專利名稱：開關(guān)電源用電感電流感應(yīng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電流感應(yīng)電路，尤其是一種開關(guān)電源用電感電流感應(yīng)電路，它能準確的跟 蹤電感中的電流，輸出感應(yīng)電壓。
背景技術(shù)：
開關(guān)電源電路一般分為電壓模式控制和電流模式控制。電流模式控制具有動態(tài)反應(yīng) 快、補償電路簡化、增益帶寬大等優(yōu)點，因而得到了越來越廣泛的應(yīng)用。而在電流模式的 控制電路中，電感電流需要準確、高效的被檢測，因而電感電流檢測電路在電流模式開關(guān) 電源電路中顯的尤為重要。
傳統(tǒng)的電感電流感應(yīng)方法通常是在電感的一側(cè)串聯(lián)檢測電阻(圖la)或直接利用開 關(guān)管的導(dǎo)通電阻來檢測電感電流的變化(圖lb)。但串聯(lián)電阻的方法產(chǎn)生了額外的功耗， 尤其在大電流的開關(guān)電源系統(tǒng)中極大的降低了系統(tǒng)的工作效率;直接利用開關(guān)管導(dǎo)通電阻 的方法中，開關(guān)管的導(dǎo)通電阻的具體值受工藝偏差影響較大，存在一定的溫度系數(shù)，使得 電流感應(yīng)值不夠準確，此外，當電感電流較小時，需要大的導(dǎo)通電阻來提高電流檢測的精 度，但大的導(dǎo)通電阻必然會消耗較大的額外功耗，會大大降低工作效率。 一個好的電感電 流感應(yīng)電路要求具有精確的電感電流跟蹤效果，同時受制作工藝、工作環(huán)境的影響要盡可 能小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種開關(guān)電源用電感電流感應(yīng)電路，其特征 在于設(shè)有開關(guān)管電路、感應(yīng)電流產(chǎn)生電路及感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路，開關(guān)管電路的輸出端連 接感應(yīng)電流產(chǎn)生電路，感應(yīng)電流產(chǎn)生電路的輸出端連接感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路，感應(yīng)電壓產(chǎn)生 電路的輸出端輸出感應(yīng)電壓；開關(guān)管電路、感應(yīng)電流產(chǎn)生電路及感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路具有同 一的公共電源輸入端和同一的公共輸入控制信號；開關(guān)管電路包含一個起開關(guān)作用的 PMOS開關(guān)管；感應(yīng)電流產(chǎn)生電路包含兩個起開關(guān)作用的PMOS開關(guān)管、兩個連接成電 流鏡的PMOS電流管、兩個連接成電流鏡的NMOS電流管；感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路包含一個 起開關(guān)作用的PMOS開關(guān)管、 一個拷貝電流的PMOS電流管及兩個輸出電阻；開關(guān)管電 路中起開關(guān)作用的PMOS開關(guān)管、感應(yīng)電流產(chǎn)生電路中兩個起開關(guān)作用的PMOS開關(guān)管 以及感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路中一個起開關(guān)作用的PMOS開關(guān)管都工作在線性區(qū)，利用處于線 性區(qū)的PMOS管近似等效于一個電阻的原理，在感應(yīng)電流產(chǎn)生電路中由連接成電流鏡的 兩個PMOS電流管及兩個NMOS電流管，采用自偏置電流鏡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生感應(yīng)電流；感應(yīng)電 壓產(chǎn)生電路按一定比例拷貝感應(yīng)電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生的感應(yīng)電流，并將拷貝的感應(yīng)電流流過 感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路中兩個輸出電阻的方法進行電流電壓的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生穩(wěn)定的感應(yīng)電壓，所 產(chǎn)生的感應(yīng)電壓能夠精確的跟蹤電感電流，同時受工藝變化、工作溫度的變化很小。由于 采用了自偏置結(jié)構(gòu)，跟蹤速度快，延時小，能夠適用于較高的工作頻率中。
上述電路的具體連接關(guān)系是-開關(guān)管電路的PM0S管P1，其柵極由開關(guān)信號Vc控制，源極接輸入電源Vin，漏極
接開關(guān)管輸出信號Vp;
感應(yīng)電流產(chǎn)生電路的PMOS管P2、 P3、 P5、 P6以及NMOS管Nl和N2中，P2和 P3的柵極共接于開關(guān)信號Vc， P2的源極接開關(guān)管電路中開關(guān)管輸出信號Vp， P3的源極 接輸入電源Vin， P2、 P3的漏極分別與P5和P6的源極相連，P5、 P6的柵極共同連接于 P5的漏極，P5和P6的漏極分別連接于Nl和N2的漏極，Nl和N2的柵極共同連接于 N2的漏極，Nl和N2的源極都與公共地線相連；
感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路中的電流拷貝電路的PMOS管P4和P7，P4的源極接輸入電源Vin， P4的柵極由開關(guān)信號Vc控制，P4的漏極與P7的源極相連，P7的柵極與感應(yīng)電流產(chǎn)生 電路中P6的柵極相連，P7的漏極電壓為感應(yīng)電壓Vsense;電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出電阻 Rsl、 Rs2， Rsl的一端是感應(yīng)電壓Vsense，另一端與Rs2的一端相連，Rs2的另一端連接于 公共地線。
