一种高边电流侦测电路的制作方法

1.本实用新型涉及电学领域，更具体地涉及一种高边电流侦测电路。


背景技术：

2.随着汽车中使用的电子设备越来越多，监控这些电子设备的电路状态以提供及时保护的需求也越来越高。现有技术中的侦测电路的电流源输出阻抗较低，使得侦测精度不高。并且，现有技术中的侦测电路的电流源易受外界影响，使得稳定精度也较低。


技术实现要素：

3.为解决上述现有技术中的问题，本实用新型提供一种高边电流侦测电路，能够提高电路的侦测精度和稳定精度。
4.本实用新型提供的一种高边电流侦测电路，包括：
5.第一级联式电流源，分别与一车载电池、一车载控制单元连接，所述第一级联式电流源包括第一电阻和至少两个依次连接的pnp三极管对，所述pnp三极管对中的其中一个与所述第一电阻连接；第二级联式电流源，其输出端与一微控制单元连接并且其接地端接地，所述第二级联式电流源包括第二电阻、第三电阻和至少两个依次连接的npn三极管对，所述npn三极管对中的其中一个与一个所述pnp三极管对连接，另一个分别与所述第二电阻和所述第三电阻连接。
6.进一步地，所述pnp三极管对的数量和所述npn三极管对的数量相等。
7.优选地，所述第一级联式电流源包括两个pnp三极管对，所述第二级联式电流源包括两个npn三极管对。
8.进一步地，所述第一级联式电流源包括第一三极管、第二三极管、第三三极管以及第四三极管，所述第二级联式电流源包括第五三极管、第六三极管、第七三极管以及第八三极管；
9.进一步地，所述第一电阻的一端与所述车载电池连接，另一端与所述第一三极管的发射极连接，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极与所述第三三极管的发射极连接，所述第二三极管的发射极与所述车载控制单元连接，所述第二三极管的集电极与所述第四三极管的发射极连接，且所述第二三极管的集电极与所述第一三极管的基极连接，所述第三三极管的基极与所述第四三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极为第一级联式电流源的输出端，其与所述第五三极管的集电极连接，所述第四三极管的集电极与所述第六三极管的集电极连接，所述第四三极管的集电极与所述第三三极管的基极连接；
10.所述第五三极管的集电极与所述第六三极管的基极连接，所述第五三极管的基极与所述第六三极管的基极连接，所述第五三极管的发射极与所述第七三极管的集电极连接，所述第六三极管的发射极与所述第八三极管的集电极连接，所述第七三极管的集电极与所述第八三极管的基极连接，且所述第七三极管的基极与所述第八三极管的基极连接，
所述第七三极管的发射极为第二级联式电流源的输出端，其分别与所述微控制单元、所述第二电阻连接，所述第二电阻的另一端为第二级联式电流源的接地端，其连接到地，所述第八三极管的发射极与所述第三电阻的一端连接，且所述第三电阻的另一端为第二级联式电流源的接地端，其连接到地。
11.进一步地，所述第一三极管、所述第二三极管、所述第三三极管和所述第四三极管均为pnp三极管。
12.进一步地，所述第五三极管、所述第六三极管、所述第七三极管和所述第八三极管均为npn三极管。
13.进一步地，所述车载电池与所述车载控制单元之间连接有一电流侦测电阻。
14.进一步地，所述第一级联式电流源的输出阻抗r
01
为：
[0015][0016]
式中，r
03
表示所述第三三极管的输出阻抗，g
m03
表示所述第三三极管的跨导，r
02
表示所述第二三极管的输出阻抗，r
π3
表示所述第三三极管的输入阻抗。
[0017]
进一步地，所述第二级联式电流源的输出阻抗r
02
为：
[0018][0019]
式中，r
06
表示所述第六三极管的输出阻抗，g
m06
表示所述第六三极管的跨导，r
08
表示所述第八三极管的输出阻抗，r
π6
表示所述第六三极管的输入阻抗。
[0020]
本实用新型设置了两个级联式电流源，提高了输出阻抗，从而实现了较高的电流侦测精度。并且，本实用新型电流源的电流不受外界因素影响，使得电源抑制比较高，从而实现了较高的稳定精度。
附图说明
[0021]
图1是按照本实用新型的一种高边电流侦测电路的结构示意图。
[0022]
图2(a)是图1中第一级联式电流源的输出电流与其参考电流的关系曲线图；图2(b)是图1中第二级联式电流源的输出电流与其参考电流的关系曲线图；图2(c)是将图2(a)中的曲线和图2(b)中的曲线放在同一坐标系下的示意图。
[0023]
图3(a)是负载电流从1a-24a变化时的仿真波形图，图3(b)是电池电压在6v-18v变化时的仿真波形图。
具体实施方式
[0024]
下面结合附图，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述。
[0025]
如图1所示，本实用新型提供的一种高边电流侦测电路，包括彼此连接的第一级联式电流源cm1和第二级联式电流源cm2，第一级联式电流源cm1的输入端与车载电池v连接、输出端与车载控制单元b连接，第二级联式电流源cm2的输出端与一微控制单元mcu连接并且接地端接地。另外，在车载电池v与车载控制单元b之间还连接有电流侦测电阻r。
[0026]
第一级联式电流源cm1包括第一电阻r1、第一三极管q1、第二三极管q2、第三三极
管q3以及第四三极管q4，第二级联式电流源cm2包括第二电阻r2、第三电阻r3、第五三极管q5、第六三极管q6、第七三极管q7以及第八三极管q8。第一三极管q1、第二三极管q2、第三三极管q3和第四三极管q4均为pnp三极管，第五三极管q5、第六三极管q6、第七三极管q7和第八三极管q8均为npn三极管。
