专利名称：一种电流检测电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种模拟电路，特别是涉及一种模拟检测电路。
背景技术：
电源是一切电力设备的动力心脏，其性能的优劣直接影响到电子设备的安 全性和可靠性。开关电源以其效率高，体积小，使用灵活等优点，在通信、计 算机及家用电器等领域得到了广泛的应用。就其拓扑结构来说可分为电压型控 制模式和电流型控制模式，传统的开关稳压电源采用电压型控制模式，只对输 出电压采样并作为反馈信号实现闭环控制，以稳定输出电压，仅用电压采样的 方法来实现稳压，优点是电路简单，易于实现；缺点是响应速度慢，稳定性差， 甚至在大信号变化时产生振荡。
电流型控制模式正是针对电压型控制模式的缺点发展起来的，既保留了电 压型控制模式的输出电压反馈控制部分，同时增加了电流反馈环。使电压型控 制模式引起的绝大部分问题都能得到满意解决，且不影响其优势的发挥。
电流型控制模式需要精确的检测功率管上的电流，现有的电流检测技术主 要有串联电阻检测法、分流检测法、功率管压降检测法这三种方法。它们都有 自己的优点和缺点。以下简单介绍现有技术中所述的三种检测方法。
(1) 串联电阻检测法 串联电阻检测法是目前最常用的一种方法，其电路结构如图1所示，在待测
功率管Nl下串联一个几十毫欧的电阻、通过检测电阻上的压降来检测电流I。 该方法的优点是检测精度高，缺点在于电阻会产生额外的损耗，特别是功率管 上流过大电流时，这个损耗是很大的，严重影响芯片的效率，而且在集成电路 工艺中精确的集成几十毫欧的电阻是很难的。
(2) 分流检测法
分流检测法也是目前一种常用的方法，该方法的电路结构如图2所示，待测 功率管Nl和NMOS管N0镜像连接，且工艺和其它参数一致，使待测功率管 Nl和NMOS管NO的宽长比为M，则待测功率管Nl和.NMOS管NO上电流比 为M:1;通过检测与NMOS管N0管串联的电阻上流过的电流，从而得到待测功率管Nl上的电流，检测出电流I，所述方法减小了损耗，但由于NMOS管 NO下面存在检测电阻，待测功率管Nl和NMOS管NO上的电流比不能严格等 于M:1，因此会存在一定的误差，使检测精度较低。 (3)检测功率管的压降法 检测功率管的压降法的电路结构如图3所示。当功率管导通时，它工作在深 度线性区，电流可表示为公式(1):<formula>formula see original document page 4</formula>
其中，//为沟道电子的迁移率，C。,为单位面积栅电容，^为功率管的阈值 电压，^,为功率管的栅源电压，^,为功率管漏源电压，W、 L分别为沟道的宽 度和长度。
由于功率管工作在线性区，漏源电压很小，rDS ^-^，忽略P^的影响， 可以得到公式(2): 『
丄 (2)
由欧姆定律得到功率管的等效电阻，用公式(3)表示
若已知MOS管的等效电阻，可以通过检测功率管的漏源电压^,从而得到 功率管上的电流。从理论上讲，这种方法很完美，不引入额外损耗，不影响芯
片效率，然而实际应用中却存在很大缺陷，检测的精度很低，原因有以下两点
第一、非线性的影响。通过公式(1)可以看出，我们忽略了g,，把电流电
压的关系看成线性，从而推导出的公式(3)，但在被检测电流峰值附近，^,并 不能忽略。
第二、温度特性的影响。从公式(3)可以看出，电阻i^受参数^、 COT、 ^ 的影响，而所述参数//、 C。x、 ^都与温度相关，故电阻&,受温度影响比较大， 因此所述方法虽然设计巧妙，但通常只应用在检测精度不高的场合。
以上三种现有的电流检测方法都不能很好地平衡检测精度与损耗之间的矛 盾，因此应用受到很大局限，业内迫切需求一种低损耗，高精度，受工艺和温 度影响小，并且易于集成的电流检测电路。
发明内容为解决上述背景技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提出一种电流检 测电路，在保证检测精度高的同时，受温度的影响较小，且易于集成。
