电流检测电路、车机以及车辆的制作方法

1.本公开涉及车辆技术领域，尤其涉及一种电流检测电路、车机以及车辆。


背景技术：

2.随着汽车智能化的发展，对汽车内各种电子控制单元(electronic control unit，ecu)的对供电的要求越来越高，例如要求电源具有电流检测功能，如此能够在发生短路或者过流事件时，开关电源本身可以限制电流的输出。现有技术中，具有电流检测的开关电源电路图如图1或图2所示，图1所示为具有电流检测功能的降压型电源拓扑结构，图2所示为具有电流检测功能的升压型电源拓扑结构。
3.现有技术中的具有电流检测功能的电源拓扑结构，在需要实现大电流供电时，会在采样电阻rsense上产生较大的功率消耗。具体地，假设流过采样电阻rsense上的电流为i安培，则对应消耗的功率为i2r，由此，当i为很大的数值时，就会造成采样电阻上存在较大的功率消耗，导致电源效率较低。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种电流检测电路、车机以及车辆。
5.本公开提供了一种电流检测电路，包括：采样电阻、放大电路以及开关电源控制器；
6.所述放大电路为将所述采样电阻两端的电压放大，并输入至所述开关电源控制器的电路；所述开关电源控制器为基于放大后的电压实现过流保护的控制器；
7.所述放大电路并联在所述采样电阻的两端，所述放大电路的两输出端与所述开关电源控制器的两检测端一一对应电连接。
8.在一些实施例中，该电流检测电路还包括第一电阻、第二电阻和电容；所述开关电源控制器的两检测端包括第一检测端和第二检测端；
9.所述第一电阻串联于所述放大电路的第一输出端和所述第一检测端之间，所述第二电阻串联于所述放大电路的第二输出端和所述第二检测端之间；所述电容并联于所述第一检测端和所述第二检测端之间，且所述电容的两端分别连接第一电阻和第二电阻。
10.在一些实施例中，所述放大电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻；
11.所述第三电阻、所述第四电阻、所述第五电阻和所述第六电阻依次串联于所述第二电阻和所述第一电阻之间；所述第一运算放大器的正输入端和所述第二运算放大器的正输入端分别连接在所述采样电阻的两端，所述第一运算放大器的负输入端连接至所述第三电阻和所述第四电阻之间，所述第一运算放大器的输出端连接至所述第四电阻和所述第五电阻之间；所述第二运算放大器的负输入端连接至所述第五电阻和所述第六电阻之间，所述第二运算放大器的输出端连接至所述第六电阻和所述第一电阻之间。
12.在一些实施例中，该电流检测电路还包括电感；所述开关电源控制器还包括控制端；
13.所述电感串联于所述控制端与所述采样电阻之间。
14.在一些实施例中，所述放大电路的放大倍数与所述采样电阻的阻值的乘积满足预设范围。
15.在一些实施例中，所述开关电源控制器为升压开关电源控制器或降压开关电源控制器。
16.在一些实施例中，所述开关电源控制器为所述升压开关电源控制器，所述第一检测端为负检测端，所述第二检测端为正检测端；
17.所述采样电阻、所述第二电阻和所述第三电阻的公共连接端连接输入电源端。
18.在一些实施例中，所述开关电源控制器为所述降压开关电源控制器，所述第一检测端为正检测端，所述第二检测端为负检测端；
19.所述采样电阻、所述第二电阻和所述第三电阻的公共连接端连接输出电源端。
20.本公开还提供了一种车机，包括上述任一种电流检测电路。
21.本公开还提供了一种车辆，包括上述任一种电流电测电路，或者包括上述任一种车机。
22.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
23.本公开实施例提供的电流检测电路包括采样电阻、放大电路以及开关电源控制器；放大电路为将采样电阻两端的电压放大，并输入至开关电源控制器的电路；开关电源控制器为基于放大后的电压实现过流保护的控制器；放大电路并联在采样电阻的两端，放大电路的两输出端与开关电源控制器的两输入端一一对应电连接，如此，能够利用放大电路将采样电阻两端的电压放大之后进行电压检测，从而实现对流经采样电阻的电流的准确检测，能够在降低采样电阻上的功率损耗，提高电源效率的同时，较准确地实现过流保护。
