本發(fā)明涉及精密電流比較電路，特別是一種自校準(zhǔn)電流比較電路，有利于自動(dòng)消除可能的比較器輸入失調(diào)和電流傳感器在運(yùn)行中產(chǎn)生的誤差變化，從而實(shí)現(xiàn)更好的檢測(cè)精度和精密電流測(cè)量?；诒景l(fā)明的自校準(zhǔn)功能，有利于充分利用被測(cè)電流路徑上的MOS管，以MOS管導(dǎo)通電阻作為電流傳感器，從而實(shí)現(xiàn)更小的PCB面積和更高的集成度。

背景技術(shù)：

電流比較電路廣泛應(yīng)用于負(fù)載的過(guò)流檢測(cè)。在很多應(yīng)用中，電流的過(guò)流檢測(cè)是系統(tǒng)安全保護(hù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因?yàn)殡娏鞑蝗菀字苯颖容^，通常的做法是通過(guò)傳感器(電流傳感器)把電流轉(zhuǎn)化為電壓以后再進(jìn)行檢測(cè)比較。中低電流(<100Amp)的傳感器常使用阻性傳感器，例如，精密電阻或者M(jìn)OS管的導(dǎo)通電阻。大電流的傳感器常使用磁電傳感器，例如，霍爾效應(yīng)器件(霍爾傳感器)或者變壓器。在精密電流比較的許多應(yīng)用中，例如電池保護(hù)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等，被測(cè)電流路徑上會(huì)有工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的MOS管，因而MOS管在導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通電阻Ron就被用來(lái)作為傳感器，測(cè)量路徑上的電流。這種方法避免使用額外的精密測(cè)量電阻，從而避免了額外的系統(tǒng)功耗。由于傳感器的精度和穩(wěn)定性直接決定了電流檢測(cè)的精度和穩(wěn)定性，而較低的檢測(cè)精度不僅會(huì)使得輕微過(guò)流漏檢，而且會(huì)減少系統(tǒng)可用的最大電流范圍，從而降低系統(tǒng)效率?；贛OS管導(dǎo)通電阻的電流傳感器，測(cè)量精度受到MOS管的柵極電壓、工作溫度和工藝離散性的影響，測(cè)量精度往往較低，因此阻礙了MOS管導(dǎo)通電阻Ron在精密電流比較電路中的資源利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，提供一種自校準(zhǔn)電流比較電路，有利于自動(dòng)消除可能的比較器輸入失調(diào)和電流傳感器在運(yùn)行中產(chǎn)生的誤差變化，從而實(shí)現(xiàn)更好的檢測(cè)精度和精密電流測(cè)量?；诒景l(fā)明的自校準(zhǔn)功能，有利于充分利用被測(cè)電流路徑上的MOS管，以MOS管導(dǎo)通電阻作為電流傳感器，從而實(shí)現(xiàn)更小的PCB面積和更高的集成度。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

自校準(zhǔn)電流比較電路，其特征在于，包括依次連接的電流傳感器、放大器、自校準(zhǔn)閾值存儲(chǔ)電路和比較器，所述比較器的輸出端連接系統(tǒng)輸出端。

所述電流傳感器具有被測(cè)電流輸入端、被測(cè)電流輸出端和傳感器時(shí)鐘端，所述自校準(zhǔn)閾值存儲(chǔ)電路包括第一閾值存儲(chǔ)電容、第二閾值存儲(chǔ)電容、第一開(kāi)關(guān)器和第二開(kāi)關(guān)器，所述電流傳感器的第一傳感電壓輸出端連接所述放大器的正向輸入端，所述電流傳感器的第二傳感電壓輸出端連接所述放大器的負(fù)向輸入端，所述放大器的正向輸出端連接所述第一閾值存儲(chǔ)電容的左側(cè)端口，所述第一閾值存儲(chǔ)電容的右側(cè)端口通過(guò)所述第一開(kāi)關(guān)器連接外部固定電壓端，所述放大器的負(fù)向輸出端連接所述第二閾值存儲(chǔ)電容的左側(cè)端口，所述第二閾值存儲(chǔ)電容的右側(cè)端口通過(guò)所述第二開(kāi)關(guān)器連接外部固定電壓端，所述第一閾值存儲(chǔ)電容的右側(cè)端口連接所述比較器的正向輸入端，所述第二閾值存儲(chǔ)電容的右側(cè)端口連接所述比較器的負(fù)向輸入端。

