一种四开关Buck-Boost转换器的电流采样与限制电路制造技术

本发明专利技术提供了一种四开关Buck‑Boost转换器的电流采样与限制电路，包括跨导放大器Gm电路、电流限制比较器COMP电路，跨导放大器Gm电路产生电路将采样电阻RSENSE上电压转换成采样电流ISENSE，并与斜坡补偿电流ISLOP进行叠加求和得到的电压VS，作为脉冲宽度调制器PWM的同相端输入，电路中的误差放大器的输出电压VC为PWM的反相端输入，电压VS与VC经PWM比较输出脉冲控制信号PWM。采样得到的电压通过COMP比较器与设定的限流阈值VR进行比较，得到电流限制信号ILIMIT，脉冲信号PWM与电流限制信号ILIMIT经或门OR得到最终的脉冲信号VPWM，控制功率管的导通与关断。采用本发明专利技术的电路结构能够对四开关Buck‑Boost转换器的电感电流的峰值和谷值进行采样与限制，具有电流采样精度高、面积小的优点。

A current sampling and limiting circuit of four switch buck boost converter

【技术实现步骤摘要】
一种四开关Buck-Boost转换器的电流采样与限制电路
本专利技术属于电子电路
领域，涉及模拟集成电路，特别是一种四开关Buck-Boost转换器的电流采样与限制电路。
技术介绍
随着半导体技术的快速发展和应用领域的不断发展，最大功率跟踪技术是微能量收集系统的关键技术，其主要功能就是实现对能量收集器的最大功率转换，具有显著的应用价值。随着电子技术的迅速发展，电子产品的种类越来越多，功能越来越完善，有力地带动了为其提供直流电压驱动的DC-DC开关电源的快速发展。电流采样与限制技术可以检测功率管的电流，防止功率管因电流过大而损坏，保护开关电源系统。传统的电流采样与限制电路如图2所示，采用串联电阻检测法。在电流通路上串联一个采样电阻RSENSE，通过检测电阻上的压降，经跨导放大器Gm转换得到采样电流ISENSE，采样电流ISENSE与斜坡补偿电流ISLOP经电阻RP进行叠加求和得到电压VS，作为脉冲宽度调制器PWM的同相端输入，电路中的误差放大器的输出电压VC为脉冲宽度调制器PWM的反相端输入，电压VS与VC经PWM比较输出脉冲控制信号PWM。此外，采样得到的电压通过COMP比较器与设定的限流阈值VR进行比较，得到电流限制信号ILIMIT，脉冲信号PWM与电流限制信号ILIMIT经或门OR得到最终的脉冲信号VPWM，控制功率管Q1和Q2的导通与关断。这种电流检测方法结构简单，而且具有很高的精度，但是检测电阻RSENSE上流过的电流会产生相应的功耗，随着电流的增大，功耗也会增大，而且只能对电感电流的谷值电流进行检测和限制。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种四开关Buck-Boost转换器的电流采样与限制电路，通过低端MOS管的源端连接的采样电阻，同时精确采样峰值电流和谷值电流，并对电流进行准确的限制，以保护电路和系统。为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：一种四开关Buck-Boost转换器的电流采样与限制电路，包括跨导放大器Gm电路、电流限制比较器COMP电路；其中：所述跨导放大器Gm电路用于采样采样电阻RSENSE上的电压并转换成采样电流ISENSE；采样电流ISENSE与斜坡补偿电流ISLOP经电阻RP进行叠加求和，得到电压VS输入到脉冲宽度调制器PWM的同相输入端；误差放大器的输出电压VC为脉冲宽度调制器PWM的反相端输入，电压VS与VC经脉冲宽度调制器PWM比较输出脉冲控制信号PWM；所述电流限制比较器COMP电路用于限制电感电流，将采样电阻RSENSE上的电压与限流保护的峰值电流保护阈值和谷值电流保护阈值进行比较，输出电流保护信号ILIMIT到或门OR；或门OR用于将电流保护信号ILIMIT与脉冲宽度调制器PWM输出的脉冲信号PWM进行或操作，输出最终的脉冲控制信号VPWM。