CN111721986B - 一种宽输入共模电压范围电流检测放大器电路 - Google Patents

一种宽输入共模电压范围电流检测放大器电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽输入共模电压范围电流检测放大器电路，属于电流检测放大器电路技术领域，在电流检测时用低压域有限输入共模范围的运算放大器实现了超宽范围的共模电压输入，高压的压降降在电阻上，所有运算电路均由低压器件实现，不需要额外产生高压电压源和用到高压器件，能以超小面积实现需要功能。

Description

一种宽输入共模电压范围电流检测放大器电路
技术领域
本发明涉及一种电流检测放大器电路，特别是涉及一种宽输入共模电压范围电流检测放大器电路，属于电流检测放大器电路技术领域。
背景技术
在电源***中需要实时检测负载电流，在现有技术中检测点在电源线或者地线上时，输入共模电压为电源电压或地线电压，比较器容易实现，如需直接检测负载上的电流时，共模电压在负载导通与关闭时大范围变化，由于感性负载以及连线电感，甚至于会高于电源电压或者低于地线电平，对应的运算放大器的输入共模范围要求从负压到高于电源电压，需要额外高压电压器件占用芯片面积还，提高成本，为此设计一种宽输入共模电压范围电流检测放大器电路来优化上述问题。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种宽输入共模电压范围电流检测放大器电路。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种宽输入共模电压范围电流检测放大器电路，包括运算放大器OPA1，所述运算放大器OPA1的正极接参考电平，所述运算放大器OPA1的负极电性连接场效应管MN1的源极和场效应管MP1的源极，所述运算放大器OPA1的负极还连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端外接端子SN为输入检测端，所述运算放大器OPA1的输出端电性连接场效应管MN1的栅极、场效应管MP1的栅极、场效应管MP2的栅极和场效应管MN2的栅极，场效应管MP1的漏极接场效应管MN3的漏极，场效应管MN3的源极接地。
优选的，所述场效应管MN3的源极还与场效应管MN4的源极连接，所述场效应管MN3的栅极与场效应管MN4的栅极连接，所述场效应管MN3的漏极与场效应管MN3的栅极连接。
优选的，所述场效应管MN2的源极连接场效应管MP2的源极，所述场效应管MP2的漏极连接场效应管MN4的漏极，所述场效应管MP4的漏极连接所述场效应管MN2的漏极。
优选的，所述场效应管MP4的栅极连接场效应管MP3的栅极，所述场效应管MP3和MP4的源极互相连接并连接电源VCC，所述场效应管MP3的漏极连接场效应管MP3的栅极，所述场效应管MN2的源极连接电阻R1的一端。
优选的，所述电阻R1的另一端连接外接端子SP为输入检测端，所述电阻R1的一端与电阻R2的一端连接，所述电阻R1的一端连接电阻R3的一端，所述电阻R3的一端还连接运算放大器OPA2的负极。
优选的，所述运算放大器OPA2的正极连接运算放大器OPA1的负极，运算放大器OPA2的输出端输出电压信号，且所述电阻R3的另一端连接运算放大器OPA2的输出端。
优选的，VCC为内部逻辑低压电平，MPx为PMOS管，MNx为NMOS管，Rx为电阻，OPAx为运算放大器。
优选的，左边的OPA1，MN1，MP1为带classAB输出级的运放电路，作用为使OPA1的环路强制点电平等于Vref电平。
优选的，MP3，MP4电流镜与MN3，MN4电流镜会镜像R2上的电流使之流过电阻R1。
本发明的有益技术效果：
本发明提供的一种宽输入共模电压范围电流检测放大器电路，在电流检测时用低压域有限输入共模范围的运算放大器实现了超宽范围的共模电压输入，高压的压降降在电阻上，所有运算电路均由低压器件实现，不需要额外产生高压电压源和用到高压器件，能以超小面积实现需要功能。
附图说明
图1为现有技术中电流检测电路图；
图2为现有技术中电流检测点的选择电路图；
