DC-DC轉換器電流檢測電路設計

東北石油大學電子科學學院 李大偉 邢志方 劉 新 劉 影 程 龍

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DC-DC轉換器電流檢測電路設計

東北石油大學電子科學學院 李大偉 邢志方 劉 新 劉 影 程 龍

【摘要】傳統的電流檢測方法是通過在電流回路中串聯一個檢測電阻來實現，這種方法的缺點是會導致能量損失，尤其是在要檢測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方法，采用檢測DC-DC轉換器啟動時的電感值來實現電流檢測新思路，對相關參數進行軟件仿真，并給出了相應的電路拓撲結構。

【關鍵詞】DC-DC轉換器；電流檢測；電路拓撲結構

國家大學生創新實驗指導項目，項目編號：201410220022。

0　引言

無論采用什么類型的反饋控制， DC-DC轉換器和線性轉換器都通過檢測電感電流來實現過流保護功能。由于輸入端電壓的瞬時變化會在電感電流上立即表現出來，電流反饋方式有著很好的瞬態響應特性［1］。除此之外，在DC-DC轉換器中，電流反饋的另一類應用是確定連續導通模式（CCM）到非連續導通模式（DCM）之間的轉換時間，以提升轉換器的效率［2］，因此電流檢測技術一直是DC-DC轉換器設計研究的重點內容之一。

1　電流檢測原理

傳統的電流檢測方式，除了場效應管采樣方式，都需要知道外部分立器件的參數，諸如電感值、采樣電阻值或者場效應管的導通電阻等，因此這些電流檢測方式需要根據不同的場合進行特定的電路設計，通用性較差。為了解決這個問題，本文提出了一種改進的電流檢測方式［3-4］，如圖1所示。

圖1　改進的電流檢測方式

該方案增加了電感測量電路，在啟動時，首先測量電感L的值并由微控制器行存儲，用于負載電流的計算。在啟動之前，首先關閉功率場效應管，打開開關S1與S2，電流源Iref對電容C進行充電， 電容兩端電壓呈線性上升的曲線，經過運放得到一個線性上升的電流。

運放正向輸入端的電壓為：

其中t為時間。由運放構成的負反饋電路，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

該電路設計在計算負載電流值時不需要了解采樣電路之外的元器件參數，根據電路對電感兩端進行仿真驗證。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。這種檢測方式提高了電流檢測精度，尤其是當電感值未知的情況。

3　結論

本文提出了一種改進的場效應管電流采樣方法，該方法在計算負載電流值時不需要了解采樣電路之外的元器件參數，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，沒有能量損失等優點，適用于DC-DC開關電源負載電流采樣以及其他使用電感線圈等感性負載場合的電路設計。

參考文獻

［1］張方華，朱成花，嚴仰光.雙向DC-DC變換器的控制模型［J］.中國電機工程學報，2005， 25（11）：46-49.

［2］吳了，郭苗苗.一種適用于Buck型DC/DC變換器的高精度片上電流采樣電路［J］. 微電子學與計算機，2011， 28（6）：46-50.

［3］許峰， 徐殿國，柳玉秀.具有最優動態響應的PWM型DCDC變換器非線性控制新策略［J］. 中國電機工程學報， 2003，23（12）：133-139.

［4］吳愛國，李際濤.DC-DC變換器控制方法研究現狀［J］.電力電子技術，1999， 33（2）：75-78.