附图说明
24.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
25.为了更清楚地说明本公开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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为现有技术中的一种电流检测电路；
27.图2为现有技术中的另一种电流检测电路；
28.图3为本公开实施例提供的一种电流检测电路；
29.图4为本公开实施例提供的另一种电流检测电路；
30.图5为本公开实施例提供的又一种电流检测电路。
具体实施方式
31.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可
以相互组合。
32.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
33.本公开实施例提供的电流检测电路，应用于功率变换电路的电流检测，实现开关电源本身具有电流检测功能，从而实现过流保护。具体地，以车辆为例，开关电源可从整车电源取电，通过功率转换将其转换成需要的供电功率，并输出至用电元器件，例如二级电源芯片等车辆中的用电芯片。基于此，电流检测可在电源输入侧实现，也可在电源输出侧实现，基于电源拓扑结构设置。示例性地，升压拓扑中，电流检测设置于电源输入侧；降压拓扑中，电流检测设置于电源输出侧，以准确检测电流值。
34.现有技术中，具有电流检测功能的电源拓扑结构，在需要实现大电流供电时，会在采样电阻rsense上产生较大的功率消耗，导致电源效率较低，下面结合图1和图2进行说明。
35.图1和图2为现有技术中的两种电流检测电路，具体地，分别适用于降压开关电源控制器(可简称为“降压控制器”)和升压开关电源控制器(可简称为“升压控制器”)，可统称为“电源控制器”。其中，电感l和采样电阻rsense依次串联于电源控制器的控制端sw和电源端(即图1中的“输出电源”和图2中的“输入电源”)之间，采样电阻rsense的两端分别通过一电阻(即r1和r2)连接至电源控制器的检测端(即sense
‑
和sense+)，同时，在电源控制器的两检测端之间并联一电容c；图1示出的降压拓扑结构和图2示出的升压拓扑结构的主要区别在于：对于降压拓扑，其电感l和采样电阻rsense的位置靠近该拓扑的输出电源，对于升压拓扑，其电感l和采样电阻rsense的位置靠近该拓扑的输入电源。图1和图2中的电流采样原理具体如下所述：
36.如图1中所示，在该降压拓扑结构中，电流的流向是从vout+流向vout
‑
，将vout+连接到降压控制器的正检测端sense+，将vout
‑
连接到降压控制器的负检测端sense
‑
；正检测端sense+和负检测端sense
‑
检测的电压即为采样电阻rsense两端的电压，该电压除以采样电阻rsense的阻值r，即可得到输出的电流，从而实现电流检测。如图2所示，在该升压拓扑结构中，电流的流向是从vin+流向vin
‑
，将vin+连接到升压控制器的正检测端sense+，将vin
‑
连接到升压控制器的负检测端sense
‑
，正检测端sense+和负检测端sense
‑
检测的电压即为采样电阻rsense两端的电压，该电压除以采样电阻rsense的阻值r，即可得到输出的电流，从而实现电流检测。
37.在图1和图2的基础上，假设流过采样电阻rsense上的电流为i安培，则对应消耗的功率为i2r，由此，当i为很大的数值时，就会造成采样电阻rsense上存在较大的功率消耗，导致电源效率较低。
38.针对此，可将采样电阻rsense的阻值减小，以降低尤其导致的功率损耗，但此时正检测端sense+和负检测端sense
‑
检测到的采样电阻rsense两端的电压ir变小，由于开关电源控制器(包括升压控制器和降压控制器)基于内置的电压阈值实现过流保护，此时由于电流对应的电压值变小，导致开关电源控制器无法基于检测到的电压正常实现过流保护功能。
