带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路制造技术

一种带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路包括镜像电流采样管、初级运算放大器和第四MOS管、Buck转换器输出功率管、采样保持电路、补偿电路和内部电流采样电阻。采样保持电路对Buck转换器输出功率管导通时的电流进行采样保持，在Buck转换器输出功率管关闭时，利用采样保持电路所获得的采样保持电压和补偿电路来模拟续流管Q2导通时候的负载电流。电流采样管Q3在整个周期都有电流流过Rs，其电压Vsa的大小正比于负载电流大小，经过低通滤波后反馈到控制端，实现芯片外无需外接采样电阻的负载电流检测，减少了芯片引脚和芯片应用的外围电路；也减小由于外接采样电阻而引起的能量损耗，提高转换效率。

Load current detection circuit for Buck converter with compensation circuit

A Buck converter load current detection circuit with compensation circuit includes mirror current sampling tube, primary operational amplifier and fourth MOS tube, Buck converter output power transistor, sample and hold circuit, compensation circuit and internal current sampling resistor. Sample and hold circuit sample and keep the output power of Buck converter tube current conduction, the output power of Buck converter tube is closed, the voltage compensation circuit and maintain sampling hold circuit is obtained to simulate the freewheeling tube when the load current Q2 conduction. The current sampling tube Q3 has Rs current flows in the whole cycle, the Vsa voltage is proportional to the size of the load current, low pass filter to realize feedback control terminal chip without external load current sampling resistance, reduce chip pins and chip application peripheral circuit is also decreased due to outside; the sampling resistance caused by the energy loss and improve the conversion efficiency.

