CN112557735B - 一种电流测量方法、电路以及使用该电路的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电流测量方法、电路及电子装置。具体技术方案为：将电源与第一P型MOS管漏极连接；将第一P型MOS管、第一负载、第一电阻串行连接；将第一驱动器与所述第一P型MOS管栅极连接；所述第一驱动器产生周期信号，所述周期信号控制所述第一P型MOS管周期性地导通断开；将第一测量单元连接于所述第一电阻两端；在所述第一P型MOS管断开周期，所述第一测量单元输出内部电流，所述内部电流流经所述第一电阻，所述测量单元输出测量电压V1；在所述第一P型MOS管导通周期，流经所述第一P型MOS管、第一负载、第一电阻的电流相同，所述测量单元输出测量电压V2。本发明可准确检测***工作电流，从而实现准确的过流保护以及功率控制，又能有效降低方案成本。
Description
技术领域
本发明属于电子电路领域，尤其是涉及一种电流测量方法、电路以及使用该电路的装置。
背景技术
诸如电子烟等应用方案为了达到良好的用户体验，需要对电流、功率进行精确的控制。现有技术中通常通过已知电阻对电流、电压进行测量。对电流的测量既要求采样电阻(Rs)特性稳定(比如温度特性、电压特性)，如电子烟等高温应用下可能导致电阻的温度特性变化，电阻的实际值偏离预设值，同时也要求不同批次采样电阻的一致性要好，比如同一批次的不同电阻，会有一定的质量偏差，如果电阻的预设值全都设置成一样的将可能导致部分产品不合格，这将***方案增加了设计难度与成本压力。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电路及电子装置，通过采样检测，降低对电阻精度的依赖性、降低监测***方案成本。
本发明提供一种电路，进行电流测量，包括第一P型MOS管、电源、第一负载、第一电阻、第一驱动器、第一测量单元、第一计算单元；所述电源与第一P型MOS管漏极连接；所述第一P型MOS管、第一负载、第一电阻串行连接；所述第一驱动器与所述第一P型MOS管栅极连接；所述第一驱动器产生周期信号，所述周期信号控制所述第一P型MOS管周期性地导通断开；所述第一测量单元连接于所述第一电阻两端；在所述第一P型MOS管断开周期，所述第一测量单元输出内部电流，所述内部电流流经所述第一电阻，所述测量单元输出测量电压V1；在所述第一P型MOS管导通周期，流经所述第一P型MOS管、第一负载、第一电阻的电流相同，所述测量单元输出测量电压V2；所述第一计算单元用于根据所述测量电压V1和V2计算在所述第一P型MOS管导通周期流经所述第一负载的电流。
优选的：还提供一种过流保护电路，在上述电流测量电路的基础上还包括第一控制器；所述第一运算处理单元与所述第一控制器连接，接收所述第一运算处理单元的信号；所述第一控制器接收到的信号大于第一阈值时，控制所述第一驱动器输出断开所述第一P型MOS管的信号。
优选的：还提供一种功率控制电路，在上述电流测量电路的基础上还包括第一模数转换器、第一控制器；所述第一模数转换器与所述第一运算处理单元连接；所述第一模数转换器将所述第一运算处理单元的输出信号转换为数字信号；所述第一控制器接收所述第一模数转换器的数字信号；所述第一控制器根据所述数字信号控制所述第一驱动器产生的周期信号的占空比。
优选的：还提供一种电子装置，使用上述电路进行电流测量、过流保护以及功率控制。
本发明的有益效果是：***可以选取精度不高的采样电阻，该检测***首先会对采样电阻进行测量，而***正常工作时可实时检测***电流。既可准确检测***工作电流，从而实现准确的过流保护以及功率控制，又能有效降低方案成本。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1电流测量电路；
图2测量电阻、负载、PMOS管的另一种串联方法；
图3过流保护电路；
图4功率控制电路。
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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，图中P1器件为P型MOS管，用以控制流经负载的电流。如图1所示，负载Sys与测量电阻Rs1都与P1串联，负载Sys与测量电阻Rs1的位置不限制，可以都串联在漏极，或者都串联在源极，如图2所示，也可以源极漏极各一个。由于是串联关系，所以当P1导通时，流经P1、Sys与Rs1的电流大小相同。
设P1导通时流经负载Sys的电流为Ip1，实际应用中如何精确检测流过Ip1器件电流大小显得尤为重要，例如功率控制、过流保护等都是基于精确的Ip1。如图1所示，由Driver产生的栅极信号G是一时钟信号，信号的周期保持不变，示例性地在t1期间，P1器件关闭，在t2期间，P1器件开启，当然在t1期间，P1器件开启，在t2期间，P1器件关闭亦可，只要周期信号的开启关闭信号符合PMOS开关原理即可。