一种电流检测电路，该检测电路包括待测功率管N1以及与待测功率管N1 镜像的NMOS管N2，还包括放大电路，偏置电流Ibias，电源Vcc， NMOS管 N3，四个PMOS管P3、 P4、 P5、 P6以及输出负载电阻，其中PMOS管P3、 NMOS管N3与NMOS管N2依次串行连接，同时PMOS管P3与PMOS管P4 镜像连接，PMOS管P5与PMOS管P6镜像连接，PMOS管P6的漏端接偏置 电流Ibi站，四个PMOS管P3、 P4、 P5、 P6的源端连接到电源Vcc上，PMOS管 P4和PMOS管P5的漏端相连后接在输出负载电阻一端> 输出负载电阻的另一 端接地，放大电路的两个输入端分别与待测功率管Nl和NMOS管N2的漏端相 连，且放大器的输出端与NMOS管N3的栅极相连，电源端接电源Vo:。
所述放大电路由两个PMOS管Pl和P2以及两个三极管Ql和Q2组成，所 述PMOS管Pl和PMOS管P2镜像连接，三极管Ql和三极管Q2的栅极相连， 另外PMOS管Pl和三极管Ql串联，PMOS管P2和三极管Q2串连，三极管 Ql的基极和集电极相连，所述两个三极管Ql和Q2的发射极作为放大电路的所 述两个输入端，三极管Q2的集电极作为所述放大电路的输出端，两个PMOS 管的源端接放大电路的电源端。
所述PMOS管Pl与PMOS管P2的工艺参数相同，宽长比成比例；三极管 Q1与三极管Q2的工艺参数也相同，宽长比成比例。
所述两个镜像连接的PMOS管P3和P4工艺参数相同，宽长比成比例；所 述两个镜像连接的PMOS管P5和P6工艺参数相同，宽长比成比例。
所述待测功率管Nl和NMOS管N2工艺参数相同，宽长比成比例。
所述三极管Ql和三极管Q2均为NPN型。
本实用新型的有益效果在于该检测电路也采用了直接检测功率管压降的 方法，但利用电流放大器的两输入端电压相等的原理，用电流放大器的两输入 端口分别接在待测功率管Nl和NMOS管N2，来保证两个MOS管的Vds完全 相等，从而保证电流完全成比例的镜像，克服了现有技术中由于VDS的差异和 沟道调制效应导致的电流镜像不精确的问题，消除了功率管导通电阻非线性和 温度特性对检测精度的影响，且该检测电路不产生额外的损耗，具有检测精度 高，温度特性好，易于集成的优点。
图1为现有技术中串联电压电流检测法的电路图；图2为现有技术中分流检测法的电路图3为现有技术中检测功率管的压降法的电路图4为本实用新型具体实施例中检测电路所在的电流控制模式的开关电源 电路图5为本实用新型具体实施例中包含电流检测电路及待测功率管的检测电 路图6本实用新型具体实施例电流检测电路中电流放大器的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
详细描述。
附图4为电流型控制模式开关稳压电源中一种降压型的电路结构图，该电 路结构包括电感L、误差放大器EA、比较器comp、晶振OSC、 RS锁存器、 待测功率管N1、电流检测电路、电阻R、电容C和二极管D。其中，输入电压 Vin经电感L与二极管D相连，再经并联连接的电阻R和电容C后接地，构成 一个回路，通过电容C的充放电作用得到输出电压V。ut， 二极管D的作用是利 用其单向导电特性防止电感L上的电流反向引起突变。
另外，在电感L与二极管D之间接入待测功率管N1源极，待测功率管N1 漏极经电流检测电路接地，电流检测电路的另一端与比较器comp的一个输入端 相连，输出电压V。ut和参考电压V^经误差放大器后的输出端Ve连接到比较器 comp的另一输入端，所述比较器comp的输出端与RS锁存器的R端相连，锁 存器S端与晶振OSC相连，其输出端Q与待测功率管N1的栅极相连，从而控 制待测功率管N1的关断。
所述电流控制模式开关稳压电源的工作原理为设定在初始状态，RS锁存
器的输出信号Vdri为低电平，待测功率管N1截止，输入电压Vin经电感L给电
容C充电，使输出电压V。ut不断上升，而输出电压V。ut和参考电压V^的差值 经误差放大器EA放大后，得到误差信号Ve。
