本發(fā)明涉及電流感測，并且具體而言，涉及通過電感電路來測量傳遞給負(fù)載的平均電流。

背景技術(shù)：

參照圖1，該圖示出了基本開關(guān)調(diào)節(jié)器電路10的電路圖。該電路包括具有第一(更正)節(jié)點(diǎn)14和第二(更負(fù)或接地)節(jié)點(diǎn)16的電源電壓12。晶體管開關(guān)18(在本示例中，n溝道MOSFET器件)具有耦接在節(jié)點(diǎn)14與中間節(jié)點(diǎn)20之間的電流傳導(dǎo)路徑(源極-漏極路徑)。晶體管開關(guān)18的控制端子(柵極)接收由控制電路22生成的脈寬調(diào)制(PWM)控制信號。二極管24連接在中間節(jié)點(diǎn)20與接地節(jié)點(diǎn)16之間(其中陽極端子耦接至節(jié)點(diǎn)16并且陰極端子耦接至節(jié)點(diǎn)20)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，如果需要的話，二極管24可以改為由晶體管開關(guān)(如n溝道MOSFET器件)代替，該晶體管開關(guān)由PWM控制信號的適當(dāng)階段控制。電感器26耦接在中間節(jié)點(diǎn)20與輸出節(jié)點(diǎn)28之間。電流感測電路30可以用于感測在電感器26中流動的電流，其中感測電流由控制電路22用來生成PWM信號以調(diào)節(jié)輸出。電壓感測電路32可以用于感測輸出處的電壓，其中感測電壓由控制電路22用來生成PWM信號以調(diào)節(jié)輸出。電容器34與負(fù)載36并聯(lián)耦接在輸出節(jié)點(diǎn)28與節(jié)點(diǎn)16之間。PWM信號具有固定的頻率，但是具有由控制電路22設(shè)置的可變占空比。

圖2中示出了PWM信號的一般配置。在PWM信號的PWM周期的第一階段40期間，晶體管開關(guān)18接通并且電流從電源電壓12流過電感器26以對電容器34充電。在這個階段40期間，經(jīng)過電感器26的電流增加。在PWM周期的第二階段42期間，晶體管開關(guān) 18關(guān)斷并且電源電壓12從電感器26斷開。二極管24變?yōu)檎蚱貌⑶译姼衅麟娏髁鬟^負(fù)載26。在這個階段42期間，經(jīng)過電感器26的電流減小。圖3中示出了電感器電流的電流流動波形。

在某些情況下，對流過電感器的平均電流(Iav)的測量是要知道的重要的運(yùn)行特點(diǎn)。本領(lǐng)域中所需要的是一種用于測量平均電感器電流的電路和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在實(shí)施例中，一種電路，包括：電流感測電路，該電流感測電路被配置為用于生成感測電流，該感測電流與響應(yīng)于脈寬調(diào)制(PWM)控制信號而流過電感器的電感器電流相對應(yīng)；以及平均電路，該平均電路在PWM控制信號的一個或多個PWM周期內(nèi)運(yùn)行以處理在一個或多個PWM周期的階段中的感測電流，從而生成指示流過該電感器的平均電流的輸出信號。

平均電路包括：電阻器，所述感測電流流過該電阻器以生成與電感器電流相對應(yīng)的電壓；以及取樣保持電路，該取樣保持電路響應(yīng)于和電感器電流相對應(yīng)的所述電壓而被觸發(fā)以對生成的平均電壓取樣并且生成指示流過該電感器的平均電流的所述輸出信號。

在用于平均的一個實(shí)現(xiàn)方式中，該平均電路包括：第一電容器，該第一電容器由所述感測電流充電，以生成與最小電感器電流相關(guān)聯(lián)的第一充電電壓；第二電容器，該第二電容器由所述感測電流充電以生成與最大電感器電流相關(guān)聯(lián)的第二充電電壓；以及電荷共享電路，該電荷共享電路被配置成用于在該第一電容器與該第二電容器之間選擇性地共享電荷并且輸出所述平均電壓。

