測(cè)量電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中的電流的制作方法
【專利摘要】一個(gè)實(shí)施例包含一種電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)(10)。所述系統(tǒng)包含經(jīng)配置以產(chǎn)生切換信號(hào)的柵極驅(qū)動(dòng)器電路(28)及經(jīng)配置以在柵極端子(18)處接收所述切換信號(hào)的切換電路封裝(12)。在柵極回路端子(30)處提供與所述切換信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信號(hào)回路。所述切換電路封裝(12)還包含響應(yīng)于所述切換信號(hào)而周期性地激活以在切換節(jié)點(diǎn)端子(22)處產(chǎn)生切換電壓的開關(guān)(14)。濾波器級(jí)(32)包含互連所述切換節(jié)點(diǎn)端子(22)與節(jié)點(diǎn)(34)的電感器。所述電感器可經(jīng)配置以響應(yīng)于所述切換電壓而傳導(dǎo)電流以產(chǎn)生輸出電壓。電流感測(cè)電路(36)互連所述柵極回路端子(30)與所述節(jié)點(diǎn)(34)且測(cè)量輸出電流的量值。
【專利說(shuō)明】測(cè)量電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中的電流

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體來(lái)說(shuō)涉及電子電路系統(tǒng)，且更具體來(lái)說(shuō)涉及測(cè)量電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中的電流。

【背景技術(shù)】
[0002]可在多種電子裝置中實(shí)施電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)以用于調(diào)節(jié)輸出電壓以將電力提供到所述電子裝置中的一或多個(gè)電路組件。一個(gè)此種類型的電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)為切換電力調(diào)節(jié)器(例如降壓轉(zhuǎn)換器)，其中交替地激活高側(cè)開關(guān)及低側(cè)開關(guān)以產(chǎn)生切換電壓，所述切換電壓提供穿過(guò)輸出電感器的輸出電流以產(chǎn)生輸出電壓。一些電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)實(shí)施電流感測(cè)以測(cè)量輸出電流的量值(例如用于反饋調(diào)節(jié)、過(guò)電流保護(hù))或以實(shí)現(xiàn)電流報(bào)告及遙測(cè)。為了滿足對(duì)較低電力耗散及較大效率的增加的要求，通常需要以實(shí)質(zhì)上高效的方式執(zhí)行電流感測(cè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一個(gè)實(shí)施例包含一種電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含經(jīng)配置以產(chǎn)生切換信號(hào)的柵極驅(qū)動(dòng)器電路及經(jīng)配置以在柵極端子處接收所述切換信號(hào)的切換電路封裝。在柵極回路端子處提供與所述切換信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信號(hào)回路。所述切換電路封裝還包含響應(yīng)于所述切換信號(hào)而周期性地激活以在切換節(jié)點(diǎn)端子處產(chǎn)生切換電壓的開關(guān)。濾波器級(jí)包含互連所述切換節(jié)點(diǎn)端子與節(jié)點(diǎn)的電感器。所述電感器可經(jīng)配置以響應(yīng)于所述切換電壓而傳導(dǎo)電流以產(chǎn)生輸出電壓。電流感測(cè)電路互連所述柵極回路端子與所述節(jié)點(diǎn)且測(cè)量輸出電流的量值。
[0004]另一實(shí)施例包含一種用于組裝切換電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的方法。所述方法包含將高側(cè)切換信號(hào)導(dǎo)體耦合到切換電路封裝的頂部柵極端子及頂部柵極回路端子并將低側(cè)切換信號(hào)導(dǎo)體耦合到所述切換電路封裝的底部柵極端子。所述方法還包含將輸出級(jí)耦合到所述切換電路封裝的切換節(jié)點(diǎn)端子。所述輸出級(jí)可包含互連所述切換節(jié)點(diǎn)端子與輸出節(jié)點(diǎn)的輸出電感器，基于穿過(guò)所述輸出電感器的輸出電流而在所述輸出節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生輸出電壓。所述方法進(jìn)一步包含將電流感測(cè)電路耦合到所述切換電路封裝的所述頂部柵極回路端子及所述輸出節(jié)點(diǎn)，所述電流感測(cè)電路經(jīng)配置以測(cè)量所述輸出電流的量值。
