CN206788232U - 带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路 - Google Patents

Abstract

一种带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路包括镜像电流采样管、初级运算放大器和第四MOS管、Buck转换器输出功率管、采样保持电路、补偿电路和内部电流采样电阻。采样保持电路对Buck转换器输出功率管导通时的电流进行采样保持，在Buck转换器输出功率管关闭时，利用采样保持电路所获得的采样保持电压和补偿电路来模拟续流管Q2导通时候的负载电流。电流采样管Q3在整个周期都有电流流过Rs，其电压Vsa的大小正比于负载电流大小，经过低通滤波后反馈到控制端，实现芯片外无需外接采样电阻的负载电流检测，减少了芯片引脚和芯片应用的外围电路；也减小由于外接采样电阻而引起的能量损耗，提高转换效率。

Description

带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路

技术领域

本实用新型涉及直流电能变换电路或控制装置；特别涉及Buck降压转换的直流电能变换电路，尤其涉及具有负载电流检测的Buck降压转换直流电能变换装置及方法。

背景技术

现有技术用于直流电能变换电路或控制装置的开关电源电路即SWITCHINGREGULATOR中，Buck降压转换器是DC/DC（直流转直流）转换器重要的类型，主要适用于输入电压高于输出电压的情形，为实现Buck转换器在不同负载的条件下实现恒流输出，通常需要检测负载电流，也就是需要对Buck转换器的负载电流进行精确检测，并反馈到Buck变换电路的控制端进行Buck转换器控制，以保持Buck转换器的恒流输出。

现有电源芯片中常用的Buck负载电流检测电路，通常是在电感及输出信号之间串联一个小的片外采样电阻进行检测。如图1所示是现有技术实现Buck负载电流检测的电路结构框图。在图1中，外接检流电阻Rsen和外接电感串联，电感的电流流过外接检流电阻Rsen产生压降，检流电阻Rsen两端的电压通过端子RN和端子RP这两个引脚反馈给芯片内的运算放大器，芯片根据检流电阻Rsen的电阻值和两端的电压大小，计算出实时的电感电流，电感电流的平均电流就是负载电流的大小。

现有Buck负载电流检测电路芯片设计中，需要电路芯片预留两个引脚给检流电阻，增加了芯片的复杂度，也使得芯片的集成度下降和成本上升；在需要负载电流检测的应用中，不仅会因为外接电阻增加功耗，也因为外接电阻的精度等要求高而使得应用该DCDC芯片的系统成本上升。

名词解释：

DCDC是英文Direct current Direct current的缩写，中文含义为直流电压变换为直流电压；

Buck降压转换器在本申请中的含义为采用BUCK REGULATOR方式的降压DC/DC变换电路，即Buck转换器也称之为Buck变换器；

CC在本申请中的含义为constant current，即恒流

NMOS是Negative channel-Metal-Oxide-Semiconductor的缩写，即N型金属氧化物半导体；

PMOS是Positive channel-Metal-Oxide-Semiconductor的缩写，即P型金属氧化物半导体；

PWM是英文Pulse Width Modulation的缩写，中文含义为脉冲宽度调制；脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种设置有补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，在需要恒流控制的Buck降压转换电路中实现无外部采样电阻的高精度的负载电流检测，减少了芯片管脚，芯片应用中，节省了因外接电阻引起的能耗和成本。解决上述技术问题采用的技术方案是一种带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，包括用于Buck转换器输出功率管电流镜像的镜像电流采样管和第四MOS管、用于电流信号放大的初级运算放大器、用于Buck转换器输出功率管关闭时刻采样保持电容上峰值电压采样保持的采样保持电路、用于在Buck转换器续流管导通时段内输出补偿电流的补偿电路和用于将采样放大后的负载电流信号转换成电压信号的内部电流采样电阻；所述补偿电路的电路功能等效为补偿电流源；采样保持电路的输入端子同时与Buck转换器输出功率管源极和Buck转换器续流管的源极电连接；同时采样保持电路的输入端子也用于Buck转换器负载电流检测电路与外部电感的电连接，用于采样获得外部电感的电流，即采样保持电路的输入端子用作Buck转换器负载电流检测电路的输入端子；采样保持电路的输出端子同时与所述补偿电流源的负极和初级运算放大器的正极输入端子电连接；所述补偿电流源的正极与外部输入电压源电连接；所述镜像电流采样管的源极与外部输入电压源电连接，所述镜像电流采样管的栅极接地，所述镜像电流采样管的漏极与所述初级运算放大器的负极输入端子电连接；所述镜像电流采样管的漏极还与第四MOS管的漏极电连接，即第四MOS管的漏极也和所述初级运算放大器的负极输入端子电连接；所述第四MOS管的栅极和所述初级运算放大器的输出端子电连接，所述第四MOS管的源极和内部电流采样电阻的电压输出端子电连接，即所述第四MOS管的源极用作Buck转换器负载电流检测电路的输出端子。

