專利名稱：Dc-dc轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，尤其涉及內(nèi)置功率開關(guān)管的DC-DC轉(zhuǎn)換器中輸入峰值 電流的檢測(cè)電路及方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，所有的電子設(shè)備都需要電源，但不同的電子系統(tǒng)對(duì)電源的要求不同，為 了發(fā)揮各自電子系統(tǒng)的最佳性能，則需要選擇合適的電源管理芯片以提供最佳的電源管理 方式。而高性能電源管理芯片是高效率電源轉(zhuǎn)換器的重要組成部分。高性能電源管理芯片 具有電壓反饋控制環(huán)路和電流反饋控制環(huán)路。電流反饋控制就需要電流檢測(cè)器檢測(cè)電感或 開關(guān)管的電流，然后反饋回控制模塊，以產(chǎn)生準(zhǔn)確的控制信號(hào)。圖1就是目前DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的主要架構(gòu)，由四個(gè)允許流過大電流的功率開關(guān) 管P1、P4、N2、N3，電感L和系統(tǒng)控制模塊構(gòu)成，當(dāng)PMOS管Pl和NMOS管N3導(dǎo)通時(shí)就是對(duì)電 感L的充電過程；當(dāng)NMOS管N2和PMOS管P4導(dǎo)通時(shí)就是電感L放電過程。而轉(zhuǎn)換器系統(tǒng) 處于升壓、降壓還是升降壓的工作狀態(tài)，主要取決于輸入電壓VIN與輸出電壓VOUT的關(guān)系。 輸入電壓VIN與輸出電壓VOUT的壓差大小決定著四個(gè)開關(guān)管P1、P4、N2、N3導(dǎo)通的時(shí)間長(zhǎng) 短。圖2為目前DC-DC (直流-直流)轉(zhuǎn)換器中輸入電流檢測(cè)的一般方法，采用的是直 接檢測(cè)功率開關(guān)管Pi的源漏電壓Vds，由于功率開關(guān)管Pl正常工作在線性區(qū)，所以流過Pl 的電流ID為
WId κ μρ οχ一 (Vgs — Vm)Vos
L由于ID電流比較大，存在很多其他效應(yīng)，且不同的輸入電壓VIN的差別非常大， 所以反饋電流不能比較精確控制，因而這種方法所檢測(cè)到的流并不是很精確，這樣會(huì)影響 DC-DC系統(tǒng)的響應(yīng)速度，以致于影響DC-DC系統(tǒng)輸出精度，降低電源管理芯片的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決電源管理芯片中輸入峰值電流的精確檢測(cè)問題，使得電流 控制回路更快、更準(zhǔn)，提高DC-DC電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的性能，更好保護(hù)大電流工作的芯片電路。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案一種DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流 的檢測(cè)電路，包括DC-DC轉(zhuǎn)換器電路，對(duì)該轉(zhuǎn)換器電路中的電感峰值電流進(jìn)行檢測(cè)的峰值 電流檢測(cè)電路，以及產(chǎn)生反饋控制信號(hào)的控制電路；其中DC-DC轉(zhuǎn)換器電路包括復(fù)數(shù)個(gè)功 率開關(guān)管及電感(L)；所述峰值電流檢測(cè)電路包括以一定比例鏡像流過其中第一功率開關(guān) 管(Pl)電流的鏡像管(P5)，與該鏡像管(PO相串接的檢測(cè)電阻(Rsenser)，以及運(yùn)算放大 器(AMP)。其中，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器電路具有輸入電壓(VIN)端及輸出電壓(VOUT)端，所述 第一功率開關(guān)管(Pl)接在輸入電壓(VIN)端。
所述鏡像管(P5)與檢測(cè)電阻(Rsenser)串接后，接在第一功率開關(guān)管(Pl)的源 極和漏極兩端，且鏡像管(PO的第四端襯底與第一功率開關(guān)管(Pi)的第四端襯底一同接 在輸入電壓(VIN)端。運(yùn)算放大器(AMP)跨接在檢測(cè)電阻(Rsenser)兩端。所述運(yùn)算放大器(AMP)的同相輸入端(IN+)接到輸入電壓(VIN)端上，反相輸入 端(IN-)接到檢測(cè)電阻(Rsenser)與鏡像管(P5)串連結(jié)點(diǎn)上；且該運(yùn)算放大器(AMP)具有 預(yù)設(shè)的固定失調(diào)電壓(Vos)，該電壓為第一電流源(Iil)流過第一電阻(Rl)產(chǎn)生的電壓。所述運(yùn)算放大器(AMP)為折疊式共源共柵放大器，其由復(fù)數(shù)個(gè)晶體管及電流源組 成三級(jí)運(yùn)算放大電路。所述運(yùn)算放大器(AMP)包括第四NMOS管(N4)、第五NMOS管(N5)、第六NMOS管 (N6)、第七NMOS管(N7)、第八匪OS管(N8)、第九NMOS管(N9)、第六PMOS管(P6)、第七PMOS 管(P7)和五個(gè)電流源(Ii2 Ii5)；其中，第四NMOS管(N4)與第五NMOS管(N5)是運(yùn)放的 差分輸入對(duì)管，要求高度匹配在版圖(layout)上；第六PMOS管(P6)和第七PMOS管(P7) 是一對(duì)共柵管，其工作在飽和區(qū)；第六NMOS管(N6)接成二極管與第七NMOS管(N7)構(gòu)成鏡 像關(guān)系，完成差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端信號(hào)的功能；第四電流源(Ii4)與第八NMOS管(N8)完成 第二級(jí)放大功能；第五電流源(1巧)與第九NMOS管(N9)完成第三級(jí)放大功能。所述檢測(cè)電阻是聚合物材料電阻。本發(fā)明還提供了一種DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)方法，用于檢測(cè)DC-DC 轉(zhuǎn)換器電路中的電感峰值電流，該DC-DC轉(zhuǎn)換器電路包括復(fù)數(shù)個(gè)功率開關(guān)管及電感，通過 設(shè)置一以一定比例鏡像流過其中第一功率開關(guān)管電流的鏡像管，與鏡像管相串接的檢測(cè)電 阻，以及跨接在檢測(cè)電阻兩端的運(yùn)算放大器；使得流過鏡像管的鏡像電流，會(huì)在檢測(cè)電阻上 產(chǎn)生一定的壓降，且通過運(yùn)算放大器檢測(cè)峰值電流，當(dāng)運(yùn)算放大器檢測(cè)到流過電感的電流 達(dá)到設(shè)定峰值時(shí)，運(yùn)放輸出端輸出有效信號(hào)給控制電路，控制電路產(chǎn)生反饋控制信號(hào)去控 制所述功率開關(guān)管，以完成對(duì)電感峰值電流的檢測(cè)和反饋控制過程。其中，所述運(yùn)算放大器具有預(yù)設(shè)的固定輸入失調(diào)電壓。所述運(yùn)算放大器為折疊式共源共柵放大器，其通過復(fù)數(shù)個(gè)晶體管及電流源組成三 級(jí)運(yùn)算放大電路。本發(fā)明所揭示DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流檢測(cè)電路及檢測(cè)方法，其具有可集 成、高精度、高速度進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，提高了 DC-DC電源轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)的性能，更好地保護(hù)了大電流工作的芯片電路，且不增加芯片成本。


圖1為現(xiàn)有的升壓-降壓(Buck-boost)型DC-DC轉(zhuǎn)換器電路的示意圖；圖2為現(xiàn)有的DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)電路的示意圖；圖3為本發(fā)明DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)電路的示意圖；圖4為另一本發(fā)明DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)電路的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出一種檢測(cè)DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)電路及檢測(cè)方法，如圖 3所示，該檢測(cè)電路包括DC-DC轉(zhuǎn)換器電路，對(duì)該轉(zhuǎn)換器電路中的電感峰值電流進(jìn)行檢測(cè)的峰值電流檢測(cè)電路，產(chǎn)生反饋控制信號(hào)的控制電路。其中DC-DC轉(zhuǎn)換器電路包括功率開關(guān) 管P1、P4、N2和N3，電感L，輸入電壓VIN端與輸出電壓VOUT端，第一功率開關(guān)管Pl接在輸 入電壓VIN端。峰值電流檢測(cè)電路包括以一定比例鏡像流過第一功率開關(guān)管Pl電流的鏡 像管P5，與鏡像管P5相串接的檢測(cè)電阻Rsenser，以及運(yùn)算放大器AMP。鏡像管P5與檢測(cè)電阻Rsenser串接后，接在功率開關(guān)管Pl的源極(Sourse)和漏 極(Drain)兩端，即跨接在管腳輸入電壓VIN和SWl之間，檢測(cè)電阻Rsenser的一頭接在輸 入電壓VIN端，鏡像管P5 —頭接在SWl端；第一功率開關(guān)管Pl和鏡像管P5的柵極(Gate) 共同受Controll信號(hào)控制；鏡像管P5的第四端襯底(Substrate)與第一功率開關(guān)管Pl的 第四端襯底一同接在輸入電壓VIN端。