CN112865511B - 一种用于dcdc变换器的电流检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于DCDC变换器的电流检测电路，主要包括谷值电流检测部分与比较器部分，该电路可用于确定电感谷值电流的大小。CTL为下功率管控制信号，低电平时下功率管导通，开启谷值电流比较模块；SLEEP为控制信号，高电平时芯片正常工作，低电平时，芯片进入休眠模式；SW为下功率管漏端电压；VS和VG分别为SW和GND转换后的电压，这两个信号经比较器CMP比较后得到VCMP信号，该信号经过逻辑模块等控制功率管的打开或关断。本发明通过检测MOS管导通电阻的电压降，可较为精确的检测电感电流，电路结构简单，响应速度快。

Description

一种用于DCDC变换器的电流检测电路
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，具体为一种用于DCDC变换器的电流检测电路。
背景技术
随着手持设备与便携式电子产品的广泛应用，对电源管理IC的需求不断上升。开关电源因转换效率高、输出电流大、静态电流小，输出负载范围宽等优点而被广泛应用。因为电流模结构的DCDC变换器具有动态响应速度快，补偿网络简单的优点，故电源管理IC多采用电流模式DCDC变换器。对于电流模结构，电流检测电路是其重要的组成部分之一。电流检测电路的精度不仅影响环路控制的精度，更是影响芯片稳定性的关键模块。目前常用的电流检测电路结构较为复杂，难以在高压情况下使用，且一般会使用到运算放大器等结构，增加了设计难度，并需占用较大的版图面积。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种用于DCDC变换器的电流检测电路。
实现本发明目的的技术方案为：一种用于DCDC变换器的电流检测电路，包括第一电阻R1a、第二电阻R1b、第三电阻R1c、第四电阻R1d、第五电阻R2a、第六电阻R2b、第七电阻R3a、第八电阻R3b、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10、第十一NMOS管MN11、第十二NMOS管MN12、第十三NMOS管MN13、第十四NMOS管MN14、第十五NMOS管MN15、第十六NMOS管MN16、第十七NMOS管MN17、第十八NMOS管MN18、第一NLDMOS管HM1、第二NLDMOS管HM2、比较器和电流源；
所述第一NMOS管MN1的栅极与第二NMOS管MN2的栅极接电源，第一NMOS管MN1的漏级通过电流源I0接电源，源级与第二NMOS管MN2的漏级相连；第九NMOS管MN9的栅极接控制信号CTL1，漏级与第二NMOS管MN2的源级相连，并与第十NMOS管MN10的漏级相连，源级与第十二NMOS管MN12的源级相连，并与第三电阻R1c一端相连，所述第三电阻R1c另一端连接第十七NMOS管MN17的漏级；所述第十NMOS管MN10的栅极与第十一NMOS管的栅极接控制信号CTL2，源级与第十一NMOS管MN11的源级相连，并与第二电阻R1b的一端相连，所述第二电阻R1b的另一端连接第一NLDMOS管HM1的漏级；第十二NMOS管MN12的栅极接控制信号CTL1，漏级与第十一NMOS管MN11的漏级相连，并连接第四NMOS管MN4的源级；第四NMOS管MN4与第三NMOS管MN3的栅极接电源，第三NMOS管MN3的源级与第四NMOS管MN4的漏级相接，漏级连接第八电阻R3b的一端，所述第八电阻R3b的另一端通过第六电阻R2b接电源，所述第八电阻R3b与第六电阻R2b之间引出输出信号VG，并连接到比较器的反相输入端；第十七NMOS管MN17的栅极连接输入信号SLEEP，源级接地；第一NLDMOS管HM1的栅极接电源，源级接输入信号PGND；