所述采样保持电路包括第一开关和采样保持电容，所述第一开关接受第一控制信号的非信号 的控制；所述第一控制信号是Buck转换器内产生的用于Buck转换器输出功率管的开关控制信号；所述第一开关的一端用作所述采样保持电路的输入端子，用于和外部电感的一端电连接获得外部负载电流；所述第一开关的另一端用作所述采样保持电路的输出端子，用于同所述采样保持电容正极板和所述补偿电流源负极的电连接；所述采样保持电容的负极板接地。

所述补偿电路包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、补偿放大器、第五MOS管和第六MOS管；所述第十二电阻的一端与外部输入电压源电连接，用作等效补偿电流源的正极输入端子；所述第十二电阻的另一端与所述补偿放大器的正极输入端子电连接；所述第十三电阻的一端与所述补偿放大器的正极输入端电连接；所述第十三电阻的另一端接地；所述第十一电阻的一端与所述补偿放大器的负极输入端电连接；所述第十一电阻的另一端接地；所述补偿放大器的输出端与所述第五MOS管和所述第六MOS管的栅极电连接；所述第五MOS管的漏极和所述第六MOS管的漏极都与外部输入电压源电连接；所述第五MOS管的源极和所述第十一电阻的非接地端电连接，所述第六MOS管的源极用作等效补偿电流源的负极输出端子。

所述初级运算放大器包括低误差运算放大器、斩波型运算放大器和自动调零运算放大器。

所述带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路还包括，用于内部电流采样电阻输出电压信号进行低通滤波的低通滤波器；所述低通滤波器包括低通滤波电阻和低通滤波电容，所述低通滤波电阻的一端用作所述低通滤波器的输入端子与内部电流采样电阻的电压输出端子电连接；所述低通滤波电阻的另一端用作所述低通滤波器的输出端子，并与所述低通滤波电容的一端电连接，所述低通滤波电容的另一端接地；所述低通滤波器的输出端子用作Buck转换器负载电流检测电路的输出端子，即所述低通滤波器的输出信号用作Buck转换器的负载电流采样信号。

所述带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路还包括参考电压产生电路；所述参考电压产生电路包括电流源和参考电压电路电阻；所述电流源的正极和外部输入电压源电连接，所述电流源负极用作所述参考电压产生电路的输出端子；所述电流源负极还与所述参考电压电路电阻的一端电连接，所述参考电压电路电阻的另一端接地。

所述带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路还包括用于检测到的表征负载电流大小的电压信号和参考电压对比运算的误差放大器，所述误差放大器的负极输入端子与所述参考电压产生电路的输出端子电连接；所述误差放大器的正极输入端子与所述低通滤波器的输出端子电连接。

