電流模式DC―DC轉換器中高性能電流檢測電路的分析與設計

摘要：在電流模式控制的DC—DC轉換器電路中，電流檢測電路是其重要的組成模擬單元之一。文章分析了目前電流檢測電路的優(yōu)缺點(diǎn)，給出了一種高性能無(wú)額外功率損耗的高精度電流檢測電路的設計方法，并在HHNEC BCD 0.35μm的工藝下，用Spectre進(jìn)行了仿真驗證。結果表明，該電路結構簡(jiǎn)單、易于實(shí)現，并已成功應用于某型Boost DC—DC電壓轉換電路中。
關(guān)鍵詞：電流模式；DC—DC轉換器；檢測電路；功率管

0 引言
隨著(zhù)電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源設備的應用越來(lái)越廣泛，因而對開(kāi)關(guān)電源芯片的性能也提出了更高的要求。電子設備的小型化、低成本和電源利用效率成為了主要發(fā)展方向。在電流模式控制的DC—DC轉換器中，電流檢測電路是重要的組成模塊。其在整個(gè)電路中不僅起到過(guò)流保護作用，而且將電流檢測結果加上斜坡補償信號與電壓環(huán)路的輸出比較，實(shí)現脈沖寬度調制，其精度、速度和功耗對電路整體性能具有很大影響。本文基于對比較常規的電流檢測電路的優(yōu)缺點(diǎn)分析，給出了一種用于Boost型DC-DC轉換器的電流檢測方法。通過(guò)對功率管長(cháng)條形源端上產(chǎn)生的壓差進(jìn)行放大來(lái)實(shí)現電流檢測，從而使該電路結構更加簡(jiǎn)單、易于實(shí)現且無(wú)額外功耗，可滿(mǎn)足設計要求。

1 三種常用的電流檢測方法
圖1所示是一個(gè)電流模式Boost型DC-DC轉換器的結構圖。本文通過(guò)對功率管長(cháng)條形源端上產(chǎn)生的壓差(等效于圖1中的電壓源V0)進(jìn)行放大來(lái)實(shí)現電流檢測。

事實(shí)上，目前比較流行的電流檢測方法有串聯(lián)電阻檢測、功率管RDS檢測和并聯(lián)電流鏡檢測等三種，分別對應于圖2中的(a)、(b)、(c)三種簡(jiǎn)化電路。
串聯(lián)電阻檢測是在片外電感或功率管一端串聯(lián)一個(gè)小的采樣電阻，因為對于一定的電阻值，通過(guò)檢測電阻上的壓降即可檢測出對應電感上流過(guò)的電流。這種方法檢測精度高，但由于檢測電阻的存在會(huì )引入一個(gè)額外的功耗，從而降低了電源轉換效率，因此，該電阻不能太大，該方法也只適用于小電流檢測電路，與此同時(shí)，小電阻受工藝的影響精度不夠。
功率管RDS檢測是通過(guò)檢測功率管上的電壓來(lái)實(shí)現的，因功率管工作在線(xiàn)性區，故其可以等效為一個(gè)電阻RDS=L／WμCox(VGS-VT)。該方法無(wú)額外功耗，但是μCox和VT受溫度的影響變化較大，功率管的RDS會(huì )產(chǎn)生非線(xiàn)性的變化，最大誤差范圍可達-50％～+100％，因而電流檢測精度較差。
并聯(lián)電流鏡檢測是通過(guò)并聯(lián)一個(gè)與功率管具有相同類(lèi)型的檢測管，寬長(cháng)比為N：1，這樣，流過(guò)檢測管的電流就為功率管電流的1／N。這種方法需要預算放大器，使檢測管和功率管所構成的電流鏡有很好的匹配，因此電路結構比較復雜，帶寬較低，響應時(shí)間較慢，對電路的匹配性要求較高。