测量降压切换模式电力供应器中的输出电流制造技术

取样与保持电路在脉冲宽度调制PWM周期的低侧部分的基本上中间(在低侧开关接通期间的50％点)处获取流动穿过降压切换模式电力供应器SMPS的电感器的电流的样本。在所述低侧接通期间50％点处穿过所述SMPS电感器的所述电流的此样本可视为所述SMPS的“平均”或“DC输出”电流，且每次恰好在相同的低侧接通50％处获取。恒定电流源及槽用以将时序电容器充电及放电，所述时序电容器的电压电荷由高速电压比较器监测以提供精确取样时序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关专利申请案本申请案主张于2014年10月17日提出申请的共同拥有的第62/065,152号美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案出于所有目的以引用方式并入本文中。
本专利技术涉及一种切换模式电力供应器(SMPS)，且特定来说，涉及对降压SMPS中的输出电流的准确测量。
技术介绍
切换模式电力供应器(SMPS)递送大量电力而极少浪费，这是因为SMPS的电路元件是极其高效的且耗散极少电力。在SMPS(特定来说，负载点(POL)转换器)中，以高准确度(在全负载下的1％到3％)提供对输出电流的实时测量以用于最大操作效率是必不可少的。不仅此电流测量必须是准确的，而且其必须不影响SMPSPOL转换器的效率或动态性能。感测且测量电流达到此高准确度(1％到3％)是在SMPS设计中已存在了多年的问题。现今，并不存在已知解决方案以满足不会不利地影响POL转换器的效率的此要求。
技术实现思路
因此，需要在不使SMPS的效率及/或动态性能降级的情况下对SMPS输出电流进行较准确测量。根据一实施例，一种用于在切换模式电力供应器(SMPS)(具有串联耦合于供应电压与共同点之间的高侧开关及低侧开关以及耦合于所述高侧开关和所述低侧开关的接合点与负载之间的功率电感器)中执行电流测量的方法可包括以下步骤：当所述高侧开关可接通时，以第一恒定电流将时序电容器充电；当脉冲宽度调制(PWM)周期达到50％且所述高侧开关可接通时，以所述第一恒定电流将所述时序电容器放电；当所述PWM周期达到50％且所述高侧开关可关断时，以第二恒定电流将所述时序电容器放电，其中所述第二恒定电流可为所述第一恒定电流的两倍；及当所述时序电容器上的电压达到预定参考电压时，对所述功率电感器电流进行取样。根据所述方法的又一实施例，当所述高侧开关可关断且所述PWM周期可小于50％时，可不将所述时序电容器充电或放电。根据又一实施例，当可对所述功率电感器电流进行取样时，将所述电容器预充电到所述参考电压。根据又一实施例，将所述功率电感器电流样本转换为其数字表示的步骤可借助模/数转换器(ADC)来完成。根据所述方法的又一实施例，可包括以下步骤：将多个所述功率电感器电流样本求平均；及借助模/数转换器(ADC)将所述多个所述功率电感器电流样本的平均值转换为其数字表示。根据所述方法的又一实施例，对所述功率电感器电流进行取样的所述步骤可包括以下步骤：在所述低侧开关与所述供应共同点之间提供电流测量电阻器；及当所述时序电容器上的所述电压达到所述预定参考电压时，对跨越所述电流测量电阻器形成的电压进行取样。根据所述方法的又一实施例，所述高侧开关及所述低侧开关可为功率晶体管。根据所述方法的又一实施例，所述功率晶体管可为金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)。根据所述方法的又一实施例，对所述功率电感器电流进行取样的所述步骤可包括当所述时序电容器上的所述电压达到所述预定参考电压时对跨越所述低侧MOSFET形成的电压进行取样的所述步骤。根据所述方法的又一实施例，对所述功率电感器电流进行取样的所述步骤可包括以下步骤：提供与所述低侧MOSFET相关联的前导场效晶体管(FET)，其中所述前导FET可具有流动穿过其的所述功率电感器电流的小部分；及当所述时序电容器上的所述电压达到所述预定参考电压时，对跨越所述前导FET及所述低侧MOSFET形成的电压进行取样。