專利名稱：電流檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種利用電流#r測電阻的兩端電壓之差來檢測流 過所述電流纟全測電阻的電流的電流一全測電3各。
背景技術(shù)：
以往，可知如下的電流;險測電i 各在電流;洛徑上配置電流枱r 測電阻，利用電流#全測電阻的兩端電壓之差來一全測流過所述電流 檢測電阻的電流。在這種電路中，希望盡可能減小電流檢測電阻 的電阻值，從而盡量減小這里的壓降。另一方面，當(dāng)電流檢測電 阻上的壓降變小時，難以檢測該壓降，特別是要4全測微小電流時 必須檢測非常小的電壓差，電流檢測變得困難。
在專利文獻(xiàn)l中，提出了如下的方案用運算放大器來放大電 流;險測電阻兩端的電壓差，取出比較小的電壓差。
專利文獻(xiàn)l:日本特開2001-108712號7>才艮

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題
在此，在利用了運算放大器的情況下，由于用來決定其放大 率的電阻而導(dǎo)致產(chǎn)生噪聲等，使電流檢測的精確度惡化。即，可 知電阻產(chǎn)生熱噪聲，該熱噪聲的產(chǎn)生量是Vn、4.k.T'B.R。在此，k 是玻爾茲曼常數(shù)，T是絕對溫度，B是帶寬，R是電阻值。另外， 運算放大器在其輸出中產(chǎn)生偏置電壓、噪聲，由此也使電流檢測 的精確度惡化。
如果增大電流檢測電阻的電阻值使得電流檢測電阻上的壓降 變大，則可提高電流檢測的精確度，但是導(dǎo)致?lián)p耗相應(yīng)地變大。
例如，在便攜設(shè)備的電池電流的檢測等中有如下的要求為了有
效利用電池能力，想盡可能減小電流檢測電阻。這樣，期望盡可 能減小電流檢測電阻上的壓降且提高電流檢測精度。 用于解決問題的方案
本發(fā)明是利用電流;險測電阻的兩端電壓之差來一企測流過上述 電流檢測電阻的電流的電流檢測電路，其特征在于，具有第l電 容器，其一端通過第l和第2開關(guān)被提供上述電流檢測電阻的上側(cè) 電壓和下側(cè)電壓；第3開關(guān)，其切換是否將基準(zhǔn)電壓提供給第l電 容器的另一端；以及運算放大器，其負(fù)輸入端被輸入與第l電容器 的另 一端的電壓對應(yīng)的電壓，其正輸入端祐:輸入基準(zhǔn)電壓，獲得 兩者之差，在接通第l開關(guān)和第3開關(guān)、斷開第2開關(guān)的狀態(tài)下，將 相當(dāng)于下側(cè)電壓和基準(zhǔn)電壓之差的電壓充電到第l電容器，在斷開 第1開關(guān)和第3開關(guān)、接通第2開關(guān)的狀態(tài)下，在第l電容器的另一 端獲得相當(dāng)于上側(cè)電壓和下側(cè)電壓之差與基準(zhǔn)電壓之和的電壓， 由運算放大器從該電壓減去基準(zhǔn)電壓，從而檢測電流檢測電阻的 兩端電壓之差。
另外，最好還包括第2電容器，其配置在上述第l電容器的 另 一端與上述運算放大器的負(fù)輸入端之間；以及第4開關(guān)，其切換 是否連接到運算放大器的輸出和運算放大器的負(fù)輸入端，使第4開 關(guān)與第1開關(guān)相同地接通斷開，在接通第4開關(guān)的狀態(tài)下預(yù)先將運 算放大器的偏置部分的電壓充電到第2電容器，在斷開第4開關(guān)的 狀態(tài)下，在第l電容器的另一端的電壓上加上運算放大器的偏置量 而輸入到運算放大器的負(fù)輸入端，由此補償運算放大器的輸出中 的偏置。
另外，最好還包括第3電容器，其一端連接在第l電容器的 另一端上；以及第5開關(guān)，其一端連接在該第3電容器的另 一端， 其另 一 端與運算放大器的輸出連接，在接通上述第5開關(guān)的狀態(tài)下
