CN108039819A - 一种dc-dc升压转换器输出电流采样电路 - Google Patents

一种dc-dc升压转换器输出电流采样电路 Download PDF

Info

Publication number
CN108039819A
CN108039819A CN201711426145.8A CN201711426145A CN108039819A CN 108039819 A CN108039819 A CN 108039819A CN 201711426145 A CN201711426145 A CN 201711426145A CN 108039819 A CN108039819 A CN 108039819A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sampling
output current
current sample
filter network
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711426145.8A
Other languages
English (en)
Inventor
刘雨鑫
林华杰
柳龙飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN201711426145.8A priority Critical patent/CN108039819A/zh
Publication of CN108039819A publication Critical patent/CN108039819A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter

Abstract

本发明涉及一种DC‑DC升压转换器输出电流采样电路，通过DC‑DC升压转换器输入端的采样电阻，实现对升压转换器输出电流的精确采样，其可提供给DC‑DC升压转换器的恒流输出环路输出电流信息，从而实现精确而稳定的恒流输出控制。

Description

一种DC-DC升压转换器输出电流采样电路
技术领域
本发明属于电源管理技术领域，涉及模拟集成电路电路，特别是一种应用于DC-DC升压转换器的输出电流采样电路。
背景技术
电池供电的便携式设备的大规模应用，使得DC-DC升压转换器成为电池供电必不可少的电源管理部件。DC-DC升压转换器把电池电压提升为5V或者更高的电压用于便携式设备中的模块提供符合要求的稳定供电电压。其中DC-DC升压转换器的电流采样技术可以检测功率管的电流，防止功率管因电流过高而损坏；还可以成为恒定电流输出模式的基本一部分。当输出电流高于设定阈值时使升压转换器进入恒流输出模式，精确的限定输出电流，保护后级设备。恒定输出电流的精度以及稳定性都与电流采样电路的性能具有直接关系。
传统的升压转换器的电流采样方式主要有两种：第一种是图1中的从功率管上串联采样电阻对电流进行采用的方法；第二种是图2中的直接对功率管的直流导通电阻进行采样的方法。图1的电流采样方法是传统的片外采样方法，通过检测与功率管上串联的电阻两端的电压实现对电流的检测，其存在的问题是额外消耗功率比较大，并且精度较难控制。在采样电阻RS上流过的电流与从功率管M2是相同的，特别是在负载电流到达最大时，会严重影响效率。RS上的压降会影响到输出电压值，进而影响到反馈环路。采样电流的精度也与RS的精度相关，RS值随温度的变化会比较大，而且采样得到的小电压受到电磁干扰、系统失调等的影响也比较大，所以采样会存在较大偏差。
图2的功率管电阻采样的方法是传统的片内采样方法，通过检测同步功率管M2源漏端的压差对流过功率管的电流进行采样。并且不会引入额外的功率损耗，但在功率MOS开关过程中，会产生开关噪声，会影响到电路的采样精度。并且随着温度的变化，功率管的阻值也会变化很大。所以此方法会受到工艺、温度、输入电压等的影响，电流采样精度较差。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种DC-DC升压转换器输出电流采样电路，通过DC-DC升压转换器输入端的采样电阻，实现对升压转换器输出电流的精确采样，其可提供给DC-DC升压转换器的恒流输出环路输出电流信息，从而实现精确而稳定的恒流输出控制。
技术方案
一种DC-DC升压转换器输出电流采样电路，其特征在于包括采样电阻Rs、采样控制电路、滤波网络和电平转换电路；采样电阻Rs位于输入电压VIN和外部电感L之间，用于将电感电流信号转换成电压信号；采样控制电路连接采样电阻Rs的两端，用于控制将采样电阻Rs两端一个采样周期的部分时间段的电压信号传送出去；滤波网络与采样控制电路相连接，将采样控制电路输出的电压信号进行滤波；电平转换电路与滤波网络相连接，用于将滤波网络滤波后的信号电平转换到另一个电平值，然后输出。
所述的采样控制电路包括开关管M4和M5；M5的源极连接采样输入信号VCS，M5的栅极连接控制输入信号PH，M5的漏极和M4的漏极相接；M4的栅极与M5的栅极接在一起；M4的源极与输入电压VIN相接。
