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CN103323653B - 一种低边采样电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低边采样电路，包括采样电阻Rs、电压电流转换电路、电流放大电路和电流电压转换电路；电压电流转换电路接于采样电阻Rs两端之间，电压电流转换电路与电流放大电路连接，电流放大电路与电流电压转换电路连接。本发明低边采样电路的采样方式针对数值小的采样电阻，可实现低功耗、高精度、高动态响应的电流信号采样。该电路的实际工作原理是对低边微小电压的精确放大；同时其应用可以扩展到对低边微小电压的精确放大。

Description

一种低边采样电路
技术领域
在电气领域，需要对低边电流进行精确采样，本发明涉及一种低边采样电路，尤其涉及采用三级管搭建的电流镜方式构成的电流采样电路，可对低边电流进行精确采样。
背景技术
目前，非隔离的电流采样方式，主要是在采样回路低边串联采样电阻，采用运放搭建的放大电路对采样电阻两端电压进行差分放大，以此来对输出电流进行采样。
采用运放搭建的放大电路对采样电阻两端电压值进行差分放大。若分流电阻值比较小，则其两端采样电压小，后级运放电路放大倍数大，此时采样精度低，分流电阻功耗小；若分流电阻值比较大，则其两端采样电压大，后级放大倍数小，此时采样精度提高，分流电阻功耗也增大。这样，采样精度和分流电阻功耗存在一种矛盾的关系。
随着电流的增加，为减小分流功耗，同时提高采样精度，需采用更小的采样电阻，放大倍数更高的运放进行放大。在工程实现上，存在一定的难度，成本也会很高。
发明内容
为了克服低边采样电路中采样精度与分流电阻功耗之间的矛盾，本发明提出了一种低边采样电路，包括采样电阻Rs、电压电流转换电路、电流放大电路和电流电压转换电路；电压电流转换电路接于采样电阻Rs两端之间，电压电流转换电路与电流放大电路连接，电流放大电路与电流电压转换电路连接。
进一步的，采样电阻Rs用于将电流信号转换为电压信号；电压电流转换电路用于将采样电阻Rs两端的电压信号转换为电流信号；电流放大电路用于将电压电流转换电路的输出电流进行放大；电流电压转换电路用于将电流信号转换为电压信号输出。
进一步的，电压电流转换电路包括第一电流镜和NPN型三极管Q5，第一电流镜的高压桥臂与NPN型三极管Q5的基极连接，NPN型三极管Q5的发射极与第一电流镜的低压桥臂连接。
进一步的，第一电流镜包括NPN型三极管Q1、NPN型三极管Q2、阻值相同的电阻R1和电阻R2、阻值相同的电阻R5和电阻R6；NPN型三极管Q1的集电极通过电阻R1与辅助供电电源连接，其发射极经过电阻R5与采样电阻Rs的高压端连接；NPN型三极管Q2的集电极通过电阻R2与辅助供电电源连接，其发射极经过电阻R6与采样电阻Rs的低压端连接；NPN型三极管Q1和Q2共基极且该基极与NPN型三极管Q2的集电极连接；NPN型三极管Q1的集电极与NPN型三极管Q5的基极连接，NPN型三极管Q5的发射极与NPN型三极管Q2的发射极连接。
进一步的，所述的低边采样电路还包括第二电流镜；电流放大电路通过第二电流镜与电流电压转换电路连接。
进一步的，电流放大电路为NPN型三极管Q5；NPN型三极管Q5的集电极与第二电流镜的一个桥臂连接。
进一步的，电流电压转换电路与第二电流镜的另一个桥臂连接。
进一步的，第二电流镜包括PNP型三极管Q3、PNP型三极管Q4、阻值相同的电阻R3和电阻R4；PNP型三极管Q3的发射极通过电阻R3与辅助供电电源连接，其集电极与NPN型三极管Q5的集电极连接；PNP型三极管Q4的发射极通过电阻R4与辅助供电电源连接，其集电极与电流电压转换电路连接；PNP型三极管Q3和Q4共基极且该基极与PNP型三极管Q3的集电极连接。
进一步的，电流电压转换电路为电阻R7。
