电流检测电路和集成电路的制作方法

本实用新型涉及电流检测领域，尤其涉及电流检测电路和集成电路。

背景技术：

车辆通常包括端口燃油喷射(PFI)阀针，用于控制车辆的发动机的燃油喷射。PFI阀针具有金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，通过改变PFI阀针的场效应管提供的控制信号，可以改变流过场效应管的工作电流，从而可以调整PFI阀针的开口度，进而可以控制车辆的发动机的燃油喷射量。

为了准确地控制发动机的燃油喷射量，需要知道流过PFI阀针的场效应管的工作电流。目前的方法是使用具有场效应管(简称检测场效应管)的电流检测电路来检测流过PFI阀针的场效应管(简称工作场效应管)的工作电流。检测场效应管产生与流过工作场效应管的工作电流成比例的检测电流，其中，检测电流与工作电流之比被称为电流镜像比。检测场效应管在导通时漏极和源极之间的电阻Rdson要远大于工作场效应管的电阻Rdson，以使得电流检测不影响流过工作场效应管的工作电流。

工作场效应管和检测场效应管的电阻Rdson具有随温度变化的特性，这会影响电流镜像比。为此，在电流检测电路中增加了运算放大器来消除场效应管的电阻Rdson随温度变化的特性对电流镜像比的影响。然而，当工作场效应管的工作电流很小时，运算放大器的输入偏移会影响电流检测。

目前使用已出现一些用于减少运算放大器的输入偏移的技术，但这些技术会增加电路的复杂性和成本。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供电流检测电路和集成电路，其能够在不增加电路的复杂性和成本的情况下减少运算放大器的输入偏移。

按照本实用新型的实施例的一种电流检测电路，包括：第二场效应管，用于产生与流过具有第一场效应管的工作电路的电流成比例的检测电流；基极连接在一起的第一双极性晶体管和第二双极性晶体管，其中，所述第一双极性晶体管的发射极和所述第二双极性晶体管的发射极分别连接到所述第一场效应管的漏极和所述第二场效应管的漏极；运算放大器，其正输入端和负输入端分别连接所述第一双极性晶体管的集电极和所述第二双极性晶体管的集电极，以及，其输出端连接所述第一双极性晶体管的基极和所述第二双极性晶体管的基极；以及，第三和第四场效应管，用于使得流过所述第一双极性晶体管和所述第二双极性晶体管的电流相同。

按照本实用新型的实施例的一种集成电路，包括：具有第一功率半导体器件的工作电路；以及，前述的电流检测电路。

从以上可以看出，本实用新型的实施例的仅通过添加两个双极性晶体管就减少了运算放大器的输入偏移，因此，与现有技术相比，本实用新型的方案可以在不增加电路的复杂性和成本的情况下减少运算放大器的输入偏移。

附图说明

本实用新型的特征、特点、优点和益处通过以下结合附图的详细描述将变得显而易见。

图1示出了按照本实用新型的一个实施例的集成电路的架构示意图；

图2示出了按照本实用新型的另一实施例的集成电路的架构示意图；

图3示出了按照本实用新型的又一实施例的集成电路的架构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述本实用新型的各个实施例。

图1示出了按照本实用新型的一个实施例的集成电路的示意图。图1所示的集成电路10例如可以是但不局限于PFI阀针。

如图1所示，集成电路10可以包括工作电路20和电流检测电路30。

工作电路20可以包括N沟道型的场效应管22，其中，流过场效应管22的工作电流表示为ILOAD。场效应管22的源极S连接地，以及，场效应管22的漏极D经由负载连接到电源UB。

电流检测电路30可以包括N沟道型的场效应管32、两个PNP型的双极性晶体管34和36、运算放大器38、P沟道型的场效应管40和42、以及转换电路44。

场效应管32充当检测场效应管，其可以产生与场效应管22的工作电流ILOAD成比例的检测电流ISense，其中，检测电流ISense与工作电流ILOAD之比被称为电流镜像比。场效应管32的栅极G连接到场效应管22的栅极G，以及，场效应管32的源极S跟场效应管22的源极S一样接地。

双极性晶体管34和36是完全相同的两个晶体管。双极性晶体管34的基极b和双极性晶体管36的基极b连接在一起。双极性晶体管34的发射极e经由开关sw连接到场效应管22的漏极D，以及，双极性晶体管36的发射极e连接到场效应管32的漏极D。

运算放大器38的正输入端+和负输入端‐分别连接到双极性晶体管34的集电极c和双极性晶体管36的集电极c。运算放大器38的输出端连接到双极性晶体管34和36的基极b。