[0005]另一實(shí)施例包含一種印刷電路板(PCB)，其包含經(jīng)配置以產(chǎn)生高側(cè)切換信號(hào)及低側(cè)切換信號(hào)的柵極驅(qū)動(dòng)器電路。所述PCB還包含切換電路封裝，其經(jīng)配置以在底部柵極端子處接收所述低側(cè)切換信號(hào)并在頂部柵極端子處接收所述高側(cè)切換信號(hào)且在頂部柵極回路端子處提供與所述高側(cè)切換信號(hào)相關(guān)聯(lián)的高側(cè)信號(hào)回路。所述切換電路封裝可包含分別響應(yīng)于所述高側(cè)切換信號(hào)及所述低側(cè)切換信號(hào)而交替地激活以在切換節(jié)點(diǎn)端子處產(chǎn)生切換電壓的高側(cè)開關(guān)及低側(cè)開關(guān)。所述切換節(jié)點(diǎn)端子及所述頂部柵極回路端子可由具有寄生電阻的導(dǎo)體互連。所述PCB還包含輸出級(jí)，其包括輸出電感器，所述輸出電感器經(jīng)配置以響應(yīng)于所述切換電壓而傳導(dǎo)輸出電流以在輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生輸出電壓。所述PCB進(jìn)一步包含電流感測(cè)電路，其互連所述柵極回路端子與所述輸出節(jié)點(diǎn)且經(jīng)配置以基于包括所述輸出電感器的DC電阻及所述寄生電阻的有效電阻而測(cè)量所述輸出電流的量值。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1圖解說(shuō)明電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的實(shí)例。
[0007]圖2圖解說(shuō)明電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的實(shí)例。
[0008]圖3圖解說(shuō)明切換電路封裝的實(shí)例。
[0009]圖4圖解說(shuō)明用于組裝切換電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的方法的實(shí)例。

【具體實(shí)施方式】
[0010]本發(fā)明大體來(lái)說(shuō)涉及電子電路系統(tǒng)，且更具體來(lái)說(shuō)涉及測(cè)量電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中的電流。電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)(例如降壓調(diào)節(jié)器系統(tǒng))包含經(jīng)配置以產(chǎn)生高側(cè)切換信號(hào)及低側(cè)切換信號(hào)的柵極驅(qū)動(dòng)器。所述電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)還包含可實(shí)施為經(jīng)包封電路封裝(例如，垂直堆疊金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)封裝)的切換電路封裝，所述經(jīng)包封電路封裝可在頂部柵極端子處接收所述高側(cè)切換信號(hào)且在底部柵極端子處接收所述低側(cè)切換信號(hào)。所述切換電路封裝還可在柵極回路端子處提供與所述高側(cè)及低側(cè)切換信號(hào)中的一者相關(guān)聯(lián)的回路信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，所述柵極回路端子可為所述高側(cè)切換信號(hào)提供高側(cè)回路信號(hào)，使得所述回路柵極端子為頂部柵極回路端子。所述高側(cè)及低側(cè)切換信號(hào)可分別交替地激活所述切換電路封裝中的高側(cè)開關(guān)及低側(cè)開關(guān)以在切換節(jié)點(diǎn)端子處產(chǎn)生切換電壓。所述切換電壓可提供穿過(guò)耦合到所述切換節(jié)點(diǎn)端子的電感器的電流以在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)(例如，輸入節(jié)點(diǎn)或輸出節(jié)點(diǎn)，此取決于調(diào)節(jié)器拓?fù)?處產(chǎn)生電壓。
[0011]電流感測(cè)電路可耦合到所述柵極回路端子及所述相應(yīng)節(jié)點(diǎn)且可經(jīng)配置以測(cè)量電流的量值。作為一實(shí)例，所述柵極回路端子及所述切換節(jié)點(diǎn)端子可由所述切換電路封裝中的導(dǎo)體分離，所述導(dǎo)體具有寄生電阻。因此，所述寄生電阻可與所述電感器的DC電阻組合，使得可基于包含所述電感器的DC電阻及所述寄生電阻的有效電阻而測(cè)量所述電流。因此，與現(xiàn)有電流測(cè)量技術(shù)相比，所述電流的測(cè)量可具有實(shí)質(zhì)上更大的信噪比(SNR)且可為實(shí)質(zhì)上更穩(wěn)定的且具有實(shí)質(zhì)上更大的振幅，包含如本文中所描述。
[0012]圖1圖解說(shuō)明電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)10的實(shí)例?？稍诶缬糜谟?jì)算裝置、無(wú)線通信裝置及/或電池充電裝置的多種電力提供應(yīng)用中的任一者中實(shí)施電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)10。舉例來(lái)說(shuō)，電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)10可實(shí)施為經(jīng)配置以基于DC輸入電壓Vin而產(chǎn)生DC輸出電壓Vqut的高側(cè)及低側(cè)DC降壓電力調(diào)節(jié)器。作為一實(shí)例，輸入電壓Vin可具有實(shí)質(zhì)上大于輸出電壓Vqut (例如，1.2V)的量值(例如，12V)。作為一實(shí)例，電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)10可實(shí)施為印刷電路板(PCB)上的調(diào)節(jié)器電路。
