具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上部”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连通”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中介媒介间相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

描述包括对形成详细描述的一部分的附图的参考。附图示出了根据示例性实施方式的图示。在本文中也可被称为“示例”的这些实施方式被足够详细地描述，以使本领域中的技术人员能够实践本文所描述的所要求保护的主题的实施方式。在不偏离所要求保护的主题的范围和精神的情况下，可组合实施方式，可使用其它实施方式，或可做出结构、逻辑和电气改变。应理解的是，本文中所描述的实施方式并不旨在限制主题的范围，而是使本领域中的技术人员能够实践、制作和/或使用该主题。

首先，通过对本申请涉及的常见的峰值电流限制电路进行阐述，以引出本申请的构思。

为解决不同温度、不同电源电压、不同占空比下的峰值电流限制的变化，本申请提供一种峰值电流限制电路、DC-DC转换装置及电源，通过改进峰值电流限制电路，在峰值电流限制电路中增设压控电阻(包含第一压控电阻)，达到使峰值电流不随温度、电源电压、占空比等因素变化的目的；且改进后的峰值电流限制电路能够在输出过载或短路状况，实现快速且高可靠率的保护。

以下结合具体的实施例，对本申请提供的峰值电流限制电路进行解释说明。

图2为本申请一实施例提供的峰值电流限制电路的原理框图。如图2所示，峰值电流限制电路20包括：电流采样模块21和电流限制模块22。其中，电流采样模块21用于通过第一压控电阻R_CTL1将电感电流在上管产生的导通压降转化为与该电感电流相关的第一采样电流I_SENSE1；电流限制模块22的输入端与电流采样模块21连接，电流限制模块22用于比较第一采样电流I_SENSE1与基准电流I_REFA，并根据比较结果输出峰值电流限制信号I_LIMIT给逻辑模块23，以使逻辑模块23在峰值电流限制信号I_LIMIT的作用于下进行逻辑运算并输出驱动信号，该驱动信号用于控制上管的导通和关断。

其中，第一压控电阻R_CTL1的结构可以具体为图3a至图3c所示的结构，但本申请实施例不以此为限制。其中，端口A和端口B分别标识第一压控电阻R_CTL1的两个端口。示例地，第一压控电阻R_CTL1中的MOS管工作线性区，因此可以得出第一压控电阻R_CTL1的表达式为：

其中，R_CTL表示第一压控电阻R_CTL1的阻值，u_n,p表示MOS管(包括NMOS或者PMOS)的载流子迁移率，C_ox表示单位面积栅氧化层电容，W表示MOS管的宽度，L表示MOS管的长度，V_GS表示MOS管的栅-源电压，V_TH表示MOS管的阈值电压。

第一压控电阻R_CTL1的温度特性如图4a所示。

本申请实施例通过在电流采样模块中设置第一压控电阻R_CTL1将电感电流在上管产生的导通压降转化为与该电感电流相关的第一采样电流，达到使峰值电流不随温度、电源电压、占空比等因素变化的目的，具体实现原理请参见后续实施例。

一些实施例中，如图5所示，电流采样模块21可以包括：第一功率采样管M_PAS1、第二功率采样管M_PAS2、第一压控电阻R_CTL1、第二压控电阻R_CTL2、第一电阻R_X1、第二电阻R_X2、第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、电流镜211、第九MOS管M₉。其中：

第一功率采样管M_PAS1的源极与上管M_PA的源极连接，第一功率采样管M_PAS1的栅极接地，第一功率采样管M_PAS1的漏极与第二功率采样管M_PAS2的源极连接。第二功率采样管M_PAS2的源极作为电流采样模块21的输入端，第二功率采样管M_PAS2的漏极分别与上管M_PA的漏极及下管M_NA的漏极连接，第二功率采样管M_PAS2的栅极与上管M_PA的栅极连接。第一压控电阻R_CTL1与第一电阻R_X1并联，二者的一端与第一功率采样管M_PAS1的漏极连接，二者的另一端与第一MOS管M₁的源极连接。第二压控电阻R_CTL2与第二电阻R_X2并联，二者的一端接芯片输入电压VIN，二者的另一端与第二MOS管M₂的源极连接。第一MOS管M₁的栅极、第二MOS管M₂的栅极与第二MOS管M₂的漏极连接。电流镜211的第一端分别与第一MOS管M₁的漏极及第九MOS管M₉的栅极连接，电流镜211的第二端与第二MOS管M₂的漏极连接；电流镜211的第三端与偏置模块31连接。第九MOS管M₉的源极与第二MOS管M₂的源极连接，第九MOS管M₉的漏极作为电流采样模块21的输出端，输出第一采样电流I_SENSE1。