所述的滤波网络包括电阻R0、R1、电容C0和C1；R0与C0串联，R1与C1串联，构成一个两级低通滤波结构；R0的一端与M4和M5的漏级连接，另一端与C0、R1连接；C0的一端与M4的源极连接，另一端与C1、R0连接；R1的一端与R0、C0连接，另一端与C1连接；C1的一端与C0连接，另一端与R1连接。
所述的电平转换电路包括误差放大器EA、电阻R3、MOS管M3和电阻R4；滤波网络中C1和R1的公共端连接误差放大器EA的同相输入端；滤波网络中C0和C1的公共端通过电阻R3连接误差放大器EA的反相输入端；误差放大器的输出连接MOS管M3的栅极；M3的源极连接R3和误差放大器EA反相输入端的公共端；M3的漏极通过R4接地；DC-DC升压转换器输出电流采样电路的输出端VCO从R4和M3的公共端引出。
有益效果
本发明提出的一种DC-DC升压转换器输出电流采样电路，与现有技术相比具有以下优点：
(1)无需在输出端串联采样电阻，通过对输入端串联采样电阻的采样，实现对输出电流的采样。
(2)外置采样电阻的方式，采样精度更高。
附图说明
图1是传统的升压转换器串联电阻采样原理图。
图2是传统的升压转换器功率管导通电阻采样原理图。
图3是本发明DC-DC升压转换器输出电流采样电路的系统框图。
图4是本发明DC-DC升压转换器输出电流采样电路图。
图5是本发明DC-DC升压转换器输出电流采样电路的工作波形图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明的工作原理是：
图3中的升压转换器工作在连续导通模式(CCM)为例对本发明的工作原理进行详细分析。电感充电阶段：在每个工作周期的开始，驱动信号VG1使主功率管M2打开，而M1同步功率管关断，电感电流从VIN经采样电阻RS、电感L、主功率管M2到地。电感电流线性增加，将能量储存在电感中。其电感电流IL的波形，图5中t0-t1时间段的IL的波形为电感充电阶段电感电流的波形；电感放电阶段：当充电完成后，功率管M2关断，M1打开，由于电感电流IL不能突变，此时电感电流IL经M1流向Vo为负载RL提供电流，电感电流线性下降。t1-t2时间段的IL的波形为电感放电阶段的电感电流波形。
流过采样电阻RS的电流和电感电流相同，根据VS＝IL×RS可得VS的波形。通过以上分析我们发现输出电流仅与电感放电阶段的电感电流有关，所以我们仅在电感放电阶段对电感电流进行采样。通过图4的采样控制电路：主功率管M2导通，同步功率管M1关断时，图4中的PH信号使M0管导通，M1管关断，这样采样控制输出电路的输出信号的波形为图5中t0-t1时间段的VS；主功率管M2关断，同步功率管M1导通时，图4中的PH信号使M0管关断，M1管导通，这样采样控制输出电路的输出信号的波形为图5中t1-t2时间段的VS。由此实现了对电感放电阶段输出电流的采样。
图4中采样输出的信号经过滤波网络2之后，可得到图5中的VAVG2的电压，这个电压与输出电流存在线性关系，设系数为k，因此可得VAVG2＝kIO，其中Io表示输出电流。通过图4中的电平转换电路3之后可得到：上式可以看出本发明电路的输出电压VCO与输出电流的关系，实现了从输入端对输出电流的采样。
实现本发明的技术思路：通过对升压转换电路进行分析，输出电流仅与同步功率管M2导通时的电感电流有关。根据输入电感电流和输出电流的关系，将对输出电流的采样转化为对输入电感电流的采样。
如图3所示，本发明的实施例的一种DC-DC升压转换器输出电流采样电路的功能框图，包括采样电阻RS、采样控制电路1、滤波网络2、电平转换电路3；采样电阻RS接于VIN和外部电感L之间；采样控制电路1接于采样电阻RS的两端；滤波网络2和采样控制电路1相接；电平转换电路3和滤波网络2相接。
采样电阻RS用于将电感电流信号转换成电压信号；采样控制电路1用于控制将采样电阻RS两端一个采样周期的部分时间段的电压信号(当同步功率管M2导通时，电感电流下降，所对应的RS两端的电压信号)传送出去。滤波网络2将采样控制电路1输出的电压信号进行滤波。电平转换电路3用于将滤波网络2滤波后的信号电平转换到另一个电平值，然后输出。
如图4所示，采样控制电路1有三个信号输入分别为输入电压VIN、控制输入信号PH、采样输入信号VCS。该电路包含两个开关管M4和M5。M4管的源端接采样输入信号VCS；M5的栅极接控制输入信号PH；M5的漏极和M4的漏极相接；M4的栅极与M5的栅极接在一起；M4的源极与输入信号VIN相接。
如图4所示，滤波电路2包括电阻R0、R1、电容C0、C1。采样控制电路1中的M0的源极通过C0、C0和R0的公共端、R0接到采样控制电路1中M1和M0的公共端；采样控制电路1中的M0和C0的公共端经过C1、C1和R1的公共端、R1接到C0和R0的公共端。R0与C0串联，R1与C1串联，构成一个两级低通滤波结构。采样控制电路中的M4的源极与C0和C1连接。M4和M5的漏级VA与R0连接。R0与C0和R1连接于节点VB。R1与C1连接于节点VC。
如图4所示，电平转换电路3包含误差放大器EA、R3、MOS管M3和R4。滤波网络2中C1和R1的公共端VC接误差放大器EA的同相输入端；滤波网络2中C0和C1的公共端通过电阻R3接误差放大器EA的反相输入端；误差放大器的输出接MOS管M3的栅极；M3的源极接R3和误差放大器EA反相输入端的公共端；M3的漏极通过R4接地；DC-DC升压转换器输出电流采样电路的输出端VCO从R4和M3的公共端引出。

