CN116207949A - 电流采样电路及直流-直流变换器 - Google Patents

Abstract

本申请适用于直流‑直流变换器技术领域，提供了一种电流采样电路及直流‑直流变换器。上述电流采样电路包括第一采样单元，用于与直流电源电连接，还用于将直流电源输出的初始电流转换为第一电流。第二采样单元，用于与直流电源电连接，还用于将初始电流转换为第二电流；其中，第一电流和第二电流呈第一比例。第一电流镜单元，与第二采样单元电连接，用于根据第二电流输出第三电流；其中第二电流和第三电流呈第二比例。第二电流镜单元，与第一电流镜单元电连接，还用于根据第三电流输出第四电流；其中，第三电流和第四电流呈第三比例。本申请提供的电流采样电路可以避免在电流采样过程中产生采样误差，提高电流采样电路的采样精度。

Description

电流采样电路及直流-直流变换器

技术领域

本申请属于直流-直流变换器技术领域，尤其涉及一种电流采样电路及直流-直流变换器。

背景技术

直流-直流变换器是一种将固定的直流电压变换成可变的直流电压的直流变换装置。现有的直流-直流变换器中的电流采样电路均设有运算放大器和其他逻辑运算器件，电路结构较为复杂。在进行电流采样时，可能会存在由于电路结构复杂导致电流采样电路的采样精度低的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种电流采样电路及直流-直流变换器，可以解决现有的直流-直流变换器中的电流采样电路由于电路结构复杂导致采样精度低的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种电流采样电路，包括：

第一采样单元，用于与直流电源电连接，还用于将所述直流电源输出的初始电流转换为第一电流；

第二采样单元，用于与所述直流电源电连接，还用于将所述直流电源输出的初始电流转换为第二电流；其中，所述第一电流和所述第二电流呈第一比例；

第一电流镜单元，与所述第二采样单元电连接，用于根据所述第二电流输出第三电流；其中，所述第二电流和所述第三电流呈第二比例；

第二电流镜单元，与所述第一电流镜单元电连接，用于与所述直流电源电连接，还用于根据所述第三电流输出第四电流；其中，所述第三电流和所述第四电流呈第三比例。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一采样单元包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的栅极用于接收第一控制信号，所述第一开关管的源极分别与所述第二开关管的栅极和所述第二开关管的漏极电连接，所述第一开关管的漏极用于与所述直流电源电连接，所述第二开关管的源极接地。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一采样单元还包括第一电阻和第三开关管，所述第一电阻的第一端分别与所述第一开关管的源极和所述第三开关管的栅极电连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第三开关管的漏极和所述第二开关管的栅极电连接；所述第三开关管的源极与所述第二开关管的漏极电连接，所述第三开关管的衬底分别与所述第二开关管的衬底和所述第二开关管的源极电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二采样单元包括第四开关管，所述第四开关管的栅极用于接收所述第一控制信号，所述第四开关管的源极与所述第一电流镜单元电连接，所述第四开关管的漏极用于与所述直流电源电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一电流镜单元包括第五开关管和第六开关管，所述第五开关管的栅极分别与所述第五开关管的漏极和所述第六开关管的栅极电连接，所述第五开关管的源极与所述第六开关管的源极电连接并接地，所述第六开关管的漏极与所述第二电流镜单元电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一电流镜单元还包括第二电阻、第七开关管和第八开关管；

所述第二电阻的第一端分别与所述第二采样单元、所述第七开关管的栅极和所述第八开关管的栅极电连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第七开关管的漏极、所述第五开关管的栅极和所述第六开关管的栅极电连接；所述第七开关管的源极与所述第五开关管的漏极电连接，所述第七开关管的衬底分别与所述第五开关管的衬底和所述第五开关管的源极电连接；所述第八开关管的源极与所述第六开关管的漏极电连接，所述第八开关管的漏极与所述第二电流镜单元电连接，所述第八开关管的衬底分别与所述第六开关管的衬底和所述第六开关管的源极电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二电流镜单元包括第九开关管和第十开关管，所述第九开关管的栅极分别与所述第九开关管的漏极和所述第十开关管的栅极电连接，所述第九开关管的源极用于分别与所述直流电源和所述第十开关管的源极电连接，所述第十开关管的漏极作为所述电流采样电路的输出端。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二电流镜单元还包括第三电阻、第十一开关管和第十二开关管；

所述第三电阻的第一端分别与所述第一电流镜单元、所述第十一开关管的栅极和所述第十二开关管的栅极电连接，所述第三电阻的第二端分别与所述第十一开关管的漏极、所述第九开关管的栅极和所述第十开关管的栅极电连接；所述第十一开关管的源极与所述第九开关管的漏极电连接，所述第十一开关管的衬底分别与所述第九开关管的衬底和所述第九开关管的源极电连接；所述第十二开关管的源极与所述第十开关管的漏极电连接，所述第十二开关管的漏极作为所述电流采样电路的输出端，所述第十二开关管的衬底分别与所述第十开关管的衬底和所述第十开关管的源极电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电流采样电路还包括第一电流源，所述第一电流源的输入端分别与所述第一电流镜单元和所述第一采样单元电连接，所述第一电流源的输出端接地。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电流采样电路还包括基准电流单元和反相单元；