进一步的，所述跨导放大器Gm电路包括PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M7、PMOS管M8、PMOS管M9、PMOS管M10、NMOS管M4、NMOS管M5、NMOS管M6、电阻R1、电阻R2和电流源IBIAS1；其中：所述的电流源IBIAS1的输出端连接地，其输入端接入PMOS管M1的漏极和栅极，PMOS管M1与PMOS管M2、PMOS管M3构成电流镜，其中PMOS管M1作为电流镜的源头，PMOS管M1的源极分别与电源VCC、PMOS管M2的源极、PMOS管M3的源极连接，PMOS管M1的栅极分别与PMOS管M2的栅极、PMOS管M3的栅极连接，PMOS管M2的漏极与NMOS管M6的栅极和NMOS管M4的漏极相连，PMOS管M3的漏极与NMOS管M5的漏极相连；所述的NMOS管M4和M5构成电流镜，其中NMOS管M5为电流镜的源头，NMOS管M4的栅极分别与NMOS管M5的栅极和漏极连接，NMOS管M4的源极与第一电阻R1相连，第一电阻R1与跨导放大器Gm的反相输入端信号VN相连，其源极与第二电阻R2相连，第二电阻R2与跨导放大器Gm的同相输入端信号VP相连；所述的PMOS管M7、PMOS管M8、PMOS管M9、PMOS管M10构成电流镜，PMOS管M7的栅极与漏极相连，并与PMOS管M8的源极相连，其源极与内部电源VCC连接，PMOS管M8的栅极与漏极相连，漏极与NMOS管M6的漏极相连，PMOS管M9的栅极与PMOS管M7的栅极相连，其源极与内部电源VCC连接，其漏极与PMOS管M10的源极相连，PMOS管M10的栅极与PMOS管M8的栅极相连，其漏极连接输出信号ISENSE；所述的NMOS管M6的源极与NMOS管M5的源极、第二电阻R2相连。进一步的，所述电流限制比较器COMP电路包括PMOS管M11、PMOS管M12、PMOS管M15、PMOS管M16、PMOS管M21、NMOS管M13、NMOS管M14、NMOS管M17、NMOS管M18、NMOS管M19、NMOS管M20、NMOS管M22、电流源IBIAS2、电流源IBIAS3、电流源IBIAS4、反相器INV1和反相器INV2；其中：所述的电流源IBIAS2的输入端接内部电源VCC，其输出端接在PMOS管M11和M12的源极上，所述的电流源IBIAS3的输入端接内部电源VCC，其输出端接在PMOS管M15和M16的源极上，所述的电流源IBIAS4的输入端接内部电源VCC，其输出端接在NMOS管M19和M20的漏极上；所述的NMOS管M13和M14构成电流镜，它们的栅极相连接，源极均与地相连，NMOS管M13的漏极与PMOS管M11的漏极和NMOS管M19的栅极相连，NMOS管M14的栅极与其漏极和PMOS管M12的漏极相连，PMOS管M11的栅极与输入信号VCS相连，PMOS管M12的栅极与基准电压信号VTH_Buck相连，NMOS管M19的源极与地相连；所述的NMOS管M17和M18构成电流镜，它们的栅极相连接，源极均与地相连，NMOS管M17的栅极与其漏极和PMOS管M15的漏极相连，NMOS管M18的漏极与PMOS管M16的漏极和NMOS管M20的栅极相连，PMOS管M15的栅极与输入信号VCS相连，PMOS管M16的栅极与基准电压信号VTH_Boost相连，NMOS管M20的源极与地相连；所述的PMOS管M21和NMOS管M22构成反相器，它们的栅极相连接，且连接在NMOS管M20的漏极，PMOS管M21的漏极与NMOS管M22的漏极和反相器INV1的输入端相连接，NMOS管M22的源极与地相连；所述的反相器INV1的输出端与反相器INV2的输入端相连接，反相器INV2的输出端与输出信号ILIMIT相连接。