一种电流采样电路和电源变化器的制作方法
本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种电流采样电路和电源变化器。
背景技术：
电源类产品被广泛的用于各种电子设备中，它的作用就是将电源从一种形式变换到另一种形式，例如，将由电网采集到的交流电转换为直流电。
电源变化器是电源类产品的基本组成部分之一，电源变化器由功率级电路和控制环路组成。控制环路是在输入电压和外接负载变化时，通过调节功率级电路中的开关管和整流管的导通和关断时间，使电源变换器的输出电压或者输出电流保持稳定。在对输出电压和电流进行控制时，其基本参考参数是负载电流，因此，在控制过程中，能否对负载电流进行精准采样十分重要，现在的电流采样技术主要是测试采样电阻两端的电压差，采样电阻可以是功率管本身的导通电阻或者是分离的高精度电阻，由于功率管本身的导通电阻波动较大，所以在很多精度要求较高的场合通常选取分离的高精度电阻作为采样电阻。为了减小采样电阻上产生的功耗，其阻值一般都取得很小，例如20毫欧，因此采样电阻两端的压差也很小，所以芯片内部需要设计高精度的放大器才能提高采样精度。
现有的电流采样电路经常采用运算放大器对采样信号进行放大，电路设计较为复杂。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例提供一种电流采样电路和电源变化器，以降低电路设计的复杂度。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种电流采样电路，包括：
镜像电流源、电流调节电路和电压采样支路；
所述镜像电流源的第一输出端与所述电流调节电路的电流源接口相连，所述镜像电流源的第二输出端通过所述电压采样支路接地，所述镜像电流源与所述电压采样支路的公共端作为所述电流采样电路的输出端；
所述电流调节电路的输出端与负载相连，所述电流调节电路用于控制所述镜像电流源的输出电流跟随输入所述负载的电流的变化而变化。
可选的，上述电流采样电路中，所述电流调节电路包括：电流采样支路和负载供电支路；
所述电流采样支路包括依次串联的第一直流源、第一电阻和第二电阻，所述第二电阻未与所述第一电阻相连的一端与所述负载的输入端相连，所述第二电阻与所述第一电阻相连的一端用于获取目标电压信号源输出的目标电压信号；
负载供电支路，所述负载供电支路包括依次串联的第二直流源和第三电阻，所述第二直流源的输入端与所述第一直流源的输入端相连，所述第三电阻未与所述第二直流源相连的一端与所述负载的输入端相连；
所述镜像电流源的第一输出端与所述第二直流源和所述第三电阻的公共端相连。
可选的，上述电流采样电路中，所述电压采样支路，包括：
第四电阻，所述第四电阻的第一端与所述镜像电流源的第二输出端相连，所述第四电阻的第二端接地，所述第四电阻的第一端作为所述电流采样电路的输出端。
可选的，上述电流采样电路中，还包括：
设置于所述电流采样支路和所述负载供电支路中的第一同步开关，用于在所述负载供电支路有电流流过时，控制所述电流采样支路和所述负载供电支路导通。5、根据权利要求4所述的电流采样电路，其特征在于，所述第一同步开关包括：
第一采样mos管和第一负载mos管；
所述第一采样mos管设置于所述第一直流源与所述第一电阻之间；
所述第一负载mos管设置于所述第二直流源与所述第三电阻之间，所述第一负载mos管的控制端和输入端相连；
所述第一采样mos管和所述第一负载mos管的控制端互联。
可选的，上述电流采样电路中，所述电流调节电路200中包括n条电流采样支路，所述n条电流采样支路相互并联，所述n为不小于2的正整数，其中，不同的所述电流采样支路中的第二电阻用于获取不同的目标电压信号源输出的目标电压信号；
电流采样电路还包括：镜像电流选择开关；
所述镜像电流选择开关包括n个与所述n条电流采样支路一一对应的选择开关mos管，每个选择开关mos管的输入端与所述镜像电流源的第一输出端相连，输出端和所述第三电阻未与负载相连的一端相连，控制端和与其对应的电流采样支路中的第一电流源的输出端相连。
可选的，上述电流采样电路中，还包括：
设置于所述电流采样支路和所述负载供电支路中的第二同步开关，用于在所述负载供电支路有电流流过时，控制所述n条电流采样支路和所述负载供电支路导通。
可选的，上述电流采样电路中，所述第二同步开关包括：
n个第二采样mos管和一个第二负载mos管，每个所述电流采样支路中设置一个第二采样mos管；
每个所述第二采样mos管设置于其所对应的电流采样支路中的第二直流源与第一电阻之间；
所述第二负载mos管设置于所述第二直流源与所述第三电阻之间，所述第二负载mos管的控制端和输入端相连；
所述n个第二采样mos管和所述第二负载mos管的控制端互联。
可选的，上述电流采样电路中，所述目标电压信号源为向所述负载供电的电源变化器中的直流输出电路。
一种电源变化器，包括：上述任意一项所述的电流采样电路。
可选的，上述电源变化器中，包括直流输出电路，所述直流输出电路用于作为所述目标电压信号源提供目标电压信号。
可选的，上述电源变化器中，所述电流采样支路与所述直流输出电路一一对应，且所述电流采样支路中的所述第二电阻未与负载相连的一端和与其对应的所述直流输出电路的输出端相连，所述直流输出电路作为所述目标电压信号源向与其对应的电流采样支路提供目标电压信号。
可选的，上述电源变化器中，还包括：
输出电流调制模块，用于基于所述电流采样电路的输出端的电压信号与预设电压信号的比较结果，向所述电源变化器中的直流输出电路输出电流调制信号，以使得所述直流输出电路的输出电流跟随所述电流调制信号的变化而变化。
基于上述技术方案，本发明实施例提供的上述方案，当采用上述电流采样电路对负载的输入电流进行采集时，将镜像电流源的一条输出支路与电流调节电路相连，通过所述电流调节电路实现所述镜像电流源的输出电流大小更随负载的输入电流变化而变化，由于镜像电流源具有两个输出支路输出电压大小的特性，因此，仅需对所述镜像电流源的另一条输出支路进行分压检测，并且，所述另一条输出支路上的电压采样支路的电阻大小可以任意设置，其并不会对负载输入电流造成影响，因此，在采样时，可以将所述电压采样支路的阻值设置的较大，从而实现负载输入电流的精准检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种电流采样电路的结构示意图；
图2为本申请另一实施例提供的一种电流采样电路的结构示意图；
图3为本申请另一实施例提供的一种电流采样电路的结构示意图；
图4为本申请另一实施例提供的一种电流采样电路的结构示意图；
图5为本申请实施例公开的一种电源变化器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对于现有技术的电流采样电路需要采用运算放大器对采样信号进行放大，才能实现采样结果的精准测量，而导致电路设计复杂的问题，本申请提供了一种电路设计简单、无需采用运算放大器对采样信号进行放大的电流采样电路。
参见图1，图1为本申请实施例提供的一种电流采样电路，其特征在于，包括：
镜像电流源100、电流调节电路200和电压采样支路300；
所述镜像电流源100的第一输出端与所述电流调节电路200的电流源接口相连，所述镜像电流源100的第二输出端通过所述电压采样支路300接地，所述镜像电流源100与所述电压采样支路300的公共端作为所述电流采样电路的输出端，所述镜像电流源100的结构可以依据用户需求自行选择，可以选择现有技术中任意一种结构的镜像电流源100作为本申请实施例公开的镜像电流源100；
所述电流调节电路200的输出端与负载r7相连，所述电流调节电路200用于控制所述镜像电流源100的输出电流跟随输入所述负载的电流的变化而变化。
在上述方案中，基于镜像电流源100两个输出端的输出电流大小相等的特性，将镜像电流源100的一条输出支路与电流调节电路200相连，该支路可以记为第一输出端，将镜像电流源100的另一条输出支路记为第二输出端，所述第一输出端和所述第二输出端的输出电流大小相等，通过将所述第一输出端的与所述电流调节电路200的电流源接口相连，通过所述电流调节电路200控制所述镜像电流源100的第一输出端输出电流跟随输入所述负载的电流的变化而变化，进而会使得所述第二输出端的输出电流跟随所述负载的电流的变化而变化，通过检测所述电压采样支路300两端的电压值，就能检测出所述第二输出端的输出电流大小，又由于所述第二输出端的输出电流跟随所述负载的电流的变化而变化，因此，反向推导，即可能够根据所述电压采样支路300两端的电压值计算得到所述输入所述负载的电流。
