DC/DC轉(zhuǎn)換器中的電流檢測電路設(shè)計(jì)方案

　　為了達(dá)到電路檢測的精確度， 本文用帶反饋控制、電阻值可變的電流源來代替復(fù)雜的運(yùn)放。

　　圖2所示電流檢測電路中， MP、MN 為功率管，M1 與M4、M2 與M5 的W/L相同， VP 為MP 的控制信號， MPS用作開關(guān)， 其W/L比較大， 具有低導(dǎo)通電阻。在電流模DC /DC 轉(zhuǎn)換器中， 反饋控制環(huán)路只需檢測MP 功率管導(dǎo)通時(shí)的電流， 因此， 為降低功耗， 可控制電流檢測電路只在MP 功率管導(dǎo)通時(shí)工作， 即只檢測電感充電階段的電流， 而在MP 功率管截止時(shí)， 電流檢測電路不工作， 進(jìn)而有效地減小了功率損耗。

　　當(dāng)VP 為低電平時(shí)， MP 導(dǎo)通， MPS作開關(guān)也導(dǎo)通，并且可以看作近似短路， 進(jìn)而流過MPS的電流也可以忽略， 因此MP、M1 的VDS近似相同， 流過MP 的電流被鏡像復(fù)制至M1。MP 與M1 的W/L成比例， 且比例系數(shù)較大， 因此檢測到的電流與MP 中的電流成比例， 同時(shí)遠(yuǎn)小于MP 中的電流。

　　下面分析VB 與VA 的關(guān)系。假設(shè)在某個(gè)時(shí)刻，VB 的電位高于VA, 則VDS4 VDS1, M4 中的電流I4 小于M1 中的電流I1, 而VDS5 > VDS2, 要求I5 > I2, 這使得在同一支路中I4 I5, 顯然不太可能， 所以VB 會與VA 相同， 且保持相同的動(dòng)態(tài)變化。因此， M1 中的電流被再次鏡像至M4, 而且， 由于反饋控制電流源的作用， VA 處的任何微小變化都會強(qiáng)迫VB 也有相同的變化， 保證了電流檢測的精度。

　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求， 電流檢測的比例應(yīng)該為K = 1 000：1, 電路圖中給出了各級電流復(fù)制的比例，由于電流檢測電路采用帶反饋控制、電阻值可變的電流源結(jié)構(gòu)， 可以得到VA 等于VB, 又由于設(shè)置M1,M4, 和M7 的寬長比相等， 根據(jù)MOS 電流公式可以得到：

　　檢測精度和速度是電流檢測電路兩個(gè)重要的指標(biāo)。由于每個(gè)檢測周期的開始階段， 電流檢測電路處于啟動(dòng)狀態(tài)， 所以Is 都有一段啟動(dòng)時(shí)間。這個(gè)時(shí)間主要由電路中M9、M10管的寄生電容決定， 當(dāng)兩管的寬度和長度比較小時(shí)， 啟動(dòng)時(shí)間很短， 相反， 啟動(dòng)時(shí)間會變長。為了保證電流檢測的精度， M9、M10兩管的L 不能太小， 現(xiàn)取1 um。

　　3 仿真結(jié)果

　　通過仔細(xì)調(diào)整MP 管和M1 管的參數(shù)， 設(shè)置為MP 管的寬長比為5 000 um /1 um, M1 管的寬長比為5 um /1um。其他管子的參數(shù)參見電路圖上的比例復(fù)制標(biāo)注。通過在在Cadence軟件中的spe tre仿真設(shè)計(jì)工具下， 采用CSMC 0. 5 m CMOS工藝在25℃進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

　　下圖3給出電流檢測電路的仿真結(jié)果。

　　圖3 電流檢測電路的仿真波形

　　從輸出波形的測量可知， 當(dāng)電感電流IL 最大值如A 點(diǎn)測得的479. 55 A 時(shí)， 檢測電流Is 最大值如B點(diǎn)測得的486. 81 A, 基本上滿足了：

　　故所設(shè)計(jì)的電流檢測電路能很好滿足設(shè)計(jì)要求。