CN207281157U - 一种开关电源电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及一种开关电源电流检测电路，所述检测电路包括：检测电阻；比较放大单元，所述比较放大单元的反相输入端接检测电阻的第一端，同相输入端接检测电阻的第二端，输出端连接开关管的第一端；开关管，所述开关管的第二端连接比较放大单元的反相输入端，第三端连接控制单元和电流阵列提供单元；电流阵列提供单元，所述电流阵列提供单元与控制单元连接；控制单元，用于检测开关管第三端的电压，以及控制电流阵列提供单元的输出电流；反馈单元，所述反馈单元连接开关管的第三端。本实用新型实施例的电流检测电路不受制造工艺的影响，通过模拟校准的方法，消除了非理想因素在比较放大单元输入端引起的电压，使检测电路近似工作在理想状态，检测精度高。

Description

一种开关电源电流检测电路

技术领域

本实用新型实施例涉及开关电源技术领域，特别是涉及一种开关电源电流检测电路。

背景技术

在开关电源设计中，电流检测电路的设计至关重要，为了能够保证开关电源输出稳定电压及进行过载保护，通常通过电流检测电路采集电流之后反馈到开关电源控制电路中进而实现电路的闭环控制。

目前采用MOSFET作为电流检测手段已得到越来越广泛的应用，MOSFET作为多子器件，在其导通时具有电阻特性，检测功率管压降法就是通过检测MOSFET导通电阻上的电压，达到检测电流的目的。

检测功率管压降法的电路实现如图1所示，在功率管两端并联一个电流放大器，当检测到放大器发生翻转时，则得到功率管两端电压。当已知功率管在线性区的等效电阻时，通过检测功率管的漏源电压VDS从而得到功率管上的电流。

当功率管工作在线性区时，其漏源电压很小，等效电阻的计算公式可近似用公式(1)表示。

其中μ为沟道电子的迁移率，COX为单位面积栅电容，VT为功率管的阈值电压，VGS为栅源电压，W、L分别为沟道的宽度和长度。

由上式可知，RDS受μ、C_OX、V_T的影响较大，即MOSFET的导通电阻受到制造工艺的影响大，而目前功率管的制造工艺还无法避免上述参数的偏差，因此采用此种方法的电流检测电路检测精度低。

发明内容

本实用新型实施例主要解决的技术问题是提供一种检测精度高的开关电源电流检测电路。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的一个技术方案是：提供了一种开关电源电流检测电路，所述检测电路包括：

检测电阻，所述检测电阻的第一端连接电压提供单元，第二端通过储能单元连接开关电源电路；

比较放大单元，所述比较放大单元的反相输入端接检测电阻的第一端，同相输入端接检测电阻的第二端，输出端连接开关管的第一端，用于根据同相输入电压和反相输入电压输出高电平或者低电平；

开关管，所述开关管的第二端连接比较放大单元的反相输入端，所述开关管的第三端连接控制单元和电流阵列提供单元；

电流阵列提供单元，所述电流阵列提供单元与控制单元连接，用于根据控制单元的控制输出电流；

控制单元，用于检测开关管第三端的电压，以及在开关电源电路关闭时控制电流阵列提供单元输出电流以消除开关管第三端电压；

反馈单元，所述反馈单元连接开关管的第三端，构成比较放大单元的负反馈。

可选的，所述检测电路还包括第一阻抗和第二阻抗，所述第一阻抗连接在所述检测电阻的第一端和比较放大单元的反相输入端之间，所述第二阻抗连接在所述检测电阻的第二端和比较放大单元的同相输入端之间。

可选的，所述检测电路还包括用于提供恒定电流的电流提供单元，所述电流提供单元的一端连接比较放大单元的同相输入端，另一端接地。

可选的，所述控制单元包括采样检测电路和微控制器，所述采样检测电路的一端连接开关管的第三端，用于检测开关管第三端的电压，所述采样检测电路的另一端连接微控制器，所述微控制器的另一端连接电流阵列提供单元。

