一种反向电流检测电路的制作方法

本发明涉及反向电流检测技术，特别是一种反向电流检测电路，有利于使用普通电压比较器就能检测到微弱反向电流(例如从vout端流向vin端等)而无需采用低失调电压比较器电路。

背景技术

随着低功耗技术的发展，同一系统中经常会有多种电源电压，这时反向电流阻断功能也就越发重要。另外在onthego技术广泛应用的背景下，主设备/从设备皆可互换。为防止反向电流从低功耗设备的输出端口流入并提供其所需静态电流，所以反向电流阻断阈值也变得越来越低，例如100ma或10ma等。在类似太阳能等某些特殊领域也需要低反向电流阻断阈值的监测电路，以提高能源利用效率。

近年来市场对输出电流的要求不断越高，例如usbpd标准或是动力电池充电领域等。如此便希望尽可能的降低传输路径上的等效阻抗以提高效率，而传统的通过检测传输路径上反向压降来实现反向电流阻断的方法无法阻断较低的反向电流，或者说成本过高。采用反向电流检测电路的目的在于阻断微弱反向电流，例如，将该电路串联在有源设备和有源设备之间，当检测到较低反向电流后关闭设备之间通路，以防有源负载向上游设备供电/漏电。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种反向电流检测电路，有利于使用普通电压比较器就能检测到微弱反向电流(例如从vout端流向vin端等)而无需采用低失调电压比较器电路。

本发明的技术方案如下：

一种反向电流检测电路，其特征在于，包括第一功率mos管，所述第一功率mos管的栅极分别连接驱动模块和限压模块，并通过开关连接接地端，所述第一功率mos管的源极和漏极各自对应连接电压比较器的两个输入端，所述电压比较器的输出端连接所述开关的开关控制端，所述电压比较器的正向输入端连接电压输出端，所述电压比较器的负向输入端连接电压输入端，在所述电压输出端与所述功率mos管之间的线路上设置电流传感器，所述电流传感器连接电流检测模块，所述电流检测模块连接所述限压模块。

所述第一功率mos管为功率nmos管，所述功率nmos管的源极分别连接所述电压比较器的正向输入端和所述电压输出端，所述功率nmos管的漏极分别连接所述电压比较器的负向输入端和所述电压输入端。

所述第一功率mos管为功率nmos管，所述功率nmos管的源极分别连接所述电压比较器的正向输入端和所述电压输出端，以及放大器的正向输入端，所述放大器的负向输入端分别连接感应nmos管的源极和第三pmos管的源极，所述感应nmos管的栅极连接所述功率nmos管的栅极，所述感应nmos管的漏极连接所述电压输入端，所述放大器的输出端连接所述第三pmos管的栅极，所述第三pmos管的漏极通过第一电流源连接接地端。

所述第三pmos管的漏极分别连接第四nmos管的漏极和栅极，所述第四nmos管的源极接地，所述第四nmos管的栅极连接第五nmos管的栅极，所述第五nmos管的漏极通过第二电流源连接所述电压输入端，所述第五nmos管的源极接地。

所述第二电流源被接入第六mos管的栅极和第七mos管的栅极之间，所述第六mos管为第六nmos管，所述第七mos管为第七pmos管，所述第六nmos管的漏极与所述第七pmos管的漏极相互连接，所述第七pmos管的源极连接所述功率nmos管的栅极，所述第六nmos管的源极通过第四电流源接地。

所述电压比较器的输出端连接第八mos管的栅极，所述第八mos管为第八nmos管，所述第八nmos管的源极接地，所述第八nmos管的漏极连接所述功率nmos管的栅极，所述功率nmos管的栅极连接电荷泵，所述电荷泵通过第三电流源连接所述电压输入端。