场效应管40和42是两个完全相同的场效应管，用于使得流过双极性晶体管34和36的电流相同。场效应管40的栅极G和场效应管42的栅极G连接在一起。场效应管40的源极S和漏极D分别连接双极性晶体管34的集电极c和电源VDD。场效应管42的源极S连接到双极性晶体管36的集电极c和场效应管40、42的栅极G，以及，场效应管42的漏极D连接到电源VDD。

转换电路44用于将检测电流ISense转换成电压并输出给微控制器46。转换电路44可以包括P沟道型的场效应管48和电阻50。场效应管48的栅极G连接到场效应管42的源极S和双极性晶体管36的集电极c之间，以及，场效应管48的漏极D连接到电源VDD。电阻50连接在场效应管48的源极S和地之间。微控制器46连接到电阻50和场效应管48的源极S之间。这里，经由场效应管48和电阻50检测电流ISense被转换成电压并被输出给微控制器46，然后，微控制器46利用所接收的电压计算得到检测电流ISense，并基于检测电流ISense和检测电流ISense与工作电流ILOAD的电流镜像比计算得到工作电流ILOAD，从而知道工作电路20的工作电流。

下面描述本实施例减少运算放大器38的输入偏移对电流检测的影响的原理。

如图1所示，双极性晶体管34和36用作场效应管22和32的输入对。由于双极性晶体管具有优良的匹配性能(即失配很小)，因此，通过由运算放大器38和双极性晶体管34和36形成的反馈回路，运算放大器38能够保持场效应管40和42的漏极电压相同。例如，如果运算放大器38的正输入端+的电压大于运算放大器38的负输入端‐的电压，则运算放大器38的输出电压增大。因为场效应管32的在导通时漏极D和源极S之间的电阻Rdson远大于场效应管22的电阻Rdson，因此，流过场效应管32的电流增加量小于流过场效应管22的电流增加量。结果，运算放大器38的正输入端+的电压下降到与运算放大器38的负输入端‐的电压相同。在这种情况下，相同的电流流过双极性晶体管34和36，从而场效应管32的漏极电压等于场效应管22的漏极电压，因而检测电流ISense与工作电流ILOAD的电流镜像比基本上不受到运算放大器38的输入偏移的影响，从而减少了运算放大器38的输入偏移对电流检测的影响。

从以上的描述可以看出，本实施例仅通过添加两个双极性晶体管就能减少运算放大器的输入偏移对电流检测的影响，而添加两个双极性晶体管几乎不增加电路的成本和复杂性，因此，与现有技术相比，本实施例的方案可以在不增加电路的复杂性和成本的情况下减少运算放大器的输入偏移。

图2示出了按照本实用新型的另一实施例的集成电路的示意图。图2所示的集成电路200不同于图1所示的集成电路10在于，集成电路200中的电流检测电路30还包括滤波电路210、场效应管220和电阻230。

滤波电路210连接在运算放大器38的正输入端+和负输入端‐之间，用于过滤掉由运算放大器38和双极性晶体管34和36形成的反馈回路中存在的噪声分量，以使得该反馈回路保持工作稳定。滤波电路210可以包括串联连接的电阻212和电容214。

场效应管220的栅极G连接到运算放大器38的输出端，以及，场效应管220的漏极D连接到电源VDD。电阻230连接在场效应管220的源极S和地之间。场效应管40和42的栅极G连接在电阻230和场效应管220的源极S之间。场效应管220和电阻230的加入可以增强运算放大器38的驱动能力。

图3示出了按照本实用新型的又一实施例的集成电路的示意图。

如图3所示，集成电路300可以包括工作电路20i和电流检测电路30i。

工作电路20i可以包括P沟道型的场效应管22i，其中，流过场效应管22i的工作电流表示为ILOAD。场效应管22i的源极S连接电源UB，以及，场效应管22i的漏极D经由负载连接到地。

电流检测电路30i可以包括P沟道型的场效应管32i，两个NPN型的双极性晶体管34i和36i，运算放大器38i，N沟道型的场效应管40i和42i，转换电路44i，以及稳压管60。

场效应管32i充当检测场效应管，其可以产生与场效应管22i的工作电流ILOAD成比例的检测电流ISense，其中，检测电流ISense与工作电流ILOAD之比被称为电流镜像比。场效应管32i的栅极G连接到场效应管22i的栅极G，以及，场效应管32i的源极S跟场效应管22i的源极S一样连接电源UB。

