用于感测DC-DC转换器电路中的输出电流的方法和装置制造方法及图纸

公开了用于感测DC

【技术实现步骤摘要】
用于感测DC
‑
DC转换器电路中的输出电流的方法和装置


[0001]本公开总体上涉及诸如DC
‑
DC转换器的开关调节器，并且具体涉及开关调节器中的输出电流的测量。

技术介绍

[0002]开关调节器是从电源接收第一电压电平的电力并输出不同的第二电压电平的电力以供下游电子系统(负载)使用的电路。在本领域中已知开关调节器监测与执行各种电路操作和功能有关的输入电流。例如，开关调节器可包括电流控制回路，该电流控制回路监测输入电流并且使用监测到的输入电流作为反馈回路中的控制变量以控制开关调节器的行为。能够监测传递到负载的输出电流以确定例如由开关调节器提供的输出电力也是有用的。用于确定开关调节器的输出电流的一种已知解决方案是感测流过高侧(HS)晶体管开关和低侧(LS)晶体管开关的电流。然后可以通过对高侧电流和低侧电流求和来计算输出电流。然而，本领域技术人员应认识到，低侧电流的测量受到开关死区时间的不利影响，在此期间，尽管实际电流贡献非零，但是无法感测通过HS或LS晶体管开关的电流，并且因此高侧电流和低侧电流的总和是开关调节器的实际输出电流的不准确测量。
[0003]因此，在本领域中需要一种能够更准确地确定开关调节器的输出电流的方法和装置。