所述基准电流单元的第一端分别与所述电流采样电路的输出端和所述反相单元的输入端电连接，所述基准电流单元的第二端接地，所述反相单元的输出端用于输出过流信号；

所述基准电流单元用于提供基准电流；所述反相单元用于在所述第四电流大于所述基准电流时输出所述过流信号。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述基准电流单元包括第二电流源，所述第二电流源的输入端作为所述基准电流单元的第一端，与所述电流采样电路的输出端电连接，所述第二电流源的输出端作为所述基准电流单元的第二端接地。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述反相单元包括第一反相器和第二反相器，所述第一反相器的输入端作为所述反相单元的输入端，与所述电流采样电路的输出端电连接，所述第一反相器的输出端与所述第二反相器的输入端电连接，所述第二反相器的输出端作为所述反相单元的输出端，用于输出所述过流信号。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电流采样电路还包括第一分压单元、误差放大单元和第一稳压单元；

所述第一分压单元分别与所述误差放大单元和所述第一稳压单元电连接，所述误差放大单元分别与所述第一采样单元和所述第二采样单元电连接；

所述第一分压单元用于将所述第一采样单元输出的第一电压进行分压，得到第二电压，并将所述第二电压传送至所述误差放大单元；

所述误差放大单元用于根据第一基准电压和所述第二电压向所述第一采样单元和所述第二采样单元输出误差信号；

所述第一稳压单元用于对所述第一电压进行稳压。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电流采样电路还包括第二分压单元、控制单元、第二稳压单元、滤波单元和开关单元；

所述第二分压单元分别与所述控制单元、所述滤波单元和所述第二稳压单元电连接，所述控制单元分别与所述第一采样单元和所述第二采样单元电连接，所述开关单元分别与所述滤波单元和所述第一采样单元电连接；

所述第二分压单元用于将所述第一采样单元输出的第一电压进行分压，得到第三电压，并将所述第三电压传送至所述控制单元；

所述控制单元用于根据第二基准电压和所述第三电压向所述第一采样单元和所述第二采样单元输出第一控制信号，还用于根据所述第二基准电压和所述第三电压向所述开关单元输出第二控制信号；

所述第二稳压单元用于对所述第一电压进行稳压；

所述滤波单元用于对所述第一电压进行滤波；

所述开关单元用于根据所述第二控制信号导通或断开。

第二方面，本申请实施例提供了一种直流-直流变换器，包括第一方面中任一项所述的电流采样电路。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请实施例提供的电流采样电路，包括第一采样单元、第二采样单元、第一电流镜单元和第二电流镜单元。其中，第一采样单元，用于与直流电源电连接，还用于将直流电源输出的初始电流转换为第一电流。第二采样单元，用于将直流电源输出的初始电流转换为第二电流。其中，第一电流和第二电流呈第一比例。相较于传统的电流采样电路，本申请提供的电流采样电路无需设置运算放大器等器件，电路结构简单。同时，第一电流镜单元用于根据第二电流输出第三电流，其中，第二电流和第三电流呈第二比例。第二电流镜单元用于根据第三电流输出第四电流，其中，第三电流和第四电流呈第三比例，第四电流即为电流采样电路的采样电流。本申请提供的电流采样电路在电流采样过程中，第一电流镜单元和第二电流镜单元只需将输入的电流按照预设比例输出对应的电流，无需进行大量的逻辑运算，可以避免在电流采样过程中产生采样误差，提高电流采样电路的采样精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的电流采样电路的原理框图；

图2是本申请一实施例提供的电流采样电路的电路连接示意图；

图3是本申请另一实施例提供的电流采样电路的电路连接示意图；

图4是本申请另一实施例提供的电流采样电路的电路连接示意图；

图5是本申请另一实施例提供的电流采样电路的电路连接示意图；

图6是本申请另一实施例提供的电流采样电路的电路连接示意图；

图7是本申请另一实施例提供的电流采样电路的电路连接示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当…时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

现有的直流-直流变换器中的电流采样电路均设有运算放大器和其他逻辑运算器件，电路结构较为复杂。在进行电流采样时，可能会存在由于电路结构复杂导致电流采样电路的采样精度低的问题。

基于上述问题，本申请实施例提供的电流采样电路，包括第一采样单元、第二采样单元、第一电流镜单元和第二电流镜单元。其中，第一采样单元，用于与直流电源电连接，还用于将直流电源输出的初始电流转换为第一电流。第二采样单元，用于将直流电源输出的初始电流转换为第二电流。其中，第一电流和第二电流呈第一比例。相较于传统的电流采样电路，本申请提供的电流采样电路无需设置运算放大器等器件，电路结构简单。同时，第一电流镜单元用于根据第二电流输出第三电流，其中，第二电流和第三电流呈第二比例。第二电流镜单元用于根据第三电流输出第四电流，其中，第三电流和第四电流呈第三比例，第四电流即为电流采样电路的采样电流。本申请提供的电流采样电路在电流采样过程中，第一电流镜单元和第二电流镜单元只需将输入的电流按照预设比例输出对应的电流，无需进行大量的逻辑运算，可以避免在电流采样过程中产生采样误差，提高电流采样电路的采样精度。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1示出了本申请一实施例提供的电流采样电路10的原理框图。参见图1所示，电流采样电路10包括第一采样单元101、第二采样单元102、第一电流镜单元103和第二电流镜单元104。

