发明内容
本发明提供一种非接触式电流检测芯片及其输出限幅电路及方法,可降低额外芯片报警管脚的成本,并且省去驱动额外报警信号线的放大器及其功率消耗。
为解决上述技术问题,根据本发明的一个方面,采用如下技术方案:
一种非接触式电流检测芯片的输出限幅电路,所述输出限幅电路包括:电压幅值检测电路、电压幅值回差控制逻辑以及主放大器限幅处理电路;
所述电压幅值检测电路用以检测非接触式电流检测芯片的第一输出电压的幅值,以供电压控制逻辑参考;
所述电压幅值回差控制逻辑连接所述电压幅值检测电路,用以建立进入或退出电压限幅状态的回差;
所述主放大器限幅处理电路连接所述电压幅值回差控制逻辑,用以根据所述电压幅值回差控制逻辑建立的回差执行电压限幅处理。
作为本发明的一种实施方式,所述电压幅值检测电路包括:若干比较器,各比较器分别将非接触式电流检测芯片的第一输出电压与若干阈值电压进行比对。
作为本发明的一种实施方式,所述电压幅值检测电路包括:第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻及第七电阻;
所述电压幅值回差控制逻辑包括第一或非门、第二或非门、第三或非门及第四或非门;
电压Vsig分别连接第一比较器的正相输入端、第二比较器的反相输入端、第三比较器的正相输入端、第四比较器的反相输入端;
所述第一电阻的第一端连接电压VCC,第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻依次串联,第七电阻的第二端接地;
所述第一比较器的反相输入端分别连接第一电阻的第二端、第二电阻的第一端;所述第二比较器的正相输入端分别连接第三电阻的第二端、第四电阻的第一端;所述第三比较器的反相输入端分别连接第四电阻的第二端、第五电阻的第一端;所述第四比较器的正相输入端分别连接第六电阻的第二端、第七电阻的第一端;
所述第一比较器的输出端连接第一或非门的第一输入端,第一或非门的第二输入端连接第二或非门的输出端,第一或非门的输出端连接第二或非门的第一输入端;第二比较器的输出端连接第二或非门的第二输入端;第二或非门的输出端输出控制第一开关闭合的控制信号;
所述第三比较器的输出端连接第三或非门的第一输入端,第三或非门的第二输入端连接第四或非门的输出端,第三或非门的输出端连接第四或非门的第一输入端;第四比较器的输出端连接第四或非门的第二输入端;第四或非门的输出端输出控制第二开关闭合的控制信号。
作为本发明的一种实施方式,所述主放大器限幅处理电路包括:第五比较器、第六比较器、第一开关及第二开关;
所述第五比较器的正相输入端分别连接第二电阻的第二端、第三电阻的第一端;所述第六比较器的正相输入端分别连接第五电阻的第二端、第六电阻的第一端;
所述第五比较器的反相输入端分别连接第五比较器的输出端、第一开关的第二端,第六比较器的反相输入端分别连接第六比较器的输出端、第二开关的第二端。
根据本发明的另一个方面,采用如下技术方案:一种非接触式电流检测芯片,所述非接触式电流检测芯片包括上述的非接触式电流检测芯片的输出限幅电路。
作为本发明的一种实施方式,所述非接触式电流检测芯片进一步包括霍尔元件、预放大电路及功率放大器;
所述霍尔元件的输出端连接预放大电路的输入端,预放大电路输出电压Vsig;
所述第一开关的第一端分别连接第一电阻的第二端、第二开关的第一端、功率放大器的正相输入端,所述功率放大器的反相输入端连接功率放大器的输出端。
根据本发明的又一个方面,采用如下技术方案:一种非接触式电流检测芯片的输出限幅方法,所述输出限幅方法包括:
电压幅值检测电路检测非接触式电流检测芯片的第一输出电压的幅值,以供电压控制逻辑参考;
电压幅值回差控制逻辑连接所述电压幅值检测电路,建立进入或退出电压限幅状态的回差;
主放大器限幅处理电路连接电压幅值回差控制逻辑,根据电压幅值回差控制逻辑建立的回差执行电压限幅处理。
本发明的有益效果在于:本发明提出的非接触式电流检测芯片及其输出限幅电路及方法,可降低额外芯片报警管脚的成本,并且省去驱动额外报警信号线的放大器及其功率消耗。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
该部分的描述只针对几个典型的实施例,本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
说明书中各个实施例中的步骤的表述只是为了方便说明,本申请的实现方式不受步骤实现的顺序限制。
