CN113533829B - 电流检测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电流检测电路及方法，其中，运算放大器的第一输入端通过第一输入晶体管的源极输入，第二输入端通过第二输入晶体管的漏极输入，不同于现有技术中的运算放大器通过晶体管的栅极输入，输入信号会受到晶体管的栅源极寄生电容或栅漏极寄生电容的影响，使得输入运算放大器的信号仅受第一输入晶体管和第二输入晶体管的源漏极寄生电容的影响，在应用于频率较高的场景时，第一输入晶体管和第二输入晶体管的源漏极寄生电容的等效电阻值仍然较大，使得第一输入晶体管和第二输入晶体管的输入端和输出端不会短接，从而大大扩展了运算放大器的带宽，也即大大提高了该电流检测电路应用于高频场景的能力。

Description

电流检测电路及方法

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种电流检测电路及方法。

背景技术

在DC-DC（直流-直流）转换器中，由于电流反馈控制环路相较于电压反馈控制环路的反应速度更快，且可以控制峰值电流的大小，防止过流，因此常用到电感峰值电流反馈控制环路，目前的电感峰值电流反馈控制环路包括串联采样电阻的方式，测量电感回路电压和电阻的方式，以及滤波器采样电感的方式，但是串联采样电阻的方式存在功率消耗较大的缺点，测量电感回路电压和电阻的方式存在误差大、精度低的缺点，而滤波器采样电感则需要知道电感的值，且分离元件过多。

另外，还存在通过电流感测mosfet（Sense FET）的方式，能够克服使用串联采样电阻的方式，测量电感回路电压和电阻的方式，以及滤波器采样电感的方式的局限。在SenseFET方式中，组成功率mosfet的各个单元中的一小部分透过其源极连接隔离并将其引出至单独接脚，用于电流感测。图1能够表征为两个共漏极及栅极连接但拥有单独源极连接的并联mosfet。

但是，如图2所示，将Sense FET的方式应用于运算放大器中，并将电感的电流由运算放大器放大后进行检测时，与图1相同，图2所示的运算放大器的同相输入端和反相输入端一般分别连接M1’的栅极和M2’的栅极（M3’~M8’为运算放大器的其他部件），基于电容的等效电阻值与频率成反比，即Rc=1/（2πfC），其中，Rc为电容对应的等效电阻值，f为频率，C为电容值，当频率越大时，电容的等效电阻值就越小，因此当频率非常大，超过运算放大器的带宽限制时，M1’和M2’的栅源极寄生电容Cgs和栅漏极寄生电容Cgd的等效电阻值会变得很小，甚至接近于0，使得M1’的输入端与输出端短接，M2’的输入端与输出端短接，以致于M1’和M2’失去增益效果，运算放大器的放大性能大大降低。

因此，目前采用Sense FET的电流检测电路由于运算放大器的带宽限制，无法支持高频电路的电流检测。

发明内容

为了解决上述采用Sense FET的电流检测电路由于运算放大器的带宽限制，无法支持高频电路的电流检测的技术问题，本发明实施例提供一种电流检测电路，该电流检测电路包括：

电感，电耦合在恒压高电位和第一节点之间；

交流接入模块，第一端连接第一节点，第二端连接第二节点，第三端接地，用于将电感的电流接入至所述第一节点和所述第二节点；

直流偏置模块，第一端连接恒压高电位，第二端连接所述第二节点，第三端连接第三节点，用于提供第一直流偏置电流至所述第二节点，以及提供第二直流偏置电流至所述第三节点；

运算放大器，第一输入端连接所述第二节点，第二输入端连接所述第三节点，输出端连接第四节点；

反馈模块，第一端连接所述第四节点，第二端连接恒压高电位，第三端连接第三节点，用于提供反馈电流至所述第三节点；

电流汇总模块，第一端连接所述第二节点，第二端连接所述第三节点，第三端接地，用于汇总流经所述第二节点的所述电感的电流和所述第一直流偏置电流，以及流经所述第三节点的所述第二直流偏置电流和所述反馈电流；

电流输出模块，第一端连接所述第四节点，第二端连接恒压高电位，第三端输出检测电流；

其中，所述运算放大器的第一输入端设置有第一输入晶体管，所述第一输入端连接所述第一输入晶体管的源极；所述运算放大器的第二输入端设置有所述第二输入晶体管，所述第二输入端连接所述第二输入晶体管的漏极。

在一些实施例中，所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管为BJT晶体管。

在一些实施例中，所述交流接入模块包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极连接交流接入信号，所述第一晶体管的源极和所述第二晶体管的源极均连接第一节点，所述第一晶体管的漏极接地，所述第二晶体管的漏极连接所述第二节点。