具体的，第一采样单元101，用于与直流电源VDD电连接，还用于将直流电源VDD输出的初始电流转换为第一电流。第二采样单元102，用于将直流电源VDD输出的初始电流转换为第二电流。其中，第一电流和第二电流呈第一比例。相较于传统的电流采样电路，本申请提供的电流采样电路10无需设置运算放大器等器件，电路结构简单。同时，第一电流镜单元103用于根据第二电流输出第三电流，其中，第二电流和第三电流呈第二比例。第二电流镜单元104用于根据第三电流输出第四电流，其中，第三电流和第四电流呈第三比例，第四电流即为电流采样电路10的采样电流Io。本申请提供的电流采样电路10在电流采样过程中，第一电流镜单元103和第二电流镜单元104只需将输入的电流按照预设比例输出对应的电流，无需进行大量的逻辑运算，可以避免在电流采样过程中产生采样误差，提高电流采样电路10的采样精度。

本申请实施例提供的电流采样电路10结构简单，且第一电流、第二电流、第三电流和第四电流均呈比例，可以根据设定的比例系数获取采样电流Io，无需增设复杂的逻辑运算器件，可以提高电流采样电路10的采样速度。

需要说明的是，第一比例为第一电流和第二电流之比，第一比例可以根据电路的实际情况进行设定，例如，可以设定第一比例为k:1，其中，k可以设定为远大于1的数值。第二比例为第二电流与第三电流之比，即为第一电流镜单元103的镜像比例，第二比例可以根据电路的实际情况进行设定，例如，可以设定第二比例为1:1。第三比例为第三电流与第四电流之比，即为第二电流镜单元104的镜像比例，第三比例可以根据电路的实际情况进行设定，例如，可以设定第三比例为1:1。

若设定第一电流为I，根据第一比例可以得到第二电流为

·I，根据第二比例可以得到第三电流为

·I，根据第三比例得到第四电流（采样电流Io）为

·I，即电流采样电路10的输出端输出的采样电流Io为

·I。

在本申请的一个实施例中，如图2所示，第一采样单元101包括第一开关管Q1和第二开关管Q2，第一开关管Q1的栅极用于接收第一控制信号，第一开关管Q1的源极分别与第二开关管Q2的栅极和第二开关管Q2的漏极电连接，第一开关管Q1的漏极用于与直流电源VDD电连接，第二开关管Q2的源极接地。

具体的，第一开关管Q1的栅极用于接收第一控制信号，并根据第一控制信号导通或断开。第二开关管Q2的栅极和漏极电连接，此时第二开关管Q2相当于二极管，即二极管的阳极与第一开关管Q1的源极电连接，二极管的阴极接地。当第一开关管Q1和第二开关管Q2均处于导通状态时，即第一开关管Q1的源极和漏极之间导通，第二开关管Q2的源极和漏极之间导通，电流由直流电源VDD流出，流经第一开关管Q1的漏极、第一开关管Q1的源极、第二开关管Q2的漏极和第二开关管Q2的源极，流到地，形成闭合回路。由于第一开关管Q1存在导通电阻，可以将直流电源VDD输出的初始电流转换为第一电流。

示例性的，设计人员可以根据实际情况对第一开关管Q1和第二开关管Q2的类型进行选取，如图2所示，可以选取第一开关管Q1和第二开关管Q2均为N型MOS管。如图3所示，也可以选取第一开关管Q1为P型MOS管，选取第二开关管Q2为N型MOS管。若第一开关管Q1为P型MOS管，第二开关管Q2为N型MOS管，此时，第一开关管Q1的栅极用于接收第一控制信号，第一开关管Q1的漏极分别与第二开关管Q2的栅极和第二开关管Q2的漏极电连接，第一开关管Q1的源极用于与直流电源VDD电连接，第二开关管Q2的源极接地。当第一开关管Q1和第二开关管Q2均处于导通状态时，即第一开关管Q1的源极和漏极之间导通，第二开关管Q2的源极和漏极之间导通，电流由直流电源VDD流出，流经第一开关管Q1的源极、第一开关管Q1的漏极、第二开关管Q2的漏极和第二开关管Q2的源极，流到地，形成闭合回路。

需要说明的是，第一采样单元101中的第一开关管Q1为P型MOS管的工作原理与第一开关管Q1为N型MOS管的工作原理基本相同，在此不做过多赘述。

在本申请的一个实施例中，如图2所示，第二采样单元102包括第四开关管Q4，第四开关管Q4的栅极用于接收第一控制信号，第四开关管Q4的源极与第一电流镜单元103电连接，第四开关管Q4的漏极用于与直流电源VDD电连接。

具体的，第四开关管Q4的栅极用于接收第一控制信号，并根据第一控制信号导通或断开。当第四开关管Q4处于导通状态时，即第四开关管Q4的源极和漏极之间导通，电流由直流电源VDD流出，流经第四开关管Q4的漏极、第四开关管Q4的源极和第一电流镜单元103，流到地，形成闭合回路。由于第四开关管Q4存在导通电阻，可以将直流电源VDD输出的初始电流转换为第二电流，并将第二电流输入至第一电流镜单元103。

需要说明的是，第一开关管Q1的栅极和第四开关管Q4的栅极均用于接收第一控制信号，即第一开关管Q1和第四开关管Q4可以实现同时导通或断开。

示例性的，设计人员可以根据实际情况对第四开关管Q4的类型进行选取，如图2所示，可以选取第四开关管Q4为N型MOS管。如图3所示，也可以选取第四开关管Q4为P型MOS管。若第四开关管Q4为P型MOS管，此时，第四开关管Q4的栅极用于接收第一控制信号，第四开关管Q4的漏极与第一电流镜单元103电连接，第四开关管Q4的源极用于与直流电源VDD电连接。当第四开关管Q4处于导通状态时，即第四开关管Q4的源极和漏极之间导通，电流由直流电源VDD流出，流经第四开关管Q4的源极、第四开关管Q4的漏极和第一电流镜单元103，流到地，形成闭合回路。

