一種適合于開(kāi)關(guān)穩壓器的新穎電流檢測方法

0 引言
隨著(zhù)電子產(chǎn)品向小型化、便攜化的趨勢發(fā)展，單片集成的高效、低電源電壓DC-DC變換器被廣泛應用。在許多電源管理IC中都用到了電流檢測電路。在電流模式PWM控制DC-DC變換器中，電流檢測模塊是組成電流環(huán)路的重要部分，用于檢測流過(guò)功率管和電感上的電流，并通過(guò)將電流檢測結果和電壓環(huán)路的輸出做比較，實(shí)現脈寬調制的效果。在電壓模式PWM控制DC-DC變換器、LDO、Charge Pump等電路中，它還可以用
作開(kāi)路、短路、過(guò)流等節能和保護性目的。
傳統的電流檢測方法有3種：
(1)利用功率管的RDS進(jìn)行檢測；
(2)使用檢測場(chǎng)效應晶體管檢測；
(3)場(chǎng)效應晶體管與檢測電阻結合。
針對開(kāi)關(guān)穩壓器，不同于傳統的電流檢測方式，本文提出了一種新穎的電流檢測方法。

1 傳統的電流檢測方法
1．1 利用功率管的RDS進(jìn)行檢測(RDS SENSING)
當功率管(MOSFET)打開(kāi)時(shí)，它工作在可變電阻區，可等效為一個(gè)小電阻。MOSFET工作在可變電阻區時(shí)等效電阻為：

式中：μ為溝道載流子遷移率；Cox為單位面積的柵電容；VTH為MOSFET的開(kāi)啟電壓。
如圖1所示，已知MOSFET的等效電阻，可以通過(guò)檢測MOSFET漏源之間的電壓來(lái)檢測開(kāi)關(guān)電流。

這種技術(shù)理論上很完美，它沒(méi)有引入任何額外的功率損耗，不會(huì )影響芯片的效率，因而很實(shí)用。但是這種技術(shù)存在檢測精度太低的致命缺點(diǎn)：
(1)MOSFET的RDS本身就是非線(xiàn)性的。
(2)無(wú)論是芯片內部還是外部的MOSFET，其RDS受μ，Cox，VTH影響很大。
(3)MOSFET的RDS隨溫度呈指數規律變化(27～100℃變化量為35％)。
可看出，這種檢測技術(shù)受工藝、溫度的影響很大，其誤差在-50％～+100％。但是因為該電流檢測電路簡(jiǎn)單，且沒(méi)有任何額外的功耗，故可以用在對電流檢測精度不高的情況下，如DC-DC穩壓器的過(guò)流保護。
1．2 使用檢測場(chǎng)效應晶體管(SENSEFET)
這種電流檢測技術(shù)在實(shí)際的工程應用中較為普遍。它的設計思想是：如圖2在功率MOSFET兩端并聯(lián)一個(gè)電流檢測FET，檢測FET的有效寬度W明顯比功率MOSFET要小很多。功率MOSFET的有效寬度W應是檢測FET的100倍以上(假設兩者的有效長(cháng)度相等，下同)，以此來(lái)保證檢測FET所帶來(lái)的額外功率損耗盡可能的小。節點(diǎn)S和M的電流應該相等，以此來(lái)避免由于FET溝道長(cháng)度效應所引起的電流鏡像不準確。

在節點(diǎn)S和M電位相等的情況下，流過(guò)檢測FET的電流，IS為功率MOSFET電流IM的1／N(N為功率FET和檢測FET的寬度之比)，IS的值即可反映IM的大小。
1．3 檢測場(chǎng)效應晶體管和檢測電阻相結合
如圖3所示，這種檢測技術(shù)是上一種的改進(jìn)形式，只不過(guò)它的檢測器件不是FET而是小電阻。在這種檢測電路中檢測小電阻的阻值相對來(lái)說(shuō)比檢測FET的RDS要精確很多，其檢測精度也相對來(lái)說(shuō)要高些，而且無(wú)需專(zhuān)門(mén)電路來(lái)保證功率FET和檢測FET漏端的電壓相等，降低了設計難度，但是其代價(jià)就是檢測小電阻所帶來(lái)的額外功率損耗比第一種檢測技術(shù)的1／N2還要小(N為功率FET和檢測FET的寬度之比)。