说明书中的“连接”既包含直接连接,也包含间接连接,如通过一些有源器件、无源器件或电传导媒介进行的连接;还可包括本领域技术人员公知的在可实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接,如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。
本发明揭示了一种非接触式电流检测芯片的输出限幅电路,所述输出限幅电路包括:电压幅值检测电路、电压幅值回差控制逻辑以及主放大器限幅处理电路。
所述电压幅值检测电路用以检测非接触式电流检测芯片的第一输出电压的幅值,以供电压控制逻辑参考。
所述电压幅值回差控制逻辑连接所述电压幅值检测电路,用以建立进入或退出电压限幅状态的回差。
所述主放大器限幅处理电路连接所述电压幅值回差控制逻辑,用以根据所述电压幅值回差控制逻辑建立的回差执行电压限幅处理。
在本发明的一实施例中,所述电压幅值检测电路包括:若干比较器,分别将非接触式电流检测芯片的第一输出电压与若干阈值电压进行比对。
图3为本发明一实施例中输出限幅电路的电路示意图;请参阅图3,在本发明的一实施例中,所述电压幅值检测电路包括:第一比较器11、第二比较器12、第三比较器13、第四比较器14、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6及第七电阻R7;所述电压幅值回差控制逻辑包括第一或非门21、第二或非门22、第三或非门23及第四或非门24;所述主放大器限幅处理电路包括:第五比较器31、第六比较器32、第一开关K1及第二开关K2。
电压Vsig分别连接第一比较器11的正相输入端、第二比较器12的反相输入端、第三比较器13的正相输入端、第四比较器14的反相输入端;
所述第一电阻R1的第一端连接电压VCC,第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7依次串联,第七电阻R7的第二端接地。
所述第一比较器11的反相输入端分别连接第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第一端;所述第二比较器12的正相输入端分别连接第三电阻R3的第二端、第四电阻R4的第一端;所述第三比较器13的反相输入端分别连接第四电阻R4的第二端、第五电阻R5的第一端;所述第四比较器14的正相输入端分别连接第六电阻R6的第二端、第七电阻R7的第一端。
所述第一比较器11的输出端连接第一或非门21的第一输入端,第一或非门21的第二输入端连接第二或非门22的输出端,第一或非门21的输出端连接第二或非门22的第一输入端;第二比较器12的输出端连接第二或非门22的第二输入端;第二或非门22的输出端输出控制第一开关K1闭合的控制信号;
所述第三比较器13的输出端连接第三或非门23的第一输入端,第三或非门23的第二输入端连接第四或非门24的输出端,第三或非门23的输出端连接第四或非门24的第一输入端;第四比较器14的输出端连接第四或非门24的第二输入端;第四或非门24的输出端输出控制第二开关K2闭合的控制信号。
所述第五比较器31的正相输入端分别连接第二电阻R2的第二端、第三电阻的第一端;所述第六比较器32的正相输入端分别连接第五电阻R5的第二端、第六电阻R6的第一端;
所述第五比较器31的反相输入端分别连接第五比较器31的输出端、第一开关K1的第二端,第六比较器32的反相输入端分别连接第六比较器32的输出端、第二开关K2的第二端。
本发明还揭示一种非接触式电流检测芯片,所述非接触式电流检测芯片包括上述的非接触式电流检测芯片的输出限幅电路。
在本发明的一实施例中,所述非接触式电流检测芯片进一步包括霍尔元件、预放大电路及功率放大器;所述霍尔元件的输出端连接预放大电路的输入端,预放大电路输出电压Vsig;所述第一开关的第一端分别连接第一电阻的第二端、第二开关的第一端、功率放大器的正相输入端,所述功率放大器的反相输入端连接功率放大器的输出端。
本发明进一步揭示一种非接触式电流检测芯片的输出限幅方法,所述输出限幅方法包括:
电压幅值检测电路检测非接触式电流检测芯片的第一输出电压的幅值,以供电压控制逻辑参考;
电压幅值回差控制逻辑连接所述电压幅值检测电路,建立进入或退出电压限幅状态的回差;
主放大器限幅处理电路连接电压幅值回差控制逻辑,根据电压幅值回差控制逻辑建立的回差执行电压限幅处理。
如图3所示,在本发明的一种使用场景中,霍尔元件和预放大电路是电流检测芯片的前级电路,Vsig是一个被放大到与磁场大小成比例的电压信号,为了驱动负载会在霍尔元件和预放大电路后再加一级输出驱动器(driver),此驱动器的电压增益为1。
