TW202303165A - 電流感測電路 - Google Patents

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郭國仁
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Abstract

本發明揭露一種電流感測電路，耦接感測電阻。電流感測電路包括濾波電路、放大器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第一電晶體及第二電晶體。濾波電路分別耦接感測電阻的兩端。放大器具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端。第二輸入端耦接濾波電路。第一電阻耦接於濾波電路與放大器的第一輸入端之間。第一電晶體的控制端耦接放大器的輸出端，其第一端耦接放大器的第一輸入端，其第二端透過第二電阻接地。第二電晶體的控制端耦接放大器的輸出端，其第一端耦接放大器的第二輸入端，其第二端透過第三電阻接地。

Description

電流感測電路
本發明係與電流感測有關，尤其是關於一種具有良好感測準確度的電流感測電路。
如圖1所示，傳統的電流感測電路1藉由量測感測電阻RSEN兩端的電壓V1與V2的差值(亦即輸入電壓差ΔV)並將其放大後得到輸出電壓VO且其放大倍率(亦即增益)為第二電阻R2與第一電阻R1的電阻值的比值，經計算後可得到流經感測電阻RSEN的電流值。
然而，當感測路徑上設置有包含濾波電容CF及濾波電阻RF的濾波電路時，將會導致放大倍率(亦即增益)改變，推導如下：
Figure 02_image001
(1)
Figure 02_image003
(2)
Figure 02_image005
(3)
假設I2=0，則V3=V4=V2
Figure 02_image007
(4)
Figure 02_image009
(5)
Figure 02_image011
(6)
根據公式(6)可知：由於放大倍率(增益)Gain會受到濾波電阻RF的電阻值的影響，因而導致傳統的電流感測電路1的感測準確度變差。此一問題尚需克服。
有鑑於此，本發明提出一種電流感測電路，以有效解決先前技術所遭遇到的所述問題。
依據本發明的一具體實施例為一種電流感測電路。於此實施例中，電流感測電路耦接感測電阻。電流感測電路包括濾波電路、放大器、第一電阻、第一電晶體及第二電晶體。濾波電路分別耦接感測電阻的兩端。放大器具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端。第二輸入端耦接濾波電路。第一電阻耦接於濾波電路與放大器的第一輸入端之間。第一電晶體的控制端耦接放大器的輸出端，其第一端耦接放大器的第一輸入端，其第二端透過第二電阻接地。第二電晶體的控制端耦接放大器的輸出端，其第一端耦接放大器的第二輸入端，其第二端透過第三電阻接地。
於一實施例中，第一電晶體與第二電晶體互相匹配。
於一實施例中，感測電阻的兩端之間具有輸入電壓差且第一電晶體的第二端具有輸出電壓，流經第一電晶體的第一電流與流經第二電晶體的第二電流的比值等於第三電阻與第二電阻的比值。
於一實施例中，濾波電路包括第一濾波電阻、第二濾波電阻及濾波電容，第一濾波電阻耦接於感測電阻的第一端與第一電阻之間，第二濾波電阻耦接於感測電阻的第二端與放大器的第二輸入端之間，濾波電容的第一端耦接至第一電阻與第一濾波電阻之間且其第二端耦接至第二濾波電阻與放大器的第二輸入端之間，第一電流與第二電流分別流經第一濾波電阻及第二濾波電阻。
於一實施例中，當第一電流與第二電流相等且第二電阻等於第三電阻時，則輸出電壓與輸入電壓差的比值等於第二電阻與第一電阻的比值。
於一實施例中，若第一電阻大於第一濾波電阻及第二濾波電阻的十倍以上，則輸出電壓與輸入電壓差的比值等於第二電阻與第一電阻的比值。
相較於先前技術，本發明的電流感測電路中新增補償路徑並藉由選擇感測路徑與補償路徑的電阻比例來控制流經感測路徑與補償路徑的電晶體的電流比例，藉以補償感測路徑上的誤差而降低感測路徑上的阻值造成的影響，使得放大倍率(增益)不再與濾波電阻的電阻值有關，故能有效維持電流感測電路的良好感測準確度。
關於本發明的優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
現在將詳細參考本發明的示範性實施例，並在圖式中說明所述示範性實施例的實例。在圖式及實施方式中所使用相同或類似標號的元件/構件是用來代表相同或類似部分。
依據本發明的一具體實施例為一種電流感測電路。於此實施例中，電流感測電路耦接感測電阻的兩端並用以感測出流經感測電阻的電流值。
