用于调压器内电流感测的系统和方法技术方案

描述了一种用于调压器内电流感测的系统和方法。一种电流感测放大器包括高侧电流感测放大器和低侧电流感测放大器。高侧电流感测放大器提供用于调压器的电流感测电压信号。当高侧开关晶体管接通且调压器的低侧开关晶体管关断时，高侧电流感测放大器在第一操作模式中响应于通过调压器的高侧开关晶体管的所感测的第一电流生成电流感测电压信号。当低侧开关晶体管接通且高侧开关晶体管关断时，高侧电流感测放大器在第二操作模式中响应于通过低侧开关晶体管的第二电流生成电流感测电压信号。低侧电流感测放大器在第二操作模式中感测通过调压器的低侧开关晶体管的第二电流并且向高侧电流感测放大器生成电流控制信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电流感测放大器，尤其涉及用于检测通过调压器的高侧开关晶体管和低侧开关晶体管的电流的电流感测放大器。
技术介绍
集成有峰电流模式的降压FET调节器(buck FET regulator)响应于输入电压提供经调节的输出电压。降压调节器具有约150纳秒的最小导通时间限制。这ー导通时间限制取决于在降压调节器内使用的电流感测方案。降压调节器内的最小导通时间限制随通过降压调节器的低电流增大而増大。因此，需要提供一种减小降压调节器的最小导通时间的电流感测方案，这会极大地改进降压调节器的操作。
技术实现思路
如本文所公开和描述的，在ー个方面，本专利技术包括电流感测放大器，它包括高侧电流感测放大器电路和低侧电流感测放大器电路。高侧电流感测放大器电路感测通过调压器高侧开关晶体管的第一电流，并响应于此提供电流传感器输出。低侧电流感测放大器感测通过调压器低侧开关晶体管的第二电流。附图说明为了更全面地理解，现參照以下结合附图进行的描述，在附图中图I是具有电流感测放大器的降压调节器的框图；图2示出用于降压调节器的电流感测放大器实施例的框图。图3示出与图2的电路操作相关联的波形。图4是包括包含本文所述电路的电子/电气电路/设备的电子/电气系统的框图。具体实施例方式现在參考附图，其中在本文中通篇使用类似的附图标记来指代类似的元素，示出和描述了电流感测放大器的各种视图和实施例，并且还描述了其它可能的实施例。这些附图不一定是按比例绘制的，而且仅为说明目的，在某些实例中有几处已将附图放大和/或简化。本领域普通技术人员可以基于以下可能实施例的示例意识到许多可能的应用和变型。集成有峰电流模式的降压FET调节器响应于输入电压提供经调节的输出电压。降压调节器具有约150纳秒的最小导通时间限制。该导通时间限制取决于在降压调节器内使用的电流感测方案。降压调节器内的最小导通时间限制随负载电流增大而增大。因此，提供进一步减小降压调节器的最小导通时间的电流感测方案的能力会极大地改进降压调节器的操作。现参考附图，更具体地参考图I，示出了调压器以及关联电流传感器和控制电路的框图。调压器102被连接成接收输入电压Vin并驱动来自关联驱动器电路104的控制信号以生成经调节的输出电压VQUT。驱动器电路104响应于来自PWM控制器106的PWM控制信号向调压器102生成驱动器信号。PWM控制器106响应于来自误差放大器108的误差电压信号和所提供的斜坡电压生成PWM控制信号。误差放大器108响应于所提供的参考电压Vkef 以及输出电压Vott和由高侧电流感测放大器110提供的电流感测电压信号生成误差电压。如以下充分描述的，高侧电流感测放大器110向误差放大器108提供电流感测信号，并且在第二操作模式中检测跨调压器102内高侧开关晶体管的电流。低侧电流感测放大器112检测跨调压器102的低侧开关晶体管的电流，并且向高侧电流感测放大器110提供该信息用于生成电流控制信号(第一操作模式中的电流感测电压信号)。现在参照图2，示出了包括高侧电流感测放大器204和低侧电流感测放大器206的降压调节器202的控制方案。该方案使用附加的谷电流传感器作为低侧电流感测放大器206，用于检测低侧开关晶体管208上的电流以提供用于低侧开关晶体管208和高侧开关晶体管210的电感器电流信息。高侧开关晶体管210的源极/漏极路径连接在输入电压节点212与相位节点214之间。