在用于平均的另一實(shí)現(xiàn)方式中，該平均電路包括：電容器，該電容器在第一PWM周期的階段期間由所述感測電流充電以生成充電電壓，所述電容器在第二PWM周期的階段期間放出電流，從而生成放電電壓，該電流具有的幅度是該感測電流的幅度的整數(shù)倍；以及比較電路，該比較電路被配置成用于將該放電電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行 比較并且響應(yīng)于所述比較而生成用于觸發(fā)該取樣保持電路的觸發(fā)信號。

在實(shí)施例中，一種方法包括：感測與響應(yīng)于脈寬調(diào)制(PWM)控制信號而流過電感器的電感器電流相對應(yīng)的電流；并且在PWM控制信號的一個或多個PWM周期內(nèi)處理感測電流，從而生成指示流過該電感器的平均電流的輸出信號。

在一個實(shí)現(xiàn)方式中，處理包括：在第一PWM周期的階段期間用所述感測電流對電容器充電；在第二PWM周期的階段期間使所述電容器放出放電電流，該放電電流是該感測電流的整數(shù)倍；跨電阻器施加所述感測電流，以生成電壓；檢測所述電容器的放電；并且響應(yīng)于所檢測到的放電而對所述電壓取樣。

在另一實(shí)現(xiàn)方式中，處理包括：跨電阻器施加所述感測電流，以生成電壓；響應(yīng)于PWM周期的與最小電感器電流相關(guān)聯(lián)的第一階段而存儲所述電壓作為第一充電電壓；響應(yīng)于該P(yáng)WM周期的與最大電感器電流相關(guān)聯(lián)的第二階段而存儲所述電壓作為第二充電電壓；在后續(xù)PWM周期中將該第一充電電壓與該第二充電電壓進(jìn)行平均以生成平均電壓；并且對所述平均電壓取樣。

附圖說明

為了更好地理解實(shí)施例，現(xiàn)在將僅以示例方式參照附圖，在附圖中：

圖1是基本開關(guān)調(diào)節(jié)器電路的電路圖；

圖2示出了在圖1的電路中使用的PWM控制信號波形；

圖3示出了針對圖1的電路的運(yùn)行的電感器電流波形；

圖4是用于感測平均電感器電流的電路的實(shí)施例的電路圖；

圖5示出了圖4的電路的運(yùn)行波形；

圖6是用于感測平均電感器電流的電路的實(shí)施例的電路圖；并且

圖7示出了圖6的電路的運(yùn)行波形。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參照圖4，該圖示出了用于感測平均電感器電流的電路100的實(shí)施例的電路圖。響應(yīng)于PWM控制信號，電感器電流Iind流過電感器126。例如，這種電流可以由圖1中所示的轉(zhuǎn)換器電路10生成，或使用包括電感元件的任何其他電路來生成，在電路運(yùn)行期間可變電感器電流流過該電感元件。

電路100包括電流感測電路130，該電路被配置成用于感測電感器電流Iind并且輸出指示電感器電流Iind的電流I_感測。電流感測電路130包括感測電阻器102，該感測電阻器耦接在電感器126的一個端子和輸出節(jié)點(diǎn)128之間。電阻器102具有電阻值R_感測。電流感測電路130進(jìn)一步包括跨導(dǎo)放大器104，該跨導(dǎo)放大器具有耦接至電感器126與感測電阻器102之間的節(jié)點(diǎn)106的非反相輸入并且進(jìn)一步具有耦接至輸出節(jié)點(diǎn)128的反相輸入?？鐚?dǎo)放大器104感測跨越感測電阻器102的電壓降并且根據(jù)以下方程式將該感測電壓降轉(zhuǎn)換成輸出電流I_感測：