在第3電容器中多次蓄積與電流檢測電阻上的壓降對應(yīng)的電荷，從 而得到邊減少輸入換算噪聲的比例邊對運算放大器相對于與電流 檢測電阻上的壓降對應(yīng)的電荷的輸入換算噪聲進(jìn)行積分而得到的 輸出。
另外，最好還具有第6開關(guān)，該第6開關(guān)配置在上述第l電容器 的另 一端與上述運算放大器的負(fù)輸入端之間，控制是否將與第l電 容器的另 一端的電壓對應(yīng)的電壓輸入到負(fù)輸入端，第6開關(guān)在接通 第3開關(guān)時斷開，并在斷開第3開關(guān)時接通。
另外，最好還包括第2電容器，其配置在上述第6開關(guān)與上 述運算放大器的負(fù)輸入端之間；第4開關(guān)，其切換是否連接到運算 放大器的輸出和運算放大器的負(fù)輸入端；以及第8開關(guān)，其切換是 否向上述第6開關(guān)和上述第2電容器的連接部提供基準(zhǔn)電壓，通過 在斷開第6開關(guān)的狀態(tài)下接通上述第4開關(guān)，預(yù)先將運算放大器的 偏置部分的電壓充電到第2電容器，通過在斷開第4開關(guān)的狀態(tài)下 在第l電容器的另一端的電壓上加上運算放大器的偏置量而輸入 到運算放大器的負(fù)輸入端，補償運算放大器的輸出中的偏置。
發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，可利用開關(guān)和電容器，向運算放大器輸入電流 檢測電阻上的壓降。因此，能夠不受電阻上的熱噪音的影響而進(jìn) 4亍電；危^r測。
另外，可通過消除運算放大器的偏置電壓來提高檢測精確度。 并且，通過對電流檢測電阻上的壓降進(jìn)行積分，能夠邊減少 關(guān)于噪聲的比例邊相加成為對象的壓降。


圖l是表示實施方式中的第l狀態(tài)的圖。 圖2是表示實施方式中的第2狀態(tài)的圖。
圖3是表示變形例中的第l狀態(tài)的圖。
圖4是表示變形例中的第2狀態(tài)的圖。 圖5是表示變形例中的第3狀態(tài)的圖。 附圖標(biāo)記說明
CA1:第l端子；CA2:第2端子；Cf:積分電容器；Ci:主電 容器；Coff:偏置補償用電容器；OP:運算放大器；Rs:電流檢 測電阻；Sl:第l開關(guān)；S2:第2開關(guān)；S3:第3開關(guān)；S4:第4開 關(guān)；S5:第5開關(guān)；S6:第6開關(guān)；S7:第7開關(guān)；S8:第8開關(guān)。
具體實施例方式
下面，根據(jù)

本發(fā)明的實施方式。
圖l、圖2示出了實施方式所涉及的電流^r測電路的結(jié)構(gòu)。圖l 示出了關(guān)于開關(guān)的第l狀態(tài)，圖2示出了關(guān)于開關(guān)的第2狀態(tài)。
該電流檢測電路例如檢測便攜設(shè)備的電池電流，有效地檢測 出數(shù)百HV程度的電壓。
在電流一企測電阻Rs中流過成為#全測對象的電流I。如果電流枱r 測電阻Rs的電阻值是Rs,則成為檢測對象的該電流檢測電阻Rs上 的壓降(兩端的電壓差)成為Rs-I。
電流檢測電阻Rs外置于IC(半導(dǎo)體集成電路)，電流檢測電阻 Rs的下側(cè)與第l端子CAl連接，上側(cè)與第2端子CA2連接。第l端子 CA1通過第1開關(guān)S1、第2端子CA2通過第2開關(guān)S2，連接在主電容 器(第l電容器)Ci的一端。