[0013]電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)10包含例如可實(shí)施為經(jīng)包封電路封裝的切換電路封裝12。如本文中所描述，術(shù)語(yǔ)“經(jīng)包封電路封裝”描述具有內(nèi)部電路且具有將所述內(nèi)部電路耦合到外部電路的端子的獨(dú)立封裝。如本文中所描述，如關(guān)于切換電路封裝12所描述的術(shù)語(yǔ)“端子”是指用于在切換電路封裝12外部提供以耦合到切換電路封裝12內(nèi)的電路的導(dǎo)體的連接點(diǎn)。將切換電路封裝12示范為包含高側(cè)開關(guān)14及低側(cè)開關(guān)16。高側(cè)開關(guān)14在頂部柵極端子(TG) 18處接收高側(cè)切換信號(hào)HS且互連接收輸入電壓Vin的電力端子(PWR) 20與切換節(jié)點(diǎn)端子(SW) 22。低側(cè)開關(guān)16在底部柵極端子(BG) 24處接收低側(cè)切換信號(hào)LS且互連切換節(jié)點(diǎn)端子22與接收低軌電壓(在圖1的實(shí)例中示范為接地)的低電壓軌端子(GND)26。作為一實(shí)例，端子18、20、22、24及26可配置為多種不同類型的端子中的任一者，例如螺旋連接、焊料墊、引腳或任何其它導(dǎo)電連接類型。
[0014]切換節(jié)點(diǎn)端子22可包含互連高側(cè)開關(guān)14與低側(cè)開關(guān)16的例如具有寄生電阻的導(dǎo)體(例如，銅)。舉例來(lái)說(shuō)，所述導(dǎo)體可與切換節(jié)點(diǎn)端子22成整體。如本文中所描述，所述寄生電阻包含與切換節(jié)點(diǎn)端子22成整體的導(dǎo)體的寄生電阻且還可包含與切換電路封裝12相關(guān)聯(lián)的其它連接的寄生電阻以及與相關(guān)聯(lián)PCB上的跡線相關(guān)聯(lián)的寄生電阻。作為一實(shí)例，高側(cè)開關(guān)14及低側(cè)開關(guān)16可配置為垂直堆疊金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，例如N溝道功率FET。舉例來(lái)說(shuō)，高側(cè)開關(guān)14可提供于切換電路封裝12中的第一半導(dǎo)體裸片上，且低側(cè)開關(guān)14可提供于切換電路封裝12中的第二半導(dǎo)體裸片上，使得第一及第二裸片可由構(gòu)成切換節(jié)點(diǎn)端子22的導(dǎo)體分離。
[0015]電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)10包含柵極驅(qū)動(dòng)器電路28，柵極驅(qū)動(dòng)器電路28經(jīng)配置以產(chǎn)生基于脈寬調(diào)制(PWM)工作循環(huán)而交替地?cái)嘌缘母邆?cè)切換信號(hào)HS及低側(cè)切換信號(hào)LS。作為一實(shí)例，所述PWM工作循環(huán)可包含高側(cè)切換信號(hào)HS與低側(cè)切換信號(hào)LS的斷言之間的空載時(shí)間。因此，高側(cè)切換信號(hào)HS經(jīng)斷言以激活高側(cè)開關(guān)14，且低側(cè)切換信號(hào)LS經(jīng)斷言以激活低側(cè)開關(guān)16。另外，柵極驅(qū)動(dòng)器電路28從切換電路封裝12接收高側(cè)回路信號(hào)HSR及低側(cè)回路信號(hào)LSR。在圖1的實(shí)例中，高側(cè)回路信號(hào)HSR是從頂部柵極回路端子(TGR) 30提供，且低側(cè)回路信號(hào)LSR是從低電壓軌端子26接收。頂部柵極回路端子30可配置為多種導(dǎo)電連接類型(例如，如先前所描述)中的任一者。高側(cè)回路信號(hào)HSR可因此對(duì)應(yīng)于用于以足以激活高側(cè)開關(guān)14而不損壞高側(cè)開關(guān)14的電壓斷言高側(cè)切換信號(hào)HS的經(jīng)電平移位參考電壓。作為一實(shí)例，頂部柵極回路端子30可相對(duì)于高側(cè)回路信號(hào)HSR配置為開爾文(Kelvin)柵極連接。
[0016]響應(yīng)于高側(cè)開關(guān)14及低側(cè)開關(guān)16的激活(例如，經(jīng)由柵極驅(qū)動(dòng)器電路28)，可在切換節(jié)點(diǎn)端子22處產(chǎn)生切換電壓Vsw。電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)10包含濾波器級(jí)32，濾波器級(jí)32耦合到切換節(jié)點(diǎn)端子22且包含作為L(zhǎng)C濾波器操作的輸出電感器Ltj及輸出電容器Q。切換電壓Vsw可提供流動(dòng)穿過(guò)輸出電感器Ltj的輸出電流I.。舉例來(lái)說(shuō)，響應(yīng)于高側(cè)激活信號(hào)HS而激活高側(cè)開關(guān)14以提供從輸入電壓Vin穿過(guò)切換節(jié)點(diǎn)端子22且穿過(guò)輸出電感器Ltj的輸出電流且響應(yīng)于低側(cè)激活信號(hào)LS而激活低側(cè)開關(guān)14以提供從接地穿過(guò)切換節(jié)點(diǎn)端子22且穿過(guò)輸出電感器Lo的輸出電流1UT。因此,濾波器級(jí)32可充當(dāng)輸出級(jí)以響應(yīng)于輸出電流1tt流動(dòng)穿過(guò)輸出電感器Ltj而在輸出節(jié)點(diǎn)34處提供輸出電壓VQUT。
