通过输入电压和输入电流感测来切换电压调节器的感测网络失配补偿制造技术

本公开涉及用于通过输入电压和输入电流感测来切换电压调节器的感测网络失配补偿。该电压调节器包括：功率级，被配置为从在输入电压端子处的输入电压产生输出电压；分流电阻器，串联连接在输入电压端子和功率级之间；第一电平移位电阻器，串联连接在分流电阻器的第一端子和控制器的第一感测引脚之间；以及第二电平移位电阻器，串联连接在分流电阻器的第二端子和控制器的第二感测引脚之间。调节器的输入电流根据分流电阻器两端的电压(如由电平移位电阻器向下移位并在感测引脚两端所测量的)而被感测。调节器的输入电压根据流过电平移位电阻器中的任何一个电平移位电阻器的电流(如在感测引脚中的一个感测引脚处所测量的)而被感测。

Sensor network mismatch compensation of switching voltage regulator by input voltage and input current sensing

The present disclosure relates to a sensor network mismatch compensation for switching a voltage regulator through input voltage and input current sensing. The voltage regulator includes a power stage configured to generate an output voltage from the input voltage at the input voltage terminal; a shunt resistor connected in series between the input voltage terminal and the power stage; a first level shift resistor connected in series between the first terminal of the shunt resistor and the first sensing pin of the controller; and a second level shift resistor connected in series with the first sensing pin of the controller. It is connected between the second terminal of the shunt resistor and the second sensing pin of the controller. The input current of the regulator is sensed according to the voltage at both ends of the shunt resistor, such as the voltage shifted downward by the level shifting resistor and measured at both ends of the sensing pin. The input voltage of the regulator is sensed according to the current flowing through any level shift resistor in the level shift resistor, as measured at a sensing pin in the sensing pin.

【技术实现步骤摘要】
通过输入电压和输入电流感测来切换电压调节器的感测网络失配补偿
本申请涉及通过输入电压和电流感测来切换电压调节器，特别地涉及用于通过输入电压和电流感测来切换电压调节器的感测网络失配补偿。
技术介绍