本发明具有的有益效果是：本发明低边采样电路的采样方式针对数值小的采样电阻，可实现低功耗、高精度、高动态响应的电流信号采样。该电路的实际工作原理是对低边微小电压的精确放大；同时其应用可以扩展到对低边微小电压的精确放大。
并且，本发明可采用三极管、电阻搭建，实现对低边电流的精确采样，且成本低廉，结构简单。
附图说明
图1为本发明实施例低边采样电路功能框图；
图2为本发明实施例低边采样电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。在本发明的附图中，同一实施例的相关的多幅附图中同一个元件将用同一个符号表示。
如图1所示，本发明实施例的低边采样电路，包括采样电阻Rs、电压电流转换电路1、电流放大电路2和电流电压转换电路4；电压电流转换电路1接于采样电阻Rs两端之间，电压电流转换电路1与电流放大电路2连接，电流放大电路2与电流电压转换电路4连接。
采样电阻Rs用于将电流信号转换为电压信号；电压电流转换电路1用于将采用电阻Rs两端的电压信号转换为电流信号；电流放大电路用于将电压电流转换电路1的输出电流进行放大；电流电压转换电路4用于将电流信号转换为电压信号输出。
电压电流转换电路1包括第一电流镜和NPN型三极管Q5，第一电流镜的高压桥臂与NPN型三极管Q5的基极连接，NPN型三极管Q5的发射极与第一电流镜的低压桥臂连接。
如图2所示，第一电流镜包括NPN型三极管Q1、NPN型三极管Q2、阻值相同的电阻R1和电阻R2、阻值相同的电阻R5和电阻R6；NPN型三极管Q1的集电极通过电阻R1与辅助供电电源连接，其发射极经过电阻R5与采样电阻Rs的高压端连接；NPN型三极管Q2的集电极通过电阻R2与辅助供电电源连接，其发射极经过电阻R6与采样电阻Rs的低压端连接；NPN型三极管Q1和Q2共基极且该基极与NPN型三极管Q2的集电极连接；NPN型三极管Q1的集电极与NPN型三极管Q5的基极连接，NPN型三极管Q5的发射极与NPN型三极管Q2的发射极连接。图2中，Vaux为辅助供电电源。
优选的，如图1所示，本发明实施例的低边采样电路还包括第二电流镜3；电流放大电路2通过第二电流镜3与电流电压转换电路4连接。
如图2所示，电流放大电路2为NPN型三极管Q5；NPN型三极管Q5的集电极与第二电流镜3的一个桥臂连接。电流电压转换电路4与第二电流镜3的另一个桥臂连接。
如图2所示，第二电流镜3包括PNP型三极管Q3、PNP型三极管Q4、阻值相同的电阻R3和电阻R4；PNP型三极管Q3的发射极通过电阻R3与辅助供电电源连接，其集电极与NPN型三极管Q5的集电极连接；PNP型三极管Q4的发射极通过电阻R4与辅助供电电源连接，其集电极与电流电压转换电路4连接；PNP型三极管Q3和Q4共基极且该基极与PNP型三极管Q3的集电极连接。
如图2所示，电流电压转换电路4为电阻R7。
如图2所示，电流由V1流向V2，其两端压差为R s *I，NPN型三极管Q1、Q2和电阻R1、R2、R5、R6构成含两个桥臂的第一电流镜，使得Q1和Q2所在的两个桥臂的电流保持一致。当采样电阻Rs流过电流时，V1的电流大于V2端电流，左边桥臂电压高于右边，此时NPN型三极管Q5的基极流过电流，通过Q5的发射极向R6注入电流，从而使得Q1和Q2两个桥臂的电流继续保持一致。
若V1和V2两端的压差增加，则流过NPN型三极管Q5的发射极的电流等比例增加，最终使得三极管Q5的发射极的电流等比例于V1和V2两端的压差。忽略三极管Q5的基极电流，则其集电极电流等于发射极的电流；同时集电极电流等比例于V1和V2两端的压差。
PNP型三极管Q3、Q4和电阻R3、R4构成第二电流镜4，第二电流镜4结构使得流过Q3、Q4的集电极的电流相同，此时，流过电阻R7的电流等比例于V1和V2两端的压差。
最终可以推导出低边采样电路的输出电压：V sample =I*R s *R 7 /R 5 .
