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

電路沒(méi)有采用運算放大器。偏置電流為基準產(chǎn)生恒溫電流源，采用微安級電流。采用PNPQ1～PNPQ4和PMOS7～PMOS10共同組成的電流鏡鏡像偏置，減小溝道長(cháng)度調制效應等各種失配對電路的影響，提高電流檢測的精度。圖3中的PMOS7～PMOS10的B端接PNP的基極，利用鏡像管的襯底偏置效應增加電路的環(huán)路增益，同時(shí)降低了它們的閾值電壓，在保證達到響應速度的前提下，提高檢測電路的電流檢測精度。P8的尾電流流入R3，在其上產(chǎn)生幾十毫伏的壓差連接到PWM比較器的負向輸入端，防止整體電路啟動(dòng)時(shí)的誤觸發(fā)。R2連接的是功率管的地PGND2，R1連接的是PGND1。版圖上，PGND1和PGND2是通過(guò)金屬連接在一起的，都接功率管的GND，晶體管的設計版圖如圖4所示，但這兩端的電位是有一定差異的。結合圖4簡(jiǎn)要說(shuō)明的是：由于功率管為開(kāi)關(guān)型NL=DMOS，版圖中采用的是叉指狀直柵結構，其S端都要接GND。DC-DC轉換器中的功率管具有很高的寬長(cháng)比，因而面積很大，又指狀的功率管S端的metal連接幾乎貫穿芯片的兩端。通過(guò)不同的金屬將某一根接GND的叉指兩端分別連接到R1和R2，由于叉指上有電流流過(guò)，兩端會(huì )產(chǎn)生一定的壓差，可以通過(guò)電流檢測電路檢測這兩端的壓差V0(約為幾十毫伏)，進(jìn)而進(jìn)行放大，實(shí)現電流檢測的功能。

電路的工作原理：設圖3中流過(guò)P5和P6的電流分別為I1和Isense，R1=R2，P7～P10的寬長(cháng)比相同，Q1～Q4的發(fā)射極面積相同，而且通過(guò)鏡像偏置使流過(guò)N1和N2的兩條支路的電流相等，都為IBIAS。N1和N2的寬長(cháng)之比也相同，那么，由于反饋環(huán)路的作用，N1、N2的柵源電壓相等，即Vgs1=Vgs2。P5和P6的寬長(cháng)比也相等，所以I1=Isense。
根據KVL定律：

由式(3)可知，檢測的電流主要由R1和V0決定。由于V0是對功率管源端上的長(cháng)條形叉指進(jìn)行采樣，叉指可以等效于一個(gè)電阻，所以V0∝IL即Isense∝IL。
版圖設計時(shí)應注意：電阻R1和R2選用相同類(lèi)型的電阻，并應做好匹配性設計。功率管的GND與普通地分離，這樣可以減少對電路中其他信號的干擾。連接R1、R2到功率地的金屬線(xiàn)要做好信號隔離，以防止其他噪聲信號的干擾。