低侧开关晶体管208的源极/漏极路径连接在相位节点214与接地之间。电感器216连接在节点214与输出电压节点218之间。负载电容器220连接在输出电压节点218与接地之间。高侧开关晶体管210由从驱动器电路211提供的控制信号SW_HS来驱动。驱动器电路211附加地提供用于驱动低侧开关晶体管208的SW_LS控制信号。驱动器电路211响应于来自PWM控制器213的PWM控制信号生成驱动器控制信号。PWM控制器213响应于从误差放大器215接收的误差电压信号和斜坡电压信号Vkamp生成PWM控制信号。误差放大器215响应于参考电压Vkef以及输出电压Votit和从高侧电流感测放大器204的节点232提供的电压VLD生成误差电压，如下文中详细描述的。高侧电流感测放大器204在节点212和节点214连接到降压调节器202。开关222连接在输入电压节点212与节点224之间。感测晶体管226的源极/漏极路径连接在节点224与节点228之间。开关222响应于控制信号SW_HS接通和关断。开关222消除了当高侧开关晶体管210接通时PVIN节点212上的激振(ringing)效应。当高侧开关晶体管210接通时，开关222通过响应于控制信号SW_HS的适当延迟而接通。开关222在开关210关断期间(即开关208接通期间)接通，以防止高侧电流感测电路在低侧电流感测时间(使低侧电流感测电路不发挥作用)内断电。因此，除了在围绕高侧开关210接通时刻的每个开关循环中的很短时间之外，在开关循环的大部分期间开关222是接通的。晶体管226的栅极接地。晶体管230的源极/漏极路径连接在节点228与节点232之间。节点232包括提供高侧电流感测放大器204的输出的VLD节点。VLD是在峰电流模式控制中使用的电感器电流的度量。电阻器234连接在节点232与接地之间。电容器236在节点232和接地之间与电阻器234并联。误差放大器238的输出连接到晶体管230的栅极。误差放大器238的反相输入连接到节点228，且非反相输入连接到节点240。开关242连接在节点240与节点244之间。开关242响应于控制信号SW_HS。开关242在高侧开关晶体管210接通时闭合，从而将节点240连接到节点244。当高侧开关晶体管210关断吋，开关242断开。当节点240连接到节点244吋，高侧偏移电压VQFF_HS源246连接在相位节点214与误差放大器238的非反相输入之间。低侧电流感测放大器206在相位节点214和Vdd节点250处连接到降压调节器。低侧电流感测放大器206通过三个分立开关连接到降压调节器202和高侧电流感测放大器 204。它们包括连接节点250与节点224的开关252。开关252响应于SW_LS信号，并且在低侧开关晶体管208接通时闭合，而在低侧开关晶体管208关断时断开。开关254连接在高侧电流感测放大器204的节点240与低侧电流感测放大器206的节点256之间。最終，开关258将低侧电流感测放大器206的节点260连接到相位节点214。晶体管262的栅极接地，且其源极/漏极路径连接在节点250 (Vdd)和节点256之间。由晶体管264和266组成的电流镜将晶体管264的漏极/源极路径连接在节点250与节点256之间并且其栅极连接到晶体管266。晶体管266的源极/漏极路径连接在节点250与节点268之间。晶体管270的源极/漏极路径连接在节点268与节点272之间。晶体管274的源极/漏极路径连接在节点272与接地之间。晶体管274的栅极连接到VIN，因为它是LG的感测M0SFET。偏移电压源Iqff_LS 276连接在接地与节点256之间。电压源276的负端子连接到节点256，并且正端子接地。误差放大器278的输出连接到晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.03.11 US 61/451,704;2011.10.18 US 13/275,7611.