CN103033669A - 开关电源的极限峰值电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开关电源的极限峰值电流检测电路，包括：基准电流源，其输出端经由第一电阻接地；电压比较器，其正输入端连接基准电流源的输出端；功率MOSFET晶体管，其控制端连接电压比较器的输出端；功率MOSFET晶体管的输出端直接接地；检测MOSFET晶体管，其控制端连接电压比较器的输出端，其输出端连接电压比较器的负输入端并且经由第二电阻接地，其输入端连接功率MOSFET晶体管的输入端，基准电流源具有正温度系数，第一电阻和第二电阻的比值与温度无关，检测MOSFET晶体管和功率MOSFET晶体管的导通电阻的比值与温度无关。本发明能够实现对极限峰值电流检测的温度补偿，并有利于降低成本、减小功耗损失。

Description

开关电源的极限峰值电流检测电路

技术领域

本发明涉及开关电源技术，尤其涉及一种具有温度补偿能力的开关电源的极限峰值电流检测电路。

背景技术

在内置MOSFET晶体管的开关电源中，峰值电流检测一直是开关电源的关键点。峰值电流检测点的精确度直接影响到输出功率，进而极限峰值电流检测点的精确度直接影响到极限输出功率大小。因此在开关电源领域中，为做到极限输出功率的一致性，希望极限峰值电流检测点在外界条件和接口变化的条件下能够一致，其中外界条件中需要考虑的一个重要因数因素就是“温度”。因为芯片内置MOSFET晶体管，因此当峰值电流大的时候，芯片功耗会增大，进而芯片温度会上升，如果触发到高温下的极限峰值电流则会直接导致当机，所以温度是影响极限峰值电流检测点的重要因素。

图1示出了现有技术中的一种开关电源的极限峰值电流检测电路10，其中集成电路芯片内置的MOSFET晶体管12的极限峰值电流I_S与内部检测点的对地电阻R_S有关，由比较器11的两个输入端电压相等的关系可知I_FR_F=I_SR_S，即

其中I_F表示比较器11的正输入端的输入电流，R_F表示的是输入电流I_F到地的电阻值。为保证极限峰值电流I_S与温度无关，只需要考虑比值恒定和I_F与温度无关这两个条件，而R_F和R_S通常是芯片内部集成的电阻，可以用同种介质材料保证比值恒定，另外在集成电路技术中也很容易保证I_F与温度无关。

但上述现有技术有三个缺陷，一是由于R_S阻值通常很小，而R_F阻值通常又很大，一般而言，无法用同种介质材料既做阻值大的电阻又做阻值小的电阻，否则芯片成本会很高；二是芯片内部的MOSFET晶体管12串联电阻R_S导致峰值电流大的时候损耗很大；三是芯片内部集成电阻R_S，电阻R_S上的功耗直接导致温度上升加剧。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种开关电源的极限峰值电流检测电路，能够实现对极限峰值电流检测的温度补偿。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种开关电源的极限峰值电流检测电路，包括：

基准电流源，其输出端经由第一电阻接地；

电压比较器，其正输入端连接所述基准电流源的输出端；

功率MOSFET晶体管，其控制端连接所述电压比较器的输出端；

其中，所述功率MOSFET晶体管的输出端直接接地；所述极限峰值电流检测电路还包括：

检测MOSFET晶体管，其控制端连接所述电压比较器的输出端，其输出端连接所述电压比较器的负输入端并且经由第二电阻接地，其输入端连接所述功率MOSFET晶体管的输入端，其中所述基准电流源具有正温度系数，所述第一电阻和第二电阻的比值与温度无关，所述检测MOSFET晶体管和功率MOSFET晶体管的导通电阻的比值与温度无关。

根据本发明的一个实施例，所述检测MOSFET晶体管和功率MOSFET晶体管都是N型的。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的极限峰值电流检测电路中，功率MOSFET晶体管的输出端直接接地，检测MOSFET晶体管的控制端和功率MOSFET晶体管的控制端都连接至电压比较器的输出端，而检测MOSFET晶体管的输出端连接电压比较器的负输入端并经由第二电阻接地。由于检测MOSFET晶体管的输出端直接接地而检测MOSFET晶体管的输出端经由第二电阻接地，能够以较低的成本保证第一电阻和第二电阻的比值恒定，而且也避免了功率MOSFET晶体管的输出端串联电阻导致的功率损耗。

附图说明

图1是现有技术中的一种开关电源的极限峰值电流检测电路的电路结构示意图；

图2是本发明实施例的开关电源的极限峰值电流检测电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

参考图2，本实施例的开关电源的极限峰值电流检测电路100包括：基准电流源I_F、第一电阻R_F、电压比较器301、功率MOSFET晶体管303、检测MOSFET晶体管302、第二电阻R_SEN。