需要说明的是，第二采样单元102中的第四开关管Q4为P型MOS管的工作原理与第四开关管Q4为N型MOS管的工作原理基本相同，在此不做过多赘述。

在本申请的一个实施例中，如图2所示，第一电流镜单元103包括第五开关管Q5和第六开关管Q6，第五开关管Q5的栅极分别与第五开关管Q5的漏极和第六开关管Q6的栅极电连接，第五开关管Q5的源极与第六开关管Q6的源极电连接并接地，第六开关管Q6的漏极与第二电流镜单元104电连接。

具体的，由于第五开关管Q5与第四开关管Q4串联，因此，第四开关管Q4的源极向第一电流镜单元103输出的第二电流即为流经第五开关管Q5的电流。又由于第五开关管Q5和第六开关管Q6构成电流镜，且镜像比例为第二比例。因此，流经第六开关管Q6的电流可以通过复制第五开关管Q5的电流获取。由此获取流经第六开关管Q6的电流（第三电流），即为第一电流镜单元103的输出电流。

需要说明的是，由于第五开关管Q5的栅极、第五开关管Q5的漏极和第六开关管Q6的栅极均与第四开关管Q4的源极电连接，因此，当第四开关管Q4处于导通状态时，第五开关管Q5的栅极和第六开关管Q6的栅极均被拉高，第五开关管Q5和第六开关管Q6均处于导通状态，可以构成闭合回路，从而获取第一电流镜单元103的输出电流。

示例性的，设计人员可以根据实际情况对第五开关管Q5和第六开关管Q6的类型进行选取，如图2所示，可以选取第五开关管Q5和第六开关管Q6均为N型MOS管。设计人员还可以根据实际情况对第二比例进行设定，例如，可以设定第二比例为1:1，即流经第五开关管Q5的电流与流经第六开关管Q6的电流相同。

在本申请的一个实施例中，如图2所示，第二电流镜单元104包括第九开关管Q9和第十开关管Q10，第九开关管Q9的栅极分别与第九开关管Q9的漏极和第十开关管Q10的栅极电连接，第九开关管Q9的源极用于分别与直流电源VDD和第十开关管Q10的源极电连接，第十开关管Q10的漏极作为电流采样电路10的输出端。

具体的，由于第九开关管Q9与第六开关管Q6串联，因此，第六开关管Q6的漏极向第二电流镜单元104输出的第三电流即为流经第九开关管Q9的电流。又由于第九开关管Q9和第十开关管Q10构成电流镜，且镜像比例为第三比例。因此，流经第十开关管Q10的电流可以通过复制第九开关管Q9的电流获取。由此获取流经第十开关管Q10的电流（第四电流），即为第二电流镜单元104的输出电流（电流采样电路10的采样电流Io）。

需要说明的是，由于第九开关管Q9的栅极、第九开关管Q9的漏极和第十开关管Q10的栅极均与第六开关管Q6的漏极电连接，因此，当第六开关管Q6处于导通状态时，第九开关管Q9的栅极和第十开关管Q10的栅极均被拉低，第九开关管Q9和第十开关管Q10均处于导通状态，可以构成闭合回路，从而获取第二电流镜单元104的输出电流，即电流采样电路10的采样电流Io。

示例性的，设计人员可以根据实际情况对第九开关管Q9和第十开关管Q10的类型进行选取，如图2所示，可以选取第九开关管Q9和第十开关管Q10均为P型MOS管。设计人员还可以根据实际情况对第三比例进行设定，例如，可以设定第三比例为1:1，即流经第九开关管Q9的电流与流经第十开关管Q10的电流相同。

在本申请的一个实施例中，如图2所示，电流采样电路10还包括第一电流源Ia，第一电流源Ia的输入端分别与第一电流镜单元103和第一采样单元101电连接，第一电流源Ia的输出端接地。

具体的，第一电流源Ia用于提供偏置，产生合适的VX节点的电压为第五开关管Q5和第六开关管Q6提供虚拟地。同时，设置第一电流源Ia可以避免第一电流镜单元103直接接地，防止出现电流过大导致第二开关管Q2的电流不受控制，可能会损坏第二开关管Q2。

需要说明的是，第一电流源Ia的电流满足：

其中，VIN为直流电源VDD的输出电压，VGS为第五开关管Q5的栅极和源极之间的电压，R为第四开关管Q4的导通电阻。

第一电流源Ia的电流满足上述公式，可以确保流经第二开关管Q2的电流不为零，使第二开关管Q2处于导通状态。

为了清楚说明上述电流采样电路10的工作原理，下面结合图2以实际的例子进行说明。

若设定第一比例为k:1，其中，k可以设定为远大于1的数值，第二比例为1:1，第三比例为1:1，设定第一电流为I。

由上可知，流经第一开关管Q1的电流为I，根据第一比例可以得到流经第四开关管Q4的电流为

·I，由于第五开关管Q5与第四开关管Q4串联，由此可知，流经第五开关管Q5的电流为

·I。由于第五开关管Q5和第六开关管Q6构成电流镜，可以根据第二比例得到流经第六开关管Q6的电流为

·I。由于第九开关管Q9和第六开关管Q6串联，由此可知，流经第九开关管Q9的电流为

·I。由于第九开关管Q9和第十开关管Q10构成电流镜，因此可以根据第三比例得到流经第十开关管Q10的电流为

·I。由此，可以获取电流采样电路10的采样电流Io为

·I。

需要说明的是，在版图设计时，第一开关管Q1和第四开关管Q4需要匹配设计，使第一开关管Q1和第四开关管Q4的导通电阻的比例维持恒定，避免受生产工艺、温度变化或直流电源VDD变化的影响，一般设置第一开关管Q1和第四开关管Q4两者的沟道宽度和沟道长度之比为k:1，其中，k一般设定为远大于1的数值。

