CN114814336A - 一种负载电流采样电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种负载电流采样电路。针对传统负载电流检测电路需要片外复杂采样电路以及需要额外的引脚的问题，本发明提出来一种片内负载电流采样电路，通过在片内对高侧功率管开启时的电流进行采样，再利用采样保持电路采出在二分之一开启时间时刻的值，此时的采样值等同于对负载电流的采样值。

Description

一种负载电流采样电路

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种负载电流采样电路。

背景技术

负载电流采样电路对于需要恒流输出或需要反馈电感电流信息的开关电源(如针对快充应用、LED、电流模COT应用)来说是至关重要的，直接影响此类开关电源的可靠性以及性能指标。对于需要恒流输出的应用中，通常是在负载到地之间再加入一个小电阻，通过负载电流流过此电阻上产生的压降以实现对负载电流的采样，因此这种方法就不可避免的需要一个额外的引脚来将电阻的电压信息引入回片内，再通过采样电路处理后得到负载电流采样信号，将此采样信号作为环路调节的信息以此实现恒流输出；而对于需要反馈电感电流信息的应用中，通常需要将电感两端的信号引回片内，因此也不可避免的需要额外的引脚以及较为复杂的采样电路。因此传统的负载电流采样电路不但需要额外的引脚，还需要较为复杂的采样电路。所以传统的采样方式不适合于低功耗和小型化的应用。

发明内容

针对传统负载电流检测电路需要片外复杂采样电路以及需要额外的引脚的问题，本发明提出来一种片内负载电流采样电路。

本发明的技术方案为：

一种负载电流采样电路，包括第一开关NMOS管、第二开关NMOS管、第三开关NMOS管、第四开关NMOS管、第五开关NMOS管、第六开关NMOS管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电流源、第二电流源、第三电流源、第四电流源、第一传输门、第二传输门、第三传输门、第四传输门、第五传输门、第六传输门、第一比较器、第二比较器、第一与门、第二与门、第一运放和第二运放；第一开关NMOS管的漏极通过第一电流源连接到电源，其源极通过第一电容连到地，其源极接第五开关NMOS管的源极和第二开关NMOS管的漏极，第一开关NMOS管的栅极第一控制信号，所述第一信号为脉冲宽度为上管开启时间、周期为二倍开关周期的信号；第五开关NMOS管的栅极接全局使能信号，其漏极接基准电压；第二开关NMOS管的栅极接第二控制信号，第二开关NMOS管的源极通过第二电流源接地，所述第二控制信号为脉冲宽度为上管开启时间、周期为二倍开关周期、相位和第一控制信号相差180°的信号；第三开关NMOS管的漏极通过第三电流源连接到电压，其源极通过第二电容连接到地，其源极还接第四开关NMOS管的漏极和第六开关NMOS管的源极，第三开关NMOS管的栅极接第二控制信号；第六开关NMOS管的栅极接全局使能信号，其源极接基准电压；第四开关NMOS管的源极通过第四电流源接地，其栅极连接第三控制信号，所述第三控制信号为脉冲宽度为上管开启时间、周期为二倍开关周期、相位和第二控制信号相差180°的信号；

第一比较器的正向输入端和负向输入端分别连接第一开关NMOS管的源极和基准电压，第一比较器的输出端连接第一传输门的输入端；第一传输门的控制信号为第四控制信号，所述第四控制信号为脉冲宽度为开关周期、周期为二倍开关周期的信号且相位同第二控制信号一致；

第二比较器的正向输入端和负向输入端分别连接第三开关NMOS管的源极和基准电压，第二比较器的输出端连接第二传输门的输入端；第二传输门的控制信号为第五控制信号，所述第五控制信号为脉冲宽度为开关周期、周期为二倍开关周期的信号且相位同第一控制信号一致；

第一传输门和第二传输门的输出端相连并连接第一与门和第二与门的一个输入端；第一与门的另一个输入端接第一控制信号；第二与门的另一个输入端接第二控制信号；

第一运放和第二运放的正向输入端信号为通过高侧功率管电流采样电路得到的与高侧功率管开启时的电流即电感电流成线性关系的电压信号，并且第一运放和第二运放连成单位负反馈的形式，第一运放的输出连接第三传输门的输入端；第三传输门的控制信号为第一与门的输出信号，第三传输门的输出端连接第三电容的一端和第四传输门的输入端，第三电容的另一端接地；第四传输门的控制信号为第六控制信号，所述第六控制信号为周期与脉冲宽度与第五控制信号相同但相位相差90°的信号；第二运放的输出连接第五传输门的输入端；第五传输门的控制信号为第二与门的输出信号，第五传输门的输出端连接第四电容的一端和第六传输门的输入端，第四电容的另一端接地；第六传输门的控制信号为第七控制信号，所述第七控制信号为周期与脉冲宽度与第五控制信号相同但相位相差-90°。

