CN101165497A - 功率管电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率管电流检测电路，其包括：一待测功率管，一与该待测功率管匹配，并与其宽长比为一定值的功率管，该功率管电流检测电路还包括一电流镜电路，该电流镜电路包括若干检测功率管，通过流经检测功率管的电流来检测所述待测功率管的电流。本发明的技术方案结构简单，检测电流精度高，并且限流响应速度快，功耗与制造成本较低。

Description

功率管电流检测电路

【技术领域】

本发明涉及一种检测电路，特别是一种功率管电流检测电路。

【背景技术】

DC-DC(直流-直流)开关电源、LDO(线性降压调节器)、Charger(充电器)等电源管理芯片，在刚开始加电、输出端短路或环路反馈中需要功率管电流时，经常需要比较精确地检测功率管电流来处理这些情况。如果在DC-DC、LDO等芯片上电或出现输出短接时，没有及时关断功率管或采取其他限流方式，芯片可能在很短的时间内烧毁。

目前比较常用的几种检测电流的方案有如下几种：

1.采用精密电阻方案

请参阅图1，该技术方案使用一个精密电阻与功率管串联，通过测量精密电阻两端的电压来检测功率管的电流。其工作原理如下，电阻Rsense是一个阻值很小的精密电阻，例如0.1或0.2Ω。当电流流经电阻Rsense到功率管Q1时，在Rsense两端的压降为：

V_Rsense＝I_Rsense*Rsense    (1)

由于运放的虚短效应，其输入端电压保持相等(电路中取R1等于R2)，因而R2两端的电压等于V_Rsense。从而可以得到流经R2的电流与Isense成正比，同样可以得到与Isense成正比的电压Vsense，其大小为：

$\mathrm{Vsense}=\frac{R3*\mathrm{Rsense}*\mathrm{Isense}}{R2}---\left(2\right)$

从以上分析得到的Vsense实现了对功率管电压的检测，可以通过对Vsense的处理来做限流或用于电流型DC-DC的反馈环路中。该方法的一个很大缺点是需要外置的电阻，增加了设计的成本，此外，电阻始终处于电流环路中，使电源的利用效率降低。

2.采用功率管自身内阻方案

请参阅图2，此电路的优点是不需要方案A中使用的精密电阻，直接使用功率管自身的电阻来检测其电流。电路的原理类似于方案1，假设功率管电阻为R_Q1，电阻R1等于R2，则我们可以得到：

$\mathrm{Vsense}=\frac{R3*R_{Q1}*\mathrm{Isense}}{R2}---\left(3\right)$

但由于功率管Q1的内阻是由式(4)决定：

$R_{Q1}=\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_n{C}_{\mathrm{ox}}\frac{L}{W}(V_{\mathrm{GS}}-V_{\mathrm{TH}})}---\left(4\right)$

其电阻随电源电压或其栅源电压变化，因而通过这种方案检测到的电流不是很精确。

3.采用与功率管匹配的小管方案

请参阅图3，此电路采用与功率管MP1匹配的小管MP2来检测电流。电路中取：

${\frac{W}{L}}_{\mathrm{MP}2}={\frac{W}{L}}_{\mathrm{MS}2}=\frac{1}{N}{\frac{W}{L}}_{\mathrm{MP}1}---\left(5\right)$

当VQ为低的时候，开关管MP1及MS1打开，由于运放的钳位作用，电压VA等于VB，于是可以得到：

$I_{\mathrm{MP}2}=I_{\mathrm{MS}2}=\frac{1}{N}{I}_{\mathrm{MP}1}---\left(6\right)$

I_sen＝I_MP2       (7)

V_add＝I_sen*R     (8)

通过以上分析，可以得到与功率管MP1电流成正比的电压V_add，从而可以将其用来限流或用于电流反馈环路中。此电路检测电流的精度比方案1低一点，但可以节省一个片外电阻，其缺点是运放的结构稍显复杂，功耗较大。

因此，有必要提供一种具有简单结构，并能够精确检测电流的功率管电流检测电路。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种检测电路，特别是一种功率管电流检测电路。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种功率管电流检测电路，其包括：一待测功率管，一与该待测功率管匹配，并与其宽长比为一定值的功率管，该功率管电流检测电路还包括一电流镜电路，该电流镜电路包括若干检测功率管，通过流经检测功率管的电流来检测所述待测功率管的电流。

本发明的技术方案结构简单，检测电流精度高，并且限流响应速度快，功耗与制造成本较低。

【附图说明】

图1是现有检测功率管电流方案1的电路图。

图2是现有检测功率管电流方案2的电路图。

图3是现有检测功率管电流方案3的电路图。

图4是本发明功率管电流检测装置的电路图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

随着半导体工艺的发展，集成电路的所需工作电压变得越来越低，因而DC-DC(直流-直流)开关电源以及LDO(线性降压调节器)的使用越来越广泛。这些电源转换器中均采用了功率管，本发明的技术方案可以很精确的获取CMOS功率管的电流，用来对整个电路进行限流或用于电流型PWM(脉冲宽度调制)DC-DC环路中。

请参阅图4，为本发明新的解决方案。采用检测功率管M1、M2、M3、M4组成的电流镜代替了方案3中的运放，其他结构基本相同。在本实施例中，上述检测功率管为MOS管。其中功率管M_Y与功率管M_x宽长比为N，M1、M2与M3、M4的宽长比分别相等，当BUFOUT为低时，M1、M2、M3、M4电流镜开始工作，则流经M1、M2、M3、M4、Mc的电流均为i_bias，即：

$i_1=i_2=i_{\mathrm{bias}}=i_{M_c}---\left(9\right)$

根据式：

$I=\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_n{C}_{\mathrm{ox}}\frac{L}{W}{(V_{\mathrm{GS}}-V_{\mathrm{TH}})}^2---\left(10\right)$

V_GSM1＝V_GSM2       (11)

可以得到：

V_x＝V_y             (12)

$I_{M_y}=N*I_{M_x}---\left(13\right)$

$I_{M_x}=i_o+i_2=i_o+i_{M_c}=i_s---\left(14\right)$

$V_s=i_s*R_s=\frac{1}{N}{I}_{M_Y}---\left(15\right)$

通过以上推导，可以得到与功率管电流成正比的电压，从而可以实现限流或将其用于环路反馈中。

本发明的技术方案结构简单，检测电流精度高，同时具有限流响应速度快，功耗低，制造成本低的特点。

Claims (4)

1.一种功率管电流检测电路，其包括：

一待测功率管；

一与所述待测功率管匹配的功率管，其与所述待测功率管的宽长比为一定值；

其特征在于，所述功率管电流检测电路还包括一电流镜电路，所述电流镜电路包括若干检测功率管，通过流经所述检测功率管的电流来检测所述待测功率管的电流。

2.如权利要求1所述的功率管电流检测电路，其特征在于，所述电流镜电路包括四个检测功率管。

3.如权利要求2所述的功率管电流检测电路，其特征在于，所述检测功率管组成两组宽长比分别相等的检测功率管对。

4.如权利要求1至3任意一项所述的功率管电流检测电路，其特征在于，所述检测功率管为MOS管。

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