可选的，所述开关管为金属-氧化物半导体场效应晶体管，所述开关管的第一端为场效应晶体管的基极，所述开关管的第二端为场效应晶体管的源极，所述开关管的第三端为场效应晶体管的漏极。

可选的，所述比较放大单元为运算放大器，

可选的，所述电压提供单元包括电压源，所述电压源的一端连接检测电阻，另一端接地。

可选的，所述电流提供单元包括电流源，所述电流阵列提供单元为电流源阵列单元。

可选的，所述储能单元包括电感，所述反馈单元包括反馈电阻，所述反馈电阻的一端连接开关管的第三端，另一端接地。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种电源，所述电源包括开关电源电路和上述的检测电路。

第三方面，本实用新型实施例提供了一种电源适配器，所述电源适配器包括开关电源电路和上述的检测电路。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型实施例的电流检测电路不受制造工艺的影响，通过模拟校准的方法，在开关电源电路关闭时，通过控制单元调整电流阵列提供单元输出的电流以消除开关管第三端电压，使得开关管第三端电压为0，以此消除了非理想因素在比较放大单元输入端引起的电压，使检测电路近似工作在理想状态，检测精度高。

附图说明

图1是现有技术中开关电源电流检测电路的结构示意图；

图2是本实用新型开关电源电流检测电路的一个实施例的结构示意图；

图3是本实用新型开关电源电流检测电路的一个实施例的结构示意图；

图4是本实用新型开关电源电流检测电路的一个实施例的结构示意图；

图5是本实用新型开关电源电流检测电路的一个实施例的结构示意 图；

图6是本实用新型开关电源电流检测电路的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，电流作为其重要参数，能够保证其变换电压稳定输出或快速调节，尤其关系到过载保护，因而常常要设置电流反馈回路，通过电流检测电路采集电流信息而后反馈到开关电源控制电路而实现了电路的闭环控制，所以电流检测的准确性对开关电源性能有着重要的影响。开关电源电路的充电回路一般由电感、检测电阻、充电开关串联而成，可以通过检测检测电阻两端的电压来检测流过检测电阻的电流即充电回路的电流，继而获得开关电源检测电流。

如图2所示，本实用新型实施例提供了一种开关电源电流检测电路，可以通过检测A点电压来计算检测电阻100两端电压，进而得到流过检测电阻100的电流的大小。由于比较放大单元、开关管等的非理想因素，电压的检测存在较大误差。如果将这些非理想因素等效为检测电路输入端的offset(失调误差)，而如何消除这些offset成为高精度检测电压的关键点。

对于一个理想的检测电路而言，当流过检测电阻的电流为0时，C、D两端电压相等，流过A点的电流也为0，输出A端电压也为0。而由于非理想因素，A端的电压并不为零，因此在实际检测中，如果能去除offset在A端引起的电压，即可抵消offset的影响。

如图2所示，所述检测电路包括：

检测电阻100，检测电阻100的第一端连接电压提供单元200，第二端通过储能单元300外接开关电源电路400；

比较放大单元500，比较放大单元500的反相输入端接检测电阻100的第一端，同相输入端接检测电阻100的第二端，输出端连接开关管600的第一端，用于根据同相输入电压和反相输入电压输出高电平或者低电平；

开关管600，开关管600的第二端连接比较放大单元500的反相输入端，所述开关管600的第三端连接控制单元800和电流阵列提供单元700；

电流阵列提供单元700，电流阵列提供单元700与控制单元800连接，用于根据控制单元800的控制输出电流；

反馈单元900，反馈单元900连接开关管600的第三端，构成比较放大单元500的负反馈；

控制单元800，用于检测开关管600第三端的电压，以及在开关电源电路400关闭时控制电流阵列提供单元700输出的电流以消除等效到放大单元的输入失调误差电压即开关管600第三端的电压，使得开关管第三端的电压为0；

需要说明的是，本实用新型实施例用于检测开关电源检测电流的大小，开关电源电路400和储能单元300作为外接的电路不包含在本实用新型的开关电源电流检测电路内。

本实用新型实施例的电流检测电路不受制造工艺的影响，通过模拟校准的方法，在开关电源电路关闭时，通过控制单元调整电流阵列提供单元输出的电流以使开关管第三端电压为0，即消除offset在A端引起的电压，以此消除了非理想因素在比较放大单元输入端引起的电压，使检测电路近似工作在理想状态，检测精度高。