I_感測＝gm*(V+-V-)＝gm*Iind*R_感測，

其中：“gm”是放大器104的跨導(dǎo)值。

電容器134與負(fù)載136并聯(lián)耦接在輸出節(jié)點(diǎn)128與接地節(jié)點(diǎn)116之間。

電路100進(jìn)一步包括電路150，該電路響應(yīng)于輸出電流I_感測和PWM信號并且被配置成用于生成指示流過電感器126的平均電流的輸出信號。電路150包括第一電流源152，該電流源耦接在電源電壓Vdd與開關(guān)電路154的第一端子之間。例如，開關(guān)電路154可以包括晶體管開關(guān)(如n溝道MOSFET器件)。開關(guān)電路154的第二端子耦接至節(jié)點(diǎn)156。電路150進(jìn)一步包括第二電流源158，該電流源耦接在基準(zhǔn)電壓Vref與開關(guān)電路160的第一端子之間。例如，開關(guān)電路160可以包括晶體管開關(guān)，如n溝道MOSFET器件。開關(guān)電路160的第二端子耦接至節(jié)點(diǎn)156。感測電容器162耦接在節(jié)點(diǎn)156與接地節(jié)點(diǎn)116之間。第一電流源152被配置成用于生成第一電流I1， 該第一電流等于輸出電流I_感測。第二電流源158被配置成用于生成第二電流I2，該電流等于輸出電流I_感測的兩倍(即，2*I_感測)。例如，這些電流生成可以使用本領(lǐng)域中已知的常規(guī)電流鏡電路來完成。基準(zhǔn)電壓Vref小于電源電壓Vdd，但是大于在接地節(jié)點(diǎn)116的接地電壓。

電路150進(jìn)一步包括比較器170，該比較器具有耦接至節(jié)點(diǎn)156的非反相輸入和耦接成用于接收基準(zhǔn)電壓Vref的反相輸入。比較器170的功能是將節(jié)點(diǎn)156處的電壓(由感測電容器162存儲)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并且響應(yīng)于那項(xiàng)比較而生成觸發(fā)信號(trig)。

電路150還進(jìn)一步包括第三電流源176，該電流源耦接在電源電壓Vdd與中間節(jié)點(diǎn)178之間。電阻器180耦接在中間節(jié)點(diǎn)178與接地節(jié)點(diǎn)116之間。取樣保持(S/H)電路184具有耦接至中間節(jié)點(diǎn)178的輸入。S/H電路184的功能是響應(yīng)于觸發(fā)信號(trig)而對輸入處的電壓(即，中間節(jié)點(diǎn)178處的電壓)取樣并且輸出那個被取樣的電壓。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)電路188具有耦接到S/H電路184的輸出的輸入以及數(shù)字信號輸出。ADC電路188的功能是將S/H電路184的輸出處的被取樣并且保持的電壓轉(zhuǎn)換成多比特?cái)?shù)字輸出信號OUT(數(shù)字)，該信號表示流過電感器126的平均電流。

例如被實(shí)現(xiàn)為數(shù)字邏輯電路的定時電路190接收PWM控制信號并且生成時鐘信號φ1和φ2，這些時鐘信號分別控制開關(guān)電路154和160的致動。

現(xiàn)在另外參照圖5，該圖展示了電路150的運(yùn)行波形。電路150根據(jù)中間點(diǎn)測量技術(shù)運(yùn)行。電感器126中的電流具有最小值和最大值。所期望的平均電流介于最小值與最大值之間的中間。最小電流值發(fā)生在PWM控制信號的每個周期200的開始/結(jié)束。最大電流值發(fā)生在PWM周期的第一階段40的結(jié)束。最小電流值則發(fā)生在PWM周期的第二階段42的結(jié)束。

