使用升降压技术跟踪能量消耗制造技术

一种使用升降压技术跟踪能量消耗。本发明专利技术涉及用于跟踪能量消耗的设备和方法。能量跟踪系统(200)包括至少一个开关元件(SWA)、至少一个电感器(LA)和将输出电压(V1)保持在预选水平的控制块(432)。开关元件(SWA和SWB)经配置以将能量源施加到电感器(LA)。控制块(410)将能量跟踪系统(200)的输出电压(VO)与基准值(ref)比较并控制开关元件(202、204和206)的开关，以便在能量跟踪系统(200)的输出端将初级电压(VPS)的能量传输到次级电压(VO)。电子装置进一步包括接通时间和关断时间发生器(408)和累加器(430)，其中所述控制块(432)被耦合以接收来自接通时间和关断时间发生器(408)的信号(TG1)并以接通时间脉冲的形式产生用于至少一个开关元件(SWA)的开关信号，其中接通时间脉冲具有恒定宽度的接通时间。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种使用升降压技术跟踪能量消耗。本专利技术涉及用于跟踪能量消耗的设备和方法。能量跟踪系统(200)包括至少一个开关元件(SWA)、至少一个电感器(LA)和将输出电压(V1)保持在预选水平的控制块(432)。开关元件(SWA和SWB)经配置以将能量源施加到电感器(LA)。控制块(410)将能量跟踪系统(200)的输出电压(VO)与基准值(ref)比较并控制开关元件(202、204和206)的开关，以便在能量跟踪系统(200)的输出端将初级电压(VPS)的能量传输到次级电压(VO)。电子装置进一步包括接通时间和关断时间发生器(408)和累加器(430)，其中所述控制块(432)被耦合以接收来自接通时间和关断时间发生器(408)的信号(TG1)并以接通时间脉冲的形式产生用于至少一个开关元件(SWA)的开关信号，其中接通时间脉冲具有恒定宽度的接通时间。【专利说明】使用升降压技术跟踪能量消耗
本专利技术涉及一种用于跟踪能量消耗的电子装置和方法，并且更具体地涉及一种使用在电感器中储存能量以及将能量传输到输出能量存储部件的原理来确定能量消耗的电子装置和方法。 本申请涉及标题为“ElectronicDevice and Method for Power Measurement (用于功率测量的电子装置和方法)”，申请号为13/329，073的共同拥有的美国专利申请。
技术介绍
降低能量消耗在电子装置的开发和改进中是重要的，特别是如果它们是移动或便携式电子装置时尤为重要。为了节约能量，电子装置越来越多地由复杂方案控制，其中所消耗的电流的量级在几十个量级的范围上变化。在低功率模式下，可消耗数百nA(纳安培)的电流，而其他操作模式需要高达几百mA(毫安)的电流。在宽范围上(例如，从纳安培到毫安培)以可接受的准确度测量这些电流，同时能够跟踪高动态电流变化往往是很有必要的。此外，因测量消耗的能量的任何副作用也应避免或被很好控制。例如，优选的是能量测量本身引起的能量消耗增加不会发生。 测量电流的更常见的一种技术是使用分流装置或分流电阻器测量。使用分流装置进行功率测量要求非常高精度的模数转换器，以覆盖整个动态范围上可能的电流量级。例如，当要求以百分之一的精度进行四十五电流量级测量时，则要求24位的转换器。另外，分流装置会产生电压降。此电压应该被补偿，但补偿电路形成潜在的误差源。直接负载补偿很困难。因此，这意味着测量范围和测量功率消耗的电路在能量测量过程期间必须适应。这增加了复杂性，并引起更多的潜在误差。 此外，通过测量分流装置两端的电压来间接测量电流要求目标上的初始电压变化。如果缓冲电容器耦合到目标侧(能量传输电路的输出端)，则缓冲电容器立即传递电流并需要再充电。这种行为影响被测装置的真实电流响应。测量能量消耗的另一种方法采用电流镜。电流镜的一侧传递电流到包括目标电容器的目标。电流镜的另一侧耦合到电流表，其馈送镜像电流。这种方法具有最小化因目标电容器引起的失真的优点。然而，功率和感应场效应晶体管(FET)所需的配对较弱，不能跟踪所支持的大电流量级。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种测量能量消耗系统中的能量消耗但不影响其能量消耗被测量的电路的基本功能的电子装置200和方法，所述能量消耗系统包括大范围的电源电流量级、高动态电流变化。根据本专利技术的一个方面，所提供的电子装置200包括开关(switch,切换)模式能量跟踪电路。开关模式电路包括一个或更多个开关元件SWA-SWB、Sffla-Sfflb和SWia-SWib、一个或更多个电感器LA_L1、电容器CA和分别控制输出电压电平VO和输出电压电平Vl的比较电路406和434。开关元件，SWA-SWia经配置以分别通过电感器LA-Li分别切换电流。开关，SWA-SWB、Sffla-Sfflia和SWlb-SWlib，可以是晶体管。电压比较电路406和434可以是误差放大器、电压比较器，或A/D转换器(其转换结果与基准电压VL(ref)进行比较)。接通/断开发生器408经配置以控制开关元件SWla-SWlia以及Sfflb-Sfflib的接通时间和关断时间，以便从初级能量源(例如电源)传递能量到能量跟踪系统的输出端VO并控制输出电压VO的电平。电子装置200进一步包括控制逻辑级CNTLA、CNTLl和CTNLi。控制块410包括误差处理块420、报告块416、校准块428、单个接通时间事件的累加器430、测序块422、范围控制块418和需求控制块424。 控制逻辑级CTNLA-CNTLi以具有恒定宽度的接通时间的接通时间脉冲的形式产生开关晶体管SWA-SWB、SWla-SWlia以及SWlb-SWlib的开关信号SWSA、SWSla到SWSib。控制逻辑级，CTNLA-CNTLi，还控制关断时间，关断时间也用作被传输到输出端VO的电感器中的能量的指示符。当必须产生下一个接通时间脉冲时，电压比较电路406和432进行标记。如果在下一个接通时间触发之前关断时间还没有结束，系统将报告错误状态。如果输出电压VL不在预定限度内，也将报告错误状态。 开关信号，SWSla到SWSib，被根据脉冲密度方案而形成。当请求另一个接通时间时接通时间和关断时间满足时，出现脉冲的最高密度。更高的密度由默认值或控制信息开启(例如，控制位，并且这通过先前所述的控制电路处理)。在本专利技术的一个实施例中，脉冲累加器430能够是最简单实现的数字计数器。然后，本实施例中的计数器经配置以计算接通时间的脉冲数，以基于每次的接通时间脉冲数确定所消耗的功率。接通时间脉冲的恒定脉冲宽度影响系统部件如开关晶体管或可忽略的电感器的非线性特性。能量跟踪系统的输出端处的目标电压偏移大幅降低。能够覆盖宽范围的测量电流的量级。 根据本专利技术的另一个方面，电子装置包括耦合到能量跟踪系统的输入端的第一电容器Cl、在能量跟踪块204和206的输入端上的第二电容器CA以及耦合到能量跟踪系统的输出端的第三电容器C2。与电感器的LI值和电容器CA的值结合的开关元件的接通时间经配置以将电压保持在该系统精度要求内。输出电容器C2值使得在从电感器LI传送能量给Li期间电压在精度期望范围内增加。 本实施例的能量跟踪系统与脉冲宽度调制方案相反，并且电感器Ll-Li中的几乎所有的能量都能传送到电容器C2。接通时间脉冲的频率正比于并且实际上是所消耗的电流的线性函数。在稳定的操作条件期间，输入和输出电压以及输入和输出电容器上的电荷已经稳定，每个开关接通时间脉冲传送大约相同量的能量。 根据本专利技术的另一个实施例，基准阻抗205或基准电阻器R能够耦合到能量跟踪系统的输出端，以便作为能量测量值的基准。然后基准测量值(一个或更多个)的结果能够用于校准系统的能量消耗。因此，接通时间脉冲数能够用于确定即使具有未知负载(例如C3和Z)的正常操作期间的能量消耗。根据本专利技术的一个实施例，未知负载能够是电子 >j-U ρ?α装直。 在本专利技术的一个实施例中，电子装置200包括能量跟踪系统，所述能量追踪系统具有开关部件SWA-SWB、Sffla-Sfflia和SWlb-SWlib，电感器LA、L1、Li，传输支持二极管DA-D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括能量跟踪系统的电子装置，所述能量跟踪系统包括升压块、至少一个能量传输块和控制电路，其中所述控制电路经配置以控制在第一和第二能量传输块中的能量切换，以便将来自施加在所述能量跟踪系统的输入端上的初级电压的能量传输到所述能量跟踪系统的输出端上的次级电压；其中所述控制电路包括接通时间和关断时间发生器、至少一个控制逻辑块与累加器，其中所述至少一个控制逻辑块被耦合以接收来自所述接通时间和关断时间发生器的信号并以接通时间脉冲的形式产生用于所述第一和第二能量传输块的开关信号，其中所述接通时间脉冲具有恒定宽度的接通时间，并且其中所述累加器经配置以收集接通时间脉冲数，从而基于每次的接通时间脉冲数确定所消耗的能量；其中所述升压块包括：第一电感器，其具有第一终端和第二终端，其中所述第一终端连接到所述升压块的输入端；第一开关元件，所述第一开关元件连接到所述第一电感器的所述第二终端，连接到地，并连接到所述控制电路；第一二极管，其具有阴极和阳极，其中所述阳极连接到所述第一电感器的所述第二终端并且所述阴极连接到所述升压块的输出端；第二开关元件，所述第二开关元件连接到所述第一电感器的所述第二终端，连接到所述升压块的所述输出端并连接到所述控制电路；和电容器，其具有第一终端和第二终端，所述第一终端连接到所述第一二极管的所述阴极，并且所述电容器的所述第二终端接地；其中所述至少一个能量传输块包括：第三开关元件，所述第三开关元件连接到所述控制电路，连接到所述至少一个能量传输块的输入端；第二电感器，其具有第一终端和第二终端，其中所述第一终端连接到第三开关装置并连接到所述至少一个能量传输块的输出端；第二二极管，其具有阴极和阳极，其中所述阳极接地，并且所述阴极连接到所述第二电感器的所述第一终端；第四开关元件，所述第四开关元件连接到所述控制电路，连接到所述第二二极管的所述阴极和所述第二二极管的所述阳极。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H·戴沃德，J·齐佩雷尔，P·韦伯尔，A·布劳赫勒，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器德国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE