专利名称：低失调电流比较器的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种电路结构，尤其是ー种低失调电流比较器，具体地说是用于同步整流型DC-DC变换器的续流开关管反向电流检测的电路结构，属于同步整流型DC-DC变换器的技术领域。
背景技术：
DC-DC变换器根据所采用的不同续流方式可分为异步整流和同步整流两种方式。其中，异步整流是开关电源中一种常见的基本整流方式，它采用整流ニ极管作为续流器件。开关电源的损耗主要由3部分组成功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管 的损耗。近年来随着电子技术的发展，为了降低电路的整体功率消耗，电路的工作电压越来越低、电流越来越大。在低电压、大电流输出的情况下，整流ニ极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复ニ极管(FRD)或超快恢复ニ极管(SRD)可达I. O I. 2V,即使采用低压降的肖特基ニ极管(SBD)，也会产生大约O. 6V的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。而同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET来取代整流ニ极管，以降低整流损耗的ー项新技术；它能大大提高DC/DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。对于同步整流方式的变换器，当其工作于断续模式(Discontinuous Conduction Mode)时,在续流功率管导通期间，一般需要一个电路来检测续流功率管与外接电感L相连接的节点(SW)电压，在此电压达到所设定阈值时，通过逻辑电路将续流功率管关断，防止滤波电容Cout通过外接电感L对地放电而消耗能量，降低变换器效率。但是由于一般续流功率管导通电阻很小(几十πιΩ量级)，SW阈值可小至几十微伏(μ V)，这将会对检测电路的灵敏度提出很高要求。
发明内容本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供ー种低失调电流比较器，其结构简単，设计方便，检测精度高，确保变换器稳定工作，提高变换器的转换效率，安全可靠。按照本发明提供的技术方案，所述低失调电流比较器，包括第一三极管及第二三极管，所述第一三极管的基极端与第二三极管的基极端相连；第一三极管的发射极与第一电阻相连，第二三极管的发射极通过第二电阻接地；所述第一三极管及第二三极管的基极端均与第三三极管的发射极相连；第一三极管的集电极及第三三极管的基极端均与第五MOS管的漏极端相互连接，第三三极管的集电极分别与第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管及第七MOS管的源极端相连，且第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管及第七MOS管的源极端相互连连接；第六MOS管的漏极端与第二三极管的集电极相连，第六MOS管的栅极端与第七MOS管的栅极端相连，且第六MOS管的栅极端与第六MOS管的漏极端相连；第七MOS管的漏极端与第三MOS管的漏极端相连，所述第三MOS管的源极端与第二 MOS管的源极端及第一 MOS管的源极端相互连接并接地；第三MOS管的栅极端与第二 MOS管及第一 MOS管的栅极端相互连接，第一MOS管的栅极端与第一MOS管的漏极端相连；第二MOS管的漏极端与第四MOS管的漏极端相连，第四MOS管的栅极端与所述第四MOS管的漏极端相连。所述第六MOS管的漏极端与第二三极管管的集电极间还设有第八MOS管，所述第八MOS管的源极端与第二三极管的集电极相连，第八MOS管的漏极端与第六MOS的漏极端相连，第八MOS管的栅极端与第三三极管的基极端相连。所述第一三极管及第二三极管为完全相同的NPN管。所述第二 MOS管与第三MOS管均为NMOS管，第二 MOS管与第三MOS管形成第一镜像源，且第二 MOS管与第三MOS管对应导电沟道的宽长比相同。所述第四MOS管及第五MOS管均为PMOS管，第四MOS管及第五MOS管形成第二镜像源，且第四MOS管及第五MOS管对应导电沟道的宽长比相同。所述第六MOS管与第七MOS管均为PMOS管，第六MOS管及第七MOS管形成第三镜像源，且第六MOS管及第七MOS管对应导电沟道的宽长比相同。所述第一 MOS管的漏极端与偏置电流源Idc相连；第四MOS管的源极端、第五MOS管的源极端、第六MOS管的源极端、第七MOS管的源极端及第三三极管的集电极均与电源VDD相连。所述第一电阻对应于与第一三极管发射极相连的另一端与节点SW相连。所述第三三极管为NPN管。所述第八MOS管为NMOS管，且第八MOS管的阈值电压为-O. 2疒O. 2V。本发明的优点通过第三三极管为第一三极管、第二三极管提供基极电流，从而能减小第一三极管、第二三极管对应集电极电流Icl、Ic2间的分配；同时，増加第八MOS管，第八MOS管的阈值电压为OV附近，使得第二三极管的集电极电压Vc2约等于第一三极管的集电极电压Vcl，从而减小厄尔利效应的影响，提高节点SW的电压检测精度；结构简单，设计方便，确保DC-DC变换器稳定工作，提高DC-DC变换器的转换效率，安全可靠。