技术实现思路

[0004]在一个实施例中，开关调节器电路包括：高侧(HS)晶体管，耦合在第一节点与开关节点之间；低侧(LS)晶体管，耦合在开关节点与第二节点之间；驱动器电路装置，用于根据占空比来控制HS晶体管和LS晶体管的致动；以及电感器，具有耦合至开关节点的第一端子和耦合至第三节点的第二端子，其中输出电流流过电感器。
[0005]一种用于开关调节器电路的输出电流检测电路，包括：电流感测电路，被配置为在HS晶体管导通时间(T
ON
)期间感测流过HS晶体管的晶体管电流；以及占空比检测和除法电路，被配置为检测控制HS晶体管和LS晶体管的致动的占空比，并且将感测到的晶体管电流除以占空比以生成指示流过电感器的输出电流的输出信号。
[0006]在一个实施例中，一种用于检测具有在占空比的导通时间(T
ON
)期间致动的高侧(HS)晶体管的开关调节器电路的输出电流的电路，包括：电流感测电路，被配置为在HS晶体管导通时间(T
ON
)期间感测流过HS晶体管的晶体管电流；以及占空比检测和除法电路，被配置为检测占空比，并且将感测到的晶体管电流除以占空比以生成指示开关调节器电路的输出电流的输出信号。
[0007]在一个实施例中，一种用于检测具有在占空比的导通时间(T
ON
)期间被致动的高侧(HS)晶体管的开关调节器电路的输出电流的方法，包括：感测在HS晶体管导通时间(T
ON
)期间流过HS晶体管的晶体管电流；检测占空比；以及将感测到的晶体管电流除以占空比以生成指示开关调节器电路的输出电流的输出信号。
附图说明
[0008]在结合附图的特定实施例的以下非限制性描述中将详细讨论前述和其他特征和优点，在附图中：
[0009]图1是示出了包括开关调节器和用于确定开关调节器的输出电流的输出电流检测电路的系统的框图；
[0010]图2是输出电流检测电路的电流感测电路的电路图；
[0011]图3是用于电流感测电路中的放大器的电路图；以及
[0012]图4是输出电流检测电路的占空比检测和除法电路的电路图。
具体实施方式
[0013]在不同的附图中，相同的元件用相同的附图标记表示。具体地，不同实施例共有的结构和/或功能元件可用相同的附图标记表示，并且可具有相同的结构、尺寸和材料特性。
[0014]贯穿本公开，术语“连接”用于表示电路元件之间的直接电连接，而没有除了导体之外的中间元件，而术语“耦合”用于表示电路元件之间的电连接，其可以是直接的，或者可以经由一个或多个中间元件。
[0015]术语“约”、“基本上”和“大致”在本文中用于表示所讨论的值的
±
10％、优选
±
5％的公差。
[0016]开关调节器的输出电流可以有利地根据在导通阶段(T
ON
)期间流过高侧(HS)晶体管开关的电流I
AVG
(HS)的测量来确定。然后，使用由HS晶体管开关的导通阶段(T
ON
)与断开阶段(T
OFF
)的比率设定的开关占空比，仅从感测到的高侧电流推算开关调节器的电感器中的平均电流(即，调节器输出电流)。
[0017]例如，考虑降压型开关调节器。在关断阶段(T
OFF
)期间流过低侧(LS)晶体管开关的平均电流I
AVG
(LS)由以下给出：
[0018][0019]开关调节器的输出电流I
OUT
为：
[0020]I
OUT
＝I
AVG
(HS)+I
AVG
(LS)
[0021]代入给出：
[0022][0023]其中，用于开关高侧(HS)晶体管开关和低侧(LS)晶体管开关的实际占空比D是：
[0024][0025]在此上下文中，“实际”占空比是指由HS晶体管开关导通(T
ON
)时和LS晶体管开关导通(T
OFF
)时的实际时间定义的占空比，而不是理想占空比(V
OUT
/V
IN
)。
[0026]简化为：
[0027][0028]因此，通过感测流过高侧(HS)晶体管开关的电流I
AVG
(HS)，并且了解开关调节器的实际占空比D，可确定开关调节器的输出电流。
[0029]电流I
AVG
(HS)可以通过功率
‑
功率感测电路(在下面更详细地描述)测量，并且实际占空比D可以通过控制高侧(HS)晶体管开关和低侧(LS)晶体管开关的开关的驱动信号从比率推算出。然后通过检测和除法电路(在下面更详细描述)将测量电流I
AVG
(HS)除以开关调节器的实际占空比D，以生成与开关调节器的输出电流对应的值。
[0030]现在参见图1，其示出了用于确定开关调节器102的输出电流的输出电流检测电路100的框图(在此作为示例被示出为降压型的)。开关调节器102包括高侧(HS)晶体管开关104(例如，实现为p沟道MOS晶体管)，其具有耦合(优选地直接连接)至输入电压Vin的源极端子和耦合(优选地直接连接)至开关节点106的漏极端子。HS晶体管开关104的栅极由输出高侧控制信号110的高侧驱动器电路108驱动。开关调节器102进一步包括低侧(LS)晶体管开关114(例如，实现为n沟道MOS晶体管)，其具有耦合(优选地直接连接)至开关节点106的漏极端子和耦合(优选地直接连接)至参考电压节点(例如，地)的源极端子。LS晶体管开关114的栅极由输出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关调节器电路，包括：高侧HS晶体管，耦合在第一节点与开关节点之间；低侧LS晶体管，耦合在所述开关节点与第二节点之间；驱动器电路装置，用于根据占空比来控制所述HS晶体管和所述LS晶体管的致动；电感器，具有耦合至所述开关节点的第一端子以及耦合至第三节点的第二端子，其中输出电流流过所述电感器；输出电流检测电路，包括：电流感测电路，被配置为感测在HS晶体管导通时间(T
ON
)期间流过所述HS晶体管的晶体管电流；以及占空比检测和除法电路，被配置为检测所述占空比，所述占空比控制所述HS晶体管和所述LS晶体管的致动，并且将所感测的晶体管电流除以所述占空比以生成指示流过所述电感器的所述输出电流的输出信号。2.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一节点被配置为接收输入电压，所述第二节点被配置为接收参考电压并且所述第三节点是输出电压节点。3.根据权利要求1所述的电路，其中所述占空比检测和除法电路包括：第一差分放大器，具有：第一输入，被耦合以接收所感测的晶体管电流；第二输入；以及输出，产生所述输出信号；电容器，以反馈方式耦合在所述第一差分放大器的所述输出与所述第二输入之间；第一开关晶体管，耦合在所述第一差分放大器的所述输出与另一开关节点之间，所述第一开关晶体管由控制所述HS晶体管的高侧信号控制；第二开关晶体管，耦合在所述另一开关节点与所述第二节点之间，所述第二开关晶体管由控制所述LS晶体管的低侧信号控制；以及反馈路径，耦合在所述另一开关节点与所述第一差分放大器的所述第二输入之间。4.根据权利要求1所述的电路，其中所述占空比检测和除法电路包括：第一差分放大器，具有：第一输入，被耦合以接收所感测的晶体管电流；第二输入；以及输出，产生所述输出信号；电容器，以反馈方式耦合在所述第一差分放大器的所述输出与所述第二输入之间；以及开关反馈电路，响应于所述HS晶体管和所述LS晶体管的交替开关而被控制，以将参考电压和所述第一差分放大器的所述输出处的信号交替地施加到所述第一差分放大器的所述第二输入。5.根据权利要求1所述的电路，其中所述电流感测电路包括：第二差分放大器，具有第一输入、第二输入和输出；第一输入晶体管，耦合在所述HS晶体管的第一端子与所述第二差分放大器的所述第一输入之间；第二输入晶体管，耦合在所述HS晶体管的第二端子与所述第二差分放大器的所述第二输入之间；其中所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管在HS晶体管导通时间(T
ON
)期间被致动；
输出晶体管，耦合在所述第二差分放大器的所述第一输入与第一中间节点之间；以及电阻器，耦合在所述第一中间节点与所述第二节点之间。6.根据权利要求5所述的电路，其中所述电流感测电路进一步包括耦合在所述第一中间节点与所述第二节点之间的低通滤波器电路，所述低通滤波器电路具有输出所感测的晶体管电流的第二中间节点。7.一种用于检测具有在占空比的导通时间(T
ON
)期间被致动的高侧HS晶体管的开关调节器电路的输出电流的电路，包括：电流感测电路，被配置为感测在HS晶体管导通时间(T
ON
)期间流过所述HS晶体管的晶体管电流；以及占空比检测和除法电路，被配置为检测所述占空比，并且将所感测的晶体管电流除以所述占空比以生成指示所述开关调节器电路的所述输出电流的输出信号。8.根据权利要求7所述的电路，其中所述开关调节器电路进一步包括低侧LS晶体管，并且其中所述占空比根据控制所述HS晶体管的致动的高侧驱动信号和控制所述LS晶体管的致动的低侧驱动信号而被检测。9.根据权利要求8所述的电路，其中所述占空比检测和除法电路包括：第一差分放大器...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：