CN104076181A - 一种电流检测电路 - Google Patents

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周明杰
林锦旭
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Oceans King Dongguan Lighting Technology Co Ltd
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Abstract

本发明实施例公开了一种电流检测电路，包括：采样电阻、放大电路和共模电压钳位电路，其中，采样电阻串联在所要检测的电流回路上；放大电路用于放大采样电阻两端的电压差，放大电路的第一输入端连接采样电阻的第一端，放大电路的第二输入端连接采样电阻的第二端，放大电路的输出端输出放大后的所述电压差；共模电压钳位电路的第一输入端连接到放大电路的第一输入端，共模电压钳位电路的第二输入端连接到放大电路的接地端，共模电压钳位电路用于将共模电压钳位电路第一输入端和第二输入端的之间的电压钳位在共模阈值范围内。本发明能够在大的共模电压范围内进行高端电流检测。

Description

一种电流检测电路
技术领域
本发明涉及电子电路领域，尤其涉及一种电流检测电路。
背景技术
电流检测是各种保护电路、控制电路的基础，高精度的电流检测才能保证保护电路的可靠工作和控制电路的精确控制。目前，常见的电流检测方法是将一个小阻值高精度的采样电阻串联在所要检测的电流回路中，通过一个差动的集成运放或专门的电流检测芯片将采样电阻两端的压差放大后输出，然后将该放大后的压差除以放大倍数与采样电阻的阻值的乘积后便可得到所要检测的电流大小。为了保证能够检测到负载到接地端的所有电流故障，并且减少接地端的干扰，一般需要将采样电阻设置在电源输出端与负载之间，称之为高端电流检测（high side current sense）。但高端电流检测由于靠近电源输出端，采样电阻两端的共模电压高，一般的集成运放或专门的电流检测芯片所能承受的共模电压的最大值只有几十伏，对于更高的共模电压下的电流检测该高端电流检测技术就无法使用。
发明内容
本发明实施例提供了一种电流检测电路，能够在大的共模电压范围内进行高端电流检测。
本发明提供的电流检测电路，包括采样电阻、放大电路和共模电压钳位电路，其中，
所述采样电阻串联在所要检测的电流回路上；
所述放大电路用于放大所述采样电阻两端的电压差，所述放大电路的第一输入端连接所述采样电阻的第一端，所述放大电路的第二输入端连接所述采样电阻的第二端，所述放大电路的输出端输出放大后的所述电压差；
所述共模电压钳位电路的第一输入端连接到所述放大电路的第一输入端，所述共模电压钳位电路的第二输入端连接到所述放大电路的接地端，所述共模电压钳位电路用于将所述共模电压钳位电路第一输入端和第二输入端的之间的电压钳位在共模阈值范围内。
可选地，所述共模电压钳位电路包括稳压二极管、第一电阻和三极管，其中：
所述稳压二极管的负极为所述共模电压钳位电路的第一输入端连接到所述放大电路的第一输入端，所述稳压二极管的正极连接到所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接到接地点，所述三极管的基极连接到所述第一电阻的第一端，所述三极管的发射极为所述共模电压钳位电路的第二输入端连接到所述放大电路的接地端，所述三极管的集电极用于连接到接地点。
可选地，所述放大电路包括高端电流检测芯片和第二电阻，其中，所述高端电流检测芯片的第一输入端和第二输入端分别为所述放大电路的所述第一输入端和所述第二输入端，所述第二电阻的第一端连接到所述高端电流检测芯片的输出端，所述第二电阻的第二端用于连接到接地点，所述第二电阻的第一端为所述放大电路的所述输出端。
本发明通过共模电压钳位电路将放大电路输入端的共模电压钳位在一共模阈值范围内，使得电流检测电路可以检测大的共模电压范围内进行高端电流检测。
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是本发明实施例提供的一种电流检测电路的电路图。
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作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。
请参考图1，图1是本发明实施例提供的一种电流检测电路的电路图，包括：
采样电阻Rsense101、放大电路102和共模电压钳位电路103，其中，
采样电阻Rsense串联在所要检测的电流回路上。
具体地，为了提高电流检测的精确性，采样电阻Rsense为精密电阻，为了减少采样电阻Rsense对电路造成的功率损耗，采样电阻应选择阻值较小的电阻，优选为0.1Ω～1.5Ω，采样电阻Rsense串联电源输出端与负载之间或其它高端采样位置。
放大电路102用于放大采样电阻Rsense两端的电压差，放大电路的第一输入端连接采样电阻Rsense的第一端，放大电路的第二输入端连接采样电阻Rsense的第二端，放大电路的输出端输出放大后的所述电压差。
可选地，放大电路102可以为集成运放和其它电子元件组成的电压放大电路或由高端电流检测芯片和第二电阻其它电子元件组成的电压放大电路。
