电流检测电路的制作方法
【专利摘要】一种电流检测电路，用于检测流过功率管的输入电流，包括：电压取样电路，具有与该功率管的源极相连接的第一输入端，与该功率管的漏极相连接的第二输入端，以及电压输出端，其中输出的电压在该功率管开启时等于该功率管漏极电压、在该功率管关断时等于该功率管源极电压；低通滤波电路，接收该电压输出端所输出的电压，并输出经滤波后的电压信号；取样电流产生电路，接收该低通滤波电路输出的电压信号，并具有取样管，其中，该取样管的漏极电压等于该低通滤波电路输出的电压信号，该取样管的源极电压等于该功率管的源极电压，以及该取样管的栅极电压等于该功率管开启时的栅极电压，因此流过该取样管的电流与该功率管的平均电流呈固定比率。
【专利说明】
电流检测电路
技术领域
[0001]本发明涉及一种电流检测电路，尤指一种用于检测功率管输入电流的电流检测电路。
【背景技术】
[0002]在开关电源的设计中，有时需要得到平均的输入电流。目前开关电源中主要的电流取样方法有两种，一种是在电流通路中串联取样电阻，一种是通过与开关管成比例的取样管进行取样。第一种方法精度较高，但由于电阻的引入不可避免的降低了效率，增加了成本。开关电源功率管工作在开关状态，由于流过功率管电流的不连续性和高变化率，第二种方法常用于取样流过功率管的瞬时电流，而平均电流由于电路的速度以及开关的干扰等因素，无法通过这种方法，准确地得到。
[0003]为了避免降低效率并且准确地得到平均输入电流，有必要提供一种可行的方法。
【发明内容】
[0004]鉴于习知技术的种种缺失，本发明的主要目的，即在于提供一种能避免降低效率，同时能准确地得到平均输入电流的电流检测电路。
[0005]为了达到上述目的及其他目的，本发明遂提供一种电流检测电路，用于检测流过功率管的输入电流，包括:电压取样电路，具有与该功率管的源极相连接的第一输入端，与该功率管的漏极相连接的第二输入端，以及电压输出端，其中输出的电压在该功率管开启时等于该功率管漏极电压、在该功率管关断时等于该功率管源极电压；低通滤波电路，接收该电压输出端所输出的电压，并输出经滤波后的电压信号；取样电流产生电路，接收该低通滤波电路输出的电压信号，并具有取样管，其中，该取样管的漏极电压等于该低通滤波电路输出的电压信号，该取样管的源极电压等于该功率管的源极电压，以及该取样管的栅极电压等于该功率管开启时的栅极电压，因此流过该取样管的电流与该功率管的平均电流呈固定比率。
[0006]相较于习知技术，由于本发明的电流检测电路并未串联取样电阻，而是利用工作在深线性区的晶体管，其源漏电压差值与流过的电流成线性比例的特点，以电压取样电路、低通滤波电路把欲检测的平均电流先转化为平均电压，再以取样电流产生电路把该平均电压转化为取样管的电流，由该取样管的电流即可推算欲检测的平均电流，故能避免降低效率，同时能准确地得到平均电流，充分地解决了现有技术的缺失。
【附图说明】
[0007]图1为典型开关电源的基本架构不意图。
[0008]图2为本发明电流检测电路的架构示意图。
[0009]图3A为本发明电流检测电路的电压取样电路与低通滤波电路的架构示意图。
[0010]图3B为本发明电流检测电路的取样电流产生电路的架构示意图。
[0011]图4为图3A中各端口的电压波形图。
[0012]符号说明:
[0013]101功率管
[0014]102功率管
[0015]103电感
[0016]104电容
[0017]20电压取样电路
[0018]21低通滤波电路
[0019]22取样电流产生电路
[0020]201第一输入端
[0021]202第二输入端
[0022]203电压输出端
[0023]211输出端
[0024]221取样管
[0025]2010第一晶体管
[0026]2020第二晶体管
[0027]222晶体管
[0028]223运算放大器
【具体实施方式】
[0029]以下藉由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦可藉由其他不同的具体实施例加以施行或应用。