图I为现有电流比较器的结构示意图。图2为本发明的一种实施结构示意图。图3为本发明的另ー种实施结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进ー步说明。如图I所示所述第一三极管Ql及第二三极管Q2为完全相同的NPN三极管，第一三极管Ql的发射极通过第一电阻Rl与节点SW相连,第一三极管Ql的集电极与第五MOS管M5的漏极端相连，且第一三极管Ql的集电极与第一三极管Ql的基极端相连，第一三极管Ql的基极端与第二三极管Q2的基极端相连。第二三极管Q2的发射极通过第二电阻R2接地，第二三极管Q2的集电极与第六MOS管M6的漏极端相连，且第六MOS管M6的漏极端与第六MOS管M6的栅极端相连，第六MOS管M6的栅极端与第七MOS管M7的栅极端相连。第六MOS管M6的源极端与第七MOS管M7的源极端、第五MOS管M5的源极端及第四MOS管M4的源极端相连，且第六MOS管M6的源极端与电源VDD相连，电源VDD采用同步整流型DC-DC变换器内的电源。第五MOS管M5的栅极端与第四MOS管M4的栅极端相连，第四MOS管M4的栅极端与第四MOS管M4的漏极端相连。第四MOS管M4的漏极端与第二 MOS管M2的漏极端相连，第二 MOS管M2的源极端接地，第二 MOS管M2的栅极端与第一 MOS管Ml的栅极端相连 ，第一 MOS管Ml的源极端接地。第一 MOS管Ml的栅极端与第一 MOS管Ml的漏极端相连，且第一 MOS管Ml的漏极端与偏置电流源Idc相连。第一 MOS管Ml的栅极端与第二MOS管M2的栅极端连接后，与第三MOS管M3的栅极端相互连接，第三MOS管M3的源极端接地，第三MOS管M3的漏极端与第七MOS管M7的漏极端相连；且第三MOS管M3的漏极端与第七MOS管M7的漏极端对应相连后形成输出端OUT。第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2及第三MOS管M3均为NMOS管，且第二 MOS管M2与第三MOS管M3间形成第一镜像源，第二 MOS管M2与第三MOS管M3间对应导电沟道的宽长 比相同。第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6及第七MOS管M7均为PMOS管，且第四MOS管M4与第五MOS管M5间形成第二镜像源，第六MOS管M6及第七MOS管M7形成第三镜像源。第四MOS管M4及第五MOS管M5间对应导电沟道的宽长比相同，第六MOS管M6与第七MOS管M7间对应导电沟道的宽长比相同。假定第二 MOS管M2及第四MOS管M4所在支路电流为11，由于第四MOS管M4与第五MOS管M5间的镜像关系，能得到第五MOS管M5、第一三极管Ql及第ー电阻Rl所在支路电流也为II。第一电阻Rl与节点SW相连，当节点SW的电压达到设定阈值时，电流比较器的OUT端输出高电平信号，从而关断相应的同步整流型DC-DC变换器。具体地，当节点SW的电压逐渐升高，并达到阈值Vsw,^时，第六MOS管M6、第二三极管Q2及第ニ电阻R2所在支路的电流12升至与电流Il相等，即此时有12=11，OUT端输出高电平。当OUT端翻转输出高电平时，通过逻辑电路将续流功率管关断，防止滤波电容Cout通过外接电感L对地放电而消耗能量，降低变换器效率。下面讨论给出节点SW的阈值电压Vsw, th的表达式，并以此为基础提出改进的电路结构。相对于所要求的检测精度，阈值电压Vsw,ル受到第一三极管Ql及第二三极管Q2的电流放大倍数β和厄尔利电压Va影响较大，定量分析如下 首先，假设所选用的第一三极管Ql及第二三极管Q2为理想元件，即第一三极管Ql及第二三极管Q2的电流放大倍数β = + m，并且厄尔利电压Va的绝对值I Va I = + m ;那么在OUT端信号翻转输出高电平时，有12=11。当12=11时，对第一三极管Ql及第二三极管Q2所在支路列写KVL方程有Vsffjth+I1XR1 = Vel (I)I2XR2 = Ve2(2)其中，Vel和Ve2分别代表第一三极管Q1、第二三极管Q2的发射极电压，联立公式
(I)和公式(2)得到其中，Vbe2为第二三极管Q2的基极端与发射极间的电压，Vbel为第一三极管Ql的基极端与发射极端的电压。公式(3)中，(Vbe2_Vbel)—项主要包含两个非理想因素的影响；由于厄尔利电压Va取有限值造成的(Vbe2_Vbel)分量为[Vbe2_Vbel] 1;由于电流放大倍数β取有限值造成的(Vbe2-Vbel)分量为[Vbe2_Vbel]2。当第一三极管Ql与第二三极管Q2的电流放大倍数β = + c 时，有Ibl=Ib2=0，即有Il=Icl, I2=Ic2 ；Ibl为第一三极管Ql的基极端电流，Ib2为第二三极管Q2的基极端电路，Icl为第一三极管Ql的集电极电流，Ic2为第二三极管Q2的集电极电流；在OUT端信号翻转输出高电平时，有Icl=Ic2。根据三极管集电极电流公式