[0017]電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)10進(jìn)一步包含經(jīng)配置以測(cè)量輸出電流Iqut的量值的電流感測(cè)電路36。作為一實(shí)例，電流感測(cè)電路36可出于多種原因(例如用于輸出電壓Vtot的調(diào)節(jié)及/或用于過(guò)電流保護(hù))而測(cè)量輸出電流1tt的量值。將電流感測(cè)電路36示范為互連頂部柵極回路端子30與輸出節(jié)點(diǎn)34。作為一實(shí)例，電流感測(cè)電路36可包含串聯(lián)連接的感測(cè)電阻器及感測(cè)電容器，使得所述感測(cè)電容器可經(jīng)配置以基于輸出電感器Ltj的DC電阻而對(duì)對(duì)應(yīng)于輸出電流1tjt的量值的電壓進(jìn)行取樣。
[0018]頂部柵極回路端子30可耦合到低側(cè)開關(guān)16的端子(例如，低側(cè)開關(guān)16的漏極)，且可因此經(jīng)由構(gòu)成切換節(jié)點(diǎn)端子22的導(dǎo)體與輸出電感器Ltj分離。因此，電流感測(cè)電路36可基于包括輸出電感器Ltj的DC電阻及切換節(jié)點(diǎn)端子22的導(dǎo)體的寄生電阻的有效電阻而測(cè)量輸出電流1t的量值。作為一實(shí)例，切換節(jié)點(diǎn)端子22的導(dǎo)體的寄生電阻可基于導(dǎo)致輸出電流I.從接地流動(dòng)的對(duì)低側(cè)開關(guān)16的激活且可因此基于高側(cè)激活信號(hào)HS及低側(cè)激活信號(hào)LS的PWM工作循環(huán)。
[0019]基于在輸出電流Itot的測(cè)量中并入切換節(jié)點(diǎn)端子22的寄生電阻，可相對(duì)于現(xiàn)有電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中的典型測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)較大信噪比(SNR)。例如，現(xiàn)有電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)通常通過(guò)將電流感測(cè)電路耦合到相應(yīng)切換節(jié)點(diǎn)端子而測(cè)量輸出電流且因此僅基于相應(yīng)輸出電感器的DC電阻而測(cè)量輸出電流。此外，包括輸出電感器Lq的DC電阻及切換節(jié)點(diǎn)端子22的導(dǎo)體的寄生電阻的有效電阻相對(duì)于切換為穩(wěn)定的且相對(duì)于溫度為可預(yù)測(cè)的(例如，基于可預(yù)測(cè)溫度系數(shù))，使得電流感測(cè)電路36以溫度補(bǔ)償方式實(shí)現(xiàn)輸出電流Itot的測(cè)量。這與典型電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中的電流測(cè)量形成對(duì)比，典型電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)測(cè)量穿過(guò)高側(cè)開關(guān)及低側(cè)開關(guān)中的一者的不連續(xù)電流且因此經(jīng)受基于溫度及/或半導(dǎo)體工藝的開關(guān)接通狀態(tài)電阻(例如，Rdsqn)的變化。
[0020]圖2圖解說(shuō)明電力調(diào)節(jié)器電路50的實(shí)例。電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)50可實(shí)質(zhì)上類似于圖1的實(shí)例中的電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)10而配置。電力調(diào)節(jié)器電路50包含在圖2的實(shí)例中示范為N溝道功率FET的高側(cè)開關(guān)N1及低側(cè)開關(guān)N2。作為一實(shí)例，可在例如類似于圖1的實(shí)例中的切換電路封裝12的經(jīng)包封電路封裝中提供高側(cè)開關(guān)N1及低側(cè)開關(guān)N2。
[0021]高側(cè)開關(guān)N1具有耦合到頂部柵極端子(TG) 52的柵極、耦合到電力端子(PWR) 54的漏極及耦合到切換節(jié)點(diǎn)端子(SW) 56的源極。作為一實(shí)例，頂部柵極端子52可接收高側(cè)切換信號(hào)HS以激活高側(cè)開關(guān)N1，且電力端子54可耦合到輸入電壓(例如，輸入電壓VIN)。低側(cè)開關(guān)N2具有耦合到底部柵極端子(BG) 58的柵極、耦合到頂部柵極回路端子(TGR) 60的漏極及耦合到低電壓軌端子(GND)62的源極。作為一實(shí)例，底部柵極端子58可接收低側(cè)切換信號(hào)(例如，來(lái)自驅(qū)動(dòng)器電路的低側(cè)切換信號(hào)LS)以激活低側(cè)開關(guān)N2，低電壓軌端子62可耦合到低電壓軌(例如，接地)且可為低側(cè)切換信號(hào)提供回路(例如，回路信號(hào)HSR)，且頂部柵極回路端子60可為高側(cè)切換信號(hào)提供回路(例如，回路信號(hào)LSR)。頂部柵極回路端子60可耦合到切換節(jié)點(diǎn)端子56。在一些實(shí)例中，頂部柵極回路端子60可相對(duì)于高側(cè)回路信號(hào)HSR配置為開爾文柵極連接。電力調(diào)節(jié)器電路50還包含濾波器級(jí)64，濾波器級(jí)64包含輸出電感器Ltj及輸出電容器Q。輸出電流1tit流動(dòng)穿過(guò)輸出電感器Ltj以基于高側(cè)開關(guān)N1及低側(cè)開關(guān)N2的激活而在輸出節(jié)點(diǎn)66處產(chǎn)生DC輸出電壓Vqut，類似于如先前在圖1的實(shí)例中所描述。