补充说明的是，第一功率采样管M_PAS1的源极与上管M_PA的源极连接，并接芯片输入电压VIN；第一压控电阻R_CTL1接芯片输入电压VIN。另外，下管M_NA的源极接地(GND)。第一电阻R_X1和第二电阻R_X2的温度特性如图4b所示，该图中将第一电阻R_X1和第二电阻R_X2统一标识为R_X。

电流镜211的特点是输出电流是对输入电流按一定比例的“复制”，用来产生偏置电流和作为有源负载。

根据图5所示的结构，第二功率采样管M_PAS2的源极(即电流采样模块21的输入端)的电压值为LX，通过第二功率采样管M_PAS2产生采样节点电压L_XS，由于第二功率采样管M_PAS2尺寸远大于第一功率采样管M_PAS1的尺寸，根据公式(1)得到的第二功率采样管M_PAS2的导通电阻远小于第一功率采样管M_PAS1的导通电阻，因此采样节点电压L_XS近似等于第二功率采样管M_PAS2的漏极的电压值LX。从而可以得出第一采样电流I_SENSE1的表达式：

上式中，I_L表示流过上管M_PA的电感电流，R_CTLP表示上管M_PA的导通阻抗，R_X1||R_CTL1表示第一压控电阻R_CTL1与第一电阻R_X1的并联电阻值。

可选地，参考图5，电流镜211可以包括第三MOS管M₃、第四MOS管M₄、第五MOS管M₅、第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第八MOS管M₈。电流镜211为共源共栅的电流镜。其中，第三MOS管M₃的漏极作为电流镜211的第三端；第四MOS管M₄的漏极作为电流镜211的第一端；第五MOS管M₅的漏极作为电流镜211的第二端；第三MOS管M₃的漏极、第三MOS管M₃的栅极、第四MOS管M₄的栅极、第五MOS管M₅的栅极连接；第三MOS管M₃的源极与第六MOS管M₆的漏极连接；第四MOS管M₄的源极与第七MOS管M₇的漏极连接；第五MOS管M₅的源极与第八MOS管M₈的漏极连接；第六MOS管M₆的漏极、第六MOS管M₆的栅极、第七MOS管M₇的栅极、第八MOS管M₈的栅极连接；第六MOS管M₆的源极、第七MOS管M₇的源极、第八MOS管M₈的源极接地。另外，第三MOS管M₃的漏极接入偏置电流I_BIASA。

作为一种可能的实施方式，参考图6，电流限制模块22可以包括：求和电路221和比较器222。其中，求和电路221用于对第一采样电流I_SENSE1、基准电流I_REFA、来自振荡器斜坡补偿模块的斜坡补偿电流(包括第一斜坡补偿电流I_SLOPE1和第二斜坡补偿电流I_SLOPE2)和来自偏置模块的偏置电流(包括第一偏置电流I_DC1和第二偏置电流I_DC2)进行求和处理，得到两路电压(包括采样电压V_SENSEA和基准电压V_REFA)分别输出给比较器222的同相端和反相端；比较器222用于对两路电压进行比较，输出峰值电流限制信号I_LIMIT。具体地，采样电压V_SENSEA输入到比较器222的同相端，基准电压V_REFA输入给比较器222的反相端。

