一种高精度片上功率管电流检测电路

1.本发明涉及集成电路领域，尤其涉及开关电源系统中对功率管电流大小的检测领域。


背景技术：

2.在检测ac-dc变化器和dc-dc变换器等结构中功率管的电流时，以往通常采用下述两种方案：
3.一是采用电阻检测方案，图1是传统电流检测方法，通过在功率管上串联电阻rsense来检测电流，这种方案的精度通常能满足要求，不过由于电流一般是毫安级电流，因此这种方案会产生很大的功耗，导致系统效率降低；
4.二是采用电感检测方案，这种方案增加了设计难度，且由于电感的电感值精度不够，使得检测结果精度较低。
5.为避免上述问题，随着技术发展，功率管通常内置在dc-dc等变化器内，因此可以通过在片上检测结构可以实现功率管电流的检测，不过目前通过片上检测结构来检测电路的方案通常存在检测精度低的问题。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种高精度片上功率管电流检测电路的新结构、对功率管子电流进行了三级以上的缩小，检测精度高。
7.本发明提供的高精度片上功率管电流检测电路，包括步骤：采集待检测mos管的电流；采用片上mos管检测结构，将采集到的电流进行三级以上缩小，获得检测电流。
8.本发明提供的上述方案首先采集待检测mos管的电流，然后将该电流进行三级以上缩小，获得检测电流，从而使检测电流比待检测mos管电流的电流值要低三级以上，使得检测精度提高。
附图说明
9.图1是传统通过rsense来检测功率管电流示意图；
10.图2是本发明实施例的具体电路结构示意图；
11.图3是本发明实施例i
sense
、i
l
和pwm_in的波形图。
具体实施方式
12.现有技术检测精度低，如果通过将待检测mos管电流进行三级以上的缩小，获得检测电流，则其精度将大幅度提高。基于该思路，本实施例提供的检测方法如下：
13.步骤1，采集待检测mos管的电流；
14.步骤2，采用片上mos管检测结构，将采集到的电流进行三级以上缩小，获得检测电流。
15.此外由于待检测mos管的开启和关闭是根据工作频率来确定，频率越高，其开启和关闭越频繁，在待检测mos管关闭时，为防止关闭片上检测结构可能使得后续待检测mos管开启时，片上检测结构重新开启所浪费的功耗和开启时间的问题，本实施例的方案中，在所述待检测mos管关闭时，保持片上mos管检测结构开启，从而降低功耗和避免重新开启而提高检测速度，尤其是在高频情况下，该优势更加明显。较佳的，上述待检测mos管可以为功率管。
16.本实施例还提供了高精度片上功率管电流检测电路，包括：电流采集模块，用于采集待检测mos管的电流；片上mos管检测模块，用于将电流采集模块采集的电流进行三级以上缩小，获得检测电流。其中较佳的，在所述待检测mos管关闭时，保持片上mos管检测结构开启，以降低功耗和提高检测速度；较佳的，待检测mos管可以为功率管。
17.上述方案通过采用三级以上比例缩小的原理，能够使检测到的电流为几十微安级，而被检测的电流一般是安培级，减少了匹配度的要求，使得精度提高。此外功率管闭合时，电路正常工作，在开关管打开时，在电路不检测的时候，偏置电流不会全部关断，采样电流降低到极小，这样节省了功耗，并且节省了电路的反应时间。
18.下面结合具体电路阐述上述方案：
19.图1为本发明实施例的具体电路结构示意图，其中i
sense
为最后检测到的电流值，i
l
为流过电感的电流值，其中流过功率开关管的电流i6基本上等于i
l
，这是因为m10的宽长比远远大于m9。m11～m13组成电流镜提供偏置。由于opa的作用(虚短、虚断的工作原理)，可以有等式va＝vb。v1的电压为电源电压，其作用就是使m6～m8工作在线形区，从而可以得到各自的导通电阻r
on
。当功率管导通时，m6～m10都工作在线形区。设定宽长比：
20.(w/l)
m10
∶(w/l)
m9
＝k1∶1
ꢀꢀ
(1)
21.(w/l)
m6
∶(w/l)
m7
∶(w/l)
m8
＝1∶1∶k2ꢀꢀ
(2)
22.则导通电阻r
on
的比值为宽长比的反比，其中i5＝i3+i4，，再由va＝vb得出等式：
23.(i1+i2)
·
r
on6
＝i4·
r
on8
+i3·
r
on7
ꢀꢀ
(3)
24.推导出：
25.i1/i4＝r
on8
/r
on6
＝1/k2，
ꢀꢀ
(4)
26.再由i6+i4＝i
l
，且i4＜＜i6，推导出：
27.i4/i
l
≈i4/i6＝1∶k1，
ꢀꢀ
(5)
28.由式(4)和(5)得到
29.i1/i
l
≈1/(k1·
k2)，
ꢀꢀ
(6)
30.由于电流镜的缘故：
31.(w/l)
m2
∶(w/l)
m1
＝k3∶1
ꢀꢀ
(7)
32.因此由式(6)和(7)最后得到
33.i
sense
/i
l
≈1/(k1·
k2·
k3)
ꢀꢀ
(8)
34.根据上式(8)我们从原理上分析了被检测的电流三级比例缩小的可行性。有了三级检测，在不影响检测精度的情况下，最大程度的减小了检测电流值的大小，减小了功耗。
35.而当pwm_in的信号为低电平时，不检测电流。偏置电流不会全部关断，采样电流降低到极小，并且这样节省了功耗，并且va和vb的值不会降为零，有利于重新启动，节省了电路的反应时间。
36.图2是本发明实施例检测到的电流i
sense
、流过功率管的电流i
l
和pwm_in的波形图。
37.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。