一种多相开关电源中的功率级包含电流感晶体管，该晶体管与输出电感串联，以便传感功率级的相位电流。在一些实施例中，电流传感晶体管镜像用于可切换地将功率级连接到输出电压节点的输出电压断开晶体管(ORing场效应管)。电流传感晶体管测量流过输出电感的部分电感电流，其中电感电流指示功率级的相位电流。在当前传感值不需要温度补偿的功率级实现精确的电流传感。精确的电流传感。精确的电流传感。
【技术实现步骤摘要】
带ORING场效应管电流传感的相位冗余电源
[0001]本专利技术涉及一种相位冗余电源系统，尤其涉及一种相位冗余电源系统中的电流传感。
技术介绍
[0002]笔记本电脑等电子系统，通常含有电源管理集成电路，用于调节电子系统的功率使用。此外，引入集成电路的电子系统，通常采用电压调制器将供电系统电源的主母线电压转换为一个或多个驱动集成电路所必需的电压。例如，提供给电子系统的12伏电源电压可能需要降低到1.8伏，以驱动电子系统中的集成电路。在另一个示例中，先进的伺服系统包括处理器和本地内存，它们与组件耦合，并执行嵌入式软件来执行某些任务。实际上，处理器电源由电压调节器提供，该电压调节器将来自电源(例如12V)的输入电压转换为用于处理器指定的电压值(例如1.0V)。
[0003]开关模式电源或开关调制器，也称为直流到直流转换器，是一种通常用于在集成电路所选的电压水平下，将输入端电源电压转换成所需的输出电压的一种电压调制器。在一个示例中，一个12伏或5伏的电源电压可以降低至1伏，以便为嵌入式处理器供电。开关调制器通过电容器、电感器和变压器等低损耗元件提供电源功能，接通或断开电源开关，将能量以分离的封装包形式从输入端转移到输出端。反馈控制电路用于调制能量转移，将稳定的输出电压保持在电路所需的负载极限内。
[0004]一些开关调制器采用脉冲宽度调制(PWM)来控制功率开关的工作周期。也就是说，通过调节脉冲宽度，可以在给定的固定频率或可变频率下控制功率开关的导通时间。采用PWM控制的开关调制器包括PWM控制器或调制器，以驱动包括功率开关的功率块、用于功率开关的驱动电路和LC滤波电路。在某些情况下，开关调制器是一个单相位转换器，PWM控制器产生一个单相位PWM时钟信号，驱动单相位功率模块。在其他情况下，开关调制器是一个多相位转换器，多相位PWM控制器产生具有不同相移的时钟信号，以驱动多相位功率模块，每个时钟信号驱动相应的功率模块单元。当电压调制器必须在宽范围的负载条件下以高精度地传输调制后的输出电压时，多相位PWM控制器是必要的。
[0005]在包含电压调节器的电子系统中，通常需要测量电压调节器的输出电流或负载电流，以实现电源管理功能。在多相转换器中，有时需要测量与每个时钟相位相关联的每个功率块单元处的负载电流，例如确定功率块单元之间的负载平衡。
[0006]先进的伺服系统通常需要高水平的可用性和系统故障保护，例如断电。为了确保系统的可靠性，先进的伺服系统有时会实现冗余伺服系统，其中提供一个冗余服务器来替换另一个检测到停机的服务器。因为冗余服务器必须具有与主服务器相同的计算能力，所以提供冗余服务器会增加空间和成本问题。
[0007]确切地说，电源常常是伺服系统的故障点。因此，由于冗余电源通常可以以较低的成本和更少的空间实现，因此，冗余电源已在伺服系统中实现。在使用多相电源的伺服系统中，N+2相冗余解决方案正变得越来越受欢迎。也就是说，多相电源包括提供伺服系统所需
的N相，以及两个额外的相位作为冗余。如果某个操作阶段出现故障，故障阶段将简单地与系统隔离，以便多相电源中的其余相位继续不间断地提供电源。
技术实现思路
[0008]本专利技术涉及一种多相开关电源中的功率级，接收与功率级的相位相关联的脉宽调制(PWM)信号和输入电压，并提供输出电压，该功率级包括：一个高压侧电源开关和一个低压侧电源开关，串联在输入电压节点和接地参考电压之间，并由PWM信号控制，高压侧电源开关和低压侧电源开关的电流端子之间的开关输出节点产生开关输出电压，开关输出节点耦合到输出电感器的第一端子上；一个相位冗余控制器，接收PWM信号并产生第一控制信号；一个输出电压断开晶体管，耦合在输出电感器的第二端子和提供输出电压的输出节点之间，输出电压断开晶体管从相位冗余控制器接收第一控制信号，其中第一控制信号具有接通输出电压断开晶体管的第一状态，将输出电感器连接到输出节点，以及打开输出电压断开晶体管的第二状态，以便将输出电感器从输出节点断开；以及一个电流传感晶体管，其具有耦合到输出电感器的第二端子的第一电流端子，以及通过传感电阻器耦合到第一节点的第二电流端子，并且接收第一控制信号的控制端子，电流传感晶体管具有与输出电压断开晶体管相同的晶体管结构，并且尺寸为输出电压断开晶体管的一小部分，其中，所述电流传感晶体管由所述第一控制信号导通，以便传导在所述功率级的输出电感器中流动的电感电流的一部分，所述相位冗余控制器接收通过所述传感电阻器测量的电流传感电压信号，以便产生指示所述电感电流的电流传感信号。
