[发明专利]电流感测电路和包括电流感测电路的开关稳压器

说明书

技术领域

本发明总体涉及形成DC-DC转换器的开关稳压器的电压感测电路，具体地，涉及分别感测流过开关晶体管和同步电路整流器晶体管的电流的电流感测电路。

背景技术

传统上，通过感测与开关晶体管或同步电路整流器晶体管串联的电阻两端的电压以感测流过开关稳压器(其形成DC-DC转换器)的开关晶体管或同步电路整流器晶体管的电流已经是一种流行的方法。

由于该方法中的电阻器使用了许多电力，因此电源转换效率减小。此外，由于半导体中包括的电阻的低设置精度(low setup accuracy)，因此诸如波形修剪(wave trimming)之类的额外步骤对于高精度地检测电流而言变得必要。

图1示出用于感测电流的传统电路的示意图。以解决上述问题的方式排列所示电路，并且(例如)在专利文献1中公开了所示电路。

图1所示的电路感测流过开关晶体管M101(其由PMOS晶体管形成)的电流的电流值达到预定值。PMOS晶体管M103和M104彼此并联到开关晶体管M101。栅极连接至GND(参考地)的PMOS晶体管M103处于导电状态(即，接通状态)。栅极连接至开关晶体管M101的栅极的PMOS晶体管M104与开关晶体管M101同步地导通/截止。

源极连接至输入电源Vin并且栅极连接至GND的PMOS晶体管M105处于导电状态(即，接通状态)。PMOS晶体管M106～M109连接形成级联的电流镜电路。PMOS晶体管M106的源极连接至PMOS晶体管M103的漏极，并且PMOS晶体管M106的漏极连接至PMOS晶体管M108的源极。PMOS晶体管M107的源极连接至PMOS晶体管M105的漏极，并且PMOS晶体管M107的漏极连接至PMOS晶体管M109的源极。

PMOS晶体管M106和M107的每一个栅极均连接至PMOS晶体管M108的漏极。PMOS晶体管M108和M109的每一个栅极均连接至电阻器R101的一端，而电阻器R101的另一端连接至PMOS晶体管M108的漏极。电流源101插入在电阻器R101的所述另一端和GND之间。电流源102插入在PMOS晶体管M109的漏极和GND之间。

在上述这种电路配置中，当流过开关晶体管M101的电流的电流值相对小时，PMOS晶体管M103的漏极电压增大至接近输入电压Vin的电压。然后，流过PMOS晶体管M106和M108的电流变得大于流过PMOS晶体管M107和M109的电流。因此，过量电流输出端OUTa的电压变得更接近于GND电压。另一方面，当流过开关晶体管M101的电流开始增大时，流过PMOS晶体管M103和M104的电流开始增大。然后，PMOS晶体管M103的漏极电压开始减小。当PMOS晶体管M103的漏极电压变得低于PMOS晶体管M105的漏极电压时，过量电流输出端OUTa输出高电平信号。

[专利文献1]日本专利特开公开No.2007-78427

根据图1所示的电路，由于电流源101用作电流镜电路的参考电流源，因此将电流i101从电流源101提供至PMOS晶体管M103。因此，在流过开关晶体管M101的电流相当低的状况下，变得需要通过使PMOS晶体管M105的尺寸远小于PMOS晶体管M103的尺寸而使得PMOS晶体管M105的接通电阻大于PMOS晶体管M103的接通电阻，以便使得流过PMOS晶体管M107和M109的电流小于流过PMOS晶体管M106和M108的电流，并且使得PMOS晶体管M105的漏极电压低于PMOS晶体管M103的漏极电压。

随着流过开关晶体管M101的电流增大以及PMOS晶体管M103的漏极电压减小，PMOS晶体管M106的栅极电压由于PMOS晶体管M106的栅极-源极电压不变而减小。由于PMOS晶体管M107的栅极连接至PMOS晶体管M106的栅极，因此PMOS晶体管M107的栅极电压减小，并且流过PMOS晶体管M107和M109的电流增大。

由于PMOS晶体管M105的漏极电压随着流过PMOS晶体管M107和M109的电流的增大而减小，因此PMOS晶体管M107的栅极-源极电压的波动较小，并且流过PMOS晶体管M107和M109的电流的增大率是缓慢的。因此，电流镜电路在用作比较器时的增益可能被降低。那么所感测的电流的精度可能降低，并且响应速度可能变慢。

进一步，当输入电压波动或输出电压改变时，用于感测的电流级别(current level)可能由于电流感测电路的感测延时的干扰而波动。

发明内容