Claims (4)

1.一种DC-DC升压转换器输出电流采样电路，其特征在于包括采样电阻Rs、采样控制电路、滤波网络和电平转换电路；采样电阻Rs位于输入电压VIN和外部电感L之间，用于将电感电流信号转换成电压信号；采样控制电路连接采样电阻Rs的两端，用于控制将采样电阻Rs两端一个采样周期的部分时间段的电压信号传送出去；滤波网络与采样控制电路相连接，将采样控制电路输出的电压信号进行滤波；电平转换电路与滤波网络相连接，用于将滤波网络滤波后的信号电平转换到另一个电平值，然后输出。
2.根据权利要求1所述的一种DC-DC升压转换器输出电流采样电路，其特征在于所述的采样控制电路包括开关管M4和M5；M5的源极连接采样输入信号VCS，M5的栅极连接控制输入信号PH，M5的漏极和M4的漏极相接；M4的栅极与M5的栅极接在一起；M4的源极与输入电压VIN相接。
3.根据权利要求1所述的一种DC-DC升压转换器输出电流采样电路，其特征在于所述的滤波网络包括电阻R0、R1、电容C0和C1；R0与C0串联，R1与C1串联，构成一个两级低通滤波结构；R0的一端与M4和M5的漏级连接，另一端与C0、R1连接；C0的一端与M4的源极连接，另一端与C1、R0连接；R1的一端与R0、C0连接，另一端与C1连接；C1的一端与C0连接，另一端与R1连接。
4.根据权利要求3所述的一种DC-DC升压转换器输出电流采样电路，其特征在于所述的电平转换电路包括误差放大器EA、电阻R3、MOS管M3和电阻R4；滤波网络中C1和R1的公共端连接误差放大器EA的同相输入端；滤波网络中C0和C1的公共端通过电阻R3连接误差放大器EA的反相输入端；误差放大器的输出连接MOS管M3的栅极；M3的源极连接R3和误差放大器EA反相输入端的公共端；M3的漏极通过R4接地；DC-DC升压转换器输出电流采样电路的输出端VCO从R4和M3的公共端引出。
CN201711426145.8A 2017-12-26 2017-12-26 一种dc-dc升压转换器输出电流采样电路 Pending CN108039819A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711426145.8A CN108039819A (zh) 2017-12-26 2017-12-26 一种dc-dc升压转换器输出电流采样电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711426145.8A CN108039819A (zh) 2017-12-26 2017-12-26 一种dc-dc升压转换器输出电流采样电路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108039819A true CN108039819A (zh) 2018-05-15

