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[原创] 搭电路玩(1)-高边检流

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五彩晶圆(中级)

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发表于 2019-7-30 18:28 | 显示全部楼层 |阅读模式

现在的工作是擦屁股打补丁,cost down,看到别人在好大的一块PCB上用INA169作高边检流,作为电子保险丝采样输入。

下午琢摩了一番,用5个分立元件解决,精度大约5%,作为电子保险丝的触发,够用了。

TI的方案:INA169 x 1, 合金检流电阻 x 1, 输出电阻 x 1, 退耦电容 x 1 (可以省掉,与其它chip合用),最少3颗元件,合计约5元,最高玩到60V,很难简单提高电压;

分立电路:三极管,电阻,合金检流电阻,共5只(无运放),物料总成本5毛钱,加1毛可轻松玩到100-200V

电路大家先猜猜

 

 

来源:EEWorld 模拟电子板块,转载请附上链接
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maychang

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发表于 2019-7-31 13:32 | 显示全部楼层

只用一支三极管?

如果是只使用一支三极管,那么只能是检流电阻两端电压施加在三极管发射结上,检流电阻上的压降相当大,只适合小电流高电压情况使用。

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2只BJT, 检流电阻10mR,电流10A, 检测压降100mV.  详情 回复 发表于 2019-8-1 08:18


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一粒金砂(中级)

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发表于 2019-7-31 18:19 | 显示全部楼层

TIM截图20190731181741.png 这样子?

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考虑一下:把你的电路中NPN型管改成PNP型管,会有些什么变化?  详情 回复 发表于 2019-7-31 19:28


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maychang

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发表于 2019-7-31 19:28 | 显示全部楼层

考虑一下:把你的电路中NPN型管改成PNP型管,会有些什么变化?



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五彩晶圆(中级)

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 楼主| 发表于 2019-8-1 08:18 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-7-31 13:32 只用一支三极管? 如果是只使用一支三极管,那么只能是检流电阻两端电压施加在三极管发射结上,检流电阻 ...

2只BJT, 检流电阻10mR,电流10A, 检测压降100mV.

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五彩晶圆(中级)

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 楼主| 发表于 2019-8-1 08:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 PowerAnts 于 2019-8-1 08:22 编辑

 

 

ina169.png 这是TI的INA169 内部电路实施图

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五彩晶圆(中级)

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 楼主| 发表于 2019-8-1 08:24 | 显示全部楼层

本人瞧了瞧,就搞了个下面的图

ISEN.png

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此图必须赞一个!  详情 回复 发表于 2019-8-1 09:44
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五彩晶圆(中级)

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 楼主| 发表于 2019-8-1 08:33 | 显示全部楼层

@伟林电源

啥叫干货?能够举一反三,就有干货!!!

说真的,现在的攻城狮是越来越懒了。

学问跟IQ是有很大关系的,再多的资料,自已消化不了,那资料越多越害人

本人,非著名IC修理工,绝不是浪得虚名的

TI的IC内部,输出电压由Io与RL之积决定,而Io由左上1只1K的电压决定,其等于RS上的压降。OK,跟据这个思路,咱也会弄啊,高压轨到轨OP不好弄,那咱只有摆弄BJT了,200V的小功率PNP,5分钱一只,对管1毛4,用对管的话性参更好一些,器件数降为3

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maychang

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发表于 2019-8-1 09:44 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2019-8-1 08:24 本人瞧了瞧,就搞了个下面的图

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yet
什么都赞吗?真佩服你这大神,怕神位不保么。  详情 回复 发表于 2019-8-1 10:02


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纯净的硅(中级)

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发表于 2019-8-1 09:53 | 显示全部楼层

高边电流采样电路的制作方法

文档序号:13825707

导航: X技术> 最新专利>测量装置的制造及其应用技术

高边电流采样电路的制作方法

本实用新型涉及一种发动机控制器对负载的驱动电流采样的装置,尤其涉及一种高边电流采样电路。



背景技术:

在电子电路特别是模拟电路中,广泛的使用一种单元电路——镜像电流源,它为放大电路提供稳定的偏置电流,或作放大电路的有源负载。

众所周知,BJT的输出特性具有恒流的特点,采用适当的辅助电路可以使其恒流特性更接近于理想情况。镜像电流源如图1所示,设T1、T2的参数完全相同,由于两管基极与发射极相连接,所以具有相同的基极电圧VB与基-射极电压VBE1=VBE2,可以得出IB1=IB2、IE1=IE2、IC1=IC2,当BJT的β较大时,基极电流IB=IB1+IB2<<IC1可以忽略不计,所以IREF≈IC1=IC2,电阻RC中的电流IC2作为电阻R中电流IREF的镜像,所以称图1为镜像电流源。