【技术实现步骤摘要】
带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路
本技术涉及直流电能变换电路或控制装置；特别涉及Buck降压转换的直流电能变换电路，尤其涉及具有负载电流检测的Buck降压转换直流电能变换装置及方法。
技术介绍
现有技术用于直流电能变换电路或控制装置的开关电源电路即SWITCHINGREGULATOR中，Buck降压转换器是DC/DC（直流转直流）转换器重要的类型，主要适用于输入电压高于输出电压的情形，为实现Buck转换器在不同负载的条件下实现恒流输出，通常需要检测负载电流，也就是需要对Buck转换器的负载电流进行精确检测，并反馈到Buck变换电路的控制端进行Buck转换器控制，以保持Buck转换器的恒流输出。现有电源芯片中常用的Buck负载电流检测电路，通常是在电感及输出信号之间串联一个小的片外采样电阻进行检测。如图1所示是现有技术实现Buck负载电流检测的电路结构框图。在图1中，外接检流电阻Rsen和外接电感串联，电感的电流流过外接检流电阻Rsen产生压降，检流电阻Rsen两端的电压通过端子RN和端子RP这两个引脚反馈给芯片内的运算放大器，芯片根据检流电阻Rsen的电阻值和两端的电压大小，计算出实时的电感电流，电感电流的平均电流就是负载电流的大小。现有Buck负载电流检测电路芯片设计中，需要电路芯片预留两个引脚给检流电阻，增加了芯片的复杂度，也使得芯片的集成度下降和成本上升；在需要负载电流检测的应用中，不仅会因为外接电阻增加功耗，也因为外接电阻的精度等要求高而使得应用该DCDC芯片的系统成本上升。名词解释：DCDC是英文DirectcurrentDirectcurrent的缩写，中文含义为直流电压变换为直流电压；Buck降压转换器在本申请中的含义为采用BUCKREGULATOR方式的降压DC/DC变换电路，即Buck转换器也称之为Buck变换器；CC在本申请中的含义为constantcurrent，即恒流NMOS是Negativechannel-Metal-Oxide-Semiconductor的缩写，即N型金属氧化物半导体；PMOS是Positivechannel-Metal-Oxide-Semiconductor的缩写，即P型金属氧化物半导体；PWM是英文PulseWidthModulation的缩写，中文含义为脉冲宽度调制；脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种设置有补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，在需要恒流控制的Buck降压转换电路中实现无外部采样电阻的高精度的负载电流检测，减少了芯片管脚，芯片应用中，节省了因外接电阻引起的能耗和成本。解决上述技术问题采用的技术方案是一种带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，包括用于Buck转换器输出功率管电流镜像的镜像电流采样管和第四MOS管、用于电流信号放大的初级运算放大器、用于Buck转换器输出功率管关闭时刻采样保持电容上峰值电压采样保持的采样保持电路、用于在Buck转换器续流管导通时段内输出补偿电流的补偿电路和用于将采样放大后的负载电流信号转换成电压信号的内部电流采样电阻；所述补偿电路的电路功能等效为补偿电流源；采样保持电路的输入端子同时与Buck转换器输出功率管源极和Buck转换器续流管的源极电连接；同时采样保持电路的输入端子也用于Buck转换器负载电流检测电路与外部电感的电连接，用于采样获得外部电感的电流，即采样保持电路的输入端子用作Buck转换器负载电流检测电路的输入端子；采样保持电路的输出端子同时与所述补偿电流源的负极和初级运算放大器的正极输入端子电连接；所述补偿电流源的正极与外部输入电压源电连接；所述镜像电流采样管的源极与外部输入电压源电连接，所述镜像电流采样管的栅极接地，所述镜像电流采样管的漏极与所述初级运算放大器的负极输入端子电连接；所述镜像电流采样管的漏极还与第四MOS管的漏极电连接，即第四MOS管的漏极也和所述初级运算放大器的负极输入端子电连接；所述第四MOS管的栅极和所述初级运算放大器的输出端子电连接，所述第四MOS管的源极和内部电流采样电阻的电压输出端子电连接，即所述第四MOS管的源极用作Buck转换器负载电流检测电路的输出端子。所述采样保持电路包括第一开关和采样保持电容，所述第一开关接受第一控制信号的非信号的控制；所述第一控制信号是Buck转换器内产生的用于Buck转换器输出功率管的开关控制信号；所述第一开关的一端用作所述采样保持电路的输入端子，用于和外部电感的一端电连接获得外部负载电流；所述第一开关的另一端用作所述采样保持电路的输出端子，用于同所述采样保持电容正极板和所述补偿电流源负极的电连接；所述采样保持电容的负极板接地。所述补偿电路包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、补偿放大器、第五MOS管和第六MOS管；所述第十二电阻的一端与外部输入电压源电连接，用作等效补偿电流源的正极输入端子；所述第十二电阻的另一端与所述补偿放大器的正极输入端子电连接；所述第十三电阻的一端与所述补偿放大器的正极输入端电连接；所述第十三电阻的另一端接地；所述第十一电阻的一端与所述补偿放大器的负极输入端电连接；所述第十一电阻的另一端接地；所述补偿放大器的输出端与所述第五MOS管和所述第六MOS管的栅极电连接；所述第五MOS管的漏极和所述第六MOS管的漏极都与外部输入电压源电连接；所述第五MOS管的源极和所述第十一电阻的非接地端电连接，所述第六MOS管的源极用作等效补偿电流源的负极输出端子。所述初级运算放大器包括低误差运算放大器、斩波型运算放大器和自动调零运算放大器。所述带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路还包括，用于内部电流采样电阻输出电压信号进行低通滤波的低通滤波器；所述低通滤波器包括低通滤波电阻和低通滤波电容，所述低通滤波电阻的一端用作所述低通滤波器的输入端子与内部电流采样电阻的电压输出端子电连接；所述低通滤波电阻的另一端用作所述低通滤波器的输出端子，并与所述低通滤波电容的一端电连接，所述低通滤波电容的另一端接地；所述低通滤波器的输出端子用作Buck转换器负载电流检测电路的输出端子，即所述低通滤波器的输出信号用作Buck转换器的负载电流采样信号。所述带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路还包括参考电压产生电路；所述参考电压产生电路包括电流源和参考电压电路电阻；所述电流源的正极和外部输入电压源电连接，所述电流源负极用作所述参考电压产生电路的输出端子；所述电流源负极还与所述参考电压电路电阻的一端电连接，所述参考电压电路电阻的另一端接地。所述带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路还包括用于检测到的表征负载电流大小的电压信号和参考电压对比运算的误差放大器，所述误差放大器的负极输入端子与所述参考电压产生电路的输出端子电连接；所述误差放大器的正极输入端子与所述低通滤波器的输出端子电连接。决上述技术问题采用的技术方案还可以是带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路的Buck负载电流检测方法，包括步骤1：镜像电流采样管与Buck转换器输出功率管形成镜像对管，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，其特征在于，包括：用于Buck转换器输出功率管（Q1）电流镜像的镜像电流采样管（Q3）、用于电流信号放大的初级运算放大器（35）和第四MOS管、用于Buck转换器输出功率管（Q1）关闭时刻采样保持电容（C1）上峰值电压采样保持的采样保持电路（33）、用于在Buck转换器续流管（Q2）导通时段内输出补偿电流的补偿电路（34）和用于将采样放大后的负载电流信号转换成电压信号的内部电流采样电阻（Rs）；所述补偿电路（34）的电路功能等效为补偿电流源（L1）；采样保持电路（33）的输入端子同时与Buck转换器输出功率管（Q1）源极和Buck转换器续流管（Q2）的源极电连接；同时采样保持电路（33）的输入端子也用于Buck转换器负载电流检测电路与外部电感的电连接，用于采样获得外部电感的电流，即采样保持电路（33）的输入端子用作Buck转换器负载电流检测电路的输入端子；采样保持电路（33）的输出端子同时与所述补偿电流源（L1）的负极和初级运算放大器（35）的正极输入端子电连接；所述补偿电流源（L1）的正极与外部输入电压源（VIN）电连接；所述镜像电流采样管（Q3）的源极与外部输入电压源（VIN）电连接，所述镜像电流采样管（Q3）的栅极接地，所述镜像电流采样管（Q3）的漏极与所述初级运算放大器（35）的负极输入端子电连接；所述镜像电流采样管（Q3）的漏极还与第四MOS管（Q4）的漏极电连接，即第四MOS管（Q4）的漏极也和所述初级运算放大器（35）的负极输入端子电连接；所述第四MOS管（Q4）的栅极和所述初级运算放大器（35）的输出端子电连接，所述第四MOS管（Q4）的源极和内部电流采样电阻（Rs）的电压输出端子电连接，即所述第四MOS管（Q4）的源极用作Buck转换器负载电流检测电路的输出端子。...