可选地，放大电路包括高端电流检测芯片U和第二电阻R2，其中，高端电流检测芯片U的第一输入端和第二输入端分别为放大电路的所述第一输入端和第二输入端，第二电阻R2的第一端连接到高端电流检测芯片的输出端，第二电阻R2的第二端用于连接到接地点，第二电阻R2的第一端为放大电路102的输出端。
高端电流检测芯片可以为MAXIM公司的MAX9928、MAX4172，ST公司的TSC101、TSC102等，本实施例以MAX9928为例进行阐述，但并不表示本实施例中的高端电流检测芯片限制为MAX9928。
共模电压钳位电路103的第一输入端连接到放大电路102的第一输入端，共模电压钳位电路103的第二输入端连接到放大电路102的接地端，共模电压钳位电路103用于将共模电压钳位电路第一输入端和第二输入端的之间的电压钳位在共模阈值范围内。
可选地，共模电压钳位电路103包括稳压二极管D、第一电阻R1和三极管Q，其中：
稳压二极管D的负极为共模电压钳位电路103的第一输入端连接到放大电路102的第一输入端，稳压二极管D的正极连接到第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端连接到接地点，三极管Q的基极连接到第一电阻R1的第一端，三极管Q的发射极为共模电压钳位电路103的第二输入端连接到放大电路102的接地端，三极管Q的集电极用于连接到接地点。其中，三极管Q为PNP型三极管。
如图1所示，假设采样电阻Rsense串入120V的直流电源与负载之间，由于供电线路的电流即所要检测的电流值很大，甚至达到几安培，因此为了减少采样电阻Rsense上的功耗，采样电阻Rsense的阻值必须非常小，本实施例选用0.1Ω。根据MAX9928的芯片数据资料，RS+、RS-脚能承受的最大共模电压为36V。本实施例通过24V压降的稳压二极管D，和高放大倍数的PNP三极管Q，将MAX9928的RS+脚和GND脚之间钳位在共模阈值内，其中，该共模阈值为24V减去三极管Q的基极-发射极的压降0.7V，约为23.3V，通过本实施例的共模电压错位电路，虽然电源电压达到120V，电流检测芯片U所承受的共模电压钳位在23.3V，小于电流检测芯片所能承受的最高电压。
本实施例中，高放大倍数的三极管Q保证了其发射极（即电流检测芯片的GND脚）上的电流不会过大而损坏芯片。
本实施例中接地电阻R1的阻值的选取需要配合稳压二极管D的工作特性，必须设置D上的电流在其最佳工作电流范围内，以保证D的正常工作。
电流检测芯片U通过内部的差动放大器电路，将上Rsense两端的电压差放大后，在OUT脚输出一个与负载电流成比例的电流：
Iout＝Gm·Rsense·Iload
其中，Iout是MAX9928的OUT脚的输出电流，Gm是MAX9928内部的增益，固定值为5μA/mV，Rsense为0.1Ω，Iload负载电流。
第二电阻R2将MAX9928OUT脚的电流信号转换为电压信号，故有，
Vout＝Gm·Rsense·Iload·R2
由上面的公式则可以计算出检测到的负载电流Iload的值，例如，若Vout为4.4V，则可得到负载电流Iload是4A。
本实施例通过共模电压钳位电路将放大电路输入端的共模电压钳位在一共模阈值范围内，使得电流检测电路可以检测大的共模电压范围内进行高端电流检测。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种电流检测电路，其特征在于，包括采样电阻、放大电路和共模电压钳位电路，其中，
所述采样电阻串联在所要检测的电流回路上；
所述放大电路用于放大所述采样电阻两端的电压差，所述放大电路的第一输入端连接所述采样电阻的第一端，所述放大电路的第二输入端连接所述采样电阻的第二端，所述放大电路的输出端输出放大后的所述电压差；
所述共模电压钳位电路的第一输入端连接到所述放大电路的第一输入端，所述共模电压钳位电路的第二输入端连接到所述放大电路的接地端，所述共模电压钳位电路用于将所述共模电压钳位电路第一输入端和第二输入端的之间的电压钳位在共模阈值范围内。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述共模电压钳位电路包括稳压二极管、第一电阻和三极管，其中：
所述稳压二极管的负极为所述共模电压钳位电路的第一输入端连接到所述放大电路的第一输入端，所述稳压二极管的正极连接到所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接到接地点，所述三极管的基极连接到所述第一电阻的第一端，所述三极管的发射极为所述共模电压钳位电路的第二输入端连接到所述放大电路的接地端，所述三极管的集电极用于连接到接地点。
3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述放大电路包括高端电流检测芯片和第二电阻，其中，所述高端电流检测芯片的第一输入端和第二输入端分别为所述放大电路的所述第一输入端和所述第二输入端，所述第二电阻的第一端连接到所述高端电流检测芯片的输出端，所述第二电阻的第二端用于连接到接地点，所述第二电阻的第一端为所述放大电路的所述输出端。
4.根据权利要求3所述电路，其特征在于，所述采样电阻为精密电阻。
5.根据权利要求4所述电路，其特征在于，所述采样电阻的阻值范围为0.1欧姆～1.5欧姆。
6.根据权利要求3所述电路，其特征在于，所述稳压二极管为压降为24伏的稳压二极管。
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