所述第一功率mos管为功率pmos管，所述功率pmos管的漏极分别连接所述电压比较器的正向输入端和所述电压输出端，以及放大器的正向输入端，所述放大器的负向输入端分别连接感应pmos管的漏极和第三pmos管的源极，所述感应pmos管的栅极连接所述功率pmos管的栅极，所述感应pmos管的源极连接所述电压输入端，所述放大器的输出端连接所述第三pmos管的栅极，所述第三pmos管的漏极通过第一电流源连接接地端。

所述第三pmos管的漏极分别连接第四nmos管的漏极和栅极，所述第四nmos管的源极接地，所述第四nmos管的栅极连接第五nmos管的栅极，所述第五nmos管的漏极通过第二电流源连接所述电压输入端，所述第五nmos管的源极接地。

所述第五nmos管的漏极通过第二倒相放大器连接第六mos管的栅极，所述第六mos管为第六pmos管，所述第六pmos管的漏极连接第七mos管的栅极，所述第七mos管为第七nmos管，所述第六pmos管的漏极与所述第七nmos管的漏极相互连接，所述第七nmos管的源极连接所述功率pmos管的栅极，所述第六pmos管的源极通过第三电流源连接所述电压输入端。

所述电压比较器的输出端通过第一倒相放大器连接第八mos管的栅极，所述第八mos管为第八pmos管，所述第八pmos管的源极连接所述电压输入端，所述第八pmos管的漏极分为二路，其中一路连接所述功率pmos管的栅极，另一路通过第四电流源接地。

本发明的技术效果如下：本发明的一种反向电流检测电路，能够通过输出电流检测电路来判断功率mos管是否进入轻载状态/反向状态，进入轻载状态/反向状态后，会主动增大功率mos管导通阻抗，限压模块在保证功率mos导通的前提下，降低栅源电压的绝对值来实现增大功率mos管导通阻抗的目的。通过增大功率mos管的导通阻抗便实现检测微弱反向电流的功能，由此利用简单的方法便能实现微弱反向电流检测，而无需设计低失调的放大器(a1)电路。

附图说明

图1是实施本发明一种反向电流检测电路的第一例结构示意图。

图2是实施本发明一种反向电流检测电路的第二例结构示意图。

图3是实施本发明一种反向电流检测电路的第三例结构示意图。

附图标记列示如下：1-电流检测模块；2-限压模块；3-驱动模块；4-电流传感器；5-接地端；6-开关控制端；7-电荷泵；m1-第一功率mos管(例如，功率nmos管，或者功率pmos管)；a1-电压比较器；s1-开关电路或开关；vg-栅极电压或栅极电压值；vlow-输出信号或输出信号值；vin-电压输入端或电压输入值；vout-电压输出端或电压输出值；vrv-比较器输出电压；iout-输出电流或输出电流端；m2-感应mos管；a2-放大器；m3-第三pmos管；m4-第四nmos管；m5-第五nmos管；m6-第六mos管；m7-第七mos管；m8-第八mos管；ib1-第一基准电流或第一电流源；ib2-第二基准电流或第二电流源；ise-感应电流；iup-第三电流源或电荷泵电流源；idw-第四电流源或第四基准电流。

具体实施方式

下面结合附图(图1-图3)对本发明进行说明。

图1是实施本发明一种反向电流检测电路的第一例结构示意图。图2是实施本发明一种反向电流检测电路的第二例结构示意图。图3是实施本发明一种反向电流检测电路的第三例结构示意图。如图1至图3所示，一种反向电流检测电路，包括第一功率mos管m1，所述第一功率mos管m1的栅极分别连接驱动模块3和限压模块2，并通过开关s1连接接地端5，所述第一功率mos管m1的源极和漏极各自对应连接电压比较器a1的两个输入端(+和-)，所述电压比较器a1的输出端连接所述开关s1的开关控制端6，所述电压比较器a1的正向输入端(+)连接电压输出端vout，所述电压比较器a1的负向输入端(-)连接电压输入端vin，在所述电压输出端vout与所述第一功率mos管m1之间的线路上设置电流传感器4，所述电流传感器4连接电流检测模块1，所述电流检测模块1连接所述限压模块2。所述第一功率mos管m1为功率nmos管，所述功率nmos管的源极分别连接所述电压比较器a1的正向输入端(+)和所述电压输出端vout，所述功率nmos管的漏极分别连接所述电压比较器a1的负向输入端(-)和所述电压输入端vin。