进一步地，参考图7，求和电路221可以包括：第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃、第四二极管D₄、第五二极管D₅、第六二极管D₆、第三电阻R_Y1、第四电阻R_Y2、第五电阻R_Y3、第六电阻R_Y4、第七电阻R_Y5、第八电阻R_Z、第三压控电阻R_CTL3。其中，第一二极管D₁的正端作为求和电路221的第一输入端，用于输入第一斜坡补偿电流I_SLOPE1；第二二极管D₂的正端作为求和电路221的第二输入端，用于输入第一采样电流I_SENSE1；第四二极管D₄的正端作为求和电路221的第三输入端，用于输入第二斜坡补偿电流I_SLOPE2；第五二极管D₅的正端作为求和电路221的第四输入端，用于输入第一偏置电流I_DC1；第三二极管D₃的正端作为求和电路221的第五输入端，用于输入第二偏置电流I_DC2；第六二极管D₆的正端作为求和电路221的第六输入端，用于输入第一基准电流I_REFA；第二二极管D₂的负端作为求和电路221的第一输出端，用于输出采样电压V_SENSEA；第六二极管D₆的负端作为求和电路221的第二输出端，用于输出基准电压V_REFA；第一二极管D₁的负端分别与第四电阻R_Y2和第五电阻R_Y3的一端连接，第四电阻R_Y2的另一端与第三二极管D₃的负端连接；第五电阻R_Y3的另一端分别与第二二极管D₂的负端及第六电阻R_Y4的一端连接，第六电阻R_Y4的另一端接地；第四二极管D₄的负端、第五二极管D₅的负端、第七电阻R_Y5的一端、第三压控电阻R_CTL3的一端连接，第七电阻R_Y5的另一端接地，第三压控电阻R_CTL3的另一端经第三电阻R_Y1与第六二极管D₆的负端连接。

根据图7所示的结构，可以得出：

V_SENSEA＝(I_SENSE1+I_SLOPE1+I_DC2)R_Y4 (3)

最大峰值电流限制时，式(3)与式(4)相等，第六电阻R_Y4与第七电阻R_Y5的阻值相等，第一斜坡补偿电流I_SLOPE1与第二斜坡补偿电流I_SLOPE2相等，第一偏置电流I_DC1和第二偏置电流I_DC2相等，将式(1)所示的第一采样电流I_SENSE1表达式代入式(3)中，可得电感电流I_L的峰值电流I_PK：

式(5)中，不受温度、占空比或电源电压等因素变化的影响。若保证R_Y4+R_Y1＝R_X1，R_CTL1＝R_CTL3，则峰值电流IPK不受温度、占空比或电源电压等因素变化的影响；由于式(5)不包括与占空比相关的斜坡补偿电流(包括第一斜坡补偿电流ISLOPE1和第二斜坡补偿电流ISLOPE2信号等)，故峰值电流IPK不受占空比的影响。

另外，第三电阻R_Y1、第四电阻R_Y2、第五电阻R_Y3、第六电阻R_Y4、第七电阻R_Y5的温度特性如图4b所示，该图中将第三电阻R_Y1、第四电阻R_Y2、第五电阻R_Y3、第六电阻R_Y4和第七电阻R_Y5统一标识为R_Y。第八电阻R_Z的温度特性如图4c所示。

经实验，经本申请实施例提供的峰值电流限制电路得到的峰值电流，Ipeak表示峰值电流，在50％占空比下，电源电压为3.3V时，Ipeak随时间的分布如图8a所示，在50％占空比下，电源电压为5V时，Ipeak随时间的分布如图8b所示，可见Ipeak不受电源电压的影响；当占空比为25％时，Ipeak随时间的分布如图8c所示，当占空比为50％时，Ipeak随时间的分布如图8d所示，当占空比为75％时，Ipeak随时间的分布如图8e所示，可见Ipeak不受占空比的影响；Ipeak随温度的分布如图8f所示，可见Ipeak在整个温度范围-40°～125°的偏差在5％以内，因此，Ipeak不受温度的影响。