39.针对上述问题中的至少一个，本公开实施例提供了一种可以降低采样阻值而不改变最大限制电流的方案，即采用放大电路将采样电阻两端的电压放大之后送至开关电源控
制器；该电路结构中，采样电阻上的功率损耗减小，且开关电源控制器可基于采集到的电压正常实现过流保护。
40.具体地，由上文可知，采样电阻所消耗的功率为i2r，其主要和流过它的电流和它本身的值有关，为了降低功耗，可减小电流和电阻中的至少一个。但是，由于流过采样电阻的电流是设备工作所需的电流，通常是不能改变的，因此，能够被改变的只有采样电阻的阻值。但是，仅降低采样电阻的阻值，会导致开关控制器对过电流不能及时响应。
41.针对此，本公开实施例提供的技术方案采用了双运算放大器，将采样电阻两端的电压进行差分放大，可以不改变输出电流，同时实现较小的消耗功率下的过流保护。后文中结合图4和图5进行示例性说明。示例性地，当采样电阻的阻值变为原来的1/n时，可以将所构建的双运算放大器的放大倍数设置为n，这样开关电源控制器的检测端sense+和sense
‑
所采集到的电压就和采样电阻的阻值不变时的情况是一样的。如此所带来的好处就是：当采样电阻的阻值变为原来的1/n时，采样电阻上所消耗的功率就变为原来的1/4，同时可正常实现过流保护。
42.下面结合图3
‑
图5，对本公开实施例提供的电流检测电路进行示例性说明。
43.在一些实施例中，图3为本公开实施例提供的一种电流检测电路的结构示意图。参照图3，该电流检测电路包括：采样电阻110(即采样电阻rsense)、放大电路120以及开关电源控制器130；放大电路120为将采样电阻110两端的电压放大，并输入至开关电源控制器130的电路；开关电源控制器130为基于放大后的电压实现过流保护的控制器；放大电路120并联在采样电阻110的两端，放大电路120的两输出端与开关电源控制器130的两检测端一一对应电连接。
44.其中，采样电阻110接入待检测电流的电路中，用于对流经其的电流进行采样，将电流转换为电压；放大电路120将采样电阻110两端的电压放大，并传输至开关电源控制器130；开关电源控制器130可基于放大后的电压，除以放大倍数和采样电阻110的阻值，得到对应的电流值，从而实现较准确的电流检测，实现过流保护。
45.其中，过流保护的原理为：当流过采样电阻rsense的电流过大时，电路关断；当电流恢复后，电路恢复正常工作。
46.其中，开关电源控制器130内置对应于电流阈值的电压阈值，在大电流情况下，为了降低采样电阻rsense上的功率损耗，可减小其阻值；同时，为了不影响开关电源控制器130的过流保护功能，将采样电阻rsense两端的电压利用放大电路120对应放大，以满足电压对应的电流检测需求。
47.示例性地，采样电阻rsense的阻值减小为原来的1/4，放大倍数为4倍；同理，采样电阻rsense的阻值减小为原来的1/n，放大倍数为原来的n倍，以满足在减小采样电阻rsense的阻值时，可正常实现过流保护。
48.本公开实施例提供的电流检测电路，通过设置放大电路120，可将采样电阻110的阻值设置的比较小，从而降低采样电阻上消耗的功率，以提高电源效率；同时，由于设置了放大电路120，可将采样电阻两端的电压放大后传输至开关电源控制器130进行检测，满足针对电压实现的过流保护需求，实现正常的过流保护功能。
49.在一些实施例中，图4和图5分别示出了升压拓扑结构和降压拓扑结构中的电流检测电路。参照图4或图5，该电流检测电路还包括第一电阻r1、第二电阻r2和电容c；开关电源
控制器130的两检测端包括第一检测端和第二检测端；第一电阻r1串联于放大电路120的第一输出端和第一检测端之间，第二电阻r2串联于放大电路120的第二输出端和第二检测端之间；电容c并联于第一检测端和第二检测端之间，且电容c的两端分别连接第一电阻r1和第二电阻r2。
50.其中，第一电阻r1、第二电阻r2和电容c用于进行开关电源控制器130的两检测端的匹配，即匹配开关电源控制器130的内部参数要求。具体地，开关电源控制器130对放大后的采样电阻rsense两端的电压进行检测的时候，需要两个电阻和一个电容(设置其电阻电容值)匹配其内部的参数，使开关电源控制器130工作稳定，从而能够正常检测到两检测端输入的电压。