請參照圖2，圖2繪示此實施例中的電流感測電路的示意圖。如圖2所示，電流感測電路2耦接感測電阻RSEN的兩端。電流感測電路2包括濾波電路20、放大器AMP、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一電晶體M1及第二電晶體M2C。第一電晶體M1與第二電晶體M2C互相匹配。
濾波電路20分別耦接感測電阻RSEN的兩端。濾波電路20透過第一電阻R1耦接至放大器AMP的第一輸入端+。濾波電路20耦接放大器AMP的第二輸入端-。
詳細而言，濾波電路20包括濾波電阻RF1~RF2及濾波電容CF。濾波電阻RF1的一端耦接感測電阻RSEN的第一端(具有電壓V1)且濾波電阻RF1的另一端耦接第一電阻R1。第一電阻R1耦接至放大器AMP的第一輸入端+(具有電壓V3)。濾波電阻RF2的一端耦接感測電阻RSEN的第二端(具有電壓V2)且濾波電阻RF2的另一端耦接放大器AMP的第二輸入端-(具有電壓V4)。濾波電容CF的一端耦接至濾波電阻RF1與第一電阻R1之間且濾波電容CF的另一端耦接至濾波電阻RF2與放大器AMP的第二輸入端-之間。第一電流I1流經濾波電阻RF1且第二電流I2流經濾波電阻RF2。
放大器AMP的第一輸入端+耦接第一電阻R1且第二輸入端-耦接濾波電路20。放大器AMP的輸出端耦接第一電晶體M1的控制端及第二電晶體M2C的控制端。第一電晶體M1的第一端耦接放大器AMP的第一輸入端+且其第二端透過第二電阻R2接地。第二電晶體M2C的第一端耦接放大器AMP的第二輸入端-且其第二端透過第三電阻R2C接地。
需說明的是，流經第一電晶體M1的第一電流I1與流經第二電晶體M2C的第二電流I2的比值等於第三電阻R2C與第二電阻R2的比值。感測電阻RSEN的兩端之間具有輸入電壓差ΔV(亦即第一端的電壓V1與第二端的電壓V2的差值)且第一電晶體M1的第二端具有輸出電壓VO，輸出電壓VO與輸入電壓差ΔV的比值稱為放大倍率(增益)Gain。
假設濾波電阻RF1及RF2的電阻值相等而均以RF表示，推導如下：
Figure 02_image013
(7)
Figure 02_image015
(8)
Figure 02_image017
(9)
Figure 02_image005
(10)
Figure 02_image019
(11)
當放大器AMP的第一輸入端+與第二輸入端-的電壓相等，亦即V3=V4，則
Figure 02_image021
(12)
假設第一電流I1與第二電流I2相等、第一電晶體M1與第二電晶體M2C相同且第二電阻R2與第三電阻R2C相同，則可得：
Figure 02_image023
(13)
Figure 02_image025
(14)
Figure 02_image027
(15)
根據公式(15)可明確得知：本發明的電流感測電路1的放大倍率(增益)Gain僅和第二電阻R2與第一電阻R1的電阻值的比值有關，而與感測路徑上的阻值無關，使得電流感測電路1的放大倍率(增益)不受濾波電阻RF1~RF2的電阻值的影響，故能有效維持電流感測電路1的良好感測準確度。
承上，為了降低第二電流I2，假設第一電流I1為第二電流I2的n倍，亦即I1=n*I2且R2=(1/n)R2C，則由公式(12)可得：
Figure 02_image029
Figure 02_image031
(16)
若第一電阻R1的電阻值大於濾波電阻RF的電阻值十倍以上時，則公式(16)可簡化為：
Figure 02_image023
(17)
由於公式(17)與公式(13)相同，代表電流感測電路1的放大倍率(增益)Gain僅和第二電阻R2與第一電阻R1的電阻值的比值有關，使得電流感測電路1的放大倍率(增益)Gain不受濾波電阻的電阻值的影響，故能有效維持電流感測電路1的良好感測準確度。
相較於先前技術，本發明的電流感測電路中還新增補償路徑並藉由選擇感測路徑與補償路徑的電阻比例來控制流經感測路徑與補償路徑的電晶體的電流比例，藉以補償感測路徑上的誤差而降低感測路徑上的阻值造成的影響，使得放大倍率(增益)不再與濾波電阻的電阻值有關，故能有效維持電流感測電路的良好感測準確度。
1:電流感測電路 2:電流感測電路 20:濾波電路 V1~V4:電壓 I1:第一電流 I2:第二電流 RSEN:感測電阻 RF:濾波電阻 RF1:濾波電阻 RF2:濾波電阻 CF:濾波電容 R1:第一電阻 R2:第二電阻 R2C:第三電阻 AMP:放大器 M1:第一電晶體 M2C:第二電晶體 VO:輸出電壓
本發明所附圖式說明如下： 圖1繪示傳統的電流感測電路的示意圖。 圖2繪示依據本發明的一實施例的電流感測電路的示意圖。
2:電流感測電路
20:濾波電路
V1~V4:電壓
I1:第一電流
I2:第二電流
RSEN:感測電阻
RF1:濾波電阻
RF2:濾波電阻
CF:濾波電容
R1:第一電阻
R2:第二電阻
R2C:第三電阻
AMP:放大器
M1:第一電晶體
M2C:第二電晶體
VO:輸出電壓