若电流检测电路检测到的输出电流对应的电压Vdee达到误差放大器输出电 压值Ve后，RS锁存器则重新置位，输出Vdri变成高电平，待测功率管N1导通，
电感L中的电流经待测功率管N1和电流检测电路形成的回路产生分流，使输出
电压v。ut下降；当流经待测功率管Ni中的电流继续增^:，以致电流检测电路输
出的电压Vdec达到误差放大器的输出电压Ve时，比较器comp再次翻转.，RS锁
存器复位，输出Vdri低电平，再次关断了待测功率管N1，输入电压Vin又经电
感L给电容C充电，从而使输出电压V。ut又进入了上升阶段。所以，电流检测电路对于待测功率管N1的通断起了很大的作用，且电流检测电路的精度直接影 响了输出电压与参考电压的逼近程度以及输出电压的稳定性，因此，本实用新 型提出了一种结构简单、检测精度高且相对稳定的电流检测电路。
附图5即为本实用新型所述的一种电流检测电路的具体电路图，除待测功 率管Nl夕卜，该检测电路包括由两个PMOS管Pl和P2以及两个NPN三极管 Ql和Q2组成的放大电路、NMOS管N2、 NMOS管N3、四个PMOS管P3， P4， P5， P6以及输出负载电阻。其中，如附图5所示，NMOS管N2与待测功 率管N1镜像连接，四个PMOS管P3， P4， P5， P6中P3管禾卩P4管、P5管和 P6管分别镜像连接，故待测功率管Nl上的漏源电流与NMOS管N2上的漏源 电流镜像;Ibias为电路偏置电流连接到PMOS管P6的漏端，NMOS管N3与NMOS 管N2串行连接，检测待测功率管Nl上的电流转化为检测如图5所示的I。ut。
由于待测功率管Nl的漏端电压K和NMOS管N2的漏端电压V2不一定相 同，则影响待测功率管Nl和NMOS管N2的电流不能严格地镜像，所以，本实 用新型中增加了电流放大器，使V,和V2的电压值相同。
附图6为本实用新型中电流放大器的具体电路图，该电路包括两个PMOS 管Pl和P2，两个NPN三极管Ql和Q2。其中，PMOS管Pl和PMOS管P2 镜像连接，相互匹配，本实施例中取其宽长比相同，则电流11=12，对于两个 NPN三极管Q1和Q2，流过集电极的电流可用公式(4)表示<formula>formula see original document page 7</formula>(4) 因此，基极-射极电压V^可用公式(5)表示
<formula>formula see original document page 7</formula>(5)
由于三极管Q1和三极管Q2相匹配，则两个三极管的饱和电流/51=/52，从 而使两个三极管的基极-射极电压也相等r^-r朋2，代入公式(6)和公式(7). 中，
<formula>formula see original document page 7</formula> (7) 得到电压VshVs2，因此，电流放大器的两输入端电压相等。其中Vg为附 图6中三极管Ql和三极管Q2的基极电压，如附图5虚线框中所示为本实用新 型电流检测电路中的电流放大器电路，其两个输入端分别与NMOS管N2和待 测功率管N1的漏端相连，从而使两管的漏端电压相等。以下详细介绍本实用电流检测电路的具体检测过程，本实用新型中，NMOS 管N2与待测功率管N1的工艺参数相同，宽长比成比例，本实用新型中，取定 待测功率管N1和NM0S管N2的宽长比为M:1，其中M取整数。待测功率管 Nl和NMOS管N2的漏端分别与电流放大器的两输入端口相连，由电流放大器 的原理分析可知，电流放大器的两输入端电压相等，从而使待测功率管Nl和 NMOS管N2的漏源电压相等，又如公式(8)所示
其中，由于待测功率管Nl和NMOS管N2漏源电压相等，因此消除了非线 性的影响，同时两管的工艺参数相同，则//、 C。，、 ^也相同，且与温度无关， 可以得到如公式(9)所示的待测功率管Nl和NMOS管N2的漏源等效电阻比 值，且所述比值是恒定的，不受温度影响。
同时，由于电流放大器输入端电压相等，根据欧姆定律有
