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

摘要：在電流模式控制的DC—DC轉換器電路中，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計方法，并在HHNEC BCD 0.35μm的工藝下，用Spectre進行了仿真驗證。結果表明，該電路結構簡單、易于實現，并已成功應用于某型Boost DC—DC電壓轉換電路中。
關鍵詞：電流模式；DC—DC轉換器；檢測電路；功率管

0 引言
隨著電子技術的迅猛發展，開關電源設備的應用越來越廣泛，因而對開關電源芯片的性能也提出了更高的要求。電子設備的小型化、低成本和電源利用效率成為了主要發展方向。在電流模式控制的DC—DC轉換器中，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，而且將電流檢測結果加上斜坡補償信號與電壓環路的輸出比較，實現脈沖寬度調制，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的電流檢測電路的優缺點分析，給出了一種用于Boost型DC-DC轉換器的電流檢測方法。通過對功率管長條形源端上產生的壓差進行放大來實現電流檢測，從而使該電路結構更加簡單、易于實現且無額外功耗，可滿足設計要求。

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轉換器的結構圖。本文通過對功率管長條形源端上產生的壓差(等效于圖1中的電壓源V0)進行放大來實現電流檢測。

事實上，目前比較流行的電流檢測方法有串聯電阻檢測、功率管RDS檢測和并聯電流鏡檢測等三種，分別對應于圖2中的(a)、(b)、(c)三種簡化電路。
串聯電阻檢測是在片外電感或功率管一端串聯一個小的采樣電阻，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的，因功率管工作在線性區，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。
并聯電流鏡檢測是通過并聯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成的電流鏡有很好的匹配，因此電路結構比較復雜，帶寬較低，響應時間較慢，對電路的匹配性要求較高。