第五NMOS管MN5与第六NMOS管MN6的栅极接电源，第五NMOS管MN5的漏级接输入信号IEA，源级与第六NMOS管MN6的漏级相连；第十三NMOS管MN13的栅极接控制信号CTL1，漏级与第六NMOS管MN6的源级相连，并连接到第十四NMOS管MN14的漏级，源级与第十六NMOS管MN16的源级相连，并连接到第四电阻R1d，所述第四电阻R1d的另一端与第十八NMOS管MN18的漏级相连；第十四NMOS管MN14与第十五NMOS管MN15的栅极接控制信号CTL2，第十四NMOS管MN14的源级与第十五NMOS管MN15的源级相接，并连接到第一电阻R1a，所述第一电阻R1a的另一端与第二NLDMOS管HM2的漏级相接；第十六NMOS管MN16的栅极接控制信号CTL1，漏级与第十五NMOS管MN15的漏级相接，并连接第八NMOS管MN8的源级；第七NMOS管MN7与第八NMOS管MN8的栅极连接电源，第七NMOS管MN7的源级与第第八NMOS管MN8的漏级相连，漏级连接第七电阻R3a，该电阻通过第五电阻R2a接电源，两电阻之间引出输出信号VS，并连接到比较器的正向输入端；第十八NMOS管MN18的栅极连接输入信号SLEEP，源级接地；第二NLDMOS管HM2的栅极接控制信号CTL2，源级接输入信号SW；比较器的输出信号为VCMP。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明通过检测MOS管导通电阻的电压降，可较为精确的检测电感电流，电路结构简单，响应速度快，可适用于宽范围输入电压的DCDC变换器。
附图说明
图1为本发明的电流检测电路结构示意图。
图2为本发明的电流检测电路正常工作时的简化电路图。
图3为本发明的电流检测电路正常工作时的关键节点波形图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种用于DCDC变换器的电流检测电路，包括第一电阻R1a、第二电阻R1b、第三电阻R1c、第四电阻R1d、第五电阻R2a、第六电阻R2b、第七电阻R3a、第八电阻R3b、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10、第十一NMOS管MN11、第十二NMOS管MN12、第十三NMOS管MN13、第十四NMOS管MN14、第十五NMOS管MN15、第十六NMOS管MN16、第十七NMOS管MN17、第十八NMOS管MN18、第一NLDMOS管HM1、第二NLDMOS管HM2、比较器和电流源；
所述第一NMOS管MN1的栅极与第二NMOS管MN2的栅极接电源，第一NMOS管MN1的漏级通过电流源I0接电源，源级与第二NMOS管MN2的漏级相连；第九NMOS管MN9的栅极接控制信号CTL1，漏级与第二NMOS管MN2的源级相连，并与第十NMOS管MN10的漏级相连，源级与第十二NMOS管MN12的源级相连，并与第三电阻R1c一端相连，所述第三电阻R1c另一端连接第十七NMOS管MN17的漏级；所述第十NMOS管MN10的栅极与第十一NMOS管的栅极接控制信号CTL2，源级与第十一NMOS管MN11的源级相连，并与第二电阻R1b的一端相连，所述第二电阻R1b的另一端连接第一NLDMOS管HM1的漏级；第十二NMOS管MN12的栅极接控制信号CTL1，漏级与第十一NMOS管MN11的漏级相连，并连接第四NMOS管MN4的源级；第四NMOS管MN4与第三NMOS管MN3的栅极接电源，第三NMOS管MN3的源级与第四NMOS管MN4的漏级相接，漏级连接第八电阻R3b的一端，所述第八电阻R3b的另一端通过第六电阻R2b接电源，所述第八电阻R3b与第六电阻R2b之间引出输出信号VG，并连接到比较器的反相输入端；第十七NMOS管MN17的栅极连接输入信号SLEEP，源级接地；第一NLDMOS管HM1的栅极接电源，源级接输入信号PGND；