在一些实施例中所述电流汇总模块包括第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管的栅极和所述第四晶体管的栅极连接第二常开控制信号，所述第三晶体管的源极连接所述第二节点，所述第四晶体管的源极连接所述第三节点，第三晶体管的漏极和所述第四晶体管的漏极接地。

在一些实施例中，所述运算放大器还包括第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管；

所述第五晶体管的栅极连接所述第五晶体管的源极和所述第六晶体管的栅极，所述第五晶体管的漏极连接所述第一输入晶体管的漏极，所述第六晶体管的漏极连接所述第二输入晶体管的源极；

所述第七晶体管的栅极和第八晶体管的栅极连接第一常开控制信号，所述第七晶体管的源极和所述第八晶体管的源极连接恒压高电位，所述第七晶体管的漏极连接所述第五晶体管的源极，所述第八晶体管的漏极连接所述第六晶体管的源极连接。

在一些实施例中，所述直流偏置模块包括第九晶体管和第十晶体管，所述第九晶体管的栅极和所述第十晶体管的栅极连接第一常开控制信号，所述第九晶体管的源极和所述第十晶体管的源极连接恒压高电位，所述第九晶体管的漏极连接第二节点，所述第十晶体管的漏极连接第三节点。

在一些实施例中，所述反馈模块包括第十一晶体管，所述第十一晶体管的栅极连接所述第六晶体管的源极，所述第十一晶体管的源极连接恒压高电位，所述第十一晶体管的漏极连接所述第三节点。

在一些实施例中，所述电流输出模块包括第十二晶体管，所述第十二晶体管的栅极连接所述第六晶体管的源极，所述第十二晶体管的源极连接恒压高电位，所述第十二晶体管的漏极输出所述检测电流。

在一些实施例中，所述第二晶体管的导通电阻值、所述第三晶体管的导通电阻值和所述第四晶体管的导通电阻值相等且与所述第一晶体管的导通电阻值的比值为适配系数K，K为常数，且晶体管的导通电阻值与该晶体管中串联的子晶体管的数量成比例。

另外，本发明实施例还提供一种电流检测方法，用于如上任一实施例所述的电流检测电路，该电流检测方法包括：

获取检测电流的直流偏置部分；

当交流接入信号、所述第一常开控制信号和所述第二常开控制信号为有效信号时，通过所述电流输出模块获取所述检测电流；

根据所述检测电流和所述检测电流的直流偏置部分之差，获取所述检测电流的交流部分；

根据检测电流的交流部分，获取所述电感的电流。

在一些实施例中，所述获取所述检测电流的直流偏置部分，具体包括：

当所述交流接入信号为非有效信号时，所述第一常开控制信号和所述第二常开控制为有效信号时，基于运算放大器和反馈模块使第二节点的电位和第三节点的电位相等，获取所述反馈模块形成的第一反馈电流；

根据所述反馈模块的第一反馈电流，获取所述检测电流的直流偏置部分。

在一些实施例中，所述根据检测电流的交流部分，获取所述电感的电流，具体包括：

当所述交流接入信号和所述第二常开控制信号DM2为有效信号，所述第一常开控制信号为非有效信号时，基于运算放大器和反馈模块使第二节点的电位和第三节点的电位相等，获取所述反馈模块形成的第二反馈电流；

根据所述反馈模块的第二反馈电流，获取所述电感的电流。

本发明实施例提供的电流检测电路及方法中，运算放大器的第一输入端通过第一输入晶体管的源极输入，第二输入端通过第二输入晶体管的漏极输入，不同于现有技术中的运算放大器通过晶体管的栅极输入，输入信号会受到晶体管的栅源极寄生电容或栅漏极寄生电容的影响，使得输入运算放大器的信号仅受第一输入晶体管和第二输入晶体管的源漏极寄生电容的影响，在应用于频率较高的场景时，第一输入晶体管和第二输入晶体管的源漏极寄生电容的等效电阻值仍然较大，使得第一输入晶体管和第二输入晶体管的输入端和输出端不会短接，从而大大扩展了运算放大器的带宽，也即大大提高了该电流检测电路应用于高频场景的能力。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为现有技术提供的电流感测mosfet方式的电路图；