Claims (6)

  1. 一種電流感測電路，耦接一感測電阻，該電流感測電路包括： 一濾波電路，分別耦接該感測電阻的兩端； 一放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，該第二輸入端耦接該濾波電路； 一第一電阻，耦接於該濾波電路與該放大器的該第一輸入端之間； 一第一電晶體，其控制端耦接該放大器的該輸出端，其第一端耦接該放大器的該第一輸入端，其第二端透過一第二電阻接地；以及 一第二電晶體，其控制端耦接該放大器的該輸出端，其第一端耦接該放大器的該第二輸入端，其第二端透過一第三電阻接地。
  2. 如請求項1所述的電流感測電路，其中該第一電晶體與該第二電晶體互相匹配。
  3. 如請求項1所述的電流感測電路，其中該感測電阻的兩端之間具有一輸入電壓差且該第一電晶體的第二端具有一輸出電壓，其中流經該第一電晶體的一第一電流與流經該第二電晶體的一第二電流的一比值等於該第三電阻與該第二電阻的一比值。
  4. 如請求項3所述的電流感測電路，其中該濾波電路包括： 一第一濾波電阻，耦接於該感測電阻的第一端與該第一電阻之間； 一第二濾波電阻，耦接於該感測電阻的第二端與該放大器的該第二輸入端之間；以及 一濾波電容，其第一端耦接至該第一電阻與該第一濾波電阻之間且其第二端耦接至該第二濾波電阻與該放大器的該第二輸入端之間，該第一電流與該第二電流分別流經該第一濾波電阻及該第二濾波電阻。
  5. 如請求項3所述的電流感測電路，其中當該第一電流與該第二電流相等且該第二電阻等於該第三電阻時，則該輸出電壓與該輸入電壓差的比值等於該第二電阻與該第一電阻的比值。
  6. 如請求項3所述的電流感測電路，其中若該第一電阻大於該第一濾波電阻及該第二濾波電阻的十倍以上，則該輸出電壓與該輸入電壓差的比值等於該第二電阻與該第一電阻的比值。
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