定時電路190從PWM控制信號生成時鐘信號φ1和φ2。響應(yīng)于第一PWM周期200(1)中的第一階段40的開始，定時電路190斷 言時鐘信號φ1(參考號202)并且接通開關(guān)154。第一電流源152然后從基準(zhǔn)電壓Vref開始對感測電容器162充電204。當(dāng)電容器162上的電壓上升到基準(zhǔn)電壓Vref之上時，比較器170改變狀態(tài)并且觸發(fā)信號(trig)轉(zhuǎn)變到邏輯低(參考號206)。感測電容器162的充電在第一階段40的結(jié)束處結(jié)束，并且定時電路190去斷言時鐘信號φ1(參考號208)并且關(guān)斷開關(guān)154。在第一PWM周期200(1)的第二階段42期間，感測電容器162上的電壓被保持210。響應(yīng)于第二PWM周期200(2)中的第一階段40的開始，例如，緊接在第一PWM周期200(1)之后，定時電路190斷言時鐘信號φ2(參考號212)并且接通開關(guān)160。第二電流源158然后將感測電容器162放電214。然而，由于放電電流I2是充電電流I1的值的兩倍(I2＝2*I1)，因此放電速率將是充電速率的兩倍。感測電容器162上的電壓將相應(yīng)地在最小電流和最大電流之間的基本上中點(diǎn)處(即，在平均電流值)返回216到基準(zhǔn)電壓Vref。當(dāng)感測電容器162上的電壓下降到基準(zhǔn)電壓Vref時，比較器170改變狀態(tài)并且觸發(fā)信號(trig)轉(zhuǎn)變到邏輯高(參考號218)。因而，觸發(fā)信號的邏輯高斷言與平均電感器電流正在流動時的時間點(diǎn)基本一致。觸發(fā)信號的斷言高(即上升沿)引起S/H電路184對中間節(jié)點(diǎn)178處的電壓取樣。節(jié)點(diǎn)178處的取樣電壓根據(jù)以下方程式指示平均電感器電流：

V(178)＝I_感測*R(180)；

其中，在取樣時，I_感測＝Iav。取樣電壓由ADC電路188轉(zhuǎn)換為數(shù)字值(輸出信號OUT(數(shù)字))，該值表示流過電感器126的平均電流。實(shí)際平均電流值通過將取樣電壓的數(shù)字值除以電阻器180的電阻來計(jì)算。定時電路190在第二PWM周期200(2)中的第一階段40的結(jié)束時取消斷言時鐘信號φ2(參考號220)并且關(guān)斷開關(guān)160。

可以在下一個PWM周期200中再次開始用于確定平均電感器電流的過程。替代性地，可以在再次開始該過程之前強(qiáng)制延遲一個或多個PWM周期200。

平均電流確定基本上準(zhǔn)確。然而，比較器170生成觸發(fā)信號的邏輯高斷言時的延遲引起輕微的偏移誤差，如參考號222所示。

現(xiàn)在參照圖6，該圖示出了用于感測平均電感器電流的電路110的實(shí)施例的電路圖。響應(yīng)于PWM控制信號，電感器電流Iind流過電感器126。例如，這種電流可以由如圖1中所示的轉(zhuǎn)換器電路10生成，或使用包括電感元件的任何其他電路來生成，在電路運(yùn)行期間可變電流流過該電感元件。

電路102包括電流感測電路130，該電路被配置成用于感測電感器電流Iind并且輸出指示電感器電流Iind的電流I_感測。電流感測電路130包括感測電阻器102，該感測電阻器耦接在電感器126的一個端子和輸出節(jié)點(diǎn)128之間。電阻器102具有電阻值R_感測。電流感測電路130進(jìn)一步包括跨導(dǎo)放大器104，該跨導(dǎo)放大器具有耦接至電感器126與感測電阻器102之間的節(jié)點(diǎn)106的非反相輸入并且進(jìn)一步具有耦接至輸出節(jié)點(diǎn)128的反相輸入?？鐚?dǎo)放大器104感測跨越感測電阻器102的電壓降并且根據(jù)以下方程式將該感測電壓降轉(zhuǎn)換成輸出電流I_感測：

I_感測＝gm*(V+-V-)＝gm*Iind*R_感測，

其中：“gm”是放大器104的跨導(dǎo)值。

電容器134與負(fù)載136并聯(lián)耦接在輸出節(jié)點(diǎn)128與接地節(jié)點(diǎn)116之間。

電路102進(jìn)一步包括電路250，該電路響應(yīng)于輸出電流I_感測和PWM信號并且被配置成用于生成指示流過電感器126的平均電流的輸出信號。電路250包括第一電流源252，該第一電流源耦接在電源電壓Vdd與第一中間節(jié)點(diǎn)254之間。電阻器256耦接在中間節(jié)點(diǎn)254與接地節(jié)點(diǎn)116之間。第一電流源252被配置成用于生成第一電流I1，該第一電流等于輸出電流I_感測。例如，這可以使用本領(lǐng)域中已知的常規(guī)電流鏡電路來完成。節(jié)點(diǎn)252處的電壓根據(jù)以下方程式跟蹤電流I1(I_感測)：