随着汽车控制器的不断发展与相关法规的不断升级,发动机控制器对其控制的执行器的诊断与保护功能成为必要的设计需求,相对来说对于低边驱动是很好实现的,只要选取合适的运算放大器即可,但是对于高边驱动部分就存在种种问题的制约。

世界领先厂家的最新产品对于此需求的实现是:使用各个厂家最新研制的专用集成芯片(ASIC),ASIC是半导体厂商根据厂家的特定需求,量身定做的专用芯片,功能强大,但是一般不公开销售,无法获取并直接使用,并且研制ASIC的费用非常巨大,一般都是数千万的投入;选用市场现有的智能集成驱动或者预驱动,往往又受到器件本身特性的种种限制,如:过流保护电流的设置门限;是否具有诊断信息反馈功能等。

因此,往往很难找到能够满足需求的IC方案。即使找到合适的解决方案,在成本等方面的压力也让人无法接受;而如果使用运算放大器实现该功能,则要求选择的运算放大器具有较高的共模输入电压耐受能力,此种运放的价格一般极其昂贵,在整个控制器的成本占比往往无法接受。



技术实现要素:

本实用新型目的是提供一种高边电流采样电路,其基于基于镜像电流源机理,有效的将采样电流转化为系统可以使用的电压信号,用于诊断、保护等各种功能。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案:一种高边电流采样电路,其包括采样电阻R_sample、电流比例转换电阻R_ratio、三极管Q1、三极管Q2、偏置电路模块和采样电流输出模块;

电源VBAT与所述采样电阻R_sample的一端连接,所述采样电阻R_sample的另一端与负载连接;

电源VBAT与电流比例转换电阻R_ratio的一端连接;

所述采样电阻R_sample的另一端连接于三极管Q1的发射极,所述电流比例转换电阻R_ratio的另一端连接于三极管Q2的发射极;所述三极管Q1的基极连接于三极管Q2的基极,并一起连接于所述三极管Q1的集电极;

所述三极管Q1的集电极连接于偏置电路模块;

所述三极管Q2的集电极连接于采样电流输出模块。

可选的,所述偏置电路模块包括三极管Q3、基极偏置电阻R1和发射极偏置电阻R2,所述三极管Q1的集电极连接于所述三极管Q3的集电极,所述三极管Q3的发射极通过发射极偏置电阻R2接地,所述三极管Q3的基极通过基极偏置电阻R1连接于VCC电源。

可选的,所述采样电流输出模块包括电流-电压转换电阻R3与滤波电容C1,所述三极管Q2的集电极分别通过电流-电压转换电阻R3和滤波电容C1接地。

本实用新型具有如下有益效果:本实用新型通过镜像电流源机理,将支路中的电流信号按照设计的比例转化为电压信号,输出给后一级电路进行应用和处理。相比于现有的集成芯片(如运放)电流采样方案,本实用新型完全采用分立电子元器件,实现了电流采样、比例转换与采样信号输出的功能,不受运放共模输入电压等条件的制约,电路适应性强,配置灵活,成本低,能够满足对电流精度要求不高的用于负载保护和诊断的电流采样需要。

附图说明

图1为镜像电流源电路原理示意图;

图2为本实用新型的高边电流采样电路的结构示意图;

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种高边电流采样电路,其包括采样电阻R_sample、电流比例转换电阻R_ratio、三极管Q1、三极管Q2、偏置电路模块和采样电流输出模块。

电源VBAT与所述采样电阻R_sample的一端连接,所述采样电阻R_sample的另一端与负载连接,此时负载中流过的电流为I_load,采样电阻R_sample中流过的电流为I_sample,电源VBAT还与电流比例转换电阻R_ratio的一端连接,所述电流比例转换电阻R_ratio中流过的电流为I_ratio。

所述三极管Q1和三极管Q2的型号相同,所述采样电阻R_sample的另一端连接于三极管Q1的发射极,所述电流比例转换电阻R_ratio的另一端连接于三极管Q2的发射极,所述三极管Q1的基极连接于三极管Q2的基极,并一起连接于所述三极管Q1的集电极,所述三极管Q1的集电极连接于偏置电路模块,以通过所述偏置电路提供合理的偏置电压。

所述三极管Q2的集电极连接于采样电流输出模块,以将流经比例转换电阻R_ratio的电流经采样后输出。

本实施例中,所述偏置电路模块包括三极管Q3、基极偏置电阻R1和发射极偏置电阻R2,所述三极管Q1的集电极连接于所述三极管Q3的集电极,所述三极管Q3的发射极通过发射极偏置电阻R2接地,所述三极管Q3的基极通过基极偏置电阻R1连接于VCC电源,其中,所述三极管可以为NPN型三极管,并且通过基极偏置电阻R1与发射极偏置电阻R2的选取,使三极管Q3工作在放大区,Q3的集电极电流I_C3为三极管Q1的基极与三极管Q2的基极和集电极电流提供偏置电流,使三极管Q1和三极管Q2工作在放大区。

