本發(fā)明的實施例涉及電子電路，尤其涉及用于檢測H橋電路負載電流的電流檢測電路。

背景技術(shù)：

H橋電路采用單電源VIN供電，常用于驅(qū)動電機或其他雙向運行的負載。圖1是H橋電路的簡單示意圖。如圖1所示，開關(guān)管M1和M4構(gòu)成第一開關(guān)管對，開關(guān)管M2和M3構(gòu)成第二開關(guān)管對。當開關(guān)管M1和M4導通，開關(guān)管M2和M3斷開時，A端的電壓大于B端的電壓，負載中流過正向電流，并以某一方向運行(例如順時針)。當開關(guān)管M2和M3導通，開關(guān)管M1和M4截止時，B端的電壓大于A端的電壓，負載中流過反向電流，并以相反方向運行(例如逆時針)。

H橋電路常常需要檢測負載電流i_load來進行反饋控制。傳統(tǒng)的負載電流檢測將一個阻值很小的檢測電阻器R_SENSE串入H橋，根據(jù)檢測電阻器R_SENSE兩端的電壓來反映負載電流的i_L的信息。

圖2a～2c是現(xiàn)有的三種用于H橋電路負載電流檢測的電路示意圖。圖2a稱為低側(cè)(low side)電流檢測，檢測電阻器R_SENSE耦接在負載與參考地之間。圖2b稱為高側(cè)(high side)電流檢測，檢測電阻器R_SENSE耦接在電源VIN與負載之間。因為流過檢測電阻器R_SENSE的電流方向是變化的，檢測電阻器兩端的電壓V_SENSE是一斷續(xù)的交流脈沖電壓，圖3是圖2a和圖2b中的檢測電阻器兩端的電壓波形圖。然而，圖2a和圖2b所示的檢測方式只能檢測單向電流。

為實現(xiàn)電流的雙向檢測，現(xiàn)有的解決方案是采用圖2c所示的電流檢測方式。如圖2c所示，檢測電阻器R_SENSE與負載串聯(lián)，通過差分放大器來放大檢測電阻器兩端的電壓。然而這種差分檢測方式常常會將顯著的共模噪聲分量引入檢測結(jié)果中，從而造成低信噪比(Signal-to-nosie，SNR)，這不是我們所期望的。

為此，本發(fā)明提出一種具有較高信噪比的、可以實現(xiàn)雙向電流檢測的電流檢測電路。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個問題，本發(fā)明的目的是提供一種相對于現(xiàn)有技術(shù)具有較高信噪比的電流檢測電路，可以實現(xiàn)雙向電流檢測，并提供精確的電流檢測結(jié)果。

根據(jù)本發(fā)明實施例的一種電流檢測電路，用于檢測H橋電路的負載電流，該H橋電路具有由第一控制信號控制的第一開關(guān)管對和由第二控制信號控制的第二開關(guān)管對，通過交替導通第一開關(guān)管對和第二開關(guān)管對以驅(qū)動負載，該電流檢測電路包括：檢測電阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至負載，第二端耦接至參考地；第一放大器，具有同相輸入端、反相輸入端、時鐘輸入端和輸出端，其中同相輸入端經(jīng)第一電阻器耦接至檢測電阻器的第一端，反相輸入端經(jīng)第二電阻器耦接至檢測電阻器的第二端，時鐘輸入端接收第一控制信號，第一控制信號作為時鐘信號，控制第一放大器交替工作于信號放大狀態(tài)和調(diào)零狀態(tài)；第二放大器，具有同相輸入端、反相輸入端、時鐘輸入端和輸出端，其中同相輸入端耦接至第一放大器的反相輸入端，反相輸入端耦接至第一放大器的同相輸入端，時鐘輸入端接收第二控制信號，第二控制信號作為時鐘信號，控制第二放大器交替工作于信號放大狀態(tài)和調(diào)零狀態(tài)；以及輸出晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至輸出電路以提供代表負載電流的檢測電流信號，第二端電連接至處于信號放大狀態(tài)的放大器的反相輸入端，控制端電連接至處于信號放大狀態(tài)的放大器的輸出端。