根据所述方法的又一实施例，对所述功率电感器电流进行取样的所述步骤可包括以下步骤：提供与所述功率电感器串联的电流测量电阻器；及当所述时序电容器上的所述电压达到所述预定参考电压时，对跨越所述电流测量电阻器形成的电压进行取样。根据所述方法的又一实施例，对所述功率电感器电流进行取样的所述步骤可包括当所述时序电容器上的所述电压达到所述预定参考电压时对跨越所述功率电感器的电压进行取样的所述步骤。根据所述方法的又一实施例，预定阈值电压可为大约零(0)伏特。根据所述方法的又一实施例，可包括当所述时序电容器上的所述电压达到所述预定参考电压时产生取样信号的步骤。根据所述方法的又一实施例，可包括所述时序电容器上的所述电压每第n次达到所述预定参考电压时借助模/数转换器(ADC)将所述功率电感器电流样本转换为其数字表示的步骤。根据另一实施例，一种用于确定降压切换模式电力供应器(SMPS)中的功率电感器电流取样点的设备可包括：恒定电流源，其具有第一节点及第二节点，其中其所述第一节点可耦合到电压源；恒定电流槽，其具有第一节点及第二节点，其中所述恒定电流槽可为所述恒定电流源的电流值的两倍；电流源开关，其耦合于所述恒定电流源的所述第二节点与所述恒定电流槽的所述第一节点之间；电流槽开关，其耦合于所述恒定电流槽的所述第二节点与电压源共同点之间；时序电容器，其耦合于所述恒定电流槽的所述第一节点与所述电压源共同点之间；电压比较器，其具有耦合到预定参考电压的第一输入、耦合到所述时序电容器的第二输入及输出，其中其所述输出可在所述时序电容器上的所述电压可大于所述预定参考电压时处于第一逻辑电平且在所述时序电容器上的所述电压可等于或小于所述预定参考电压时处于第二逻辑电平；其中当来自所述SMPS的高侧开关信号变为第一逻辑电平时，所述电流源开关接通且将所述恒定电流源耦合到所述时序电容器，借此所述时序电容器上的电压增加；当来自所述SMPS的所述高侧开关信号变为第二逻辑电平时，所述电流源开关关断且将所述恒定电流源从所述时序电容器解耦，借此所述时序电容器上的所述电压保持不变；且当可接收来自所述SMPS的50％脉冲宽度调制(PWM)周期信号时，所述电流槽开关接通且将所述恒定电流槽耦合到所述时序电容器，借此当所述高侧开关信号可处于所述第二逻辑电平时所述时序电容器上的所述电压以为其增加时两倍快的速率降低，且当所述高侧开关信号可处于所述第一逻辑电平时所述时序电容器上的所述电压以与其增加时相同的速率降低。根据又一实施例，当所述电压比较器的所述输出可处于所述第二逻辑电平时，可产生取样信号。根据又一实施例，电压均衡开关可耦合于所述时序电容器与所述预定参考电压之间，其中当可产生所述取样信号时，所述电压均衡开关可接通且可迫使所述时序电容器上的所述电压变得与所述预定参考电压基本上相同。根据又一实施例，当可产生所述取样信号时，可获取所述功率电感器电流的样本。根据又一实施例，一种用于确定降压切换模式电力供应器(SMPS)中的功率电感器电流取样点的微控制器可包括：恒定电流源，其具有第一节点及第二节点，其中其所述第一节点可耦合到电压源；恒定电流槽，其具有第一节点及第二节点，其中所述恒定电流槽可为所述恒定电流源的电流值的两倍；电流源开关，其耦合于所述恒定电流源的所述第二节点与所述恒定电流槽的所述第一节点之间；电流槽开关，其耦合于所述恒定电流槽的所述第二节点与电压源共同点之间；时序电容器，其耦合于所述恒定电流槽的所述第一节点与所述电压源共同点之间；电压比较器，其具有耦合到预定参考电压的第一输入、耦合到所述时序电容器的第二输入及输出，其中其所述输出可在所述时序电容器上的所述电压可大于所述预定参考电压时处于第一逻辑电平且在所述时序电容器上的所述电压可等于或小于所述预定参考电压时处于第二逻辑电平；其中当来自所述SMPS的高侧开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在切换模式电力供应器SMPS中执行电流测量的方法，所述切换模式电力供应器具有串联耦合于供应电压与共同点之间的高侧及低侧开关以及耦合于所述高侧开关和所述低侧开关的接合点与负载之间的功率电感器，所述方法包括以下步骤：当所述高侧开关接通时，以第一恒定电流将时序电容器充电；当脉冲宽度调制PWM周期达到50％且所述高侧开关接通时，以所述第一恒定电流将所述时序电容器放电；当所述PWM周期达到50％且所述高侧开关关断时，以第二恒定电流将所述时序电容器放电，其中所述第二恒定电流为所述第一恒定电流的两倍；及当所述时序电容器上的电压达到预定参考电压时，对所述功率电感器电流进行取样。