[0022]在圖2的實(shí)例中，電力調(diào)節(jié)器電路50包含在高側(cè)開關(guān)N1的源極與切換節(jié)點(diǎn)端子56之間的電阻器Rt、在低側(cè)開關(guān)N2的漏極之間的電阻器Rb及在輸出電感器U與切換節(jié)點(diǎn)端子56之間的電阻器RDQi。電阻器Rt及Rb表示與切換節(jié)點(diǎn)端子56成整體的導(dǎo)體的寄生電阻。舉例來(lái)說(shuō)，切換節(jié)點(diǎn)端子56的導(dǎo)體可提供為互連高側(cè)開關(guān)N1與低側(cè)開關(guān)N2,且頂部柵極回路端子60可直接耦合到低側(cè)開關(guān)N2的漏極。電阻器Rlffl可表示輸出電感器Ltj的DC電阻。
[0023]電力調(diào)節(jié)器電路50進(jìn)一步包含電流感測(cè)電路68，電流感測(cè)電路68可為經(jīng)配置以測(cè)量輸出電流1t的量值的電流測(cè)量電路的一部分。電流感測(cè)電路68包含串聯(lián)耦合于頂部柵極回路端子60與輸出節(jié)點(diǎn)66之間的感測(cè)電阻器Rs及感測(cè)電容器Cs。電流感測(cè)電路68可因此經(jīng)配置以基于有效電阻Reff而測(cè)量輸出電流IQUT，有效電阻Reff基于由于低側(cè)開關(guān)N2的激活所致的電阻器Rb的寄生電阻及電阻器Rdck的電阻。由于低側(cè)開關(guān)N2通常基于PWM工作循環(huán)(例如，大約10%工作循環(huán))而傳導(dǎo)達(dá)比高側(cè)開關(guān)N1長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間以實(shí)現(xiàn)電力調(diào)節(jié)器電路50的較高效操作，因此電阻器Rb可為測(cè)量路徑的有效電阻Reff及因此輸出電流Iqut的測(cè)量貢獻(xiàn)顯著量的電阻以提供顯著SNR及信號(hào)振幅。作為一實(shí)例，可如下表達(dá)有效電阻:
[0024]Reff = Rdce+ (1-D) *Rb 方程式 I
[0025]其中:Rdck為輸出電感器Lq的DC電阻；
[0026]D為高側(cè)切換信號(hào)N1的工作循環(huán)；且
[0027]Rb為電阻器Rb的電阻。
[0028]感測(cè)電容器Cs及感測(cè)電阻器Rs可經(jīng)配置以作為RC濾波器操作，所述RC濾波器允許輸出電流1t的時(shí)間平均測(cè)量，而不管低側(cè)開關(guān)N2的周期性激活及因此電阻器Rb對(duì)有效電阻Reff的周期性貢獻(xiàn)如何。作為一實(shí)例，感測(cè)電阻器Rs及感測(cè)電容器Cs可具有與和有效電阻及輸出電感器Ltj相關(guān)聯(lián)的LR時(shí)間常數(shù)實(shí)質(zhì)上匹配的RC時(shí)間常數(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，可如下表達(dá)時(shí)間常數(shù)的匹配:
[0029]L0/Reff = RS*CS方程式 2
[0030]其中:Lq為輸出電感器Lq的電感；
[0031 ] Rs為感測(cè)電阻器的電阻；且
[0032]Cs為感測(cè)電容器的電容。
[0033]響應(yīng)于LR時(shí)間常數(shù)與RC時(shí)間常數(shù)的匹配，感測(cè)電容器Cs可對(duì)對(duì)應(yīng)于輸出電流Iqut的感測(cè)電壓Vsns進(jìn)行取樣。可因此基于感測(cè)電壓Vsns而測(cè)量輸出電流1tit,例如如下:
[0034]1ut = Vsns/Reff方程式 3
[0035]如先前關(guān)于圖1的實(shí)例所描述，基于在輸出電流Itot的測(cè)量中并入切換節(jié)點(diǎn)端子56的寄生電阻Rb，可實(shí)現(xiàn)較大的SNR及信號(hào)振幅而不是僅僅基于輸出電感器Lq的DC電阻Rdce對(duì)1t的測(cè)量。舉例來(lái)說(shuō)，輸出電感器Ltj的DC電阻Rrai可為極低的(例如，約0.2m Ω )。因此，如果電流感測(cè)電路68耦合到切換節(jié)點(diǎn)端子56而非頂部柵極回路端子60 (如在典型電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中所提供)，那么電流感測(cè)電路68將不包含切換節(jié)點(diǎn)端子56的導(dǎo)體的在高側(cè)開關(guān)N1與低側(cè)開關(guān)N2之間提供的部分且因此將不在有效電阻Reff中包含電阻Rb。因此，對(duì)于大約30安的輸出電流1TT，感測(cè)電壓Vsns可僅為大約6mV，其可導(dǎo)致可產(chǎn)生顯著測(cè)量誤差的低SNR。
[0036]另外，由于輸出電流Itot的測(cè)量是基于輸出電流1tit流動(dòng)穿過(guò)可為制造輸出電感器Ltj的相同導(dǎo)體的導(dǎo)體(例如，銅)，因此輸出電流Itot的測(cè)量可實(shí)質(zhì)上經(jīng)溫度補(bǔ)償，使得有效電阻Reff可為實(shí)質(zhì)上穩(wěn)定的且可基于溫度的變化而預(yù)測(cè)。因此，輸出電流I.的測(cè)量可為實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)確的，此與典型電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)相對(duì)，典型電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)基于測(cè)量穿過(guò)高側(cè)開關(guān)及/或低側(cè)開關(guān)的電流而測(cè)量輸出電流，此可展現(xiàn)基于溫度及/或激活時(shí)序的不可預(yù)測(cè)電阻(例如，Rdsm的改變)。此外，可在不對(duì)市售切換電路封裝(例如包含回路端子(例如，頂部柵極回路端子60))進(jìn)行改變的情況下實(shí)施電流感測(cè)電路68相對(duì)于耦合到頂部柵極回路端子60的布置。因此，本文中所揭示的方法實(shí)現(xiàn)以廉價(jià)且高效的方式對(duì)輸出電流Itot的準(zhǔn)確測(cè)量。