所述第一功率mos管m1为功率nmos管，所述功率nmos管的源极分别连接所述电压比较器a1的正向输入端(+)和所述电压输出端vout，以及放大器a2的正向输入端(+)，所述放大器a2的负向输入端(-)分别连接感应nmos管(见图2中感应mos管m2)的源极和第三pmos管m3的源极，所述感应nmos管的栅极连接所述功率nmos管的栅极，所述感应nmos管的漏极连接所述电压输入端vin，所述放大器a2的输出端连接所述第三pmos管m3的栅极，所述第三pmos管m3的漏极通过第一电流源ib1连接接地端5。所述第三pmos管m3的漏极分别连接第四nmos管m4的漏极和栅极，所述第四nmos管m4的源极接地，所述第四nmos管m4的栅极连接第五nmos管m5的栅极，所述第五nmos管m5的漏极通过第二电流源ib2连接所述电压输入端vin，所述第五nmos管m5的源极接地。所述第二电流源ib2被接入第六mos管m6的栅极和第七mos管m7的栅极之间，所述第六mos管m6为第六nmos管，所述第七mos管m7为第七pmos管，所述第六nmos管的漏极与所述第七pmos管的漏极相互连接，所述第七pmos管的源极连接所述功率nmos管的栅极，所述第六nmos管的源极通过第四电流源idw接地。所述电压比较器a1的输出端连接第八mos管m8的栅极，所述第八mos管m8为第八nmos管，所述第八nmos管的源极接地，所述第八nmos管的漏极连接所述功率nmos管的栅极，所述功率nmos管的栅极连接电荷泵7，所述电荷泵7通过第三电流源iup连接所述电压输入端vin。

所述第一功率mos管m1为功率pmos管，所述功率pmos管的漏极分别连接所述电压比较器a1的正向输入端(+)和所述电压输出端vout，以及放大器a2的正向输入端(+)，所述放大器a2的负向输入端(-)分别连接感应pmos管(见图3中感应mos管m2)的漏极和第三pmos管m3的源极，所述感应pmos管的栅极连接所述功率pmos管的栅极，所述感应pmos管的源极连接所述电压输入端vin，所述放大器a2的输出端连接所述第三pmos管m3的栅极，所述第三pmos管m3的漏极通过第一电流源ib1连接接地端。所述第三pmos管m3的漏极分别连接第四nmos管m4的漏极和栅极，所述第四nmos管m4的源极接地，所述第四nmos管m4的栅极连接第五nmos管m5的栅极，所述第五nmos管m5的漏极通过第二电流源ib2连接所述电压输入端vin，所述第五nmos管m5的源极接地。所述第五nmos管m5的漏极通过第二倒相放大器连接第六mos管m6的栅极，所述第六mos管m6为第六pmos管，所述第六pmos管的漏极连接第七mos管m7的栅极，所述第七mos管m7为第七nmos管，所述第六pmos管的漏极与所述第七nmos管的漏极相互连接，所述第七nmos管的源极连接所述功率pmos管的栅极，所述第六pmos管的源极通过第三电流源iup连接所述电压输入端vin。

所述电压比较器a1的输出端通过第一倒相放大器连接第八mos管m8的栅极，所述第八mos管m8为第八pmos管，所述第八pmos管的源极连接所述电压输入端vin，所述第八pmos管的漏极分为二路，其中一路连接所述功率pmos管的栅极，另一路通过第四电流源idw接地。