图2为现有技术提供的运算放大器的电路图；

图3为本发明实施例提供的电流检测电路的模块图；

图4为本发明实施例提供的电流检测电路的电路图；

图5为本发明实施例提供的电流检测电路的另一种电路图；

图6为本发明实施例提供的电流检测电路的又一种电路图；

图7为本发明实施例提供的电流检测电路的检测方法的流程示意图；

图8为本发明实施例提供的电流检测电路的等效电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所有实施例为区分薄膜晶体管除栅极之外的两极，将其中一极称为源极，另一极称为漏极。由于薄膜晶体管的源极和漏极是对称的，因此其源极和漏极是可以互换的。按附图中的形态规定薄膜晶体管的中间端为栅极、信号输入端为源极、信号输出端为漏极。此外，本申请所有实施例为的薄膜晶体管可以包括P型和/或N型晶体管两种，其中，P型薄膜晶体管在栅极为低电位时打开，在栅极为高电位时关闭；N型薄膜晶体管在栅极为高电位时打开，在栅极为低电位时关闭。

首先需要说明的是，对于同一个晶体管而言，栅源极寄生电容Cgs和栅漏极寄生电容Cgd一般远大于源漏极寄生电容Cds，即栅源极寄生电容Cgs和栅漏极寄生电容Cgd一般为源漏极寄生电容Cds的几个数量级的倍数。若外部电流由晶体管的栅极输入，由源极或漏极输出，则外部电流会受到栅源极寄生电容Cgs或栅漏极寄生电容Cgd的影响，根据电容的等效电阻值R=1/2πfC可知，电容的等效电阻值与频率成反比，当频率越大时，电容的等效电阻值越小，因此，当频率较高时，Cgd和Cgs的等效电阻值可能接近于0，导致晶体管的输入端和输出端短接，使得晶体管失去增益作用，这限制了运算放大器的带宽。

有鉴于此，本发明实施例基于源漏极寄生电容Cds一般远小于栅源极寄生电容Cgs和栅漏极寄生电容Cgd，即源漏极寄生电容Cds的导通电阻值远大于栅源极寄生电容Cgs和栅漏极寄生电容Cgd的导通电阻值，当频率较高时，源漏极寄生电容Cds的导通电阻值变小的程度也远小于栅源极寄生电容Cgs和栅漏极寄生电容Cgd的导通电阻值变小的程度，因此若外部电流由晶体管的源极或漏极输入，而由晶体管的漏极或源极输出，则即使频率较高，源漏极寄生电容Cds的导通电阻值仍然很大，而不会使晶体管的输入端和输出端短接，以致于该晶体管失去增益作用，从而大大扩展了运算放大器的带宽。

如图3所示，本发明实施例提供一种电流检测电路，包括：

电感L，电耦合在恒压高电位VDD和第一节点P1之间；

交流接入模块10，第一端连接第一节点P1，第二端连接第二节点P2，第三端接地，用于接入电感L的电流IL至第一节点P1和第二节点P2；

直流偏置模块20，第一端连接恒压高电位VDD，第二端连接第二节点P2，第三端连接第三节点P3，用于提供第一直流偏置电流I1至第二节点P2，以及提供第二直流偏置电流I2至第三节点P3；

运算放大器30，第一输入端连接第二节点P2，第二输入端连接第三节点P3，输出端连接第四节点P4；

反馈模块40，第一端连接第四节点P4，第二端连接恒压高电位VDD，第三端连接第三节点P3，用于提供反馈电流I3至第三节点P3；

电流汇总模块50，第一端连接第二节点P2，第二端连接第三节点P3，第三端接地，用于汇总流经第二节点P2的电感L的电流IL和第一直流偏置电流I1，以及流经第三节点P3的第二直流偏置电流I2和反馈电流I3；

电流输出模块60，第一端连接第四节点P4，第二端连接恒压高电位VDD，第三端输出检测电流Isn；

其中，如图4所示，运算放大器30的第一输入端（与第二节点P2连接的一端）设置有第一输入晶体管B1，第一输入端连接第一输入晶体管B1的源极；运算放大器30的第二输入端（与第三节点P3连接的一端）设置有第二输入晶体管B2，第二输入端连接第二输入晶体管B2的漏极。

具体地，该电流检测电路由直流偏置模块20引入第一直流偏置电流I1至第二节点P2，以及引入第二直流偏置电流I2至第三节点P3，反馈模块40根据运算放大器30的输出生成第一反馈电流至电流汇总模块50，并由电流输出模块60输出检测电流Isn的直流偏置部分Isn0，然后根据运算放大器30和反馈模块40使运算放大器30的第一输入端的电位和第二输入端的电位相等（运算放大器30的虚短特性），获取检测电流Isn的直流偏置部分Isn0，然后根据检测电流Isn和检测电流Isn的直流偏置部分Isn0之差，获取检测电流Isn的交流部分Isn1。