决上述技术问题采用的技术方案还可以是带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路的Buck负载电流检测方法，包括步骤1：镜像电流采样管与Buck转换器输出功率管形成镜像对管，在Buck转换器输出功率管导通、Buck转换器续流管关闭时，所述镜像电流采样管采集获得第一Buck转换器输出功率管的导通电流即负载电流；所述采样保持电路对所述镜像电流采样管进行采样；使得Buck转换器负载电流检测电路的输出电流体现了在Buck转换器输出功率管导通、Buck转换器续流管关闭状态时的负载电流；步骤2：在Buck转换器输出功率管从导通状态切换到关闭状态时，所述采样保持电路保持当前时刻的电压，并通过所述采样保持电路和所述补偿电路共同模拟Buck转换器输出功率管关闭，Buck转换器续流管导通时的续流电流即负载电流；使得Buck转换器负载电流检测电路的输出电流体现了在Buck转换器输出功率管关闭、Buck转换器续流管导通状态时的负载电流。

解决上述技术问题采用的技术方案还可以是另一种带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路的Buck负载电流检测方法包括：步骤1：镜像电流采样管与Buck转换器输出功率管形成镜像对管，在Buck转换器输出功率管导通、Buck转换器续流管关闭时，所述镜像电流采样管采集获得第一Buck转换器输出功率管的导通电流即负载电流；所述采样保持电路对所述镜像电流采样管进行采样；使得Buck转换器负载电流检测电路的输出电流体现了在Buck转换器输出功率管导通、Buck转换器续流管关闭状态时的负载电流；步骤2：在Buck转换器输出功率管从导通状态切换到关闭状态时，所述采样保持电路保持当前时刻的电压，并通过所述采样保持电路和所述补偿电路共同模拟Buck转换器输出功率管关闭，Buck转换器续流管导通时的续流电流即负载电流；使得Buck转换器负载电流检测电路的输出电流体现了在Buck转换器输出功率管关闭、Buck转换器续流管导通状态时的负载电流；在所述步骤1和2之后均包括步骤3：即对步骤1和2中Buck转换器负载电流检测电路的输出信号还设置有低通滤波的步骤，即对用于内部电流采样电阻输出的反应负载电流的电压信号还采用了低通滤波器进行了低通滤波，并将低通滤波后的信号用作Buck转换器负载电流检测电路的输出信号。

同现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：1、在应用了本实用新型设计电路方案的芯片中，无须外部再连接采样电阻即可实现负载电流检测；2.节省了芯片管脚，使得在小空间少管脚的芯片应用中也能实现负载电流检测，从而实现Buck恒流控制；3.无须外部再连接采样电阻也节省了芯片应用时的外接电阻引起的功耗和成本；4.通过采样保持电路和补偿电路在电流采样前端的结合，省略了buck的续流管检测检测电路，能更好的获得更精准的实际负载电流，具有更高的灵敏度和精度，不仅提高了负载电流检测的精度也简化芯片内的电路。

附图说明

图1是现有技术中Buck转换器电路的负载电流检测实施方案的电路原理图；

图2是本实用新型优选实施例之一所应用的Buck转换器的电路结构框图；

图3是本实用新型优选实施例之一的电路原理图；

图4是本实用新型优选实施例之一的波形时序关系图；

图5是本实用新型优选实施例中所述补偿电路34的电原理图。

具体实施方式

以下结合各附图对本实用新型的实施方式做进一步详述。

如图2所示，是本实用新型优选实施例之一所应用的Buck转换器的电池充电应用的电路框图之一，即是一种Buck转换器的电路结构框图，图中包括用于检测获得电压反馈信号的反馈电压检测模块120、用于检测获得电流反馈信号的反馈电流检测模块130、用于检测获得输入电压反馈信号的输入电压检测模块150、用于检测获得温度反馈信号的温度检测模块160、用于多种反馈信号运算并输出反馈控制信号的反馈控制模块200、用于反馈控制信号放大的综合放大模块300和用于混合型直流电能变换装置输出功率控制的PWM开关控制功率输出模块900；所述反馈电压检测模块120输出的电压反馈信号和所述反馈电流检测模块130的电流反馈信号传送至所述反馈控制模块200；所述反馈控制模块200计算电压反馈信号与设定的电压反馈信号阈值的偏差形成第一电压差信号，计算电流反馈信号与设定的电流反馈信号阈值的偏差形成第二电流差信号；所述反馈控制模块200从第一电压差信号和第二电流差信号中选择较大的一个用作反馈控制信号，并将反馈控制信号传送至所述综合放大模块300放大成控制信号，并传送控制信号至所述PWM开关控制功率输出模块，用于调整混合型直流电能变换装置的输出功率，使得Buck型变换装置在恒流充电阶段，保持恒定电流输出，在恒压充电阶段，电流能自动减小。

