專利名稱：一種電流檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種模擬電路，特別是涉及一種模擬檢測電路。
背景技術(shù)：
電源是一切電力設(shè)備的動力心臟，其性能的優(yōu)劣直接影響到電子設(shè)備的安 全性和可靠性。開關(guān)電源以其效率高，體積小，使用靈活等優(yōu)點，在通信、計 算機及家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。就其拓撲結(jié)構(gòu)來說可分為電壓型控 制模式和電流型控制模式，傳統(tǒng)的開關(guān)穩(wěn)壓電源采用電壓型控制模式，只對輸 出電壓采樣并作為反饋信號實現(xiàn)閉環(huán)控制，以穩(wěn)定輸出電壓，僅用電壓采樣的 方法來實現(xiàn)穩(wěn)壓，優(yōu)點是電路簡單，易于實現(xiàn)；缺點是響應(yīng)速度慢，穩(wěn)定性差， 甚至在大信號變化時產(chǎn)生振蕩。
電流型控制模式正是針對電壓型控制模式的缺點發(fā)展起來的，既保留了電 壓型控制模式的輸出電壓反饋控制部分，同時增加了電流反饋環(huán)。使電壓型控 制模式引起的絕大部分問題都能得到滿意解決，且不影響其優(yōu)勢的發(fā)揮。
電流型控制模式需要精確的檢測功率管上的電流，現(xiàn)有的電流檢測技術(shù)主 要有串聯(lián)電阻檢測法、分流檢測法、功率管壓降檢測法這三種方法。它們都有 自己的優(yōu)點和缺點。以下簡單介紹現(xiàn)有技術(shù)中所述的三種檢測方法。
(1) 串聯(lián)電阻檢測法 串聯(lián)電阻檢測法是目前最常用的一種方法，其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，在待測
功率管Nl下串聯(lián)一個幾十毫歐的電阻、通過檢測電阻上的壓降來檢測電流I。 該方法的優(yōu)點是檢測精度高，缺點在于電阻會產(chǎn)生額外的損耗，特別是功率管 上流過大電流時，這個損耗是很大的，嚴重影響芯片的效率，而且在集成電路 工藝中精確的集成幾十毫歐的電阻是很難的。
(2) 分流檢測法
分流檢測法也是目前一種常用的方法，該方法的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，待測 功率管Nl和NMOS管N0鏡像連接，且工藝和其它參數(shù)一致，使待測功率管 Nl和NMOS管NO的寬長比為M，則待測功率管Nl和.NMOS管NO上電流比 為M:1;通過檢測與NMOS管N0管串聯(lián)的電阻上流過的電流，從而得到待測功率管Nl上的電流，檢測出電流I，所述方法減小了損耗，但由于NMOS管 NO下面存在檢測電阻，待測功率管Nl和NMOS管NO上的電流比不能嚴格等 于M:1，因此會存在一定的誤差，使檢測精度較低。 (3)檢測功率管的壓降法 檢測功率管的壓降法的電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。當(dāng)功率管導(dǎo)通時，它工作在深 度線性區(qū)，電流可表示為公式(1):<formula>formula see original document page 4</formula>
其中，//為溝道電子的遷移率，C。,為單位面積柵電容，^為功率管的閾值 電壓，^,為功率管的柵源電壓，^,為功率管漏源電壓，W、 L分別為溝道的寬 度和長度。
由于功率管工作在線性區(qū)，漏源電壓很小，rDS ^-^，忽略P^的影響， 可以得到公式(2): 『
丄 (2)
由歐姆定律得到功率管的等效電阻，用公式(3)表示
若已知MOS管的等效電阻，可以通過檢測功率管的漏源電壓^,從而得到 功率管上的電流。從理論上講，這種方法很完美，不引入額外損耗，不影響芯
片效率，然而實際應(yīng)用中卻存在很大缺陷，檢測的精度很低，原因有以下兩點
第一、非線性的影響。通過公式(1)可以看出，我們忽略了g,，把電流電
壓的關(guān)系看成線性，從而推導(dǎo)出的公式(3)，但在被檢測電流峰值附近，^,并 不能忽略。
第二、溫度特性的影響。從公式(3)可以看出，電阻i^受參數(shù)^、 COT、 ^ 的影響，而所述參數(shù)//、 C。x、 ^都與溫度相關(guān)，故電阻&,受溫度影響比較大， 因此所述方法雖然設(shè)計巧妙，但通常只應(yīng)用在檢測精度不高的場合。
