DC-DC轉(zhuǎn)換器電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

東北石油大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院 李大偉 邢志方 劉 新 劉 影 程 龍

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DC-DC轉(zhuǎn)換器電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

東北石油大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院 李大偉 邢志方 劉 新 劉 影 程 龍

【摘要】傳統(tǒng)的電流檢測(cè)方法是通過在電流回路中串聯(lián)一個(gè)檢測(cè)電阻來實(shí)現(xiàn)，這種方法的缺點(diǎn)是會(huì)導(dǎo)致能量損失，尤其是在要檢測(cè)的電流比較大的情況下。本文提出了一種沒有能量損失的電流檢測(cè)方法，采用檢測(cè)DC-DC轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)時(shí)的電感值來實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)新思路，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行軟件仿真，并給出了相應(yīng)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】DC-DC轉(zhuǎn)換器；電流檢測(cè)；電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：201410220022。

0　引言

無論采用什么類型的反饋控制， DC-DC轉(zhuǎn)換器和線性轉(zhuǎn)換器都通過檢測(cè)電感電流來實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)功能。由于輸入端電壓的瞬時(shí)變化會(huì)在電感電流上立即表現(xiàn)出來，電流反饋方式有著很好的瞬態(tài)響應(yīng)特性［1］。除此之外，在DC-DC轉(zhuǎn)換器中，電流反饋的另一類應(yīng)用是確定連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）到非連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間，以提升轉(zhuǎn)換器的效率［2］，因此電流檢測(cè)技術(shù)一直是DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。

1　電流檢測(cè)原理

傳統(tǒng)的電流檢測(cè)方式，除了場(chǎng)效應(yīng)管采樣方式，都需要知道外部分立器件的參數(shù)，諸如電感值、采樣電阻值或者場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻等，因此這些電流檢測(cè)方式需要根據(jù)不同的場(chǎng)合進(jìn)行特定的電路設(shè)計(jì)，通用性較差。為了解決這個(gè)問題，本文提出了一種改進(jìn)的電流檢測(cè)方式［3-4］，如圖1所示。

圖1　改進(jìn)的電流檢測(cè)方式

該方案增加了電感測(cè)量電路，在啟動(dòng)時(shí)，首先測(cè)量電感L的值并由微控制器行存儲(chǔ)，用于負(fù)載電流的計(jì)算。在啟動(dòng)之前，首先關(guān)閉功率場(chǎng)效應(yīng)管，打開開關(guān)S1與S2，電流源Iref對(duì)電容C進(jìn)行充電， 電容兩端電壓呈線性上升的曲線，經(jīng)過運(yùn)放得到一個(gè)線性上升的電流。

運(yùn)放正向輸入端的電壓為：

其中t為時(shí)間。由運(yùn)放構(gòu)成的負(fù)反饋電路，使得反向輸入端電壓與正向輸入端相等，因此得到電感兩端電壓為：

由表達(dá)式可知，由于Iref與電阻R和電容C的值都是常量，得到的電壓值VL（t）也是常量。

2　波形仿真

該電路設(shè)計(jì)在計(jì)算負(fù)載電流值時(shí)不需要了解采樣電路之外的元器件參數(shù)，根據(jù)電路對(duì)電感兩端進(jìn)行仿真驗(yàn)證。圖2為電感兩端電壓的仿真波形。

圖2　電容C與電感L瞬態(tài)電壓仿真波形

其中，電容C、電阻R以及電流源Iref的取值分別為1pF、100Ω、10uA。這種檢測(cè)方式提高了電流檢測(cè)精度，尤其是當(dāng)電感值未知的情況。

3　結(jié)論

本文提出了一種改進(jìn)的場(chǎng)效應(yīng)管電流采樣方法，該方法在計(jì)算負(fù)載電流值時(shí)不需要了解采樣電路之外的元器件參數(shù)，因此具有較好的通用性。除此之外，該采樣電路還具有體積小，精度高，沒有能量損失等優(yōu)點(diǎn)，適用于DC-DC開關(guān)電源負(fù)載電流采樣以及其他使用電感線圈等感性負(fù)載場(chǎng)合的電路設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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