[0030]本发明电流检测电路的主要目的在于量测开关电源的平均输入电流。请参阅图1，图1显示一种典型开关电源的基本架构示意图，主要由P沟道功率管101、N沟道功率管102、电感103和电容104所构成，于此示例性的架构中，开关电源的平均输入电流近似于流过功率管101的平均电流，因此，量测开关电源的平均输入电流即等同于量测功率管101的平均电流。请注意到，功率管101、102的类型仅为举例之用，本发明电流检测电路经过适度调整后，可用于测定包括P沟道或N沟道类型的功率管。
[0031]请参阅图2，图2为本发明电流检测电路的架构示意图。本发明电流检测电路包括电压取样电路20、低通滤波电路21以及取样电流产生电路22，如上所述，测得图1的功率管101的平均电流等同于测得开关电源的平均输入电流。
[0032]请参阅图3A，图3A为本发明电流检测电路的电压取样电路与低通滤波电路的架构示意图。如图所示，于一实施例中，本发明电流检测电路的电压取样电路20具有第一输入端201、第二输入端202以及电压输出端203。其中第一输入端201与图1的功率管101的源极相连接，第二输入端201与功率管101的漏极相连接。电压输出端203根据脉冲宽度调制(Pulse Width Modulat1n，PWM)信号的调制，所输出的电压在功率管101开启时等于功率管101漏极电压、在功率管101关断时等于功率管101源极电压。
[0033]此外，低通滤波电路21接收电压输出端203所输出的电压，并于输出端211输出经滤波后的电压信号。于另一实施例中，可选取适当的电容及电阻值，使低通滤波电路21的截止频率小于功率管101的工作开关频率。
[0034]请参阅图4，图4为图3A中各端口的电压波形图。于一实施例中，图4显示了第一输入端201、第二输入端202、电压输出端203以及低通滤波电路21的输出端211，这些端口的电压波形图。其中，第一输入端201的电压波形即为电源电压VDD，也等于功率管101的源极电压。第二输入端201等于功率管101的漏极电压。电压输出端203根据PffM信号的调制，所输出的电压在功率管101开启时等于功率管101漏极电压，在功率管101关断时等于功率管101源极电压。输出端211为低通滤波电路21接收电压输出端203所输出的电压，并经滤波后所输出的电压信号，为近似直流，随着功率管101源漏极电压值的平均电压，而略有上下波动的曲线。
[0035]电压取样电路20与低通滤波电路21的目的在于，利用工作在深线性区的晶体管，其源漏电压差值与流过的电流成线性比例的特点，把欲检测的功率管101平均电流转化为平均电压。
[0036]请参阅图3B，图3B为本发明电流检测电路的取样电流产生电路的架构示意图。如图3B所示，于一实施例中，取样电流产生电路22接收低通滤波电路21输出的电压信号211，并具有取样管221，其中，取样管221的漏极电压等于低通滤波电路输出21的电压信号211，取样管221的源极电压等于功率管101的源极电压，以及取样管221的栅极电压等于功率管101开启时的栅极电压。
[0037]取样电流产生电路22的目的在于，把通过电压取样电路20与低通滤波电路21所得的平均电压转化为取样管221的电流，如此，若取样管221与功率管101为相同类型的晶体管，且功率管101的尺寸为取样管221尺寸的N倍，则流过取样管221的电流等于流过101的平均电流的1/N倍，可藉由流过取样管221的电流推算出功率管101的平均电流，达成量测开关电源的平均输入电流的目的。
[0038]请参阅图3A，如图3A所示，于一实施例中，电压取样电路还可包括第一晶体管2010及第二晶体管2020。举例来说，第一晶体管2010及第二晶体管2020的类型可与功率管101相同，且第一晶体管2010的源极为第一输入端201。第二晶体管2020的源极为第二输入端202。以及第一 2010及第二晶体管2020的漏极相链接，为电压输出端203。且其中第一晶体管2010的栅极电压与功率管101的栅极电压同相，第二晶体管2020的栅极电压与功率管101的栅极电压反相，并根据PffM信号的调制，以此达成电压输出端203所输出的电压在功率管101开启时等于功率管101漏极电压、在功率管101关断时等于功率管101源极电压。