本发明的有益效果为：通过在片内对高侧功率管开启时的电流进行采样，再利用采样保持电路采出在二分之一开启时间时刻的值，此时的采样值等同于对负载电流的采样值。

附图说明

图1为本发明提出的负载电流采样结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述；

如图1所示，负载电流采样电路包括第一开关NMOS管、第二开关NMOS管、第三开关NMOS管、第四开关NMOS管、第五开关NMOS管、第六开关NMOS管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电流源、第二电流源、第三电流源、第四电流源、第一传输门、第二传输门、第三传输门、第四传输门、第五传输门、第六传输门、第一比较器、第二比较器、第一与门、第二与门、第一运放和第二运放。第一开关NMOS管的漏极通过第一偏置电路连接到电源，其源极通过第一电容连到地、通过第五开关NMOS管连接到基准电压，并且其源极还与第二开关管的漏极相连，其栅极连接的信号Φ_n是脉冲宽度为上管开启时间、周期为二倍开关周期的信号；第二开关NMOS管的源极通过第二偏置电流源接地，其栅极连接的信号Φ_n+1是脉冲宽度为上管开启时间、周期为二倍开关周期、相位和Φ_n相差180°的信号；第五开关NMOS管的栅极连接全局的使能信号；第三开关NMOS管的漏极通过第三偏置电路连接到电源，其源极通过第二电容连到地、通过第六开关NMOS管连接到基准电压，并且其源极还与第四开关NMOS管的漏极，其栅极连接信号Φ_n+1；第四开关管的源极通过第四偏置电流源接地，其栅极连接的信号Φ_n+2是脉冲宽度为上管开启时间、周期为二倍开关周期、相位和Φ_n+1相差180°的信号；第六开关NMOS管的栅极连接全局使能信号；第一比较器的正向输入端和负向输入端分别连接第一开关NMOS管的源极和基准电压，其输出端连接第一传输门的输入端；控制第一传输门开启的栅极信号为脉冲宽度为开关周期、周期为二倍开关周期的信号且相位同Φ_n+1一致；第二比较器的正向输入端和负向输入端分别连接第三开关NMOS管的源极和基准电压，其输出端连接第二传输门的输入端；控制第二传输门开启的栅极信号为脉冲宽度为开关周期、周期为二倍开关周期的信号且相位同Φ_n一致；第一传输门和第二传输门的输出端相连并分别连接第一与门和第二与门的一个输入端；第一与门的另一个输入端的信号与第一开关NMOS管的栅极信号相同；第二与门的另一个输入端的信号与第二开关NMOS管的栅极信号相同；第一和第二运放的正向输入端信号V_S为通过高侧功率管电流采样电路得到的与高侧功率管开启时的电流即电感电流成线性关系的电压信号，并且连成单位负反馈的形式，第一运放的输出连接第三传输门的输入端；第三传输门控制其开启的栅极信号为第一与门的输出端，其输出端连接第三电容和第四传输门的输入端；第四传输门的控制器开启的栅极信号为周期与脉冲宽度同第二传输门的开启栅极控制信号相同但相位相差90°；第二运放的输出连接第五传输门的输入端；第五传输门控制其开启的栅极信号为第二与门的输出端，其输出端连接第四电容和第六传输门的输入端；第六传输门中控制其开启的栅极信号为周期与脉冲宽度同第二传输门的开启栅极控制信号相同但相位相差-90°。

V_S为与电感电流成线性关系的电压信号，第一偏置电流用来为第一电容进行充电，第二偏置电流为第一电容进行放电，且放电电流是充电电流的二倍，第五开关NMOS管和基准电压用来为第一电容的上极板提供初始电压避免第二偏置电流源进入线性区，在第n个开关周期中，第一偏置电流为第一电容充电一个开启时间，而在第n+1个开关周期中，第二偏置电流为第一电容进行放电，由于第二偏置电流是第一偏置电流的二倍，因此在第n+1个开关周期中第一比较器在二分之一的开启时间就会由低电平翻转为高电平，而在第n+1个开关周期内第一传输门全周期保持开启，所以在第n+1个周期中，第一传输门的输出为一个脉冲宽度为二分之一开启时间的信号；第三偏置电流用来为第二电容进行充电，第四偏置电流为第二电容进行放电，且放电电流是充电电流的二倍，第六开关NMOS和基准电压用来为第二电容的上极板提供初始电压避免第四偏置电流源进入线性区，在第n+1个开关周期中，第三偏置电流为第二电容充电一个开启时间，而在第n+2个开关周期中，第四偏置电流为第二电容进行放电，由于第四偏置电流是第三偏置电流的二倍，因此在第n+2个开关周期中第二比较器在二分之一的开启时间就会由低电平翻转为高电平，而在第n+2个开关周期内第一传输门全周期保持开启，所以在第n+2个开关周期中，第二传输门的输出为一个脉冲宽度为二分之一开启时间的信号；由此第一传输门和第二传输门的输出就是一个脉冲宽度为二分之一开启时间、周期为开关周期的信号，此信号分别通过第一与门和第二与门后产生的两个信号脉冲宽度都为二分之一开启时间、周期为二倍的开关周期，相位相差180°；第一运放和第二运放都接成单位负反馈，其输出电压即为电感电流采样电压，第一运放的输出经过第三传输门得到的信号是一个在第n周期的二分之一开启时间内与电感电流采样电压相同、在第n周期剩下的时间以及第n+1全周期内保持为电感电流采样电压在二分之一开启时间这一时刻的电压信号，第三传输门的输出再经过第四传输门，只传输其在二分之一开启时间之后的信号；第二运放的输出经过第五传输门得到的信号是一个在第n+1周期的二分之一开启时间内与电感电流采样电压相同、在第n+1周期剩下的时间以及第n+2全周期内保持为电感电流采样电压在二分之一开启时间这一时刻的电压信号，第五传输门的输出再经过第六传输门，只传输其在二分之一开启时间之后的信号；第四传输门和第六传输门的输出端连接在一起，由此两者的输出信号可以在全开关周期内保持为电感电流在二分之一开启时间这一时刻的采样电压，而电感电流在二分之一开启时间这一时刻的电流就为负载电流值，由此实现对负载电流的采样。

通过以上对信号V_S在二分之一开启时间这一时刻的采样保持过程的分析，可以看出本发明无需额外给采样用的引脚且结构简单，更加适合小型化和低功耗的应用。

Claims (1)

1.一种负载电流采样电路，其特征在于，包括第一开关NMOS管、第二开关NMOS管、第三开关NMOS管、第四开关NMOS管、第五开关NMOS管、第六开关NMOS管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电流源、第二电流源、第三电流源、第四电流源、第一传输门、第二传输门、第三传输门、第四传输门、第五传输门、第六传输门、第一比较器、第二比较器、第一与门、第二与门、第一运放和第二运放；第一开关NMOS管的漏极通过第一电流源连接到电源，其源极通过第一电容连到地，其源极接第五开关NMOS管的源极和第二开关NMOS管的漏极，第一开关NMOS管的栅极第一控制信号，所述第一信号为脉冲宽度为上管开启时间、周期为二倍开关周期的信号；第五开关NMOS管的栅极接全局使能信号，其漏极接基准电压；第二开关NMOS管的栅极接第二控制信号，第二开关NMOS管的源极通过第二电流源接地，所述第二控制信号为脉冲宽度为上管开启时间、周期为二倍开关周期、相位和第一控制信号相差180°的信号；第三开关NMOS管的漏极通过第三电流源连接到电压，其源极通过第二电容连接到地，其源极还接第四开关NMOS管的漏极和第六开关NMOS管的源极，第三开关NMOS管的栅极接第二控制信号；第六开关NMOS管的栅极接全局使能信号，其源极接基准电压；第四开关NMOS管的源极通过第四电流源接地，其栅极连接第三控制信号，所述第三控制信号为脉冲宽度为上管开启时间、周期为二倍开关周期、相位和第二控制信号相差180°的信号；

第一比较器的正向输入端和负向输入端分别连接第一开关NMOS管的源极和基准电压，第一比较器的输出端连接第一传输门的输入端；第一传输门的控制信号为第四控制信号，所述第四控制信号为脉冲宽度为开关周期、周期为二倍开关周期的信号且相位同第二控制信号一致；

第二比较器的正向输入端和负向输入端分别连接第三开关NMOS管的源极和基准电压，第二比较器的输出端连接第二传输门的输入端；第二传输门的控制信号为第五控制信号，所述第五控制信号为脉冲宽度为开关周期、周期为二倍开关周期的信号且相位同第一控制信号一致；

第一传输门和第二传输门的输出端相连并连接第一与门和第二与门的一个输入端；第一与门的另一个输入端接第一控制信号；第二与门的另一个输入端接第二控制信号；

第一运放和第二运放的正向输入端信号为通过高侧功率管电流采样电路得到的与高侧功率管开启时的电流即电感电流成线性关系的电压信号，并且第一运放和第二运放连成单位负反馈的形式，第一运放的输出连接第三传输门的输入端；第三传输门的控制信号为第一与门的输出信号，第三传输门的输出端连接第三电容的一端和第四传输门的输入端，第三电容的另一端接地；第四传输门的控制信号为第六控制信号，所述第六控制信号为周期与脉冲宽度与第五控制信号相同但相位相差90°的信号；第二运放的输出连接第五传输门的输入端；第五传输门的控制信号为第二与门的输出信号，第五传输门的输出端连接第四电容的一端和第六传输门的输入端，第四电容的另一端接地；第六传输门的控制信号为第七控制信号，所述第七控制信号为周期与脉冲宽度与第五控制信号相同但相位相差-90°。

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