而具有固定失調(diào)電壓的運(yùn)算放大器AMP跨接在檢測(cè) 電阻Rsenser兩端，其中運(yùn)算放大器AMP的同相端接到輸入電壓VIN端上，運(yùn)算放大器AMP 的反向端接到Rsenser與鏡像管P5串連結(jié)點(diǎn)上。如圖4所示，峰值電流檢測(cè)電路主要由檢測(cè)電阻Rsenser、P5管和運(yùn)算放大器AMP 構(gòu)成。運(yùn)算放大器AMP的同相輸入端IN+接在第一電阻Rl和第一電流源Iil之間。電流Il 流過Rl產(chǎn)生一個(gè)電壓，就是所定義的失調(diào)電壓Vos。運(yùn)算放大器AMP的反向輸入端IN-接 在第二電阻R2的一端，第二電阻R2的另一端接到電流檢測(cè)電阻Rsenser和鏡像管P5的漏 端間。第二電阻R2用作平衡第一電阻R1，同時(shí)防止大電流沖擊而保護(hù)運(yùn)放輸入差分對(duì)第五 NMOS管N5的柵極。所述運(yùn)算放大器AMP是一折疊式共源共柵放大器，由第四NMOS管N4、第五NMOS 管N5、第六匪OS管N6、第七匪OS管N7、第八匪OS管N8、第九匪OS管N9、第六PMOS管P6、 第七PMOS管P7和五個(gè)電流源Ii2 Ii5構(gòu)成。所述折疊式共源共柵放大器是一種三級(jí)運(yùn) 算放大器，保證足夠的電壓增益。其中，第四NMOS管N4與第五NMOS管N5是運(yùn)放的差分輸 入對(duì)管，要求高度匹配在版圖(layout)上。第六PMOS管P6和第七PMOS管P7是一對(duì)共柵 管，由Biasl提供適當(dāng)?shù)钠秒妷海蛊涔ぷ髟陲柡蛥^(qū)。第六NMOS管N6接成二極管與第七 NMOS管N7構(gòu)成鏡像關(guān)系，完成差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端信號(hào)的功能。第四電流源Ii4與第八 NMOS管N8完成第二級(jí)放大功能。第五電流源Ii5與第九NMOS管N9完成第三級(jí)放大功能。 最后在Ipeakout可以得到滿擺幅的有效信號(hào)，送到數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的控制電路中處理，以產(chǎn) 生功率開關(guān)管P1、P4、N2和N3的柵極的控制信號(hào)。所述電流檢測(cè)電阻Rsenser，第一電阻Rl和第二電阻R2都是聚合物(Poly)材料 的電阻，對(duì)阻值精度要求相對(duì)較高。第一電阻Rl和第二電阻R2要求一定的匹配在物理版 圖上。所述電流鏡像管P5與第一功率開關(guān)管Pl成一定比例關(guān)系，假設(shè) (K) /N T0 / NλΓ
權(quán)利要求
1.一種DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)電路，包括DC-DC轉(zhuǎn)換器電路，對(duì)該轉(zhuǎn)換 器電路中的電感峰值電流進(jìn)行檢測(cè)的峰值電流檢測(cè)電路，以及產(chǎn)生反饋控制信號(hào)的控制電 路；其中DC-DC轉(zhuǎn)換器電路包括復(fù)數(shù)個(gè)功率開關(guān)管及電感(L)；其特征在于所述峰值電流 檢測(cè)電路包括以一定比例鏡像流過其中第一功率開關(guān)管(Pl)電流的鏡像管(P5)，與該鏡 像管(P5)相串接的檢測(cè)電阻(Rsenser)，以及運(yùn)算放大器(AMP)。
2.如權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)電路，其特征在于所述 DC-DC轉(zhuǎn)換器電路具有輸入電壓(VIN)端及輸出電壓(VOUT)端，所述第一功率開關(guān)管(Pl) 接在輸入電壓(VIN)端。
3.如權(quán)利要求2所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)電路，其特征在于所述 鏡像管(P5)與檢測(cè)電阻(Rsenser)串接后，接在第一功率開關(guān)管(Pl)的源極和漏極兩 端，且鏡像管(P5)的第四端襯底與第一功率開關(guān)管(Pl)的第四端襯底一同接在輸入電壓 (VIN)端，運(yùn)算放大器(AMP)跨接在檢測(cè)電阻(Rsenser)兩端。
4.如權(quán)利要求2所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)電路，其特征在于所述 運(yùn)算放大器(AMP)的同相輸入端(IN+)接到輸入電壓(VIN)端上，反相輸入端(IN-)接到 檢測(cè)電阻(Rsenser)與鏡像管(P5)串連結(jié)點(diǎn)上；且該運(yùn)算放大器(AMP)具有預(yù)設(shè)的固定失 調(diào)電壓(Vos)，該電壓為第一電流源(Iil)流過第一電阻(Rl)產(chǎn)生的電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)電路，其特征在于所述 運(yùn)算放大器(AMP)為折疊式共源共柵放大器，其由復(fù)數(shù)個(gè)晶體管及電流源組成三級(jí)運(yùn)算放 大電路。
