大电流的电流检测电路

1.本实用新型属于集成电路设计，电机驱动芯片领域，涉及h桥中大电流的电流检测，具体为一种高压h桥的电流检测电路。


背景技术：

2.传统的h桥低端检流方式有多种实现方案，绝大多数基于分立或半分立元件电路。低端检流电路的检流电阻串联到地，低端检流方式在地线回路中增加了额外的线绕电阻，检流电阻造成电流损耗，致使精度下降，有较大的误差，而且h桥中的电流很大，功耗很大。


技术实现要素：

3.本实用新型目提供了一种大电流的电流检测电路，其目的在于解决高压h 桥的电流检测电路精度低，可靠性差的问题。
4.技术方案
5.大电流的电流检测电路，其特征在于：该电路由偏置电路、低共模输入放大器电路、电流镜电路以及h桥电路组成；
6.所述偏置电路中，第一pmos管m1的栅端接第二pmos管m2的栅端、第一 pmos管m1的漏极和ib端口，第一pmos管m1的源端接电源vdd；第二pmos管 m2的漏端接第一npn管q1的集电极、第一npn管q1的基极接放大器，第二pmos 管m2的源端接电源vdd；第一npn管q1的发射极接第二npn管q2的集电极；第二npn管q2的基极接第一npn管q1的发射极和第二npn管q2的集电极；第二npn管q2的发射极接第三npn管q3的集电极；第三npn管q3的基极接第二 npn管q2的发射极和第三npn管q3的集电极；第三npn管q3的发射极接第四 npn管q4的集电极；第四npn管q4的基极接第三npn管q3的发射极和第四npn 管q4的集电极；第四npn管q4的发射极接地gnd；
7.所述低共模输入放大器电路包括第一pnp管q7，第二pnp管q8，第五npn 管q5，第六npn管q6，第一肖特基二极管d1，第二肖特基二极管d2，第三pmos 管m3，第四pmos管m4，第一nmos管m5，电阻r1；其中第一pnp管q7的基极接第一肖特基二极管d1的正极，第一pnp管q7的集电极接地gnd，第一pnp管 q7的发射极接第五npn管q5的发射极，第二pnp管q8的基极接第二肖特基二极管d2的正极，第二pnp管q8的集电极接地gnd，第二pnp管q8的发射极接第六npn管q6的发射极，第五npn管q5的基极接第一npn管q1的基极和第六 npn管q6的基极，第五npn管q5的集电极接第三pmos管m3的漏端和栅端，第六npn管q6的基极接第一npn管q1的基极和的第五npn管q5基极，第六npn 管q6的集电极接第四pmos管m4的漏端和第一nmos管m5的栅端，第三pmos 管m3的源端和第四pmos管m4的源端都接电源vdd，第一nmos管m5的漏端接电源vdd，第一nmos管m5的源端接电阻r1和第二nmos管m10的栅端，电阻 r1接地gnd；
8.所述电流镜电路包括第五pmos管m6，第六pmos管m7，第七pmos管m8，第八pmos管m9，第二nmos管m10，第三nmos管m11，第四nmos管m12；其中第四nmos管m12是h桥电路中的低端管，第五pmos管m6的源端和第六pmos 管m7的源端都接电源vdd，第五pmos管m6的栅端接
第六pmos管m7的栅端和第五pmos管m6的漏端和第七pmos管m8的源端，第七pmos管m8的栅端接第八pmos管m9的栅端和第七pmos管m8的漏端和第二nmos管m10的漏端，第八 pmos管m9的漏端接输出端口iout，第二nmos管m10的源端接第三nmos管m11 的漏端和第一肖特基二极管d1的负极，第三nmos管m11的栅端接vx端口和第四nmos管m12的栅端，第三nmos管m11的源端和第四nmos管m12的源端接地gnd，第四nmos管m12的漏端接第二肖特基二极管d2的负极；
9.所述h桥电路包括第五nmos管m13、第六nmos管m12、第七nmos管m15、第八nmos管m14和电感l1；其中第五nmos管m13的漏极接第七nmos管m15的漏极和功率电源端口vm，第五nmos管m13的源极接第六nmos管m12的漏极和电感l1的一端和第五nmos管m13的体端，第六nmos管m12的源极接第八nmos 管m14的源极和功率地端口pgnd；第七nmos管m15的源极接第八nmos管m14 的漏极和外接电感l1的另一端和第七nmos管m15体端；第六nmos管m12的栅极接电流检测模块中第三nmos管m11的栅极；第五nmos管m13、第八nmos管 m14、第七nmos管m15的栅极接步进电机其他驱动模块。
10.第一pmos管m1～第四pmos管m4和第五pmos管m6～第八pmos管m9为5v pmos 管；第一nmos管m5和第二nmos管m10为5v nmos管；第三nmos管m11和第四nmos管m12为40v nmos管。
11.h桥内部电路中电源极电压vm为40v，电感l1为可调电感，第五nmos管 m13、第六nmos管m14、第七nmos管m15、第八nmos管m16为40v耐压nmos 管。
12.电流i1与ini成比例，比值由第三nmos管m11的宽长比与第四nmos管m12 的宽长比之比决定。
13.第一肖特基二极管d1、第二肖特基二极管d2的反向击穿电压为18v；第一 pnp管q7，第二pnp管q8的基极与发射极间的耐压值为25v，集电极与发射极间的耐压值为25v，集电极与基极间的耐压值为25v。
