一种适用于开关功率转换器的电感电流检测电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种适用于开关功率转换器的电感电流检测电路，包括控制芯片IC，在IC内部设有MOSFET管、第一NMOS管、第二NMOS管、第一固定电流源、第一比较器、ON Control模块、逻辑判断模块、Driver驱动模块，MOSFET管的Drain端连接开关功率转换器中变压器的原边电感，第一、第二NMOS管的Gate端为同一驱动信号，ON Control模块用于控制第一、第二NMOS管的导通，第一比较器用于控制第一、第二NMOS管的关断，第一、第二NMOS管工作于深度线性工作区，第一NMOS管的Drain端电压固定，第二NMOS管的Drain端电压由原边电感的电流决定，通过第一、第二NMOS管实现原边电感电流采样控制原边关断。该电路结构简单，控制精确可靠，降低了成本的同时也精简了外围。

An inductive current detection circuit for switching power converters

【技术实现步骤摘要】
一种适用于开关功率转换器的电感电流检测电路
本技术涉及功率转换器
，尤其涉及一种可用于开关功率转换器中的电感电流检测电路。
技术介绍
开关功率转换器因其较高的效率、较小的尺寸，被广泛用于为各类电子设备供电。开关功率转换器的本质就是不断地控制功率管的开和关，在每个开关周期内为输出传输能量包，通过检测输出电压电流的情况，调整开关频率或占空比，确保从输入到输出传输的能量能够满足输出负载的要求。目前的开关功率转换器主流AC-DC（PSR模式）转换架构如图1所示，AC是220V的交流市电；D1~D4构成整流桥；C1为滤波电容，与整流桥共同构成交流转直流电路；IC为控制芯片，T1为变压器，包含原边电感Lp，次级电感Ls，辅助电感La；R1、C2构成控制芯片IC的供电网络；D5为供电二极管，辅助电感La通过该二极管为控制芯片IC供电；R2、R3构成辅助电感La的采样网络,中间结点连接控制芯片IC的FB脚；D6为输出二极管；Co为输出电容；MOSFET为开关功率管；RCS为电感电流采样电阻，并与控制芯片IC的CS脚连接。控制芯片IC的功能就是不断导通或关断开关功率管MOSFET，功率管导通期间，变压器原边电感储存能量，功率管关断期间，原边电感的能量传输到次级电感，从而为输出提供能量。控制芯片IC的FB脚检测辅助电感La的相关信息，经过相关处理后用于控制开启功率管MOSFET，CS脚检测电感电流采样电阻RCS的电压，与内部基准Vref进行比较，用于关断功率管MOSFET,需要说明的是，功率管MOSFET导通期间，原边电感电流以固定斜率上升，因此RCS上的电压也以固定斜率上升。当前，电源方案的发展要求性能越来越好的情况下，同时也在追求极致的成本，极小的体积，极简的外围。其中，欲精简外围器件，在设计时如何将外围器件集成进控制芯片IC成为重要突破口。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种适用于开关功率转换器的电感电流检测电路，电路中通过在控制芯片IC内集成电流采样功能，以省去现有开关功率转换器中的电感电流采样电阻Rcs，既降低了成本，又精简了外围。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案为，一种适用于开关功率转换器的电感电流检测电路，应用于具有变压器的开关功率转换器中，包括控制芯片IC，在控制芯片IC内部设有MOSFET管、第一NMOS管、第二NMOS管、第一固定电流源、第一比较器、ONControl模块、逻辑判断模块、Driver驱动模块，MOSFET管的Drain端连接开关功率转换器中变压器的原边电感，MOSFET管的Source端连接第二NMOS管的Drain端，第一固定电流源的输入端接电源VDD，第一NMOS管的Drain端接第一固定电流源的输出端，第一NMOS管和第二NMOS管的Source端均接地，第一NMOS管的Drain端连接第一比较器的正输入端，第二NMOS管的Drain端连接第一比较器的负输入端，第一比较器的输出端连接逻辑判断模块的第一输入端，逻辑判断模块的的输出端连接Driver驱动模块的输入端，第一NMOS管和第二NMOS管的Gate端均连接Driver驱动模块的输出端，ONControl模块的输入端引出作为控制芯片IC的FB引脚，ONControl模块的输出端连接逻辑判断模块的第二输入端。作为本技术的一种改进，所述MOSFET管采用增强型MOSFET管时，为一常通器件，MOSFET管的Gate端引出作为控制芯片IC的VIN引脚，所述MOSFET管采用耗尽型MOSFET管时，MOSFET管的Gate端接地。作为本技术的一种改进，所述第一NMOS管和第二NMOS管的尺寸比例为1：n，并在当第一NMOS管和第二NMOS管的Gate端为高电平时，第一NMOS管和第二NMOS管工作于深线性工作区，当MOS管处于深线性工作区时，其导通电阻Rds可表示为：其中，表示电子迁移率，表示单位面积栅氧化物电容，W表示MOS管的沟宽，L表示MOS管的沟长，Vgs为栅源电压，Vth为阈值电压。作为本技术的一种改进，所述ONControl模块采用过零比较器设计实现，所述Driver驱动模块采用电流驱动放大器设计实现。作为本技术的一种改进，所述逻辑判断模块采用RS触发器，第一比较器的输出端连接RS触发器的R输入端，RS触发器的输出端连接Driver驱动模块的输入端，ONControl模块的输出端连接RS触发器的S输入端。