双极性晶体管34i和36i是完全相同的两个晶体管。双极性晶体管34i的基极b和双极性晶体管36i的基极b连接在一起。双极性晶体管34i的发射极e连接到场效应管22i的漏极D，以及，双极性晶体管36i的发射极e连接到场效应管32i的漏极D。

运算放大器38i的正输入端+和负输入端‐分别连接到双极性晶体管34i的集电极c和双极性晶体管36i的集电极c。运算放大器38i的输出端连接到双极性晶体管34i和36i的基极b。

场效应管40i和42i是两个完全相同的场效应管，用于使得流过双极性晶体管34i和36i的电流相同。场效应管40i的栅极G和场效应管42i的栅极G连接在一起。场效应管40i的漏极D和源极S分别连接双极性晶体管34i的集电极c和电源VT，其中，电源VT的电压比电源VB的电压小预定电压值(例如5伏)。场效应管42i的漏极D连接到双极性晶体管36i的集电极c和场效应管40i、42i的栅极G，以及，场效应管42i的源极S连接到电源VT。

稳压管60连接在电源VB和电源VT之间，用于确保电源VT的电压比电源VB的电压小预定电压值。

转换电路44i用于将检测电流ISense转换成电压并输出给微控制器46。在一个方面，转换电路44i可以包括N沟道型的场效应管52，P沟道型的场效应管54和56，以及，电阻50i。场效应管52的栅极G连接到场效应管42i的栅极D，以及，场效应管52的源极S连接到电源VT。场效应管54和56的栅极G连接在一起并连接到场效应管54的漏极D。场效应管54的源极S和漏极D分别连接电源UB和场效应管52的漏极D。场效应管56的源极S连接电源UB。电阻50i连接在场效应管56的漏极D和地之间。微控制器46连接到电阻50i和场效应管56的漏极D之间。这里，经由场效应管52、54、56和电阻50i检测电流ISense被转换成电压并被输出给微控制器46，然后，微控制器46利用所接收的电压计算得到检测电流ISense，并基于检测电流ISense和检测电流ISense与工作电流ILOAD的电流镜像比计算得到工作电流ILOAD，从而知道工作电路20i的工作电流。

其它变型

本领域技术人员应当理解，集成电路10、200和300所使用的场效应管可以是金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)或其它类型的场效应管。

本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，转换电路44是利用MOSFET 48和电阻50实现的，然而，本实用新型并不局限于此。在本实用新型的其它一些实施例中，转换电路44也可以利用其它的方式来实现。

本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，转换电路44i是利用场效应管52、54、56和电阻50i实现的，然而，本实用新型并不局限于此。在本实用新型的其它一些实施例中，转换电路44i也可以利用其它的方式来实现。

本领域技术人员应当理解，图3中的运算放大器38i的正输入端+和负输入端‐之间也可以应用滤波电路210。

本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，滤波电路210是利用电阻212和电容214来实现的，然而，本实用新型并不局限于此。在本实用新型的其它一些实施例中，滤波电路210也可以利用其它的方式来实现。

本领域技术人员应当理解，在本实用新型的其它一些实施例中，图3中的电流检测电路30i也可以不包括稳压管60。

本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，转换电路44和44i用于将检测电流ISense转换成电压并输出给微控制器46，然而，本实用新型并不局限于此。在本实用新型的其它一些实施例中，转换电路44和44i也可以用于将检测电流ISense转换成除了电压之外的诸如光信号、电磁信号等的其它非电流信号并输出给微控制器46。

本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，电流检测电路30或30i包括转换电路44或44i以将检测电流ISense转换成非电流信号(例如，电压、光信号、电磁信号等)并输出给微控制器46，然而，本实用新型并不局限于此。在本实用新型的其它一些实施例中，电流检测电路30或30i可以向微控制器46直接输出检测电流ISense而不需要将其转换成非电流信号，在这种情况下，电流检测电路30或30i可以不需要包括转换电路。

本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，由微控制器46处理来自转换电路44或44i的检测电流ISense或从检测电流ISense转换成的非电流信号(例如，电压、光信号、电磁信号等)，然而，本实用新型并不局限于此。在本实用新型的其它一些实施例中，可以利用除了微控制器之外的诸如计算机、工业控制器等的其它合适设备来处理来自转换电路44或44i的检测电流ISense或从检测电流ISense转换成的非电流信号。

