CN105548660A - 采样电阻校正电路、电流检测电路及驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种采样电阻校正电路、电流检测电路及驱动电路，采样电阻校正电路包括：第一预设铜箔，用作采样电阻；分压电路，包括第二预设铜箔，其中，所述第一预设铜箔和第二预设铜箔布设于电路板上控制单元，与所述第二预设铜箔连接，所述控制单元检测所述分压电路输出的分压电压，根据所述分压电压得到所述待校正参数，并以所述待校正参数计算并校正预存储的所述第一预设铜箔的电阻值。采用低成本的布线铜箔做电流采样也可以做到较高的采样精度，并利用整块电路板作为散热，使得采样铜箔发热量低。

Description

采样电阻校正电路、电流检测电路及驱动电路

技术领域

本发明涉及电流采样技术，特别是涉及一种采样电阻校正电路、电流检测电路及驱动电路。

背景技术

传统的电流采样电路，如果要做到较高精度，一般都是采样无感电阻来进行采样。例如变频空调控制电路中的PFC(PowerFactorCorrection，功率因数校正电路)电路，通过检查无感电阻上的电压来计算电流，从而控制PFC的开关从而使直流母线电压处于动态稳定状态。

用无感电阻做电流采样可以做到较高的采样精度，但无感电阻成本较高，且无感电阻发热较大，在布局上必须考虑对周围器件的温度影响。

发明内容

本发明目的在于提供一种采样电阻校正电路，旨在解决无感电阻成本较高，且无感电阻发热较大的问题。

本发明提供了一种采样电阻校正电路，包括：

第一预设铜箔，连接于主电路中，用作该主电路的采样电阻；

分压电路，包括第二预设铜箔，其中，所述第一预设铜箔和第二预设铜箔布设于电路板上，两者的长度、宽度和厚度中有一个相同的待校正参数；

控制单元，与所述第二预设铜箔连接，预存储所述第一预设铜箔和第二预设铜箔的长度、宽度和厚度中除所述待校正参数外的参数，所述控制单元检测所述分压电路输出的分压电压，根据所述分压电压得到所述第二预设铜箔的电阻值，并根据所述第二预设铜箔的电阻值得到所述待校正参数，并以所述待校正参数计算并校正预存储的所述第一预设铜箔的电阻值。

本发明还提供了一种电流检测电路，与主电路连接，包括上述的采样电阻校正电路。

本发明还提供了一种驱动电路，包括主电路、驱动芯片和检测电路，还包括上述的采样电阻校正电路，其中：

所述检测电路两检测端分别与所述第一预设铜箔两端相连，输出端与所述控制单元连接，所述检测电路向所述控制单元输入检测信号，所述驱动芯片连接在所述主电路与所述控制单元之间；

所述控制单元根据所述检测信号及校正后的所述第一预设铜箔的电阻值，发出控制信号控制所述驱动单元驱动所述主电路改变工作状态。

上述的采样电阻校正电路、电流检测电路及驱动电路采用低成本的布线铜箔做电流采样也可以做到较高的采样精度，并利用整块电路板作为散热，使得采样铜箔发热量低，主电路或***可以利用校正后的采样电阻的电阻值进行运行，使得电路设备的可靠性、稳定性高。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中采样电阻校正电路的结构示意图；

图2为本发明较佳实施例中驱动电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明较佳实施例中采样电阻校正电路，包括第一预设铜箔10、分压电路20及控制单元30，其中，分压电路20包括第二预设铜箔21。第一预设铜箔10和第二预设铜箔21布设于电路板上，其中可以是同一块电路板上，也可以是不同的电路板上。控制单元30为控制芯片，如单片机、DSP芯片等。

第一预设铜箔10连接于主电路100中，用作该主电路100的采样电阻。具体地，主电路100指的是设备电路中的任意应用电路，如电流检测电路、升压电路或降压电路。本实施例中示出的是升压电路(buck电路)。