其中，基准电流源I_F的输出端经由第一电阻R_F接地，其产生的基准电流记为I_F，第一电阻R_F的电阻值记为R_F；电压比较器301的正输入端连接基准电流源I_F的输出端，电压比较器301的负输入端连接检测MOSFET晶体管302的输出端，电压比较器301的输出端连接功率MOSFET晶体管303和检测MOSFET晶体管302的控制端；功率MOSFET晶体管303的输入端和检测MOSFET晶体管302的输入端相连，功率MOSFET晶体管303的输出端直接接地，流经功率MOSFET晶体管303的极限峰值电流记为I_S；检测MOSFET晶体管302的输出端经由第二电阻R_SEN接地，流经检测MOSFET晶体管302的电流记为检测电流I_SEN。其中，电压比较器301的正输入端的电压信号由基准电流源I_F产生；电压比较器301的负输入端的电压信号由检测电流I_SEN和第二电阻R_SEN的电阻值R_SEN的乘积产生。

更加具体而言，所述电压比较器301的正输入端连接第一电阻R_F的一端，第一电阻R_F的另一端接地，第一电阻R_F与基准电流I_F产生电压比较器301正输入端的电压；电压比较器301的负输入端连接第二电阻R_SEN的一端，第二电阻R_SEN的另一端接地，第二电阻R_SEN与检测电流I_F产生电压比较器301负输入端的电压。电压比较器301的负输入端同时也连接检测MOSFET晶体管302的源端。电压比较器301的输出端连接检测MOSFET晶体管302和功率MOSFET晶体管303的栅极。检测MOSFET晶体管302的漏端连接功率MOSFET晶体管303的漏端，功率MOSFET晶体管303的源端接地。作为一个非限制性的例子，检测MOSFET晶体管302和功率MOSFET晶体管303都是N型的。

作为一个优选的实施例，基准电流源I_F具有正温度系数，第一电阻R_F和第二电阻R_SEN的电阻值比值与温度无关，检测MOSFET晶体管302和功率MOSFET晶体管303的导通电阻的比值与温度无关。

在本实施例中，电压比较器301的正输入端与负输入端相等时，实现功率MOSFET晶体管303的关断，此时流经功率MOSFET晶体管303的电流即为极限峰值电流I_S。于是得到：

I_FR_F=I_SENR_SEN。

另外，由于检测MOSFET晶体管302的漏端和功率MOSFET晶体管的漏端是连接在一起的，可知：

I_SEN(R_SEN+R_P)=I_SR_S，其中R_P为检测MOSFET晶体管302的导通电阻，R_S为功率MOSFET晶体管303的导通电阻。

根据以上两个等式可以得到极限峰值电流为：

$I_S=I_F\·\frac{R_F}{R_{\mathrm{SEN}}}\·(\frac{R_P}{R_S}+\frac{R_{\mathrm{SEN}}}{R_S}).$

对温度求偏导得：

$\frac{\∂I_S}{\∂T}=\frac{R_F}{R_{\mathrm{SEN}}}\·[(\frac{R_P}{R_S}+\frac{R_{\mathrm{SEN}}}{R_S})\frac{\∂I_F}{\∂T}+\frac{I_F}{R_S}(\frac{\∂R_{\mathrm{SEN}}}{\∂T}-\frac{R_{\mathrm{SEN}}}{R_S}\frac{\∂R_S}{\∂T})].$

对于现有集成电路工艺技术，功率MOSFET晶体管303的导通电阻R_S是呈正温度特性的，而

集成电路内部的第二电阻R_SEN是负温度系数，或者是零温度系数，或者是具有比第一电阻R_S小的多的正温度系数，因此 $\frac{\&PartialD;R_{\mathrm{SEN}}}{\&PartialD;T}-\frac{R_{\mathrm{SEN}}}{R_S}\frac{\&PartialD;R_S}{\&PartialD;T}<0,$ 只要使得

$\frac{\&PartialD;I_F}{\&PartialD;T}=\frac{I_F}{R_S}(\frac{R_{\mathrm{SEN}}}{R_S}\frac{\&PartialD;R_S}{\&PartialD;T}-\frac{\&PartialD;R_{\mathrm{SEN}}}{\&PartialD;T})/(\frac{R_P}{R_S}+\frac{R_{\mathrm{SEN}}}{R_S})>0,$

即可满足

即极限峰值电流I_S与温度无关。

本发明公开了在开关电源中内置MOSFET晶体管的极限峰值电流检测的温度补偿方案，并且参照附图描述了本发明的具体实施方式和效果。应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的示例性的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，包括但不限于对电路的局部构造的变更、对元器件的类型或型号的替换，以及其他非实质性的替换或修改，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种开关电源的极限峰值电流检测电路，包括：

基准电流源，其输出端经由第一电阻接地；

电压比较器，其正输入端连接所述基准电流源的输出端；

功率MOSFET晶体管，其控制端连接所述电压比较器的输出端；

其特征在于，所述功率MOSFET晶体管的输出端直接接地；所述极限峰值电流检测电路还包括：

检测MOSFET晶体管，其控制端连接所述电压比较器的输出端，其输出端连接所述电压比较器的负输入端并且经由第二电阻接地，其输入端连接所述功率MOSFET晶体管的输入端，其中所述基准电流源具有正温度系数，所述第一电阻和第二电阻的比值与温度无关，所述检测MOSFET晶体管和功率MOSFET晶体管的导通电阻的比值与温度无关。

2.根据权利要求1所述的极限峰值电流检测电路，其特征在于，所述检测MOSFET晶体管和功率MOSFET晶体管都是N型的。

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