DC/DC转换器中的电流检测电路设计方案

　　为了达到电路检测的精确度， 本文用带反馈控制、电阻值可变的电流源来代替复杂的运放。

　　图2所示电流检测电路中， MP、MN 为功率管，M1 与M4、M2 与M5 的W/L相同， VP 为MP 的控制信号， MPS用作开关， 其W/L比较大， 具有低导通电阻。在电流模DC /DC 转换器中， 反馈控制环路只需检测MP 功率管导通时的电流， 因此， 为降低功耗， 可控制电流检测电路只在MP 功率管导通时工作， 即只检测电感充电阶段的电流， 而在MP 功率管截止时， 电流检测电路不工作， 进而有效地减小了功率损耗。

　　当VP 为低电平时， MP 导通， MPS作开关也导通，并且可以看作近似短路， 进而流过MPS的电流也可以忽略， 因此MP、M1 的VDS近似相同， 流过MP 的电流被镜像复制至M1。MP 与M1 的W/L成比例， 且比例系数较大， 因此检测到的电流与MP 中的电流成比例， 同时远小于MP 中的电流。

　　下面分析VB 与VA 的关系。假设在某个时刻，VB 的电位高于VA, 则VDS4 VDS1, M4 中的电流I4 小于M1 中的电流I1, 而VDS5 > VDS2, 要求I5 > I2, 这使得在同一支路中I4 I5, 显然不太可能， 所以VB 会与VA 相同， 且保持相同的动态变化。因此， M1 中的电流被再次镜像至M4, 而且， 由于反馈控制电流源的作用， VA 处的任何微小变化都会强迫VB 也有相同的变化， 保证了电流检测的精度。

　　根据系统设计要求， 电流检测的比例应该为K = 1 000：1, 电路图中给出了各级电流复制的比例，由于电流检测电路采用带反馈控制、电阻值可变的电流源结构， 可以得到VA 等于VB, 又由于设置M1,M4, 和M7 的宽长比相等， 根据MOS 电流公式可以得到：

　　检测精度和速度是电流检测电路两个重要的指标。由于每个检测周期的开始阶段， 电流检测电路处于启动状态， 所以Is 都有一段启动时间。这个时间主要由电路中M9、M10管的寄生电容决定， 当两管的宽度和长度比较小时， 启动时间很短， 相反， 启动时间会变长。为了保证电流检测的精度， M9、M10两管的L 不能太小， 现取1 um。

　　3 仿真结果

　　通过仔细调整MP 管和M1 管的参数， 设置为MP 管的宽长比为5 000 um /1 um, M1 管的宽长比为5 um /1um。其他管子的参数参见电路图上的比例复制标注。通过在在Cadence软件中的spe tre仿真设计工具下， 采用CSMC 0. 5 m CMOS工艺在25℃进行仿真验证。

　　下图3给出电流检测电路的仿真结果。

　　图3 电流检测电路的仿真波形

　　从输出波形的测量可知， 当电感电流IL 最大值如A 点测得的479. 55 A 时， 检测电流Is 最大值如B点测得的486. 81 A, 基本上满足了：

　　故所设计的电流检测电路能很好满足设计要求。