[0037]應(yīng)理解，電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)10及電力調(diào)節(jié)器電路50并不打算分別限于圖1及2的實(shí)例。舉例來(lái)說(shuō)，盡管將電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)10及電力調(diào)節(jié)器電路50示范為降壓轉(zhuǎn)換器，但應(yīng)理解，電流感測(cè)技術(shù)以及與電流感測(cè)電路(例如，電流感測(cè)電路36)相關(guān)聯(lián)的連接可適用于其它類型的切換電力調(diào)節(jié)器(隔離及非隔離拓?fù)渥凅w兩者)，例如升壓電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)(例如，其中反轉(zhuǎn)輸出節(jié)點(diǎn)34及輸入電力端子20)。作為另一實(shí)例，高側(cè)開關(guān)N1及低側(cè)開關(guān)N2并不限于實(shí)施為N溝道FET，而是可配置為多種不同類型的開關(guān)中的任一者。作為另一實(shí)例，電流感測(cè)電路68并不限于耦合到頂部柵極回路端子60，而是可代替地耦合到切換電路封裝12的另一部分以提供穿過(guò)與切換節(jié)點(diǎn)端子56成整體的導(dǎo)體的輸出電流Itot的測(cè)量。舉例來(lái)說(shuō)，電流感測(cè)電路68可代替地耦合到例如與低側(cè)開關(guān)N2相關(guān)聯(lián)的單獨(dú)柵極回路端子(例如，針對(duì)不同開關(guān)配置)。作為另一實(shí)例，有效電阻Reff可包含電阻器Rt而非電阻器Rb或除電阻器Rb以外還包含電阻器RT。因此，電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)10及電力調(diào)節(jié)器電路50并不打算分別限于圖1及2的實(shí)例，而是可以多種方式配置。
[0038]圖3圖解說(shuō)明切換電路封裝100的實(shí)例。切換電路封裝100可對(duì)應(yīng)于圖1的實(shí)例中的切換電路封裝12。在圖3的實(shí)例中，將切換電路封裝100示范為垂直堆疊切換電路封裝100。作為一實(shí)例，切換電路封裝100可包含包封切換電路封裝100的除下文所描述的端子之外的實(shí)質(zhì)上全部的外殼(在圖3的實(shí)例中未展示)。
[0039]切換電路封裝100包含包含高側(cè)開關(guān)的高側(cè)裸片102及包含低側(cè)開關(guān)的低側(cè)裸片104。低側(cè)裸片104布置于對(duì)應(yīng)于低電壓軌端子26的接地平面106上方。在圖3的實(shí)例中，切換電路封裝100還包含可經(jīng)配置以耦合到輸入電壓(例如，輸入電壓Vin)且經(jīng)由導(dǎo)體109耦合到與高側(cè)裸片102相關(guān)聯(lián)的高側(cè)開關(guān)的漏極的兩個(gè)電力端子108。切換電路封裝100還包含可經(jīng)配置以接收高側(cè)切換信號(hào)HS且經(jīng)由導(dǎo)體111耦合到與高側(cè)裸片102相關(guān)聯(lián)的高側(cè)開關(guān)的柵極的頂部柵極端子110。切換電路封裝100還包含可經(jīng)配置以提供高側(cè)回路信號(hào)HSR且經(jīng)由導(dǎo)體113耦合到與低側(cè)裸片104相關(guān)聯(lián)的低側(cè)開關(guān)的漏極的頂部柵極回路端子112。切換電路封裝100進(jìn)一步包含可經(jīng)配置以接收低側(cè)切換信號(hào)LS且經(jīng)由導(dǎo)體115耦合到與低側(cè)裸片104相關(guān)聯(lián)的低側(cè)開關(guān)的柵極的底部柵極端子114及可經(jīng)配置以與濾波器級(jí)(例如，濾波器級(jí)32)耦合的三個(gè)切換節(jié)點(diǎn)端子116。將切換節(jié)點(diǎn)端子116示范為與互連高側(cè)裸片102與低側(cè)裸片104 (例如，互連高側(cè)開關(guān)的源極與低側(cè)開關(guān)的漏極)的導(dǎo)體118成整體。
[0040]類似于如先前所描述，電流感測(cè)電路可耦合到頂部柵極回路端子112及輸出節(jié)點(diǎn)(例如，輸出節(jié)點(diǎn)34)。因此，所述電流感測(cè)電路可經(jīng)配置以基于相關(guān)聯(lián)輸出電感器的DC電阻及互連高側(cè)裸片102與低側(cè)裸片104的導(dǎo)體118的寄生電阻的有效電阻而測(cè)量輸出電流的量值。因此，電流感測(cè)電路可提供具有比典型電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中的電流感測(cè)電路(例如耦合到切換節(jié)點(diǎn)端子116且因此僅基于輸出電感器的DC電阻而測(cè)量輸出電流)高的SNR及高的振幅的感測(cè)電壓(例如，感測(cè)電壓Vsns)。
[0041]鑒于上文所描述的前述結(jié)構(gòu)及功能特征，參考圖4將更好地了解某些方法。應(yīng)理解及了解，在其它實(shí)施例中，所圖解說(shuō)明的動(dòng)作可以不同次序發(fā)生及/或與其它動(dòng)作同時(shí)發(fā)生。此外，實(shí)施方法可能并不需要所有所圖解說(shuō)明的特征。
