開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電流檢測(cè)的一種新方法介紹

　0 引言

　　隨著電子產(chǎn)品向小型化、便攜化的趨勢(shì)發(fā)展，單片集成的高效、低電源電壓DC-DC變換器被廣泛應(yīng)用。在許多電源管理IC中都用到了電流檢測(cè)電路。

在電流模式PWM控制DC-DC變換器中，

　　式中：μ為溝道載流子遷移率;Cox為單位面積的柵電容;VTH為MOSFET的開(kāi)啟電壓。

　　如圖1所示，已知MOSFET的等效電阻，可以通過(guò)檢測(cè)MOSFET漏源之間的電壓來(lái)檢測(cè)開(kāi)關(guān)電流。

　　這種技術(shù)理論上很完美，它沒(méi)有引入任何額外的功率損耗，不會(huì)影響芯片的效率，因而很實(shí)用。但是這種技術(shù)存在檢測(cè)精度太低的致命缺點(diǎn)：

　　(1)MOSFET的RDS本身就是非線性的。

　　(2)無(wú)論是芯片內(nèi)部還是外部的MOSFET，其RDS受μ，Cox，VTH影響很大。

　　(3)MOSFET的RDS隨溫度呈指數(shù)規(guī)律變化(27～100℃變化量為35%)。

　　可看出，這種檢測(cè)技術(shù)受工藝、溫度的影響很大，其誤差在-50%～+100%。但是因?yàn)樵?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/電流檢測(cè)">電流檢測(cè)電路簡(jiǎn)單，且沒(méi)有任何額外的功耗，故可以用在對(duì)電流檢測(cè)精度不高的情況下，如DC-DC穩(wěn)壓器的過(guò)流保護(hù)。

　　1.2 使用檢測(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(SENSEFET)

　　這種電流檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際的工程應(yīng)用中較為普遍。它的設(shè)計(jì)思想是：如圖2在功率MOSFET兩端并聯(lián)一個(gè)電流檢測(cè)FET，檢測(cè)FET的有效寬度W明顯比功率MOSFET要小很多。功率MOSFET的有效寬度W應(yīng)是檢測(cè)FET的100倍以上(假設(shè)兩者的有效長(zhǎng)度相等，下同)，以此來(lái)保證檢測(cè)FET所帶來(lái)的額外功率損耗盡可能的小。節(jié)點(diǎn)S和M的電流應(yīng)該相等，以此來(lái)避免由于FET溝道長(zhǎng)度效應(yīng)所引起的電流鏡像不準(zhǔn)確。

　　在節(jié)點(diǎn)S和M電位相等的情況下，流過(guò)檢測(cè)FET的電流，IS為功率MOSFET電流IM的1/N(N為功率FET和檢測(cè)FET的寬度之比)，IS的值即可反映IM的大小。

　　1.3 檢測(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管和檢測(cè)電阻相結(jié)合

　　如圖3所示，這種檢測(cè)技術(shù)是上一種的改進(jìn)形式，只不過(guò)它的檢測(cè)器件不是FET而是小電阻。在這種檢測(cè)電路中檢測(cè)小電阻的阻值相對(duì)來(lái)說(shuō)比檢測(cè)FET的RDS要精確很多，其檢測(cè)精度也相對(duì)來(lái)說(shuō)要高些，而且無(wú)需專門電路來(lái)保證功率FET和檢測(cè)FET漏端的電壓相等，降低了設(shè)計(jì)難度，但是其代價(jià)就是檢測(cè)小電阻所帶來(lái)的額外功率損耗比第一種檢測(cè)技術(shù)的1/N2還要小(N為功率FET和檢測(cè)FET的寬度之比)。

　　此技術(shù)的缺點(diǎn)在于，由于M1，M3的VDS不相等(考慮VDS對(duì)IDS的影響)，IM與IS之比并不嚴(yán)格等于N，但這個(gè)偏差相對(duì)來(lái)說(shuō)是很小的，在工程中N應(yīng)盡可能的大，RSENSE應(yīng)盡可能的小。在高效的、低壓輸出、大負(fù)載應(yīng)用環(huán)境中，就可以采用這種檢測(cè)技術(shù)。

　　2 新型的電流檢測(cè)方法

　　在圖4中，N_DRV為BUCK穩(wěn)壓器的同步管柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，N_DRV_DC為N_DRV經(jīng)過(guò)1個(gè)三階RC低通濾波器之后濾出的直流分量，并且該直流分量為比較器的一端輸入，比較器的另一端輸入為一基準(zhǔn)電壓值BIAS,，比較器的輸出LA28(數(shù)字信號(hào)，輸出到芯片的控制邏輯)為DC-DC負(fù)載電流狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)。