一种开关稳压器电流检测的新方法

2011-06-28 13:22:29来源: 互联网

  0 引言

  随着电子产品向小型化、便携化的趋势发展,单片集成的高效、低电源电压DC-DC变换器被广泛应用。在许多电源管理IC中都用到了电流检测电路。

      在电流模式PWM控制DC-DC变换器中,公式


 

  式中:μ为沟道载流子迁移率;Cox为单位面积的栅电容;VTH为MOSFET的开启电压。

  如图1所示,已知MOSFET的等效电阻,可以通过检测MOSFET漏源之间的电压来检测开关电流。

  

检测开关电流 www.elecfans.com

 

  这种技术理论上很完美,它没有引入任何额外的功率损耗,不会影响芯片的效率,因而很实用。但是这种技术存在检测精度太低的致命缺点:

  (1)MOSFET的RDS本身就是非线性的。

  (2)无论是芯片内部还是外部的MOSFET,其RDS受μ,Cox,VTH影响很大。

  (3)MOSFET的RDS随温度呈指数规律变化(27~100℃变化量为35%)。

  可看出,这种检测技术受工艺、温度的影响很大,其误差在-50%~+100%。但是因为该电流检测电路简单,且没有任何额外的功耗,故可以用在对电流检测精度不高的情况下,如DC-DC稳压器的过流保护。

  1.2 使用检测场效应晶体管(SENSEFET)

  这种电流检测技术在实际的工程应用中较为普遍。它的设计思想是:如图2在功率MOSFET两端并联一个电流检测FET,检测FET的有效宽度W明显比功率MOSFET要小很多。功率MOSFET的有效宽度W应是检测FET的100倍以上(假设两者的有效长度相等,下同),以此来保证检测FET所带来的额外功率损耗尽可能的小。节点S和M的电流应该相等,以此来避免由于FET沟道长度效应所引起的电流镜像不准确。

  

 

  在节点S和M电位相等的情况下,流过检测FET的电流,IS为功率MOSFET电流IM的1/N(N为功率FET和检测FET的宽度之比),IS的值即可反映IM的大小。

  1.3 检测场效应晶体管和检测电阻相结合

  如图3所示,这种检测技术是上一种的改进形式,只不过它的检测器件不是FET而是小电阻。在这种检测电路中检测小电阻的阻值相对来说比检测FET的RDS要精确很多,其检测精度也相对来说要高些,而且无需专门电路来保证功率FET和检测FET漏端的电压相等,降低了设计难度,但是其代价就是检测小电阻所带来的额外功率损耗比第一种检测技术的1/N2还要小(N为功率FET和检测FET的宽度之比)。

  

检测场效应晶体管和检测电阻相结合

 

  此技术的缺点在于,由于M1,M3的VDS不相等(考虑VDS对IDS的影响),IM与IS之比并不严格等于N,但这个偏差相对来说是很小的,在工程中N应尽可能的大,RSENSE应尽可能的小。在高效的、低压输出、大负载应用环境中,就可以采用这种检测技术。

  2 新型的电流检测方法

  在图4中,N_DRV为BUCK稳压器的同步管栅极驱动信号,N_DRV_DC为N_DRV经过1个三阶RC低通滤波器之后滤出的直流分量,并且该直流分量为比较器的一端输入,比较器的另一端输入为一基准电压值BIAS,,比较器的输出LA28(数字信号,输出到芯片的控制逻辑)为DC-DC负载电流状态检测信号。

  

新型电流检测方法基本原理等效架构图
[1] [2] [3]

关键字:开关稳压器  电流检测

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0628/article_2825.html
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