上述解释了峰值电流限制电路的具体结构，接下来说明峰值电流限制电路的应用。

图9为本申请一实施例提供的DC-DC转换装置的原理框图。如图9所示，DC-DC转换装置80包括：如上述任一实施例所述的峰值电流限制电路81、逻辑模块82、上管M_PA、下管M_NA、偏置(BIAS)模块83、振荡器斜坡补偿(OSC&Slope compensation)模块84、使能(ENABLE)模块85、基准模块86、误差放大器(EA)87和比较模块88。其中：

使能模块85，用于根据使能端(即使能引脚)EN输入的信号生成第一使能信号ENB和第二使能信号ENO，并输出第一使能信号ENB给偏置模块83，输出第二使能信号ENO给振荡器斜坡补偿模块84。偏置模块83用于在第一使能信号ENB作用下输出第一偏置电流I_DC1和第二偏置电流I_DC2给峰值电流限制电路81中的求和电路。振荡器斜坡补偿模块84用于在第二使能信号ENO作用下输出第一斜坡补偿电流I_SLOPE1和第二斜坡补偿电流I_SLOPE2给求和电路。基准模块86用于提供基准电压VREF。误差放大器87用于在基准电压VREF和反馈电压信号FB的作用下输出误差放大信号COMP。比较模块88用于在误差放大信号COMP以及峰值电流限制电路81中电流采样模块输出的第二采样电流I_SENSE2和振荡器斜坡补偿模块84输出的第三斜坡补偿电流I_SLOPE3的作用下输出脉冲宽度调制信号PWM。逻辑模块82用于在峰值电流限制信号I_LIMIT及脉冲宽度调制信号PWM作用下输出驱动信号，该驱动信号用于控制上管M_PA的导通和关断，以及下管M_NA的导通和关断。

另外，上管M_PA与下管M_NA共漏的一端输出电压值LX，通过峰值电流限制电路81中电流采样(Current Sense)模块的第二功率采样管M_PAS2产生采样节点电压L_XS。

振荡器斜坡补偿模块84产生的第三斜坡补偿电流I_SLOPE3与第二采样电流I_SENSE2叠加后产生信号V_SIGMA，信号V_SIGMA与误差放大信号COMP输入到比较模块88产生脉冲宽度调制信号PWM，脉冲宽度调制信号PWM、峰值电流限制信号I_LIMIT、来自欠压检测模块89的欠压检测信号UVLO、来自过压保护模块90的过压保护信号OVP、来自零电流检测模块91的零电流检测信号IZL共同输入到逻辑模块82。

DC-DC转换装置80为BUCK变换器，将其作为每个分配支路的主电路结构，在输出过载或者短路状态下，峰值电流限制电路81能够在过载和短路的状态下通过限制功率输出，达到限流的目的，能够使得DC-DC转换装置在长时间出现的过载、短路情况下不至于损坏。

可选地，逻辑模块82包括逻辑单元821和驱动单元822。其中，逻辑单元821用于在峰值电流限制信号I_LIMIT及脉冲宽度调制信号PWM等信号的作用下输出上管驱动逻辑信号LOGICP和下管驱动逻辑信号LOGICN；驱动单元822用于在上管驱动逻辑信号LOGICP和下管驱动逻辑信号LOGICN作用下输出上管驱动信号DRVP和下管驱动信号DRVN。

同时参考图7和图9，偏置模块83可以包括但不限于：第八电阻、第十MOS管、第十一MOS管、第十二MOS管、第一运算放大器OP₁、第二运算放大器OP₂、第十三MOS管M₁₆、第十四MOS管M₁₇、第十五MOS管M₁₈、第十六MOS管M₁₉和第九电阻R_Y6。其中：

第十一MOS管M₂₁的漏极与基准模块86连接，用于输入第一基准电流I_REFA；第十一MOS管M₂₁的源极与第十MOS管M₂₀的源极均连接芯片输入电压V_IN，第十一MOS管M₂₁的栅极、第十MOS管M₂₀的栅极、第十MOS管M₂₀的漏极、第十二MOS管M₂₂的漏极连接；第十二MOS管M₂₂的源极经第八电阻R_Z接地，第十二MOS管M₂₂的栅极与第一运算放大器OP₁的输出端连接；第一运算放大器OP₁的反相输入端与第十二MOS管M₂₂的源极连接，第一运算放大器OP₁的正相输入端用于输入第一基准电压V_REF1。