第五NMOS管MN5与第六NMOS管MN6的栅极接电源，第五NMOS管MN5的漏级接输入信号IEA，源级与第六NMOS管MN6的漏级相连；第十三NMOS管MN13的栅极接控制信号CTL1，漏级与第六NMOS管MN6的源级相连，并连接到第十四NMOS管MN14的漏级，源级与第十六NMOS管MN16的源级相连，并连接到第四电阻R1d，所述第四电阻R1d的另一端与第十八NMOS管MN18的漏级相连；第十四NMOS管MN14与第十五NMOS管MN15的栅极接控制信号CTL2，第十四NMOS管MN14的源级与第十五NMOS管MN15的源级相接，并连接到第一电阻R1a，所述第一电阻R1a的另一端与第二NLDMOS管HM2的漏级相接；第十六NMOS管MN16的栅极接控制信号CTL1，漏级与第十五NMOS管MN15的漏级相接，并连接第八NMOS管MN8的源级；第七NMOS管MN7与第八NMOS管MN8的栅极连接电源，第七NMOS管MN7的源级与第第八NMOS管MN8的漏级相连，漏级连接第七电阻R3a，该电阻通过第五电阻R2a接电源，两电阻之间引出输出信号VS，并连接到比较器的正向输入端；第十八NMOS管MN18的栅极连接输入信号SLEEP，源级接地；第二NLDMOS管HM2的栅极接控制信号CTL2，源级接输入信号SW；比较器的输出信号为VCMP。
如图1所示，I0为偏置电流，IEA为误差放大器的输出电流，可表示为：
Figure BDA0002894478690000041
CTL1与CTL2为相反的控制信号，当上功率管关闭，下功率管打开时，CTL1为低电平，CTL2为高电平，电流检测电路开始工作；SLEEP为控制信号，高电平时芯片正常工作，低电平时，芯片进入休眠模式；SW为下功率管漏端电压；VS与VG分别为SW和PGND转换后的电压，经由比较器比较后输出VCMP信号。令电阻R1a＝R1b＝R1c＝R1，R1d＝0.5R1，R2a＝R2b＝R2，R3a＝R3b＝R3。
虚线框中的MOS管构成复合管，由两个相同的NMOS管串联构成。与其等效的同宽度长沟道的管子相比，他们有相同的直流特性，但是复合管比单管的截止频率更高，所以这种复合管适合工作在高开关频率的电路中。
当SLEEP为高电平，并且CTL1为低电平，CTL2为高电平时，此时下功率管导通，电流检测电路开始工作。等效电路如图2：
VX＝R1b*(IX+I0)＝R1*(IX+I0)
VY＝VSW+R1a*(IY+IEA)＝VSW+R1*(IY+IEA)
所以：
Figure BDA0002894478690000051
Figure BDA0002894478690000052
解出IX和IY，可得：
Figure BDA0002894478690000053
Figure BDA0002894478690000054
所以：
Figure BDA0002894478690000055
Figure BDA0002894478690000056
令VG＝Vs，可得
VSW＝(I0-IEA)*R1
由于
Figure BDA0002894478690000057
所以
Figure BDA0002894478690000058
当VSW等于该值时，比较器翻转，关闭下管，打开上管，控制自适应导通模块产生固定导通时间。
当CTL1为高电平，CTL2为低电平时，此时上功率管导通，下功率管关断。等效电路图与图2类似，只是R1a和R1b的值发生改变，分别为1/2R1和R1，R1a接SW的一端接GND，
R1b接PGND的一端也接GND，按照之前的推导，可得：
Figure BDA0002894478690000061
Figure BDA0002894478690000062
可看到此时VS小于VG，故VCMP输出为低。
当SLEEP为低电平时，系统进入休眠模式，输出信号VCMP锁定为低电平。
图3为实际电路仿真图，可以看出正常工作时VS点电压缓慢上升，当VS点上升到与VG相等时，比较器翻转，同时控制信号CTL2跳低，比较输出恒为低电平。
综上所述，本发明提出的电流检测电路可以在简化电路结构节省芯片面积的基础上，较为精确的实现了电感电流检测，在保证系统稳定性的基础上，适用于更多类型的DCDC转换器结构。