本实用新型的一个实施例提供一种电流检测电路，其特征在于，包括：第二场效应管，用于产生与流过具有第一场效应管的工作电路的电流成比例的检测电流；基极连接在一起的第一双极性晶体管和第二双极性晶体管，其中，所述第一双极性晶体管的发射极和所述第二双极性晶体管的发射极分别连接到所述第一场效应管的漏极和所述第二场效应管的漏极；运算放大器，其正输入端和负输入端分别连接所述第一双极性晶体管的集电极和所述第二双极性晶体管的集电极，以及，其输出端连接所述第一双极性晶体管的基极和所述第二双极性晶体管的基极；以及，第三和第四场效应管，用于使得流过所述第一双极性晶体管和所述第二双极性晶体管的电流相同。

在第一方面，所述第二场效应管是N沟道型的，所述第三场效应管和所述第四场效应管是P沟道型的，以及，所述第一和第二双极性晶体管是PNP型的，所述第二场效应管的源极连接地，所述第三场效应管和所述第四场效应管的栅极连接在一起并连接到所述第二双极性晶体管的集电极，所述第三场效应管的漏极和源极分别连接第一电源和所述第一双极性晶体管的集电极，以及，所述第四场效应管的漏极和源极分别连接所述第一电源和所述第二双极性晶体管的集电极。

在第二方面，所述第二场效应管是P沟道型的，所述第三场效应管和所述第四场效应管是N沟道型的，以及，所述第一和第二双极性晶体管是NPN型的，所述第二场效应管的源极连接第二电源，所述第三场效应管和所述第四场效应管的栅极连接在一起并连接到所述第二双极性晶体管的集电极，所述第三场效应管的源极和漏极分别连接第三电源和所述第一双极性晶体管的集电极，其中，所述第三电源的电压低于所述第二电源的电压，以及，所述第四场效应管的源极和漏极分别连接所述第三电源和所述第二双极性晶体管的集电极。

在第三方面，所述电流检测电路还包括转换电路，用于将所述检测电流转换成非电流信号并将其输出给另一设备。

在第四方面，所述第二场效应管是N沟道型的，所述第三场效应管和所述第四场效应管是P沟道型的，以及，所述第一和第二双极性晶体管是PNP型的，所述第二场效应管的源极连接地，所述第三场效应管和所述第四场效应管的栅极连接在一起并连接到所述第二双极性晶体管的集电极，所述第三场效应管的漏极和源极分别连接第一电源和所述第一双极性晶体管的集电极，以及，所述第四场效应管的漏极和源极分别连接所述第一电源和所述第二双极性晶体管的集电极。

在第五方面，所述转换电路包括第五场效应管和第一电阻，其中，所述第五场效应管的栅极和漏极分别连接所述第二双极性晶体管的集电极和所述第一电源，以及，所述第一电阻连接在所述第五场效应管的源极和地之间，以及，所述另一设备连接到所述第五场效应管的源极和所述第一电阻之间。

在第六方面，所述第二场效应管是P沟道型的，所述第三场效应管和所述第四场效应管是N沟道型的，以及，所述第一和第二双极性晶体管是NPN型的，所述第二场效应管的源极连接第二电源，所述第三场效应管和所述第四场效应管的栅极连接在一起并连接到所述第二双极性晶体管的集电极，所述第三场效应管的源极和漏极分别连接第三电源和所述第一双极性晶体管的集电极，其中，所述第三电源的电压低于所述第二电源的电压，以及，所述第四场效应管的源极和漏极分别连接所述第三电源和所述第二双极性晶体管的集电极。

在第七方面，所述转换电路包括第六场效应管、第七场效应管和第八场效应管和第二电阻，所述第六场效应管的栅极、源极和漏极分别连接所述第四场效应管的漏极、所述第三电源和所述第七场效应管的漏极，所述第七场效应管和所述第八场效应管的源极连接所述第二电源，所述第七场效应管和所述第八场效应管的栅极连接在一起并连接到所述第七场效应管的漏极，所述第二电阻连接在所述第八场效应管的栅极和所述第三电源之间，以及，所述另一设备连接到所述第八场效应管的栅极和所述第二电阻之间。

在第八方面，所述电流检测电路还包括：滤波电路，其连接在所述运算放大器的正输入端和负输入端之间。

在第九方面，所述电流检测电路还包括：第九场效应管，其栅极和漏极分别连接所述运算放大器的输出端和所述第一电源；以及，第三电阻，其连接在所述第九场效应管的源极和地之间，其中，所述第一和第二双极性晶体管的基极连接到所述第九场效应管的源极和所述第三电阻之间。

本实用新型的一个实施例提供一种集成电路，其包括：具有第一场效应管的工作电路；以及，前述的电流检测电路。

本领域技术人员将理解，本实用新型所公开的各个实施例可以在不偏离发明实质的情况下做出各种变形、修改和/或调整，这些变形、修改和/或调整都落在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围由所附的权利要求书来定义。