第一预设铜箔10和第二预设铜箔21中两者布线的长度、宽度和厚度中有一个相同的待校正参数。控制单元30与第二预设铜箔21连接，预存储第一预设铜箔10和第二预设铜箔21布线的长度、宽度和厚度中除待校正参数外的参数，控制单元30检测分压电路20输出的分压电压，根据分压电压得到第二预设铜箔21的电阻值，并根据第二预设铜箔21的电阻值得到待校正参数，并以待校正参数计算并校正预存储的第一预设铜箔10的电阻值。

如此，采用布线铜箔做电流采样也可以做到较高的采样精度，并利用整块电路板作为散热，使得采样铜箔发热量低，主电路100或***可以利用校正后的采样电阻的电阻值进行运行，使得电路设备的可靠性、稳定性高。

分压电路20包括第二预设铜箔21和一电阻器22；第二预设铜箔21的第一端通过电阻器22接高电位，第二端接低电位；或，第二预设铜箔21的第一端通过电阻器22接低电位，第二端接高电位；另外，分压电压为第二预设铜箔21的第一端的电压。本实施方式中，高电位为电源VDD，地电位为地。在其他实施方式中，高电位可以为相对大地电势比地电位高的点位节点。

本实施例中，以第一预设铜箔10和第二预设铜箔21设置于厚度相同的电路板上，或设置于同一块电路板上为例，而电路板的铜箔厚度与加工工艺有关，当同一块电路板生产出来后，其铜箔厚度基本相同。更具体地，以第一预设铜箔10和第二预设铜箔21的厚度为待校正参数，其他为可测量的已知参数。

请参阅图1和图2，无感电阻等效铜箔阻(第一预设铜箔10)的具体电阻值进行校正的实现步骤如下：

第一步，通过控制单元30计算出电路板上铜箔的实际厚度。定义第二预设铜箔21的电阻值为Rs，它与电阻器22构成分压电路20，控制单元30再对第二预设铜箔21的分压进行采样，可以计算出Rs的具体值，再通过铜箔电阻率与电阻值的关系：

$R=\frac{\mathrm{\ρ}L}{S}$

其中，ρ为铜箔电阻率，L为第二预设铜箔21设计的长度，S为第二预设铜箔21的截面积。由第二预设铜箔21设计宽度D，则有S＝D*d，由此可以计算出电路板上铜箔的实际厚度d。

第二步，计算第一预设铜箔10的阻值Rw。由第一步计算出电路板实际铜箔厚度d后，根据铜箔电阻率、第一预设铜箔10设计的宽度和长度，可以计算出Rw的具体值，即可用于电流采样计算。

在更加具体的实施例中，用铜箔替代无感电阻进行电流采样，设计第一预设铜箔10长度为L1，宽度为D1，厚度为d1，其等效电阻值为Rw，铜箔电阻率常数为ρ，则有：

$Rw=\frac{\mathrm{\ρ}L1}{D1*d1}$

又根据电路板的制作工艺，不同电路板上的铜厚一般有差异，但同一块电路板上的铜厚相同，故设定无感电阻的第一预设铜箔10厚度为d，则有：

$Rw=\frac{\mathrm{\ρ}L1}{D1*d}---\left(1\right)$

另外，设定第二预设铜箔21的等效电阻值为Rs，且与第一预设铜箔10设计与同一块电路板上；电源VDD为控制单元30以及分压电路20供电；电阻器22与第二预设铜箔21构成分压电路20，并利控制单元30进行电压采样。设计第二预设铜箔21长度为L2，宽度为D2，则有：

$Rs=\frac{\mathrm{\ρ}L2}{D2*d}---\left(2\right)$

电阻器22与第二预设铜箔21构成的分压电路20，设控制单元30采样到的分压电压值为Vs，则有：

$Vs=VDD*\frac{R9}{R9+Rs}---\left(3\right)$

由公式⑴、⑵、⑶可以得出：

$Rw=\frac{(VDD-Vs)*D2*L1}{Vs*D1*L2}*R9$

其中：R9为电阻器22阻值，VDD、D1、D2、L1、L2及R9，这6个数据为电路的设计参数，为已知量；Vs为采样到的分压电路20电压值，由此确定作为采样电阻的第一预设铜箔10的等效电阻值Rw的具体值。

请参阅图1，在进一步的实施例中，第二预设铜箔21宽度按照通常电路板设计宽度设计，长度根据选择的电阻器22的大小，计算好后设计长度，长度较长时，一般设计为曲线布线方式。

第一预设铜箔10一般为直线布线设计，其宽度根据过电流要求进行设计，长度根据需要的电阻值，估算之后适当加长。两个连接点a、b间距即为实际采样铜箔长度。需要说明的是，参考图1，第一预设铜箔10在比本身长的布线铜箔11中选取于其中一段，当设计的布线铜箔11长度大于采样点取点时，可以保证电流在铜箔上的均匀性，提高采样精度。为满足主电路的需求，一般设置第一预设铜箔10的宽度大于第二预设铜箔21的宽度。

另外，第一预设铜箔10和第二预设铜箔21在电路板上的布线采用同一个基准点b，即第一预设铜箔10和第二预设铜箔21的布线铜箔在基准点b相连接。

应用举例：

假设电阻器22采用100欧姆，采样电压VDD＝5V，第二预设铜箔21宽度按照弱电信号设计时通常的宽度D2＝0.25mm设计，长度为L2＝250mm；第一预设铜箔设计长度为L1＝20mm，宽度为D2＝5mm，铜箔电阻率取典型值ρ＝1.7*10^-8Ωm。设计电路板时，采样铜厚为0.5盎司的电路板，即理论值为17微米；假设第二预设铜箔21实际设计值与理论值完全相同。

则由： $Rs=\frac{\mathrm{\ρ}L2}{D2*d};$

可以得出：Rs＝1Ω，Vs＝0.05V；

再由： $Rw=\frac{(VDD-Vs)*D2*L1}{Vs*D1*L2}*R9;$

可以算出：Rw＝4mΩ。

在其他实时方式中，可以以第一预设铜箔10和第二预设铜箔21的长度为待校正参数，其他为可测量的已知参数。如：在一条较宽的铜箔中开缝得到两条长度相同，而宽度和厚度可被测量的布线铜箔负，分别作为第一预设铜箔10和第二预设铜箔21，该实施例中，第一预设铜箔10和第二预设铜箔21将设置在同一电路板上。

另外，还可以以第一预设铜箔10和第二预设铜箔21的宽度为待校正参数，其他为可测量的已知参数，如：设置在具有多层结构的同一电路板上不同层的上分别选取两条相同位置宽度相同，而长度和厚度可被测量的布线铜箔负，分别作为第一预设铜箔10和第二预设铜箔21。

此外，参考图2，还公开了一种包括上述的采样电阻校正电路电流检测电路，电流检测电路300与主电路100连接。该电流检测电路300可以用于过流过压保护检测，也可以用于电流电压采样检测，成本低且采样数据精准。

图2示出的电流检测电路300可以将作为采样电阻的第一预设铜箔10包括在内，电流检测电路300检测第一预设铜箔10两端电流，当电流值超过设计值时，电流检测电路300传递信号给控制单元30，控制单元30发送控制信号到驱动芯片200发出驱动信号关断主电路中的开关管S1。

此外，参考图2，还公开了一种驱动电路，包括主电路100、驱动芯片200、检测电路300以及上述采样电阻校正电路。

检测电路300两检测端分别与第一预设铜箔10两端a、b相连，输出端与控制单元30连接，检测电路300向控制单元30输入检测信号，驱动芯片200连接在主电路100与控制单元30之间；控制单元根据检测信号及校正后的第一预设铜箔10的电阻值，发出控制信号控制驱动单元驱动主电路100改变工作状态。

