高压应用中的一种电流检测电路的制作方法

1.本发明涉及针对高边功率mos管的电流检测技术，特别是高压应用中的一种电流检测电路，通过在输出电压端out和电荷泵端vcp均进行适配关闭信号off的结构改进，能够使电压输出端out上设置用于电流处理模块采样的第一节点va电压不受vout的影响，有利于持续限流应用中即输出恒流时能很好地满足vout从输入电压vin到地端范围的电流检测要求，同时处于关断状态时能断开输入电压端in和输出电压端out之间直接的电连接。


背景技术：

2.在高压应用中存在高边mos电流检测范围受输出电压vout限制的问题，例如图1所示，图1是需要改进的一种高压应用中的电流检测电路电路结构示意图。图1中包括输入电压端in、第一功率nmos管m1、输出电压端out、电荷泵和电流处理模块，m1的源端分别连接第一放大器a1的正输入端( )和out，尤m1的漏端连接in，m1的栅端分别连接电荷泵和第五nmos管m5的栅端，m5的漏端连接in，m5的源端分别连接第三pmos管的源端和a1的负输入端，a1的输出端连接m3的栅端，m3的漏端连接所述电流处理模块。图1中，当vout低于放大器a1模块的最低电源电压或超过其输入范围时，a1无法实现放大器功能，最终导致无法检测功率nmos管m1的电流，也就是说，图1电路在针对持续限流应用中(即输出恒流时)，不能很好地满足vout从vin(电源端)到gnd(地端)范围的电流检测要求。本发明人认为，如果通过在输出电压端out和电荷泵端vcp均进行适配关闭信号off的结构改进，能够使电压输出端out上设置用于电流处理模块采样的第一节点va电压不受vout的影响，有利于持续限流应用中即输出恒流时能很好地满足vout从输入电压vin到地端范围的电流检测要求，同时处于关断状态时能断开输入电压端in和输出电压端out之间直接的电连接。有鉴于此，本发明人完成了本发明。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供高压应用中的一种电流检测电路，通过在输出电压端out和电荷泵端vcp均进行适配关闭信号off的结构改进，能够使电压输出端out上设置用于电流处理模块采样的第一节点va电压不受vout的影响，有利于持续限流应用中即输出恒流时能很好地满足vout从输入电压vin到地端范围的电流检测要求，同时处于关断状态时能断开输入电压端in和输出电压端out之间直接的电连接。
4.本发明的技术方案如下：
5.高压应用中的一种电流检测电路，其特征在于，包括第二功率nmos管，所述第二功率nmos管的源端连接输出电压端，所述第二功率nmos管的栅端通过驱动逻辑电路连接关闭信号，所述第二功率nmos管的漏端通过第一节点分别连接第一功率nmos管的漏端和第一放大器的正输入端，所述第一放大器的负输入端通过第二节点分别连接第三pmos管的源端和第六nmos管的漏端，所述第三pmos管的栅端连接所述第一放大器的输出端，所述第三pmos管的漏端连接电流处理模块，所述第一功率nmos管的栅端分别连接第三齐纳二极管的负端
和所述第六nmos管的栅端，所述第六nmos管的源端、所述第三齐纳二极管的正端和所述第一功率nmos管的源端均连接输入电压端，所述第六nmos管的栅端连接第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端通过第三节点分别连接电荷泵和第四nmos管的漏端，所述第四nmos管的源端接地，所述第四nmos管的栅端连接所述关闭信号。
6.所述第三齐纳二极管的反向稳压阈值5～6v。
7.所述第二功率nmos管采用ldnmos管。
8.所述第二功率nmos管为高压ldnmos管，所述第一功率nmos管为低压nmos管或低压ldnmos管。
9.所述第六nmos管、所述第一功率nmos管、所述第三pmos管和所述第一放大器组成电流采样环路。
10.所述第六nmos管与所述第一功率nmos管的宽长比之比为1:m，m为大于1的自然数。
11.本发明的技术效果如下：本发明高压应用中的一种电流检测电路，能够避免在高压应用中所存在的高边mos电流检测范围受输出电压vout限制的问题，尤其是要求持续限流应用中(即输出恒流时)，在持续限流应用中即输出恒流时能很好地满足vout从输入电压vin到地端范围的电流检测要求，同时处于关断状态时能断开输入电压端in和输出电压端out之间直接的电连接。
12.本发明具有以下特点：1、第一功率nmos管m1与第二功率nmos管m2串联，当本发明方案在恒流输出应用时，因m2呈现变阻特性(其栅源电压受电流处理模块影响)，故第一节点va的电压一直等于vin减去恒流值与m1导通阻抗之积，又因m1尺寸较大，导通阻抗往往是几十毫欧姆或者十几毫欧姆级别，而恒流值一般为1安培至10安培，所以va仅比vin低几百毫伏，这样就避免图1所示的现有解决方案中放大器a1模块受vout值限制的情况，因为图2中va不受vout影响。2、m1可用非高压mos管：无论电路处于关断状态还是导通状态，m0和m1的栅源/栅漏/栅体/源漏/源体/漏体电压最大值取决于第三齐纳二极管d0的反向稳压阈值，一般小于6v，这样大尺寸功率mos管可用低压nmos或者耐压较低的ldnmos来实现，以实现更高的导通阻抗与宽长比之比。3、第四nmos管m4、第一电阻r0和第三齐纳二极管d0实现低功耗：在电路处于关断状态时，大阻值的r0能实现更小的静态功耗。
附图说明
13.图1是需要改进的一种高压应用中的电流检测电路结构示意图。