进一步地，由交流接入模块10引入电感L的电流IL至第一节点P1和第二节点P2，反馈模块40根据运算放大器30的输出信号生成第二反馈电流至电流汇总模块50，并由电流输出模块60输出检测电流Isn的交流部分Isn1，然后根据运算放大器30和反馈模块40使运算放大器30的第一输入端的电位和第二输入端的电位相等，从而建立检测电流Isn的交流部分Isn1与电感L的电流IL之间的关系，最后基于检测电流Isn的交流部分Isn1与电感L的电流IL之间的关系，根据检测电流Isn的交流部分Isn1，获取电感L的电流IL。

本发明实施例提供的电流检测电路中，运算放大器30的第一输入端通过第一输入晶体管B1的源极输入，第二输入端通过第二输入晶体管B2的漏极输入，不同于现有技术中的运算放大器30通过晶体管的栅极输入，输入信号会受到晶体管的栅源极寄生电容Cgs或栅漏极寄生电容Cgd的影响，使得输入运算放大器30的信号仅受第一输入晶体管B1和第二输入晶体管B2的源漏极寄生电容Cgd的影响，在应用于频率较高的场景时，第一输入晶体管B1和第二输入晶体管B2的源漏极寄生电容Cgd的等效电阻值仍然较大，而不至于使第一输入晶体管B1和第二输入晶体管B2失去增益作用，由此大大扩展了运算放大器30的带宽，也即大大提高了该电流检测电路应用于高频场景的能力。

进一步地，BJT晶体管的寄生电容比mosfet晶体管的寄生电容小很多，因此BJT晶体管的寄生电容的等效电阻值比mosfet晶体管的寄生电容的等效电阻值大得多，从而使BJT晶体管相比于mosfet晶体管能适应更大的带宽。另外，BJT晶体管相比于mosfet晶体管还具有其他方面的优势：1、BJT晶体管的放大性能比mosfet晶体管的放大性能好，2、mosfet晶体管的失配性比BJT晶体管的失配性大，因此mosfet晶体管输入电压的一致性差，这使得在作为运算放大器30的输入差动放大级应用时，与BJT相比，mosfet晶体管将会产生较大的失调电压；3、BJT晶体管比mosfet晶体管跨导大，因此在跨导相同的情况下，BJT晶体管比mosfet晶体管的工作电流小得多，使得BJT能降低功耗；4、BJT晶体管的热噪声比mosfet晶体管的热噪声小。

基于此，如图5所示，本发明实施例可以将运算放大器30的第一输入晶体管B1和第二输入晶体管B2采用BJT晶体管，从而较之第一输入晶体管B1和第二输入晶体管B2采用mosfet晶体管，进一步扩展该电流检测电路中运算放大器30的带宽，也进一步提高了该电流检测电路适用的频率。同时，基于BJT晶体管的优势，还提高了该电流检测电路的放大性能，减小了失配性，降低了功耗和噪声。

请继续参阅图4，在一些实施例中，交流接入模块10包括第一晶体管M1和第二晶体管M2，第一晶体管M1的栅极和第二晶体管M2的栅极连接交流接入信号DN，第一晶体管M1的源极和第二晶体管M2的源极连接第一节点P1，第一晶体管M1的漏极接地，第二晶体管M2的漏极连接第二节点P2。

请继续参阅图4，在一些实施例中，电流汇总模块50包括第三晶体管M3和第四晶体管M4，第三晶体管M3的栅极和第四晶体管M4的栅极连接第二常开控制信号DM2，第三晶体管M3的源极连接第二节点P2，第四晶体管M4的源极连接第三节点P3，第三晶体管M3的漏极和第四晶体管M4的漏极接地。

请继续参阅图4，在一些实施例中，运算放大器30还包括第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7和第八晶体管M8；第五晶体管M5的栅极连接第五晶体管M5的源极和第六晶体管M6的栅极，第五晶体管M5的漏极连接第一输入晶体管B1的漏极，第六晶体管M6的漏极连接第二输入晶体管B2的源极；第七晶体管M7的栅极和第八晶体管M8的栅极连接第一常开控制信号DM1，第七晶体管M7的源极和第八晶体管M8的源极连接恒压高电位VDD，第七晶体管M7的漏极连接第五晶体管M5的源极，第八晶体管M8的漏极连接第六晶体管M6的源极连接。