需要说明的是，由于第二开关管Q2的栅极和漏极电连接，第五开关管Q5的栅极和漏极电连接，因此，第二开关管Q2和第五开关管Q5均相当于二极管。此时，第一开关管Q1的源极电压（LX节点电压）等于VX节点电压与二极管（第二开关管Q2）导通压降之和，第四开关管Q4的源极电压等于VX节点电压与二极管（第五开关管Q5）导通压降之和，即第一开关管Q1的源极电压等于第四开关管Q4的源极电压。同时，第一开关管Q1的栅极与第四开关管Q4的栅极电连接，第一开关管Q1的漏极与第四开关管Q4的漏极电连接，即第一开关管Q1的栅极电压等于第四开关管Q4的栅极电压，第一开关管Q1的漏极电压等于第四开关管Q4的漏极电压。综上可知，第一开关管Q1的源极电压、栅极电压和漏极电压均与第四开关管Q4的源极电压、栅极电压和漏极电压相同，即第四开关管Q4可以按照第一比例复制第一开关管Q1的电流特性。

为了提高第一电流镜单元103和第二电流镜单元104复制电流的精度，如图4所示，第一电流镜单元103还包括第二电阻R2、第七开关管Q7和第八开关管Q8。第二电阻R2的第一端分别与第二采样单元102、第七开关管Q7的栅极和第八开关管Q8的栅极电连接，第二电阻R2的第二端分别与第七开关管Q7的漏极、第五开关管Q5的栅极和第六开关管Q6的栅极电连接；第七开关管Q7的源极与第五开关管Q5的漏极电连接，第七开关管Q7的衬底分别与第五开关管Q5的衬底和第五开关管Q5的源极电连接；第八开关管Q8的源极与第六开关管Q6的漏极电连接，第八开关管Q8的漏极与第二电流镜单元104电连接，第八开关管Q8的衬底分别与第六开关管Q6的衬底和第六开关管Q6的源极电连接。

具体的，第二电阻R2、第七开关管Q7和第八开关管Q8与第五开关管Q5和第六开关管Q6构成级联电流镜，可以提高第一电流镜单元103复制电流的精度，提高电流采样电路10的可靠性。

需要说明的是，设计人员可以根据实际情况对级联电流镜的个数进行选取，例如，选取一个或两个或其他个数的级联电流镜，选取合适个数的级联电流镜可以使第一电流镜单元103复制电流的精度提高。本申请对级联电流镜的个数在此不作限定。

示例性的，设计人员可以根据实际情况对第七开关管Q7和第八开关管Q8的类型进行选取，如图4所示，可以选取第七开关管Q7和第八开关管Q8均为N型MOS管。

需要说明的是，由于本实施例中级联电流镜的工作原理基本相应于前述电流镜的工作原理，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

在本申请的一个实施例中，如图4所示，第二电流镜单元104还包括第三电阻R3、第十一开关管Q11和第十二开关管Q12。第三电阻R3的第一端分别与第一电流镜单元103、第十一开关管Q11的栅极和第十二开关管Q12的栅极电连接，第三电阻R3的第二端分别与第十一开关管Q11的漏极、第九开关管Q9的栅极和第十开关管Q10的栅极电连接；第十一开关管Q11的源极与第九开关管Q9的漏极电连接，第十一开关管Q11的衬底分别与第九开关管Q9的衬底和第九开关管Q9的源极电连接；第十二开关管Q12的源极与第十开关管Q10的漏极电连接，第十二开关管Q12的漏极作为电流采样电路10的输出端，第十二开关管Q12的衬底分别与第十开关管Q10的衬底和第十开关管Q10的源极电连接。

具体的，第三电阻R3、第十一开关管Q11和第十二开关管Q12与第九开关管Q9和第十开关管Q10构成级联电流镜，可以提高第二电流镜单元104复制电流的精度，提高电流采样电路10的可靠性。

需要说明的是，设计人员可以根据实际情况对级联电流镜的个数进行选取，例如，选取一个或两个或其他个数的级联电流镜，选取合适个数的级联电流镜可以使第二电流镜单元104复制电流的精度提高。本申请对级联电流镜的个数在此不作限定。

示例性的，设计人员可以根据实际情况对第十一开关管Q11和第十二开关管Q12的类型进行选取，如图4所示，可以选取第十一开关管Q11和第十二开关管Q12均为P型MOS管。

需要说明的是，由于本实施例中级联电流镜的工作原理基本相应于前述电流镜的工作原理，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

在本申请的一个实施例中，如图4所示，第一采样单元101还包括第一电阻R1和第三开关管Q3，第一电阻R1的第一端分别与第一开关管Q1的源极和第三开关管Q3的栅极电连接，第一电阻R1的第二端分别与第三开关管Q3的漏极和第二开关管Q2的栅极电连接；第三开关管Q3的源极与第二开关管Q2的漏极电连接，第三开关管Q3的衬底分别与第二开关管Q2的衬底和第二开关管Q2的源极电连接。