所述采样电流输出模块包括电流-电压转换电阻R3与滤波电容C1,所述三极管Q2的集电极通过电流-电压转换电阻R3接地,并且也通过滤波电容C1接地。

本实用新型的高边电流采样电路,通过偏置电路模块控制三极管Q1与三极管Q2工作在放大区,由于三极管Q1与三极管Q2的基极相连接,所以基极电压相同都为VB,由于三极管Q1与三极管Q2参数完全相同,所以基极-射极电压相同都为VBE,所以三极管Q1与三极管Q2的2脚的电压相等,即采样电阻R_sample与电流比例转换电阻R_ratio的两端电压相同,根据公式U=IR可得I_ratio/I_sample=R_sample/R_ratio。

由于三级管的放大倍数β很大(一般为几百),所以基极电流IB相对于集电极电流IC可以忽略不计,所以I_ratio≈I_C2。

电流I_sample是负载中的电流I_load与电流I_c1的总和,在实际应用中负载中的驱动电流为几十安,电流I_c1被设计在几至几十毫安的范围内,所以可以忽略I_c1,得到I_sample≈I_load,即负载电流就是采用电阻中的电流I_sample。

通过上述原理建立起了I_sample与I_C2之间的转换关系。

电流I_C2通过电流-电压转换电阻R3的作用,得到适合后续电路处理的电压V_out,通过滤波电容C1滤除干扰信号后,送给后一级的电路进行处理。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述,不代表实施例的优劣。

最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

 

 

技术特征:

1.一种高边电流采样电路,其特征在于,包括采样电阻R_sample、电流比例转换电阻R_ratio、三极管Q1、三极管Q2、偏置电路模块和采样电流输出模块;

电源VBAT与所述采样电阻R_sample的一端连接,所述采样电阻R_sample的另一端与负载连接;

电源VBAT与电流比例转换电阻R_ratio的一端连接;

所述采样电阻R_sample的另一端连接于三极管Q1的发射极,所述电流比例转换电阻R_ratio的另一端连接于三极管Q2的发射极;所述三极管Q1的基极连接于三极管Q2的基极,并一起连接于所述三极管Q1的集电极;

所述三极管Q1的集电极连接于偏置电路模块;

所述三极管Q2的集电极连接于采样电流输出模块。

2.根据权利要求1所述的高边电流采样电路,其特征在于,所述偏置电路模块包括三极管Q3、基极偏置电阻R1和发射极偏置电阻R2,所述三极管Q1的集电极连接于所述三极管Q3的集电极,所述三极管Q3的发射极通过发射极偏置电阻R2接地,所述三极管Q3的基极通过基极偏置电阻R1连接于VCC电源。

3.根据权利要求2所述的高边电流采样电路,其特征在于,所述采样电流输出模块包括电流-电压转换电阻R3与滤波电容C1,所述三极管Q2的集电极分别通过电流-电压转换电阻R3和滤波电容C1接地。

 

 

技术总结
本实用新型公开了一种高边电流采样电路,其包括采样电阻R_sample、电流比例转换电阻R_ratio、三极管Q1、三极管Q2、偏置电路模块和采样电流输出模块;所述三极管Q1的集电极连接于偏置电路模块;所述三极管Q2的集电极连接于采样电流输出模块。本实用新型通过镜像电流源机理,将支路中的电流信号按照设计的比例转化为电压信号,输出给后一级电路进行应用和处理。相比于现有的集成芯片(如运放)电流采样方案,本实用新型完全采用分立电子元器件,实现了电流采样、比例转换与采样信号输出的功能,不受运放共模输入电压等条件的制约,电路适应性强,配置灵活,成本低,能够满足对电流精度要求不高的用于负载保护和诊断的电流采样需要。

技术研发人员:张金鹏;刘鹏飞;孙鹏
受保护的技术使用者:中国第一汽车股份有限公司
文档号码:201720815505
技术研发日:2017.07.06
技术公布日:2018.02.27



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纯净的硅(中级)

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发表于 2019-8-1 09:57 | 显示全部楼层

既生瑜何生亮啊~~~~虽然英雄所见略同,可惜楼主发帖晚了。

不过我看到阿莫电子论坛上2013年也有关于这种电路的讨论,这个实用新型的专利有效性也许可以有争议吧。

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我没必要争什么,前一家公司每年都有专利指标,发明奖2000,实用奖1000,我从来不写。为什么不写呢?我的想法很简单,拿了这点钱,以后你在别的地方用同样的电路,就属于对原公司的侵权了。  详情 回复 发表于 2019-8-1 11:59
如果以前其它论坛上就有这种电路,那也不必申请宣告该专利无效,等着该专利权人发起诉讼就行了。  详情 回复 发表于 2019-8-1 10:22
PoewrAnts贴出的电路可以直接使用在产品中,并不构成侵权。这只要仔细对照该专利的权力要求就清楚了。  详情 回复 发表于 2019-8-1 10:17


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一粒金砂(高级)

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发表于 2019-8-1 10:02 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-8-1 09:44 此图必须赞一个!