在主電容器Ci的另一端上通過第3開關(guān)S3連接有基準(zhǔn)電壓 VREF的基準(zhǔn)電源VREF。另外，主電容器Ci的另 一 端與偏置補償 用電容器(第2電容器)Coff的一端連接，該偏置補償用電容器Coff 的另 一端連接在運算放大器OP的負(fù)輸入端(-)上。另外，在運算放 大器OP的正輸入端(+)上連接有基準(zhǔn)電源VREF,并且運算放大器
OP的輸出端與負(fù)輸入端通過第4開關(guān)S4連接。
而且，在主電容器Ci與偏置補償用電容器Coff的連接點上連 接有積分電容器(第3電容器)Cf的一端，該積分電容器Cf的另 一端 連接在第5開關(guān)S5的一端上。并且，第5開關(guān)S5的另 一端連接在運 算放大器OP的輸出端上。此外，在運算放大器OP中獲得檢測信號vo。
在這種結(jié)構(gòu)中，第l、第3、第4開關(guān)S1、 S3、 S4的組與第2、 第5開關(guān)的組互補地接通斷開。在圖l中示出了接通第l、第3、第4 開關(guān)S1、 S3、 S4并斷開第2、第5開關(guān)S2、 S5的第l狀態(tài)，在圖2中 示出了斷開第l、第3、第4開關(guān)S1、 S3、 S4并接通第2、第5開關(guān)S2、 S5的第2狀態(tài)。
在本實施方式中，交替地重復(fù)這種第1狀態(tài)與第2狀態(tài)。因此， 以下說明此時的作用。
首先，在第l狀態(tài)下，電流檢測電阻的下側(cè)電壓VCA1被提供 給主電容器Ci的一端，向主電容器Ci的另一端提供基準(zhǔn)電壓 VREF。因而，在主電容器Ci中蓄積Qil氣VCAl-VREF)/Ci。
另一方面，接通了第4開關(guān)S4，運算放大器OP的輸出端與負(fù) 輸入端短路，向正輸入端輸入基準(zhǔn)電壓VREF。因而，雖然運算放 大器OP的輸出應(yīng)成為VREF,但是運算放大器OP的輸出端成為相 加了偏置電壓Voff的電壓VREF+Voff，負(fù)輸入端也成為相同的電 壓。由于偏置補償用電容器Coff的與主電容器Ci連接的一側(cè)提供有 基準(zhǔn)電壓VREF ,因此在偏置補償用電容器Coff中蓄積 Qoff二Voff/Coff的電荷。
接著，當(dāng)成為第2狀態(tài)時，第1開關(guān)S1、第3開關(guān)S3，第4開關(guān) S4被斷開，蓄積在偏置補償用電容器Coff中的電荷Qoff由于沒有放 電路徑而維持原樣。因而，當(dāng)在偏置補償用電容器Coff的主電容器 Ci側(cè)的端子上施加電壓時，該電壓通過充電了偏置電壓Voff的偏置
補償用電容器Coff而施加在運算放大器OP的負(fù)輸入端上，因此可
視為消除了偏置電壓的運算放大器OP的負(fù)輸入端。
另外，在第2狀態(tài)下，向主電容器Ci的一端提供電流檢測電阻 的上側(cè)電壓VCA2。因而，此時蓄積在主電容器Ci中的電荷成為 Qi2=Qil=(VCA2-VREF)/Ci。在這種情況下，作為主電容器Ci的蓄 積電荷量的差的Qil - Qi2除了積分電容器Cf之外沒有放電路徑， 因此向積分電容器Cf放電。因此，在積分電容器Cf的兩端產(chǎn)生 (VCAl-VCA2).Ci/Cf+Vn.Ci/Cf的電壓。
并且，當(dāng)進(jìn)行n次從如上所述的第l狀態(tài)向第2狀態(tài)的切換時， 在積分電容器Cf的兩端產(chǎn)生(VCA1 -VCA2)'n'Ci/Cf+Vn' A Ci/Cf的 電壓。即，雖然作為電流檢測電阻Rs兩端的電壓差(壓降)的 (VCAl-VCA2)Ci/Cf被放大為n倍，但是運算放大器OP的噪聲Vn只 被放大V^.Ci/Cf。因而，關(guān)于由運算放大器OP放大的輸出VO,其 S/N比被改善V^倍。這是因為，作為檢測對象的壓降(VCA1-VCA2) 是固定的信號，直接被相加，但是噪音Vn的相位是隨機的，被相 乘相力口 。