根據(jù)本發(fā)明另一實施例的一種電流檢測電路，包括；檢測電阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至負載，第二端耦接至參考地；第一放大器和第二放大器，其中第一放大器的同相輸入端經(jīng)第一電阻器耦接至檢測電阻器的第一端，第一放大器的反相輸入端經(jīng)第二電阻器耦接至檢測電阻器的第二端，第二放大器的反相輸入端耦接至第一放大器的同相輸入端，第二放大器的同相輸入端耦接至第一放大器的反相輸入端，第一放大器和第二放大器均為自動調(diào)零放大器，當檢測電阻器第一端的電壓大于第二端的電壓時，第一放大器工作于信號放大狀態(tài)，第二放大器工作于調(diào)零狀態(tài)，當檢測電阻器第一端的電壓小于第二端的電壓時，第二放大器工作于信號放大狀態(tài)，第一放大器工作于調(diào)零狀態(tài)；以及輸出晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至輸出電路以提供代表流過檢測電阻器電流的檢測電流信號，第二端電連接至處于信號放大狀態(tài)的放大器的反相輸入端，控制端電連接至處于信號放大狀態(tài)的放大器的輸出端。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過控制兩個放大器分別對檢測電阻器兩端的正向電壓和負向電壓進行交替檢測，且一個放大器工作于信號放大狀態(tài)時另一個放大器工作于調(diào)零狀態(tài)，在檢測雙向電流的同時很好地抑制了共模電壓，從而避免了現(xiàn)有技術(shù)中的共模干擾，使檢測結(jié)果精確。

附圖說明

圖1是H橋電路的簡單示意圖；

圖2a～2c是現(xiàn)有的三種用于H橋電路負載電流檢測的電路示意圖；

圖3是圖2a和圖2b中的檢測電阻器兩端的電壓波形圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于H橋電路的電流檢測電路401的電路原理圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖4所示電流檢測電路401的波形圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明一實施例的電流檢測電路601的電路原理圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的電流檢測電路701的電路原理圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明再一實施例的電流檢測電路801的電路原理圖。

具體實施方式

下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，應(yīng)當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，不必采用這些特定細節(jié)來實行本發(fā)明。在其他實例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。

在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。應(yīng)當理解，當稱“元件”“連接到”或“耦接”到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。

圖4是根據(jù)本發(fā)明一實施例的電流檢測電路401的電路原理圖。電流檢測電路401可用于檢測H橋電路的負載電流i_load。H橋電路包括開關(guān)管M1～M4，每個開關(guān)管由一個控制信號來控制其導通與關(guān)斷。開關(guān)管M1和M4構(gòu)成第一開關(guān)管對，由第一控制信號G1/4來控制，開關(guān)管M2和M3構(gòu)成第二開關(guān)管對，由第二控制信號G2/3來控制。H橋電路控制第一開關(guān)管對與第二開關(guān)管對交替導通，將直流電壓VIN轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電壓提供給為負載。在一個實施例中，H橋電路還包括驅(qū)動電路，接收控制信號G1～G4，將控制信號G1～G4的驅(qū)動能力增大后分別輸出至開關(guān)管M1～M4的控制端。

對于H橋電路而言，常常需要獲得精確的負載電流i_load信息來實現(xiàn)環(huán)路的電流調(diào)整。由于負載電流i_load可以從A端流向B端，亦可以從B端流向A端，因此需要電流檢測電路401可以實現(xiàn)對電流的雙向檢測。

如圖4所示，電流檢測電路401包括檢測電阻器R_SENSE、放大器AMP1和AMP2以及輸出晶體管Q。檢測電阻器R_SENSE具有第一端和第二端，其中第一端經(jīng)開關(guān)管M2和M4耦接至負載，第二端耦接至參考地。

