DC-DC转换器中高精度电流检测电路的设计

摘要

随着集成电路设计与制造工艺的进步，越来越多的电子设备，诸如智能手机、可穿戴设备、平板电脑等日益小型化、轻便化以及智能化。这些电子设备的工作离不开电源持续地提供能量，而随着电子设备功能的不断提升，对电源芯片的要求也不断提高，如何使电源高效率、低损耗的输出能量成为电源芯片的研究热点。
　　在电源管理芯片中，DC-DC(Direct Current-Direct Current)转换器由于其高效率、低功耗等特性在电源领域的应用越来越广泛。作为DC-DC转换器的重要模块之一，电流检测电路对于转换器的过流保护和电流控制模式下转换器中的反馈回路都有着重要意义。
　　本文在总结近几年来国内外电流检测技术的发展现状和分析传统电流检测电路优缺点的基础上，改进了传统片上电流检测电路，缓解了传统电路中的电流分享、环路增益低等问题，从而提高了电流检测精度。本文的仿真都是基于SMIC0.18μm CMOS工艺，利用Cadence平台上的仿真工具对改进后的电流检测电路的温度特性、工艺特性、输入电压特性以及环路增益特性等进行仿真。实验结果显示不同温度、不同工艺角下改进后电流检测电路的精度都超过了95％，最高达到了99％。当输入电压范围在1.62V至2.0V时，电流检测精度变化很小，基本保持在98％左右，说明改进后的电流检测电路在输入电压变化时仍然保持了较高的检测精度。环路增益通过仿真达到了42dB，相位裕度为45度，带宽为80MHz，说明电路具有良好的环路增益和响应速度。最后将本文改进后的电流检测电路与传统的电流检测电路以及近几年文献中的典型电路进行比较，结果表明改进后的电流检测电路的检测精度有一定提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 本文研究背景

1．3 选题意义

1．4 国内外研究现状

1．5 本文的主要工作

第二章 DC-DC电流检测技术

2．1 DC-DC基本分类

2．1．1 Buck型转换器

2．1．2 Boost型转换器

2．1．3 Buck-Boost型转换器

2．2 DC-DC基本调制方式

2．2．1 PWM调制方式

2．2．2 PFM调制方式

2．3 DC-DC基本控制模式

2．3．1 电压控制模式

2．3．2 电流控制模式

2．4 早期电流检测方法

2．4．1 外部电阻串联检测

2．4．2 MOS管导通电阻检测

2．4．3 平均电流法

2．5 传统的片上电流检测电路

2．5．1 电路的定性分析

2．5．2 电路小信号分析

2．6 本章小结

第三章 改进型高精度电流检测电路

3．1 设计背景

3．2 电路工作分析

3．2．1 电流检测电路导通状态分析

3．2．2 电流检测电路关断状态分析

3．3 电流检测电路小信号分析

3．3．1 小信号模型分析

3．3．2 改进型与传统电流检测电路的对比分析

3．4 电流检测电路模块电路分析

3．4．1 基准电流源的分析

3．4．2 基本电流镜

3．5 本章小结

第四章 仿真验证

4．1 仿真工具介绍

4．2 电流检测电路的仿真与分析

4．2．1 电流检测电路精度计算模型

4．2．2 温度特性

4．2．3 工艺特性

4．2．4 输入电压特性

4．3 电流检测电路节点X和B的电压波形

4．4 电流检测电路的功耗仿真

4．5 电流检测电路的环路增益仿真分析

4．6 与文献中电流检测电路的参数对比

4．7 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 设计总结

5．2 工作展望

参考文献

附录

致谢