请继续参阅图4，在一些实施例中，直流偏置模块20包括第九晶体管M9和第十晶体管M10，第九晶体管M9的栅极和第十晶体管M10的栅极连接第一常开控制信号DM1，第九晶体管M9的源极和第十晶体管M10的源极连接恒压高电位VDD，第九晶体管M9的漏极连接第二节点P2，第十晶体管M10的漏极连接第三节点P3。

请继续参阅图4，在一些实施例中，反馈模块40包括第十一晶体管M11，第十一晶体管M11的栅极连接第六晶体管M6的源极，第十一晶体管M11的源极连接恒压高电位VDD，第十一晶体管M11的漏极连接第三节点P3。

请继续参阅图4，在一些实施例中，电流输出模块60包括第十二晶体管M12，第十二晶体管M12的栅极连接第六晶体管M6的源极，第十二晶体管M12的源极连接恒压高电位VDD，第十二晶体管M12的漏极输出检测电流Isn。

需要说明的是，每个晶体管可以采用多个子晶体管串联的形式构成，以调节晶体管的导通电阻值。具体地，每个晶体管的导通电阻值与其宽长比成反比，当m个子晶体管串联构成一个晶体管时，晶体管的宽长比缩小了m倍，则晶体管的导通电阻值变大为m倍，也就是说，晶体管的导通电阻值与其中串联的子晶体管的数量成比例，因此可以通过设置每个晶体管中串联的子晶体管的数量，以调节每个晶体管的导通电阻值，从而调节两个晶体管的导通电阻值之间的比例关系。

例如，参阅图6所示，第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第七晶体管M7、第八晶体管M8、第九晶体管M9、第十晶体管M10、第十一晶体管M11和第十二晶体管M12均采用双管串联的形式，将双管中的其中一个晶体管的源极或漏极和另一个晶体管的源极或漏极连接，其中，第二晶体管M2为M21和M22，第三晶体管M3为M31和M32，第四晶体管M4为M41和M42，第七晶体管M7为M71和M72，第八晶体管M8为M81和M82，第九晶体管M9为M91和M92，第十晶体管M10为M101和M102，第十一晶体管M11为M111和M112，第十二晶体管M12为M121和M122。需要注意的是，图6中虚线框的部分（包括构成第十三晶体管M13的M131和M132，构成第十四晶体管的M141和M142，构成第十五晶体管M15的M151和M152）用于为第七晶体管M7、第八晶体管M8、第九晶体管M9、第十晶体管M10、第十一晶体管M11和第十二晶体管M12的栅极提供直流电压，以控制第七晶体管M7、第八晶体管M8、第九晶体管M9、第十晶体管M10、第十一晶体管M11和第十二晶体管M12的导通，图6中的RB1、RB2和RB3均为提供直流电压的相关部件；直流偏置模块20的第一常开控制信号DM1即由图6中的虚线框部分提供，此处不再具体阐述。

基于上述实施例，结合图3和图7所示，本发明实施例还提供一种电流检测方法，包括：

S1、获取检测电流Isn的直流偏置部分Isn0；

S2、当交流接入信号DN、第一常开控制信号DM1和第二常开控制信号DM2为有效信号时，通过电流输出模块60获取检测电流Isn；

S3、根据检测电流Isn和检测电流Isn的直流偏置部分Isn0之差，获取检测电流Isn的交流部分Isn1；

S4、根据检测电流Isn的交流部分Isn1，获取电感L的电流IL。

其中，有效信号是指使对应控制的模块进行工作的信号，非有效信号是指信号使对应控制的模块不进行工作的信号。

本发明实施例提供的电流检测方法，在正常检测时，交流接入信号DN、第一常开控制信号DM1和第二常开控制信号DM2为有效信号，即，交流接入信号DN使交流接入模块10处于工作状态，第一常开控制信号DM1使直流偏置模块20处于工作状态，第二常开控制信号DM2使电流汇总模块50处于工作状态，此时电流输出模块60输出的检测电流Isn包括直流偏置部分Isn0和交流部分Isn1，其中，直流偏置部分Isn0为恒定值，交流部分Isn1为反映电感L的电流IL的可变值；根据电流输出的检测电流Isn和直流偏置部分Isn0，获取交流部分Isn1，然后再根据交流部分Isn1，获取电感L的电流IL。

进一步地，在步骤S1中，获取检测电流Isn的直流偏置部分Isn0，具体包括：

当交流接入信号DN为非有效信号，第一常开控制信号DM1和第二常开控制为有效信号时，即，交流接入信号DN使交流接入模块10处于非工作状态，第一常开控制信号DM1使直流偏置模块20处于工作状态，第二常开控制信号DM2使电流汇总模块50处于工作状态，此时电流输出模块60输出的检测电流Isn仅包括直流偏置部分Isn0。