以上三種現(xiàn)有的電流檢測方法都不能很好地平衡檢測精度與損耗之間的矛 盾，因此應(yīng)用受到很大局限，業(yè)內(nèi)迫切需求一種低損耗，高精度，受工藝和溫 度影響小，并且易于集成的電流檢測電路。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述背景技術(shù)存在的缺陷，本實用新型的目的在于提出一種電流檢 測電路，在保證檢測精度高的同時，受溫度的影響較小，且易于集成。
一種電流檢測電路，該檢測電路包括待測功率管N1以及與待測功率管N1 鏡像的NMOS管N2，還包括放大電路，偏置電流Ibias，電源Vcc， NMOS管 N3，四個PMOS管P3、 P4、 P5、 P6以及輸出負載電阻，其中PMOS管P3、 NMOS管N3與NMOS管N2依次串行連接，同時PMOS管P3與PMOS管P4 鏡像連接，PMOS管P5與PMOS管P6鏡像連接，PMOS管P6的漏端接偏置 電流Ibi站，四個PMOS管P3、 P4、 P5、 P6的源端連接到電源Vcc上，PMOS管 P4和PMOS管P5的漏端相連后接在輸出負載電阻一端> 輸出負載電阻的另一 端接地，放大電路的兩個輸入端分別與待測功率管Nl和NMOS管N2的漏端相 連，且放大器的輸出端與NMOS管N3的柵極相連，電源端接電源Vo:。
所述放大電路由兩個PMOS管Pl和P2以及兩個三極管Ql和Q2組成，所 述PMOS管Pl和PMOS管P2鏡像連接，三極管Ql和三極管Q2的柵極相連， 另外PMOS管Pl和三極管Ql串聯(lián)，PMOS管P2和三極管Q2串連，三極管 Ql的基極和集電極相連，所述兩個三極管Ql和Q2的發(fā)射極作為放大電路的所 述兩個輸入端，三極管Q2的集電極作為所述放大電路的輸出端，兩個PMOS 管的源端接放大電路的電源端。
所述PMOS管Pl與PMOS管P2的工藝參數(shù)相同，寬長比成比例；三極管 Q1與三極管Q2的工藝參數(shù)也相同，寬長比成比例。
所述兩個鏡像連接的PMOS管P3和P4工藝參數(shù)相同，寬長比成比例；所 述兩個鏡像連接的PMOS管P5和P6工藝參數(shù)相同，寬長比成比例。
所述待測功率管Nl和NMOS管N2工藝參數(shù)相同，寬長比成比例。
所述三極管Ql和三極管Q2均為NPN型。
本實用新型的有益效果在于該檢測電路也采用了直接檢測功率管壓降的 方法，但利用電流放大器的兩輸入端電壓相等的原理，用電流放大器的兩輸入 端口分別接在待測功率管Nl和NMOS管N2，來保證兩個MOS管的Vds完全 相等，從而保證電流完全成比例的鏡像，克服了現(xiàn)有技術(shù)中由于VDS的差異和 溝道調(diào)制效應(yīng)導(dǎo)致的電流鏡像不精確的問題，消除了功率管導(dǎo)通電阻非線性和 溫度特性對檢測精度的影響，且該檢測電路不產(chǎn)生額外的損耗，具有檢測精度 高，溫度特性好，易于集成的優(yōu)點。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中串聯(lián)電壓電流檢測法的電路圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中分流檢測法的電路圖3為現(xiàn)有技術(shù)中檢測功率管的壓降法的電路圖4為本實用新型具體實施例中檢測電路所在的電流控制模式的開關(guān)電源 電路圖5為本實用新型具體實施例中包含電流檢測電路及待測功率管的檢測電 路圖6本實用新型具體實施例電流檢測電路中電流放大器的電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
詳細描述。
附圖4為電流型控制模式開關(guān)穩(wěn)壓電源中一種降壓型的電路結(jié)構(gòu)圖，該電 路結(jié)構(gòu)包括電感L、誤差放大器EA、比較器comp、晶振OSC、 RS鎖存器、 待測功率管N1、電流檢測電路、電阻R、電容C和二極管D。其中，輸入電壓 Vin經(jīng)電感L與二極管D相連，再經(jīng)并聯(lián)連接的電阻R和電容C后接地，構(gòu)成 一個回路，通過電容C的充放電作用得到輸出電壓V。ut， 二極管D的作用是利 用其單向?qū)щ娞匦苑乐闺姼蠰上的電流反向引起突變。
另外，在電感L與二極管D之間接入待測功率管N1源極，待測功率管N1 漏極經(jīng)電流檢測電路接地，電流檢測電路的另一端與比較器comp的一個輸入端 相連，輸出電壓V。ut和參考電壓V^經(jīng)誤差放大器后的輸出端Ve連接到比較器 comp的另一輸入端，所述比較器comp的輸出端與RS鎖存器的R端相連，鎖 存器S端與晶振OSC相連，其輸出端Q與待測功率管N1的柵極相連，從而控 制待測功率管N1的關(guān)斷。
所述電流控制模式開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理為設(shè)定在初始狀態(tài)，RS鎖存
