电流检测电路及具有该电流检测电路的电源装置的制作方法

本发明属于电流检测技术领域，尤其涉及一种电流检测电路和一种具有电流检测电路的电源装置。

背景技术：

电流检测电路可用于电源充电监测和过流保护。常用的电流检测方法是首先在电流通路上加入一个小的检测电阻，随即检测电阻两端会形成很小的压降，然后将检测电阻两端的压降经放大器放大后从而输出一个与被测电流成比例的电压信号，最终实现电流的检测。所涉及到的检测电阻阻值需要很小以忽略其产生的功耗，同时又要保证检测电阻两端形成能够被放大器准确放大的压降。

另外，在电流检测技术领域中定义，若该检测电阻位于电源端则时，此时的电流检测称作高边电流检测，若检测电阻位于接地端则时，此时的电流检测称作低边电流检测。

尽管常用的电流检测电路能够执行电流检测，但其也存在一定缺陷，缺陷在于：由于引入的放大器存在失配的情况，因此，电流检测电路会发生零漂的现象。零漂现象会影响电流检测电路的测量准确性。

需要解释的是：零漂现象是指被测电流为零时检测电路输出的电压信号不为零。

技术实现要素：

有鉴于此，为了解决零漂现象影响电流检测精度的问题，本发明提供一种电流检测电路，该电流检测电路可以通过校准机制消除零漂，通过该电流检测电路能够实现电流的精确检测。

本发明提供一种电流检测电路，其包括两个输入端、运算放大器、pmos管、补偿电流电路、第一电阻、第二电阻和输出电阻；所述pmos管的栅极、源极和漏极分别接所述运算放大器的输出端、所述运算放大器的反相输入端和所述输出电阻；第一输入端和第二输入端通过选择开关电路与所述第二电阻一端连接；所述第二电阻的另一端及所述补偿电流电路一端均与所述运算放大器的同相输入端连接；所述第一电阻的两端分别与所述第一输入端和所述运算放大器的同相输入端连接。

较佳地，所述选择开关电路包括择一导通的第一开关支路和第二开关支路，所述第一开关支路设置在所述第一输入端和所述第二电阻之间，所述第二开关支路设置在所述第二输入端和所述第二电阻之间；当所述第一开关支路导通时，所述电流检测电路进入校准模式；当所述第二开关支路导通时，所述电流检测电路进入检测模式。

较佳地，所述选择开关电路包括单开双控开关，通过所述单开双控开关形成择一导通的所述第一开关支路和所述第二开关支路。

较佳地，所述第一开关支路中包括第一开关，所述第一开关分别与所述第一输入端和所述第二电阻连接；所述第二开关支路包括第二开关，所述第二开关分别与所述第二输入端和所述第二电阻连接。

较佳地，所述第一输入端和所述第二输入端分别用于接检测电阻高电位一侧和低电位一侧，所述电流检测电路用于输出与流经所述检测电阻的电流成比例的电压值v；所述电压值v表示为：v＝vsense2-vsense1，公式中，vsense1表示在所述校准模式下流经所述第一电阻上的电流在所述输出电阻上产生的压降，vsense2表示在所述检测模式下流经所述第一电阻上的电流在所述输出电阻上产生的压降。

较佳地，当所述电流检测电路进入所述校准模式时，流经所述第一电阻上的电流在所述输出电阻上产生的压降vsense1表示为：vsense1＝(ios×r2-vos)×rout÷r1，公式中，ios为所述补偿电流电路的干路电流，r2为所述第二电阻的阻值，vos为所述运算放大器的失配电压，rout为所述输出电阻的阻值，r1为所述第一电阻的阻值。

较佳地，当所述电流检测电路进入所述检测模式时，流经所述第一电阻上的电流在所述输出电阻上产生的压降vsense2表示为：vsense2＝(iload×rs+ios×r2-vos×rout÷r1，公式中，公式中，iload为流经所述检测电阻的电流，rs为所述检测电阻的阻值，ios为所述补偿电流电路的干路电流，r2为所述第二电阻的阻值，vos为所述运算放大器的失配电压，rout为所述输出电阻的阻值，r1为所述第一电阻的阻值。

较佳地，所述补偿电流电路包括多个电流汇集于干路的且相互并联的补偿支路，每条所述补偿支路上都设有有开关件。

较佳地，所述补偿电流电路另一端和所述输出电阻的一端均接地；所述电流检测电路的输出电压点设置在所述pmos管的漏极和所述输出电阻之间。

本发明还提供一种电源装置，其包括电源装置本体，所述电源装置还包括如上述任一项所述的电流检测电路；所述电源装置本体包括供电模块和与供电模块连接的检测电阻，所述第一输入端和所述第二输入端分别连接所述检测电阻的高电位一侧和低电位一侧。