51.其中，开关电源控制器130检测原理为：实现过流保护，即不允许电源流过的电流超过设置的最大值。其具体实现为：检测端可以检测到电压，开关电源控制器130内置最大电流值对应的最大电压值，也可称为电压极限值；若检测到的电压达到电压极限值，则断路，实现过流保护。
52.示例性地，若电压极限值为75mv，采样电阻rsense的阻值为4mω，则检测的最大电流为75/4a；基于此，当电流超过了75/4a时，电源关断，实现过流保护。例如，突然之间电源接地短路了，电流突增，关断电源，防止损坏；当电流恢复后，电源恢复正常工作。
53.下面示例性地说明本公开实施例提供的电流检测电路相对于现有技术中的电路检测电路的改进。
54.若采样电阻rsense上功率损耗较大，可将采样电阻rsense的阻值调整为1mω。则对应的损耗功率变为原来的1/4，现有技术(参照图1或图2)的问题在于，流过采样电阻rsense的电流达到75a时，才能检测到75mv的电压，此时过流关断；但是，电源可能无法承受75a的电流，即失去了过流保护的意义。例如，可能电源已经烧坏了，开关电源控制器还没有检测到该过流情况。
55.对于此，为了能检测到电流的阈值，需要调整检测端的输入电压，使其能满足电流检测需求。
56.具体地，本公开实施例中，基于u＝ir，将采样电阻rsense两端的电压放大后，即设置放大电路120，将采样电阻rsense两端的电压放大4倍之后，输入到开关电源控制器130的两检测端，从而在流过采样电阻rsense的电流达到75/4a时，即可检测到75mv的电压，此时过流关断，实现过流保护。
57.在一些实施例中，放大电路120的放大倍数与采样电阻110的阻值的乘积满足预设范围。
58.如此设置，可满足降低功率损耗，提高电源效率的同时；满足过流保护需求。
59.其中，预设范围可基于开关电源控制器130的需求设置，在此不赘述也不限定。
60.在一些实施例中，继续参照图4或图5，该电流检测电路还包括电感l；开关电源控制器130还包括控制端sw；电感l串联于控制端sw与采样电阻110之间。
61.其中，电感l用于在开关电源电路中进行功率变换。具体实现为：在dc
‑
dc转换电路中，电感l储能(即对电感充电)，随后释放(即对电感放电)，该过程中完成功率的转换，通过对充电和放电时间的控制，可实现升压降压的转换，即实现功率转换。
62.在一些实施例中，继续参照图4或图5，放大电路120包括第一运算放大器u1、第二
运算放大器u2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5和第六电阻r6；第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5和第六电阻r6依次串联于第二电阻r2和第一电阻r1之间；第一运算放大器u1的正输入端和第二运算放大器u2的正输入端分别作为放大电路120的两输入端，即分别连接在采样电阻rsense的两端，第一运算放大器u1的负输入端连接至第三电阻r3和第四电阻r4之间，第一运算放大器u1的输出端连接至第四电阻r4和第五电阻r5之间；第二运算放大器u2的负输入端连接至第五电阻r5和第六电阻r6之间，第二运算放大器u2的输出端连接至第六电阻r6和第一电阻r1之间。
63.其中，利用双运算放大器的放大电路120，实现差分放大；同时，结构简单且成本较低。
64.具体地：一般的仪表放大器比较昂贵，采用其导致成本增加。本公开实施例中采用替代方案，即使用两颗运算放大器实现与仪表放大器相同的功能，成本相当于其较低，即成本降低。
65.示例性地，在该电路结构中，使放大电路120中的各电阻的阻值大小关系满足r3＝r6，r4＝r5。则放大电路连接到第一检测端的输出端输出的电压值为：
66.[1+(r6/r5)]
×
(rsense两端的电压)。
[0067]
针对图4，该电压值为：[1+(r6/r5)]
×
(vin
‑‑
vin+)。
[0068]
针对图5，该电压值为：[1+(r6/r5)]
×
(vout+
‑
vout
‑
)。
[0069]