器的輸出信號Vdri為低電平，待測功率管N1截止，輸入電壓Vin經(jīng)電感L給電
容C充電，使輸出電壓V。ut不斷上升，而輸出電壓V。ut和參考電壓V^的差值 經(jīng)誤差放大器EA放大后，得到誤差信號Ve。
若電流檢測電路檢測到的輸出電流對應(yīng)的電壓Vdee達到誤差放大器輸出電 壓值Ve后，RS鎖存器則重新置位，輸出Vdri變成高電平，待測功率管N1導(dǎo)通，
電感L中的電流經(jīng)待測功率管N1和電流檢測電路形成的回路產(chǎn)生分流，使輸出
電壓v。ut下降；當(dāng)流經(jīng)待測功率管Ni中的電流繼續(xù)增^:，以致電流檢測電路輸
出的電壓Vdec達到誤差放大器的輸出電壓Ve時，比較器comp再次翻轉(zhuǎn).，RS鎖
存器復(fù)位，輸出Vdri低電平，再次關(guān)斷了待測功率管N1，輸入電壓Vin又經(jīng)電
感L給電容C充電，從而使輸出電壓V。ut又進入了上升階段。所以，電流檢測電路對于待測功率管N1的通斷起了很大的作用，且電流檢測電路的精度直接影 響了輸出電壓與參考電壓的逼近程度以及輸出電壓的穩(wěn)定性，因此，本實用新 型提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、檢測精度高且相對穩(wěn)定的電流檢測電路。
附圖5即為本實用新型所述的一種電流檢測電路的具體電路圖，除待測功 率管Nl夕卜，該檢測電路包括由兩個PMOS管Pl和P2以及兩個NPN三極管 Ql和Q2組成的放大電路、NMOS管N2、 NMOS管N3、四個PMOS管P3， P4， P5， P6以及輸出負載電阻。其中，如附圖5所示，NMOS管N2與待測功 率管N1鏡像連接，四個PMOS管P3， P4， P5， P6中P3管禾卩P4管、P5管和 P6管分別鏡像連接，故待測功率管Nl上的漏源電流與NMOS管N2上的漏源 電流鏡像;Ibias為電路偏置電流連接到PMOS管P6的漏端，NMOS管N3與NMOS 管N2串行連接，檢測待測功率管Nl上的電流轉(zhuǎn)化為檢測如圖5所示的I。ut。
由于待測功率管Nl的漏端電壓K和NMOS管N2的漏端電壓V2不一定相 同，則影響待測功率管Nl和NMOS管N2的電流不能嚴格地鏡像，所以，本實 用新型中增加了電流放大器，使V,和V2的電壓值相同。
附圖6為本實用新型中電流放大器的具體電路圖，該電路包括兩個PMOS 管Pl和P2，兩個NPN三極管Ql和Q2。其中，PMOS管Pl和PMOS管P2 鏡像連接，相互匹配，本實施例中取其寬長比相同，則電流11=12，對于兩個 NPN三極管Q1和Q2，流過集電極的電流可用公式(4)表示<formula>formula see original document page 7</formula>(4) 因此，基極-射極電壓V^可用公式(5)表示
<formula>formula see original document page 7</formula>(5)
由于三極管Q1和三極管Q2相匹配，則兩個三極管的飽和電流/51=/52，從 而使兩個三極管的基極-射極電壓也相等r^-r朋2，代入公式(6)和公式(7). 中，
<formula>formula see original document page 7</formula> (7) 得到電壓VshVs2，因此，電流放大器的兩輸入端電壓相等。其中Vg為附 圖6中三極管Ql和三極管Q2的基極電壓，如附圖5虛線框中所示為本實用新 型電流檢測電路中的電流放大器電路，其兩個輸入端分別與NMOS管N2和待 測功率管N1的漏端相連，從而使兩管的漏端電壓相等。以下詳細介紹本實用電流檢測電路的具體檢測過程，本實用新型中，NMOS 管N2與待測功率管N1的工藝參數(shù)相同，寬長比成比例，本實用新型中，取定 待測功率管N1和NM0S管N2的寬長比為M:1，其中M取整數(shù)。待測功率管 Nl和NMOS管N2的漏端分別與電流放大器的兩輸入端口相連，由電流放大器 的原理分析可知，電流放大器的兩輸入端電壓相等，從而使待測功率管Nl和 NMOS管N2的漏源電壓相等，又如公式(8)所示
其中，由于待測功率管Nl和NMOS管N2漏源電壓相等，因此消除了非線 性的影響，同時兩管的工藝參數(shù)相同，則//、 C。，、 ^也相同，且與溫度無關(guān)， 可以得到如公式(9)所示的待測功率管Nl和NMOS管N2的漏源等效電阻比 值，且所述比值是恒定的，不受溫度影響。
同時，由于電流放大器輸入端電壓相等，根據(jù)歐姆定律有