具体地，直流偏置模块20引入第一偏置电流I1至第二节点P2，以及引入第二直流偏置电流I2至第三节点P3，反馈模块40根据运算放大器30的输出生成第一反馈电流至电流汇总模块，并由电流输出模块输出检测电流Isn的直流偏置部分Isn0，然后基于运算放大器30和反馈模块40使运算放大器30的第一输入端的电位和第二输入端的电位相等，获取反馈模块40形成的第一反馈电流，然后根据反馈模块40形成的第一反馈电流，获取检测电流Isn的直流偏置部分Isn0。

进一步地，在步骤S4中，根据检测电流Isn的交流部分Isn1，获取电感L的电流IL，具体包括：

当交流接入信号DN和所述第二常开控制信号DM2为有效信号，所述第一常开控制信号DM1为非有效信号时，即，交流接入信号DN使交流接入模块10处于工作状态，第二常开控制信号DM2使电流汇总模块50处于工作状态，第一常开控制信号DM1使直流偏置模块20处于非工作状态，此时电流输出模块60输出的检测电流Isn仅包括交流部分Isn1。需要说明的是，此种状态是为了建立检测电流Isn的交流部分Isn1与电感L的电流IL之间的关系，以便于根据检测电流Isn的交流部分Isn1获取电感L的电流IL。也就是说，此种状态仅为一种假设状态，直流偏置模块20为电流检测电路必然存在的部分，检测电流Isn必然包括直流偏置部分Isn0，即检测电流Isn不会单独为交流部分Isn1，也就是说，在电流检测电路在正常检测时，第一常开控制信号DM1恒为有效信号，使得直流偏置模块20一直处于工作状态。

具体地，直流偏置模块20不引入第一直流偏置电流I1至第二节点P2，以及不引入第二直流偏置电流I2至第三节点P3，交流接入模块10引入电感L的电流IL至第一节点P1和第二节点P2，反馈模块40根据运算放大器30的输出生成第二反馈电流至电流汇总模块50，并由电流输出模块60输出检测电流Isn的交流部分Isn1，然后根据运算放大器30和反馈模块40使运算放大器30的第一输入端的电位和第二输入端的电位相等，获取反馈模块40形成的第二反馈电流，然后根据反馈模块40形成的第二反馈电流，获取检测电流Isn的交流部分Isn1。

需要说明的是，当交流接入信号DN为有效信号时，第一晶体管M1和第二晶体管M2导通；当第一常开控制信号DM1为有效信号时，第七晶体管M7、第八晶体管M8、第九晶体管M9和第十晶体管M10导通；当第二常开控制信号DM2为有效信号时，第三晶体管M3和第四晶体管M4导通。

进一步地，图8为图3、图4、图5或图6所示的电路图的等效电路图，下面根据图8详细说明该电流检测方法的工作原理和工作过程。其中，将第一晶体管M1的导通电阻值设为R1，将第二晶体管M2的导通电阻值设为R2，将第三晶体管M3的导通电阻值设为R3，将第四晶体管M4的导通电阻值设为R4；将第九晶体管M9等效于恒流源I1，用于提供第一直流偏置电流I1，将第十晶体管M10等效于恒流源I2，用于提供第二直流偏置电流I2；运算放大器30的第一输入端为反相输入端，第二输入端为同相输入端；第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4为N型晶体管，第十一晶体管M11和第十二晶体管M12为P型晶体管；第二常开控制信号DM2为高电平，使第三晶体管M3和第四晶体管M4常开。

具体地，当DN为低电平，DM1和DM2为高电平时，M1和M2关断，M3、M4、M7、M8、M9、M10导通，第一恒流源I1提供第一直流偏置电流I1至第二节点P2并流经M3，此时V2=I1*R3，第二恒流源I2提供第二直流偏置电流I2至第三节点P3，运算放大器30基于第一输入端的电位和第二输入端的电位获取输出信号，M11根据运算放大器30的输出信号形成第一反馈电流至第三节点P3，第二直流偏置电流I2和第一反馈电流汇总后流经M4，此时V3=R4（I2+I3），基于运算放大器30和M11构成的负反馈回路使第一输入端的电位和第二输入端的电位相等，即V2=V3，可知I1*R3=R4（I2+I3），此时I3为第一反馈电流，则I3=I1*R3/R4-I2，若M12与M11的宽长比为N，则M12输出的检测电流Isn的直流偏置部分Isn0=I3/N=（I1R3/R4-I2）/N。

