新型電流極限比較器分析

1.引言

　　極限電流比較器是電流模式控制電路中一個(gè)非常重要的部分， 其對不同的負(fù)載情況， 產(chǎn)生不同的極限電流， 去限制電感上的峰值電流或平均電流， 從而盡可能地減小輸出電壓紋波和提高電源效率。例如：

　　重負(fù)載情況對應(yīng)的電源輸出電流比較大， 此時(shí)應(yīng)設(shè)定較大極限電流， 保證輸出電壓穩(wěn)定;輕負(fù)載情況對應(yīng)的極限電流較小， 此時(shí)應(yīng)設(shè)定較小極限電流， 使輸出電壓穩(wěn)定。因此不同的負(fù)載情況對應(yīng)不同的極限電流， 從而得到不同的占空比， 保證電源效率高和輸出電壓紋波小。

　　傳統(tǒng)的開關(guān)電源控制電路中， 電流極限比較器結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示， 檢測電流由M1( sense MOSFET)流入由多個(gè)開關(guān)管和電阻組成的網(wǎng)絡(luò)R1 中，該網(wǎng)絡(luò)通過控制開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷， 改變R1 的電阻值， 得到不同的占空比。另外一基準(zhǔn)電流流過一阻值固定的電阻R, 產(chǎn)生一固定參考電壓。當(dāng)R1 的壓降隨檢測電流上升到參考電壓時(shí)， 比較器關(guān)斷功率管， 保證輸出電壓穩(wěn)定。其工作原理如圖2(a) 所示，例如： R1 上的電壓從a 上升到d, 從而關(guān)斷功率管產(chǎn)生一占空比， 當(dāng)改變R1 的電阻值， R1 上的電壓從a 上升到f 得到另一占空比。從圖1(a)可以看出：傳統(tǒng)的開關(guān)電源電流極限比較器是將兩種電流先轉(zhuǎn)化成電壓再進(jìn)行比較， 需要占芯片面積非常大的電阻網(wǎng)絡(luò)和開關(guān)管， 并且為保證電阻精度， 一般需要激光修調(diào)技術(shù)， 這大大增加了芯片成本。因此本文在此基礎(chǔ)上提出一種新型的電流極限比較器結(jié)構(gòu)。

　　圖1 傳統(tǒng)的與新穎的電流極限比較器結(jié)構(gòu)

　　圖2 傳統(tǒng)的與新穎的電流極限比較器結(jié)構(gòu)的工作原理

　　2.新結(jié)構(gòu)及原理

　　圖1(b)給出了本文所提出的電流極限比較器的基本框架， 其中Iref 為通過電流鏡產(chǎn)生的極限電流， 其值可變。檢測電流由M1( sense MOSFET)流入電流比較器， 直接與所設(shè)定的極限電流比較， 當(dāng)其值上升到極限電流時(shí)， 關(guān)斷功率管。通過改變極限電流的大小， 得到不同的占空比， 其工作原理如圖2(b)所示。

　　圖3 為本文所提出的新型電流極限比較器具體電路。其中M0- -M11 構(gòu)成電流鏡網(wǎng)絡(luò)， 用于設(shè)定電源所需的幾種極限電流值。Mc1- -Mc10 構(gòu)成電流比較器， 使極限電流與檢測電流直接比較產(chǎn)生不同的占空比(即不同的導(dǎo)通時(shí)間)。與非門和倒相器構(gòu)成控制電路， 直接驅(qū)動(dòng)功率MOS 管， 控制其導(dǎo)通或關(guān)斷。此電流極限比較器采用電流鏡結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電阻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生電源所需的幾種極限電流， 采用cascode結(jié)構(gòu)組成電流比較器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電壓比較器使兩種電流直接比較。