数字辅助电流感测电路和用于使感测信号数字化的方法技术

数字辅助电流感测电路和用于使感测信号数字化的方法。本发明专利技术实现感测模拟电流信号并将其转换成数字信号的简单方式的任务将由如下方法来解决，该方法包括：产生与所感测的电感电流IL对应的电压；放大并缓冲该电压，以创建将由ADC转换的输入信号，并且ADC使用电感电流的估计作为用于模数转换的起始点。该方法由如下数字辅助电流感测电路来使用，该数字辅助电流感测电路包括：用于产生与感测的电感电流IL(t)对应的电压的装置；用于放大电压的放大器和对电压进行缓冲的装置以用于创建将被转换为对应的数字信号的输入信号，用于将输入信号转换为数字信号的ADC，以及用于提供电感电流IL的估计作为用于ADC的模数转换的起始点的经修改的数字观察器电路。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种用于在数字辅助电流感测电路使感测信号数字化的方法。本公开还涉及一种使用所公开的方法的数字辅助电流感测电路。
技术介绍
电流感测电路是直流-直流转换器中的数字控制器的重要部分。存在在以下情况中所使用的三种广泛的测量方法：例如C.F.Lee,P.K.T.Mok等的“A Monolithic Current-Mode CMOS DC-DC Converter With On-Chip Current-Sensing Technique”,vol.39,no.1,pp.3–14,2004中的电流感测电路、感测场效应管；例如P.Midya,P.T.Krein和M.F.Greuel,的“Sensorless Current Mode Control-An Observer-Based Technique for Dc-Dc Converters”,Trans.Power Electron.,vol.16,no.4,pp.522–526,2001以及A.Kelly和K.Rinne的“Sensorless current-mode control of a digital dead-beat DC-DC converter”，Ninet.Annu.IEEE Appl.Power Electron.Conf.Expo.2004.APEC’04.,vol.3,pp.1790–1795中的无传感器观察器电路；以及H.D.C.Dc,M.Supplies等的“Lossless Current Sensing in Low-Voltage”IEEE Trans.IDUSTRIAL Electron.,vol.47,no.6,pp.1249–1252,2000中的电压降测量技术。当与数字功率控制器一起使用时，这些方法中的每一种都有不同的优点和缺点。感测场效应管要求功率场效应管和传感场效应管准确匹配，并因此受到需要将被集成到与功率级相同的过程的数字功率控制器的限制，因为这两个晶体管必须经历如温度、电压、工艺变化这样的相同效应，依此类推，并因此必须在同一芯片上被制造，或者在多芯片解决方案中需要使用具有被包括的集成感测场效应管的功率级。观察器电路从诸如输入电压、输出电压和占空比这样的已知变量合成出电感电流，但是遭受有限的精度，这仅能够利用例如A.Prodic,Z.Lukic等的“Self-Tuning Digital Current Estimator For Low-Power Switching Converters”,pp.529–534,2011中的调谐电路来改进。然而在降压方法中，跨已知电阻的电压被感测并用于生成电流。这些电路也难以设计，因为出于效率原因所使用的电阻通常小，并因此小的电压必须以高的精度和带宽来感测。从上文可以看出，不存在用于感测并转换电流信号的简单方式。任何使该转换容易的方法都有很大好处。
技术实现思路
电流感测电路是直流-直流转换器中的数字控制器的重要部分。电流感测信号IL通常是小的电压Vsense，该电压Vsense必须以高的分辨率、精度和带宽被数字化。因此，难以设计这些电路中所使用的模数转换器(ADC)，需要大量的硅面积并且消耗大的电流。所公开的专利技术描述了通过使用与电流感测路径并联以向电流感测ADC提供感测信号的估计的经修改的数字观察器电路来使该电流感测ADC的设计容易的方法。根据所使用的ADC架构，该估计使得ADC能够使用更少的电流，具有更小的面积，或者在更短的时间内完成其转换，并因此在这些电路的设计方面提供了显著优势。本专利技术涉及一种用于在数字辅助电流感测电路中使感测信号数字化的方法，该方法包括以下步骤：产生与所感测的电感电流对应的电压；放大并缓冲所述电压，以用于创建将由模数转换器(ADC)转换的输入信号，并且所述ADC使用由修改的数字观察器电路提供的电感电流的估计作为用于模数转换的起始点。所述数字观察器电路是通过使用先前的ADC测量来计算本估计而修改的。通常将使用先前的估计。但是如随后所描述的，使用式4而不是式3。经修改的数字观察器电路被用来估计将被感测的电路。该估计然后由电流感测路径中的ADC使用，并且这使ADC的操作容易。电感电流是从诸如输入电压、输出电压和占空比这样的已知的变量估计出的。因此，电感电流能够通过无传感器的数字电路来合成。实现电感电流的估计的一种方法包括对跨功率电感器的电压的I-V关系应用双线性变换，而估计在经修改的数字观察器电路的控制器中被执行。电感电流IL,est能够通过下面的I-V关系来计算： I L , e s t [ n ] = 1 R L { V L [ n ] + V L [ n - 1 ] ( 1 + 2 L R L T s ) + I L , e s t [ n - 1 ] R L ( 2 L R L T s - 1 ) ( 1 + 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在数字辅助电流感测电路(1)中使感测的信号数字化的方法，该方法包括以下步骤：产生与所感测的电感电流IL(18)对应的电压；放大并缓冲所述电压(19)，以创建将由模数转换器ADC(6)转换的输入信号，并且所述ADC使用由经修改的数字观察器电路(7)提供的所述电感电流的估计(8)作为用于模数转换的起始点。

【技术特征摘要】
2015.04.17 DE 102015105880.41.一种用于在数字辅助电流感测电路(1)中使感测的信号数字化的方法，该方法包括以下步骤：产生与所感测的电感电流IL(18)对应的电压；放大并缓冲所述电压(19)，以创建将由模数转换器ADC(6)转换的输入信号，并且所述ADC使用由经修改的数字观察器电路(7)提供的所述电感电流的估计(8)作为用于模数转换的起始点。2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过对跨功率电感器(20)的电压的I-V关系应用双线性变换从所述经修改的数字观察器电路(7)的控制器(9)中的已知的变量(10、11、12、13)来估计所述电感电流。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电感电流的估计IL,est(8)能够通过下面的I-V关系来计算： I L , e s t [ n ] = 1 R L { V L [ n ] + V L [ n - 1 ] ( 1 + 2 L ...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·斯塔克，
申请(专利权)人：微电子中心德累斯顿有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE