功率变换器中的电流检测制造技术

在一个实施例中，一种功率变换器系统包括耦合在第一节点和第二节点之间的功率器件。该功率器件可操作的由控制信号导通和关断。当功率器件导通以传递功率给负载时电流流过该功率器件。检测电路在第一节点和第二节点之间并联耦合到功率器件上。该检测电路可操作的形成表示流过功率器件的电流的信号，并且还可操作的由与功率器件相同的控制信号导通和关断。当功率器件导通时该检测电路导通，当功率器件关断时该检测电路关断。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率变换，并且更具体地涉及功率变换器中的电流检测。技术背景功率变换器对于许多现代化的电子装置来说是非常必要的。在其他性 能中，功率变换器可以向下调节电压电平(降压变换器)或者向上调节电压电平(升压变换器)。功率变换器还可以从交流电(AC)功率变换 到直流电(DC)功率或者相反地从直流电功率变换到交流电功率。功率 变换器典型地采用一个或多个象晶体管这样的开关器件来实现，这些开 关器件导通和关断，从而将功率传送到变换器的输出端。控制电路用于 调节这些开关器件的导通和关断，因此，这些变换器也作为"开关调节 器"或者"开关变换器"被人们知道。功率变换器也可包括一个或多个 电容器或电感器，用于交替存储和输出能量。在功率变换器中，精确检测输出电流非常重要。例如，在电流模式控 制器中，输出电流可作为到控制器的反馈输入，从而使得它成为控制环 的重要部分。关于输出电流的信息也可用于保护，例如，防止输出电感 器饱和或者防止功率器件过热。当功率变换器以减小无源尺寸并增大瞬 态响应时间的较高频率运行时，检测或者监测输出电流变得越来越具有 挑战性。特别是，电流检测必须精确、快速，并且没有导致或者致使出现瞬态 相关误差信号。也就是说，电流检测精度必须在器件工艺、电源电压和 温度(PVT)变化时保持不变。这种检测方案应该快速，即，宽带，以 便适应现代化功率变换器中较高的操作频率。最后，由于功率变换器中 的功率开关在每个时钟周期中导通和关断，因此检测电路必须同样快速 地导通和关断，并且最好不引入瞬态相关误差信号。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，提供一种功率变换器系统。该功率变换器系统包括耦合在第一节点和第二节点之间的功率器件。该功率器件可操作的 由控制信号导通和关断。当功率器件导通以便将功率传递给负载时，电 流流过该功率器件。检测电路并联耦合到第一节点和第二节点之间的功 率器件上。该检测电路可操作的形成表示流过功率器件电流的信号，并 且还可操作的由与功率器件相同的控制信号导通和关断。当功率器件导 通时检测电路导通，当功率器件关断时检测电路关断。根据本专利技术的另一实施例，在具有功率器件的功率变换器系统中，所 述功率器件可操作的由用于传递功率给负载的控制信号导通和关断，提 供一种检测流过功率器件的电流的方法。该方法包括提供并联耦合在 功率器件上的检测电路；当功率器件导通时导通检测电路；当功率器件 导通时，采用该检测电路形成表示流过功率器件电流的信号；以及当功 率器件关断时关断该检测电路。从下面的附图、说明书以及权利要求书中，本领域技术人员明显清楚 本专利技术的许多重要技术优点。附图说明为了更全面地理解本专利技术以及其他的特征和优点，现在结合附图进行下述描述o图1是根据本专利技术实施例的具有改进电流检测电路的功率变换器系 统的框图。图2是根据本专利技术实施例的改进电流检测电路的示意性实施方式的 框图。图3是根据本专利技术实施例的改进电流检测电路的另一示意性实施方 式的框图。图4是根据本专利技术实施例的改进电流检测电路的又一示意性实施方 式的框图。图5是代表采用常规技术的流过功率器件的被测电流的示意性波形图。图6是代表采用本专利技术实施例的流过功率器件的被测电流的示意性 波形图。具体实施方式参考附图中的图1到6可以最好地理解本专利技术的实施例和它们的优 点。对于各个附图中的相同或对应部件采用相同的标记。在各个实施例中，本专利技术提供或实现了在具有高精度，高速度以及良 好的瞬态导通-关断特性的功率变换器系统(例如直流-直流变换器)的功 率器件中检测瞬时电流的改进技术。不像某些在先形成的技术，根据本 专利技术实施例的技术不需要精确的检测电阻器、可以高速运行、并且具有 良好的瞬态特性，这样使得它们非常适于高频功率变换。