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.17 US 62/065,152;2015.10.14 US 14/883,3811.一种用于在切换模式电力供应器SMPS中执行电流测量的方法，所述切换模式电力供应器具有串联耦合于供应电压与共同点之间的高侧及低侧开关以及耦合于所述高侧开关和所述低侧开关的接合点与负载之间的功率电感器，所述方法包括以下步骤：当所述高侧开关接通时，以第一恒定电流将时序电容器充电；当脉冲宽度调制PWM周期达到50％且所述高侧开关接通时，以所述第一恒定电流将所述时序电容器放电；当所述PWM周期达到50％且所述高侧开关关断时，以第二恒定电流将所述时序电容器放电，其中所述第二恒定电流为所述第一恒定电流的两倍；及当所述时序电容器上的电压达到预定参考电压时，对所述功率电感器电流进行取样。2.根据权利要求1所述的方法，其中当所述高侧开关关断且所述PWM周期小于50％时，不将所述时序电容器充电或放电。3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：当对所述功率电感器电流进行取样时，将所述电容器预充电到所述参考电压。4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：借助模/数转换器ADC将所述功率电感器电流样本转换为其数字表示的步骤。5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：将多个所述功率电感器电流样本求平均；及借助模/数转换器ADC将所述多个所述功率电感器电流样本的平均值转换为其数字表示。6.根据权利要求1所述的方法，其中对所述功率电感器电流进行取样的所述步骤包括以下步骤：在所述低侧开关与所述供应共同点之间提供电流测量电阻器；及当所述时序电容器上的所述电压达到所述预定参考电压时，对跨越所述电流测量电阻器形成的电压进行取样。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述高侧开关及所述低侧开关为功率晶体管。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述功率晶体管为金属氧化物半导体场效晶体管MOSFET。9.根据权利要求8所述的方法，其中对所述功率电感器电流进行取样的所述步骤包括当所述时序电容器上的所述电压达到所述预定参考电压时对跨越所述低侧MOSFET形成的电压进行取样的所述步骤。10.根据权利要求8所述的方法，其中对所述功率电感器电流进行取样的所述步骤包括以下步骤：提供与所述低侧MOSFET相关联的前导场效晶体管FET，其中所述前导FET具有流动穿过其的所述功率电感器电流的小部分；及当所述时序电容器上的所述电压达到所述预定参考电压时，对跨越所述前导FET及所述低侧MOSFET形成的电压进行取样。11.根据权利要求1所述的方法，其中对所述功率电感器电流进行取样的所述步骤包括以下步骤：提供与所述功率电感器串联的电流测量电阻器；及当所述时序电容器上的所述电压达到所述预定参考...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特·迪尔伯恩，克利夫·埃利森，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US