第二运算放大器OP₂的同相输入端与基准模块86连接，用于输入来自基准模块86的第二基准电压V_REF2，第二运算放大器OP₂的反相输入端与第十六MOS管M₁₉的源极连接，第二运算放大器OP₂的输出端与第十六MOS管M₁₉的栅极连接。第十六MOS管M₁₉的漏极、第十三MOS管M₁₆的漏极、第十三MOS管M₁₆的栅极、所十四MOS管M₁₇的栅极、第十五MOS管M₁₈的栅极连接。第十三MOS管M₁₆的源极、第十四MOS管M₁₇的源极、第十五MOS管M₁₈的源极均连接芯片输入电压V_IN。第十四MOS管M₁₇的漏极作为偏置模块83的第一输出端，用于输出第二偏置电流I_DC2。第十五MOS管M₁₈的漏极作为偏置模块83的第二输出端，用于输出第一偏置电流I_DC1。

进一步地，振荡器斜坡补偿模块84包括但不限于：第三运算放大器OP₃、第十七MOS管M₁₂、第十八MOS管M₁₃、第十九MOS管M₁₄、第二十MOS管M₁₅和第十电阻R_Y7。其中，第三运算放大器OP₃的同相输入端，用于接预设电压值V_RAMP，第三运算放大器OP₃的反相输入端与第十七MOS管M₁₂的源极连接，第三运算放大器OP₃的输出端与第十七MOS管M₁₂的栅极连接。第十七MOS管M₁₂的漏极、第十八MOS管M₁₃的漏极、第十八MOS管M₁₃的栅极、第十九MOS管M₁₄的栅极、第二十MOS管M₁₅的栅极连接。第十八MOS管M₁₃的源极、第十九MOS管M₁₄的源极、第二十MOS管M₁₅的源极均连接芯片输入电压V_IN。第二十MOS管M₁₅的漏极作为振荡器斜坡补偿模块84的第一输出端，用于输出第一斜坡补偿电流I_SLOPE1。第十九MOS管M₁₄的漏极作为振荡器斜坡补偿模块84的第二输出端，用于输出第二斜坡补偿电流I_SLOPE2。

示例地，锯齿波形状的预设电压值V_RAMP输入到第三运算放大器OP3的同相输入端。第十七MOS管M₁₂的漏极与由第十八MOS管M₁₃、第十九MOS管M₁₄、第二十MOS管M₁₅构成的电流镜的输入端相连，第二十MOS管M₁₅的漏极作为该电流镜的第一输出端，输出第一斜坡补偿电流I_SLOPE1，第十九MOS管M₁₄的漏极作为该电流镜的第二输出端，输出第二斜坡补偿电流I_SLOPE2。

图10为本申请一实施例提供的电源的原理框图。如图10所示，电源100包括：滤波电路110、负载120和如上述任一实施例所述的DC-DC转换装置130。其中，DC-DC转换装置130经滤波电路110与负载120连接。

可选地，电源100还包括：与DC-DC转换装置130的外部供电源(未示出)。

需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，处理模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上处理模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

虽然仅仅已经对本申请的某些部件和实施例进行了图示并且描述，但是在不实际脱离在权利要求书中的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以想到许多修改和改变(例如，各个元件的大小、尺寸、结构、形状和比例等的变化)。而且，为了提供对示例性实施例的简洁说明，可能尚未描述实际实施方式的所有部件。应该了解，在任何这种实际实施方式的开发中，如在任何工程或者设计项目中一样，可能进行若干具体实施决策。这种开发工作可能是复杂的且耗时的，但对受益于本申请的那些普通技术人员来说，仍将是设计、加工和制造的例行程序，而无需过多实验。

可以理解的是，在本申请的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。在本申请的实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请的实施例的实施过程构成任何限定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。