电流模式DC―DC转换器中高性能电流检测电路的分析与设计

摘要：在电流模式控制的DC—DC转换器电路中，电流检测电路是其重要的组成模拟单元之一。文章分析了目前电流检测电路的优缺点，给出了一种高性能无额外功率损耗的高精度电流检测电路的设计方法，并在HHNEC BCD 0.35μm的工艺下，用Spectre进行了仿真验证。结果表明，该电路结构简单、易于实现，并已成功应用于某型Boost DC—DC电压转换电路中。
关键词：电流模式；DC—DC转换器；检测电路；功率管

0 引言
随着电子技术的迅猛发展，开关电源设备的应用越来越广泛，因而对开关电源芯片的性能也提出了更高的要求。电子设备的小型化、低成本和电源利用效率成为了主要发展方向。在电流模式控制的DC—DC转换器中，电流检测电路是重要的组成模块。其在整个电路中不仅起到过流保护作用，而且将电流检测结果加上斜坡补偿信号与电压环路的输出比较，实现脉冲宽度调制，其精度、速度和功耗对电路整体性能具有很大影响。本文基于对比较常规的电流检测电路的优缺点分析，给出了一种用于Boost型DC-DC转换器的电流检测方法。通过对功率管长条形源端上产生的压差进行放大来实现电流检测，从而使该电路结构更加简单、易于实现且无额外功耗，可满足设计要求。

1 三种常用的电流检测方法
图1所示是一个电流模式Boost型DC-DC转换器的结构图。本文通过对功率管长条形源端上产生的压差(等效于图1中的电压源V0)进行放大来实现电流检测。

事实上，目前比较流行的电流检测方法有串联电阻检测、功率管RDS检测和并联电流镜检测等三种，分别对应于图2中的(a)、(b)、(c)三种简化电路。
串联电阻检测是在片外电感或功率管一端串联一个小的采样电阻，因为对于一定的电阻值，通过检测电阻上的压降即可检测出对应电感上流过的电流。这种方法检测精度高，但由于检测电阻的存在会引入一个额外的功耗，从而降低了电源转换效率，因此，该电阻不能太大，该方法也只适用于小电流检测电路，与此同时，小电阻受工艺的影响精度不够。
功率管RDS检测是通过检测功率管上的电压来实现的，因功率管工作在线性区，故其可以等效为一个电阻RDS=L／WμCox(VGS-VT)。该方法无额外功耗，但是μCox和VT受温度的影响变化较大，功率管的RDS会产生非线性的变化，最大误差范围可达-50％～+100％，因而电流检测精度较差。
并联电流镜检测是通过并联一个与功率管具有相同类型的检测管，宽长比为N：1，这样，流过检测管的电流就为功率管电流的1／N。这种方法需要预算放大器，使检测管和功率管所构成的电流镜有很好的匹配，因此电路结构比较复杂，带宽较低，响应时间较慢，对电路的匹配性要求较高。