本实用新型的目的是设计一种带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，使得所述反馈电流检测模块130能更优化和方便使用。

如图3所示是本实用新型优选实施例之一的电路原理图，图中所示的Buck转换器负载电流检测电路的具体实施例中，包括用于Buck转换器输出功率管Q1电流镜像的镜像电流采样管Q3和第四MOS管、用于电流信号放大的初级运算放大器35、用于Buck转换器输出功率管Q1关闭时刻采样保持电容C1上峰值电压采样保持的采样保持电路33、用于在Buck转换器续流管Q2导通时段内输出补偿电流的补偿电路34和用于将采样放大后的负载电流信号转换成电压信号的内部电流采样电阻Rs；所述补偿电路34的电路功能等效为补偿电流源L1；采样保持电路33的输入端子同时与Buck转换器输出功率管Q1源极和Buck转换器续流管Q2的源极电连接；同时采样保持电路33的输入端子也用于Buck转换器负载电流检测电路与外部电感的电连接，用于采样获得外部电感的电流，即采样保持电路33的输入端子用作Buck转换器负载电流检测电路的输入端子；采样保持电路33的输出端子同时与所述补偿电流源L1的负极和初级运算放大器35的正极输入端子电连接；所述补偿电流源L1的正极与外部输入电压源VIN电连接；所述镜像电流采样管Q3的源极与外部输入电压源VIN电连接，所述镜像电流采样管Q3的栅极接地，所述镜像电流采样管Q3的漏极与所述初级运算放大器35的负极输入端子电连接；所述镜像电流采样管Q3的漏极还与第四MOS管Q4的漏极电连接，即第四MOS管Q4的漏极也和所述初级运算放大器35的负极输入端子电连接；所述第四MOS管Q4的栅极和所述初级运算放大器35的输出端子电连接，所述第四MOS管Q4的源极和内部电流采样电阻Rs的电压输出端子电连接，即所述第四MOS管Q4的源极用作Buck转换器负载电流检测电路的输出端子。其中Buck转换器续流管Q2接受第二控制信号的控制。第四MOS管Q4所起的作用是使得镜像电流采样管Q3的漏极和源极之间的电位差更接近Buck转换器输出功率管Q1的漏极和源极之间的电位差，从而提高负载电流的检测精度。镜像电流采样管Q3和第四MOS管Q4为PMOS管，Buck转换器续流管Q2为NMOS管子，当然本实用新型的内容并不局限于这些管子的具体类型，只要是能实现相应开关和功能的管子或电路即可。

当第一控制信号为低电平，打开Buck转换器输出功率管Q1后，镜像电流采样管Q3为Buck转换器输出功率管Q1的镜像管，镜像电流采样管Q3电流大小为Buck转换器输出功率管Q1电流的1/K,K为Buck转换器输出功率管Q1和镜像电流采样管Q3导通电阻的大小比例；同时会打开采样保持电路，初级运算放大器35正极输入端子即VSH节点的对地电位随着Buck转换器输出功率管Q1的电流增大而变低。当第一控制信号φ1从低电平变为为高电平后，第二控制信号φ2变高后，开关K1断开，采样保持电容C1上存储的电荷会由补偿电流源L1慢慢充电，模拟电感电流下降的过程。内部检流电阻Rs上的电压Vsa就正比于电感电流的平均值，Vsa和由基准电流源产生的Vref经过误差放大器的输出电流控制信号为UFB_I。UFB_I输入到环路中，控制PWM的脉冲宽度，当从而实现了BUCK型电压变换器的恒定输出电流，特别适用于电池充电管理芯片的电路中。