所述第一開(kāi)關(guān)器和第二開(kāi)關(guān)器均具有控制端。

所述第一開(kāi)關(guān)的控制端、所述第二開(kāi)關(guān)的控制端和所述傳感器時(shí)鐘端一同連接到外部時(shí)鐘電路。

所述電流傳感器采用MOS管導(dǎo)通電阻傳感器。

所述MOS管為外部被測(cè)電流路徑上的MOS管。

當(dāng)傳感器時(shí)鐘端為邏輯高時(shí)，第一傳感電壓和第二傳感電壓之間形成差分閾值電壓，所述差分閾值電壓經(jīng)所述放大器放大后存儲(chǔ)在第一閾值存儲(chǔ)電容和第二閾值存儲(chǔ)電容上，第一開(kāi)關(guān)器和第二開(kāi)關(guān)器均為導(dǎo)通狀態(tài)，所述比較器的輸出端輸出結(jié)果無(wú)效。

所述差分閾值電壓是一個(gè)與穩(wěn)定電流和所述電流傳感器中MOS管導(dǎo)通電阻的乘積成比例的值。

所述第一閾值存儲(chǔ)電容和第二閾值存儲(chǔ)電容存儲(chǔ)的是所述放大器的失調(diào)電壓和所述差分閾值電壓，在比較相位時(shí)實(shí)際被測(cè)電流與MOS管導(dǎo)通電阻的乘積得到的電壓和所述差分閾值電壓進(jìn)行比較，因而MOS管導(dǎo)通電阻的作用得以消除，比較時(shí)放大器的失調(diào)電壓和校準(zhǔn)時(shí)電容中存儲(chǔ)的失調(diào)電壓相減，因而放大器的失調(diào)電壓也被消除。

當(dāng)傳感器時(shí)鐘端為邏輯低時(shí)，第一傳感電壓和第二傳感電壓之間的差分電壓正比于輸入的被測(cè)電流，第一開(kāi)關(guān)器和第二開(kāi)關(guān)器均為截止?fàn)顟B(tài)，所述比較器的輸出端輸出結(jié)果有效。

所述電流傳感器產(chǎn)生的差分閾值電壓和所述放大器的失調(diào)電壓均存儲(chǔ)在閾值電容中，所述比較器在隨后進(jìn)行的比較中，所述放大器的失調(diào)電壓被閾值電容中存儲(chǔ)的失調(diào)電壓補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)了所述電流傳感器輸出電壓和閾值電容中存儲(chǔ)的閾值電壓進(jìn)行精確比較。

本發(fā)明技術(shù)效果如下：本發(fā)明的自校準(zhǔn)電流比較電路，通過(guò)采用自校準(zhǔn)閾值存儲(chǔ)電路，消除了比較器輸入失調(diào)和電流傳感器在運(yùn)行中產(chǎn)生的誤差變化，例如MOS管導(dǎo)通電阻的變化帶來(lái)的誤差，提高了檢測(cè)精度。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施本發(fā)明自校準(zhǔn)電流比較電路的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

附圖標(biāo)記列示如下：1-外部被測(cè)電流輸入線；2-外部被測(cè)電流輸出線；3-外部時(shí)鐘電路連接線；4-被測(cè)電流輸入端(即In+)；5-被測(cè)電流輸出端(即In-)；6-電流傳感器時(shí)鐘端(即CK)；7-MOSFET傳感器(即Sensor)；8-第一傳感電壓輸出端(即Out+)；9-第二傳感電壓輸出端(即Out-)；10-放大器(即A1)；11-第一閾值存儲(chǔ)電容(即C+)；12-第二閾值存儲(chǔ)電容(即C-)；13-第一開(kāi)關(guān)器(即S+)；14-外部固定電壓端；15-第二開(kāi)關(guān)器(即S-)；16-比較器；17-系統(tǒng)輸出端(即out)；18-穩(wěn)定電流源輸入端口(即Iref或穩(wěn)定電流Iref)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖(圖1)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。

