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

?

DC-DC轉(zhuǎn)換器電流檢測電路設(shè)計

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)的電流檢測方法是通過在電流回路中串聯(lián)一個檢測電阻來實現(xiàn)，這種方法的缺點是會導(dǎo)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(zhuǎn)換器啟動時的電感值來實現(xiàn)電流檢測新思路，對相關(guān)參數(shù)進行軟件仿真，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；電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

國家大學(xué)生創(chuàng)新實驗指導(dǎo)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(zhuǎn)換器和線性轉(zhuǎn)換器都通過檢測電感電流來實現(xiàn)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(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)換時間，以提升轉(zhuǎn)換器的效率［2］，因此電流檢測技術(shù)一直是DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計研究的重點內(nèi)容之一。

1　電流檢測原理

傳統(tǒng)的電流檢測方式，除了場效應(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、采樣電阻值或者場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻等，因此這些電流檢測方式需要根據(jù)不同的場合進行特定的電路設(shè)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(fù)載電流的計算。在啟動之前，首先關(guān)閉功率場效應(yīng)管，打開開關(guān)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(jīng)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(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)計在計算負(fù)載電流值時不需要了解采樣電路之外的元器件參數(shù)，根據(jù)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(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。這種檢測方式提高了電流檢測精度，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的場效應(yīng)管電流采樣方法，該方法在計算負(fù)載電流值時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，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)載場合的電路設(shè)計。

參考文獻(xiàn)

［1］張方華，朱成花，嚴(yán)仰光.雙向DC-DC變換器的控制模型［J］.中國電機工程學(xué)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(xué)與計算機，2011， 28（6）：46-50.

［3］許峰， 徐殿國，柳玉秀.具有最優(yōu)動態(tài)響應(yīng)的PWM型DCDC變換器非線性控制新策略［J］. 中國電機工程學(xué)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(xiàn)狀［J］.電力電子技術(shù)，1999， 33（2）：75-78.