用于输出电流监测的电感器电流模拟制造技术

本发明专利技术涉及用于输出电流监测的电感器电流模拟。开关模式电源控制器包括适合于被耦接到驱动负载的电感器的开关端子、高侧和低侧开关、脉冲宽度调制(PWM)电路以及电流监测器电路。PWM电路耦接到用于接收反馈信号的反馈端子，并且在工作模式中根据使用反馈信号设置的占空比交替地驱动高侧开关和低侧开关以将输出电压调控到期望的电平，并且在非工作模式中保持高侧开关和低侧开关都不导通。电流监测器电路提供代表从电感器驱动到负载的电流的电流监测器信号，其中电流监测器电路通过在工作模式期间测量电感器电流，并且通过在非工作模式期间模拟电感器电流来形成电流监测器信号。

Inductor current simulation for output current monitoring

The present invention relates to an inductor current simulation for output current monitoring. The switch mode power supply controller includes switch terminals, high side and low side switches, pulse width modulation (PWM) circuits and current monitor circuits, which are suitable for the inductors coupled to the driving load. The PWM circuit is coupled to a feedback terminal for receiving the feedback signal, and in the operation mode according to the feedback signal to set the duty cycle alternately drives a high side switch and a low side switch level to the output voltage regulation to the desired, and maintain a high side switch and a low side switch is not in the non conducting work mode in. Current monitor circuit provides a representative from the inductor current monitor signal to drive the load current, the current monitor circuit through the working mode during the inductor current measurement, and through the simulation of the inductor current during non working mode to form the current monitor signal.