其中，可选的，所述开关管可以为金属-氧化物半导体场效应晶体管(即MOS管)，所述开关管的第一端为场效应晶体管的基极，所述开关管的第二端为场效应晶体管的源极，所述开关管的第三端为场效应晶体管的漏极。所述开关管还可以为双极型晶体管(即三极管)，图2以 开关管为场效应晶体管为例进行说明。

当所述开关管为双极型晶体管时，所述开关管的第一端为双极型晶体管的基极，所述开关管的第二端为双极型晶体管的发射极，所述开关管的第三端为双极型晶体管的集电极。

可选的，在所述检测电路的其他实施例中，所述检测电路还包括第一阻抗和第二阻抗，所述第一阻抗连接在所述检测电阻的第一端和比较放大单元的反相输入端之间，所述第二阻抗连接在所述检测电阻的第二端和比较放大单元的同相输入端之间。如图3所示，所述第一阻抗可以为电阻R1，所述第二阻抗可以为电阻R2。

在检测电阻和运算放大器之间连接电阻R1和电阻R2，可以避免在工作中通过检测电阻的电流存在较大的尖峰信号，影响电路的采样精度。

可选的，如图4所示，在所述检测电路的其他实施例中，所述检测电路还包括用于提供恒定电流的电流提供单元1000，所述电流提供单元1000的一端连接比较放大单元的同相输入端，另一端接地。

电流提供单元的作用是在C端提供一个小于D端的较大压差(此压差要能够完全覆盖offset大小)，使得等效到输入端的offset无论正负都能被消除掉。

可选的，如图5所示，所述比较放大单元500可以为运算放大器。可选的，所述电压提供单元可以包括电压源DC，所述电压源DC的一端连接检测电阻R3，另一端接地。所述储能单元为电感L1，所述反馈单元包括反馈电阻R4，所述反馈电阻R4的一端连接开关管的第三端，另一端接地。所述电流提供单元包括电流源DC1，所述电流阵列提供单元700为电流源阵列单元。

可选的，如图6所示，在所述检测电路的其他实施例中，所述控制单元包括采样检测电路701和微控制器702，所述采样检测电路701的一端连接开关管600的第三端，用于检测开关管600第三端的电压，所述采样检测电路701的另一端连接微控制器702，所述微控制器702的另一端连接电流源阵列单元700。

对于理想电路而言，当流过R3电流为0时，C、D两端电压相等，流过R1的电流也为0，通过MOS管流到反馈电阻R4两端的电流也为0，输出A端电压为0。而由于运放、MOS管的非理想因素以及电阻间的不匹配，当流过R3电流为0时，A端的电压并不为零。因此，当存在offset电压使输出A点电压不为0时，可以通过采样检测电路检测A点电压并通过微控制器控制电流源单元阵列进行调整，使A点电压为0，抵消offset的影响。

实际应用时，可以通过微控制器控制电流源阵列单元输出的电流，使其输出的电流与流过R1的电流相等，这样流到电阻R4上的电流为0，因而A点电压为0与R4阻值的乘积也为0。

假设各器件均为理想型的，接上电压源DC和电流源DC1，设电压源DC输出电压为a，电流源DC1输出电流为i，R1电阻与R2电阻阻值相等均为r。关闭开关电源，使得电阻R3两端电压即输入电压为0，则R3上流过电流为0，则C端的电压为a-i*r，根据运算放大器的虚短特性，D端的电压也为a-i*r。

假设存在一个输入等效offset为ΔV，输入等效offsetΔV有可能为正也有可能为负，当ΔV为正时，D端的电压为a-i*r+ΔV。此时D端电压大于C端电压，即运算放大器的同相输入端电压小于反向输入端电压，运算放大器输出端为低电压。由于MOSFET管的特性，此时A端为较高电压。

因此，要使A端电压为0，必须增大B点电压值，需要运算放大器的反向输入端小于同相输入端，即需要减小D端电压。可以通过增大流过R1的电流值即增大R1上的压降的方式来减小D端电压，可以通过增加电流源阵列增大流过R1的电流。因为C端电压为a-b*r，则为使D端电压小于C端电压，必然要使得D端R1上的压降为b*r+ΔV，因此需调整电流源阵列电流I＝(b*r+ΔV)/r。即通过检测A端电压调整电流源阵列电流I＝(b*r+ΔV)/r，使得输出A为0。

当ΔV﹤0时，D端R1上的压降为b*r-ΔV，需要调整电流源阵列电流I＝(b*r-ΔV)/r。电流源DC的作用是在C端提供一个小于D端的较 大压差(此压差要能够完全覆盖offset大小，即b*r﹥ΔV的最大值)，使得等效到输入端的offset(ΔV)无论正负都能被消除掉。

本发明实施例还提供了一种电源，所述电源包括开关电源电路和上述的检测电路，例如上述图2-图6所示的开关电源电流检测电路。本申请实施例的电源以多种形式存在，包括但不限于各种移动电源以及DC-DC开关电源。

本发明实施例还提供了一种电源适配器，所述电源适配器包括开关电源电路和上述的检测电路，例如上述图2-图6所示的开关电源电流检测电路。本申请实施例的电源适配器以多种形式存在，包括但不限于各种电子产品的电源适配器，例如手机、电脑等电器的充电电源。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种开关电源电流检测电路，其特征在于，包括：

检测电阻，所述检测电阻的第一端连接电压提供单元，第二端通过储能单元连接开关电源电路；

比较放大单元，所述比较放大单元的反相输入端接检测电阻的第一端，同相输入端接检测电阻的第二端，输出端连接开关管的第一端，用于根据同相输入电压和反相输入电压输出高电平或者低电平；

开关管，所述开关管的第二端连接比较放大单元的反相输入端，所述开关管的第三端连接控制单元和电流阵列提供单元；

电流阵列提供单元，所述电流阵列提供单元与控制单元连接，用于根据控制单元的控制输出电流；

控制单元，用于检测开关管第三端的电压，以及在开关电源电路关闭时控制电流阵列提供单元输出电流以消除开关管第三端电压；

反馈单元，所述反馈单元连接开关管的第三端，构成比较放大单元的负反馈。

2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括第一阻抗和第二阻抗，所述第一阻抗连接在所述检测电阻的第一端和比较放大单元的反相输入端之间，所述第二阻抗连接在所述检测电阻的第二端和比较放大单元的同相输入端之间。

3.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括用于提供恒定电流的电流提供单元，所述电流提供单元的一端连接比较放大单元的同相输入端，另一端接地。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的检测电路，其特征在于，所述控制单元包括采样检测电路和微控制器，所述采样检测电路的一端连接开关管的第三端，用于检测开关管第三端的电压，所述采样检测电路的另一端连接微控制器，所述微控制器的另一端连接电流阵列提供单元。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的检测电路，其特征在于，所述开关管为金属-氧化物半导体场效应晶体管，所述开关管的第一端为场 效应晶体管的基极，所述开关管的第二端为场效应晶体管的源极，所述开关管的第三端为场效应晶体管的漏极。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的检测电路，其特征在于，所述比较放大单元为运算放大器。

7.根据权利要求1-3任意一项所述的检测电路，其特征在于，所述电压提供单元包括电压源，所述电压源的一端连接检测电阻，另一端接地。

8.根据权利要求3所述的检测电路，其特征在于，所述电流提供单元包括电流源，所述电流阵列提供单元为电流源阵列单元。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的检测电路，其特征在于，

所述储能单元包括电感，所述反馈单元包括反馈电阻，所述反馈电阻的一端连接开关管的第三端，另一端接地。

10.一种电源，其特征在于，所述电源包括开关电源电路和权利要求1-9所述的检测电路。

11.一种电源适配器，其特征在于，所述电源适配器包括开关电源电路和权利要求1-9所述的检测电路。