如图3所示的优选实施例中，所述采样保持电路33包括第一开关K1和采样保持电容C1，所述第一开关K1接受第一控制信号的非信号的控制；所述第一控制信号是Buck转换器负载电流检测电路内产生的用于Buck转换器输出功率管Q1的开关控制信号；所述第一开关K1的一端用作所述采样保持电路33的输入端子，用于同Buck转换器输出功率管Q1的源极和Buck转换器续流管Q2的源极电连接，所述第一开关K1的这一端还用作所述采样保持电路33的输入端子，用于和外部电感的一端电连接获得外部负载电流；所述第一开关K1的另一端用作所述采样保持电路33的输出端子，用于同所述采样保持电容C1正极板和所述补偿电流源L1负极的电连接；所述采样保持电容C1的负极板接地。

如图3所示的优选实施例中，所述初级运算放大器35包括低误差的运算放大器、斩波型运算放大器和自动调零的运算放大器。低误差的运算放大器，即low offsetoperation amplifier，也可以是斩波型运算放大器即Chopping operation amplifier，还可以是自动调零的运算放大器即Auto-Zeroing operation amplifier。无论何种运算放大器实现及其等效变换形式，均在本专利的保护范围内。

如图3所示的优选实施例中，还包括用于内部电流采样电阻Rs输出电压信号进行低通滤波的低通滤波器32；所述低通滤波器32包括低通滤波电阻Rf和低通滤波电容Cf，所述低通滤波电阻Rf的一端用作所述低通滤波器32的输入端子与内部电流采样电阻Rs的电压输出端子电连接；所述低通滤波电阻Rf的另一端用作所述低通滤波器32的输出端子，并与所述低通滤波电容Cf的一端电连接，所述低通滤波电容Cf的另一端接地；所述低通滤波器32的输出端子用作Buck转换器负载电流检测电路的输出端子，即所述低通滤波器32的输出信号用作Buck转换器的负载电流采样信号。

如图3所示的优选实施例中，还包括参考电压产生电路90；所述参考电压产生电路90包括电流源Iref和参考电压电路电阻RL；所述电流源Iref的正极和外部输入电压源VIN电连接，所述电流源Iref负极用作所述参考电压产生电路90的输出端子；所述电流源Iref负极还与所述参考电压电路电阻RL的一端电连接，所述参考电压电路电阻RL的另一端接地。

如图3所示的优选实施例中，还包括用于检测到的表征负载电流大小的电压信号和参考电压对比运算的误差放大器38，所述误差放大器38的第一输入端子与所述参考电压产生电路90的输出端子电连接；所述误差放大器38的第二输入端子与所述低通滤波器32的输出端子电连接。

当第一控制信号为低电平，Buck转换器输出功率管Q1打开，镜像电流采样管Q3为Buck转换器输出功率管Q1的镜像管，由于初级运算放大器35的正极输入端和负极输入端的虚短特性，镜像电流采样管Q3和Buck转换器输出功率管Q1的漏极电压一致。镜像电流采样管Q3的导通电流大小为Buck转换器输出功率管Q1导通电流的1/K,K为Q1和Q3的等效导通电阻的大小比例，或是Q3和Q1管组成的电流镜的缩放比率。

当第一控制信号为低电平，Buck转换器输出功率管Q1打开的同时，第一控制信号的非信号控制第一开关K1导通，使得所述采样保持电路33打开，启动采样保持，内部电流采样电阻Rs的电压输出端子Vsa点的电压信号Vsa随着Buck转换器输出功率管Q1的电流增大而变高。

Buck转换器输出功率管Q1的导通电流和镜像电流采样管Q3的导通电流之间的关系为：。

当第一控制信号为低电平，第一控制信号的非信号控制第一开关K1打开，采样保持电容C1处于充电过程；当第一控制信号为高电平，第一控制信号的非信号控制第一开关K1关断的时刻，采样保持电容C1存储的电压数值体现了镜像电流采样管Q3导通时的峰值电流值，此时内部电流采样电阻Rs上的对地电位为：。其中D为第一控制信号的占空比，T为第一控制信号的周期。