在本申请中,Vsig和待检测电流I的关系和传统设计一样,但在驱动级的设计上,本申请进行了如下改进:
(1)增加了对Vsig幅值的检测,一旦其高于Vth ph或者低于Vth nl,就会使得信号SWP或者SWN为高;
(2)SWP,SWN是接在驱动driver输入处VA的两个开关Switchp和Switchn的控制信号,这两个开关的另外一端分别接两个参考电压的缓冲输出:Vrefh和Vrefl;
(3)当待检测输入电流方向为正,并且电流值过大使得Vsig>Vth ph时,SWP=1,Switchp开关开启,Vrefh电压缓冲输出被接到了驱动driver的输入端VA,所以此时Vout=VA=Vrefh;
(4)和(3)类似地,当待检测输入电流方向为负,并且电流值过大使得Vsig<Vth nl时,SWN=1,Switchn开关开启,Vrefl电压缓冲输出被接到了驱动driver的输入端VA,所以此时Vout=VA=Vrefl;
(5)当芯片已经处于状态3)时,待检测电流绝对值需要降低到使得Vsig≤Vth nh,信号SWP才会恢复到0并且关闭开关Switchp,此时由于开关关闭,驱动放大器输入信号VA=Vsig,所以芯片输出
(6)当芯片已经处于状态4)时,待检测电流绝对值需要降低到使得Vsig≥Vth pl,信号SWN才会恢复到0并且关闭开关Switchn,此时由于开关关闭,驱动放大器输入信号VA=Vsig,所以芯片输出
(7)图3中电阻分压网络的作用是产生阈值电压Vth ph,Vth nh,Vth pl和Vth nl以及输出参考电压Vrefh和Vrefl;
(8)图3中四个比较器Cmp_ph,Cmp_nh,Cmp_pl和Cmp_nl,以及两个RS触发器是设计来建立3)~5)高低位限幅进入和退出回差阈值控制,进入和退出高位和低位限幅状态的回差分别为:(Vth ph-Vth nh)和(Vth pl-Vth nl)。建立进入/退出限幅状态回差控制的目的是避免系统噪声对Vsig的影响而导致系统在进入和退出限幅状态来回切换,从而避免了输出的相应来回跳变。
(9)芯片前级电路和输出驱动放大器之间插入的电阻Rx,是被设计来在限幅状态时隔离前级放大器和Vrefh或者Vrefl电压缓冲放大器的,而当在正常状态时(非限幅状态),由于Switchp和Switchn开关都是关闭的,此时驱动放大器的输入端是高阻状态,所以此时芯片前级电路可以通过Rx来驱动输出驱动器的输入端VA;
综上所述,本设计的芯片输出在待检测电流过大时,会根据待检测电流方向将芯片输出锁定在一个确定的输出值Vrefh或者Vrefl,而不再像传统设计那样在待检测电流过大时将输出推送到电源电压Vdd或者地电压0。
本专利提出的电流检测芯片输出限幅技术,相比于传统设计,增加了在待检测电流过大时对输出电压的限幅功能,这保证了在芯片内部没有功能失效报警情况下,芯片输出Vout最大最小电压值分别小于电源电压Vdd和大于地电压0。而在芯片内部检测到功能失效时,可以将输出驱动器关闭,从而使得输出电压Vout被负载端下拉电阻拉低至0电压(图3所示)或者被上拉负载电阻拉高至Vdd,此时主机端就可以得知芯片内部有失效报警而不需要额外的报警信号线。这一改进,降低了额外芯片报警管脚的成本,并且省去了驱动额外报警信号线的放大器及其功率消耗。
本发明进一步揭示一种非接触式电流检测芯片,所述非接触式电流检测芯片包括上述的非接触式电流检测芯片的输出限幅电路。
综上所述,本发明提出的非接触式电流检测芯片及其输出限幅电路及方法,可降低额外芯片报警管脚的成本,并且省去驱动额外报警信号线的放大器及其功率消耗。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
这里本发明的描述和应用是说明性的,并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现,对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的,对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是,在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下,本发明可以以其它形式、结构、布置、比例,以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下,可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。