V(254)＝I_感測*R(256)。

單位增益緩沖器260具有耦接至中間節(jié)點(diǎn)254的輸入何耦接至第二中間節(jié)點(diǎn)262的輸出。第一開關(guān)電路264與第一電容器266串聯(lián)耦接在中間節(jié)點(diǎn)262與接地節(jié)點(diǎn)116之間。例如，開關(guān)電路264可以包括晶體管開關(guān)(如n溝道MOSFET器件)。開關(guān)264的第一端子連接至中間節(jié)點(diǎn)262并且開關(guān)的第二端子連接至第三中間節(jié)點(diǎn)268。電容器266的第一極板連接至中間節(jié)點(diǎn)268并且電容器的第二極板連接至接地節(jié)點(diǎn)116。第二開關(guān)電路274與第二電容器276串聯(lián)耦接在中間節(jié)點(diǎn)262與接地節(jié)點(diǎn)116之間。例如，開關(guān)電路274可以包括晶體管開關(guān)(如n溝道MOSFET器件)。開關(guān)274的第一端子連接至中間節(jié)點(diǎn)262并且開關(guān)的第二端子連接至第四中間節(jié)點(diǎn)278。電容器276的第一極板連接至中間節(jié)點(diǎn)278并且電容器的第二極板連接至接地節(jié)點(diǎn)116。第三開關(guān)電路290耦接在中間節(jié)點(diǎn)268與中間節(jié)點(diǎn)278之間。例如，開關(guān)電路290可以包括晶體管開關(guān)(如n溝道MOSFET器件)。

第二單位增益緩沖器292具有耦接至中間節(jié)點(diǎn)278的輸入以及輸出294。取樣保持(S/H)電路184具有耦接至輸出294的輸入。S/H電路184的功能是響應(yīng)于觸發(fā)信號(trig)而對其輸入處的電壓(即，在輸出294處的電壓)取樣并且輸出那個取樣電壓。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)電路188具有耦接到S/H電路184的輸出的輸入以及數(shù)字信號輸出。ADC電路188的功能是將S/H電路184的輸出處的被取樣并且保持的電壓轉(zhuǎn)換成多比特?cái)?shù)字輸出信號OUT(數(shù)字)，該信號表示流過電感器126的平均電流。

例如被實(shí)現(xiàn)為數(shù)字邏輯電路的定時電路298接收PWM控制信號并且生成時鐘信號φ1、φ2和φ3，這些時鐘信號分別控制開關(guān)電路264、274和290的致動。定時電路298進(jìn)一步生成觸發(fā)信號。

現(xiàn)在另外參照圖7，該圖展示了電路250的運(yùn)行波形。電路250根據(jù)峰值點(diǎn)測量技術(shù)運(yùn)行。在電感器126中的電流在最小峰值點(diǎn)具有最小值并且在最大峰值點(diǎn)具有最大值，峰值點(diǎn)由PWM信號確定。所期望的平均電流介于最小峰值點(diǎn)與最大峰值點(diǎn)之間的中間。檢測 與最小峰值點(diǎn)和最大峰值點(diǎn)中的每一者相對應(yīng)的電壓并且然后進(jìn)行平均，其中得到的平均電壓對應(yīng)于平均電感器電流。