圖1是實(shí)施本發(fā)明自校準(zhǔn)電流比較電路的結(jié)構(gòu)原理示意圖。如圖1所示，自校準(zhǔn)電流比較電路，包括依次連接的電流傳感器7、放大器10、自校準(zhǔn)閾值存儲(chǔ)電路和比較器16，所述比較器16的輸出端連接系統(tǒng)輸出端17。所述電流傳感器7具有被測(cè)電流輸入端4(用于連接外部被測(cè)電流輸入線1)、被測(cè)電流輸出端5(用于連接外部被測(cè)電流輸出線2)和傳感器時(shí)鐘端6(用于連接外部時(shí)鐘電路連接線3)，所述自校準(zhǔn)閾值存儲(chǔ)電路包括第一閾值存儲(chǔ)電容11、第二閾值存儲(chǔ)電容12、第一開(kāi)關(guān)器13和第二開(kāi)關(guān)器15，所述電流傳感器7的第一傳感電壓輸出端8連接所述放大器10的正向輸入端(+)，所述電流傳感器7的第二傳感電壓輸出端9連接所述放大器10的負(fù)向輸入端(-)，所述放大器10的正向輸出端(+)連接所述第一閾值存儲(chǔ)電容11的左側(cè)端口，所述第一閾值存儲(chǔ)電容11的右側(cè)端口通過(guò)所述第一開(kāi)關(guān)器13連接外部固定電壓端14，所述放大器10的負(fù)向輸出端(-)連接所述第二閾值存儲(chǔ)電容15的左側(cè)端口，所述第二閾值存儲(chǔ)電容15的右側(cè)端口通過(guò)所述第二開(kāi)關(guān)器15連接外部固定電壓端14，所述第一閾值存儲(chǔ)電容11的右側(cè)端口連接所述比較器16的正向輸入端(+)，所述第二閾值存儲(chǔ)電容的右側(cè)端口連接所述比較器的負(fù)向輸入端(-)。

所述第一開(kāi)關(guān)器13和第二開(kāi)關(guān)器15均具有控制端。所述第一開(kāi)關(guān)器13的控制端、所述第二開(kāi)關(guān)器13的控制端和所述傳感器時(shí)鐘端6一同連接到外部時(shí)鐘電路(通過(guò)外部時(shí)鐘電路連接線3)。所述電流傳感器7采用MOS管導(dǎo)通電阻傳感器。所述MOS管為外部被測(cè)電流路徑上的MOS管。當(dāng)傳感器時(shí)鐘端CK為邏輯高時(shí)，第一傳感電壓Out+和第二傳感電壓Out-之間形成差分閾值電壓Vth1，所述差分閾值電壓Vth1經(jīng)所述放大器10放大后存儲(chǔ)在第一閾值存儲(chǔ)電容C+和第二閾值存儲(chǔ)電容C-上，第一開(kāi)關(guān)器13和第二開(kāi)關(guān)器15均為導(dǎo)通狀態(tài)，所述比較器16的輸出端輸出結(jié)果無(wú)效。所述差分閾值電壓Vth1是一個(gè)與穩(wěn)定電流Iref和所述電流傳感器中MOS管導(dǎo)通電阻Ron的乘積成比例的值。所述第一閾值存儲(chǔ)電容C+和第二閾值存儲(chǔ)電容C-存儲(chǔ)的是所述放大器10(A1)的失調(diào)電壓和所述差分閾值電壓Vth1，在比較相位時(shí)實(shí)際被測(cè)電流與MOS管導(dǎo)通電阻Ron的乘積得到的電壓和所述差分閾值電壓Vth1進(jìn)行比較，因而MOS管導(dǎo)通電阻Ron的作用得以消除，比較時(shí)放大器10的失調(diào)電壓和校準(zhǔn)時(shí)電容C+、C-中存儲(chǔ)的失調(diào)電壓相減，因而放大器10(A1)的失調(diào)電壓也被消除。當(dāng)傳感器時(shí)鐘端CK為邏輯低時(shí)，第一傳感電壓Out+和第二傳感電壓Out-之間的差分電壓正比于輸入的被測(cè)電流，第一開(kāi)關(guān)器13和第二開(kāi)關(guān)器15均為截止?fàn)顟B(tài)，所述比較器16的輸出端輸出結(jié)果有效。所述電流傳感器產(chǎn)生的差分閾值電壓和所述放大器的失調(diào)電壓均存儲(chǔ)在閾值電容中，所述比較器在隨后進(jìn)行的比較中，所述放大器的失調(diào)電壓被閾值電容中存儲(chǔ)的失調(diào)電壓補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)了所述電流傳感器輸出電壓和閾值電容中存儲(chǔ)的閾值電壓進(jìn)行精確比較。

