CN103743934A - 高精度高边电流检测电路 - Google Patents

Abstract

一种高精度高边电流检测电路，包括一个由同为PNP型的第一三极管和第二三极管组成的对管和一个由同为NPN型的第三三极管和第四三极管组成的对管，第一三极管的集电极与一个Mosfet管的栅极连接，第三三极管的基极连接一个控制端，第一三极管的发射极连接一个负载电压输入端连接，第二三极管的发射极连接一个负载电压输出端，负载电压输入端与负载电压输出端之间连接一个检流电阻，Mosfet管的源极连接一个电流检测信号输出端。本发明提供了低成本的高边电流检测电路，具有很高的检测精度，并且在温度和电压变化剧烈的环境下都能保持稳定的检流精度，当电路模块处于睡眠模式时，通过控制端可以关断电路，从而降低静态电流。

Description

高精度高边电流检测电路

技术领域:

本发明涉及电学领域，尤其涉及车载电器，特别涉及车载电器中的电流检测技术，具体的是一种高精度高边电流检测电路。

背景技术:

汽车中安装使用的电子设备越来越多，为方便监控负载的状态并诊断开路、短路和过载情况，需要对各型负载电流进行高精度的检测。现有技术中， 用于检测负载电流的电路有以下几种技术方案：

(一)    用智能开关芯片提供电流检测功能。该方案虽然电路简单，但成本高，且检测精度低，尤其是在小电流检测时检测精度会有５０％以上的偏差，常会造成开路诊断的误判。

(二)    专用高边电流检测芯片。该方案与前述方案（一）比较，虽然提高了检测电流精度，但成本更高，这限制了其在汽车电子电路中的广泛应用。

(三)    用运算放大器结合精密电阻等做成电流检测电路。该方案的检测精度常介于前述方案（一）和方案（二）之间，但仍然具有较高的成本。

(四)    用两个双极型三极管连接成比例电流源的方式而做成的电流检测电路。该方案具有结构简单，成本低的优势，然而检测精度却极为粗糙，应用范围很低。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种高精度高边电流检测电路，所述的这种高精度高边电流检测电路要解决现有技术中检测负载电流的电路成本高、检测精度低的技术问题。

本发明的这种高精度高边电流检测电路，包括一个由同为PNP型的第一三极管和第二三极管组成的对管和一个由同为NPN型的第三三极管和第四三极管组成的对管，其中，所述的第一三极管的基极与所述的第二三极管的基极连接，第一三极管的集电极与一个金氧半场效晶体管（即Mosfet管，全称为金属氧化物半导体场效晶体管，以下简称金氧半场效晶体管）的栅极连接，第二三极管的基极与集电极连接，第一三极管的集电极与所述的第三三极管的集电极连接，第二三极管的集电极与所述的第四三极管的集电极连接，第三三极管的基极与第四三极管的基极连接，第三三极管的发射极连接一个第四电阻器后接地，第四三极管的发射极连接一个第五电阻器后接地，第三三极管的基极连接一个第七电阻器后接地，第三三极管的基极连接一个第八电阻器后与一个控制端连接，第一三极管的发射极连接一个第二电阻器后与一个负载电压输入端连接，第二三极管的发射极连接一个第三电阻器后与一个负载电压输出端连接，所述的负载电压输入端与负载电压输出端之间连接有一个第一电阻器，所述的第一电阻器位于所述的第二电阻器和负载电压输入端的连接点与所述的第二电阻器和负载电压输出端的连接点之间，第一三极管的发射极与所述的金氧半场效晶体管的漏极连接，金氧半场效晶体管的源极连接一个第六电阻器后接地，金氧半场效晶体管的源极连接有一个电流检测信号输出端。