放大器AMP1和放大器AMP2均為自動調(diào)零放大器，具有兩個工作狀態(tài)，一個是調(diào)零工作狀態(tài)，另一個是信號放大狀態(tài)。在調(diào)零期間，放大器的誤差信號被儲存在保持電路中，然后在信號放大期間，將此存下來的信號加在主放大器上，以抵消主放大器的失調(diào)電壓，以保持零失調(diào)的狀態(tài)。由于這兩個狀態(tài)一直交替進行，因而在實際上消除了放大器的失調(diào)與漂移。自動調(diào)零放大器的兩個工作狀態(tài)一般由定時器產(chǎn)生的時鐘信號控制內(nèi)部的模擬開關(guān)完成。在本發(fā)明的實施例中，放大器AMP1和AMP2的時鐘信號分別由第一控制信號G1/4和第二控制信號G2/3代替。

如圖4所示，放大器AMP1用于接收檢測電阻器R_SENSE兩端的正向電壓，具有同相輸入端、反相輸入端、時鐘輸入端和輸出端，其中同相輸入端經(jīng)電阻器R1耦接至檢測電阻器R_SENSE的第一端，反相輸入端經(jīng)電阻器R2耦接至檢測電阻器R_SENSE的第二端，時鐘輸入端CLK接收第一控制信號G1/4。第一控制信號G1/4被用作放大器AMP1的時鐘信號，以控制其交替工作于信號放大狀態(tài)和調(diào)零狀態(tài)。在一個實施例中，當?shù)谝豢刂菩盘朑1/4處于高電平，放大器AMP1工作于信號放大狀態(tài)；當?shù)谝豢刂菩盘朑1/4處于低電平，放大器AMP1工作于調(diào)零狀態(tài)。放大器AMP2用于接收檢測電阻器R_SENSE兩端的負向電壓，具有同相輸入端、反相輸入端、時鐘輸入端和輸出端，其中同相輸入端耦接至放大器AMP1的反相輸入端，反相輸入端耦接至放大器AMP1的同相輸入端，時鐘輸入端CLK接收第二控制信號G2/3。第二控制信號G2/3被用作放大器AMP2的時鐘信號，以控制其交替工作于信號放大狀態(tài)和調(diào)零狀態(tài)。

輸出晶體管Q用于為檢測電流信號I_SENSE提供輸出支路。在圖4所示的實施例中，輸出晶體管Q為場效應(yīng)晶體管。輸出晶體管Q的漏極耦接至輸出電路402以提供代表負載電流i_load的檢測電流信號i_SENSE，源極電連接至處于信號放大狀態(tài)的放大器的反相輸入端，控制端電連接至處于信號放大狀態(tài)的放大器的輸出端。在另一實施例中，輸出晶體管Q為雙極結(jié)型晶體管。

在圖4所示的實施例中，電流檢測電路401還包括開關(guān)陣列。根據(jù)H橋電路的工作狀態(tài)，開關(guān)陣列可選擇地將放大器AMP1與AMP2之一用于電流檢測。開關(guān)陣列包括第一組開關(guān)管和第二組開關(guān)管，分別由第一控制信號G1/4和第二控制信號G2/3控制。

第一組開關(guān)管包括開關(guān)管S5和S6，其控制端均耦接至第一控制信號G1/4。開關(guān)管S5的第一端耦接至放大器AMP1的反相輸入端，第二端耦接至輸出晶體管Q的源極。開關(guān)管S6的第一端耦接至放大器AMP1的輸出端，第二端耦接至輸出晶體管Q的柵極。第二組開關(guān)管包括開關(guān)管S7和S8，其控制端均耦接至第二控制信號G2/3。開關(guān)管S7的第一端耦接至放大器AMP2的反相輸入端，第二端耦接至輸出晶體管Q的源極。開關(guān)管S8的第一端耦接至放大器AMP2的輸出端，第二端耦接至輸出晶體管Q的柵極。

在一個實施例中，當?shù)谝豢刂菩盘朑1/4處于高電平時，第一組開關(guān)管導通而第二組開關(guān)管關(guān)斷，同時放大器AMP1工作于信號放大狀態(tài)，其輸出端電連接至輸出晶體管Q的柵極，放大器AMP1的反相輸入端電連接至輸出晶體管Q的源極。當?shù)诙刂菩盘朑2/3處于高電平時，第二組開關(guān)管導通而第一組開關(guān)管關(guān)斷，同時放大器AMP2工作于信號放大狀態(tài)，其輸出端電連接至輸出晶體管Q的柵極，放大器AMP2的反相輸入端電連接至輸出晶體管Q的源極。