当第一控制信号为高电平，第一控制信号的非信号控制第一开关K1关断之后，采样保持电容C1经由补偿电流源L1慢慢放电，模拟电感电流下降的过程，即有在Q1关断Q2导通的时段内，内部电流采样电阻Rs上的对地电位为。

这样在整个控制信号周期T内，使得内部电流采样电阻Rs上的对地电位为：，也就是说在整个控制信号周期T内，内部电流采样电阻Rs上的对地电位就正比于电感电流的平均值。从而实现了Buck转换器无需外接电阻的负载电流检测，特别适用于电池充电管理芯片的电路中。

如图4所示，是图3所示优选实施例所示电路仿真的各信号时序波形图。当Buck转换器处在连续工作模式的时候，初级运算放大器35正极输入端即VSH节点输入的电压信号VSH在电感电流上升过程中，由于Buck转换器输出功率管Q1和镜像电流采样管Q3是镜像管，所以初级运算放大器35正极输入端输入的电压信号VSH会跟随电感电流或负载电流的上升而下降。在电感电流或负载电流到达顶点后，第一开关K1关断，采样保持电容C1上保持的是电感电流或负载电流峰值的电压，如果没有补偿电路，初级运算放大器35正极输入端输入的电压信号VSH在电感电流下降周期就是一条平行于X轴的线。在Buck转换器处在连续工作模式的时候，由于设置了补偿电路即补偿电流源，使得在电感电流下降周期的检测到的反馈电流更接近真实的负载电流。

如图4中所示的阴影部分就是没有设置补偿电路的负载电流检测的误差。从图4可见，设置了补偿电路的负载电流检测，无论在连续工作模式还是在非连续工作模式，都能使得反馈电流的误差减小，具体误差减小的程度都是图5左边所示的三角形阴影部分。在设置了补偿电路后，在Buck转换器输出功率管Q1关闭后的一段时间内，通过采样保持电路和补偿电路的共同作用模拟负载电流都可以提高整个周期内的负载电流检测的准确度，尤其是在连续工作模式，其检测的精度会高于非连续工作模式下的负载电流检测精度。

如图5所示补偿电路34的优选实施例中，所述补偿电路34包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、补偿放大器345、第五MOS管Q5和第六MOS管Q6；第五MOS管Q5和第六MOS管Q6均为PMOS管；所述第十二电阻R12的一端与外部输入电压源VIN电连接，用作等效补偿电流源L1的正极输入端子；所述第十二电阻R12的另一端与所述补偿放大器345的正极输入端子电连接；所述第十三电阻R13的一端与所述补偿放大器345的正极输入端电连接；所述第十三电阻R13的另一端接地；所述第十一电阻R11的一端与所述补偿放大器345的负极输入端电连接；所述第十一电阻R11的另一端接地；所述补偿放大器345的输出端与所述第五MOS管Q5和所述第六MOS管Q6的栅极电连接；所述第五MOS管Q5和所述第六MOS管Q6的漏极与外部输入电压源VIN电连接；所述第五MOS管Q5的源极和所述第十一电阻R11的非接地端电连接，所述第六MOS管Q6的源极用作等效补偿电流源L1的负极输出端子。结合图5和图3，可知补偿电流源输出的补偿电流大小为：。对Buck转换器来说，其外部电感Lx的电流峰峰值为；如果Buck转换器处于连续工作模式，则外部电感Lx的电流峰峰值体现在采样电容C1上的电压变化为；补偿电流应该满足以下条件即：，适当选择采样电容C1、第十一电阻R11、第十二电阻R12和第十三电阻R13关系，既可以使得NMOS管导通周期内，补偿后的电流和实际负载电流即电感电流一致，在输出电压Vo的变化范围比较小的额时候，甚至可以把补偿电路设置成一个恒定的电流源，在一定的精度范围内用最简单的方式实现负载电流的模拟检测和反馈。