带入公式(9)，<formula>formula see original document page 8</formula>其中，I、 II、 12、 13为如附图5所示的支路电流，且有电路关系可知，13 是微安级，I是安培级，/》/3，可以近似得到
<formula>formula see original document page 8</formula>
同时，由于PMOS管P4与PMOS管P3镜像，PMOS管P5和P6与电流 放大器中PMOS管Pl、 P2镜像，则由镜像电路的原理，可以得到如公式(11) 所示的电流关系
<formula>formula see original document page 8</formula>
由公式(11)可知，1。ut和待测电流I成简单的线性关系，与偏置电流无关， 克服了偏置电流对检测精度的影响，从而可以通过检测1。ut检测待测电流I，而且
非常方便准确，不受温度等外界可变因素的影响，检测精度很高。
权利要求1、一种电流检测电路，该检测电路包括待测功率管N1以及与待测功率管N1镜像的NMOS管N2，其特征在于，该检测电路还包括放大电路，偏置电流Ibias，电源VCC，NMOS管N3，四个PMOS管P3、P4、P5、P6以及输出负载电阻，其中PMOS管P3、NMOS管N3与NMOS管N2依次串行连接，同时PMOS管P3与PMOS管P4镜像连接，PMOS管P5与PMOS管P6镜像连接，PMOS管P6的漏端接偏置电流Ibias，四个PMOS管P3、P4、P5、P6的源端连接到电源VCC上，PMOS管P4和PMOS管P5的漏端相连后接在输出负载电阻一端，输出负载电阻的另一端接地，放大电路的两个输入端分别与待测功率管N1和NMOS管N2的漏端相连，且放大器的输出端与NMOS管N3的栅极相连，电源端接电源VCC。
2、 根据权利要求1所述的一种电流检测龟路，其特征在于，所述放大电路 由两个PMOS管Pl和P2以及两个三极管Ql和Q2组成，所述PMOS管Pl和 PMOS管P2镜像连接，三极管Ql和三极管Q2的栅极相连，另外PMOS管Pl 和三极管Ql串联，PMOS管P2和三极管Q2串联，三极管Ql的基极和集电极 相连，所述两个三极管Ql和Q2的发射极作为放大电路的所述两个输入端，三 极管Q2的集电极作为所述放大电路的输出端，两个PMOS管的源端接放大电 路的电源端。
3、 根据权利要求2所述的一种电流检测电路，其特征在于，所述PMOS管 Pl与PMOS管P2的工艺参数捐同，宽长比成比例；三极管Q1与三极管Q2的 工艺参数也相同，宽长比成比例。.
4、 根据权利要求1所述的一种电流检测龟路，其特征在于，所述两个镜像 连接的PMOS管P3和P4工艺参数相同，宽长比成比例；所述两个镜像连接的 PMOS管P5和P6工艺参数相同，宽长比成比例。
5、 根据权利要求1或2所述的一种电流检测电路，其特征在于，所述待测 功率管Nl和NMOS管N2工艺参数相同，宽长比成比例。
6、 根据权利要求3所述的一种电流检测电路，其特征在于，所述三极管 Ql和三极管Q2均为NPN型。
专利摘要一种电流检测电路，该检测电路包括待测功率管N1，与待测功率管N1镜像的NMOS管N2，以及放大电路，偏置电流I<sub>bias</sub>，电源V<sub>CC</sub>，NMOS管N3，四个PMOS管P3、P4、P5、P6以及输出负载电阻，其中PMOS管P3、NMOS管N3与NMOS管N2依次串行连接，同时PMOS管P3与P4镜像连接，PMOS管P5与P6镜像连接，PMOS管P6的漏端接偏置电流I<sub>bias</sub>，PMOS管P4和PMOS管P5的漏端相连后接在输出负载电阻一端，输出负载电阻的另一端接地。该检测电路消除了待测功率管导通电阻非线性和温度特性对检测精度的影响，且不产生额外的损耗，具有检测精度高，温度特性好，易于集成的优点。
文档编号G01R31/40GK201159746SQ20082009209
公开日2008年12月3日 申请日期2008年2月3日 优先权日2008年2月3日
发明者刘敬波, 常军锋, 韧 王, 岭 石, 胡江鸣 申请人:深圳艾科创新微电子有限公司