电源通道的电流检测电路与电子设备的制作方法

本发明涉及可充电的电子设备，尤其涉及一种充电电路的电流检测电路与电子设备。

背景技术：

在电子设备中，可通过电源通道为负载供电，其中，可利用电路器件对电源通道的电流路径进行管理，例如在手机中，可以通过相关电路器件实现直充路径管理。

为了能够适于管理，需对电源通道的电流信息进行检测。进而，为了检测电源通道的电流信息，通常需在电源通道中设置一个检流电阻，该检流电阻与负载串联，进而，可先利用电流检测放大器采样该检流电阻的电流信息，得到用于表征该电流信息的电压信号，并对该电压信号进行放大，再通过模数转换器对放大后的信号进行模数转换，使之能够被逻辑控制模块获取到。

在该过程中，由于负载需与检流电阻串联，其会导致电源通道的阻抗较大，易于因检流电阻造成功率损失，还会因检流电阻的功耗增加电源通道的热量散发。

技术实现要素：

本发明提供一种电源通道的电流检测电路与电子设备，以解决利用检流电阻检测电源通道时所产生的问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种电源通道的电流检测电路，所述电源通道包括依次连接的电源输入端、第一场效应管与负载，所述电流检测电路包括：并联支路、电流检测模块与控制模块；所述并联支路并联于所述第一场效应管的两端；

所述控制模块连接所述第一场效应管的栅极，用于在需确定所述电源通道的正常工作电流信息时，控制所述第一场效应管关断；

所述并联支路能够在需确定所述正常工作电流信息时保持导通；

所述电流检测模块连接所述并联支路，用于检测所述并联支路的电流信息，以使得所述正常工作电流信息能够根据所述第一场效应管关断且所述并联支路导通时所述并联支路的电流信息被确定。

可选的，所述并联支路中设有第二场效应管，所述第二场效应管能够在需确定所述正常工作电流信息时保持导通。

可选的，所述电流检测模块包括与所述第二场效应管的尺寸呈比例关系的镜像场效应管，以及模数转换器，所述镜像场效应管与所配置的电阻串联，所述电阻的未连接所述镜像场效应管的一端接地，所述模数转换器能够采集用于表征电流信息的所述电阻的压降。

可选的，所述第一场效应管所产生的阻抗小于所述并联支路所产生的阻抗。

可选的，所述控制模块包括电荷泵控制单元，所述电荷泵控制单元的一个输出端连接所述第一场效应管的栅极，以在需确定所述电源通道的正常工作电流信息时，控制所述第一场效应管关断。

可选的，所述电流检测模块还连接数据处理模块，所述数据处理模块用于获取所述第一场效应管关断且所述并联支路导通时所述并联支路的电流信息，并根据该电流信息确定所述正常工作电流信息。

可选的，所述控制模块还连接第三场效应管的栅极，所述第三场效应管设于所述电源通道，且设于所述第一场效应管与所述负载之间。

可选的，所述控制模块还连接所述并联支路，用于：

控制所述并联支路在正常工作与需确定所述正常工作电流信息时均保持导通。

可选的，所述控制模块还连接所述并联支路，用于：

在所述电源输入端的电压发生过压及欠压时控制所述并联支路关断。

可选的，所述控制模块还用于：在正常工作时，控制所述第一场效应管导通。

根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括第一方面及其可选方案涉及的电流检测电路与电源通道。

本发明提供的电源通道的电流检测电路与电子设备中，避免将检流电阻串联于电源通道，而采用了与第一场效应管并联的并联支路，在需检测正常工作电流信息时，本发明可通过控制模块控制所述第一场效应管关断，且所述并联支路能够保持导通，电流经并联支路进入负载，此时并联支路的电流信息可与正常工作时(即第一场效应管与并联支路均导通时)的正常工作电流信息相关联，进而，正常工作电流信息可根据并联支路单独导通时的电流信息所确定，例如，第一场效应管与并联支路阻抗足够小时，可相对于负载忽略不计，此时，所测得的并联支路单独导通时的电流信息即可作为正常工作电流信息。

本发明基于并联支路、电流检测模块与控制模块，实现了对电源通道电流的有效检测，在实现有效检测的同时，能够避免在电源通道串联检流电阻从而降低电源通道的功耗与热量。

同时，由于并联支路的阻抗可以不需很小，一方面能便于获得更高的电流的测量精度，另一方面电流检测模块中器件的选型范围不会因检流电阻过小而受限，进而可适于使用更低成本的器件，可见，本发明还可便于同时兼顾检测精度与成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明一实施例中电源通道与电流检测电路的构造示意图一；

图2是本发明一实施例中电源通道与电流检测电路的构造示意图二；

图3是本发明一实施例中电源通道与电流检测电路的构造示意图三；

图4是本发明一实施例中电源通道与电流检测电路的构造示意图四；

图5是本发明一实施例中电源通道与电流检测电路的电路示意图。

附图标记说明：

1-电流检测电路；

11-控制模块；

111-电荷泵控制单元；

12-并联支路；

121、n2-第二场效应管；

13-电流检测模块；

2-电源通道；

21、n1-第一场效应管；

22、vin-电源输入端；

23、rload-负载；

24、n3-第三场效应管；

csa-电流检测放大器；

adc-模数转换器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1是本发明一实施例中电源通道与电流检测电路的构造示意图一。

请参考图1，提供了一种电源通道的电流检测电路，所述电源通道2包括依次连接的电源输入端22、第一场效应管21与负载23。

电源通道2，可理解为任意能将电源输入端22的供电供应至负载23的电路构造，其中可配置有第一场效应管21，以控制电源输入端22与负载23间的通断。同时，本实施例并不排除电源通道2还设有其他开关、电阻等至少之一器件的方案，其中的开关可例如另一场效应管。

在实际使用时，在部分场景下，可能需要对电源通道2的电流进行检测，以下以手机作为电子设备的举例对这种场景进行描述：

在手机的直充路径管理中，电流路径往往需要被控制导通和关断，甚至需要支持双向关断以及指定的单向导通功能，执行该功能的器件可例如以上第一场效应管21和/或后文所涉及的第三场效应管24，同时，电源通道2可以指以上所涉及的电流路径，进而，在部分场景中，可通过对电源通道2的管理(例如对第一场效应管21的通断控制)优化供电、充电的速度，以及发热情况。故而，为了管理充电或供电安全，调节充电速度以及了解电量传输情况等，需对电源通道2的电流进行检测。

针对于此，现有相关技术中，对电源通道2中场效应管的控制与电流信息的检测是分别通过不同器件来实现的。

电子设备中电源通道2的数量可以是一个，同时也不排除电源通道2的数量不止一个的实施方式。对应的，可采用同一个电流检测电路进行检测，也可利用不同电流检测电路进行检测。

第一场效应管21，可以为任意的场效应管。

负载23，可理解为电子设备中任意需被提供电能的器件或器件的集合，具体实施过程中，负载23可以例如包括用电器件模块和/或储能模块。负载23的远离第一场效应管21的一端可直接或间接接地。

电源输入端22，可理解为任意能够为负载供电的电路节点，其前端可连接电子设备的外部供电接口，也可连接储能器件，还可连接其他任意能够为其提供电能的器件或设备。

本实施例中，所述电流检测电路1包括：并联支路12、电流检测模块13与控制模块11，所述并联支路12并联于所述第一场效应管21的两端。

可见，以上实施例能够避免在电源通道串联检流电阻从而降低电源通道的功耗与热量。

具体的，若以rn1表征第一场效应管产生的阻抗，rsense表征检流电阻的阻抗，rload表征负载的阻抗，则：在部分现有技术中，在不考虑其他场效应管、器件的情况下，电源通道的阻抗可以被表征为：rn1+rsense+rload，对应的，本实施例可选实施方式中的阻抗可因为无rsense而降低，从而被表征为：rn1+rload。

本实施例中，所述控制模块11可连接所述第一场效应管21的栅极，用于在需确定所述电源通道的正常工作电流信息时，控制所述第一场效应管21关断。

同时，并联支路12可在需确定所述正常工作电流信息时保持导通，具体可例如：控制模块11也可连接并联支路12，用于控制所述并联支路12在需确定所述正常工作电流信息时保持导通。具体实施过程中，并联支路12可在正常工作时也保持导通，同时，本实施例也不排除在正常工作时不保持导通的情形。

所述电流检测模块13连接所述并联支路12，用于检测所述并联支路12的电流信息，以使得所述正常工作电流信息能够根据所述第一场效应管21关断且所述并联支路12导通时所述并联支路12的电流信息被确定。

在需检测正常工作电流信息时，以上实施方式可通过控制模块控制所述第一场效应管关断，且所述并联支路能够保持导通，电流经并联支路进入负载，此时并联支路的电流信息可与正常工作时(即第一场效应管与并联支路均导通时)的正常工作电流信息相关联，进而，正常工作电流信息可根据并联支路单独导通时的电流信息所确定。

本实施例基于并联支路、电流检测模块与控制模块，实现了对电源通道电流的有效检测，并在实现有效检测的同时，能够因避免在电源通道串联检流电阻而降低电源通道的功耗与热量。

可见，以上实施方式中可利用分时方式检测电流信息，即：检测时的电路状态可以与非检测时不同。其中，电子设备在充电或供电的应用场景下，电流变化速度往往都很慢，进而，该分时测量的方式不会对充电或供电本身造成影响。

同时，由于是分时测量的，并联支路的阻抗可以不需很小，进而，便于兼顾检测精度与成本。

相较而言，现有相关技术中，针对于所串联的检流电阻，为了减轻功率损失与热量散发的问题，通常会选择阻值极小的检流电阻，例如可小至1至2毫欧，从而简化系统的散热设计或提高系统的通流能力，提升供电能力或充电速度。

然而，为了配合该类极小的检流电阻，电流检测放大器、模数转换器等就需选择与之匹配的型号，而此类电流检测放大器与模数转换器也会相对精度较高，成本也可能会较高，其可理解为检流电阻越小，与之配合的电流检测放大器、模数转换器的成本也就越高。同时，检流电阻越小，运放的失调电压和输入偏置电流的影响就相对越大，其会导致电流的测量精度难以保障。

根据本实施例以上实施方式的描述可见，本实施例中并联支路的阻抗可以不需很小，即：阻抗可做到更大更灵活，由于并联支路的阻抗可以不需很小，一方面能便于获得更高的电流的测量精度，另一方面电流检测模块中器件的选型范围不会因检流电阻过小而受限，进而可适于使用更低成本的器件，可见，以上实施方式可便于同时兼顾检测精度与成本。

其中一种实施方式中，第一场效应管与并联支路阻抗足够小时，例如小于某阈值，其阻抗可相对于负载忽略不计，此时，所测得的并联支路单独导通时的电流信息即可作为正常工作电流信息。

本实施例也不排除不忽略第一场效应管与并联支路阻抗的实施方式，由于第一场效应管、并联支路、负载等器件的阻抗是已知的，电源输入端22的电压也是已知的，也可通过电路原理计算单独导通时并联支路的电流信息与均导通时正常工作电流信息之间的量化关系，从而根据该量化关系计算出正常工作电流信息。

具体实施过程中，在大部分时间(例如99.9％或以上的时间)里都控制第一场效应管21保持导通来实现正常的供电，即：电流从电源输入端22流入后，可经由第一场效应管21与并联支路12并联后产生的并联通道直接或间接流入负载23，最终回流入地。

在小部分时间(例如小于0.1％的时间)里，其可理解为需要获悉正常工作电流信息的时间里，此时由电源输入端22流经以上所涉及并联通道再进入负载23的电流的时候，控制模块11可先确保并联支路仍然保持导通状态，然后关断第一场效应管21，即关断了原来的电源通道2，此时电源输入端22到负载23的电流全部流经并联支路12，可利用电流检测模块13对流经并联支路12的电流进行测量，得到的电流即为正常工作时流经第一场效应管21和并联支路12的并联通道的电流。

以上所涉及的正常工作，可理解为电源通道2导通，以利用电源输入端22的供电为负载23供电的一种电路状态。

其中一种实施方式中，第一场效应管21可选用导通电阻较小的场效应管，例如可小于并联支路12产生的阻抗，即：所述第一场效应管21所产生的阻抗小于所述并联支路12所产生的阻抗。进而，在第一场效应管21与并联支路12并联且均导通时，即正常工作时，电流可主要流经第一场效应管21。

图2是本发明一实施例中电源通道与电流检测电路的构造示意图二。

并联支路12，可理解为任意能够产生阻抗，以适于被电流采集，且并联于第一场效应管21的支路，其中可具有任意可实现以上功能的器件或器件的组合。

其中一种实施方式中，请参考图2，所述并联支路12中设有第二场效应管121，所述第二场效应管121能够保持导通，具体实施过程中，可在控制模块11的控制下保持导通，例如：所述控制模块11连接所述第二场效应管121的栅极，具体用于控制所述第二场效应管121在需确定所述正常工作电流信息时保持导通。其中，控制第二场效应管121导通，即控制并联支路12导通。

进一步具体实施过程中，所述控制模块11还可控制第二场效应管121在正常工作时也保持导通。

通过第二场效应管121，可以提供一定的阻抗，也能够被控制通断，从而使得并联支路12能实现以上所涉及的功能。

其他实施方式中，也可使用一检流电阻替代第二场效应管121。

图3是本发明一实施例中电源通道与电流检测电路的构造示意图三。

请参考图3，其中一种实施方式中，所述控制模块11包括电荷泵控制单元111，所述电荷泵控制单元111的一个输出端连接所述第一场效应管21的栅极，以在需确定所述电源通道2的正常工作电流信息时，控制所述第一场效应管21关断，电荷泵控制单元111的该输出端可以为第一输出端。

具体实施过程中，所述电荷泵控制单元111的另一第二输出端可连接所述并联支路12，以控制所述并联支路12保持导通，具体可以在正常工作时与需确定电源通道的正常工作电流信息时均保持导通。

若电荷泵控制单元111需对外使用两个输出端，一种举例中，电荷泵控制单元111可以为具有两个输出端，且两个输出端可输出不同信号的电荷泵控制单元；另一种举例，电荷泵控制单元111可具有两个电荷泵，分别利用一个输出端输出信号。

以上涉及的电荷泵控制单元还可被表征为：chargepumpctrl，其中的ctrl可理解为controller。其常规的作用也可被理解为：在芯片内部用于分别驱动(即管理)导通和关断本实施例所涉及场效应管的电路单元。不过，本实施例进一步也可使其能够对芯片外的场效应管进行通断控制，其可参照后文的相关描述理解。

其中一种实施方式中，所述电流检测模块还连接数据处理模块，所述数据处理模块用于获取所述第一场效应管关断且所述并联支路导通时所述并联支路的电流信息，并根据该电流信息确定所述正常工作电流信息。例如可确定此时并联支路的电流信息作为所述正常工作电流信息。

其中一种实施方式中，数据处理模块可以为电子设备中已有的模块，也可以是另配置的模块。

图4是本发明一实施例中电源通道与电流检测电路的构造示意图四。

请参考图4，其中一种实施方式中，所述控制模块11还连接第三场效应管24的栅极，所述第三场效应管24设于所述电源通道2，且设于所述第一场效应管21与所述负载23之间。

其中，第三场效应管24的通断可与并联支路12的通断保持一致，进而，具体实施过程中，第三场效应管24与并联支路12可连接于电荷泵控制单元111的同一输出端。同时，本实施例也不排除采用不同输出端分别连接第三场效应管24与并联支路12的方案。

其中一种实施方式中，请参考图1至图4，如前文所提到的，所述控制模块11还连接所述并联支路12，用于：

控制所述并联支路12在正常工作与需确定所述正常工作电流信息时均保持导通。

具体实施过程中，所述控制模块11还可用于：

在所述电源输入端22的电压发生过压及欠压时控制所述并联支路12关断。从而能够对电路起到保护作用。

以上所涉及的电流检测模块13，可以理解为任意能够检测并联支路12电流的器件或器件的组合，其可并联于并联支路的两端。电流检测模块13具体可被表征为：currentmeasure。

一种举例中，电流检测模块13可以包括电流检测放大器csa与模数转换器adc，该电流检测放大器csa可并联于并联支路，并连接模数转换器adc。

另一种举例中，电流检测模块13可以支持镜像电流的模式，从而可以提升主电流测量的准确度和一致性。

其中，若并联支路12中设有第二场效应管121，则：电流检测模块13可包括与第二场效应管121的尺寸呈比例关系的镜像场效应管adc，以及模数转换器，其中，第二场效应管121与镜像场效应管可以呈高度精确的比例关系，得到所需的镜像电流，所述镜像场效应管与所配置的电阻串联，所述电阻的未连接所述镜像场效应管的一端可以接地，所述模数转换器adc能够采集用于表征电流信息的所述电阻的压降，例如：所述电阻上的压降可以直接连接模数转换器的输入。

进而，通过镜像场效应管镜像得到的电流可与第二场效应管121的电流成精确的比例关系，模数转换器可采集到第二场效应管121的电流信息，进而。

以上举例中所涉及的模数转换器可连接至以上所涉及的数据处理模块或其他用于获取电流信息的器件或器件的组合，从而使其能够确定第二场效应管121的电流信息，其中，可确定第一场效应管21关断时第二场效应管121的电流信息为正常工作电流信息。

基于以上所涉及的方案，在使用了镜像电流及其对应可配置的电阻之后，其用于检流而产生的并联电路与电流检测模块的阻抗相对现有技术中的检流电阻可放大诸如1000倍，现有技术通过电流检测放大器csa对原检流电阻上的压降放大固定的倍数(比如50倍)再进入模数转换器adc进行测量，本实施例可以控制选择不同的电阻来进行测量，比如待测电流很小时用相对现有技术的电阻放大1000×50倍的检流电阻，待测电流较大时，继续用放大1000倍的电阻。