图1包括功率nmos(m1)、驱动模块、电流检测模块、限压模块、电压比较器(a1)和开关(s1)。其中vin端接电源，而vout端接负载。其功能如下：当电流检测模块检测的输出电流较低时，该电路判断芯片处于轻载模式，且其输出信号vlow有效。这将促使限制模块工作并拉低vg。而当vg-vout变低后将致m1的等效阻抗变大。当m1的等效阻抗变大后，微弱的反向电流可产生足以使a1比较器翻转的压差，此后vrv为高并使s1闭合。s1闭合后，vg进一步降低为零而致使功率nmos(m1)截止。综上，此电路方案通过增大功率mos管的导通阻抗便实现检测微弱反向电流的功能。

图2电路的工作原理如下：

1.vin为电源电压输入端，vout为输出电压端。

2.m1为尺寸较大的功率nmos管，m2为感应nmos管，且m1与m2成比例。

3.电荷泵充当功率nmos管的驱动模块，其中iup为电荷泵的电流源。

4.iout为功率nmos管源极电流，ise为感应nmos管源极电流。

5.a1为电压比较器，a2为放大器。

6.a2、m3和电流源ib1组成电流检测模块，并且它强迫ise与iout之比等于m2与m1的尺寸之比。

7.m6、m7和基准电流idw组成限压模块。

8.当vout所接负载较轻时(轻载状态)，与iout成比例的ise小于基准电流ib1，故m4无漏极电流，也导致m5无漏极电流，因此vlow会随基准电流ib2而变为高电平。

9.vlow为高电平时m6(nmos)导通，当idw大于等于iup后，vg电压会下降(vgs1也下降)，且取决于vout+vgs1＝vin+vsg7，其中为vgs1功率nmos管的栅源电压，vsg7为m7(pmos)的源栅电压。

10.vgs1下降，自然导致m1的导通电阻(rds_on)变大。

11.当vout大于等于vin后(反向状态)，m2的源极电压等于vin，因而相比轻载状态ise变得更小，所以8和9的描述仍成立，功率nmos管的导通阻抗仍维持很大。

12.根据以上描述，此发明电路只要设置合适参数得到反向状态下变的足够大的功率nmos导通电阻，普通结构的a1就能检测到微弱反向电流(从vout端流向vin端)，而无需设计低失调电压比较器(a1)电路。

图3电路的工作原理如下：

1.vin为电源电压输入端，vout为输出电压端。

2.m1为尺寸较大的功率pmos管，m2为感应pmos管，且m1与m2成比例。

3.电流源idw充当功率pmos管的驱动模块。

4.iout为功率pmos管源极电流，ise为感应pmos管源极电流。

5.a1为电压比较器，a2为放大器电路。

6.a2、m3和电流源ib1组成电流检测模块，并且它强迫ise与iout之比等于m2与m1的尺寸之比。

7.m6、m7和基准电流iup组成限压模块。

8.当vout所接负载较轻时(轻载状态)，与iout成比例的ise小于基准电流ib1，故m4无漏极电流，也导致m5无漏极电流，因此vlow会随基准电流ib2而变为高电平。

9.vlow为高电平时m6(nmos)导通，当iup大于等于idw后，vg电压会上升(vsg1下降)，且取决于vout+vsg1＝vin+vgs7，其中为vsg1功率pmos管的源栅电压，vgs7为m7(nmos)的栅源电压。

10.vsg1下降，自然导致m1的导通电阻(rds_on)变大。

11.当vout大于等于vin后(反向状态)，m2的源极电压等于vin，因而相比轻载状态ise变得更小，所以8和9的描述仍成立，功率pmos管的导通阻抗仍维持很大。

12.根据以上描述，此发明电路只要设置合适参数得到反向状态下变的足够大的功率pmos导通电阻，普通结构的a1就能检测到微弱反向电流(从vout端流向vin端)，而无需设计低失调电压的电压比较器(a1)电路。

在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。