[發(fā)明專利]適用于高頻降壓型電壓轉換器的無損電感電流檢測電路

無效

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• 申請日: 2011-09-08
• 公開（公告）號: CN102426284A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設計）人: 呂旦竹;虞佳樂;洪志良
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發(fā)明屬于集成電路設計技術領域，具體涉及一種用于高頻降壓型電壓轉換器的無損電感電流檢測電路。

技術背景

在當今消費類電子市場中，電池供電的便攜式設備諸如智能手機、平板電腦、MP3等在人們的生活中扮演著越來越重要的角色。由于集成電路工藝隨著摩爾定律不斷發(fā)展，為了較小功耗密度等問題，MOS管的驅動電壓也隨之不斷下降。然而供電電源的電池電壓卻沒有隨之下降，因此作為將高電壓轉換為低電壓的降壓型電壓轉換器在便攜式裝置中成為了應用最為廣泛的電源轉換器。而由于提高開關頻率，在同樣的輸出紋波下，開關電源轉換器中所需要使用的電感和電容減小，從而大大減小了芯片的面積和成本。因此高頻降壓型直流轉換器已經成為了一種設計趨勢，并具有廣闊的應用前景。

對于高頻降壓型電壓轉換器的控制器，則要求其有穩(wěn)定的響應、更大的帶寬和更快的速度。傳統(tǒng)的電流模式脈沖寬度調制（PWM）方式由于其相應速度快，穩(wěn)定性好，開關頻率固定，沒有EMI問題等優(yōu)勢一直以來都受到設計者的青睞。但是這種控制方法運用于高頻降壓型電壓轉換器時，由于開關頻率的提高，對于其中必須的電感電流檢測就變得越發(fā)困難，對于運算放大器等元件的性能要求也越來越高，直接導致了電流檢測成本與功耗的增加，使得該控制方法在高頻降壓型電壓轉換器中的應用受到了限制。

本發(fā)明針對應用于高頻降壓型電壓轉換器中的無損電感電流檢測電路，通過對降壓型電壓轉換器中電感兩端的電壓進行積分，得到相應的電感電流信號，從而實現對于電感電流的無損檢測。由于采用了積分的方法，對于電流檢測所需的運算放大器帶寬要求降低，并且沒有附加功耗，因此使得傳統(tǒng)的電流模式脈沖寬度調制方式在高頻降壓型電壓轉換器中的廣泛應用成為可能。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種低成本，無功耗損失的適用于高頻降壓型電壓轉換器的無損電感電流檢測電路。?

本發(fā)明所述降壓型電壓轉換器電路由功率級和控制級電路組成。其中功率級由功率管PMOS、NMOS和濾波電感L、濾波電容C、負載電阻R_o組成；控制級由無損電感電流檢測電路，誤差放大器，補償電路，鋸齒波發(fā)生器，補償電路等模塊組成。控制級電路通過將無損電感電流檢測電路檢測得電感電流IL與基準電壓VREF與輸出反饋電壓VFB之間的差值經誤差放大器放大后的差值ERROR這兩個信號經過補償電路形成COM信號，并將其與固定頻率的鋸齒波比較，得到占空比DUTY信號，最后通過驅動電路產生非重疊的驅動信號分別控制功率管PMOS和NMOS的導通與關斷，從而實現對于降壓型電壓轉換器的固定頻率脈沖寬度調制。當DUTY信號為低電平時，PMOS管導通而NMOS管關斷時，電感左端與電源相連接，電源通過電感對輸出電容充電，電感電流上升，輸出電壓上升。當鋸齒波信號SAW高于補償信號COM時，比較器輸出觸發(fā)控制DUTY信號為高電平，NMOS管導通而PMOS管關斷時，電感左端直接連地，輸出電容通過電感放電，電感電流下降，輸出電壓下降。而當鋸齒波信號經過一個周期后再次低于于補償信號COM時，比較器輸出觸發(fā)控制DUTY信號為低電平，再次開啟PMOS而關斷NMOS。而無損電感電流檢測電路的作用是檢測電感電流的值，與輸出電壓與基準的誤差相結合進行補償，對補償信號COM進行調節(jié)，從而使得系統(tǒng)穩(wěn)定工作于鋸齒波所在的頻率。

本發(fā)明提供的無損電感電流檢測電路，包括：一個四輸入運算放大器OP，4個分壓電阻R_f1、R_f2、R_f3、R_f4，和三對積分元件R_c和C_c組成的積分元件，用于檢測電感L中流過的電流。其中一個四輸入運算放大器OP的一對正負輸入端對電感兩端信號VLX與VOUT經分壓電阻Rf1、Rf2、Rf3、Rf4分壓后的信號進行積分，積分常數為R_cC_c；四輸入運算放大器的另一對正負輸出端通過反饋使得輸出電壓的直流電平與輸入電壓直流電壓V_c相等。由于電感兩端電壓是電感電流的微分，因此對于電感兩端電壓的積分可以得到電感電流的波形，解決了傳統(tǒng)的電流檢測方式中附帶額外的功耗損失和運算放大器帶寬要求較高的問題。從而實現了一種應用于高開關頻率電流信號的低成本，無功耗損失的電流檢測電路。

本發(fā)明電路可以應用于諸如手機、平板電腦、MP3等電池供電的便攜式設備中。

附圖說明

以下附圖描述了本發(fā)明的實施例，這些附圖和實施例提供了本發(fā)明的實例并且它們是非限制性的和非窮盡的。