這樣，根據(jù)本實施方式，能夠使用利用電容器來輸送電壓的 開關(guān)和電容器電路，不受電阻的熱噪音影響地檢測出電流檢測電 阻Rs的兩端電壓。另外，通過在偏置補償用電容器Coff中蓄積偏 置電壓Voff，可消除運算放大器OP的輸出中的偏置電壓Voff。并且， 利用積分電容器Cf對電流檢測電阻Rs上的壓降進(jìn)行n次積分，從而 能夠改善S/N比而將輸出放大為n倍。
"其它的結(jié)構(gòu)"
在上述的實施例中設(shè)置了偏置補償用電容器Coff、第4開關(guān) S4、積分電容器Cf、第5開關(guān)S5，但是未必需要設(shè)置這些。
例如，不設(shè)置偏置補償用電容器Coff而將與主電容器Ci的第3 開關(guān)S3連接的端子直接連接到運算放大器OP的負(fù)輸入端，消除將
配置第4開關(guān)S4的運算放大器OP的輸出端與負(fù)輸入端連接的路徑， 且消除設(shè)置了積分電容器Cf、第5開關(guān)S5的路徑。
在這種情況下，在第l狀態(tài)下主電容器Ci的一端成為VCA1, 另一端成為VREF。并且，當(dāng)從第l狀態(tài)轉(zhuǎn)到第2狀態(tài)時，主電容器 Ci的 一 端變化為VCA2 ,因而主電容器Ci的另一端成為 VREF+(VCA2-VCA1),在運算放大器OP的輸出中獲得(VCA2-VCA1)。但是，不能消除運算放大器OP的偏置量Voff。
另外，在刪除設(shè)置了積分電容器Cf、第5開關(guān)S5的路徑、并設(shè) 置了用于補償偏置的偏置補償用電容器Coff、第4開關(guān)S4的情況 下，如上所述在第l狀態(tài)下在偏置補償用電容器Coff中蓄積偏置電 壓Voff,因此在第2狀態(tài)下主電容器Ci的另一端成為VREF+ (VCA2-VCA1)的情況下，能夠在運算放大器OP的輸出中消除偏置 電壓Voff。
并且，在省略偏置補償用電容器Coff、第4開關(guān)S4、并設(shè)置了 積分電容器Cf、第5開關(guān)S5的情況下，雖然不能消除偏置，但是如 上所述能夠?qū)敵鲞M(jìn)行積分。
在圖3 圖5中示出了本實施方式的變形例。在該變形例中，追 加了第6開關(guān)，并且代替第3開關(guān)而設(shè)置了第7開關(guān)S7、第8開關(guān)S8。 即，沒有與第1開關(guān)S1、第2開關(guān)S2連接的主電容器Ci的另 一端通 過第6開關(guān)S6連接在偏置補償用電容器Coff上。另外，第6開關(guān)的 連接部的兩端通過第7開關(guān)S7和第8開關(guān)S8連接在基準(zhǔn)電源VREF 上。另外，積分電容器Cf的一端連接在第6開關(guān)S6與偏置補償用電 容器Coff的連接部上。此外，在功能上，第7開關(guān)S7相當(dāng)于用第3 開關(guān)S3向主電容器Ci蓄積電荷，第8開關(guān)S8相當(dāng)于用第3開關(guān)S3向 偏置補償用電容器Coff充電。
在該變形例中，如圖3(第1狀態(tài))所示，首先斷開第5和第6開關(guān) S5、 S6并接通第8和第4開關(guān)S8、 S4。由此，運算》欠大器OP的輸出
端與負(fù)輸入端短路，正輸入端被輸入基準(zhǔn)電壓VREF,運算放大器 OP的輸出成為VREF+Voff,負(fù)輸入端也成為相同的電壓。另一方 面，由于在偏置補償用電容器Coff的主電容器Ci側(cè)被提供基準(zhǔn)電壓 VREF,因此在偏置補償用電容器Coff中蓄積Qoff二Voff/Coff的電荷。