在本实用新型的技术方案还包括一种基于上述带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路的Buck负载电流检测方法，包括：步骤1：所述镜像电流采样管Q3与Buck转换器输出功率管Q1形成镜像对管，在Buck转换器输出功率管Q1导通、Buck转换器续流管Q2关闭时，所述镜像电流采样管Q3采集获得第一Buck转换器输出功率管Q1的导通电流即负载电流；所述采样保持电路33对所述镜像电流采样管Q3进行采样；使得Buck转换器负载电流检测电路的输出电流体现了在Buck转换器输出功率管Q1导通、Buck转换器续流管Q2关闭状态时的负载电流；步骤2：在Buck转换器输出功率管Q1从导通状态切换到关闭状态时，所述采样保持电路33保持当前时刻的电压，并通过所述采样保持电路33和所述补偿电路34共同模拟Buck转换器输出功率管Q1关闭，Buck转换器续流管Q2导通时的续流电流即负载电流；使得Buck转换器负载电流检测电路的输出电流体现了在Buck转换器输出功率管Q1关闭、Buck转换器续流管Q2导通状态时的负载电流；在所述步骤1和2之后均包括步骤3：即对步骤1和2中Buck转换器负载电流检测电路的输出信号还设置有低通滤波的步骤，即对用于内部电流采样电阻Rs输出的反应负载电流的电压信号还采用了低通滤波器32进行了低通滤波将电感电流平均，并将低通滤波后的信号用作Buck转换器负载电流检测电路的输出信号。

在Buck转换器输出功率管Q1关闭时，利用采样保持电路所获得的采样保持电压和补偿电路来模拟续流管Q2导通时候的负载电流。电流采样管Q3在整个周期都有电流流过Rs，其电压Vsa的大小正比于负载电流大小，经过低通滤波器32后反馈到控制端，实现芯片外无需外接采样电阻的负载电流检测，减少了芯片引脚和芯片应用的外围电路；也减小由于外接采样电阻而引起的能量损耗，提高转换效率。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1、不需要额外的外部采样电阻，不需要额外增加管脚，简化外围；2.减小由于采样电阻而引起的能量损耗，提高整体效率；3.通过电感电流预估电路，模拟电感电流采样信号，简化采样电路，提高采样精度；4.采样运放采用Chop结构，减小采样失调，可以进一步提高采样精度。

另需说明的是，为了描述方便，NMOS管、PMOS管、电阻、电容等电子元器件都采用了第一、第二等顺序编号，这些顺序编号并不代表其位置或顺序上的限定，只是为了描述方便。以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，其特征在于，包括：

用于Buck转换器输出功率管（Q1）电流镜像的镜像电流采样管（Q3）、用于电流信号放大的初级运算放大器（35）和第四MOS管、用于Buck转换器输出功率管（Q1）关闭时刻采样保持电容（C1）上峰值电压采样保持的采样保持电路（33）、用于在Buck转换器续流管（Q2）导通时段内输出补偿电流的补偿电路（34）和用于将采样放大后的负载电流信号转换成电压信号的内部电流采样电阻（Rs）；

所述补偿电路（34）的电路功能等效为补偿电流源（L1）；

采样保持电路（33）的输入端子同时与Buck转换器输出功率管（Q1）源极和Buck转换器续流管（Q2）的源极电连接；同时采样保持电路（33）的输入端子也用于Buck转换器负载电流检测电路与外部电感的电连接，用于采样获得外部电感的电流，即采样保持电路（33）的输入端子用作Buck转换器负载电流检测电路的输入端子；

采样保持电路（33）的输出端子同时与所述补偿电流源（L1）的负极和初级运算放大器（35）的正极输入端子电连接；所述补偿电流源（L1）的正极与外部输入电压源（VIN）电连接；

所述镜像电流采样管（Q3）的源极与外部输入电压源（VIN）电连接，所述镜像电流采样管（Q3）的栅极接地，所述镜像电流采样管（Q3）的漏极与所述初级运算放大器（35）的负极输入端子电连接；所述镜像电流采样管（Q3）的漏极还与第四MOS管（Q4）的漏极电连接，即第四MOS管（Q4）的漏极也和所述初级运算放大器（35）的负极输入端子电连接；所述第四MOS管（Q4）的栅极和所述初级运算放大器（35）的输出端子电连接，所述第四MOS管（Q4）的源极和内部电流采样电阻（Rs）的电压输出端子电连接，即所述第四MOS管（Q4）的源极用作Buck转换器负载电流检测电路的输出端子。