进一步的，所述的控制端与一个微控制器的一个输出端口连接。

进一步的，所述的电流检测信号输出端与一个微控制器的一个模数转换端口连接，或者与一个电流值测量电路连接。

进一步的，第二电阻器的阻值等于第一电阻器和第三电阻器的阻值之和。

本发明的工作原理是：负载电压输入端与电源连接，负载电压输出端与负载连接。连接在负载电压输入端与负载电压输出端之间的第一电阻器用作检流电阻。第二电阻器的阻值等于第一电阻器和第三电阻器的阻值之和。利用微控制器的输出端口向控制端输出高电平，启动本发明的高精度高边电流检测电路。电压通过第七电阻器和第八电阻器的分压加到第三三极管、第四电阻器、第四三极管和第五电阻器组成的恒流源上。因第三三极管和第四三极管为同型对管，当第四电阻器的阻值等于第五电阻器的阻值时，第三三极管集电极上的电流值等于第四三极管集电极上的电流值。第一三极管和第二三极管的集电极分别与第三三极管和第四三极管的集电极相连，所以第一三极管和第二三极管的集电极电流值与第三三极管和第四三极管的集电极相等。第一三极管和金氧半场效晶体管组成负反馈电路，当第一三极管发射极电压升高时，第一三极管会流过更大的电流，从而造成第一三极管集电极电压升高，而使金氧半场效晶体管的栅极和源极电压升高，则第六电阻器上的电流变大，而造成金氧半场效晶体管的漏极电流变大，而使第二电阻器上的电流变大，使第一三极管发射极电压变低，反之亦然。因为第一三极管和第二三极管为同型三极管且基极相连、电流值相等，则第一三极管发射极的电压等于第二三极管发射极的电压。电流检测信号输出端输出精确的负载电流值。通过调整第一电阻器、第二电阻器和第六电阻器的阻值，可方便地调整检测电压的增益。

本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明提供了低成本的高边电流检测电路，具有很高的检测精度，并且在温度和电压变化剧烈的环境下都能保持稳定的检流精度，当电路模块处于睡眠模式时，通过控制端可以关断电路，从而降低静态电流。

附图说明： 

图1是本发明的高精度高边电流检测电路的原理示意图。

图2是本发明的高精度高边电流检测电路的一个实施例的原理示意图。

具体实施方式：

实施例1:

如图1和图2所示，本发明的高精度高边电流检测电路， 包括一个由同为PNP型的第一三极管Q1和第二三极管Q2组成的对管和一个由同为NPN型的第三三极管Q3和第四三极管Q4组成的对管，其中，第一三极管Q1的基极与第二三极管Q2的基极连接，第一三极管Q1的集电极与一个金氧半场效晶体管Q5的栅极连接，第二三极管Q2的基极与集电极连接，第一三极管Q1的集电极与第三三极管Q3的集电极连接，第二三极管Q2的集电极与第四三极管Q4的集电极连接，第三三极管Q3的基极与第四三极管Q4的基极连接，第三三极管Q3的发射极连接一个第四电阻器R4后接地，第四三极管Q4的发射极连接一个第五电阻器R5后接地，第三三极管Q3的基极连接一个第七电阻器R7后接地，第三三极管Q3的基极连接一个第八电阻器R8后与一个控制端ENABLE连接，第一三极管Q1的发射极连接一个第二电阻器R2后与一个负载电压输入端Vin连接，第二三极管Q2的发射极连接一个第三电阻器R3后与一个负载电压输出端Vo连接，负载电压输入端Vin与负载电压输出端Vo之间连接有一个第一电阻器R1，第一电阻器R1位于第二电阻器R2和负载电压输入端Vin的连接点与第二电阻器R2和负载电压输出端Vo的连接点之间，第一三极管Q1的发射极与金氧半场效晶体管Q5的漏极d连接，金氧半场效晶体管Q5的源极s连接一个第六电阻器R6后接地，金氧半场效晶体管Q5的源极连接有一个电流检测信号输出端ISENSE。