Family

ID=62101200

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711426145.8A Pending CN108039819A (zh) 2017-12-26 2017-12-26 一种dc-dc升压转换器输出电流采样电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108039819A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114696605A (zh) * 2020-12-31 2022-07-01 圣邦微电子（北京）股份有限公司 升降压变换器及其电感电流采样电路

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105245103A (zh) * 2014-07-01 2016-01-13 德克萨斯仪器股份有限公司 具有自适应补偿电路的dc-dc变换器和pwm控制器
CN105553023A (zh) * 2016-01-21 2016-05-04 长安大学 一种多环路复合型开关式电池充电转换器电路
CN105763047A (zh) * 2016-03-08 2016-07-13 中山大学 一种全波电感电流采样电路
CN106571742A (zh) * 2016-09-13 2017-04-19 上海芯导电子科技有限公司 一种升压转换器
CN106771486A (zh) * 2016-12-20 2017-05-31 电子科技大学 一种电流采样电路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105245103A (zh) * 2014-07-01 2016-01-13 德克萨斯仪器股份有限公司 具有自适应补偿电路的dc-dc变换器和pwm控制器
CN105553023A (zh) * 2016-01-21 2016-05-04 长安大学 一种多环路复合型开关式电池充电转换器电路
CN105763047A (zh) * 2016-03-08 2016-07-13 中山大学 一种全波电感电流采样电路
CN106571742A (zh) * 2016-09-13 2017-04-19 上海芯导电子科技有限公司 一种升压转换器
CN106771486A (zh) * 2016-12-20 2017-05-31 电子科技大学 一种电流采样电路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114696605A (zh) * 2020-12-31 2022-07-01 圣邦微电子（北京）股份有限公司 升降压变换器及其电感电流采样电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106026653B (zh) 具有斜坡补偿的升降压变换器及其控制器和控制方法
CN103155389B (zh) 电压调节器、包络追踪电源系统、传输模块、及集成电路设备
CN107659151A (zh) 无需外部采样电阻的Buck负载电流检测电路及方法
CN104486891B (zh) Led驱动电路及恒定电流驱动器
CN106253671A (zh) 一种适用于cot控制的内部纹波补偿电路
CN104101764B (zh) 一种应用于dc‑dc转换器的新型电感电流检测电路
CN105827123B (zh) 电源变换电路及其驱动控制电路
CN206962700U (zh) 无需外部采样电阻的Buck转换器负载电流检测电路
CN103944375B (zh) 一种pfc控制电路和应用其的pfc电路
CN104253957B (zh) 低功耗的恒流及背光控制电路和电视机
CN105811761B (zh) 一种电流采样电路及集成电流采样电路的boost电路
WO2020147637A1 (zh) 一种基准电压生成电路及开关电源
CN107656124A (zh) 无需外部采样电阻的Boost负载电流检测电路及方法
CN107290581A (zh) 一种开关电路的电流检测电路及开关电路
CN206788231U (zh) 无需外部采样电阻的Boost转换器负载电流检测电路
CN102196621A (zh) 一种led调光电路
CN206294082U (zh) 一种llc谐振变换器及其控制装置
CN106849659B (zh) 四开关Buck-Boost变换器的控制方法及控制电路
CN100448147C (zh) 电流型dc-dc变换器均压控制电路
CN108039819A (zh) 一种dc-dc升压转换器输出电流采样电路
CN104753346B (zh) 一种提高buck电路的效率的技术
CN210380337U (zh) 一种支持灵活输入输出的充电芯片
CN209184560U (zh) 一种基准电压生成电路及开关电源
CN205319759U (zh) 一种电池充电转换器电路
CN106571742A (zh) 一种升压转换器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180515

RJ01 Rejection of invention patent application after publication