Claims (3)

1.一种用于DCDC变换器的电流检测电路，其特征在于，包括第一电阻R1a、第二电阻R1b、第三电阻R1c、第四电阻R1d、第五电阻R2a、第六电阻R2b、第七电阻R3a、第八电阻R3b、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10、第十一NMOS管MN11、第十二NMOS管MN12、第十三NMOS管MN13、第十四NMOS管MN14、第十五NMOS管MN15、第十六NMOS管MN16、第十七NMOS管MN17、第十八NMOS管MN18、第一NLDMOS管HM1、第二NLDMOS管HM2、比较器和电流源；
所述第一NMOS管MN1的栅极与第二NMOS管MN2的栅极接第一电源，第一NMOS管MN1的漏级通过电流源I0接第一电源，源级与第二NMOS管MN2的漏级相连；第九NMOS管MN9的栅极接控制信号CTL1，漏级与第二NMOS管MN2的源级相连，并与第十NMOS管MN10的漏级相连，源级与第十二NMOS管MN12的源级相连，并与第三电阻R1c一端相连，所述第三电阻R1c另一端连接第十七NMOS管MN17的漏级；所述第十NMOS管MN10的栅极与第十一NMOS管的栅极接控制信号CTL2，源级与第十一NMOS管MN11的源级相连，并与第二电阻R1b的一端相连，所述第二电阻R1b的另一端连接第一NLDMOS管HM1的漏级；第十二NMOS管MN12的栅极接控制信号CTL1，漏级与第十一NMOS管MN11的漏级相连，并连接第四NMOS管MN4的源级；第四NMOS管MN4与第三NMOS管MN3的栅极接第一电源，第三NMOS管MN3的源级与第四NMOS管MN4的漏级相接，漏级连接第八电阻R3b的一端，所述第八电阻R3b的另一端通过第六电阻R2b接第一电源，所述第八电阻R3b与第六电阻R2b之间引出输出信号VG，并连接到比较器的反相输入端；第十七NMOS管MN17的栅极连接输入信号SLEEP，源级接地；第一NLDMOS管HM1的栅极接第二电源，源级接输入信号PGND；
第五NMOS管MN5与第六NMOS管MN6的栅极接第一电源，第五NMOS管MN5的漏级接输入信号IEA，源级与第六NMOS管MN6的漏级相连；第十三NMOS管MN13的栅极接控制信号CTL1，漏级与第六NMOS管MN6的源级相连，并连接到第十四NMOS管MN14的漏级，源级与第十六NMOS管MN16的源级相连，并连接到第四电阻R1d，所述第四电阻R1d的另一端与第十八NMOS管MN18的漏级相连；第十四NMOS管MN14与第十五NMOS管MN15的栅极接控制信号CTL2，第十四NMOS管MN14的源级与第十五NMOS管MN15的源级相接，并连接到第一电阻R1a，所述第一电阻R1a的另一端与第二NLDMOS管HM2的漏级相接；第十六NMOS管MN16的栅极接控制信号CTL1，漏级与第十五NMOS管MN15的漏级相接，并连接第八NMOS管MN8的源级；第七NMOS管MN7与第八NMOS管MN8的栅极连接第一电源，第七NMOS管MN7的源级与第八NMOS管MN8的漏级相连，漏级连接第七电阻R3a，该电阻通过第五电阻R2a接第一电源，两电阻之间引出输出信号VS，并连接到比较器的正向输入端；第十八NMOS管MN18的栅极连接输入信号SLEEP，源级接地；第二NLDMOS管HM2的栅极接控制信号CTL2，源级接输入信号SW；比较器的输出信号为VCMP。
2.根据权利要求1所述的用于DCDC变换器的电流检测电路，其特征在于，控制信号CTL1与控制信号CTL2为相反的控制信号。
3.根据权利要求1所述的用于DCDC变换器的电流检测电路，其特征在于，电阻R1a＝R1b＝R1c＝R1，R1d＝0.5R1，R2a＝R2b＝R2，R3a＝R3b＝R3。
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