切换电压调节器从输入电压生成输出电压，并且是通过有源部件(诸如，脉宽调制控制器(PWM)、驱动器、功率MOSFET)和无源部件(诸如，电感器、变压器或耦合电感器、电容器和电阻器)来实施的。控制器通常测量输出电流和输出电压，以便调节和监测输出电压。测量输入电流和输入电压允许控制器改进调节和监测，以及监测针对电压、电流和功率限制的输入功率。一些控制器中需要了解调节器输入电流和电压，用于改进的调节算法和监测针对电压、电流和功率限制的输入功率。测量输入电流和电压需要控制器中的外部电路和内部电路。例如，一些调节器控制器差分地感测偏置有高DC共模电压的小信号(诸如，测量输入电感器两端的DCR降)。在该情况下，通常使用匹配的电阻器，以将高偏置电平移位到控制器可以容忍的水平的电压。然而，由于电压的大幅下降，电平移位电阻器之间的电阻的任何失配可以引起偏移问题。同样地，由于小的输入信号电平，需要高增益输入级。然而，这限制了在输入级的ADC(模拟-数字转换)转换范围饱和之前输入级可以容忍的偏移量。在使用偏置在12V处的感测电阻器测量2毫欧姆输入电流的通常应用中，需要比0.1％更好的电阻容限。同样地，在电阻器被放置在系统板上之前，不能确定失配的符号和大小。这意味着系统必须被设计为使得提供足够的ADC范围以允许在两个极性中的电阻器失配。此外，高精度电阻器非常昂贵。例如，具有0.1％精度的电阻器的成本比具有1％精度的电阻器的成本多十倍。因此，需要改进的输入电流和电压监测技术用于切换电压调节器，以最小化调节器复杂性和成本。
技术实现思路
根据电压调节器的实施例，电压调节器包括：输入电压端子；功率级，被配置为从在输入电压端子处的输入电压产生输出电压；控制器，可操作以控制功率级的切换，以调节输出电压；分流电阻器，串联连接在输入电压端子和功率级之间；第一电平移位电阻器，串联连接在分流电阻器的第一端子和控制器的第一感测引脚之间；以及第二电平移位电阻器，串联连接在分流电阻器的第二端子和控制器的第二感测引脚之间。控制器包括感测电路，感测电路可操作以根据如在感测引脚两端所测量的、分流电阻器两端的电压来感测调节器的输入电流，以及根据在感测引脚中的一个感测引脚处所测量的电流来感测调节器的输入电压。控制器进一步包括校准电路，校准电路可操作以内部补偿第一电平移位电阻器和第二电平移位电阻器之间的电阻失配。校准电路提供了进行测量以确定由电阻失配所引起的偏移的符号和大小的装置，以及引入附加的补偿偏移以便最小化测量中的整体偏移的装置。根据感测电压调节器的输入电流和输入电压的方法的实施例，电压调节器包括：输入电压端子；功率级，用于从在输入电压端子处的输入电压产生输出电压；分流电阻器，串联连接在输入电压端子和功率级之间；第一电平移位电阻器，串联连接在分流电阻器的第一端子和控制器的第一感测引脚之间；以及第二电平移位电阻器，串联连接在分流电阻器的第二端子和控制器的第二感测引脚之间，方法包括：根据如在感测引脚两端所测量的、分流电阻器两端的电压来感测调节器的输入电流；根据感测引脚中的一个感测引脚处所测量的电流来感测调节器的输入电压；以及在控制器内内部补偿第一电平移位电阻器和第二电平移位电阻器之间的电阻失配。根据电压调节器控制器的实施例，控制器包括：第一感测引脚，被配置用于串联连接到第一电平移位电阻器，第一电平移位电阻器连接到分流电阻器的第一端子；第二感测引脚，被配置用于串联连接到第二电平移位电阻器，第二电平移位电阻器连接到分流电阻器的第二端子；感测电路，可操作以根据如在感测引脚两端所测量的、分流电阻器两端的电压来感测输入电流，以及根据在感测引脚中的一个感测引脚处所测量的电流来感测输入电压；以及校准电路，可操作以内部补偿第一电平移位电阻器和第二电平移位电阻器之间的电阻失配。通过阅读以下详细说明，以及通过察看附图，本领域技术人员将认识到附加的特征和优点。附图说明附图的元件不必彼此相对成比例。类似的标号指定对应的相似的部分。各种说明的实施例的特征可以组合起来，除非它们相互排斥。实施例在附图中进行了描绘，并且在下面的描述中进行了详细描述。图1示出了具有控制器的电压调节器的实施例的框图，该控制器具有用于提供外部失配和内部偏移补偿的校准电路。图2示出了在调节器控制器中所包括的校准电路的实施例的框图。图3示出了用于电压调节器的外部失配和内部偏移补偿的方法的实施例的流程图。图4示出了具有附加引脚的调节器控制器的实施例的框图，该附加引脚用于在校准过程期间将外部分流电阻器短路。图5示出了用于在校准过程期间将外部分流电阻器短路的另一实施例的框图。图6示出了在调节器控制器中所包括的校准电路的另一实施例的框图。图7示出了由在图6中所示出的控制器校准电路所实施的电压梯的实施例的框图。具体实施方式本文所描述的实施例提供了用于通过输入电压和电流感测来切换电压调节器的感测网络失配补偿。PI感测网络在调节器控制器的外部，并且包括连接到调节器的输入功率轨的低欧姆高侧分流电阻器。分流电阻器两端的电压与调节器输入电流成比例。电平移位是通过连接到分流电阻器的端子的两个高欧姆串联电阻器来完成的。电平移位电阻器的其它端子连接到调节器控制器上的相应的感测(输入)引脚。调节器控制器迫使电流通过电平移位电阻器，以使控制器感测(输入)引脚两端的电压依赖于分流电阻器两端的电压，但是电平移位到较低电压，该较低电压不超过在感测引脚处所允许的最大电压。