进一步的，控制端ENABLE与一个微控制器MCU的一个输出端口连接。

进一步的，电流检测信号输出端ISENSE与一个微控制器MCU的一个模数转换端口连接。

进一步的，第二电阻器R2的阻值等于第一电阻器R1和第三电阻器R3的阻值之和。

本实施例的工作原理是：负载电压输入端Vin与电源（图中未示）连接，负载电压输出端Vo与负载Load连接。负载电流Io从负载电压输入端Vin经过第一电阻器R1后流向负载电压输出端Vo。第一电阻器R1用作检流电阻。第二电阻器R2的阻值等于第一电阻器R1和第三电阻器R3的阻值之和，即R2=R1+R3。利用微控制器的输出端口向控制端输出高电平，启动本发明的高精度高边电流检测电路。电压通过第七电阻器R7和第八电阻器R8的分压加到第三三极管Q3、第四电阻器R4、第四三极管Q4和第五电阻器R5组成的恒流源上，则Q3和Q4的集电极电流分别为Ic3=（Venable*R7/（R7+R8）-Vbe）/R4和Ic4=（Venable*R7/（R7+R8）-Vbe）/R5，其中Venable为控制端ENABLE的电压值，Vbe分别为第三三极管Q3和第四三极管Q4的基极与发射极之间的电压值。因第三三极管Q3和第四三极管Q4为同型对管，当第四电阻器R4的阻值等于第五电阻器R5的阻值时，第三三极管Q3集电极上的电流值Ic3等于第四三极管Q4集电极上的电流值Ic4。第一三极管Q1和第二三极管Q2的集电极分别与第三三极管Q3和第四三极管Q4的集电极相连，所以第一三极管Q1和第二三极管Q2的集电极电流值与第三三极管Q3和第四三极管Q4的集电极相等。第一三极管Q1和金氧半场效晶体管Q5组成负反馈电路，当第一三极管Q1发射极电压升高时，第一三极管Q1会流过更大的电流，从而造成第一三极管Q1集电极电压升高，而使金氧半场效晶体管Q5的栅极电压升高，从而使得金氧半场效晶体管Q5的源极电压升高，则第六电阻器R6上的电流变大，因金氧半场效晶体管的源极电流等于漏极电流，而造成金氧半场效晶体管Q5的漏极电流变大，而使第二电阻器R2上的电流变大，使第一三极管Q1发射极e1电压变低，反之亦然。因为第一三极管Q1和第二三极管Q2为同型三极管且基极相连、电流值相等，则第一三极管Q1发射极e1的电压等于第二三极管Q2发射极e2的电压。输入电压Vin到第二三极管Q2发射极e2的电压差为Io*R1+Ic2*（R1+R3），而输入电压Vin到第一三极管Q1发射极e1的电压差为Ir2*R2=（Iq5+Ic1）*R2。因e1=e2，R2=R1+R3，Ic1=Ic2=Ic3=Ic4，所以Io*R1+Ic2*（R1+R3）=（Iq5+Ic1）*R2，则Iq5=Io*R1/R2，则ISENSE=Iq5*R6=Io*R1*R6/R2。其中，Ic2为第二三极管Q2集电极上的电流值，Ir2为流经第二电阻器R2的电流值，Iq5为金氧半场效晶体管Q5漏极及源极的电流值，Ic1为第一三极管Q1集电极上的电流值。电流检测信号输出端ISENSE输出与负载电流值精确对应的信号数值。通过调整第一电阻器R1、第二电阻器R2和第六电阻器R6的阻值，可方便地调整检测电压的增益。

Claims (4)

1.一种高精度高边电流检测电路，包括一个由同为PNP型的第一三极管和第二三极管组成的对管和一个由同为NPN型的第三三极管和第四三极管组成的对管，其特征在于：所述的第一三极管的基极与所述的第二三极管的基极连接，第一三极管的集电极与一个金氧半场效晶体管的栅极连接，第二三极管的基极与集电极连接，第一三极管的集电极与所述的第三三极管的集电极连接，第二三极管的集电极与所述的第四三极管的集电极连接，第三三极管的基极与第四三极管的基极连接，第三三极管的发射极连接一个第四电阻器后接地，第四三极管的发射极连接一个第五电阻器后接地，第三三极管的基极连接一个第七电阻器后接地，第三三极管的基极连接一个第八电阻器后与一个控制端连接，第一三极管的发射极连接一个第二电阻器后与一个负载电压输入端连接，第二三极管的发射极连接一个第三电阻器后与一个负载电压输出端连接，所述的负载电压输入端与负载电压输出端之间连接有一个第一电阻器，所述的第一电阻器位于所述的第二电阻器和负载电压输入端的连接点与所述的第二电阻器和负载电压输出端的连接点之间，第一三极管的发射极与所述的金氧半场效晶体管的漏极连接，金氧半场效晶体管的源极连接一个第六电阻器后接地，金氧半场效晶体管的源极连接有一个电流检测信号输出端。

2.如权利要求1所述的高精度高边电流检测电路，其特征在于：所述的控制端与一个微控制器的一个输出端口连接。

3.如权利要求1所述的高精度高边电流检测电路，其特征在于：所述的电流检测信号输出端与一个微控制器的一个模数转换端口连接，或者与一个电流值测量电路连接。

4.如权利要求1所述的高精度高边电流检测电路，其特征在于：第二电阻器的阻值等于第一电阻器和第三电阻器的阻值之和。

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