開關穩壓器電流檢測的一種新方法介紹

　0 引言

　　隨著電子產品向小型化、便攜化的趨勢發展，單片集成的高效、低電源電壓DC-DC變換器被廣泛應用。在許多電源管理IC中都用到了電流檢測電路。

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的開啟電壓。

　　如圖1所示，已知MOSFET的等效電阻，可以通過檢測MOSFET漏源之間的電壓來檢測開關電流。

　　這種技術理論上很完美，它沒有引入任何額外的功率損耗，不會影響芯片的效率，因而很實用。但是這種技術存在檢測精度太低的致命缺點：

　　(1)MOSFET的RDS本身就是非線性的。

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

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

　　可看出，這種檢測技術受工藝、溫度的影響很大，其誤差在-50%～+100%。但是因為該電流檢測電路簡單，且沒有任何額外的功耗，故可以用在對電流檢測精度不高的情況下，如DC-DC穩壓器的過流保護。

　　1.2 使用檢測場效應晶體管(SENSEFET)

　　這種電流檢測技術在實際的工程應用中較為普遍。它的設計思想是：如圖2在功率MOSFET兩端并聯一個電流檢測FET，檢測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應是檢測FET的100倍以上(假設兩者的有效長度相等，下同)，以此來保證檢測FET所帶來的額外功率損耗盡可能的小。節點S和M的電流應該相等，以此來避免由于FET溝道長度效應所引起的電流鏡像不準確。

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

　　1.3 檢測場效應晶體管和檢測電阻相結合

　　如圖3所示，這種檢測技術是上一種的改進形式，只不過它的檢測器件不是FET而是小電阻。在這種檢測電路中檢測小電阻的阻值相對來說比檢測FET的RDS要精確很多，其檢測精度也相對來說要高些，而且無需專門電路來保證功率FET和檢測FET漏端的電壓相等，降低了設計難度，但是其代價就是檢測小電阻所帶來的額外功率損耗比第一種檢測技術的1/N2還要小(N為功率FET和檢測FET的寬度之比)。

　　此技術的缺點在于，由于M1，M3的VDS不相等(考慮VDS對IDS的影響)，IM與IS之比并不嚴格等于N，但這個偏差相對來說是很小的，在工程中N應盡可能的大，RSENSE應盡可能的小。在高效的、低壓輸出、大負載應用環境中，就可以采用這種檢測技術。

　　2 新型的電流檢測方法

　　在圖4中，N_DRV為BUCK穩壓器的同步管柵極驅動信號，N_DRV_DC為N_DRV經過1個三階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電壓值BIAS,，比較器的輸出LA28(數字信號，輸出到芯片的控制邏輯)為DC-DC負載電流狀態檢測信號。