ー种装置，包括 调压器，用于响应于输入电压和驱动控制信号生成经调节的输出电压，所述调压器包括闻侧开关晶体管和低侧开关晶体管； 驱动器电路，用于响应于PWM控制信号生成驱动控制信号； PWM控制器，用于响应于误差电压和斜坡电压生成PWM控制信号； 误差放大器，用于响应于參考电压、所述经调节的输出电压和电流感测电压信号生成误差电压； 低侧电流感测放大器，用于当所述低侧开关晶体管接通且所述高侧开关晶体管关断时，在第一操作模式中感测通过所述低侧开关晶体管的第一电流并且响应于此生成第一电流感测信号；以及 高侧电流感测放大器，用于在所述第一操作模式中响应于所述第一电流感测信号提供电流感测电压信号，并且当所述高侧开关晶体管接通且低侧开关晶体管关断时，在第二操作模式中感测通过所述高侧开关晶体管的第二电流并响应于此提供电流感测电压信号。2.如权利要求I所述的装置，其特征在于，还包括多个开关，用于在第二操作模式中连接所述高侧电流感测放大器以监视通过所述高侧开关晶体管的所述第二电流，并且用于在第一操作模式中连接所述高侧电流感测放大器和所述低侧电流感测放大器以监视通过所述低侧开关晶体管的所述第一电流。3.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述高侧电流感测放大器还包括 第一晶体管； 第一误差放大器，用于在第二操作模式中使跨所述第一晶体管的第一电压等于跨所述高侧开关晶体管的第二电压加上偏移电压；以及 电压源，用于生成偏移电压。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，通过所述高侧开关晶体管的所述第一电流被反射到所述高侧电流感测放大器的所述第一晶体管。5.如权利要求4所述的装置，其特征在干，电流感测输出响应于通过所述第一晶体管的所反射电流而生成。6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述低侧电流感测放大器还包括 第二晶体管； 第三晶体管； 第二放大器，用于使跨所述第二晶体管的第三电压等于跨所述低侧开关晶体管的第四电压加上第二偏移电压并生成通过所述第三晶体管的第一电流，其中在第一操作模式中所述第二放大器还反射通过所述第三晶体管的第一电流以等于通过所述第一晶体管的第二电流。7.如权利要求6所述的装置，其特征在干，电流感测输出响应于通过所述第一晶体管的所反射电流而生成。8.ー种电流感测放大器,包括 高侧电流感测放大器，用于提供用于调压器的电流感测电压信号，当所述调压器的高侧开关晶体管接通且所述调压器的低侧开关晶体管关断时，所述高侧电流感测放大器在第一操作模式中响应于通过所述高侧开关晶体管所感测的第一电流生成所述电流感测电压信号，当所述低侧开关晶体管接通且所述高侧开关晶体管关断时，所述高侧电流感测放大器在第二操作模式中响应于通过所述低侧开关晶体管的第二电流生成所述电流感测电压信号; 低侧电流感测放大器，用于在第二操作模式中感测通过所述调压器的所述低侧开关晶体管的第二电流并且向所述高侧电流感测放大器生成电流控制信号。9.如权利要求8所述的电流感测放大器，其特征在于，还包括多个开关，用于在第一操作模式中连接所述高侧电流感测放大器以监视通过所述高侧开关晶体管的第一电流，以及用于在第二操作模式中连接所述高侧电流感测放大器和所述低侧电流感测放大器以监视通过所述低侧开关晶体管的第二电流。10.如权利要求8所述的电流感测放大器，其特征在于，所述高侧电流感测放大器还包括 第一晶体管； 第一误差放大器，用于在第一操作模式中使跨所述第一晶体管的第一电压等于跨所述高侧开关晶体管的第二电压加上偏移电压；以及电压源，用于生成偏移电压。11.如权利要求10所述的电流感测放大器，其特征在于，通过所述高侧开关晶体管的所述第一电流被反射到所述高侧电流感测放大器的所述第一晶体管。12.如权利要求11所述的电流感测放大器，其特征在干，电流感测输出是响应于通过所述第一晶体管的所反射电流而生成的。13.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思成，黄丛中，S·佩崔赛克，
申请(专利权)人：英特赛尔美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：