具体的，为了使电流采样电路10的第一采样单元101和第一电流镜单元103之间匹配，增设第一电阻R1和第三开关管Q3，可以提高第一采样单元101的采样精度。

示例性的，设计人员可以根据实际情况对第三开关管Q3的类型进行选取，如图4所示，可以选取第三开关管Q3为N型MOS管。

需要说明的是，由于本实施例中第一采样单元101的工作原理基本相应于前述第一采样单元101的工作原理，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

在本申请的一个实施例中，如图5所示，电流采样电路10还包括基准电流单元105和反相单元106。基准电流单元105的第一端分别与电流采样电路10的输出端和反相单元106的输入端电连接，基准电流单元105的第二端接地，反相单元106的输出端用于输出过流信号。基准电流单元105用于提供基准电流；反相单元106用于在第四电流大于基准电流时输出过流信号。

具体的，基准电流单元105用于提供基准电流，当电流采样电路10的输出端输出的采样电流Io（第四电流）大于基准电流时，反相单元106的输入端会接收到预设电平信号，并在反相单元106的输出端输出过流信号。

需要说明的是，反相单元106的输入端接收到的预设电平信号可以为高电平信号，当采样电流Io（第四电流）大于基准电流时，反相单元106接收到高电平信号，并输出过流信号。

在本申请的一个实施例中，如图5所示，基准电流单元105包括第二电流源Ib，第二电流源Ib的输入端作为基准电流单元105的第一端，与电流采样电路10的输出端电连接，第二电流源Ib的输出端作为基准电流单元的第二端接地。

具体的，第二电流源Ib为恒电流输出，用于提供基准电流，当电流采样电路10的输出端输出的采样电流Io（第四电流）大于基准电流时，反相单元106的输入端会接收到预设电平信号，并在反相单元106的输出端输出过流信号。

需要说明的是，本申请中仅示出了作为基准电流单元105的一种元件，并不代表仅有这一种元件可以实现基准电流单元105的功能。其他可以实现该功能的元件也可以替换，不限于此。

在本申请的一个实施例中，如图5所示，反相单元106包括第一反相器inv1和第二反相器inv2，第一反相器inv1的输入端作为反相单元106的输入端，与电流采样电路10的输出端电连接，第一反相器inv1的输出端与第二反相器inv2的输入端电连接，第二反相器inv2的输出端作为反相单元106的输出端，用于输出过流信号。

具体的，第一反相器inv1和第二反相器inv2均用于将输入信号的相位反转180°，当采样电流Io（第四电流）大于基准电流时，第一反相器inv1的输入端接收到高电平信号，高电平信号经过第一反相器inv1的反相作用，在第一反相器inv1的输出端输出低电平信号。此时，第二反相器inv2的输入端接收到第一反相器inv1输出的低电平信号，低电平信号经过第二反相器inv2的反相作用，在第二反相器inv2的输出端输出高电平信号，即过流信号。

示例性的，设计人员可以根据实际情况对反相单元106中的反相器的个数进行选取，例如，选取2个、4个或其他数量的反相器。本申请对反相器的个数在此不做限定。

需要说明的是，本申请中仅示出了作为反相单元106的一种元件，并不代表仅有这一种元件可以实现反相单元106的功能。其他可以实现该功能的元件也可以替换，不限于此。

在本申请的一个实施例中，第二反相器inv2的输出端用于与继电器的控制端电连接。

具体的，当第二反相器inv2的输出端输出高电平信号，即过流信号时，继电器根据第二反相器inv2输出的过流信号断开。

需要说明的是，系统中的应用可以采用继电器断开的方式。

在本申请的一个实施例中，如图6所示，电流采样电路10还包括第一分压单元107、误差放大单元108和第一稳压单元109。

具体的，第一分压单元107分别与误差放大单元108和第一稳压单元109电连接，误差放大单元108分别与第一采样单元101和第二采样单元102电连接；第一分压单元107用于将第一采样单元101输出的第一电压进行分压，得到第二电压，并将第二电压传送至误差放大单元108；误差放大单元108用于根据第一基准电压Vref1和第二电压向第一采样单元101和第二采样单元102输出误差控制信号；第一稳压单元109用于对第一电压进行稳压。

需要说明的是，第一分压单元107包括第四电阻R4和第五电阻R5，误差放大单元108包括误差放大器U1，第一稳压单元109包括第一电容C1。

第四电阻R4的第一端分别与第一开关管Q1的源极、第二开关管Q2的漏极和第一电容C1的第一端电连接，第四电阻R4的第二端分别与第五电阻R5的第一端和误差放大器U1的负向输入端电连接，误差放大器U1的正向输入端用于接收第一基准电压Vref1，误差放大器U1的输出端分别与第一开关管Q1的栅极和第四开关管Q4的栅极电连接，第一电容C1的第二端接地。

具体的，第四电阻R4和第五电阻R5构成第一分压单元，用于将第一采样单元输出的第一电压（LX节点电压）进行分压，得到第二电压，并将第二电压反馈至误差放大器U1的负向输入端。误差放大器U1将分压后的电压信号和第一基准电压Vref1进行比较，并根据比较结果向第一开关管Q1的栅极和第四开关管Q4的栅极输出误差控制信号。当第二电压小于基准电压Vref1时，误差放大器U1通过调节向第一开关管Q1的栅极和第四开关管Q4的栅极输出的误差控制信号，从而调节LX节点电压，使误差放大器U1正向输入端的电压等于误差放大器U1负向输入端的电压。第一电容C1起滤波和稳压作用，确保输出端LX节点电压更稳定，提高电流采样电路10的可靠性。

