電流模式DC―DC轉(zhuǎn)換器中高性能電流檢測(cè)電路的分析與設(shè)計(jì)

摘要：在電流模式控制的DC—DC轉(zhuǎn)換器電路中，電流檢測(cè)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(cè)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(cè)電路的設(shè)計(jì)方法，并在HHNEC BCD 0.35μm的工藝下，用Spectre進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明，該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，并已成功應(yīng)用于某型Boost DC—DC電壓轉(zhuǎn)換電路中。
關(guān)鍵詞：電流模式；DC—DC轉(zhuǎn)換器；檢測(cè)電路；功率管

0 引言
隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因而對(duì)開(kāi)關(guān)電源芯片的性能也提出了更高的要求。電子設(shè)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(zhuǎn)換器中，電流檢測(cè)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(hù)作用，而且將電流檢測(cè)結(jié)果加上斜坡補(bǔ)償信號(hào)與電壓環(huán)路的輸出比較，實(shí)現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制，其精度、速度和功耗對(duì)電路整體性能具有很大影響。本文基于對(duì)比較常規(guī)的電流檢測(cè)電路的優(yōu)缺點(diǎn)分析，給出了一種用于Boost型DC-DC轉(zhuǎn)換器的電流檢測(cè)方法。通過(guò)對(duì)功率管長(zhǎng)條形源端上產(chǎn)生的壓差進(jìn)行放大來(lái)實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)，從而使該電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且無(wú)額外功耗，可滿足設(shè)計(jì)要求。

1 三種常用的電流檢測(cè)方法
圖1所示是一個(gè)電流模式Boost型DC-DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。本文通過(guò)對(duì)功率管長(zhǎng)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(xiàn)電流檢測(cè)。

事實(shí)上，目前比較流行的電流檢測(cè)方法有串聯(lián)電阻檢測(cè)、功率管RDS檢測(cè)和并聯(lián)電流鏡檢測(cè)等三種，分別對(duì)應(yīng)于圖2中的(a)、(b)、(c)三種簡(jiǎn)化電路。
串聯(lián)電阻檢測(cè)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?yàn)閷?duì)于一定的電阻值，通過(guò)檢測(cè)電阻上的壓降即可檢測(cè)出對(duì)應(yīng)電感上流過(guò)的電流。這種方法檢測(cè)精度高，但由于檢測(cè)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(zhuǎn)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(cè)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(cè)是通過(guò)檢測(cè)功率管上的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因功率管工作在線性區(qū)，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)生非線性的變化，最大誤差范圍可達(dá)-50％～+100％，因而電流檢測(cè)精度較差。
并聯(lián)電流鏡檢測(cè)是通過(guò)并聯(lián)一個(gè)與功率管具有相同類型的檢測(cè)管，寬長(zhǎng)比為N：1，這樣，流過(guò)檢測(cè)管的電流就為功率管電流的1／N。這種方法需要預(yù)算放大器，使檢測(cè)管和功率管所構(gòu)成的電流鏡有很好的匹配，因此電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，帶寬較低，響應(yīng)時(shí)間較慢，對(duì)電路的匹配性要求較高。