本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果
(1) 電路結(jié)構(gòu)簡單，僅包含少量的MOS器件和電阻，易于實現(xiàn)且制備工藝簡單；
(2) 電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓不隨輸入電源以及溫度的變化而變化；
(3) 電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓受制備工藝影響較小，適應(yīng)性強；
(4) 由于采用了自偏置結(jié)構(gòu)，跟蹤速度快，感應(yīng)電壓產(chǎn)生延遲小，能夠適用于較高開 關(guān)頻率的系統(tǒng)中；
(5) 電路輸出感應(yīng)電壓值范圍較廣，能夠精確的跟蹤各種大小的電感電流。


圖1是傳統(tǒng)的電感電流感應(yīng)電路； 圖2是本發(fā)明的電感電流感應(yīng)電路結(jié)構(gòu)框圖； 圖3是本發(fā)明的電感電流感應(yīng)電路圖； 圖4是本發(fā)明的一個實施例； 圖5是本發(fā)明的另一個實施例。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的工作原理及工作過程作進一步說明。
參看圖2、 3，電感電流感應(yīng)電路由開關(guān)管電路、感應(yīng)電流產(chǎn)生電路和感應(yīng)電壓產(chǎn)生 電路組成，它利用處于線性區(qū)的PMOS管近似等效于一個電阻的原理，采用自偏置電流 鏡，按一定比例縮小電感電流的原理來感應(yīng)電感電流，產(chǎn)生穩(wěn)定的感應(yīng)電壓。
開關(guān)管電路1由PMOS管Pl組成，Pl的柵極由開關(guān)信號Vc控制，源極接輸入電源 Vin，漏極接開關(guān)管輸出信號Vp;
感應(yīng)電流產(chǎn)生電路2由PMOS管P2、 P3、 P5、 P6以及NMOS管Nl和N2組成。P2 和P3的柵極共接于開關(guān)信號Vc， P2的源極接開關(guān)管電路中開關(guān)管輸出信號Vp， P3的 源極接輸入電源Vin， P2、 P3的漏極分別與P5和P6的源極相連，P5、 P6的柵極共同連 接于P5的漏極，P5和P6的漏極分別連接于Nl和N2的漏極，Nl和N2的柵極共同連 接于N2的漏極，Nl和N2的源極都與公共地線相連。感應(yīng)電流產(chǎn)生電路2采用了自偏置電流鏡結(jié)構(gòu)，通過P5、 P6和Nl、 N2兩對電流相等的電流鏡結(jié)構(gòu)使得P5和P6具有相同 的源極電位，配合P2和P3的共同作用產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流。這種自偏置結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu) 簡單、反應(yīng)快、延遲小，可以迅速的感應(yīng)電感電流，反應(yīng)時間幾乎可以忽略，因此不僅僅 適用于工作頻率低的開關(guān)電源系統(tǒng)中，也非常適用于工作頻率較高的開關(guān)電源系統(tǒng)。
感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路3由電流拷貝電路31和電流電壓轉(zhuǎn)換電路32組成。電流拷貝電路 31由PMOS管P4和P7構(gòu)成，P4的源極接輸入電源Vin， P4的柵極由開關(guān)信號Vc控制， P4的漏極與P7的源極相連，P7的柵極與感應(yīng)電流產(chǎn)生電路2中P6的柵極相連，P7的 漏極電壓為感應(yīng)電壓Vsense。電流電壓轉(zhuǎn)換電路32由電阻R^、 &2構(gòu)成，Rsl的一端是感 應(yīng)電壓Vsense，另一端與Rs2的一端相連，Rs2的另一端連接于公共地線。
圖4和圖5是本發(fā)明的實施例。本發(fā)明的電感電流感應(yīng)電路可應(yīng)用于普通的降壓型開 關(guān)電源系統(tǒng)中，如圖4所示；也可應(yīng)用于同步整流降壓型開關(guān)電源系統(tǒng)中，如圖5所示； 感應(yīng)電感電流的大小，輸出感應(yīng)電壓Vsense。本發(fā)明的電感電流感應(yīng)電路在開關(guān)管Pl導(dǎo) 通吋，感應(yīng)電感電流，輸出感應(yīng)電壓Vsense，開關(guān)管P1關(guān)閉時，輸出感應(yīng)電流為0。
一般，處于線性區(qū)的PMOS管電阻可以表示為
L =門，」,T,^(1)
W是PMOS管的遷移率，VTP是PMOS管的閾值電壓，VsG是PMOS管的源柵電壓， W是PMOS管的寬，L是PMOS管的長，C。x是單位面積柵氧電容。
當開關(guān)信號Vc為低電位時，開關(guān)管P1、P2導(dǎo)通，設(shè)P1和P2的寬長比之比為N: 1， 于是P1和P2的線性區(qū)電阻比為1: N。同理，若P2和P3的寬長比之比為M: 1， P2和 P3的線性區(qū)電阻比為1: M。 Nl和N2， P5和P6具有相同的寬長比，因此，很容易得到
. ^A3 = A (W必+ ^A2 ) + ^ . "^A1 ( 2 )
/1=/2=——^—— (3) P3和P4的寬長比之比為S:1，于是，
/3丄=-^- (4)
因此，感應(yīng)電壓Vsense為
C-^--(5)
R^和Rs2分別取不同溫度系數(shù)的電阻，于是(Rsl+Rs2)可以設(shè)計成零溫漂的電阻， 因此感應(yīng)電壓Vsense不僅與電源電壓，與溫度也無關(guān)。