示例性的，设计人员可以根据实际情况对第一分压单元中电阻的个数进行选取，例如，选取2个、3个或其他数量的电阻。本申请对电阻的个数在此不做限定。同时，设计人员可以根据实际情况对电容个数进行选取，例如，选取1个、2个或其他数量的电容。本申请对电容的个数在此不做限定。

在本申请的一个实施例中，如图7所示，电流采样电路10还包括第二分压单元110、控制单元111、第二稳压单元112、滤波单元113和开关单元114。

具体的，第二分压单元110分别与控制单元111、滤波单元113和第二稳压单元112电连接，控制单元111分别与第一采样单元101和第二采样单元102电连接，开关单元114分别与滤波单元113和第一采样单元101电连接。

第二分压单元110用于将第一采样单元101输出的第一电压进行分压，得到第三电压，并将第三电压传送至控制单元111。

控制单元111用于根据第二基准电压Vref2和第三电压向第一采样单元101和第二采样单元102输出第二控制信号，还用于根据第二基准电压Vref2和第三电压向开关单元114输出第三控制信号。

第二稳压单元112用于对第一电压进行稳压。

滤波单元113用于对第一电压进行滤波。

开关单元114用于根据第三控制信号导通或断开。

需要说明的是，第二分压单元110包括第六电阻R6和第七电阻R7，控制单元111包括控制器U2，第二稳压单元112包括第二电容C2，滤波单元113包括第一电感L1，开关单元114包括第十三开关管Q13。

控制器U2的第一输入端用于接收第二基准电压Vref2，控制器U2的第二输入端分别与第六电阻R6的第二端和第七电阻R7的第一端电连接，控制器U2的第一输出端分别与第一开关管Q1的栅极和第四开关管Q4的栅极电连接，控制器U2的第二输出端与第十三开关管Q13的栅极电连接，第一电感L1的第一端分别与第十三开关管Q13的漏极、第一开关管Q1的源极和第二开关管Q2的漏极电连接，第一电感L1的第二端分别与第二电容C2的第一端和第六电阻R6的第一端电连接，第十三开关管Q13的源极与第一电流源Ia的输入端电连接，第七电阻R7的第二端和第二电容C2的第二端均接地。

具体的，第一电感L1用于滤波，可以滤除输出信号中的交流分量。控制器U2用于将第三电压和第二基准电压Vref2进行比较，并根据比较结果在控制器U2的第一输出端向第一开关管Q1的栅极和第四开关管Q4的栅极输出第二控制信号，并在控制器U2的第二输出端向第十三开关管Q13的栅极输出第三控制信号。当第三电压小于第二基准电压Vref2时，控制器U2通过调节向第一开关管Q1的栅极和第四开关管Q4的栅极输出的第二控制信号，从而调节LX节点电压。同时，控制器U2还用于控制第十三开关管Q13的导通或断开，从而控制电流采样电路10工作。通过控制器U2的调节和控制作用，使控制器U2第一输入端的电压等于控制器U2第二输入端的电压。

示例性的，设计人员可以根据实际情况对电感的个数进行选取，例如，选取1个、2个或其他数量的电感。本申请对电感的个数在此不做限定。设计人员可以根据实际情况对第十三开关管Q13的类型进行选取，如图7所示，可以选取第十三开关管Q13为N型MOS管。

本申请还公开了一种直流-直流变换器，包括上述的电流采样电路，直流-直流变换器采用上述的电流采样电路，可以避免在电流采样过程中产生采样误差，提高电流采样电路的采样精度。

由于本实施例中直流-直流变换器所实现的处理及功能基本相应于前述电流采样电路的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种电流采样电路，其特征在于，包括：

第一采样单元，用于与直流电源电连接，还用于将所述直流电源输出的初始电流转换为第一电流；

第二采样单元，用于与所述直流电源电连接，还用于将所述直流电源输出的初始电流转换为第二电流；其中，所述第一电流和所述第二电流呈第一比例；

第一电流镜单元，与所述第二采样单元电连接，用于根据所述第二电流输出第三电流；其中，所述第二电流和所述第三电流呈第二比例；

第二电流镜单元，与所述第一电流镜单元电连接，用于与所述直流电源电连接，还用于根据所述第三电流输出第四电流；其中，所述第三电流和所述第四电流呈第三比例。

2.根据权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于，所述第一采样单元包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的栅极用于接收第一控制信号，所述第一开关管的源极分别与所述第二开关管的栅极和所述第二开关管的漏极电连接，所述第一开关管的漏极用于与所述直流电源电连接，所述第二开关管的源极接地。

3.根据权利要求2所述的电流采样电路，其特征在于，所述第一采样单元还包括第一电阻和第三开关管，所述第一电阻的第一端分别与所述第一开关管的源极和所述第三开关管的栅极电连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第三开关管的漏极和所述第二开关管的栅极电连接；所述第三开关管的源极与所述第二开关管的漏极电连接，所述第三开关管的衬底分别与所述第二开关管的衬底和所述第二开关管的源极电连接。

4.根据权利要求2所述的电流采样电路，其特征在于，所述第二采样单元包括第四开关管，所述第四开关管的栅极用于接收所述第一控制信号，所述第四开关管的源极与所述第一电流镜单元电连接，所述第四开关管的漏极用于与所述直流电源电连接。