14.优点及效果
15.1.本次提出的电流检测电路要解决高压h桥的电流检测电路精度低的问题，提高电流检测的精度，提高可靠性，在电源电压为5v的情况下，仍可检测电源电压为35v～40v的h桥驱动中电流，大大提升了电流检测器的可靠性。
16.2.本设计解决了高压h桥的电流检测电路精度低的问题，本设计通过 cadence软件对电流检测电路进行仿真，在25℃ tt工艺角下对对检测的功率管做dc扫描，误差为2.3％；在125℃ ss工艺角下对静态电流进行dc扫描，误差为3.3％，检测误差可小于百分之四。
附图说明
17.图1为本实用新型的电流检测原理图；
18.图2为本实用新型的h桥电路原理图；
19.图3为本实用新型的25℃ tt工艺角下对检测的功率管做dc扫描的仿真结果图。
具体实施方式
20.一种大电流电流检测电路，m1的漏端与外部电流ib，栅端，以及m2的栅端相连；m2的漏端连接q1的集电极；m3的栅端与漏端，q5的集电极，以及 m4的栅端相连；m4的漏端与q6
的集电极，以及m5的栅端相连；m5的源端与r1，m10的栅端相连；m6的栅端与漏端，m8的源端，以及m7的栅端相连； m7的漏端连接m9的源端；m8的栅端与漏端，m10的漏端，以及m9的栅端相连；m9的漏端连接iout；m10的源端连接m11的漏端和d1的负极；m11 的栅端连接vx和m12的栅端；m12的漏端连接d2的负极；q1的基极连接q5 的基极和q6的基极，q1的发射极连接q2的集电极和栅极；q2的发射极连接 q3的集电极和栅极；q3的发射极连接q4的集电极和栅极；q5的发射极连接 q7的发射极；q6的发射极连接q8的发射极；q7的基极连接d1的正极；q8 的基极连接d2的正极；m1的源端和体端，m2的源端和体端，m3的源端和体端，m4的源端和体端，m6的源端和体端，m7的源端和体端，m5的漏端，m8 的体端，m9的体端都与电源vdd相连；q4的发射极，q7的发射极，q8的发射极，r1，m5的体端，m11的源端和体端，m12的源端和体端都与gnd相连。
21.无特殊说明，nmos的体端接地gnd，pmos的体端接电源vdd。
22.下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：
23.由于bcd工艺中的高压器件存在耐压要求，考虑到电路中与之连接的其他管子的耐压能力，本设计在充分考虑到各个器件的耐压特性后，设计了一种可用于步进电机驱动电路中的检测流经h桥电流且具有高可靠性、高精度的电流检测电路。
24.图1是电流检测的原理图，图1中的第四nmos管m12是模块外部h桥中的一个低端驱动管。这个电路的设计难点是在第四nmos管m12导通时，第四 nmos管m12的漏极(图中b点)电压很低，接近0v，当第四nmos管m12 关断时，线圈中的电感会产生维持电流的反冲电压，使b点电压升高到40v左右。为检测较低的电压，设计了一个由第一pnp管q7，第二pnp管q8，第五 npn管q5，第六npn管q6，第一肖特基二极管d1，第二肖特基二极管d2，第三pmos管m3，第四pmos管m4，第一nmos管m5，电阻r1构成的低共模输入放大器，这个放大器的输入信号从第一pnp管q7和第二pnp管q8的基极输出，允许共模输入低于0v。为隔离b点的高压，两个输入端各使用了1个肖特基二极管(二极管的击穿电压为18v)，h桥上端管导通时，b点的电压最高可到40v，而第二pnp管q8的基极电压为22v左右，第一pnp管q7、第二 pnp管q8使用的是qlp_2x2型号，其vce、vbe、vcb的耐压能力均为25v，没有耐压问题。第三nmos管m11是与第四nmos管m12类型相同，但尺寸很小的检测管，其栅极与第四nmos管m12的栅极相连。当第四nmos管m12 导通时，随着电流in1流入，b点电压将上升，导致第二pnp管q8的发射极电压上升，第六npn管q6是共基极放大器，故第六npn管q6集电极电压上升，经源极跟随器第一nmos管m5后使c点电压上升，产生流向检测管第三nmos 管m11的电流i1，使a点电压上升，形成负反馈。由于放大器增益较高，当电路平衡时，有va＝vb，即第三nmos管m11与第四nmos管m12的漏极电压相等。由于第三nmos管m11与第四nmos管m12类型相同，且栅源和漏源电压都相等，因此电流i1与ini成比例，比值由第三nmos管m11与第四nmos 管m12的宽长比之比决定。受drc规则限制，当第三nmos管m11尺寸减到最小时，i1仍然较大，故使用第五pmos管m6—第八pmos管m9构成的电流镜进一步衰减，得到iout。
25.h桥电路如图2所示，h桥内部电路中电源极电压vm为40v，电感l1为可调电感，第五nmos管m13、第六nmos管m14、第七nmoss管m15、第八nmos管m16为40v耐压nmos管。
26.仿真结果：
27.在25℃典型工艺角下对电流检测电路进行dc扫描，仿真结果如图3所示。根据dc扫描分析，当h桥中的电流为3a时输出电流为29.32μa，误差为2.3％, 小于4％。电流检测模块
的输出电流可以精确地反应h桥中电流的大小。
28.以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。