【技术实现步骤摘要】
用于输出电流监测的电感器电流模拟
本公开一般地涉及电气电路，并且尤其但不排他地涉及输出电流监测。
技术介绍
可以采用降压式(buck)控制器系统将高输入电压转换成递送至负载的相对低的输出电压。降压式控制器系统将充足的输出电流提供给负载以允许负载正常地操作。诸如云计算服务器这样的某些负载消耗大量的输出电流。如果过电流保护或者警告系统不到位，云计算服务器可以接收多达200A，这可能损坏印刷电路板或者引起其他问题。不幸地，直接监测由服务器消耗的电流量在许多应用中是不可能的。附图说明通过参考附随附图，可以更好地理解本公开，并且它的许多特征和优点变得对本领域技术人员而明显，其中：图1示出工作模式中降压式控制器系统的示意图。图2示出从工作模式过渡到非工作模式的图1的降压式控制器系统。图3示出根据本专利技术的实施例的降压式控制器系统。图4示出图3的降压式控制器系统的仿真结果的时序图。图5示出根据本专利技术的实施例的降压式控制器系统的示意图。图6示出根据本专利技术的另一个实施例，多相降压式控制器系统的部分框图和部分示意图。图7示出在图6的多相降压式控制器系统中有用的相位控制器的部分框图和部分示意图。图8示出根据图7的相位控制器的电流监测器电路的一个实施例，电流监测器电路的一个实施例的部分框图和部分示意图。图9示出根据图7的相位控制器的电流监测器电路的一个实施例，电流监测器电路的部分框图和部分示意图。不同附图中相同参考符号的使用指示类似或者相同的项目。除非另外注释，单词“耦接的”以及它相关联的动词形式包括通过本领域中已知手段的直接连接和间接电气连接，并且除非另外注释，直接连接的任何描述同样暗示着使用适当形式的间接电气连接的替代实施例。具体实施方式在本公开中，提供许多具体的细节，诸如电路、组件和方法的示例，以提供本专利技术的实施例的彻底理解。然而，本领域普通技术人员将认识到，可以不使用具体细节中的一个或多个而实践本专利技术。在其他实例中，没有示出或者描述众所周知的细节以避免模糊本专利技术的诸方面。IMON信号是被配置为跟随输出电流的电流。IMON信号指示输出电流，并且可以是输出电流的分数。更特别地，输出电流与IMON信号的比例可以是固定数，称作转换因子。输出电流与IMON信号的比例可以高达例如200,000。因此，通过监测IMON信号并且知道转换因子，可以监测输出电流。为了容易监测，IMON信号可以汇集到外接电阻器中。通过测量跨越外接电阻器的电压，可以使用欧姆定律(亦即，l＝V/R)容易地确定IMON信号的值。每当如由IMON信号所指示的输出电流太高(例如，80A)，保护电路可以立即发出保护/警告信号以允许负载被保护。降压式控制器系统可以在工作模式或者非工作模式中操作。在工作模式中，降压式控制器系统根据例如脉冲宽度调制(PWM)信号对控制开关或者一对控制开关进行调制，将高输入电压转换成低输出电压以将输出电流递送至负载。在非工作模式中，也称作“TRI模式”，通过将PWM信号置于三态而停止调制。在操作期间，降压式控制器系统可以从工作模式切换成非工作模式，在这种情况下，IMON信号将陡然改变。更特别地，IMON信号在非工作模式中立即降低至零。因为IMON信号在非工作模式期间不跟随输出电流，所以存在输出电流可能处于安全范围之外的级别但是IMON信号没有反映输出电流的级别的危险状况。为了解决上面的担忧，本专利技术的实施例使得IMON信号能够模仿输出电流，即使当降压式控制器系统处于非工作模式时。这有利地使得输出电流监测成为可能，并且不论降压式控制器系统的操作模式而维持相同级别的安全。在一个实施例中，利用电阻(R)和电容(C)将RC延迟引入IMON信号衰减。代替在非工作模式中立即降至零，IMON信号以与输出电流的衰减类似的方式逐渐地衰减。该实施例也称作“RC衰减”。在称作“线性衰减”的另一个实施例中，利用与电感器电流呈线性关系的放电电流模仿输出电流。代替当在非工作模式中时立即降至零，IMON信号线性地衰减，这与输出电流衰减的方式相类似。通过选择适当的放电电阻器，IMON信号以线性方式跟随输出电流衰减。如下面将更显然的，线性衰减解决方案比RC衰减解决方案更优选，因为线性衰减解决方案允许IMON信号更加如实地相似非工作模式中的输出电流衰减。然而，与线性衰减电路相比较，RC衰减电路更简单并且消耗更少的功率。电感器电流模拟图1示出降压式控制器系统100的组合示意图和时序图。降压式控制器系统100包括高侧(HS)场效应晶体管(FET)102和低侧(LS)FET103、标注为“L”的电感器104、标注为“CL”的负载电容器108以及负载110。HSFET102具有用于接收标注为“VIN”的输入电压的漏极、用于接收标注为“GH”的栅极驱动信号的栅极以及连接到标注为“SW”的开关节点的漏极。LSFET103具有连接到HSFET102的源极的漏极、用于接收标注为“GL”的栅极驱动信号的栅极以及连接到地的源极。电感器104具有连接到开关节点SW的第一端子以及用于提供标注为“VOUT”的输出电压的第二端子。负载电容器108具有连接到电感器104的第二端子的第一端子，以及连接到地的第二端子。负载110具有连接到电感器104的第二端子的第一端子，以及连接到地的第二端子。如时序图120中所示，根据脉冲宽度调制(PWM)信号来驱动高侧和低侧FET。在时序图120中，水平轴代表以秒为单位的时间，而垂直轴代表以伏特为单位的各种信号的电压，虽然为了简单，没有在图1中示出这些轴。更特别地，根据PWM信号101，高侧FET102由类似编号的高侧驱动信号102驱动，并且低侧FET103由类似编号的低侧驱动信号103驱动。高侧和低侧FET的调制生成通过电感器104的标注为“i_ind”104的电感器电流，这在时序图130中示出。在时序图130中，水平轴代表以秒为单位的时间，而垂直轴代表以伏特为单位的各种信号的电压，虽然为了简单，没有在图1中示出这些轴。作为降压式控制器系统100的输出电流的电感器电流i_ind被递送至负载110。图1示出工作模式中的降压式控制器系统100。注意，在工作模式中，IMON信号(信号105)跟随输出电流(信号104)，允许输出电流的监测。图2示出在时间点111从工作模式过渡到非工作模式的图1的降压式控制器系统100的组合示意图和时序图。在非工作模式中，PWM信号101被置于高阻抗状态(信号101的分段112)，亦即PWM信号既不低也不高的状态。图2示出当降压式控制器系统100没有采用本专利技术的实施例时(信号105)，当降压式控制器系统100采用RC延迟电路来控制IMON信号的衰减时(信号106)，以及当降压式控制器系统100采用线性衰减电路来控制IMON信号的衰减时(信号107)的IMON信号。注意，在非工作模式中，不利用本专利技术的实施例，IMON信号立即停止跟随输出电流(信号104)。根据本专利技术的实施例(信号106和107)，降压式控制器系统100有利地使得IMON信号能够随着输出电流而衰减(信号104)。图3示出根据本专利技术的实施例的降压式控制器系统200。与图1的降压式控制器系统100相类似，降压式控制器系统200包括输出级202、高侧FET、低侧FET以及输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多相电源，包括：多个相位控制器，每个相位控制器在工作模式中在输入电压和接地电压之间交替地驱动各自电感器的第一端子以调控输出电压，在非工作模式期间保持所述各自电感器的所述第一端子处于高阻抗状态，具有用于接收在所述工作模式和所述非工作模式之间选择的使能信号的输入端，以及在所述工作模式和所述非工作模式期间都生成电流监测器信号以表示通过所述各自电感器的电流；以及控制器，耦接到所述多个相位控制器，用于响应于负载要求选择性地启用所述多个相位控制器中的各自相位控制器，从所述多个相位控制器中的每个接收所述电流监测器信号，以及当来自所述多个相位控制器的电流监测器信号的总和超过阈值时选择性地关闭所述多相电源。