14.图2是实施本发明高压应用中的一种电流检测电路结构示意图。
15.附图标记列示如下：out-输出电压端(对应输出电压vout)；in-输入电压端(对应输入电压vin)；a1-第一放大器；m1-第一nmos管或第一功率nmos管(在图1中是唯一的功率管，在图2中可用非高压mos管)；m2-第二nmos管或第二功率nmos管(在本发明中可以充当大尺寸高压功率nmos，例如选用高压ldnmos，lateral double-diffused n-type mos，横向双扩散mos晶体管)；m3-第三pmos管；m4-第四nmos管；m5-第五nmos管；m0-第六nmos管；d0-第三齐纳二极管；d1-第一寄生二极管；d2-第二寄生二极管；r0-第一电阻；va-第一节点；vb-第二节点；vcp-第三节点；off-关闭信号。
具体实施方式
16.下面结合附图(图2)对本发明进行说明。
17.图2是实施本发明高压应用中的一种电流检测电路结构示意图。如图2所示，高压应用中的一种电流检测电路，包括第二功率nmos管m2，所述第二功率nmos管m2的源端连接输出电压端out，所述第二功率nmos管m2的栅端通过驱动逻辑电路连接关闭信号off，所述第二功率nmos管m2的漏端通过第一节点va分别连接第一功率nmos管m1的漏端和第一放大器a1的正输入端( )，所述第一放大器a1的负输入端(-)通过第二节点vb分别连接第三pmos管m3的源端和第六nmos管m0的漏端，所述第三pmos管m3的栅端连接所述第一放大器a1的输出端，所述第三pmos管m3的漏端连接电流处理模块，所述第一功率nmos管m1的栅端分别连接第三齐纳二极管d0的负端和所述第六nmos管m0的栅端，所述第六nmos管m0的源端、所述第三齐纳二极管d0的正端和所述第一功率nmos管m1的源端均连接输入电压端in，所述第六nmos管m0的栅端连接第一电阻r0的一端，所述第一电阻r0的另一端通过第三节点vcp分别连接电荷泵和第四nmos管m4的漏端，所述第四nmos管m4的源端接地，所述第四nmos管m4的栅端连接所述关闭信号off。所述第三齐纳二极管d0的反向稳压阈值5～6v。所述第二功率nmos管m2采用ldnmos管。所述第二功率nmos管m2为高压ldnmos管，所述第一功率nmos管m1为低压nmos管或低压ldnmos管。所述第六nmos管m0、所述第一功率nmos管m1、所述第三pmos管m3和所述第一放大器a1组成电流采样环路。所述第六nmos管m0与所述第一功率nmos管m1的宽长比之比为1:m，m为大于1的自然数。
18.参考图2所示，对本发明的具体工作原理做出如下进一步说明。
19.1.m0和m1为普通低压mos管，它们的源端和体端均接in端，其中m1充当大尺寸低压功率nmos，m2与m1成比例，充当其检测nmos，当off为逻辑低时(电路进入导通状态)，二者处于导通状态。
20.2.d0为齐纳二极管，其正端接in端，负端接m1的栅端，其反向稳压阈值约为5～6v，即当m1栅端电压超过vin与反向稳压阈值之和后，m0和m1的栅源电压约等于反向稳压阈值。
21.3.电荷泵输出与m4(nmos)漏端连接，命名为vcp，而m4栅端接off信号，其源端接地。
22.4.vcp通过电阻ro与mo(m1)栅端相连。
23.5.当off为逻辑低时m0和m1一直导通，二者源漏电压等于自身漏极电流与导通阻抗的乘积。
24.6.当off为逻辑高时，电路进入关断状态，其m2的驱动被关闭，即m2栅端电压为0，而vcp被m4下拉到地电平，同时ro、d0与m4组成电路导通，所以m0与m1的源漏电压等于d0的正向导通电压，而又因m2被关断所以m1寄生体二极管导通，即va与vin差一个二极管d1电压。
25.7.m2为高压ldnmos管，充当大尺寸高压功率nmos，其体端强制接源端。
26.8.m1与m2串联，m1的漏端接m2漏端，此节点命名为va。
27.9.m3为pmos管，其源端接m0的漏端，此节点命名为vb，而m3的漏源电流流进电流处理模块。
28.10.a1为放大器模块，其正端接va，其负端接vb，其输出接m3的栅端。
29.11.m0、m1、m3和a1组成电流采样环路，因m0与m1成比例，故流进电流处理模块的电
流也与m1成比例。
30.12.当流进电流处理模块的电流超过基准值后，电流处理模块将影响m2的栅端电压，进而实现恒流输出或切断in与out之间电连接。
31.综上所述，第一功率nmos管m1与第二功率nmos管m2串联能够带来以下功效，当本发明方案在恒流输出应用时，因m2呈现变阻特性(其栅源电压受电流处理模块影响)，故第一节点va的电压一直等于vin减去恒流值与m1导通阻抗之积，又因m1尺寸较大，导通阻抗往往是几十毫欧姆或者十几毫欧姆级别，而恒流值一般为1安培至10安培，所以va仅比vin低几百毫伏，这样就避免图1所示的现有解决方案中放大器a1模块受vout值限制的情况，因为图2中va不受vout影响。m1可用非高压mos管：无论电路处于关断状态还是导通状态，m0和m1的栅源/栅漏/栅体/源漏/源体/漏体电压最大值取决于第三齐纳二极管d0的反向稳压阈值，一般小于6v，这样大尺寸功率mos管可用低压nmos或者耐压较低的ldnmos来实现，以实现更高的导通阻抗与宽长比之比。第四nmos管m4、第一电阻r0和第三齐纳二极管d0实现低功耗：在电路处于关断状态时，大阻值的r0能实现更小的静态功耗。
32.在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。