2.根据权利要求1所述带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，其特征在于，

所述采样保持电路（33）包括第一开关（K1）和采样保持电容（C1），所述第一开关（K1）接受第一控制信号（ ）的非信号的控制；所述第一控制信号（）是Buck转换器内产生的用于Buck转换器输出功率管（Q1）的开关控制信号；

所述第一开关（K1）的一端用作所述采样保持电路（33）的输入端子，用于和外部电感的一端电连接获得外部负载电流；

所述第一开关（K1）的另一端用作所述采样保持电路（33）的输出端子，用于同所述采样保持电容（C1）正极板和所述补偿电流源（L1）负极的电连接；所述采样保持电容（C1）的负极板接地。

3.根据权利要求1所述带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，其特征在于，

所述补偿电路（34）包括第十一电阻（R11）、第十二电阻（R12）、第十三电阻（R13）、补偿放大器（345）、第五MOS管（Q5）和第六MOS管（Q6）；

所述第十二电阻（R12）的一端与外部输入电压源（VIN）电连接，用作等效补偿电流源（L1）的正极输入端子；所述第十二电阻（R12）的另一端与所述补偿放大器（345）的正极输入端子电连接；所述第十三电阻（R13）的一端与所述补偿放大器（345）的正极输入端电连接；所述第十三电阻（R13）的另一端接地；

所述第十一电阻（R11）的一端与所述补偿放大器（345）的负极输入端电连接；所述第十一电阻（R11）的另一端接地；

所述补偿放大器（345）的输出端与所述第五MOS管（Q5）和所述第六MOS管（Q6）的栅极电连接；所述第五MOS管（Q5）的漏极和所述第六MOS管（Q6）的漏极都与外部输入电压源（VIN）电连接；所述第五MOS管（Q5）的源极和所述第十一电阻（R11）的非接地端电连接，所述第六MOS管（Q6）的源极用作等效补偿电流源（L1）的负极输出端子。

4.根据权利要求1所述带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，其特征在于，

所述初级运算放大器（35）包括低误差运算放大器、斩波型运算放大器和自动调零运算放大器。

5.根据权利要求1所述带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，其特征在于，

还包括，用于内部电流采样电阻（Rs）输出电压信号进行低通滤波的低通滤波器（32）；

所述低通滤波器（32）包括低通滤波电阻（Rf）和低通滤波电容（Cf），所述低通滤波电阻（Rf）的一端用作所述低通滤波器（32）的输入端子与内部电流采样电阻（Rs）的电压输出端子电连接；所述低通滤波电阻（Rf）的另一端用作所述低通滤波器（32）的输出端子，并与所述低通滤波电容（Cf）的一端电连接，所述低通滤波电容（Cf）的另一端接地；

所述低通滤波器（32）的输出端子用作Buck转换器负载电流检测电路的输出端子，即所述低通滤波器（32）的输出信号用作Buck转换器的负载电流采样信号。

6.根据权利要求5所述带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，其特征在于，

还包括参考电压产生电路（90）；所述参考电压产生电路（90）包括电流源（Iref）和参考电压电路电阻（RL）；所述电流源（Iref）的正极和外部输入电压源（VIN）电连接，所述电流源（Iref）负极用作所述参考电压产生电路（90）的输出端子；所述电流源（Iref）负极还与所述参考电压电路电阻（RL）的一端电连接，所述参考电压电路电阻（RL）的另一端接地。

7.根据权利要求6所述带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，其特征在于，

还包括用于检测到的表征负载电流大小的电压信号和参考电压对比运算的误差放大器（38），所述误差放大器（38）的负极输入端子与所述参考电压产生电路（90）的输出端子电连接；所述误差放大器（38）的正极输入端子与所述低通滤波器（32）的输出端子电连接。