示例性地，在t1期间P1关闭，因此，流过Sys及流过Rs1电流为0，测量单元“Rs1Measure”输出内部高精度电流ICC加载在Rs1两端，Rs1端口电压再乘以单元内部系数α，得到t1期间“Rs1 Measure”单元输出电压Vxt1＝α*ICC*Rs1，这里的单元内部系数α是由“Rs1Measure”单元内部高精度电流ICC设定的，该系数可根据实际检测***应用方案中采样电阻大小进行设置。
示例性地，在t2期间，P1导通，因此有电流流过P1、Sys1以及Rs1的串联***，设流过Sys1以及流过Rs1电流为Ip1，测量单元“Rs1Measure”单元能检测到Rs1的端电压，端电压再乘以单元内部系数β，得到t2期间“Rs1 Measure”单元输出电压Vxt2＝β*Ip1*Rs1，这里的单元内部系数β是由“Rs1 Measure”单元设置，该系数可根据保护***电流档位大小进行合理范围的设定。
示例性地，Vxt1、Vxt2可通过由Driver产生的栅极信号G取样，具体地，将Driver产生的栅极信号G同样输入到Calculator运算处理器单元(图1中未示出)，Calculator运算处理器单元根据信号G同步地读取“Rs1 Measure”单元的输出电压，在t1期间读取的即为Vxt1，在t2期间读取的即为Vxt2。
可选地，Vxt1为t1期间的平均电压，Vxt2为t2期间的平均电压。
可选地，Vxt1为t1期间的最高电压，Vxt2为t2期间的最高电压。
示例性地，Vxt1、Vxt2可通过绝对大小进行取样，具体地，当“Rs1Measure”单元输出的电压小于Vr1时，认为其在t1期间，当“Rs1Measure”单元输出的电压大于Vr2时，认为其在t2期间。
可选地，Vxt1为小于Vr1的平均电压，Vxt2为大于Vr2的平均电压。
可选地，Vxt1为小于Vr1的最低电压，Vxt2为大于Vr2的最高电压。
在得到Vxt1＝α*ICC*Rs1和Vxt2＝β*Ip1*Rs1之后，将等式两边相除，可推导出Ip1＝Vxt2*(α*ICC)/(β*Vxt1)，可见此处已消除电阻Rs1，测得的Ip1与Rs1无关，α、β、ICC、Vxt1、Vxt2都已知，可见通过Vtx1、Vtx2的测量及运算可求得***中P1器件电流，并且该电流不再与电阻精度相关，该精确电流可用于后继的过流保护以及功率控制，能达到更精确的效果。
为了计算Ip1，进一步的Calculator运算处理器单元与测量单元“Rs1 Measure”连接，Calculator运算处理器接收测量单元“Rs1Measure”输出的电压信号，使用上述计算方法计算通过负载***Sys1的电流Ip1。
具体地，在t1期间Calculator运算处理器单元保存“Rs1 Measure”输出的电压Vtx1；在t2期间Calculator运算处理器单元接收测量单元“Rs1 Measure”输出的Vtx2，并根据Ip1＝Vxt2*(α*ICC)/(β*Vxt1)计算出通过负载的电流。Calculator运算处理器单元持续性地计算Ip1，并根据计算结果产生输出信号，供后续模块使用。
进一步地，Calculator运算处理器单元输出的信号可以是表示Ip1大小的模拟信号，也可以是经过波形处理后的方波信号，或对表示Ip1大小的模拟信号进行模数转换后得到的数字信号。
在前述实施例的基础上，进一步地，在求得精确电流的基础上还可以对***进行过流保护。
如图3所示，Calculator运算处理器单元与Controller控制器单元连接，Controller控制器单元接收，Calculator运算处理器单元的输出信号，并对该输出信号进行判断，如果该输出信号大于阈值，则说明电流过大，需要进行过流保护。
在一种实现方式中，Calculator运算处理器单元输出表示Ip1大小的模拟信号，例如，根据Ip1的实际大小产生的波形信号，Controller控制器设定一阈值，当信号大于该阈值时认为过流，Controller控制器则控制Driver单元持续输出控制P1断开的信号，以保护负载。
进一步地，为了防止误判断，Controller控制器可以设置为持续时间T收到大于阈值时才认为过流，才触发过流保护。这里的时间T可根据负载的实际性能具体设置，本实施方式不给出具体的数值。
在一种实现方式中，Calculator运算处理器单元输出表示Ip1大小的数字信号，例如，Ip1大于第一阈值时输出1，小于第二阈值时输出0，当连续输出第三阈值个1时认为过流，Controller控制器则控制Driver单元持续输出控制P1断开的信号，以保护负载。
在前述实施例的基础上，进一步地，还可以对***进行功率控制。恒流/恒功率一般需要对Ip1进行很细小步进的调整，显然对Vx信号要有较高的的检测识别精度，图4所示，Calculator运算处理器输出模拟信号，ADC模数转换器模块接收到Calculator运算处理器单元的电流信号后，对电流信号进行数字化，例如Ip大于第一阈值时输出1，小于第二阈值时输出0。