5.根据权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于，所述第一电流镜单元包括第五开关管和第六开关管，所述第五开关管的栅极分别与所述第五开关管的漏极和所述第六开关管的栅极电连接，所述第五开关管的源极与所述第六开关管的源极电连接并接地，所述第六开关管的漏极与所述第二电流镜单元电连接。

6.根据权利要求5所述的电流采样电路，其特征在于，所述第一电流镜单元还包括第二电阻、第七开关管和第八开关管；

所述第二电阻的第一端分别与所述第二采样单元、所述第七开关管的栅极和所述第八开关管的栅极电连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第七开关管的漏极、所述第五开关管的栅极和所述第六开关管的栅极电连接；所述第七开关管的源极与所述第五开关管的漏极电连接，所述第七开关管的衬底分别与所述第五开关管的衬底和所述第五开关管的源极电连接；所述第八开关管的源极与所述第六开关管的漏极电连接，所述第八开关管的漏极与所述第二电流镜单元电连接，所述第八开关管的衬底分别与所述第六开关管的衬底和所述第六开关管的源极电连接。

7.根据权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于，所述第二电流镜单元包括第九开关管和第十开关管，所述第九开关管的栅极分别与所述第九开关管的漏极和所述第十开关管的栅极电连接，所述第九开关管的源极用于分别与所述直流电源和所述第十开关管的源极电连接，所述第十开关管的漏极作为所述电流采样电路的输出端。

8.根据权利要求7所述的电流采样电路，其特征在于，所述第二电流镜单元还包括第三电阻、第十一开关管和第十二开关管；

所述第三电阻的第一端分别与所述第一电流镜单元、所述第十一开关管的栅极和所述第十二开关管的栅极电连接，所述第三电阻的第二端分别与所述第十一开关管的漏极、所述第九开关管的栅极和所述第十开关管的栅极电连接；所述第十一开关管的源极与所述第九开关管的漏极电连接，所述第十一开关管的衬底分别与所述第九开关管的衬底和所述第九开关管的源极电连接；所述第十二开关管的源极与所述第十开关管的漏极电连接，所述第十二开关管的漏极作为所述电流采样电路的输出端，所述第十二开关管的衬底分别与所述第十开关管的衬底和所述第十开关管的源极电连接。

9.根据权利要求1-8任一项所述的电流采样电路，其特征在于，所述电流采样电路还包括第一电流源，所述第一电流源的输入端分别与所述第一电流镜单元和所述第一采样单元电连接，所述第一电流源的输出端接地。

10.根据权利要求9所述的电流采样电路，其特征在于，所述电流采样电路还包括基准电流单元和反相单元；

所述基准电流单元的第一端分别与所述电流采样电路的输出端和所述反相单元的输入端电连接，所述基准电流单元的第二端接地，所述反相单元的输出端用于输出过流信号；

所述基准电流单元用于提供基准电流；所述反相单元用于在所述第四电流大于所述基准电流时输出所述过流信号。

11.根据权利要求10所述的电流采样电路，其特征在于，所述基准电流单元包括第二电流源，所述第二电流源的输入端作为所述基准电流单元的第一端，与所述电流采样电路的输出端电连接，所述第二电流源的输出端作为所述基准电流单元的第二端接地。

12.根据权利要求10所述的电流采样电路，其特征在于，所述反相单元包括第一反相器和第二反相器，所述第一反相器的输入端作为所述反相单元的输入端，与所述电流采样电路的输出端电连接，所述第一反相器的输出端与所述第二反相器的输入端电连接，所述第二反相器的输出端作为所述反相单元的输出端，用于输出所述过流信号。

13.根据权利要求10所述的电流采样电路，其特征在于，所述电流采样电路还包括第一分压单元、误差放大单元和第一稳压单元；

所述第一分压单元分别与所述误差放大单元和所述第一稳压单元电连接，所述误差放大单元分别与所述第一采样单元和所述第二采样单元电连接；

所述第一分压单元用于将所述第一采样单元输出的第一电压进行分压，得到第二电压，并将所述第二电压传送至所述误差放大单元；

所述误差放大单元用于根据第一基准电压和所述第二电压向所述第一采样单元和所述第二采样单元输出误差信号；

所述第一稳压单元用于对所述第一电压进行稳压。

14.根据权利要求10所述的电流采样电路，其特征在于，所述电流采样电路还包括第二分压单元、控制单元、第二稳压单元、滤波单元和开关单元；

所述第二分压单元分别与所述控制单元、所述滤波单元和所述第二稳压单元电连接，所述控制单元分别与所述第一采样单元和所述第二采样单元电连接，所述开关单元分别与所述滤波单元和所述第一采样单元电连接；

所述第二分压单元用于将所述第一采样单元输出的第一电压进行分压，得到第三电压，并将所述第三电压传送至所述控制单元；

所述控制单元用于根据第二基准电压和所述第三电压向所述第一采样单元和所述第二采样单元输出第一控制信号，还用于根据所述第二基准电压和所述第三电压向所述开关单元输出第二控制信号；

所述第二稳压单元用于对所述第一电压进行稳压；

所述滤波单元用于对所述第一电压进行滤波；

所述开关单元用于根据所述第二控制信号导通或断开。

15.一种直流-直流变换器，其特征在于，包括权利要求1-14任一项所述的电流采样电路。

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