检测电路300用于过流过压检测或电流采样。主电路100为升压电路或降压电路，本实施例为升压电路。驱动芯片200为功率因数校正芯片，该功率因数校正芯片的输出端与升压电路或降压电路中的开关管S1的控制端连接，第一预设铜箔10连接于升压电路或降压电路的直流母线上。

控制单元根据检测信号及校正后的第一预设铜箔10的电阻值，发出控制信号控制驱动单元驱动主电路100改变工作状态。具体地，当检测信号显示电流过大或电压过大，则控制驱动芯片200驱动开关管S1关断，或降低开关管S1的驱动信号的占空比。当检测信号显示电流过低或电压过低，则控制驱动芯片200增加开关管S1的驱动信号的占空比

上述驱动电路采用布线铜箔做电流采样也可以做到较高的采样精度，且利用整块电路板作为散热，其发热量低，驱动电路可以利用校正后的采样电阻的电阻值进行运行，使得电路设备的可靠性、稳定性高，且成本低。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采样电阻校正电路，其特征在于，包括：

第一预设铜箔，连接于主电路中，用作该主电路的采样电阻；

分压电路，包括第二预设铜箔，其中，所述第一预设铜箔和第二预设铜箔布设于电路板上，两者的长度、宽度和厚度中有一个相同的待校正参数；

控制单元，与所述第二预设铜箔连接，预存储所述第一预设铜箔和第二预设铜箔的长度、宽度和厚度中除所述待校正参数外的参数，所述控制单元检测所述分压电路输出的分压电压，根据所述分压电压得到所述第二预设铜箔的电阻值，并根据所述第二预设铜箔的电阻值得到所述待校正参数，并以所述待校正参数计算并校正预存储的所述第一预设铜箔的电阻值。

2.如权利要求1所述的采样电阻校正电路，其特征在于，所述第一预设铜箔和第二预设铜箔布设于同一电路板上。

3.如权利要求2所述的采样电阻校正电路，其特征在于，所述第一预设铜箔和第二预设铜箔在所述电路板上的布线采用同一个基准点。

4.如权利要求1、2或3所述的采样电阻校正电路，其特征在于，所述第一预设铜箔在比本身长的布线铜箔中选取于其中一段。

5.如权利要求1、2或3所述的采样电阻校正电路，其特征在于，所述第一预设铜箔的宽度大于所述第二预设铜箔的宽度。

6.如权利要求1、2或3所述的采样电阻校正电路，其特征在于，所述第一预设铜箔为直线布线，所述第二预设铜箔为曲线布线。

7.如权利要求1、2或3所述的采样电阻校正电路，其特征在于，所述分压电路包括所述第二预设铜箔和一电阻器；

所述第二预设铜箔的第一端通过所述电阻器接高电位，第二端接低电位；或，所述第二预设铜箔的第一端通过所述电阻器接低电位，第二端接高电位；

所述分压电压为所述第二预设铜箔的第一端的电压。

8.一种电流检测电路，与主电路连接，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的采样电阻校正电路。

9.一种驱动电路，包括主电路、驱动芯片和检测电路，其特征在于，还包括权利要求1至7任一项所述的采样电阻校正电路，其中：

所述检测电路两检测端分别与所述第一预设铜箔两端相连，输出端与所述控制单元连接，所述检测电路向所述控制单元输入检测信号，所述驱动芯片连接在所述主电路与所述控制单元之间；

所述控制单元根据所述检测信号及校正后的所述第一预设铜箔的电阻值，发出控制信号控制所述驱动单元驱动所述主电路改变工作状态。

10.如权利要求9所述的驱动电路，其特征在于，所述检测电路用于过流过压检测或电流采样；所述主电路为升压电路或降压电路；所述驱动芯片为功率因数校正芯片，该功率因数校正芯片的输出端与所述升压电路或降压电路中的开关管的控制端连接，所述第一预设铜箔连接于所述升压电路或降压电路的直流母线上。