【技术特征摘要】
2016.05.24 US 62/340,668;2017.05.01 US 15/582,9511.一种多相电源，包括：多个相位控制器，每个相位控制器在工作模式中在输入电压和接地电压之间交替地驱动各自电感器的第一端子以调控输出电压，在非工作模式期间保持所述各自电感器的所述第一端子处于高阻抗状态，具有用于接收在所述工作模式和所述非工作模式之间选择的使能信号的输入端，以及在所述工作模式和所述非工作模式期间都生成电流监测器信号以表示通过所述各自电感器的电流；以及控制器，耦接到所述多个相位控制器，用于响应于负载要求选择性地启用所述多个相位控制器中的各自相位控制器，从所述多个相位控制器中的每个接收所述电流监测器信号，以及当来自所述多个相位控制器的电流监测器信号的总和超过阈值时选择性地关闭所述多相电源。2.根据权利要求1所述的多相电源，其中所述多个相位控制器中的每个的各自电感器的第二端子耦接在一起以将所述输出电压提供给负载。3.根据权利要求1所述的多相电源，其中所述多个相位控制器中的每个包括：开关端子，适合于被耦接到驱动所述负载的所述各自电感器；高侧开关，耦接在输入电压端子与所述开关端子之间；低侧开关，耦接在所述开关端子与接地电压端子之间；脉冲宽度调制电路，耦接到用于接收反馈信号的反馈端子，其中所述脉冲宽度调制电路在所述工作模式中根据使用所述反馈信号设置的占空比交替地驱动所述高侧开关和所述低侧开关以将所述输出电压调控到期望的电平，并且在所述非工作模式中保持所述高侧开关和所述低侧开关都不导通；以及电流监测器电路，用于提供代表从所述电感器驱动到所述负载的电流的电流监测器信号，其中所述电流监测器电路通过在所述工作模式期间测量电感器电流，以及通过在所述非工作模式期间模拟所述电感器电流来形成所述电流监测器信号。4.根据权利要求3所述的多相电源，其中所述电流监测器电路在所述非工作模式期间使用RC衰减来模拟所述电感器电流。5.根据权利要求3所述的多相电源，其中所述电流监测器电路在所述非工作模式期间使用线性衰减来模拟所述电感器电流。6.一种开关模式电源控制器，包括：开关端子，适合于被耦接到驱动负载的电感器；高侧开关，耦接在输入电压端子与所述开关端子之间；低侧开关，耦接在所述开关端子与接地电压端子之间；脉冲宽度调制电路，耦接到用于接收反馈信号的反馈端子，其中所述脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁恩主，姚凯卫，顾明，
申请(专利权)人：快捷半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US