其中，第一运算放大器u1的正输入端采集的是采样电阻rsense一端电压，第二运算放大器u2的正输入端采集的是采样电阻rsense的另一端电压，最终放大后的电压为[1+(r6/r5)]
×
(第二运算放大器u2正输入端电压
‑
第一运算放大器u1正输入端电压)。
[0070]
在一些实施例中，继续参照图4或图5，开关电源控制器130为升压开关电源控制器(见图4)或降压开关电源控制器(见图5)。
[0071]
其中，参照图4，开关电源控制器130为升压开关电源控制器，第一检测端为负检测端sense
‑
，第二检测端为正检测端sense+；采样电阻110、第二电阻r2和第三电阻r3的公共连接端连接输入电源端。
[0072]
其中，将第三电阻r3连接到输入电源端，能够取得偏置电压，从而实现对采样电阻rsense两端电压的准确检测。
[0073]
此时，电流的流向是从vin+流向vin
‑
，即基于图4中的方位从右向左流动，vin+的电位要高于vin
‑
的电位，第一运算放大器u1的正输入端的电压大于第二运算放大器u2的正输入端的电压，第二运算放大器u2输出负电压。此时的连接方式为，电源轨上的高电位连接开关电源控制器130的正检测端sense+，第二运算放大器u2的输出端连接开关电源控制器130的负检测端sense
‑
；第三电阻r3连接到电源轨上的一端需要连接到电源轨上的高电位。
[0074]
其中，参照图5，开关电源控制器130为降压开关电源控制器，第一检测端为正检测端sense+，第二检测端为负检测端sense
‑
；采样电阻110、第二电阻r2和第三电阻r3的公共连接端连接输出电源端。
[0075]
此时，电流的流向是从vout+流向vout
‑
，即基于图5中的方位从左向右流动，vou+的电位要高于vout
‑
的电位，第一运算放大器u1的正输入端电压小于第二运算放大器u2的正输入端电压，第二运算放大器u2输出负电压。此时的连接方式为，电源轨上的低电位连接开关电源控制器130的负检测端sense
‑
，第二运算放大器u2的输出端连接开关电源控制器
130的正检测端sense+；第三电阻r3连接到电源轨上的一端需要连接到电源轨上的低电位。
[0076]
在其他实施方式中，还可采用其他方式实现电路元器件的连接，确保开关电源控制器130的正检测端sense+连接高电位，开关电源控制器130的负检测端sense
‑
连接低电位即可。
[0077]
本公开实施例提供的电路检测电路，可以在将采样电阻的阻值变为原来的1/n时，利用引入的包括运算放大器的差分放大电路，并将其放大倍数设置为n，就可以维持原来的开关电源控制器所限制的电流不变，而在采样电阻上的功率消耗变为原来的1/n；从而实现在大功率应用中，将电流采样电阻的功耗降低，从而提高电源效率的效果；其中，通过引入包括运算放大器的差分放大电路，可以降低采样电阻的阻值，并将电流采样电阻两端的电压进行放大，使得开关电源控制器感知到的电压不发生变化，从而正常实现过流保护。
[0078]
本公开实施例提供的电流检测电路不局限于开关大功率开关电源，也可以应用到其他需要降低采样电阻功耗的应用场景，在此不赘述也不限定。
[0079]
在上述实施方式的基础上，本公开实施例还提供了一种车机，该车机包括上述任一种电流检测电路，从而能够在实现过流保护的同时，降低采样电阻上消耗的功耗，提高电源效率。
[0080]
本公开还提供了一种车辆，包括上述任一种电流电测电路，或者包括上述任一种车机，从而能够在实现过流保护，提高用车安全性的同时，提高电源效率，从而节省能耗。
[0081]
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0082]
以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的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公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，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。