[0042]圖4圖解說(shuō)明用于組裝切換電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的方法150的實(shí)例。在152處，將高側(cè)切換信號(hào)導(dǎo)體(例如，在其上提供高側(cè)切換信號(hào)HS及高側(cè)回路信號(hào)HSR)耦合到切換電路封裝(例如，切換電路封裝12)的頂部柵極端子(例如，頂部柵極端子18)及頂部柵極回路端子(例如，頂部柵極回路端子30)。在154處，將低側(cè)切換信號(hào)導(dǎo)體(例如，在其上提供低側(cè)切換信號(hào)LS)耦合到切換電路封裝的底部柵極端子(例如，底部柵極端子24)。在156處，將濾波器級(jí)(例如，濾波器級(jí)32)耦合到切換電路封裝的切換節(jié)點(diǎn)端子(例如，切換節(jié)點(diǎn)端子22)。所述濾波器級(jí)可包含互連切換節(jié)點(diǎn)端子與輸出節(jié)點(diǎn)(例如，輸出節(jié)點(diǎn)34)的輸出電感器(例如，輸出電感器L。)，基于穿過(guò)輸出電感器的輸出電流(例如，輸出電流Iqut)而在所述輸出節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生輸出電壓(例如，輸出電壓U。在158處，將電流感測(cè)電路(例如，電流感測(cè)電路36)耦合到切換電路封裝的頂部柵極回路端子及輸出節(jié)點(diǎn)。所述電流感測(cè)電路可經(jīng)配置以測(cè)量輸出電流的量值。
[0043]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，在所主張發(fā)明的范圍內(nèi)，可對(duì)所描述的實(shí)施例做出修改，且許多其它實(shí)施例也為可能的。
【權(quán)利要求】
1.一種電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)，其包括: 柵極驅(qū)動(dòng)器電路，其經(jīng)配置以產(chǎn)生切換信號(hào)； 切換電路封裝，其經(jīng)配置以在柵極端子處接收所述切換信號(hào)且在柵極回路端子處提供與所述切換信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信號(hào)回路，所述切換電路封裝包括響應(yīng)于所述切換信號(hào)而周期性地激活以在切換節(jié)點(diǎn)端子處產(chǎn)生切換電壓的開關(guān)； 濾波器級(jí)，其包括互連所述切換節(jié)點(diǎn)端子與另一節(jié)點(diǎn)的電感器，所述電感器經(jīng)配置以響應(yīng)于所述切換電壓而傳導(dǎo)電流以產(chǎn)生輸出電壓；及 電流感測(cè)電路，其互連所述柵極回路端子與所述另一節(jié)點(diǎn)且經(jīng)配置以測(cè)量所述電流的量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述切換信號(hào)配置為提供到底部柵極端子的低側(cè)切換信號(hào)，且其中所述柵極回路端子配置為頂部柵極回路端子以提供與提供到頂部柵極端子的高側(cè)切換信號(hào)相關(guān)聯(lián)的高側(cè)回路信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述電流感測(cè)電路經(jīng)配置以基于表達(dá)為下式的有效電阻Reff而測(cè)量所述電流的所述量值:
Reff = RDCR+Q_D)*Rb 其中=Rdck為所述電感器的DC電阻； D為所述高側(cè)切換信號(hào)的工作循環(huán)；且 Rb為互連所述頂部柵極回路端子與所述切換節(jié)點(diǎn)端子的導(dǎo)體的寄生電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述柵極回路端子相對(duì)于所述開關(guān)配置為開爾文柵極連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述切換電路封裝包括與高側(cè)開關(guān)相關(guān)聯(lián)的高側(cè)裸片及與配置為低側(cè)開關(guān)的所述開關(guān)相關(guān)聯(lián)的低側(cè)裸片，所述高側(cè)裸片及所述低側(cè)裸片由與所述切換節(jié)點(diǎn)端子成整體的導(dǎo)體互連，所述導(dǎo)體具有寄生電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述柵極回路端子配置為頂部柵極回路端子以提供高側(cè)回路信號(hào)，所述頂部柵極端子在所述低側(cè)開關(guān)的第一端子處耦合到所述低側(cè)裸片，所述第一端子經(jīng)由所述導(dǎo)體耦合到所述切換節(jié)點(diǎn)端子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述低側(cè)開關(guān)的所述第一端子經(jīng)由互連所述柵極回路端子與所述切換節(jié)點(diǎn)端子的所述導(dǎo)體電耦合到所述高側(cè)開關(guān)的第一端子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述低側(cè)開關(guān)的所述第一端子對(duì)應(yīng)于所述低側(cè)開關(guān)的漏極，且其中所述高側(cè)開關(guān)的所述第一端子對(duì)應(yīng)于所述高側(cè)開關(guān)的源極。