进一步地，当DN和DM2为高电平，DM1为低电平时（DM1为低电平是一种假设状态，该假设状态是为了建立检测电流Isn的交流部分Isn1与电感L的电流IL之间的关系，以便于根据检测电流Isn的交流部分Isn1获取电感L的电流IL），M1和M2导通，M3、M4、M7、M8、M9、M10关断，第一恒流源I1和第二恒流源I2不工作，此时电感L的电流IL流经M1和M2，则V1=IL*R1*(R2/R1)/（1+R2/R1）；R2和R3对V1进行分压，即V2=V1*R2/（R2+R3），此时V3=I3*R4，同理，由于V2=V3，则V1*R2（R2+R3）=I3*R4，此时I3为第二反馈电流，即I3=V1*R2（R2+R3）/R4=IL*(R2/R1)/（1+R2/R1）R1*R2/【（R2+R3）*R4】，若M12与M11的宽长比为N，则M12输出的检测电流Isn的交流部分Isn1=I3/N=V1*R2（R2+R3）/R4=IL*(R2/R1)/（1+R2/R1）R1*R2/【（R2+R3）*R4】/N。

根据检测电流Isn的直流偏置部分Isn0和交流部分Isn1，最终得到检测电流Isn为：Isn=Isn0+Isn1=（I1R3/R4-I2）/N+IL*(R2/R1)/（1+R2/R1）R1*R2/【（R2+R3）*R4】/N。

可以理解的是，该电流检测电路在正常检测时，交流接入信号DN、第一常开控制信号DM1和第二常开控制信号DM2均为有效信号，根据电流输出模块60输出的检测电流Isn和经计算得到的检测电流Isn的直流偏置部分Isn0，再基于上述公式计算出电感L的电流IL，从而获得电感L的电流IL。

需要说明的是，根据晶体管的导通电阻值与晶体管串联的子晶体管的数量成比例，该电流检测电路可以通过设置每个晶体管串联的子晶体管的数量，来设置各晶体管的导通电阻值之间的匹配关系，以简化检测电流Isn的计算过程，提高电路的适配性，例如将第二晶体管M2的导通电阻值R2、第三晶体管M3的导通电阻值R3和第四晶体管M4的导通电阻值R4设为相等且与第一晶体管M1的导通电阻值R1的比值为适配系数K（若每个子晶体管为相同的晶体管，且第一晶体管M1由1个子晶体管构成，则第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4均分别由K个子晶体管串联构成），K为常数，即R2=R3=R4=KR1，则Isn=（I1-I2）/N+IL*K/（1+K）R1*KR1/【2KR1*KR1】/N=（I1-I2）/N+IL*K/【（1+K）*2N】。当K足够大时，K/（1+K）≈1，则Isn≈（I1-I2）/N+IL/2N，可以理解的是，K越大，则检测电流Isn的计算越准确，另外，可以通过直接设置不同的K值，使得该电流检测电路应用于不同的电流检测场景。

本发明实施例提供的电流检测电路及方法中，运算放大器30的第一输入端通过第一输入晶体管的源极输入，第二输入端通过第二输入晶体管的漏极输入，不同于现有技术中的运算放大器30通过晶体管的栅极输入，输入信号会受到晶体管的栅源极寄生电容Cgs或栅漏极寄生电容Cgd的影响，使得输入运算放大器30的信号仅受第一输入晶体管B1和第二输入晶体管B2的源漏极寄生电容Cgd的影响，在应用于频率较高的场景时，第一输入晶体管B1和第二输入晶体管B2的源漏极寄生电容Cgd的等效电阻值仍然较大，第一输入晶体管B1和第二输入晶体管B2的输入端和输出端不会短接，因此也不会导致第一输入晶体管B1和第二输入晶体管B2失去增益作用，从而大大扩展了运算放大器30的带宽，也即大大提高了该电流检测电路应用于高频场景的能力。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；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发明各实施例的技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种电流检测电路，其特征在于，包括：

电感，电耦合在恒压高电位和第一节点之间；

交流接入模块，第一端连接第一节点，第二端连接第二节点，第三端接地，用于将电感的电流接入至所述第一节点和所述第二节点；所述交流接入模块包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极连接交流接入信号，所述第一晶体管的源极和所述第二晶体管的源极均连接第一节点，所述第一晶体管的漏极接地，所述第二晶体管的漏极连接所述第二节点；