【技术特征摘要】
1.一种带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，其特征在于，包括：用于Buck转换器输出功率管（Q1）电流镜像的镜像电流采样管（Q3）、用于电流信号放大的初级运算放大器（35）和第四MOS管、用于Buck转换器输出功率管（Q1）关闭时刻采样保持电容（C1）上峰值电压采样保持的采样保持电路（33）、用于在Buck转换器续流管（Q2）导通时段内输出补偿电流的补偿电路（34）和用于将采样放大后的负载电流信号转换成电压信号的内部电流采样电阻（Rs）；所述补偿电路（34）的电路功能等效为补偿电流源（L1）；采样保持电路（33）的输入端子同时与Buck转换器输出功率管（Q1）源极和Buck转换器续流管（Q2）的源极电连接；同时采样保持电路（33）的输入端子也用于Buck转换器负载电流检测电路与外部电感的电连接，用于采样获得外部电感的电流，即采样保持电路（33）的输入端子用作Buck转换器负载电流检测电路的输入端子；采样保持电路（33）的输出端子同时与所述补偿电流源（L1）的负极和初级运算放大器（35）的正极输入端子电连接；所述补偿电流源（L1）的正极与外部输入电压源（VIN）电连接；所述镜像电流采样管（Q3）的源极与外部输入电压源（VIN）电连接，所述镜像电流采样管（Q3）的栅极接地，所述镜像电流采样管（Q3）的漏极与所述初级运算放大器（35）的负极输入端子电连接；所述镜像电流采样管（Q3）的漏极还与第四MOS管（Q4）的漏极电连接，即第四MOS管（Q4）的漏极也和所述初级运算放大器（35）的负极输入端子电连接；所述第四MOS管（Q4）的栅极和所述初级运算放大器（35）的输出端子电连接，所述第四MOS管（Q4）的源极和内部电流采样电阻（Rs）的电压输出端子电连接，即所述第四MOS管（Q4）的源极用作Buck转换器负载电流检测电路的输出端子。2.根据权利要求1所述带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，其特征在于，所述采样保持电路（33）包括第一开关（K1）和采样保持电容（C1），所述第一开关（K1）接受第一控制信号（）的非信号的控制；所述第一控制信号（）是Buck转换器内产生的用于Buck转换器输出功率管（Q1）的开关控制信号；所述第一开关（K1）的一端用作所述采样保持电路（33）的输入端子，用于和外部电感的一端电连接获得外部负载电流；所述第一开关（K1）的另一端用作所述采样保持电路（33）的输出端子，用于同所述采样保持电容（C1）正极板和所述补偿电流源（L1）负极的电连接；所述采样保持电容（C1）的负极板接地。3.根据权利要求1所述带补偿电路的Buck转换器负载电流检测电路，其特征在于，所述补偿电路（34）包括第十一电阻（R11）、第十二电阻（R12）、第十三电阻（R13）、补偿放大器（345）、第五MOS管（...

【专利技术属性】
技术研发人员：李盛峰，张海波，王少虹，刘松，
申请(专利权)人：深圳市华芯邦科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44