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)配置為低側(cè)開關(guān)，其中所述切換電路封裝配置為包括高側(cè)開關(guān)及所述低側(cè)開關(guān)的經(jīng)包封電路封裝，且其中所述高側(cè)開關(guān)及所述低側(cè)開關(guān)配置為垂直堆疊金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述柵極回路端子及所述切換節(jié)點(diǎn)端子經(jīng)由互連所述柵極回路端子與所述切換節(jié)點(diǎn)端子的導(dǎo)體電耦合，所述導(dǎo)體具有寄生電阻值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述電流感測(cè)電路包括感測(cè)電阻器及感測(cè)電容器，所述感測(cè)電阻器及所述感測(cè)電容器的RC時(shí)間常數(shù)與包括所述電感器的電感及有效組合電阻的LR時(shí)間常數(shù)實(shí)質(zhì)上匹配，所述有效組合電阻包括所述電感器的DC電阻及所述導(dǎo)體的所述寄生電阻值。
12.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的印刷電路板PCB。
13.一種用于切換電力調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的方法，所述方法包括: 將高側(cè)切換信號(hào)導(dǎo)體耦合到切換電路封裝的頂部柵極端子及頂部柵極回路端子； 將低側(cè)切換信號(hào)導(dǎo)體耦合到所述切換電路封裝的底部柵極端子； 將輸出級(jí)耦合到所述切換電路封裝的切換節(jié)點(diǎn)端子，所述輸出級(jí)包括互連所述切換節(jié)點(diǎn)端子與輸出節(jié)點(diǎn)的輸出電感器，基于穿過(guò)所述輸出電感器的輸出電流而在所述輸出節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生輸出電壓；及 將電流感測(cè)電路耦合到所述切換電路封裝的所述頂部柵極回路端子及所述輸出節(jié)點(diǎn)，所述電流感測(cè)電路經(jīng)配置以測(cè)量所述輸出電流的量值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述電流感測(cè)電路包括感測(cè)電阻器及感測(cè)電容器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包括使所述感測(cè)電阻器及所述感測(cè)電容器的RC時(shí)間常數(shù)與包括所述輸出電感器的電感及有效組合電阻的LR時(shí)間常數(shù)匹配，所述有效組合電阻包括所述輸出電感器的DC電阻及分離所述切換節(jié)點(diǎn)端子與所述頂部柵極回路端子的導(dǎo)體的寄生電阻。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述切換電路封裝配置為包括高側(cè)開關(guān)及低側(cè)開關(guān)的經(jīng)包封電路封裝，且其中所述高側(cè)開關(guān)及所述低側(cè)開關(guān)配置為垂直堆疊金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述切換電路封裝包括由與所述切換節(jié)點(diǎn)端子成整體的導(dǎo)體互連的高側(cè)裸片及低側(cè)裸片，所述導(dǎo)體具有寄生電阻值。
18.一種印刷電路板PCB，其包括: 柵極驅(qū)動(dòng)器電路，其經(jīng)配置以產(chǎn)生高側(cè)切換信號(hào)及低側(cè)切換信號(hào)； 切換電路封裝，其經(jīng)配置以在底部柵極端子處接收所述低側(cè)切換信號(hào)并在頂部柵極端子處接收所述高側(cè)切換信號(hào)且在頂部柵極回路端子處提供與所述高側(cè)切換信號(hào)相關(guān)聯(lián)的高側(cè)信號(hào)回路，所述切換電路封裝包括分別響應(yīng)于所述高側(cè)切換信號(hào)及所述低側(cè)切換信號(hào)而交替地激活以在切換節(jié)點(diǎn)端子處產(chǎn)生切換電壓的高側(cè)開關(guān)及低側(cè)開關(guān)，所述頂部柵極回路端子耦合到具有寄生電阻且與所述切換節(jié)點(diǎn)端子成整體的導(dǎo)體； 輸出級(jí)，其包括輸出電感器，所述輸出電感器經(jīng)配置以響應(yīng)于所述切換電壓而傳導(dǎo)輸出電流以在輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生輸出電壓；及 電流感測(cè)電路，其互連所述頂部柵極回路端子與所述輸出節(jié)點(diǎn)且經(jīng)配置以基于包括所述輸出電感器的DC電阻及所述寄生電阻的有效電阻而測(cè)量所述輸出電流的量值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述切換電路封裝包括由所述導(dǎo)體互連的高側(cè)裸片及低側(cè)裸片。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述切換電路封裝配置為經(jīng)包封電路封裝，且其中所述高側(cè)開關(guān)及所述低側(cè)開關(guān)配置為垂直堆疊金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFETo
【文檔編號(hào)】G05F3/02GK104412194SQ201380035154
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月24日
【發(fā)明者】蒂莫西·詹姆斯·赫加蒂 申請(qǐng)人:德州儀器公司