[0039]请参阅图3B，如图3B所示，于一实施例中，取样电流产生电路22还可包括晶体管222及运算放大器223示。运算放大器223的正输入端与低通滤波电路21的输出端211相连，负输入端与P沟道类型的取样管221源极相连，运算放大器223的输出端与晶体管222的栅极相连。取样管221的漏极和晶体管222的源极相连，取样管221的源级与功率管101的源级相连，本实施例中为电源VDD，取样管221的栅极电压与功率管101开启时栅极的驱动电压相等，本实施例中为低电位。
[0040]相较于习知技术，由于本发明的电流检测电路并未串联取样电阻，而是利用工作在深线性区的晶体管，其源漏电压差值与流过的电流成线性比例的特点，以电压取样电路、低通滤波电路把欲检测的平均电流先转化为平均电压，再以取样电流产生电路把该平均电压转化为取样管的电流，由该取样管的电流即可推算欲检测的平均电流，故能避免降低效率，同时能准确地得到平均电流，充分地解决了现有技术的缺失。此外，本发明的其他优点在于，没有在大电流通路上引入额外的取样器件，对开关干扰的抵抗能力较强，对运算放大器速度的要求低，且电路简单。
[0041]藉由以上较佳具体实施例的描述，本领域具有通常知识者当可更加清楚本发明的特征与精神，惟上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非用以限制本发明。因此，任何对上述实施例进行的修改及变化仍不脱离本发明的精神，且本发明的权利范围应如后述的权利要求所列。
【主权项】
1.一种电流检测电路，用于检测流过功率管的输入电流，其特征在于，该电流检测电路包括: 电压取样电路，具有第一输入端、第二输入端及具有电压输出端，其中，该第一输入端与该功率管的源极相连接，该第二输入端与该功率管的漏极相连接，该电压输出端所输出的电压在该功率管开启时等于该功率管漏极电压、在该功率管关断时等于该功率管源极电压； 低通滤波电路，接收该电压输出端所输出的电压，并输出经滤波后的电压信号；以及 取样电流产生电路，接收该低通滤波电路输出的电压信号，并具有取样管，其中，该取样管的漏极电压等于该低通滤波电路输出的电压信号，该取样管的源极电压等于该功率管的源极电压，以及该取样管的栅极电压等于该功率管开启时的栅极电压。2.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，该功率管为P沟道或N沟道型晶体管。3.根据权利要求2所述的电流检测电路，其特征在于，该取样管为与该功率管相同类型的晶体管。4.根据权利要求2所述的电流检测电路，其特征在于，该电压取样电路还包括第一晶体管及第二晶体管。5.根据权利要求4所述的电流检测电路，其特征在于，该第一晶体管及第二晶体管的类型与该功率管相同，且该第一晶体管的源极为该第一输入端；该第二晶体管的源极为该第二输入端；以及该第一晶体管及第二晶体管的漏极相链接，为该电压输出端；且其中该第一晶体管的栅极电压与该功率管的栅极电压同相，该第二晶体管的栅极电压与该功率管的栅极电压反相。6.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，该功率管应用于开关电源电路中。7.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，该低通滤波电路的截止频率小于该功率管的工作开关频率。8.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，该取样电流产生电路还包括晶体管及运算放大器。
【文档编号】G01R19/00GK105988032SQ201510039771
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月27日
【发明人】李欣, 刘天罡
【申请人】帝奥微电子有限公司