一種開(kāi)關(guān)穩壓器電流檢測的新方法

　　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，

　　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)。

　　此技術(shù)的缺點(diǎn)在于，由于M1，M3的VDS不相等(考慮VDS對IDS的影響)，IM與IS之比并不嚴格等于N，但這個(gè)偏差相對來(lái)說(shuō)是很小的，在工程中N應盡可能的大，RSENSE應盡可能的小。在高效的、低壓輸出、大負載應用環(huán)境中，就可以采用這種檢測技術(shù)。

　　2 新型的電流檢測方法

　　在圖4中，N_DRV為BUCK穩壓器的同步管柵極驅動(dòng)信號，N_DRV_DC為N_DRV經(jīng)過(guò)1個(gè)三階RC低通濾波器之后濾出的直流分量，并且該直流分量為比較器的一端輸入，比較器的另一端輸入為一基準電壓值BIAS,，比較器的輸出LA28(數字信號，輸出到芯片的控制邏輯)為DC-DC負載電流狀態(tài)檢測信號。

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