[0009]其中，还包括：一个耦合在输入电压节点和输入电压之间的输入电压断开晶体管，输入电压断开晶体管接收由相位冗余控制器产生的第二控制信号，其中所述的第二控制信号具有第一状态，以便接通所述输入电压断开晶体管，从而将所述高压侧电源开关连接到所述输入电压，以及第二状态，以打开所述输入电压断开晶体管，将所述高压侧电源开关从所述输入电压断开。
[0010]其中所述的输出电压断开晶体管包括MOS晶体管，所述电流传感晶体管包括与所述输出电压断开晶体管相同晶体管结构构造的MOS晶体管，并且所述电流传感晶体管的晶体管通道宽度是所述输出电压断开晶体管的晶体管通道宽度的一小部分。
[0011]其中输出电压断开晶体管和电流传感晶体管形成在同一个半导体衬底上。
[0012]其中输出电压断开晶体管包括一个沟槽MOS晶体管，形成在第一多个沟槽晶胞中，电流传感晶体管包括一个沟槽MOS晶体管，形成在第二多个沟槽晶胞中，第二多个沟槽晶胞是第一多个沟槽晶胞的一小部分。
[0013]其中传感电阻器是一个独立的电阻器，位于半导体衬底外部。
[0014]其中电流传感晶体管具有的晶体管通道宽度为输出电压断开晶体管的晶体管通道宽度的1/1000至1/10,000。
[0015]其中功率级的输出节点耦合到多相开关电源的输出电容，以响应输出电压断开晶体管闭合时与输出电感形成LC滤波器电路，以便在多相开关电源输出电压节点产生具有实质恒定幅值的调节输出电压，所述调节输出电压耦合以驱动负载，其中第一节点包括负载处的节点，用于传感提供给负载的调节输出电压。
[0016]本专利技术还公开了一个多相开关电源中的功率级，接收与功率级的相位和输入电压
相关联的脉宽调制(PWM)信号，并提供输出电压，该功率级包括：一个高压侧电源开关和一个低压侧电源开关。串联在输入电压节点和接地参考电压之间，并由PWM信号控制，高压侧电源开关和低压侧电源开关的电流端子之间的开关输出节点产生开关输出电压，开关输出节点耦合到输出电感器的第一端子上；一个相位冗余控制器，接收PWM信号，并产生第一控制信号；以及一种输出电压断开晶体管，其具有耦合到输出电感器的第二端子的第一电流端子，以及耦合到提供输出电压的输出节点的第二电流端子，所述的输出电压断开晶体管从所述相位冗余控制器接收所述的第一控制信号，其中信号具有第一状态，以接通输出电压断开晶体管，从而将输出电感器连接到输出节点以及第二状态，以打开本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多相开关电源中的功率级，接收与功率级的相位相关联的脉宽调制(PWM)信号和输入电压，并提供输出电压，该功率级包括：一个高压侧电源开关和一个低压侧电源开关，串联在输入电压节点和接地参考电压之间，并由PWM信号控制，高压侧电源开关和低压侧电源开关的电流端子之间的开关输出节点产生开关输出电压，开关输出节点耦合到输出电感器的第一端子上；一个相位冗余控制器，接收PWM信号并产生第一控制信号；一个输出电压断开晶体管，耦合在输出电感器的第二端子和提供输出电压的输出节点之间，输出电压断开晶体管从相位冗余控制器接收第一控制信号，其中第一控制信号具有接通输出电压断开晶体管的第一状态，将输出电感器连接到输出节点，以及打开输出电压断开晶体管的第二状态，以便将输出电感器从输出节点断开；以及一个电流传感晶体管，其具有耦合到输出电感器的第二端子的第一电流端子，以及通过传感电阻器耦合到第一节点的第二电流端子，并且接收第一控制信号的控制端子，电流传感晶体管具有与输出电压断开晶体管相同的晶体管结构，并且尺寸为输出电压断开晶体管的一小部分，其中，所述电流传感晶体管由所述第一控制信号导通，以便传导在所述功率级的输出电感器中流动的电感电流的一部分，所述相位冗余控制器接收通过所述传感电阻器测量的电流传感电压信号，以便产生指示所述电感电流的电流传感信号。2.权利要求1所述的功率级，还包括：一个耦合在输入电压节点和输入电压之间的输入电压断开晶体管，输入电压断开晶体管接收由相位冗余控制器产生的第二控制信号，其中所述的第二控制信号具有第一状态，以便接通所述输入电压断开晶体管，从而将所述高压侧电源开关连接到所述输入电压，以及第二状态，以打开所述输入电压断开晶体管，将所述高压侧电源开关从所述输入电压断开。3.权利要求1所述的功率级，其中所述的输出电压断开晶体管包括MOS晶体管，所述电流传感晶体管包括与所述输出电压断开晶体管相同晶体管结构构造的MOS晶体管，并且所述电流传感晶体管的晶体管通道宽度是所述输出电压断开晶体管的晶体管通道宽度的一小部分。4.权利要求3所述的功率级，其中输出电压断开晶体管和电流传感晶体管形成在同一个半导体衬底上。5.权利要求4所述的功...
【专利技术属性】
技术研发人员：普拉巴尔，
申请(专利权)人：万国半导体国际有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。