一种开关稳压器电流检测的新方法

0 引言

随着电子产品向小型化、便携化的趋势发展，单片集成的高效、低电源电压DC-DC变换器被广泛应用。在许多电源管理IC中都用到了电流检测电路。

在电流模式PWM控制DC-DC变换器中，电流检测模块是组成电流环路的重要部分，用于检测流过功率管和电感上的电流，并通过将电流检测结果和电压环路的输出做比较，实现脉宽调制的效果。在电压模式PWM控制DC-DC变换器、LDO、Charge Pump等电路中，它还可以用作开路、短路、过流等节能和保护性目的。

传统的电流检测方法有3种：

(1)利用功率管的RDS进行检测;

(2)使用检测场效应晶体管检测;

(3)场效应晶体管与检测电阻结合。

针对开关稳压器，不同于传统的电流检测方式，本文提出了一种新颖的电流检测方法。

1 传统的电流检测方法

1.1 利用功率管的RDS进行检测(RDS SENSING)

当功率管(MOSFET)打开时，它工作在可变电阻区，可等效为一个小电阻。MOSFET工作在可变电阻区时等效电阻为：

式中：μ为沟道载流子迁移率;Cox为单位面积的栅电容;VTH为MOSFET的开启电压。

如图1所示，已知MOSFET的等效电阻，可以通过检测MOSFET漏源之间的电压来检测开关电流。

这种技术理论上很完美，它没有引入任何额外的功率损耗，不会影响芯片的效率，因而很实用。但是这种技术存在检测精度太低的致命缺点：

(1)MOSFET的RDS本身就是非线性的。

(2)无论是芯片内部还是外部的MOSFET，其RDS受μ，Cox，VTH影响很大。

(3)MOSFET的RDS随温度呈指数规律变化(27～100℃变化量为35%)。

可看出，这种检测技术受工艺、温度的影响很大，其误差在-50%～+100%。但是因为该电流检测电路简单，且没有任何额外的功耗，故可以用在对电流检测精度不高的情况下，如DC-DC稳压器的过流保护。

1.2 使用检测场效应晶体管(SENSEFET)

这种电流检测技术在实际的工程应用中较为普遍。它的设计思想是：如图2在功率MOSFET两端并联一个电流检测FET，检测FET的有效宽度W明显比功率MOSFET要小很多。功率MOSFET的有效宽度W应是检测FET的100倍以上(假设两者的有效长度相等，下同)，以此来保证检测FET所带来的额外功率损耗尽可能的小。节点S和M的电流应该相等，以此来避免由于FET沟道长度效应所引起的电流镜像不准确。

来源：电子发烧友