DC-DC转换器电流检测电路设计

东北石油大学电子科学学院 李大伟 邢志方 刘 新 刘 影 程 龙



DC-DC转换器电流检测电路设计

东北石油大学电子科学学院 李大伟 邢志方 刘 新 刘 影 程 龙

【摘要】传统的电流检测方法是通过在电流回路中串联一个检测电阻来实现，这种方法的缺点是会导致能量损失，尤其是在要检测的电流比较大的情况下。本文提出了一种没有能量损失的电流检测方法，采用检测DC-DC转换器启动时的电感值来实现电流检测新思路，对相关参数进行软件仿真，并给出了相应的电路拓扑结构。

【关键词】DC-DC转换器；电流检测；电路拓扑结构

国家大学生创新实验指导项目，项目编号：201410220022。

0　引言

无论采用什么类型的反馈控制， DC-DC转换器和线性转换器都通过检测电感电流来实现过流保护功能。由于输入端电压的瞬时变化会在电感电流上立即表现出来，电流反馈方式有着很好的瞬态响应特性［1］。除此之外，在DC-DC转换器中，电流反馈的另一类应用是确定连续导通模式（CCM）到非连续导通模式（DCM）之间的转换时间，以提升转换器的效率［2］，因此电流检测技术一直是DC-DC转换器设计研究的重点内容之一。

1　电流检测原理

传统的电流检测方式，除了场效应管采样方式，都需要知道外部分立器件的参数，诸如电感值、采样电阻值或者场效应管的导通电阻等，因此这些电流检测方式需要根据不同的场合进行特定的电路设计，通用性较差。为了解决这个问题，本文提出了一种改进的电流检测方式［3-4］，如图1所示。

图1　改进的电流检测方式

该方案增加了电感测量电路，在启动时，首先测量电感L的值并由微控制器行存储，用于负载电流的计算。在启动之前，首先关闭功率场效应管，打开开关S1与S2，电流源Iref对电容C进行充电， 电容两端电压呈线性上升的曲线，经过运放得到一个线性上升的电流。

运放正向输入端的电压为：

其中t为时间。由运放构成的负反馈电路，使得反向输入端电压与正向输入端相等，因此得到电感两端电压为：

由表达式可知，由于Iref与电阻R和电容C的值都是常量，得到的电压值VL（t）也是常量。

2　波形仿真

该电路设计在计算负载电流值时不需要了解采样电路之外的元器件参数，根据电路对电感两端进行仿真验证。图2为电感两端电压的仿真波形。

图2　电容C与电感L瞬态电压仿真波形

其中，电容C、电阻R以及电流源Iref的取值分别为1pF、100Ω、10uA。这种检测方式提高了电流检测精度，尤其是当电感值未知的情况。

3　结论

本文提出了一种改进的场效应管电流采样方法，该方法在计算负载电流值时不需要了解采样电路之外的元器件参数，因此具有较好的通用性。除此之外，该采样电路还具有体积小，精度高，没有能量损失等优点，适用于DC-DC开关电源负载电流采样以及其他使用电感线圈等感性负载场合的电路设计。

参考文献

［1］张方华，朱成花，严仰光.双向DC-DC变换器的控制模型［J］.中国电机工程学报，2005， 25（11）：46-49.

［2］吴了，郭苗苗.一种适用于Buck型DC/DC变换器的高精度片上电流采样电路［J］. 微电子学与计算机，2011， 28（6）：46-50.

［3］许峰， 徐殿国，柳玉秀.具有最优动态响应的PWM型DCDC变换器非线性控制新策略［J］. 中国电机工程学报， 2003，23（12）：133-139.

［4］吴爱国，李际涛.DC-DC变换器控制方法研究现状［J］.电力电子技术，1999， 33（2）：75-78.