輸出電路402用于對檢測電流信號i_SENSE進行放大或進一步處理，提供便于處理的輸出信號。在一個實施例中，輸出電路402包括電流鏡電路。電流鏡電路的供電端耦接至供電電源Vp，輸入端耦接至輸出晶體管Q的漏極以接收檢測電流信號i_SENSE，輸出端經(jīng)電阻器R4耦接至參考地，提供輸出電流信號i_OUT。在一個實施例中，電阻器R4兩端的電壓V_IFB作為代表負載電流i_load的反饋信號被提供給H橋電路的控制模塊。

在一個實施例中，電流檢測電路401的各部件集成在同一芯片中。在另一個實施例中，除了檢測電阻器R_SENSE外置，電流檢測電路401的其余各部件集成在同一芯片中。

圖5是根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖4所示電流檢測電路401的波形圖。如圖5所示，第一控制信號G1/4和第二控制信號G2/3互補輸出，當?shù)谝婚_關(guān)管對導通時，第二開關(guān)管對必須關(guān)斷。這種情況理論上要求第一控制信號G1/4和第二控制信號G2/3完全互補。然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，為了避免直通短路，常常在第一控制信號G1/4和第二控制信號G2/3之間加入一個足夠長的死區(qū)時間(未示出)。

在P1階段，第一控制信號G1/4為高電平，第一開關(guān)管對導通，A端的電壓(圖示103)大于B端的電壓(圖示104)，負載兩端的電壓V_AB為正，檢測電阻器R_SENSE兩端的電壓也為正，放大器AMP1工作于信號放大狀態(tài)，對檢測電阻器R_SENSE兩端的電壓進行檢測并經(jīng)輸出晶體管Q提供至輸出電路402，得到如圖5所示的反饋信號V_IFB。此時第二控制信號G2/3為低電平，放大器AMP1工作于調(diào)零狀態(tài)。

在P2階段，第二控制信號G2/3為高電平，第二開關(guān)管對導通，B端的電壓小于B端的電壓，負載兩端的電壓V_AB為負，檢測電阻器R_SENSE兩端的電壓也為負，放大器AMP2工作于信號放大狀態(tài)，對檢測電阻器R_SENSE兩端的電壓進行檢測并經(jīng)輸出晶體管Q提供至輸出電路402，得到圖5所示的反饋電壓V_IFB。此時第一控制信號G1/4為低電平，放大器AMP2工作于調(diào)零狀態(tài)。

在一個實施例中，當?shù)谝豢刂菩盘朑1/4處于高電平時，第一組開關(guān)管導通而第二組開關(guān)管關(guān)斷，放大器AMP1工作于信號放大狀態(tài)，其輸出端電連接至輸出晶體管Q的柵極，放大器AMP1的反相輸入端電連接至輸出晶體管Q的源極。當?shù)诙刂菩盘柼幱诟唠娖綍r，第二組開關(guān)管導通而第一組開關(guān)管關(guān)斷，放大器AMP2工作于信號放大狀態(tài)，其輸出端電連接至輸出晶體管Q的柵極，放大器AMP2的反相輸入端電連接至輸出晶體管Q的源極。

如圖4和5所示，由于電流檢測電路401采用低邊電流檢測方式，兩個放大器工作時引入的共模干擾很小，而且耦接至參考地的連接方式也為信號處理提供了方便。此外，由于兩個放大器基于第一控制信號和和第二控制信號一直交替工作于信號放大狀態(tài)和調(diào)零狀態(tài)，可以在進行雙向檢測的同時保持零失調(diào)的狀態(tài)，使得檢測結(jié)果精確。

圖6是根據(jù)本發(fā)明一實施例的電流檢測電路601的電路原理圖。圖6所示的電流檢測電路601可用于需要檢測雙向電流的應(yīng)用中，例如用于電池電量檢測。