[0027]
其中，第一三极管q1和第二三极管q2为一个pnp三极管对，第三三极管q3和第四三极管q4为一个pnp三极管对，第五三极管q5和第六三极管q6为一个npn三极管对，第七三极管q7和第八三极管q8为一个npn三极管对，即第一级联式电流源cm1具有两个pnp三极管对，第二级联式电流源cm2具有两个npn三极管对。需要说明的是，在其他实施例中，第一级联式电流源cm1可以具有两个以上的pnp三极管，第二级联式电流源cm2可以具有两个以上且数量与pnp三极管对数量相同的npn三极管对。例如，在第一级联式电流源cm1中，可以在第三三极管q3和第四三极管q4之后增加pnp三极管q9、q10，则在第二级联式电流源cm2中相应地在第七三极管q7和第八三极管q8之后增加npn三极管q11、q12。
[0028]
具体地，第一电阻r1的一端与车载电池v连接，另一端与第一三极管q1的发射极连接。第一三极管q1的基极与第二三极管q2的基极连接，第一三极管q1的集电极与第三三极管q3的发射极连接。第二三极管q2的发射极与车载控制单元b连接，第二三极管q2的集电极与第四三极管q4的发射极连接，且第二三极管q2的集电极与第一三极管q1的基极连接。第三三极管q3的基极与第四三极管q4的基极连接，第三三极管q3的集电极为第一级联式电流源cm1的输出端，其与第二级联式电流源cm2中第五三极管q5的集电极连接。第四三极管q4的集电极与第二级联式电流源cm2中第六三极管q6的集电极连接，并与第三三极管q3的基极连接。
[0029]
第五三极管q5的集电极除了与第三三极管q3的集电极连接外，还与第六三极管q6的基极连接，且第五三极管q5的基极与第六三极管q6的基极连接，第五三极管q5的发射极与第七三极管q7的集电极连接。第六三极管q6的发射极与第八三极管q8的集电极连接。第七三极管q7的集电极除了与第五三极管q5的发射极连接之外，还与第八三极管q8的基极连接，且第七三极管q7的基极与第八三极管q8的基极连接，第七三极管q7的发射极为第二级联式电流源cm2的输出端，其分别与微控制单元mcu、第二电阻r2的一端连接，第二电阻r2的另一端为第二级联式电流源的接地端，其连接到地。第八三极管q8的发射极与第三电阻r3的一端连接，且第三电阻r3的另一端为第二级联式电流源的接地端，其连接到地。
[0030]
在第一级联式电流源cm1中，第一三极管q1可以看成是第三三极管q3的一个发射极串接阻抗，进行小信号分析后可以得到第一级联式电流源cm1的输出阻抗r
01
为：
[0031][0032]
式中，r
03
表示第三三极管q3的输出阻抗，g
m03
表示第三三极管q3的跨导，r
02
表示第二三极管q2的输出阻抗，r
π3
表示第三三极管q3的输入阻抗。
[0033]
在第二级联式电流源cm2中，第二电阻r2和第三电阻r3的大小相等，使得第二级联式电流源cm2形成1:1的电流镜像。同样地，进行小信号分析后可以得到第二级联式电流源cm2的输出阻抗r
02
为：
[0034][0035]
式中，r
06
表示第六三极管q6的输出阻抗，g
m06
表示第六三极管q6的跨导，r
08
表示第八三极管q8的输出阻抗，r
π6
表示第六三极管q6的输入阻抗。
[0036]
从上述第一级联式电流源cm1的输出阻抗r
01
和第二级联式电流源cm2的输出阻抗r
02
的计算公式可以看出，相比于现有技术，输出阻抗r
01
、r
02
的值显著提高，从而实现了更高的电流侦测精度。
[0037]
从电流分析来看，第一级联式电流源cm1的输出端的输出电流i
out1
为：
[0038][0039]vbe1
表示第一三极管q1的基极和发射极之间电压，v
be2
表示第一三极管q1的基极和发射极之间的电压，r1即为第一电阻r1的阻值，v
t
表示热电压，i
ref1
表示第一级联式电流源cm1的参考电流。
[0040]
第二级联式电流源cm2的输出端的输出电流i
out2
为：i
out2
＝i
ref2
，即第二级联式电流源cm2的输出电流等于其参考电流。
[0041]
第一级联式电流源cm1的输出端的输出电流i
out1
与其参考电流i
ref1
的关系曲线如图2(a)所示，第二级联式电流源cm2的输出端的输出电流i
out2
与其参考电流i
ref2
的关系曲线如图2(b)所示。从图上可以看出，i
out1
和i
ref1
大致成对数关系，i
out2
和i
ref2
成直线关系，当第一级联式电流源cm1和第二级联式电流源cm2连接在一起时，有i
out1
＝i
ref2
，i
out2
＝i
ref1
，因而可联立方程组求解出i
out1
和i
out2
。将这两根关系曲线放在同一坐标系下，如图2(c)所示，电路会工作在两根曲线的交点处，这会使得本实用新型电流源的电流不受外界因素影响，尤其是不再受电池电压变化的影响，实现了很高的电源抑制比。
[0042]
图3(a)是负载电流从1a-24a变化时，本实用新型的侦测电路的仿真波形图，图3(b)是电池电压在6v-18v变化时，本实用新型的侦测电路的仿真波形图。从图中可以看出，当负载电流在1a-24a之间变化时，测试电流的误差区间是[4.5％,0.9％]，且随着负载电流增大，误差减小；当电池电压在6v-18v之间变化时，对测试值只有非常微小的影响，稳定精度为0.016/5＝0.32％。由此可知，本实用新型的侦测电路不仅侦测精度高，而且稳定精度高，具有较好的性能。
[0043]
以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽描述的均为常规技术内容。