CN107478890A - 一种用于集成电路的电流检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于集成电路的电流检测装置，包括电流检测模块、反馈模块、电流复制模块；电流检测模块，用于检测负载电流，并将检测到的负载电流转换为避负载电流小的参考电流，将参考电流提供给电流复制模块；反馈模块，用于对电流检测模块的电压进行反馈，使电流检测模块输出的参考电流与负载电流保持同步变化；电流复制模块，对电流检测模块检测大的参考电流进行复制，并输出电流信号。该装置将低损耗、高精度的电流检测和共源共栅的场效应管进行结合，实现了电流侦测的精确高效快捷，实用价值高。

Description

一种用于集成电路的电流检测装置
技术领域
本发明涉及的是集成电路领域，尤其是一种用于集成电路的电流检测装置。
背景技术
在现有技术中，公知的技术是在高速超大规模集成电路中，负载具有工作电压较低、电流较大、各种工作状态相互转换时对应的电流变化率较高等特点，所以电流检测电路在高效率电流模式电源管理芯片或者其他功率电子等模拟应用中有着无法比拟的作用。当前学术界、工业界都投入了大量的精力研究电流检测方法以及相对应的高性能电流检测电路。其中有些电路虽然检测精度比较高，但是存在外加电路过于复杂以及功耗大、速度慢和稳定性不够等多种问题，使用效果并不是很理想。
现在采用的技术大致分为三类：1、传统的SENSE电阻技术，2、RDS检测技术，3、电感电流检测技术，
传统的SENSE电阻技术是放置一个已知阻值的sense电阻耦合在电感末端，如图1，这样只需要设计一个基本的电流检测电路检测出电阻两端的电压就能间接的检测出电感上流过的电流，技术虽然简单，但是电阻上流过的电流相当大消耗的功耗也大，影响了电源转换器的转换效率。
RDS检测技术，利用MOS管处于线性区可以作为电阻的特点，如图2，检测功率管两端的电压从而检测出功率管的电流。但是这种技术的精度不高，功率管的RDS是非线性的，其值随工艺的变化而变化，随温度的变化也会导致50%的浮动，所以电流检测出来并不精确。
电感电流检测技术，如图3，这种技术使用低通滤波电路过滤电感上的电压，再检测流过电感等效串联电阻的电流。电感电流检测技术必须事先知道电感的电感值和ESR值，然后相应地选择R和C的大小，分立元件较多。对于集成电路来说，因为要集成电容电阻，这种技术并不特别适用。这种技术检测精度取决于电感的大小通常比较高，但是使用技术相对复杂的多。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种用于集成电路的电流检测装置，该装置将低损耗、高精度的电流检测和共源共栅的场效应管进行结合，实现了电流侦测的精确高效快捷，实用价值高。
本方案是通过如下技术措施来实现的：一种用于集成电路的电流检测装置，包括电流检测模块、反馈模块、电流复制模块；电流检测模块，用于检测负载电流，并将检测到的负载电流转换为避负载电流小的参考电流，将参考电流提供给电流复制模块；反馈模块，用于对电流检测模块的电压进行反馈，使电流检测模块输出的参考电流与负载电流保持同步变化；电流复制模块，对电流检测模块检测大的参考电流进行复制，并输出电流信号。
所述的电流检测模块包括第一场效应管M1和第二场效应管M2,第一场效应管 M1的源极S接地，第一场效应管M1的漏极D与负载电流Iload连接，第一场效应管的栅极G与第二场效应管M2的栅极G连接，第二场效应管M2的源极S接地。第二场效应管M2比第一场效应管M1尺寸小105倍。
所述反馈模块包括运算放大器1C1，运算放大器1C1的同相输入端与第一场效应管M1的漏极D连接，运算放大器1C1的反相输入端与第二场效应管M2的漏极D连接，运算放大器1C1的输出端与第三场效应管M3的栅极G连接，第三场效应管M3的源极S与第二场效应管M2的漏极D连接。用于对构成电流检测电路的第一场效应管M1（PowerFET）和第二场效应管M2（Sense FET）的漏极电压进行钳位，应用其正输入端和负输入端电压相等的特性，确保两个MOS管的漏极电压相等。运算放大器的输出端接到第三场效应管M3的栅极，负反馈特性使得放大器输出电压信号会自动调整，以保证运算放大器正输入端和负输入端的电压相等，M3的栅极电压恰好使M3维持电流IS。第一场效应管M1（功率管）和第二场效应管M2（电流侦测管）的源极都接地，所以功率管和电流侦测管对应的漏极和源极电压是相等的，且它们的栅极互连，驱动电压也相等。功率管和侦测管相匹配，且侦测管比功率管尺寸小105倍，可知流过侦测管的电流为Is=Iload/105。
电流复制模块包括第四场效应管M4和第五场效应管M5, 第四场效应管M4的源极S与第三场效应管M3的漏极D连接，第四场效应管M4的漏极D与供电电压VDD连接，第四场效应管M4的栅极G与第四场效应管M4的源极S连接，第四场效应管M4的栅极G与第五场效应管M5的栅极连接，第五场效应管M5的漏极D与供电电源VDD连接。第四场效应管M4和第五场效应管M5，构成电流镜，对参考电流进行复制。第四场效应管和第五场效应管的源极与供电电压VDD相连，其栅极相互连接，并接到第四场效应管M4的漏极，栅极电压是第四场效应管的漏极提供的偏置电压。第四场效应管的漏极与电流检测电路相连，第五场效应管的漏极作为复制电流信号的输出端，通过外接电阻，可将电流信号ICS转化为电压信号。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，在该方案中过功率管的电流发生变化时，电流侦测管流过的电流也能够相应地立刻改变，按尺寸的比例精确减小为功率管的很小的比例值，小电流使得电路损耗很小，同时共源共栅电流镜能够精确实时地采集并输出电流检测电路发出的电流信号。整个电流侦测电路核心电路只有几个MOS管和运算放大器，不需要额外的部件例如电流检测电阻，结构简单，节省了面积和额外电路组件带来的功耗问题，实现了电流侦测的精确高效快捷，实用价值高。由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为传统的SENSE电阻技术电路图。
图2为RDS检测技术电路图。
图3为电感电流检测技术电路图。
图4为本发明具体实施方式电路图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
通过附图可以看出，本方案的1. 一种用于集成电路的电流检测装置，其特征是：包括电流检测模块、反馈模块、电流复制模块；
电流检测模块，用于检测负载电流，并将检测到的负载电流转换为避负载电流小的参考电流，将参考电流提供给电流复制模块；电流检测模块包括第一场效应管M1和第二场效应管M2,第一场效应管 M1的源极S接地，第一场效应管M1的漏极D与负载电流Iload连接，第一场效应管的栅极G与第二场效应管M2的栅极G连接，第二场效应管M2的源极S接地。第二场效应管M2比第一场效应管M1尺寸小105倍。
反馈模块，用于对电流检测模块的电压进行反馈，使电流检测模块输出的参考电流与负载电流保持同步变化；所述反馈模块包括运算放大器1C1，运算放大器1C1的同相输入端与第一场效应管M1的漏极D连接，运算放大器1C1的反相输入端与第二场效应管M2的漏极D连接，运算放大器1C1的输出端与第三场效应管M3的栅极G连接，第三场效应管M3的源极S与第二场效应管M2的漏极D连接。
电流复制模块，对电流检测模块检测大的参考电流进行复制，并输出电流信号。电流复制模块包括第四场效应管M4和第五场效应管M5, 第四场效应管M4的源极S与第三场效应管M3的漏极D连接，第四场效应管M4的漏极D与供电电压VDD连接，第四场效应管M4的栅极G与第四场效应管M4的源极S连接，第四场效应管M4的栅极G与第五场效应管M5的栅极连接，第五场效应管M5的漏极D与供电电源VDD连接。电流复制模块的输出电流信号ICS能够根据控制MOS管开关信号LG精确追踪并等于M2导通时流过的电流IS，ICS通过外接电阻可将电流信号转化为电压信号。
本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于集成电路的电流检测装置，其特征是：包括电流检测模块、反馈模块、电流复制模块；
电流检测模块，用于检测负载电流，并将检测到的负载电流转换为避负载电流小的参考电流，将参考电流提供给电流复制模块；
反馈模块，用于对电流检测模块的电压进行反馈，使电流检测模块输出的参考电流与负载电流保持同步变化；
电流复制模块，对电流检测模块检测大的参考电流进行复制，并输出电流信号。
2. 根据权利要求1所述的用于集成电路的电流检测装置，其特征是：所述的电流检测模块包括第一场效应管M1和第二场效应管M2,第一场效应管 M1的源极S接地，第一场效应管M1的漏极D与负载电流Iload连接，第一场效应管的栅极G与第二场效应管M2的栅极G连接，第二场效应管M2的源极S接地。
3.根据权利要求2所述的用于集成电路的电流检测装置，其特征是：第二场效应管M2比第一场效应管M1尺寸小105倍。
4.根据权利要求2所述的用于集成电路的电流检测装置，其特征是：所述反馈模块包括运算放大器1C1，运算放大器1C1的同相输入端与第一场效应管M1的漏极D连接，运算放大器1C1的反相输入端与第二场效应管M2的漏极D连接，运算放大器1C1的输出端与第三场效应管M3的栅极G连接，第三场效应管M3的源极S与第二场效应管M2的漏极D连接。
5. 根据权利要求4所述的用于集成电路的电流检测装置，其特征是：电流复制模块包括第四场效应管M4和第五场效应管M5, 第四场效应管M4的源极S与第三场效应管M3的漏极D连接，第四场效应管M4的漏极D与供电电压VDD连接，第四场效应管M4的栅极G与第四场效应管M4的源极S连接，第四场效应管M4的栅极G与第五场效应管M5的栅极连接，第五场效应管M5的漏极D与供电电源VDD连接。
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