帶入公式(9)，<formula>formula see original document page 8</formula>其中，I、 II、 12、 13為如附圖5所示的支路電流，且有電路關(guān)系可知，13 是微安級，I是安培級，/》/3，可以近似得到
<formula>formula see original document page 8</formula>
同時，由于PMOS管P4與PMOS管P3鏡像，PMOS管P5和P6與電流 放大器中PMOS管Pl、 P2鏡像，則由鏡像電路的原理，可以得到如公式(11) 所示的電流關(guān)系
<formula>formula see original document page 8</formula>
由公式(11)可知，1。ut和待測電流I成簡單的線性關(guān)系，與偏置電流無關(guān)， 克服了偏置電流對檢測精度的影響，從而可以通過檢測1。ut檢測待測電流I，而且
非常方便準確，不受溫度等外界可變因素的影響，檢測精度很高。
權(quán)利要求1、一種電流檢測電路，該檢測電路包括待測功率管N1以及與待測功率管N1鏡像的NMOS管N2，其特征在于，該檢測電路還包括放大電路，偏置電流Ibias，電源VCC，NMOS管N3，四個PMOS管P3、P4、P5、P6以及輸出負載電阻，其中PMOS管P3、NMOS管N3與NMOS管N2依次串行連接，同時PMOS管P3與PMOS管P4鏡像連接，PMOS管P5與PMOS管P6鏡像連接，PMOS管P6的漏端接偏置電流Ibias，四個PMOS管P3、P4、P5、P6的源端連接到電源VCC上，PMOS管P4和PMOS管P5的漏端相連后接在輸出負載電阻一端，輸出負載電阻的另一端接地，放大電路的兩個輸入端分別與待測功率管N1和NMOS管N2的漏端相連，且放大器的輸出端與NMOS管N3的柵極相連，電源端接電源VCC。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電流檢測龜路，其特征在于，所述放大電路 由兩個PMOS管Pl和P2以及兩個三極管Ql和Q2組成，所述PMOS管Pl和 PMOS管P2鏡像連接，三極管Ql和三極管Q2的柵極相連，另外PMOS管Pl 和三極管Ql串聯(lián)，PMOS管P2和三極管Q2串聯(lián)，三極管Ql的基極和集電極 相連，所述兩個三極管Ql和Q2的發(fā)射極作為放大電路的所述兩個輸入端，三 極管Q2的集電極作為所述放大電路的輸出端，兩個PMOS管的源端接放大電 路的電源端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電流檢測電路，其特征在于，所述PMOS管 Pl與PMOS管P2的工藝參數(shù)捐同，寬長比成比例；三極管Q1與三極管Q2的 工藝參數(shù)也相同，寬長比成比例。.
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電流檢測龜路，其特征在于，所述兩個鏡像 連接的PMOS管P3和P4工藝參數(shù)相同，寬長比成比例；所述兩個鏡像連接的 PMOS管P5和P6工藝參數(shù)相同，寬長比成比例。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電流檢測電路，其特征在于，所述待測 功率管Nl和NMOS管N2工藝參數(shù)相同，寬長比成比例。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電流檢測電路，其特征在于，所述三極管 Ql和三極管Q2均為NPN型。
專利摘要一種電流檢測電路，該檢測電路包括待測功率管N1，與待測功率管N1鏡像的NMOS管N2，以及放大電路，偏置電流I<sub>bias</sub>，電源V<sub>CC</sub>，NMOS管N3，四個PMOS管P3、P4、P5、P6以及輸出負載電阻，其中PMOS管P3、NMOS管N3與NMOS管N2依次串行連接，同時PMOS管P3與P4鏡像連接，PMOS管P5與P6鏡像連接，PMOS管P6的漏端接偏置電流I<sub>bias</sub>，PMOS管P4和PMOS管P5的漏端相連后接在輸出負載電阻一端，輸出負載電阻的另一端接地。該檢測電路消除了待測功率管導(dǎo)通電阻非線性和溫度特性對檢測精度的影響，且不產(chǎn)生額外的損耗，具有檢測精度高，溫度特性好，易于集成的優(yōu)點。
文檔編號G01R31/40GK201159746SQ20082009209
公開日2008年12月3日 申請日期2008年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月3日
發(fā)明者劉敬波, 常軍鋒, 韌 王, 嶺 石, 胡江鳴 申請人:深圳艾科創(chuàng)新微電子有限公司