各个实施例中 的电流检测技术可用于各种功能或特性，例如功率变换器系统中的电流 模式控制或电流保护。在一个实施例中，检测电路可以使用串联连接以及三极管模式中的两个晶体管(例如MOSFET)的固有属性，来精确检测或者形成表示或者 代表功率器件中的电流的信号。至少一个晶体管还可以用作功率器件关 断时使检测电路自动关断的开关，例如由与功率器件相同的信号控制。 同样，该检测电路不需要其他控制信号，如以前研发的设计所需要的。 此外，还具有另一特点，当功率器件关断时，检测电路的内部电压与正 常工作值偏离不是太远，这样仍然可以快速导通检测电路，具有了良好 的动作瞬态响应。图1是根据本专利技术实施例的具有改进电流检测的电路100的功率变换 器系统10的框图。在该实施例中，功率变换器系统10是开关调节器， 并且可以提供直流(DC)功率。功率变换器系统10可包括在其中需要 本文中所述的直流-直流变换器的任何电子器件中，或者与这些电子装置 一起使用。功率变换器系统10接收输入电压Vin (如Vdd)，在输出端 Vout提供DC功率给负载。在一个实施例中，功率变换器系统10可以是 同步降压变换器，将较高电平的电压(例如，5V)变换为较低电平的电压 (例如，1V)。在其他实施例中，功率变换器系统10可以是升压或降-升 压变换器(未示出)。 一旦阅读了本说明书，本领域技术人员可以知道如 何实现本专利技术而不需要过度的实验。如图所示，功率变换器系统io还包 括控制和驱动电路12、开关14和16、电感器18以及输出电容器20。电感器18耦合到功率变换器系统10的输出端Vout处的输出电容器 20。如本文中所用的，术语"耦合"或者"连接"或者其他变形，覆盖了两个或多个元件之间的任何直接或间接的耦合或连接。输出电容器20 吸收流过电感器18的瞬态电流，在输出节点Vout提供平滑的DC电压给预定负载。开关14和16耦合到电感器18。如图所示，开关14和16以半桥布 置连接在开关节点(SW)上，开关14为"高侧"开关，开关16为"低 侧"开关。高侧开关14连接在输入电压Vin (Vdd)和节点SW之间。 高侧开关14被认为是功率变换器系统10的功率开关或器件。开关14导 通和关断，以增加和减少电感器18的电流，由此控制或调节功率变换器 系统10输出端处的输出电压Vout。低侧开关16可以连接在节点SW和 地(GND)之间，提供或支持同步整流。为了进行同步整流，当高侧开 关14导通时，在电感器18的"充电"周期期间关断低侧开关16，当开 关14关断时导通低侧开关16，这样电感器18中的电流继续流入电容器 20中，同样到达预定负载上。两个开关14， 16中的每个开关可采用任何 合适的器件实现，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、 IGBT、 MOS栅晶闸管、或者其他合适的功率器件。每个开关14和16具 有栅极，其上分别施加驱动电压或控制信号(Ql， Q2)，从而导通或关 断开关。控制和驱动电路12耦合到开关14和16的栅极，提供用于导通和关 断开关的控制信号Q1， Q2。控制和驱动电路12可耦合到输出端，以接 收输出电压Vout作为反馈信号。检测电路100按常规工作，以提供表示或者代表流过功率开关或器件 14的电流的信号Isense。 Isense信号可用作功率器件14和16的控制和驱 动电路12的反馈输入，因此使得其在功率变换器系统10的控制环(例 如，电流模式控制)中非常有效。被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率变换器系统，包括：耦合在第一节点和第二节点之间的功率器件，该功率器件可操作的由控制信号进行导通和关断，其中当功率器件导通用于传递功率给负载时电流流过该功率器件；以及并联耦合在第一节点和第二节点之间的功率器件上的检测电路，该检测电路可操作的形成表示流过功率器件的电流的信号，并且还可操作的由与功率器件相同的控制信号导通和关断，其中当功率器件导通时该检测电路导通，并且当功率器件关断时该检测电路关断。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H陶，
申请(专利权)人：美国快捷半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]