示例性地，设置不同“ADC”输出对应“Calculator”单元输出时钟信号Sco的占空比，比如初始态平均Ip1为10A时设置占空比50％，0和1各占一半，当平均Ip1为10.5A时，此时根据“ADC”单元输出来调整Sco信号占空比为55％。在G信号周期不变的条件下，调整t1/(t1+t2)可控制P1传输能量的密度，从而保持负载在一定的功率内。
应当说明的是，在本发明的描述中，需要理解的是上述模块、部件都是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有单独独立的物理结构，上述模块、部件在实际中可能拆分成不同的物理模块，也可能多个模块、部件组成一个物理模块，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形、变型、修改、替换，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种电流测量方法，其特征在于：将电源与第一P型MOS管漏极连接；
将第一P型MOS管、第一负载、第一电阻串行连接；
将第一驱动器与所述第一P型MOS管栅极连接；
所述第一驱动器产生周期信号，所述周期信号控制所述第一P型MOS管周期性地导通断开；
将第一测量单元连接于所述第一电阻两端；
在所述第一P型MOS管断开周期，所述第一测量单元输出内部电流，所述内部电流流经所述第一电阻，所述测量单元输出测量电压V1，V1=α*ICC*Rs1，其中ICC为所述第一测量单元内部高精度电流；α由所述第一测量单元内部高精度电流ICC设定的系数，该系数根据实际检测***应用方案中采样电阻大小进行设置；Rs1为所述第一电阻阻值；
在所述第一P型MOS管导通周期，流经所述第一P型MOS管、第一负载、第一电阻的电流相同，所述测量单元输出测量电压V2，V2=β*Ip1*Rs1，其中β是所述第一测量单元设置的系数，该系数根据保护***电流档位大小设定；Ip1为流经所述第一负载的电流；Rs1为所述第一电阻阻值；
第一计算单元用于根据所述测量电压V1和V2计算在所述第一P型MOS管导通周期流经所述第一负载的电流，所述第一负载的电流为V2*(α*ICC)/(β*V1)。
2.一种用于电流测量的电路，其特征在于：包括第一P型MOS管、电源、第一负载、第一电阻、第一驱动器、第一测量单元、第一计算单元；
所述电源与第一P型MOS管漏极连接；
所述第一P型MOS管、第一负载、第一电阻串行连接；
所述第一驱动器与所述第一P型MOS管栅极连接；
所述第一驱动器产生周期信号，所述周期信号控制所述第一P型MOS管周期性地导通断开；
所述第一测量单元连接于所述第一电阻两端；
在所述第一P型MOS管断开周期，所述第一测量单元输出内部电流，所述内部电流流经所述第一电阻，所述测量单元输出测量电压V1，V1=α*ICC*Rs1，其中ICC为所述第一测量单元内部高精度电流；α由所述第一测量单元内部高精度电流ICC设定的系数，该系数根据实际检测***应用方案中采样电阻大小进行设置；Rs1为所述第一电阻阻值；
在所述第一P型MOS管导通周期，流经所述第一P型MOS管、第一负载、第一电阻的电流相同，所述测量单元输出测量电压V2，V2=β*Ip1*Rs1，其中β是所述第一测量单元设置的系数，该系数根据保护***电流档位大小设定；Ip1为流经所述第一负载的电流；Rs1为所述第一电阻阻值；
所述第一计算单元用于根据所述测量电压V1和V2计算在所述第一P型MOS管导通周期流经所述第一负载的电流，所述第一负载的电流为V2*(α*ICC)/(β*V1)。
3.根据权利要求2所述的一种用于电流测量的电路，其特征在于：还包括第一控制器；
第一运算处理单元与所述第一控制器连接，接收所述第一运算处理单元的信号；
所述第一控制器接收到的信号大于第一阈值时，控制所述第一驱动器输出断开所述第一P型MOS管的信号。
4.根据权利要求2所述的一种用于电流测量的电路，其特征在于：还包括第一模数转换器、第一控制器；
所述第一模数转换器与第一运算处理单元连接；
所述第一模数转换器将所述第一运算处理单元的输出信号转换为数字信号；
所述第一控制器接收所述第一模数转换器的数字信号；
所述第一控制器根据所述数字信号控制所述第一驱动器产生的周期信号的占空比。
5.一种电子装置，其特征在于：使用如权利要求2所述的一种用于电流测量的电路进行电流测量。
6.一种电子装置，其特征在于：使用如权利要求3所述的一种用于电流测量的电路进行过流保护。
7.一种电子装置，其特征在于：使用如权利要求4所述的一种用于电流测量的电路进行功率控制。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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