本发明实施例的低边采样电路中，NPN型三极管Q5为实现Q1、Q2所在的第一电流镜的两个桥臂的均衡，可自动调节基极电流自动实现均流。该低边采样电路可以实现微小电压的放大，同时放大过程直接由三极管的带宽决定，因此整个采样电路可以实现很高的带宽和响应速度。
如上所云是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思和内涵的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种低边采样电路，包括采样电阻Rs，其特征在于：还包括电压电流转换电路(1)、电流放大电路(2)和电流电压转换电路(4)；电压电流转换电路(1)接于采样电阻Rs两端之间，电压电流转换电路(1)与电流放大电路(2)连接，电流放大电路(2)与电流电压转换电路(4)连接；电压电流转换电路(1)包括第一电流镜和NPN型三极管Q5，第一电流镜的高压桥臂与NPN型三极管Q5的基极连接，NPN型三极管Q5的发射极与第一电流镜的低压桥臂连接，其中，第一电流镜包括NPN型三极管Q1、NPN型三极管Q2、阻值相同的电阻R1和电阻R2、阻值相同的电阻R5和电阻R6；NPN型三极管Q1的集电极通过电阻R1与辅助供电电源连接，其发射极经过电阻R5与采样电阻Rs的高压端连接；NPN型三极管Q2的集电极通过电阻R2与辅助供电电源连接，其发射极经过电阻R6与采样电阻Rs的低压端连接；NPN型三极管Q1和Q2共基极且该基极与NPN型三极管Q2的集电极连接；NPN型三极管Q1的集电极与NPN型三极管Q5的基极连接，NPN型三极管Q5的发射极与NPN型三极管Q2的发射极连接。
2.根据权利要求1所述的低边采样电路，其特征在于：采样电阻Rs用于将电流信号转换为电压信号；电压电流转换电路(1)用于将采样电阻Rs两端的电压信号转换为电流信号；电流放大电路(2)用于将电压电流转换电路(1)的输出电流进行放大；电流电压转换电路(4)用于将电流信号转换为电压信号输出。
3.根据权利要求1所述的低边采样电路，其特征在于：还包括第二电流镜(3)；电流放大电路(2)通过第二电流镜(3)与电流电压转换电路(4)连接。
4.根据权利要求3所述的低边采样电路，其特征在于：电流放大电路(2)为NPN型三极管Q5；NPN型三极管Q5的集电极与第二电流镜(3)的一个桥臂连接。
5.根据权利要求4所述的低边采样电路，其特征在于：电流电压转换电路(4)与第二电流镜(3)的另一个桥臂连接。
6.根据权利要求5所述的低边采样电路，其特征在于：第二电流镜(3)包括PNP型三极管Q3、PNP型三极管Q4、阻值相同的电阻R3和电阻R4；PNP型三极管Q3的发射极通过电阻R3与辅助供电电源连接，其集电极与NPN型三极管Q5的集电极连接；PNP型三极管Q4的发射极通过电阻R4与辅助供电电源连接，其集电极与电流电压转换电路(4)连接；PNP型三极管Q3和Q4共基极且该基极与PNP型三极管Q3的集电极连接。
7.根据权利要求6所述的低边采样电路，其特征在于：电流电压转换电路(4)为电阻R7。
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