与现有技术相比本发明的有益效果在于：

通过补偿电流电路和选择开关电路的共同作用，能够消除所述电流检测电路中产生的零漂的现象，能够消除运算放大器失配对检测结果的影响。所述电流检测电路的检测精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中电流检测电路的结构示意图；

图2为本发明实施例1中补偿电流电路的结构示意图。

附图标记：

第一输入端1、第二输入端2、选择开关电路、运算放大器3、pmos管4、补偿电流电路5、第一电阻6、第二电阻7、输出电阻8、第一开关9、第二开关10、输出电压点11、供电模块12、检测电阻13、负载14、第一节点15、第二节点16、等效元件17、第一补偿电流装置18和第一开关件19。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例1

图1为本发明实施例1中电流检测电路的结构示意图；如图1所示，本发明实施例1提供一种电流检测电路，其包括第一输入端1、第二输入端2、选择开关电路、运算放大器3、pmos管4、补偿电流电路5、第一电阻6、第二电阻7和输出电阻8。

第一输入端1和第二输入端2通过选择开关电路与第二电阻7一端连接。pmos管4的栅极、源极和漏极分别接运算放大器3的输出端、运算放大器3的反相输入端和输出电阻8。第二电阻7的另一端及补偿电流电路5一端均与运算放大器3的同相输入端连接。补偿电流电路5另一端接地。输出电阻8另一端接地，即输出电阻8低电位一端接地。第一电阻6的两端分别与第一输入端1和运算放大器3的同相输入端连接。

pmos管4是指p型金属氧化物半导体场效应管，而金属氧化物半导体场效应管的英文名称为metaloxidesemiconductor，简称mos。

第一输入端1和第二输入端2通过选择开关电路与第二电阻7一端连接。在本实施例中，选择开关电路包括共端的第一开关支路和第二开关支路，第一开关支路连接设置在第一输入端1和第二电阻7之间，第二开关支路连接设置在第二输入端2和第二电阻7之间。

进一步，两个开关支路上各自设有开关元件，即第一开关9和第二开关10。第一开关9两端分别与第一输入端1和第二电阻7连接。第二开关10两端分别与第二输入端2和第二电阻7连接。第二电阻7、第一开关9和第二开关10共用一个公共端。即第二电阻7、第一开关9和第二开关10各一端等电位连接。为便于阐明电路结构，定义第二电阻7与选择开关电路连接点为第一节点15，换言之，第二电阻7、第一开关9和第二开关10各一端共同连接于第一节点15。另外，定义第二电阻7另一端与补偿电流电路5的连接点为第二节点16。第一节点15处的电压为v1，第二节点16处的电压为v2。

考虑到运算放大器3的失配影响，可以视为在第二节点16与运算放大器3同相输入端之间设置了一个等效元件17。

与电流检测电路相关的电路是负载工作电路，负载工作电路包括供电模块12、检测电阻13和负载14。检测电阻13一端与供电模块12连接，与供电模块12连接的这一端为检测电阻13的高电位一端。检测电阻13另一端与负载14一端连接，与负载14连接的这一端为检测电阻13的低电位一端。负载14的另一端接地。

第一输入端1和第二输入端2分别连接在负载工作电路上。进一步，第一输入端1和第二输入端2分别连接在检测电阻13两端，且第一输入端1与检测电阻13的高电位一端电连接，第二输入端与检测电阻13的低电位一端电连接。在本实施例中，供电模块12与检测电阻13一端电连接，即供电模块12输出端、检测电阻13的高电位一端、第一输入端1三者等电位连接。供电模块12的供电电压值为vdd。

负载工作电路正常工作时，电流检测电路能够用于检测负载工作电路的电流。

运算放大器3、pmos管4、第一电阻6、第二电阻7、输出电阻8共同作用将值为vdd-v1的电压差放大，其放大倍数等于输出电阻8的阻值rout与第一电阻6的阻值r1的商。即电压差vdd-v1被放大rout÷r1倍。所以，综上，检测输出电压vsense可表示为：vsense＝(vdd-v1)×rout÷r1，此时，忽略运算放大器3的失配。

检测电阻13一端接负载14，另一端接供电模块12，这种接法是典型的高边电流检测电路的接法。这种接法能够实现用电压的形式来描述负载14的电流iload参数的功能。负载14的电流iload参数能够使用检测电阻13的两端的电压值予以表述，即检测电阻13的两端的电压值可以表示为iload×rs，rs表示检测电阻13的阻值。

补偿电流电路5一端接运算放大器3的同相输入端，另一端接地，补偿电流电路5流过的电流为ios。当考虑运算放大器3失配的影响时，运算放大器3失配电压用vos表示，相当于在第二节点16与运算放大器3的同相输入端之间接入一个等效元件17。等效元件17两端的电压是vos。进而，运算放大器3的同相输入端的电压v+＝v1-ios×r2+vos，r2表示第二电阻7的阻值。运算放大器3的反相输入端和运算放大器3的同相输入端虚短，因此，运算放大器3的反相输入端电压v-可以表示为：v-＝v+＝v1-ios×r2+vos，经计算能够得到检测输出电压vsense，计算公式为：vsense＝(vdd-v1+ios×r2-vos)×rout÷r1。检测输出电压vsense从输出电压点11输出，输出电压点11分别与pmos管4的漏极和输出电阻8连接。

图2为本发明实施例1中补偿电流电路的结构示意图。如图2所示，补偿电流电路5包括多个电流汇集于干路的且相互并联的补偿支路。每条补偿支路上都有开关件，换言之，第一补偿支路中包括串联的第一补偿电流装置18和第一开关件19。第一补偿支路的两个连接端分别与第二节点16和接地端连接。在图2中，优选地，第一补偿电流装置18一端接地，另一端接第一开关件19。第一开关件19还与第二节点16连接。进一步，第二补偿支路、第三补偿支路等补偿支路结构与第一补偿支路相同。第一补偿支路、第二补偿支路、第三补偿支路和第n补偿支路的电流分别用ios1、ios2、ios3和iosn表示，n为大于1的正整数。因此，补偿电流电路5流过的电流为ios可以表示为：ios＝ios1+ios2+ios3+…+iosn。当补偿支路中的开关件断开时，对应补偿支路的电流为0。当补偿支路中的开关件闭合时，对应补偿支路的电流可以合并计入补偿电流电路5的干路电流。基于此，通过控制多个补偿支路中的开关件就能够调节补偿电流电路5的干路电流ios的大小。

第一开关9和第二开关10用于实现检测输出电压的校准，当第一开关9闭合且第二开关10断开时vdd＝v1，此时电流检测电路进入校准模式，校准模式下，流经第一电阻6上电流在输出电阻8上产生的压降为vsense1，具体可以表示为：vsense1＝(ios×r2-vos)×rout÷r1；当第一开关9断开且第二开关10闭合时，此时电流检测电路进入检测模式，则有，vdd-v1＝iload×rs，且此模式下的，流经第一电阻6上电流在输出电阻8上产生的压降为vsense2。具体可以表示为：

vsense2＝(iload×rs+ios×r2-vos)×rout÷r1；

因此，实际与负载14电流成比例的输出电压v表示为：

v＝vsense2-vsense1＝iload×rs×rout÷r1。

电流检测电路与负载工作电路等相关电路的参数的优选设置值如下所述：

第一电阻6的阻值r1和第二电阻7的阻值r2均为一千欧姆。输出电阻8的阻值rout为四十五千欧(45kohm)。因此，由rout÷r1公式计算出的放大倍数为45。

检测电阻13的阻值rs为二十毫欧(20mohm)，负载14的电流iload为1.6a。则由检测电阻13形成的压降为32mv。由检测电阻13形成的压降的计算过程为：iload×rs＝1.6a×20mohm＝32mv。

运算放大器3失配电压的标准差为3.24mv，以3倍标准差为考虑范围，则vos＝3×3.24mv＝9.72mv≈10mv。

补偿电流电路5中共有4路补偿支路(n＝4)，且ios1＝5ua、ios2＝5ua、ios3＝2.5ua、ios4＝1.25ua。实施例可参考但不仅限于此种参数设置情况。

当电流检测电路处于校准模式下时，第一开关9闭合且第二开关10断开，此时，第一节点15处的电压v1与供电模块12的供电电压值vdd相等。在考虑补偿电流电路5的电流ios的基础上，第二节点16处的电压为v1-ios×r2。在考虑运算放大器3失配电压vos的基础上，运算放大器3同相输入端处的电压为v1-ios×r2+vos，因此，运算放大器3反相输入端处的电压也可以表示为v1-ios×r2+vos。而落在第一电阻6上的压降为vdd-v1+ios×r2-vos，由于vdd＝v1，因此，落在第一电阻6上的压降为ios×r2-vos，那么流经第一电阻6上电流为(ios×r2-vos)÷r1。进而，流经第一电阻6上电流在输出电阻8上产生的压降vsense1表示为vsense1＝(ios×r2-vos)×rout÷r1，带入参数后，vsense1＝45(ios×1kohm-9.72mv)。为了保证vsense1是大于零的值，则需要ios×1kohm>9.72mv，故取第一补偿支路和第二补偿支路接通，第三补偿支路和第四补偿支路断开。此时，ios＝ios1+ios2＝10ua，而vsense1＝12.6mv。

采用多个补偿支路的有益效果在于，既可以保证当零负载的情况下输出的vsense1是个刚好大于零的值，又能使vsense2-vsense1足够大，即为负载电流的检测留出足够的电压裕度。

当电流检测电路处于检测模式下时，第一开关9断开且第二开关10闭合。第一节点15处的电压v1可以表示为：v1＝vdd-iload×rs，在考虑补偿电流电路5的电流ios的基础上，第二节点16处的电压为vdd-iload×rs-ios×r2。在考虑运算放大器3失配电压vos的基础上，运算放大器3同相输入端处的电压为vdd-iload×rs-ios×r2+vos，运算放大器3反相输入端处的电压也可以表示为vdd-iload×rs-ios×r2+vos，进一步，落在第一电阻6上的压降为iload×rs+ios×r2-vos，那么流经第一电阻6上电流为(iload×rs+ios×r2-vos÷r1，进而，流经第一电阻6上电流在输出电阻8上产生的压降vsense2表示为vsense2＝iload×rs+ios×r2-vos×rout÷r1，带入参数后，vsense2的值为1.4526v，计算过程为vsense2＝1.6a×20mohm×45+12.6mv＝1.4526v。

实际与负载14电流成比例的输出电压v＝vsense2-vsense1＝1.44v。

因此，本发明实施例提供了一种高边电流检测电路，通过改变第一开关9和第二开关10的开关状态来切换校准模式和检测模式，同时通过调节补偿电流ios的大小保证校准模式下输出检测电压为不小于零的值，由检测模式下输出的检测电压与校准模式下输出的检测电压做差即可得到只与负载电流成比例的检测电压值。

本实施例还提供一种包含所述电流检测电路的电源装置，电源装置包括电源装置本体，电源装置本体包括供电模块12和与供电模块12连接的检测电阻13。电流检测电路的第一输入端1与第二输入端2分别连接在检测电阻13的高电位一侧和低电位一侧。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于，本发明实施例1提供一种电流检测电路，其选择开关电路为单开双控开关。第一输入端1和第二输入端2通过单开双控开关与第二电阻7一端连接。

在本实施例中，单开双控开关的公共端与第二电阻7连接，可以理解为单开双控开关的公共端(不动端)与第二电阻7连接于第一节点15处。单开双控开关的还包括第一连接端和第二连接端，第一连接端与第一输入端1连接，第二连接端与第二输入端2连接。单开双控开关将第一连接端和第二连接端择一与公共端形成通路。单开双控开关还能够在两种通路间执行切换。

在实施例1中，第一开关9闭合且第二开关10断开时，电流检测电路处于校准模式下。而本实施例中，单开双控开关可以用一个开关代替第一开关9和第二开关10工作，即当单开双控开关将第一连接端与公共端导通时，第二连接端与公共端必定断开，此时电流检测电路进入校准模式下。

在实施例1中，第一开关9断开且第二开关10闭合时，电流检测电路处于检测模式下。而本实施例中，单开双控开关可以用一个开关代替第一开关9和第二开关工作，即当单开双控开关将第二连接端与公共端导通时，第一连接端与公共端必定断开，此时电流检测电路进入检测模式下。

采用单开双控开关代替第一开关9和第二开关10工作的有益效果在于，减少了工作量，减少了开关控制系统出错的风险，提升了开关电路的控制协调性，提升了开关电路的切换效率。单开双控开关适用于自动化控制。

本实施例还提供一种包含所述电流检测电路的电源装置，电源装置包括电源装置本体，电源装置本体包括供电模块12和与供电模块12连接的检测电阻13。电流检测电路的第一输入端1与第二输入端2分别连接在检测电阻13的高电位一侧和低电位一侧。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。