直流偏置模块，第一端连接恒压高电位，第二端连接所述第二节点，第三端连接第三节点，用于提供第一直流偏置电流至所述第二节点，以及提供第二直流偏置电流至所述第三节点；

运算放大器，第一输入端连接所述第二节点，第二输入端连接所述第三节点，输出端连接第四节点；

反馈模块，第一端连接所述第四节点，第二端连接恒压高电位，第三端连接第三节点，用于提供反馈电流至所述第三节点；

电流汇总模块，第一端连接所述第二节点，第二端连接所述第三节点，第三端接地，用于汇总流经所述第二节点的所述电感的电流和所述第一直流偏置电流，以及流经所述第三节点的所述第二直流偏置电流和所述反馈电流；

电流输出模块，第一端连接所述第四节点，第二端连接恒压高电位，第三端输出检测电流；

其中，所述运算放大器的第一输入端设置有第一输入晶体管，所述第一输入端连接所述第一输入晶体管的源极；所述运算放大器的第二输入端设置有第二输入晶体管，所述第二输入端连接所述第二输入晶体管的漏极。

2.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管为BJT晶体管。

3.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述电流汇总模块包括第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管的栅极和所述第四晶体管的栅极连接第二常开控制信号，所述第三晶体管的源极连接所述第二节点，所述第四晶体管的源极连接所述第三节点，第三晶体管的漏极和所述第四晶体管的漏极接地。

4.如权利要求3所述的电流检测电路，其特征在于，所述运算放大器还包括第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管；

所述第五晶体管的栅极连接所述第五晶体管的源极和所述第六晶体管的栅极，所述第五晶体管的漏极连接所述第一输入晶体管的漏极，所述第六晶体管的漏极连接所述第二输入晶体管的源极；

所述第七晶体管的栅极和第八晶体管的栅极连接第一常开控制信号，所述第七晶体管的源极和所述第八晶体管的源极连接恒压高电位，所述第七晶体管的漏极连接所述第五晶体管的源极，所述第八晶体管的漏极连接所述第六晶体管的源极连接。

5.如权利要求4所述的电流检测电路，其特征在于，所述直流偏置模块包括第九晶体管和第十晶体管，所述第九晶体管的栅极和所述第十晶体管的栅极连接所述第一常开控制信号，所述第九晶体管的源极和所述第十晶体管的源极连接恒压高电位，所述第九晶体管的漏极连接第二节点，所述第十晶体管的漏极连接第三节点。

6.如权利要求4所述的电流检测电路，其特征在于，所述反馈模块包括第十一晶体管，所述第十一晶体管的栅极连接所述第六晶体管的源极，所述第十一晶体管的源极连接恒压高电位，所述第十一晶体管的漏极连接所述第三节点。

7.如权利要求4所述的电流检测电路，其特征在于，所述电流输出模块包括第十二晶体管，所述第十二晶体管的栅极连接所述第六晶体管的源极，所述第十二晶体管的源极连接恒压高电位，所述第十二晶体管的漏极输出所述检测电流。

8.如权利要求3所述的电流检测电路，其特征在于，所述第二晶体管的导通电阻值、所述第三晶体管的导通电阻值和所述第四晶体管的导通电阻值相等且与所述第一晶体管的导通电阻值的比值为适配系数K，K为常数，且晶体管的导通电阻值与该晶体管中串联的子晶体管的数量成比例。

9.一种电流检测方法，其特征在于，用于权利要求4或5所述的电流检测电路，包括：

获取检测电流的直流偏置部分；

当交流接入信号、第一常开控制信号和第二常开控制信号为有效信号时，通过所述电流输出模块获取所述检测电流；

根据所述检测电流和所述检测电流的直流偏置部分之差，获取所述检测电流的交流部分；

根据所述检测电流的交流部分，获取所述电感的电流。

10.如权利要求9所述的电流检测方法，其特征在于，所述获取所述检测电流的直流偏置部分，具体包括：

当所述交流接入信号为非有效信号时，所述第一常开控制信号和所述第二常开控制为有效信号时，基于运算放大器和反馈模块使第二节点的电位和第三节点的电位相等，获取所述反馈模块形成的第一反馈电流；

根据所述反馈模块的第一反馈电流，获取所述检测电流的直流偏置部分。

11.如权利要求9所述的电流检测方法，其特征在于，所述根据所述检测电流的交流部分，获取所述电感的电流，具体包括：

当所述交流接入信号和所述第二常开控制信号为有效信号，所述第一常开控制信号为非有效信号时，基于运算放大器和反馈模块使第二节点的电位和第三节点的电位相等，获取所述反馈模块形成的第二反馈电流；

根据所述反馈模块的第二反馈电流，获取所述电感的电流。

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