作为本技术的一种改进，还包括第三NMOS管、第二比较器、第二固定电流源，第二固定电流源的输入端接电源VDD，第三NMOS管的Drain端接第二固定电流源的输出端，第二NMOS管的Drain端连接第二比较器的正输入端，第三NMOS管的Drain端连接第二比较器的负输入端，第二比较器的输出端连接逻辑判断模块的锁存输入端（latch）。作为本技术的一种改进，所述第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管的尺寸比例为1：n：1。作为本技术的一种改进，所述第三NMOS管的面积大于第一NMOS管的面积。作为本技术的一种改进，所述第二固定电流源的电流值大于或等于第一固定电流源的电流值。相对于现有技术，本技术所提出的电感电流检测电路整体结构设计巧妙，结构合理紧凑，易于制作实现，在电路中将MOSFET管集成到控制芯片IC中，并在控制芯片IC中增加第一、第二NMOS管、第一比较器、第一固定电流源、逻辑判断模块、Driver驱动模块，利用工作于深线性区的MOS管导通电阻与其面积成反比的关系间接实现控制芯片IC的电感电流采样及控制功能；将该电路应用于开关功率转换器中，可通过其中的MOSFET管及第一、第二NMOS管组合使用实现对变压器中原边电感的电流采样控制原边电感关断的功能，控制性能稳定可靠，有效省去了传统的开关功率转换器外围电路中的采样电阻，降低了成本的同时也精简了控制芯片IC的外围。同时，在电路中增加一个由第二固定电流源和第三NMOS管组成的MOS管支路以及第二比较器，可进一步实现原边电感电流的过流保护功能，为开关功率转换器的全集成方案发展提供了一种积极有效的设计思路。附图说明图1为现有技术中的开关功率转换器的架构图。图2为应用本技术所提出的电感电流检测电路的开关功率转换器的结构示意图。图3为本技术所提出的具有过流保护功能的电感电流检测电路图。具体实施方式为了加深对本技术的理解和认识，下面结合附图对本技术作进一步描述和介绍。本技术针对开关功率转换器提供了一种省去电感电流采样电阻Rcs的思路，然而在控制芯片IC内部直接集成一个采样电阻是不可取的，通常电感电流采样电阻仅需要1欧姆或零点几欧姆，在工艺上是无法精确控制的，因此只能通过改进控制芯片IC的电路结构来实现。如图2所示，为一种省去了电感电流采样电阻的适用于开关功率转换器的电感电流检测电路，应用于具有变压器的开关功率转换器中，包括控制芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于开关功率转换器的电感电流检测电路，其特征在于：应用于具有变压器的开关功率转换器中，包括控制芯片IC，在控制芯片IC内部设有MOSFET管、第一NMOS管、第二NMOS管、第一固定电流源、第一比较器、ON Control模块、逻辑判断模块、Driver驱动模块，MOSFET管的Drain端连接开关功率转换器中变压器的原边电感，MOSFET管的Source端连接第二NMOS管的Drain端，第一固定电流源的输入端接电源VDD，第一NMOS管的Drain端接第一固定电流源的输出端，第一NMOS管和第二NMOS管的Source端均接地，第一NMOS管的Drain端连接第一比较器的正输入端，第二NMOS管的Drain端连接第一比较器的负输入端，第一比较器的输出端连接逻辑判断模块的第一输入端，逻辑判断模块的输出端连接Driver驱动模块的输入端，第一NMOS管和第二NMOS管的Gate端均连接Driver驱动模块的输出端，ONControl模块的输入端引出作为控制芯片IC的FB引脚，ON Control模块的输出端连接逻辑判断模块的第二输入端。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于开关功率转换器的电感电流检测电路，其特征在于：应用于具有变压器的开关功率转换器中，包括控制芯片IC，在控制芯片IC内部设有MOSFET管、第一NMOS管、第二NMOS管、第一固定电流源、第一比较器、ONControl模块、逻辑判断模块、Driver驱动模块，MOSFET管的Drain端连接开关功率转换器中变压器的原边电感，MOSFET管的Source端连接第二NMOS管的Drain端，第一固定电流源的输入端接电源VDD，第一NMOS管的Drain端接第一固定电流源的输出端，第一NMOS管和第二NMOS管的Source端均接地，第一NMOS管的Drain端连接第一比较器的正输入端，第二NMOS管的Drain端连接第一比较器的负输入端，第一比较器的输出端连接逻辑判断模块的第一输入端，逻辑判断模块的输出端连接Driver驱动模块的输入端，第一NMOS管和第二NMOS管的Gate端均连接Driver驱动模块的输出端，ONControl模块的输入端引出作为控制芯片IC的FB引脚，ONControl模块的输出端连接逻辑判断模块的第二输入端。


2.如权利要求1所述的一种适用于开关功率转换器的电感电流检测电路，其特征在于，所述MOSFET管采用增强型MOSFET管时，MOSFET管的Gate端引出作为控制芯片IC的VIN引脚，所述MOSFET管采用耗尽型MOSFET管时，MOSFET管的Gate端接地。


3.如权利要求2所述的一种适用于开关功率转换器的电感电流检测电路，其特征在于，所述第一NMOS管和第二NMOS管的尺寸比例为1：n，并在当第一NMOS管和第二NMOS管的Gate端为高电平时，第一NMOS管和第二NMOS管工作于深线性工作区，当MOS管处于深线性工作区时，其导通电阻R...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭在超，张胜，罗寅，丁国华，
申请(专利权)人：苏州锴威特半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32