图3为按照本发明的一种宽输入共模电压范围电流检测放大器电路的一优选实施例的超宽范围的输入共膜电压的电流检测电路图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图3所示，一种宽输入共模电压范围电流检测放大器电路，包括运算放大器OPA1，所述运算放大器OPA1的正极接参考电平，所述运算放大器OPA1的负极电性连接场效应管MN1的源极和场效应管MP1的源极，所述运算放大器OPA1的负极还连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端外接端子SN为输入检测端，所述运算放大器OPA1的输出端电性连接场效应管MN1的栅极、场效应管MP1的栅极、场效应管MP2的栅极和场效应管MN2的栅极，场效应管MP1的漏极接场效应管MN3的漏极，场效应管MN3的源极接地。
VCC为内部逻辑低压电平(比如3.3V)，MPx为PMOS管，MNx为NMOS管，Rx为电阻，OPAx为运算放大器。
左边的OPA1，MN1，MP1为带classAB输出级的运放电路，作用为使A点电平等于Vref电平。MP3，MP4电流镜与MN3，MN4电流镜会镜像R2上的电流使之流过电阻R1。MN2和MP2的是电流镜的级连MOS，用于改善电流镜MOS的沟道长度调制效应。
OPA2的环路强制B点电平等同于A点电平(即Vref电平)。
IR1＝(SP-VB)/R1＝(SP-Vref)/R1；
IR2＝(SN-VA)/R2＝(SN-Vref)/R2；
设计R1＝R2＝R；
IR3＝IR1-IR2＝(SP-SN)/R；
Vout＝VB-IR3*R3＝Vref-(SP-SN)*R3/R。
当SP/SN共模电压大于A点电压时，电流镜MN3，MN4工作，电流从SP/SN流过R2/R3，电流镜MN3，MN4到地，OPA2输入电平在A点电压附近。
当SP/SN共模电压小于A点电压时，电流镜MP3，MP4工作，电流从VCC流电流镜MP3，MP4，流过R2/R3到SP/SN，OPA2输入电平在A点电压附近。
以此实现SP/SN的宽范围输入共模电平，通过调整电流镜电流能力与R2，R3的阻值，可以实现输入共模电平范围从小于地到大于电源电压。只要电流镜的电流能力越大，输入共模电压范围越宽。假定电流镜最大电流能力为Imax，输入共模电压范围为VCM＝VA±Imax*R2。
在电流检测时用低压域有限输入共模范围的运算放大器实现了超宽范围的共模电压输入，高压的压降降在电阻上，所有运算电路均由低压器件实现，不需要额外产生高压电压源和用到高压器件，能以超小面积实现需要功能。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种宽输入共模电压范围电流检测放大器电路，其特征在于：包括运算放大器OPA1，所述运算放大器OPA1的正极接参考电平，所述运算放大器OPA1的负极电性连接场效应管MN1的源极和场效应管MP1的源极，所述运算放大器OPA1的负极还连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端外接端子SN为输入检测端，所述运算放大器OPA1的输出端电性连接场效应管MN1的栅极、场效应管MP1的栅极、场效应管MP2的栅极和场效应管MN2的栅极，场效应管MP1的漏极接场效应管MN3的漏极，场效应管MN3的源极接地；
所述场效应管MN3的源极还与场效应管MN4的源极连接，所述场效应管MN3的栅极与场效应管MN4的栅极连接，所述场效应管MN3的漏极与场效应管MN3的栅极连接；
所述场效应管MN2的源极连接场效应管MP2的源极，所述场效应管MP2的漏极连接场效应管MN4的漏极，所述场效应管MP4的漏极连接所述场效应管MN2的漏极；
所述场效应管MP4的栅极连接场效应管MP3的栅极，所述场效应管MP3和MP4的源极互相连接并连接电源VCC，所述场效应管MP3的漏极连接场效应管MP3的栅极，所述场效应管MN2的源极连接电阻R1的一端；
所述电阻R1的另一端连接外接端子SP为输入检测端，所述电阻R1的一端与电阻R2的一端连接，所述电阻R1的一端连接电阻R3的一端，所述电阻R3的一端还连接运算放大器OPA2的负极；
所述运算放大器OPA2的正极连接运算放大器OPA1的负极，运算放大器OPA2的输出端输出电压信号，且所述电阻R3的另一端连接运算放大器OPA2的输出端；
VCC为内部逻辑低压电平，MPx为PMOS管，MNx为NMOS管，Rx为电阻，OPAx为运算放大器；
左边的OPA1，MN1，MP1为带classAB输出级的运放电路。
2.根据权利要求1所述的一种宽输入共模电压范围电流检测放大器电路，其特征在于：MP3，MP4电流镜与MN3，MN4电流镜会镜像R2上的电流使之流过电阻R1。
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