權(quán)利要求
1、一種開關(guān)電源用電感電流感應(yīng)電路，其特征在于設(shè)有開關(guān)管電路、感應(yīng)電流產(chǎn)生電路及感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路，開關(guān)管電路的輸出端連接感應(yīng)電流產(chǎn)生電路，感應(yīng)電流產(chǎn)生電路的輸出端連接感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路，感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路的輸出端輸出感應(yīng)電壓；開關(guān)管電路、感應(yīng)電流產(chǎn)生電路及感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路具有同一的公共電源輸入端和同一的公共輸入控制信號；開關(guān)管電路包含一個起開關(guān)作用的PMOS管；感應(yīng)電流產(chǎn)生電路包含兩個起開關(guān)作用的PMOS管、兩個連接成電流鏡的PMOS管、兩個連接成電流鏡的NMOS管；感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路包含一個起開關(guān)作用的PMOS管、一個拷貝電流的PMOS管及兩個輸出電阻；開關(guān)管電路、感應(yīng)電流產(chǎn)生電路以及感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路中起開關(guān)作用的PMOS管都工作在線性區(qū)，利用處于線性區(qū)的PMOS管近似等效于一個電阻的原理，在感應(yīng)電流產(chǎn)生電路中由連接成電流鏡的兩個PMOS管及兩個NMOS管，采用自偏置電流鏡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生感應(yīng)電流；感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路按比例拷貝感應(yīng)電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生的感應(yīng)電流，并將拷貝的感應(yīng)電流流過感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路中兩個輸出電阻的方法進行電流電壓的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生穩(wěn)定的感應(yīng)電壓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的開關(guān)電源用電感電流感應(yīng)電路，其特征在于 開關(guān)管電路的PMOS管Pl，其柵極由開關(guān)信號Vc控制，源極接輸入電源Vin，漏極接開關(guān)管輸出信號Vp;感應(yīng)電流產(chǎn)生電路的PMOS管P2、 P3、 P5、 P6以及NMOS管Nl和N2中，P2和 P3的柵極共接于開關(guān)信號Vc， P2的源極接開關(guān)管電路中開關(guān)管輸出信號Vp， P3的源極 接輸入電源Vin， P2、 P3的漏極分別與P5和P6的源極相連，P5、 P6的柵極共同連接于 P5的漏極，P5和P6的漏極分別連接于Nl和N2的漏極，Nl和N2的柵極共同連接于 N2的漏極，Nl和N2的源極都與公共地線相連；感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路中的電流拷貝電路的PMOS管P4和P7，P4的源極接輸入電源Vin， P4的柵極由開關(guān)信號Vc控制，P4的漏極與P7的源極相連，P7的柵極與感應(yīng)電流產(chǎn)生 電路中P6的柵極相連，P7的漏極電壓為感應(yīng)電壓Vsense;電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出電阻 Rsl、 Rs2， Rsl的一端是感應(yīng)電壓Vsense，另一端與Rs2的一端相連，Rs2的另一端連接于 公共地線。 全文摘要
一種開關(guān)電源用電感電流感應(yīng)電路，設(shè)有開關(guān)管電路、感應(yīng)電流產(chǎn)生電路及感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路，開關(guān)管電路的輸出端連接感應(yīng)電流產(chǎn)生電路，感應(yīng)電流產(chǎn)生電路的輸出端連接感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路，感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路的輸出端輸出感應(yīng)電壓；開關(guān)管電路、感應(yīng)電流產(chǎn)生電路及感應(yīng)電壓產(chǎn)生電路具有同一的公共電源輸入端和同一的公共輸入控制信號，利用處于線性區(qū)的PMOS管近似等效于一個電阻的原理，采用自偏置電流鏡，按一定比例縮小電感電流來感應(yīng)電感電流，通過感應(yīng)電流流過輸出電阻的方法進行電流電壓的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生穩(wěn)定的感應(yīng)電壓。
文檔編號H02M3/155GK101567629SQ20091002686
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者夏曉娟, 孫偉鋒, 時龍興, 亮 謝, 金友山, 陸生禮 申請人:東南大學