控制器包括感测电路，感测电路(1)根据流过两个感测(输入)引脚的电流来感测输入电压以及(2)根据两个感测(输入)引脚两端的电压来感测输入电流。控制器还包括校准电路，校准电路内部补偿外部电平移位电阻器之间的电阻失配以及内部补偿控制器感测电路的内部偏移。图1示出了电压调节器的实施例。电压调节器包括输入电压端子100、功率级102和控制器104(诸如，微控制器、微处理器、ASIC(专用集成电路)等)，功率级102被配置为从输入电压端子100处的输入电压(Vin)产生输出电压(Vout)，控制器104被配置为控制功率级102的切换。在图1中，功率级102通过电感器(L)和电容器(C)连接到外部负载(未示出)。备选地，功率级102可以通过变压器或耦合电感器而被耦合到负载。在每种情况下，功率级102具有被耦合到负载的一个或多个相。在图1的实施例中，每个相包括高侧晶体管(Q1)和低侧晶体管(Q2)，高侧晶体管(Q1)和低侧晶体管(Q2)用于将功率级102耦合到负载。在不同时期，高侧晶体管Q1将负载可切换地连接到电压调节器的输入电压轨(Vin)，并且对应的低侧晶体管Q2将负载可切换地连接到地。为了便于说明，功率级102在图1中被示出具有一个相。通常，功率级102可以包括任何期望数目的相，其包括一个相(单相实现)或者多于一个相(多相实现)。由电压调节器供电的负载可以是高性能集成电路(诸如，微处理器、图像处理器、网络处理器等)或者需要电压调节的其它类型的集成电路(诸如，POL(负载点))。通过调整递送到负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压调节器，包括：输入电压端子；功率级，被配置为从在所述输入电压端子处的输入电压产生输出电压；控制器，可操作以控制所述输出级的切换，以调节所述输出电压；分流电阻器，串联连接在所述输入电压端子和所述功率级之间；第一电平移位电阻器，串联连接在所述分流电阻器的第一端子和所述控制器的第一感测引脚之间；以及第二电平移位电阻器，串联连接在所述分流电阻器的第二端子和所述控制器的第二感测引脚之间；其中所述控制器包括：感测电路，可操作以根据如在所述第一感测引脚和所述第二感测引脚两端所测量的、所述分流电阻器两端的电压，来感测所述调节器的输入电流，以及根据在所述第一感测引脚和所述第二感测引脚中的一个感测引脚处所测量的电流来感测所述调节器的输入电压；以及校准电路，可操作以内部补偿所述第一电平移位电阻器和所述第二电平移位电阻器之间的电阻失配。

【技术特征摘要】
2017.10.13 US 15/783,0871.一种电压调节器，包括：输入电压端子；功率级，被配置为从在所述输入电压端子处的输入电压产生输出电压；控制器，可操作以控制所述输出级的切换，以调节所述输出电压；分流电阻器，串联连接在所述输入电压端子和所述功率级之间；第一电平移位电阻器，串联连接在所述分流电阻器的第一端子和所述控制器的第一感测引脚之间；以及第二电平移位电阻器，串联连接在所述分流电阻器的第二端子和所述控制器的第二感测引脚之间；其中所述控制器包括：感测电路，可操作以根据如在所述第一感测引脚和所述第二感测引脚两端所测量的、所述分流电阻器两端的电压，来感测所述调节器的输入电流，以及根据在所述第一感测引脚和所述第二感测引脚中的一个感测引脚处所测量的电流来感测所述调节器的输入电压；以及校准电路，可操作以内部补偿所述第一电平移位电阻器和所述第二电平移位电阻器之间的电阻失配。2.根据权利要求1所述的电压调节器，其中所述校准电路包括第一电阻器梯和第二电阻器梯，所述第一电阻器梯电连接到所述第一感测引脚，所述第二电阻器梯电连接到所述第二感测引脚，并且其中所述控制器可操作以选择所述第一电阻器梯的抽头点和所述第二电阻器梯的抽头点，用于将所述感测电路连接到所述第一电阻器梯和所述第二电阻器梯，所述抽头点被选择以便补偿所述第一电平移位电阻器和所述第二电平移位电阻器之间的所述电阻失配。3.根据权利要求2所述的电压调节器，其中所述感测电路包括电流源电路，所述电流源电路可操作以迫使电流通过所述第一电平移位电阻器和所述第二电平移位电阻器，以使在所述第一感测引脚和所述第二感测引脚两端的电压与向下电平移位到较低电压的、所述分流电阻器两端的所述电压相对应，其中所述第一电阻器梯电连接在所述第一感测引脚和所述电流源电路的第一节点之间，并且其中所述第二电阻器梯电连接在所述第二感测引脚和所述电流源电路的第二节点之间。4.