因此，仅需对所述镜像电流源100的第二输出端进行分压检测，并且，所述第二输出端上的电压采样支路300的电阻大小可以任意设置，其并不会对负载输入电流造成影响，因此，在采样时，可以将所述电压采样支路300的阻值设置的较大，从而实现负载输入电流的精准检测。
在本申请实施例公开的技术方案中，可以依据用户需要设置所述调制电路的具体结构，只要保证其能够控制所述镜像电流源100的第一输出端能够跟随所述输入所述负载的电流的变化而变化即可，例如，参见图2，本申请实施例公开的技术方案中，所述调制电路可以包括电流采样支路201和负载供电支路202；
所述电流采样支路201包括依次串联的第一直流源dc1、第一电阻r4和第二电阻r1，所述第一直流源dc1的输出电流为i1，所述第二电阻r1未与所述第一电阻r4相连的一端与所述负载的输入端相连，所述第二电阻r1与所述第一电阻r4相连的一端用于获取目标电压信号源输出的目标电压信号，所述目标电压信号源相对于本申请提供的电流采样电路为一个外部直流输出电源；
负载供电支路202，所述负载供电支路202包括依次串联的第二直流源dc2和第三电阻r3，所述第二直流源dc2的输入端与所述第一直流源dc1的输入端相连，所述第三电阻r3未与所述第二直流源dc2相连的一端与所述负载的输入端相连，在本申请实施例公开的技术方案中，所述第二直流源dc2与所述第一直流源dc1的规格可以相同，即，所述第二直流源dc2的输出电流同样为i1，所述第三电阻r3和所述第一电阻r4可以为阻值相同的同类型电阻；
所述镜像电流源100的第一输出端与所述电流调节电路200的电流源接口相连，具体表现为：
所述镜像电流源100的第一输出端与所述第二直流源dc2和所述第三电阻r3的公共端相连，此时，所述第二直流源dc2和所述第三电阻r3的公共端作为所述电流调节电路200的电流源接口。
上述电路中，所述第二电阻r1可以是高精度采样电阻，端口a为与所述第一电阻r4和第二电阻r1相连的一个端口，该端口用于获取目标电压信号源，端口a为具有电流驱动能力的电路节点，所述目标电压信号源由端口a向第三电阻r3和第一电阻r4的公共端施加电压，视图中的端口c连接于镜像电流源和电压采样支路300公共端，端口c作为电流采样电路的输出端。下面将详细解释该电流采样电路的工作原理和相关公式推导：
上述电路中，v1表示负载的输入电压，v2表示施加在所述第二电阻r1上的电压，i1为所述第一直流电源和第二直流电源的输出电流，所述i2为所述镜像电流源100的第一输出端的输出电流。
在上述电路中，具有以下参数关系：
v1+(i1+i2)*r3＝v2+i1*r4，所述r3为所述第三电阻r3的阻值，所述r4为所述第一电阻r4的阻值；
由于在设计时，r3＝r4，故求得：
i2*r3＝v2-v1
v7＝i2*r6＝(v2-v1)*r6/r3，所述v7为所述施加在所述电压采样支路300上的电压；
本设计中的电流采样电路中，端口c作为电流采样电路的信号输出端，其输出的电压信号用于表征负载电流信号，通过电流采样电路端口c将负载电流信号传递到下一模块，电压采样支路300的等效阻值和第三电阻r3的阻值的比例即是负载电流信号的放大倍数，通过调节电压采样支路300的等效阻值和第三电阻r3的比例，就可实现施加在所述电压采样支路300上的电压的放大倍数的调整，因此无需运放器，简化了采样电路的设计结构。
在本申请另一实施例公开的所述电流采样电路中，所述电压采样支路300的结构可以依据用户需求进行选择，只要其能够提供一定的分压即可，例如，参见图2，在本方案中，所述电压采样值路可以仅由一电阻构成，该电阻可以记为第四电阻r6，所述第四电阻r6的第一端与所述镜像电流源100的第二输出端相连，所述第四电阻r6的第二端接地，所述第四电阻r6的第一端作为所述电流采样电路的输出端，施加在所述第四电阻r6两端的电压即为v7。
在本申请另一实施例公开的技术方案中，还可以包括一个同步开关，将其记为第一同步开关，该同步开关设置于所述电流采样支路201和所述负载供电支路202中，用于在所述负载供电支路202有电流流过时，控制所述电流采样支路201和所述负载供电支路202导通。
具体的，参见图3，当所述电流采样支路201为一条时，将所述同步开关记为第一同步开关，所述第一同步开关可以包括：
第一采样mos管m1和第一负载mos管m2，其中，所述第一采样mos管m1和所述第一负载mos管m2的规格可以相同，所述第一采样mos管m1和所述第一负载mos管m2的控制端互联，即，所述第一采样mos管m1第一采样mos管m1的栅极与所述第一负载mos管m2的栅极以及所述第一负载mos管m2的漏极相连；
所述第一采样mos管m1设置于所述第一直流源dc1与所述第一电阻r4之间；
所述第一负载mos管m2设置于所述第二直流源dc2与所述第三电阻r3之间，所述第一负载mos管m2的控制端和输入端相连。
上述方案中，由于第一采样mos管m1和第一负载mos管m2尺寸相同，忽略沟道调制效应，可以使得所述第一采样mos管m1和第一负载mos管m2的导通状态保持同步。
在本申请另一实施例公开的技术方案中，所述电流调节电路200中可以包括n条电流采样支路201，所述n条电流采样支路201相互并联，所述n为不小于2的正整数，其中，不同的所述电流采样支路201中的第二电阻r1用于获取不同的目标电压信号源输出的目标电压信号；在本申请实施例公开的技术方案中，所述目标电压信号源可以为向所述负载供电的电源变化器中的直流输出电路，并且，电流采样支路201与所述直流输出电路之间具有唯一对应的对应关系，即，电源变化器中的每个直流输出电路均可以作为一个目标电压信号源，相与之对应的所述电流采样支路201施加目标电压信号。
电流采样电路还包括：镜像电流选择开关，所述镜像电流源100选择开关用于以最大的目标电压信号源对应的电流采样支路201中的第一电阻r4和第二电阻r1两端的电压作为为控制信号，将所述镜像电流源100第一输出端输出的电流引导至所述负载供电支路202上；具体的，所述镜像电流源100选择开关包括：n个与所述n条电流采样支路201一一对应的选择开关mos管m3，每个选择开关mos管m3的输入端与所述镜像电流源100的第一输出端相连，输出端和所述第三电阻r3未与负载相连的一端相连，控制端和与其对应的电流采样支路201中的第一直流电源的输出端相连。
当所述电流采样支路201为n条时，所述同步开关记为第二同步开关，所述第二同步开关设置于所述电流采样支路和所述负载供电支路中，用于在所述负载供电支路有电流流过时，控制所述n条电流采样支路和所述负载供电支路导通。具体的，所述第二同步开关包括：n个第二采样mos管和一个第二负载mos管，每个所述电流采样支路中设置一个第二采样mos管；每个所述第二采样mos管设置于其所对应的电流采样支路中的第二直流源与第一电阻之间；所述第二负载mos管设置于所述第二直流源与所述第三电阻之间，所述第二负载mos管的控制端和输入端相连；所述n个第二采样mos管和所述第二负载mos管的控制端互联。
例如，参见图4，以所述n的值为2为例，对所述电流采样电路的结构和工作原理进行说明，所述电流采样电路可以包括：两条结构相同的电流采样支路201、一个第二同步开关以及两个选择开关mos管，为了便于区分，本实施例中对不同电流采样支路201中的元件和不同的选择开关mos管m3进行不同命名，例如，将其中一条电流采样支路201记为第一电流采样支路201a，所述第二同步开关中位于第一电流采样支路201a中的第二采样mos管记为mn2，第一电流采样支路201a中的第一电阻记为r4，第一电流采样支路201a中的第二电阻记为r1，将另一条电流采样支路201记为第二电流采样支路201b，所述第二同步开关中位于第二电流采样支路201b中的第二采样mos管记为mn3，第二电流采样支路201b中的第一电阻记为r5，第二电流采样支路201b中的第二电阻记为r2，将与第一电流采样支路201a相连的选择开关mos管记为mn4，将与第二电流采样支路201b相连的选择开关mos管记为mn5，将负载第二负载mos管记为mn1；
此时，该电流采样电路的工作原理如下：
图2中由于mos管mn1～～mn3尺寸相同，忽略沟道调制效应，假设mn4和mn5均有电流，则由于mn1～～mn3均工作在饱和区，结合mos管的饱和区公式易知v4＝v5＝v6，同时得到以下等式：
v1+(i1+i2+i3)*r3＝v2+i1*r4
v1+(i1+i2+i3)*r3＝v3+i1*r5
由于r3＝r4＝r5，故求得：
(i2+i3)*r3＝v2-v1
(i2+i3)*r3＝v3-v1
当v2-v1和v3-v1相等时，i2和i3可以为任意组合，假设i3＝0，则：
当v2-v1和v3-v1不相等时，结合公式(i2+i3)*r3＝v2-v1和(i2+i3)*r3＝v3-v1可知假设mn4和mn5均有电流不正确，二者仅能有一个导通，另一个处于关断状态。推理易知v2-v1和v3-v1中压差较大支路对应的nmos导通。例如v2-v1＞v3-v1，则mn4导通有电流流过，mn5处于关断状态，即i3＝0，则
综合上面分析以及公式
由上述公式推导可知，只要保证第一电流采样支路和第二电流采样支路的匹配性，本申请电流采样电路就可以实现相等的电流采样系数，所以真正的设计过程中还需要考虑工艺失配带来的检测精度的影响。为了进一步弱化mos管的沟道调制效应的对测量结果的影响，在本申请实施例公开的技术方案中mos管mn1、mos管mn2、以及mos管mn3的栅长建议取到5um或以上；为了提高匹配度，减小失配带来的影响mos管mn1、mos管mn2、以及mos管mn3的栅宽也建议取到5um或以上，同时在设计电路时，为了保证电路工作状态的可靠性，也可以在所述mos管mn1、mos管mn2、以及mos管mn3的两端也增加冗余器件。
在上述电路中，为了方便电流采样电路的信号输出和输入，上述电路中还可以包括电压端口和信号输出端口，所述电压端口的数量为多个，所述电压端口与所述电流采样支路201一一对应，每个电压端口与其对应的电流采样支路201的第一电阻r4和第二电阻r1的公共端相连，用于向所述电流采样支路201提供目标电压信号，例如，在上述方案中，所述电压端口可以指的是图4中的端口a和端口b；所述信号输出端口与所述电压采样支路300的第一端相连，用于输出检测电压，所述信号输出接口可以指的是图4中的端口c。
在本申请实施例公开的上述方案中，所述第一采样mos管m1、第一负载mos管m2和选择开关mos管的类型可以依据用户需求自行选择，例如，所述第一采样mos管m1、第一负载mos管m2和选择开关mos管可以均为n型mos管，同理，所述镜像电流源中的两个mos管可以均为p型mos管，例如，图2中的镜像电流源由p型mos管mp1和p型mos管mp2构成。
在本申请实施例公开的技术方案中，为了简化电路结构，所述电流采样支路201中的第一直流源dc1和所述负载供电支路202中的第二直流源dc2可以为同一直流电源。
对应于上述电流采样电路，本申请还公开了一种应用有上述任意一项实施例通的电流采样电路的电源变化器。
上述电源变化中，所述电源变化器具有直流输出电路，所述直流输出电路的输出端的输出端与所述电流采样电路中的所述第一电阻r4和第二电阻r1的公共端相连，该直流输出电路用于作为所述目标电压信号源提供目标电压信号，所述电源变化器中可以具有n个直流输出电路，所述电流采样支路201可以与所述直流输出电路一一对应，且所述电流采样支路201中的所述第二电阻r1未与负载相连的一端和与其对应的所述直流输出电路的输出端相连，所述直流输出电路作为所述目标电压信号源向与其对应的电流采样支路201提供目标电压信号。
进一步的，为了保证电源变化器输出信号的稳定性，所述电源变化器中还设置有输出电流调制模块，该调制模式用于基于所述电流采样电路的第四电阻r6的第一端的电压值与预设电压值的比较结果，向所述电源变化器中的直流输出电路输出电流调制信号，以使得所述直流输出电路的输出电流跟随所述电流调制信号的变化而变化。
参见图4，在本方案中所述电流调制模块以及所述电流采样电路中的部分元件均封装于高精度电流采样模块中，所述电流采样电路中的部分元件指的是除所述电流采样支路201中的第二电阻r1之外的其他元件。
参见图5，本申请实施例提供的电源变化器可以为具有多个直流输出电路dc-dc的电源变化器，所述电源变化器内的直流输出电路dc-dc的数量与所述电流采样电路中的电流采样支路201的数量相同，参见图5，且每个电源变化器的输出端均与其中一条电流采样支路201中的第二电阻r1的第一端相连，所述第二电阻r1的第一端指的是所述第二电阻r1与所述第一电阻r4相连的一端。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！