[发明专利]一种高精度电流检测电路及应用该电路的限流装置

说明书

技术领域

本发明涉及电子电路领域，尤其涉及一种高精度电流检测电路及应用该电路的限流装置。

背景技术

采用电流检测电路能对电源管理系统、电机控制系统、大功率器件或设备的工作电流进行实时监控，既可以及时发现系统因短路、过载等原因造成的过流故障，并做出相应的保护动作，还能通过实时监控系统的运行状态来进行对系统实施动态管理，有利于提高系统的可靠性并延长其使用寿命。

现在，通过检测电阻来采样负载电流来实现电流检测已经有很多种实现方式，大致可分为两大类：一、检测电阻两端建立的电压直接接入电压比较器与预设阈值进行比较；二、先使用运算放大器对检测电阻上的电压进行放大，再接入电压比较器进行比较。

如图1所示为前一类实现方案的原理图：这个系统电压VCC可以直接由直流电池提供，也可以由其他电压源提供。其原理是：电流基准源通过电阻从系统电压吸收电流，并在电阻两端建立基准电压Vref=Iref*Rref，为比较器提供阈值电压。与此同时，负载通过电阻从系统电压吸收电流，在电阻两端建立电压Vsense=Iload*Rsense，并输入到比较器的同相输入端。当负载电流较小时，由于电压Vsense小于阈值电压Vref，比较器输出高电平（指示负载电流正常）；当负载电流Iload大于Vref/Rsense时，由于电压Vsense大于阈值电压Vref，比较器输出低电平（指示负载电流过大，即过流）。由于电阻会造成热损耗，从而降低系统的效率，因此电阻阻值要选得尽可能小（一般的选取原则为：Iload_max*Rsense的值在20mV到100mV左右，其中Iload_max为允许通过的最大负载电流）。由于Iload_max*Rsense=Iref*Rref，因此Vsense的值也在20mV到100mV左右。这样就给比较器和基准源的电路设计带来了困难，这是因为阈值电压的精度和比较器的精度共同决定了该电流检测电路的检测精度。由工艺、温度、电源电压等引入的系统误差和随机误差将使电流检测电路很难在一定的成本约束下做到高精度。

如图2所示为第二类实现方案的原理图，这种实现方案相比前一种实现方案，检测电压在送到比较器之前先经过放大，即检测电阻上建立的电压Iload*Rsense先经过由电阻和运算放大器组成的同相放大器进行放大，从而解决了前一种方案设计高精度基准电压和高精度比较器的困难，但同时也引入了另一个缺点。因为运算放大器的带宽受限，此方案的电流检测电路响应速度较慢。

中国发明专利CN103412180A为解决后一种实现方案响应速度慢的问题，提出了一种过流检测电流电路，提高了检测过流故障的响应速度，但其存在以下不足：仅具有过流检测功能，不能用于电流检测，而且其精度较低，并且不能及时进行限流控制。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能具有高精度，且能提升响应速度的一种高精度电流检测电路及应用该电路的限流装置。

本发明所采用的第一个技术方案是：

一种高精度电流检测电路，包括待测器件、放大器和负载，所述放大器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管和第一偏置电流源，所述放大器的同相输入端通过待测器件与放大器的反相输入端连接，所述放大器的反相输入端通过负载与地连接，所述放大器的同相输入端接入电源电压，所述放大器的反相输入端通过第一电阻与第一PMOS管的源极连接，所述第一PMOS管的栅极分别与第二PMOS管的栅极和第二PMOS管的漏极连接，所述放大器的同相输入端通过第二电阻与第二PMOS管的源极连接，所述第二PMOS管的源极与第三PMOS管的源极连接，所述第一PMOS管的漏极分别与第二NMOS管的漏极和第三PMOS管的栅极连接，所述第三PMOS管的漏极通过第三电阻与地连接，所述第二PMOS管的漏极与第三NMOS管的漏极连接，所述第一偏置电流源的输出端分别与第一NMOS管的漏极、第一NMOS管的栅极、第二NMOS管的栅极和第三NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的源极、第二NMOS管的源极和第三NMOS管的源极均与地连接，所述第三PMOS管的漏极连接至放大器的输出端。

本发明所采用的第二个技术方案是：