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

摘要：在電流模式控制的DC—DC轉(zhuǎn)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，給出了一種高性能無額外功率損耗的高精度電流檢測電路的設(shè)計方法，并在HHNEC BCD 0.35μm的工藝下，用Spectre進行了仿真驗證。結(jié)果表明，該電路結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(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；檢測電路；功率管

0 引言
隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，開關(guān)電源設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，因而對開關(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，電流檢測電路是重要的組成模塊。其在整個電路中不僅起到過流保護作用，而且將電流檢測結(jié)果加上斜坡補償信號與電壓環(huán)路的輸出比較，實現(xiàn)脈沖寬度調(diào)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(guī)的電流檢測電路的優(yōu)缺點分析，給出了一種用于Boost型DC-DC轉(zhuǎn)換器的電流檢測方法。通過對功率管長條形源端上產(chǎn)生的壓差進行放大來實現(xiàn)電流檢測，從而使該電路結(jié)構(gòu)更加簡單、易于實現(xiàn)且無額外功耗，可滿足設(shè)計要求。

1 三種常用的電流檢測方法
圖1所示是一個電流模式Boost型DC-DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。本文通過對功率管長條形源端上產(chǎn)生的壓差(等效于圖1中的電壓源V0)進行放大來實現(xiàn)電流檢測。

事實上，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(yīng)于圖2中的(a)、(b)、(c)三種簡化電路。
串聯(lián)電阻檢測是在片外電感或功率管一端串聯(lián)一個小的采樣電阻，因為對于一定的電阻值，通過檢測電阻上的壓降即可檢測出對應(yīng)電感上流過的電流。這種方法檢測精度高，但由于檢測電阻的存在會引入一個額外的功耗，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電路，與此同時，小電阻受工藝的影響精度不夠。
功率管RDS檢測是通過檢測功率管上的電壓來實現(xiàn)的，因功率管工作在線性區(qū)，故其可以等效為一個電阻RDS=L／WμCox(VGS-VT)。該方法無額外功耗，但是μCox和VT受溫度的影響變化較大，功率管的RDS會產(chǎn)生非線性的變化，最大誤差范圍可達-50％～+100％，因而電流檢測精度較差。
并聯(lián)電流鏡檢測是通過并聯(lián)一個與功率管具有相同類型的檢測管，寬長比為N：1，這樣，流過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(gòu)成的電流鏡有很好的匹配，因此電路結(jié)構(gòu)比較復雜，帶寬較低，響應(yīng)時間較慢，對電路的匹配性要求較高。