权利要求1.ー种低失调电流比较器，包括第一三极管(Ql)及第二三极管(Q2)，所述第一三极管(Ql)的基极端与第二三极管(Q2)的基极端相连；第一三极管(Ql)的发射极与第一电阻(Rl)相连，第二三极管(Q2)的发射极通过第二电阻(R2)接地；其特征是所述第一三极管(91)及第ニ三极管(92)的基极端均与第三三极管(Q3)的发射极相连；第一三极管(Ql)的集电极及第三三极管(Q3)的基极端均与第五MOS管(M5)的漏极端相互连接，第三三极管(Q3)的集电极分别与第四MOS管(M4)、第五MOS管(M5)、第六MOS管(M6)及第七MOS管(M7)的源极端相连，且第四MOS管(M4)、第五MOS管(M5)、第六MOS管(M6)及第七MOS管(M7)的源极端相互连连接；第六M0S-(M6)的漏极端与第二三极管(Q2)的集电极相连，第六M0S-(M6)的栅极端与第七MOS管(M7)的栅极端相连，且第六MOS管(M6)的栅极端与第六MOS管(M6)的漏极端相连；第七MOS管(M7)的漏极端与第三MOS管(M3)的漏极端相连，所述第三MOS管(M3)的源极端与第二 MOS管(M2)的源极端及第一 MOS管(Ml)的源极端相互连接并接地；第三MOS管(M3)的栅极端与第二 MOS管(M2)及第一 MOS管(Ml)的栅极端相互连接，第一 MOS管(Ml)的栅极端与第一 MOS管(Ml)的漏极端相连；第二 MOS管(M2)的漏极端与第四MOS管(M4)的漏极端相连，第四MOS管(M4)的栅极端与所述第四MOS管(M4)的漏极端相连。
2.根据权利要求I所述的低失调电流比较器，其特征是所述第六MOS管(M6)的漏极端与第二三极管(Q2)的集电极间还设有第八MOS管(M8)，所述第八MOS-(MS)的源极端与第二三极管(Q2)的集电极相连，第八MOS管(M8)的漏极端与第六MOS (M6)的漏极端相连，第八MOS管(M8)的栅极端与第三三极管(Q3)的基极端相连。
3.根据权利要求I所述的低失调电流比较器，其特征是所述第一三极管(Ql)及第二三极管(Q2 )为完全相同的NPN管。
4.根据权利要求I所述的低失调电流比较器，其特征是所述第二MOS管(M2)与第三MOS管(M3)均为NMOS管，第二 MOS管(M2)与第三MOS管(M3)形成第一镜像源，且第二 MOS管(M2)与第三MOS管(M3)对应导电沟道的宽长比相同。
5.根据权利要求I所述的低失调电流比较器，其特征是所述第四MOS管(M4)及第五MOS管(M5)均为PMOS管，第四MOS管(M4)及第五MOS管(M5)形成第二镜像源，且第四MOS管(M4)及第五MOS管(M5)对应导电沟道的宽长比相同。
6.根据权利要求I所述的低失调电流比较器，其特征是所述第六MOS管(M6)与第七MOS管(M7)均为PMOS管，第六MOS管(M6)及第七MOS管(M7)形成第三镜像源，且第六MOS管(M6)及第七MOS管(M7)对应导电沟道的宽长比相同。
7.根据权利要求I所述的低失调电流比较器，其特征是所述第一MOS管(Ml)的漏极端与偏置电流源Idc相连；第四MOS管(M4)的源极端、第五MOS管(M5)的源极端、第六MOS管(M6)的源极端、第七MOS管(M7)的源极端及第三三极管(Q3)的集电极均与电源VDD相连。
8.根据权利要求I所述的低失调电流比较器，其特征是所述第一电阻(Rl)对应于与第一三极管(Ql)发射极相连的另一端与节点SW相连。
9.根据权利要求I所述的低失调电流比较器，其特征是所述第三三极管(Q3)为NPN管。
10.根据权利要求I所述的低失调电流比较器，其特征是所述第八MOS管(M8)为NMOS管 ，且第八MOS管(M8)的阈值电压为-O. 2疒O. 2V。
专利摘要本实用新型涉及一种低失调电流比较器，其包括第一三极管及第二三极管，第一三极管及第二三极管的基极端均与第三三极管的发射极相连；第一三极管的集电极及第三三极管的基极端均与第五MOS管的漏极端相互连接，第三三极管的集电极与第四MOS管至第七MOS管的源极端相连；第六MOS管的漏极端与第二三极管的集电极相连；第六MOS管的栅极端与其漏极端相连，并与第七MOS管的栅极端相连；第七MOS管的漏极端与第三MOS管的漏极端相连，第三MOS管与第二MOS管及第一MOS管的源极端接地；第三MOS管的栅极端与第二MOS管及第一MOS管相互连接；第二MOS管的漏极端与第四MOS管的漏极端相连。本实用新型检测精度高，确保变换器稳定工作，提高变换器的转换效率。
文档编号H02M3/156GK202435270SQ20112052056
公开日2012年9月12日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者朱波, 王国瑞 申请人:无锡新硅微电子有限公司