6.如權(quán)利要求5所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)電路，其特征在于所述 運(yùn)算放大器(AMP)包括第四NMOS管(N4)、第五NMOS管(N5)、第六NMOS管(N6)、第七NMOS 管(N7)、第八匪OS管(N8)、第九匪OS管(N9)、第六PMOS管(P6)、第七PMOS管(P7)和五 個(gè)電流源(Ii2 Ii5)；其中，第四NMOS管(N4)與第五NMOS管(N5)是運(yùn)放的差分輸入對(duì) 管，要求高度匹配在版圖(layout)上；第六PMOS管(P6)和第七PMOS管(P7)是一對(duì)共柵 管，其工作在飽和區(qū)；第六NMOS管(N6)接成二極管與第七NMOS管(N7)構(gòu)成鏡像關(guān)系，完 成差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端信號(hào)的功能；第四電流源(Ii4)與第八NMOS管(N8)完成第二級(jí)放 大功能；第五電流源(Ii5)與第九NMOS管(N9)完成第三級(jí)放大功能。
7.如權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)電路，其特征在于所述 檢測(cè)電阻是聚合物材料電阻。
8.一種DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)方法，用于檢測(cè)DC-DC轉(zhuǎn)換器電路中的電 感峰值電流，該DC-DC轉(zhuǎn)換器電路包括復(fù)數(shù)個(gè)功率開關(guān)管及電感，其特征在于通過設(shè)置一 以一定比例鏡像流過其中第一功率開關(guān)管電流的鏡像管，與鏡像管相串接的檢測(cè)電阻，以 及跨接在檢測(cè)電阻兩端的運(yùn)算放大器；使得流過鏡像管的鏡像電流，會(huì)在檢測(cè)電阻上產(chǎn)生 一定的壓降，且通過運(yùn)算放大器檢測(cè)峰值電流，當(dāng)運(yùn)算放大器檢測(cè)到流過電感的電流達(dá)到 設(shè)定峰值時(shí)，運(yùn)放輸出端輸出有效信號(hào)給控制電路，控制電路產(chǎn)生反饋控制信號(hào)去控制所 述功率開關(guān)管，以完成對(duì)電感峰值電流的檢測(cè)和反饋控制過程。
9.如權(quán)利要求8所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)方法，具特征在于所述 運(yùn)算放大器具有預(yù)設(shè)的固定輸入失調(diào)電壓。
10.如權(quán)利要求8所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)方法，具特征在于所述運(yùn)算放大器為折疊式共源共柵放大器，其通過復(fù)數(shù)個(gè)晶體管及電流源組成三級(jí)運(yùn)算放大電路。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感峰值電流的檢測(cè)電路及方法，該DC-DC轉(zhuǎn)換器電路包括復(fù)數(shù)個(gè)功率開關(guān)管及一電感，通過設(shè)置一以一定比例鏡像流過其中第一功率開關(guān)管電流的鏡像管，與鏡像管相串接的檢測(cè)電阻，以及跨接在檢測(cè)電阻兩端的運(yùn)算放大器，使得流過鏡像管的鏡像電流，會(huì)在檢測(cè)電阻上產(chǎn)生一定的壓降，且通過運(yùn)算放大器檢測(cè)峰值電流，當(dāng)運(yùn)算放大器檢測(cè)到流過電感的電流達(dá)到設(shè)定峰值時(shí)，運(yùn)放輸出端輸出有效信號(hào)給控制電路，控制電路產(chǎn)生反饋控制信號(hào)去控制所述功率開關(guān)管，以完成對(duì)電感峰值電流的檢測(cè)和反饋控制過程。本發(fā)明具有高精度、高速度進(jìn)行電流檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，且提高了DC-DC電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的性能。
文檔編號(hào)H02M3/157GK102122886SQ20101057189
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者杜坦, 江石根, 石萬文, 謝衛(wèi)國(guó), 陳志明, 雷紅軍 申請(qǐng)人:蘇州華芯微電子股份有限公司