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发表于 2019-8-1 10:17 | 显示全部楼层
topwon 发表于 2019-8-1 09:57 既生瑜何生亮啊~~~~虽然英雄所见略同,可惜楼主发帖晚了。 不过我看到阿莫电子论坛上2013年也有关于这种 ...

PoewrAnts贴出的电路可以直接使用在产品中,并不构成侵权。这只要仔细对照该专利的权力要求就清楚了。



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maychang

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发表于 2019-8-1 10:22 | 显示全部楼层
topwon 发表于 2019-8-1 09:57 既生瑜何生亮啊~~~~虽然英雄所见略同,可惜楼主发帖晚了。 不过我看到阿莫电子论坛上2013年也有关于这种 ...

如果以前其它论坛上就有这种电路,那也不必申请宣告该专利无效,等着该专利权人发起诉讼就行了。

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好像有规定,在公开刊物发表的电路,不能申请专利。  详情 回复 发表于 2019-8-1 16:23


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纯净的硅(中级)

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发表于 2019-8-1 10:45 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-8-1 10:22 如果以前其它论坛上就有这种电路,那也不必申请宣告该专利无效,等着该专利权人发起诉讼就行了。

我没有阿莫的账号,看不到文中提到的用bjt分立元件搭出的具体电路是怎样的。

https://www.amobbs.com/thread-5531347-1-1.html

谁有阿莫的账号?可以把这个贴里的图特别是8楼的贴一下看看吗?



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五彩晶圆(中级)

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 楼主| 发表于 2019-8-1 11:59 | 显示全部楼层
topwon 发表于 2019-8-1 09:57 既生瑜何生亮啊~~~~虽然英雄所见略同,可惜楼主发帖晚了。 不过我看到阿莫电子论坛上2013年也有关于这种 ...

我没必要争什么,前一家公司每年都有专利指标,发明奖2000,实用奖1000,我从来不写。为什么不写呢?我的想法很简单,拿了这点钱,以后你在别的地方用同样的电路,就属于对原公司的侵权了。

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发表于 2019-8-1 14:57 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-7-31 19:28 考虑一下:把你的电路中NPN型管改成PNP型管,会有些什么变化?

TIM截图20190801145646.png

和楼主想的相差甚远

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你在3楼图中是从集电极输出(取电阻R20两端电压),17楼为何三极管集电极接到负载上去了?如果17楼三极管集电极不是接到负载上去,而是经过一个负载电阻接地,该负载电阻两端电压就和R_sen中电流具有某种函数关系了。  详情 回复 发表于 2019-8-1 15:21


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maychang

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发表于 2019-8-1 15:21 | 显示全部楼层
大小家伙好 发表于 2019-8-1 14:57 和楼主想的相差甚远

你在3楼图中是从集电极输出(取电阻R20两端电压),17楼为何三极管集电极接到负载上去了?如果17楼三极管集电极不是接到负载上去,而是经过一个负载电阻接地,该负载电阻两端电压就和R_sen中电流具有某种函数关系了。

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我想的是利用R_sen上的压降,使得三极管导通 并且让三极管工作在放大区,这样子负载电阻两端电压和R_sen上的电流就具有某种函数关系了 算的过程,还在翻书中,忘光了  详情 回复 发表于 2019-8-1 15:51


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一粒金砂(中级)

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发表于 2019-8-1 15:51 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-8-1 15:21 你在3楼图中是从集电极输出(取电阻R20两端电压),17楼为何三极管集电极接到负载上去了?如果17楼三极管集 ...

我想的是利用R_sen上的压降,使得三极管导通

并且让三极管工作在放大区,这样子负载电阻两端电压和R_sen上的电流就具有某种函数关系了

算的过程,还在翻书中,忘光了

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“我想的是利用R_sen上的压降,使得三极管导通” 这个想法是没有错的。  详情 回复 发表于 2019-8-1 16:01


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maychang

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发表于 2019-8-1 16:01 | 显示全部楼层
大小家伙好 发表于 2019-8-1 15:51 我想的是利用R_sen上的压降,使得三极管导通 并且让三极管工作在放大区,这样子负载电阻两端电压和R_s ...

“我想的是利用R_sen上的压降,使得三极管导通”

这个想法是没有错的。

点评

经过你的提醒,发现自己前面贴的两张图,都是错的   [attachimg]425545[/attachimg][attachimg]425546[/attachimg][attachimg]425546[/attachimg]  详情 回复 发表于 2019-8-1 16:12


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