此外，在圖3中，接通第2開關(guān)S2并接通第7開關(guān)S7，將電壓 VCA2與基準(zhǔn)電壓VREF之差的電壓充電到主電容器Ci中。但是， 也可以斷開第2和第7開關(guān)S2、 S7。
接著，如圖4(第2狀態(tài))所示，接通第2和第7開關(guān)S2、 S7，斷 開第8和第4開關(guān)S8、 S4。由此，將電壓VCA2與基準(zhǔn)電壓VREF之 差的電壓充電到主電容器Ci,蓄積(VCA2 - VREF)/Ci的電荷。此 外，在圖4中為了使以后的動作容易而接通了第5開關(guān)S5，但是也 可以仍保持?jǐn)嚅_。
接著，如圖5(第3狀態(tài))所示，接通第l、第5以及第6開關(guān)S1、 S5、 S6,斷開第2和第7開關(guān)S2、 S7。由此，在積分電容器Cf中存 儲圖4的狀態(tài)下蓄積在主電容器Ci中的電荷與圖5的狀態(tài)下蓄積在 主電容器Ci中的電荷之差即(VCA2-VCAl)xCi的電荷。
因而，通過重復(fù)n次圖4的狀態(tài)(第2狀態(tài))和第5狀態(tài)(第3狀態(tài))， VCA1與VCA2的電位差成為n倍，在輸出中獲得該值。
在此在該例中，在第2狀態(tài)和第3狀態(tài)下接通第5開關(guān)S5，保持 第4和第8開關(guān)S4、 S8斷開。因而，能夠更穩(wěn)定地進(jìn)行n次的積分。 另外，進(jìn)行l(wèi)次將運算放大器OP的偏置電壓充電到偏置補償用電容 器Coff的工序之后，對VCA1與VCA2的電位差進(jìn)行積分，因此使 整體動作穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種電流檢測電路，利用電流檢測電阻的兩端電壓之差來檢測流過上述電流檢測電阻的電流，其特征在于，具有第1電容器，其一端通過第1和第2開關(guān)被提供上述電流檢測電阻的上側(cè)電壓和下側(cè)電壓；第3開關(guān)，其切換是否將基準(zhǔn)電壓提供給第1電容器的另一端；以及運算放大器，其負(fù)輸入端被輸入與第1電容器的另一端的電壓對應(yīng)的電壓，其正輸入端被輸入基準(zhǔn)電壓，獲得兩者之差，在接通第1開關(guān)和第3開關(guān)、斷開第2開關(guān)的狀態(tài)下，將相當(dāng)于下側(cè)電壓和基準(zhǔn)電壓之差的電壓充電到第1電容器，在斷開第1開關(guān)和第3開關(guān)、接通第2開關(guān)的狀態(tài)下，在第1電容器的另一端獲得相當(dāng)于上側(cè)電壓和下側(cè)電壓之差與基準(zhǔn)電壓之和的電壓，由運算放大器從該電壓減去基準(zhǔn)電壓，從而檢測電流檢測電阻的兩端電壓之差。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電流檢測電路，其特征在于，還包括第2電容器，其配置在上述第l電容器的另一端與上述運算放 大器的負(fù)輸入端之間；以及第4開關(guān)，其切換是否連接到運算放大器的輸出和運算放大器 的負(fù)輸入端，使第4開關(guān)與第l開關(guān)相同地接通斷開，在接通第4開關(guān)的狀態(tài) 下預(yù)先將運算放大器的偏置部分的電壓充電到第2電容器，在斷開 第4開關(guān)的狀態(tài)下，在第l電容器的另 一端的電壓上加上運算放大 器的偏置量而輸入到運算放大器的負(fù)輸入端，由此補償運算放大 器的輸出中的偏置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的電流檢測電路，其特征在于， 還包括 