其中一种实施方式中，请参考图1至图4，如前文所提到的，所述控制模块11还可用于：在正常工作时，控制所述第一场效应管21导通。

具体实施过程中，以上所涉及的并联支路12、电流检测模块13与控制模块11可集成于同一芯片。该芯片可理解为控制芯片，具体可表征为：appspecificctrl，其中的ctrl可理解为controller。

以上所涉及的数据处理模块可设于同一芯片，也可不设于同一芯片。

若并联支路12、电流检测模块13与控制模块11集成于同一芯片，控制模块11中的电荷泵控制单元111除了在芯片内部控制第二场效应管121通断以外，还可引出控制管脚来控制外部场效应管(如第一场效应管21和第三场效应管24)的通断，即：所述控制模块中的电荷泵控制单元通过所述控制芯片的管脚连接所述第一场效应管和/或第三场效应管，相较而言，现有相关技术中采用电荷泵输出控制时，通常是对芯片内部器件输出的，故而，以上实施方式可进一步丰富电荷泵控制单元输出功能的多样性，不再局限于芯片内。

另外，现有相关技术中，较小的检流电阻在焊接的过程中也会造成较大的相对误差，甚至还会影响批量产品的电流检测结果的一致性。相较而言，采用以上各实施方式的方案时，因可以无需焊接较小的检流电阻，还可进一步便于降低误差，提高检测结果的一致性。

图5是本发明一实施例中电源通道与电流检测电路的电路示意图。

请参考图5，并结合图1至图4，其中所涉及的第一场效应管21、第二场效应管121与第三场效应管24均可以为n型场效应管。故而，第一场效应管21可通过n1来表征，其中的第二场效应管121可通过n2来表征，第三场效应管24可通过n3来表征，负载23可通过rload来表征，电源输入端22可以为vin。

进而，还可利用rn1来表征第一场效应管21的阻抗，rn2表征第二场效应管121的阻抗，rn3表征第三场效应管24的阻抗。

具体实施过程中，在例如99.9％或以上的时间里都是通过第一场效应管n1保持导通来实现正常工作，其中，电流从电源输入端vin出发经由第一场效应管n1与第二场效应管n2的并联通道和第三场效应管n3流入负载rload后回流入地gnd，在例如小于0.1％的时间里需要知道此时由电源输入端vin流经第一场效应管n1和第二场效应管n2的并联通道再由第三场效应管n3进入负载rload的电流的时候，以上所涉及的控制芯片(即：appspecificctrl)的电荷泵控制单元(即：chargepumpctrl)先确保第二场效应管n2仍然保持导通，然后关断第一场效应管n1的通道，此时电源输入端vin到负载rload的电流全部流经第二场效应管n2，控制芯片(即：appspecificctrl)的电流检测模块(即：currentmeasure)可以对流经第二场效应管n2的电流进行检测。得到的电流即为正常工作时流经第一场效应管n1和第二场效应管n2的并联通道的电流。由于采用了并联但测量时关断控制芯片外部一路的检测电流方法，降低了关键的主电流路径(即电源通道)的导通电阻，导通电阻由现有相关技术中的rn1+rn3+rsense变成了具体实施过程中的rn1+rn3,降低了正常供电或充电工作时通路功率损失和发热。

此外，控制加检测集成于控制芯片(即：appspecificctrl)的模式也优化了系统成本，减小了电路占用面积以及改善了电流检测的精确性和一致性。

本实施例还提供了一种电子设备，包括以上各可选方案涉及的电流检测电路与电源通道。

综上所述，本实施例提供的电源通道的电流检测电路与电子设备中，避免将检流电阻串联于电源通道，而采用了与第一场效应管并联的并联支路，在需检测正常工作电流信息时，本实施例可通过控制模块控制所述第一场效应管关断，且所述并联支路能够保持导通，电流经并联支路进入负载，此时并联支路的电流信息可与正常工作时(即第一场效应管与并联支路均导通时)的正常工作电流信息相关联，进而，正常工作电流信息可根据并联支路单独导通时的电流信息所确定，例如，第一场效应管与并联支路阻抗足够小时，可相对于负载忽略不计，此时，所测得的并联支路单独导通时的电流信息即可作为正常工作电流信息。

本实施例基于并联支路、电流检测模块与控制模块，实现了对电源通道电流的有效检测，在实现有效检测的同时，能够避免在电源通道串联检流电阻从而降低电源通道的功耗与热量。

同时，由于并联支路的阻抗可以不需很小，一方面能便于获得更高的电流的测量精度，另一方面电流检测模块中器件的选型范围不会因检流电阻过小而受限，进而可适于使用更低成本的器件，可见，本实施例还可便于同时兼顾检测精度与成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围。