本發(fā)明自校準(zhǔn)電流比較電路，包括電流傳感器Sensor，放大器A1，閾值存儲(chǔ)電容C+和C-，開(kāi)關(guān)器S+和S-，以及比較器Comp等。外部被測(cè)電流從1流入In+，從In-回流出2。外部時(shí)鐘從3輸入到Sensor的CK端以及開(kāi)關(guān)器S+和S-的控制端。當(dāng)外部時(shí)鐘為邏輯高時(shí)，Sensor在Out+、Out-輸出一個(gè)差分閾值電壓Vth1給放大器A1，該電壓經(jīng)過(guò)A1放大后存儲(chǔ)在C+、C-上，S+、S-處于導(dǎo)通狀態(tài)，C+、C-右側(cè)端口通過(guò)S+、S-連接到外部信號(hào)即外部固定電壓14上，比較器Comp的正負(fù)輸入也通過(guò)S+、S-連接到外部信號(hào)即外部固定電壓14上。在外部時(shí)鐘為邏輯低時(shí)，CK端為邏輯低，Sensor在Out+、Out-輸出的差分電壓和輸入電流成正比，比例系數(shù)為K，A1放大倍數(shù)不變，S+、S-處于截止態(tài)，比較器輸入是C+、C-的右側(cè)端口。比較器輸出只在CK端為邏輯低時(shí)才被認(rèn)為是有效的。本發(fā)明通過(guò)上述連接方式和操作邏輯，把傳感器產(chǎn)生的差分閾值電壓和放大器A1的offset存儲(chǔ)在電容C+、C-中。在隨后進(jìn)行的比較中，A1的offset被電容中存儲(chǔ)的offset補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)了傳感器輸出電壓和電容中存儲(chǔ)的閾值電壓進(jìn)行精確比較。本發(fā)明自校準(zhǔn)電流比較電路有兩個(gè)工作狀態(tài)。在第一個(gè)工作狀態(tài)，傳感器輸出一個(gè)閾值電壓，S+、S-導(dǎo)通，比較器Comp輸出被認(rèn)為無(wú)效。在第二個(gè)工作狀態(tài)，傳感器輸出與輸入電流成正比的信號(hào)電壓，S+、S-截止，比較器Comp輸出被認(rèn)為有效。

在本發(fā)明中有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，一是Vth1是一個(gè)與穩(wěn)定電流(可以通過(guò)外接電流源提供，例如圖1中外接電流源將穩(wěn)定電流Iref輸入穩(wěn)定電流源輸入端口18)和MOS管導(dǎo)通電阻Ron的乘積成比例的值，二是電容中存儲(chǔ)的是Vth1+放大器A1的失調(diào)電壓，在比較相位時(shí)實(shí)際被測(cè)電流*Ron得到的電壓和Vth1進(jìn)行比較，因而Ron的作用得以消除。(當(dāng)然比較時(shí)放大器的失調(diào)電壓和校準(zhǔn)時(shí)存儲(chǔ)的失調(diào)電壓相減，因而失調(diào)電壓也被消除)。

在此指明，以上敘述有助于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明創(chuàng)造，但并非限制本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。任何沒(méi)有脫離本發(fā)明創(chuàng)造實(shí)質(zhì)內(nèi)容的對(duì)以上敘述的等同替換、修飾改進(jìn)和/或刪繁從簡(jiǎn)而進(jìn)行的實(shí)施，均落入本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。