根据权利要求2所述的电压调节器，其中所述感测电路包括：放大器，具有第一输入和第二输入，所述第一输入电连接到所述第一电阻器梯，所述第二输入电连接到所述第二电阻器梯，所述放大器可操作以放大在所述放大器的输出处的所述第一感测引脚和所述第二感测引脚两端所测量的电压；以及模拟-数字转换器ADC，可操作以将在所述放大器的所述输出处的经放大的电压转换为数字值。5.根据权利要求4所述的电压调节器，其中所述控制器可操作以确定所述放大器和所述ADC的内部偏移，并且其中所述控制器可操作以选择所述第一电阻器梯的所述抽头点和所述第二电阻器梯的所述抽头点，以便补偿所述第一电平移位电阻器和所述第二电平移位电阻器之间的所述电阻失配，以及补偿所述放大器和所述ADC的所述内部偏移。6.根据权利要求4所述的电压调节器，其中所述放大器的所述第一输入通过第一多路复用器电连接到所述第一电阻器梯，其中所述放大器的所述第二输入通过第二多路复用器电连接到所述第二电阻器梯，其中每个多路复用器是能够以一个最低有效位LSB的增量来调整的，其中每个多路复用器的所述LSB与最佳电阻调整成比例，所述最佳电阻调整由连接到所述多路复用器的所述电阻器梯来提供，并且其中所述控制器可操作以在校准过程期间改变所述第一多路复用器和所述第二多路复用器的选择设置，直到由所述ADC输出的所述数字值在零的+/-一个LSB内，或者直到所述校准过程终止。7.根据权利要求6所述的电压调节器，其中所述控制器可操作以：如果由所述ADC输出的所述数字值在零的+/-一个LSB之外，则增加或减小计数器，以改变所述第一多路复用器和所述第二多路复用器的所述选择设置。8.根据权利要求6所述的电压调节器，其中所述控制器可操作以计算多路复用器设置，所述多路复用器设置得到在零的+/-一个LSB内的、在所述ADC的输出处的数字值。9.根据权利要求2所述的电压调节器，其中所述控制器可操作以在校准过程期间将所述分流电阻器短路。10.根据权利要求1所述的电压调节器，其中所述控制器可操作以：如果由所述控制器感测的温度超过阈值，则重新启动校准过程，以重新补偿所述第一电平移位电阻器和所述第二电平移位电阻器之间的所述电阻失配。11.根据权利要求1所述的电压调节器，其中所述控制器可操作以在预定时间量流逝之后重新启动校准过程，以重新补偿所述第一电平移位电阻器和所述第二电平移位电阻器之间的所述电阻失配。12.根据权利要求1所述的电压调节器，其中所述校准电路包括第一电阻器梯和第二电阻器梯，所述第一电阻器梯电连接到所述第一感测引脚，所述第二电阻器梯电连接到所述第二感测引脚，并且其中所述控制器可操作以设置所述第一电阻器梯的电阻和所述第二电阻器梯的电阻，以便补偿所述第一电平移位电阻器和所述第二电平移位电阻器之间的所述电阻失配。13.根据权利要求1所述的电压调节器，其中所述校准电路包括多路复用器，所述多路复用器具有输出和多个可选择的电压输入；其中所述感测电路包括：放大器，具有第一输入和第二输入，所述第一输入电连接到所述多路复用器的所述输出，所述第二输入电连接到所述第一感测引脚；以及模拟-数字转换器ADC，具有ADC范围，并且可操作以将所述放大器的放大输出转换为数字值；其中所述控制器可操作以在校准过程期间改变所述多路复用器的选择设置，直到由所述ADC输出的所述数字值在所述ADC范围的最小值处，或者直到所述校准过程终止。14.根据权利要求13所述的电压调节器，其中所述控制器可操作以：如果由所述控制器所感测的温度超过阈值，则重新启动所述校准过程，以将由所述ADC输出的所述数字值重新设置在所述ADC范围的所述最小值处。15.根据权利要求13所述的电压调节器，其中所述控制器可操作以在预定时间量流逝之后重新启动所述校准过程，以将由所述ADC输出的所述数字值重新设置在所述ADC范围的所述最小值处。16.根据权利要求13所述的电压调节器，其中所述控制器可操作以：如果所述输出电压改变，则重新启动所述校准过程，以将由所述ADC输出的所述数字值重新设置在所述ADC范围的所述最小值处。17.一种感测电压调节器的输入电压和输入电流的方法，所述电压调节器包括：输入电压端子；功率级，用于从在所述输入电压端子处的输入电压产生输出电压；分流电阻器，串联连接在所述输入电压端子和所述功率级之间；第一电平移位电阻器，串联连接在所述分流电阻器的第一端子和所述控制器的第一感测引脚之间；以及第二电平移位电阻器，串联连接在所述分流电阻器的第二端子和所述控制器的第二感测引脚之间，所述方法包括：根据如在所述第一感测引脚和所述第二感测引脚两端所测量的、所述分流电...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·森，T·吴，B·唐，游志青，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT