一端连接，所述电流比例转换电阻R_ratio中流过的电流为I_ratio。
所述三极管Q1和三极管Q2的型号相同，所述采样电阻R_sample的另一端连接于三极管Q1的发射极，所述电流比例转换电阻R_ratio的另一端连接于三极管Q2的发射极，所述三极管Q1的基极连接于三极管Q2的基极，并一起连接于所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的集电极连接于偏置电路模块，以通过所述偏置电路提供合理的偏置电压。
所述三极管Q2的集电极连接于采样电流输出模块，以将流经比例转换电阻R_ratio的电流经采样后输出。
本实施例中，所述偏置电路模块包括三极管Q3、基极偏置电阻R1和发射极偏置电阻R2，所述三极管Q1的集电极连接于所述三极管Q3的集电极，所述三极管Q3的发射极通过发射极偏置电阻R2接地，所述三极管Q3的基极通过基极偏置电阻R1连接于VCC电源，其中，所述三极管可以为NPN型三极管，并且通过基极偏置电阻R1与发射极偏置电阻R2的选取，使三极管Q3工作在放大区，Q3的集电极电流I_C3为三极管Q1的基极与三极管Q2的基极和集电极电流提供偏置电流，使三极管Q1和三极管Q2工作在放大区。
所述采样电流输出模块包括电流-电压转换电阻R3与滤波电容C1，所述三极管Q2的集电极通过电流-电压转换电阻R3接地，并且也通过滤波电容C1接地。
本实用新型的高边电流采样电路，通过偏置电路模块控制三极管Q1与三极管Q2工作在放大区，由于三极管Q1与三极管Q2的基极相连接，所以基极电压相同都为VB，由于三极管Q1与三极管Q2参数完全相同，所以基极-射极电压相同都为VBE，所以三极管Q1与三极管Q2的2脚的电压相等，即采样电阻R_sample与电流比例转换电阻R_ratio的两端电压相同，根据公式U＝IR可得I_ratio/I_sample＝R_sample/R_ratio。
由于三级管的放大倍数β很大(一般为几百)，所以基极电流IB相对于集电极电流IC可以忽略不计，所以I_ratio≈I_C2。
电流I_sample是负载中的电流I_load与电流I_c1的总和，在实际应用中负载中的驱动电流为几十安，电流I_c1被设计在几至几十毫安的范围内，所以可以忽略I_c1，得到I_sample≈I_load，即负载电流就是采用电阻中的电流I_sample。
通过上述原理建立起了I_sample与I_C2之间的转换关系。
电流I_C2通过电流-电压转换电阻R3的作用，得到适合后续电路处理的电压V_out，通过滤波电容C1滤除干扰信号后，送给后一级的电路进行处理。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种高边电流采样电路，其特征在于，包括采样电阻R_sample、电流比例转换电阻R_ratio、三极管Q1、三极管Q2、偏置电路模块和采样电流输出模块；
电源VBAT与所述采样电阻R_sample的一端连接，所述采样电阻R_sample的另一端与负载连接；
电源VBAT与电流比例转换电阻R_ratio的一端连接；
所述采样电阻R_sample的另一端连接于三极管Q1的发射极，所述电流比例转换电阻R_ratio的另一端连接于三极管Q2的发射极；所述三极管Q1的基极连接于三极管Q2的基极，并一起连接于所述三极管Q1的集电极；
所述三极管Q1的集电极连接于偏置电路模块；
所述三极管Q2的集电极连接于采样电流输出模块。
2.根据权利要求1所述的高边电流采样电路，其特征在于，所述偏置电路模块包括三极管Q3、基极偏置电阻R1和发射极偏置电阻R2，所述三极管Q1的集电极连接于所述三极管Q3的集电极，所述三极管Q3的发射极通过发射极偏置电阻R2接地，所述三极管Q3的基极通过基极偏置电阻R1连接于VCC电源。
3.根据权利要求2所述的高边电流采样电路，其特征在于，所述采样电流输出模块包括电流-电压转换电阻R3与滤波电容C1，所述三极管Q2的集电极分别通过电流-电压转换电阻R3和滤波电容C1接地。
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