在圖6所示的實施例中，電流檢測電路601包括檢測電阻器R_SENSE、放大器AMP1和AMP2以及輸出晶體管Q。檢測電阻器R_SENSE具有a端和b端，其中a端耦接至負載，b端耦接至參考地，以檢測雙向的負載電流i_load。

放大器AMP1與放大器AMP2均為自動調(diào)零放大器，放大器AMP1的同相輸入端經(jīng)電阻器R1耦接至檢測電阻器R_SENSE的a端，放大器AMP1的反相輸入端經(jīng)電阻器R2耦接至檢測電阻器R_SENSE的b端。放大器AMP2的同相輸入端耦接至放大器AMP1的反相輸入端，放大器AMP2的反相輸入端耦接至放大器AMP1的同相輸入端。根據(jù)檢測電阻器R_SENSEa端電壓與b端電壓的比較結(jié)果，控制放大器AMP1與AMP2切換工作于信號放大狀態(tài)和調(diào)零狀態(tài)。當a端電壓大于b端電壓時，放大器AMP1受控工作于信號放大狀態(tài)，放大器AMP2工作于調(diào)零狀態(tài)。當a端電壓小于b端電壓時，放大器AMP1受控工作于信號放大狀態(tài)，放大器AMP1工作于調(diào)零狀態(tài)。

輸出晶體管Q的漏極耦接至輸出電路402以提供代表負載電流iload的檢測電流信號iSENSE，源極電連接至處于信號放大狀態(tài)的放大器的反相輸入端，控制端電連接至處于信號放大狀態(tài)的放大器的輸出端。

在圖6所示的實施例中，電流檢測電路601還包括開關(guān)陣列。根據(jù)根據(jù)檢測電阻器RSENSE的a端電壓與b端電壓的比較結(jié)果，開關(guān)陣列可選擇地將放大器AMP1與AMP2之一用于電流檢測。

開關(guān)陣列包括第一組開關(guān)管(S5和S6)和第二組開關(guān)管(S7和S8)。當a端電壓大于b端電壓時，第一組開關(guān)管導通而第二組開關(guān)管關(guān)斷，當a端電壓小于b端電壓時，第二組開關(guān)管導通而第一組開關(guān)管關(guān)斷。

圖7是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的電流檢測電路701的電路原理圖，在圖7所示的實施例中，開關(guān)陣列包括第一選擇電路705和第二選擇電路706。

當檢測電阻器R_SENSE的a端電壓大于b端的電壓時，放大器AMP1受控工作于信號放大狀態(tài)，第一選擇電路705由位置“2”轉(zhuǎn)向“1”，將放大器AMP2的反相輸入端與輸出晶體管Q源極的連接斷開，并將放大器AMP1的反相輸入端連接至輸出晶體管Q的源極。第二選擇電路706由位置“2”轉(zhuǎn)向“1”，將放大器AMP1的輸出端連接至輸出晶體管Q的柵極，將放大器AMP2的輸出端與輸出晶體管Q柵極的連接斷開。

當檢測電阻器R_SENSE的a端電壓小于b端的電壓時，放大器AMP2受控工作于信號放大狀態(tài)，第一選擇電路705由位置“1”轉(zhuǎn)向“2”，將放大器AMP1的反相輸入端與輸出晶體管Q源極的連接斷開，并將放大器AMP2的反相輸入端連接至輸出晶體管Q的源極。第二選擇電路706由位置“1”轉(zhuǎn)向“2”，將放大器AMP2的輸出端連接至輸出晶體管Q的柵極，將放大器AMP1的輸出端與輸出晶體管Q柵極的連接斷開。

圖8是根據(jù)本發(fā)明再一實施例的電流檢測電路801的電路原理圖。在圖8所示的實施例中，輸出電路802包括耦接于供電電源Vp與輸出晶體管Q漏極端的電阻器R4。電阻器R4兩端的電壓可用于表示負載電流i_load的反饋信號。

雖然已參照幾個典型實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。