第3電容器，其一端連接在第l電容器的另 一端上；以及 第5開關(guān)，其一端連接在該第3電容器的另一端，其另一端與運算放大器的輸出連接，在接通上述第5開關(guān)的狀態(tài)下在第3電容器中多次蓄積與電流檢測電阻上的壓降對應(yīng)的電荷，從而得到邊減少輸入換算噪聲的比例邊對運算放大器相對于與電流檢測電阻上的壓降對應(yīng)的電荷的輸入換算噪聲進(jìn)行積分而得到的輸出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電流檢測電路，其特征在于， 還具有第6開關(guān)，該第6開關(guān)配置在上述第1電容器的另一端與上述運算放大器的負(fù)輸入端之間，控制是否將與第l電容器的另一 端的電壓對應(yīng)的電壓輸入到負(fù)輸入端，第6開關(guān)在接通第3開關(guān)時斷開，并在斷開第3開關(guān)時接通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流檢測電路，其特征在于，還包括第2電容器，其配置在上述第6開關(guān)與上述運算放大器的負(fù)輸 入端之間；第4開關(guān)，其切換是否連接到運算放大器的輸出和運算放大器 的負(fù)輸入端；以及第8開關(guān)，其切換是否向上述第6開關(guān)和上述第2電容器的連接部提供基準(zhǔn)電壓，通過在斷開第6開關(guān)的狀態(tài)下接通上述第4開關(guān)，預(yù)先將運算 放大器的偏置部分的電壓充電到第2電容器，通過在斷開第4開關(guān)的狀態(tài)下在第l電容器的另一端的電壓上加上運算放大器的偏置 量而輸入到運算放大器的負(fù)輸入端，補償運算放大器的輸出中的偏置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電流檢測電路，其特征在于，還包括 第3電容器，其一端連接在第6開關(guān)與第2電容器的連接部上；以及第5開關(guān)，其一端連接在該第3電容器的另一端上，其另一端 與運算放大器的輸出連接，在接通上述第5開關(guān)的狀態(tài)下在上述第3電容器中多次蓄積與 電流檢測電阻上的壓降對應(yīng)的電荷，從而得到邊減少輸入換算噪 聲的比例邊對運算放大器相對于與電流檢測電阻上的壓降對應(yīng)的 電荷的輸入換算噪聲進(jìn)行積分而得到的輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電流檢測電路。有效地檢測電壓檢測電阻上的壓降。電流檢測電阻的上側(cè)電壓和下側(cè)電壓通過第1和第2開關(guān)被提供給主電容器的一端。向主電容器的另一端通過第3開關(guān)提供基準(zhǔn)電壓。主電容器的另一端的電壓被輸入到運算放大器的負(fù)輸入端，向該正輸入端輸入基準(zhǔn)電壓。在接通第1和第3開關(guān)、斷開第2開關(guān)的狀態(tài)下，將相當(dāng)于下側(cè)電壓與基準(zhǔn)電壓之差的電壓充電到主電容器，在斷開第1和第3開關(guān)、接通第2開關(guān)的狀態(tài)下，在第1電容器的另一端獲得相當(dāng)于上側(cè)電壓和下側(cè)電壓之差與基準(zhǔn)電壓之和的電壓，利用運算放大器從該電壓減去基準(zhǔn)電壓，由此檢測電流檢測電阻的兩端電壓之差。
文檔編號G01R19/00GK101097233SQ20071011249
公開日2008年1月2日 申請日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日
發(fā)明者栗原信二 申請人:三洋電機株式會社