进一步的，所述电流限制比较器COMP电路包括比较器COMP1、比较器COMP2、反相器INV3、两输入与门AND1、两输入与门AND2和两输入或门OR；其中：所述的比较器COMP1的同相输入端与基准电压信号VTH_Buck相连接，反相输入端与输入信号VCS和比较器COMP2的同相输入端相连接，其输出端与两输入与门AND1的一端输入相连接；所述的比较器COMP2的反相输入端与基准电压信号VTH_Boost相连接，其输出端与两输入与门AND2的一端输入相连接；所述的反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四开关Buck‑Boost转换器的电流采样与限制电路，其特征在于，包括跨导放大器Gm电路、电流限制比较器COMP电路；其中：所述跨导放大器Gm电路用于采样采样电阻RSENSE上的电压并转换成采样电流ISENSE；采样电流ISENSE与斜坡补偿电流ISLOP经电阻RP进行叠加求和，得到电压VS输入到脉冲宽度调制器PWM的同相输入端；误差放大器的输出电压VC为脉冲宽度调制器PWM的反相端输入，电压VS与VC经脉冲宽度调制器PWM比较输出脉冲控制信号PWM；所述电流限制比较器COMP电路用于限制电感电流，将采样电阻RSENSE上的电压与限流保护的峰值电流保护阈值和谷值电流保护阈值进行比较，输出电流保护信号ILIMIT到或门OR；或门OR用于将电流保护信号ILIMIT与脉冲宽度调制器PWM输出的脉冲信号PWM进行或操作，输出最终的脉冲控制信号VPWM。

【技术特征摘要】
1.一种四开关Buck-Boost转换器的电流采样与限制电路，其特征在于，包括跨导放大器Gm电路、电流限制比较器COMP电路；其中：所述跨导放大器Gm电路用于采样采样电阻RSENSE上的电压并转换成采样电流ISENSE；采样电流ISENSE与斜坡补偿电流ISLOP经电阻RP进行叠加求和，得到电压VS输入到脉冲宽度调制器PWM的同相输入端；误差放大器的输出电压VC为脉冲宽度调制器PWM的反相端输入，电压VS与VC经脉冲宽度调制器PWM比较输出脉冲控制信号PWM；所述电流限制比较器COMP电路用于限制电感电流，将采样电阻RSENSE上的电压与限流保护的峰值电流保护阈值和谷值电流保护阈值进行比较，输出电流保护信号ILIMIT到或门OR；或门OR用于将电流保护信号ILIMIT与脉冲宽度调制器PWM输出的脉冲信号PWM进行或操作，输出最终的脉冲控制信号VPWM。2.如权利要求1所述的四开关Buck-Boost转换器的电流采样与限制电路，其特征在于，所述跨导放大器Gm电路包括PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M7、PMOS管M8、PMOS管M9、PMOS管M10、NMOS管M4、NMOS管M5、NMOS管M6、电阻R1、电阻R2和电流源IBIAS1；其中：所述的电流源IBIAS1的输出端连接地，其输入端接入PMOS管M1的漏极和栅极，PMOS管M1与PMOS管M2、PMOS管M3构成电流镜，其中PMOS管M1作为电流镜的源头，PMOS管M1的源极分别与电源VCC、PMOS管M2的源极、PMOS管M3的源极连接，PMOS管M1的栅极分别与PMOS管M2的栅极、PMOS管M3的栅极连接，PMOS管M2的漏极与NMOS管M6的栅极和NMOS管M4的漏极相连，PMOS管M3的漏极与NMOS管M5的漏极相连；所述的NMOS管M4和M5构成电流镜，其中NMOS管M5为电流镜的源头，NMOS管M4的栅极分别与NMOS管M5的栅极和漏极连接，NMOS管M4的源极与第一电阻R1相连，第一电阻R1与跨导放大器Gm的反相输入端信号VN相连，其源极与第二电阻R2相连，第二电阻R2与跨导放大器Gm的同相输入端信号VP相连；所述的PMOS管M7、PMOS管M8、PMOS管M9、PMOS管M10构成电流镜，PMOS管M7的栅极与漏极相连，并与PMOS管M8的源极相连，其源极与内部电源VCC连接，PMOS管M8的栅极与漏极相连，漏极与NMOS管M6的漏极相连，PMOS管M9的栅极与PMOS管M7的栅极相连，其源极与内部电源VCC连接，其漏极与PMOS管M10的源极相连，PMOS管M10的栅极与PMOS管M8的栅极相连，其漏极连接输出信号ISENSE；所述的NMOS管M6的源极与NMOS管M5的源极、第二电阻R2相连。3.如权利要求1或2所述的四开关Buck-Boost转换器的电流采样与限制电路，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李演明，席晓丽，文常保，王飚，雷旭，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61