定時電路298從PWM控制信號生成時鐘信號φ1、φ2和φ3。響應(yīng)于第一PWM周期200(1)中的第二階段42，定時電路298斷言時鐘信號φ1(參考號300)和φ2(參考號302)并且接通開關(guān)264和274。電流源252跨越電阻器256施加電流I1＝I_感測，以在中間節(jié)點(diǎn)254處形成電壓。該電壓被緩沖并施加到電容器266和276。由于電流I1在第二階段42期間遞減，因此節(jié)點(diǎn)254處的電壓并且因而跨越電容器266和276的電壓也遞減(參考號304)。電容器266處的電壓用實(shí)線表示，而電容器276處的電壓用虛線表示。

在第一PWM周期200(1)的第二階段42結(jié)束時，定時電路298取消斷言時鐘信號φ1(參考號306)并且關(guān)斷開關(guān)264。電容器266現(xiàn)在在與電感器電流的最小峰值點(diǎn)相對應(yīng)的時間點(diǎn)從節(jié)點(diǎn)254和262斷開。存儲308在電容器266上的電壓因而指示最小電感器電流。

然而，定時電路298繼續(xù)斷言時鐘信號φ2(參考號310)并且因而開關(guān)274保持接通。第二PWM周期200(2)的第一階段40開始。電流源252繼續(xù)跨電阻器256施加電流I1＝I_感測，以在中間節(jié)點(diǎn)254處形成電壓。電壓被緩沖并且被施加到電容器276。由于電流I1在第一階段40期間遞增，因此節(jié)點(diǎn)254處的電壓并且因而跨電容器276的電壓也遞增(參考號312)。

在第二PWM周期200(2)的第一階段40結(jié)束時，定時電路298取消斷言時鐘信號φ2(參考號314)并且關(guān)斷開關(guān)274。電容器276現(xiàn)在在與電感器電流的最大峰值點(diǎn)相對應(yīng)的時間點(diǎn)從節(jié)點(diǎn)254和262斷開。在第二階段42期間存儲316在電容器276上的電壓因而指示最大電感器電流。

在電容器266和276分別已經(jīng)存儲指示電感器電流的最小峰值點(diǎn)和最大峰值點(diǎn)的電壓之后的任何點(diǎn)，定時電路298斷言時鐘信號φ3(參考號318)并且接通開關(guān)290。在所示實(shí)施例中，本操作與下一個PWM周期200(3)的開始同步，但這只是示例。這個動作將 電容器266和276彼此串聯(lián)連接。電荷共享在這些電容器之間發(fā)生，并且節(jié)點(diǎn)278處的電壓移動到指示最小峰值點(diǎn)的存儲電壓(從電容器266)與指示最大峰點(diǎn)的存儲電壓(從電容器276)之間的中點(diǎn)值。在參考號320示出了這種情況。節(jié)點(diǎn)278處的中點(diǎn)電壓因而指示平均電感器電流。此電壓由單位增益緩沖器292緩沖并且在輸出294處呈現(xiàn)。

定時電路298進(jìn)一步斷言觸發(fā)信號(trig)，由此引起S/H電路184對輸出294處的電壓取樣。這個觸發(fā)信號生成發(fā)生在節(jié)點(diǎn)278處的電壓在開關(guān)290的致動之后已經(jīng)穩(wěn)定下來之后。輸出294處取樣的電壓由ADC電路188轉(zhuǎn)換成數(shù)字值(輸出信號OUT(數(shù)字))，該數(shù)字值表示流過電感器126的平均電流。實(shí)際平均電流值通過將取樣電壓的數(shù)字值除以電阻器256的電阻來計(jì)算。定時電路298在第三PWM周期200(3)中的第一階段40結(jié)束時取消斷言時鐘信號φ3(參考號322)并且關(guān)斷開關(guān)290。

可以在下一個PWM周期200中再次開始用于確定平均電感器電流的過程。替代性地，可以在再次開始該過程之前強(qiáng)制延遲一個或多個PWM周期200。

已經(jīng)通過對本發(fā)明的示例性實(shí)施例的完整且信息性的描述的示例性且非限制性的示例提供了之前的描述。然而，對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，鑒于前面的描述，當(dāng)結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求書來閱讀本說明書時，各種修改和適配會變得明顯。然而，對本發(fā)明教導(dǎo)的所有這樣和類似的修改將仍然落入如所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。