專利名稱：電流控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電流控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
圖1描述了一種傳統(tǒng)的電流控制系統(tǒng)100。如圖1所示，直流/直流(direct current to direct current，簡稱為DC/DC)轉(zhuǎn)換器102將輸入功率122轉(zhuǎn)換為用于給電 池組120充電的充電電流111(1。電流傳感器104感測充電電流Illtl并且產(chǎn)生正比于充電電 流Illtl的感測電壓V118。更具體地說，電流傳感器104包括連接在DC/DC轉(zhuǎn)換器102和電池組120之間的 感測電阻器110。充電電流Illtl流經(jīng)感測電阻器110，因此感測電阻器110上的電SVlltl由 下式給出V11Q = I110 R11Q，其中Rlltl表示感測電阻器110的電阻值。電流傳感器104中的 運算放大器112包括連接至感測電阻器110—端的第一輸入端124，以及經(jīng)由電阻器114連 接至感測電阻器110另一端的第二輸入端126。由于第一輸入端124和第二輸入端126上 的電壓電平基本相等，電阻器114上的電壓V114與感測電阻器110上的電壓Vlltl基本相等， 即V114 = V110 = I110女R1100此外，運算放大器112的輸出信號128可導(dǎo)通連接至第二輸入 端126并且經(jīng)由電阻器118連接至地的開關(guān)116。因此，流經(jīng)電阻器114和118的電流I114 由下式給出I114 = V114/R114 = I110 * R11Q/R114，其中R114表示感測電阻器114的電阻值。電 阻器118上的感測電壓V118因而由下式給出V118 = I114 * R118 = I110 * R118 * R11(1/R114，其 中R118表示感測電阻器118的電阻值。結(jié)果感測電壓V118正比于充電電流111(1。DC/DC轉(zhuǎn)換器102接收感測電壓V118并且 根據(jù)感測電壓V118將充電電流Illtl調(diào)節(jié)至期望值。然而，感測電阻器110的成本相對比較 高。此外，運算放大器112的功率損耗相對比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種電流控制系統(tǒng)及方法，其能夠省去傳統(tǒng)技 術(shù)中的感測電阻器，從而降低了電流控制系統(tǒng)的成本，其還能夠降低電流控制系統(tǒng)的功耗。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電流控制系統(tǒng)，其至少包括第一開關(guān)；與 所述第一開關(guān)并聯(lián)的第二開關(guān)，用于提供指示流經(jīng)所述第一開關(guān)的第一電流的反饋信號， 其中所述反饋信號由所述第一開關(guān)的寬長比和所述第二開關(guān)的寬長比決定；以及與所述第 一開關(guān)和第二開關(guān)連接的控制器，用于根據(jù)所述反饋信號調(diào)節(jié)所述第一電流。本發(fā)明還提供了一種電流控制方法，其至少包括第一開關(guān)傳輸?shù)谝浑娏?；與所述 第一開關(guān)并聯(lián)的第二開關(guān)提供指示所述第一電流的反饋信號；根據(jù)所述反饋信號調(diào)節(jié)所述 第一電流，其中所述第一開關(guān)一端的電壓電平和所述第二開關(guān)一端的電壓電平基本相等。本發(fā)明還提供了一種電流控制系統(tǒng)，其至少包括第一開關(guān)，用于根據(jù)第一感測信 號和第二感測信號調(diào)節(jié)流經(jīng)所述第一開關(guān)的電流，其中當所述電流流向第一方向時，所述 第一感測信號指示所述電流，并且當所述電流流向第二方向時，所述第二感測信號指示所述電流；連接至所述第一開關(guān)的第一端和第二端的第二開關(guān)，用于提供所述第一感測信號； 以及連接至所述第一開關(guān)的第一端和第三端的第三開關(guān)，用于提供所述第二感測信號。與現(xiàn)有技相比，本發(fā)明的電流控制系統(tǒng)及方法通過利用開關(guān)特性來感測被控電流 (如所述第一電流)，產(chǎn)生指示被控電流的反饋信號，并且根據(jù)所述反饋信號調(diào)節(jié)所述被 控電流。以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的說明，以使本發(fā)明的 特性和優(yōu)點更為明顯。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種電流控制系統(tǒng)；圖2A為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電流控制系統(tǒng)的示例性方框圖；圖2B為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電流控制系統(tǒng)的示例性電路圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的被控電流和反饋信號的示例性波形圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電流控制系統(tǒng)的示例性方法流程圖；以及圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電流傳感器的示例性電路圖。
具體實施例方式以下將對本發(fā)明的實施例給出詳細的說明。雖然本發(fā)明將結(jié)合實施例進行闡述， 但應(yīng)理解這并非意指將本發(fā)明限定于這些實施例。相反，本發(fā)明意在涵蓋由后附權(quán)利要求 項所界定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)所定義的各種可選項，可修改項和等同項。此外，在以下對本發(fā)明的詳細描述中，為了提供一個針對本發(fā)明的完全的理解，闡 明了大量的具體細節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以 實施。在另外的一些實例中，對于大家熟知的方案、流程、元件和電路未作詳細描述，以便于 凸顯本發(fā)明之主旨。本發(fā)明提供了一種電流控制系統(tǒng)(如一種DC/DC轉(zhuǎn)換器)。所述電流控制系統(tǒng)控 制相互串聯(lián)的高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)。與所述高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)連接的電感器用于將充電 電流傳輸給電池組，或者將供給電流傳輸給負載。電流傳感器(例如鏡像電流源)通過感 測流經(jīng)所述高側(cè)開關(guān)或低側(cè)開關(guān)的電流提供指示所述充電電流或者供給電流的反饋信號。 因此，所述電流控制系統(tǒng)可根據(jù)所述反饋信號交替地導(dǎo)通所述高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)，從而 調(diào)節(jié)所述充電電流或者供給電流至期望值。圖2A為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電流控制系統(tǒng)200的示例性方框圖。在電流 控制系統(tǒng)200的一個實施例中，控制器202根據(jù)電流傳感器204提供的反饋信號220控制 高側(cè)開關(guān)，如第一開關(guān)206，從而調(diào)節(jié)流經(jīng)第一開關(guān)206的第一電流12(16。電流傳感器204 包括與第一開關(guān)206并聯(lián)的第二開關(guān)226，用于提供反饋信號220。反饋信號220指示第一 電幺丨L·工2060更具體地說，第一開關(guān)206可以是但不限于一種金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (metal oxide semiconductor field effect transistor,簡禾爾為 MOS 管)。第一開關(guān) 206 的柵電壓、源電壓和漏電壓分別為Ve2tl6、Vs2tl6和Vd2ci6。所以，柵電壓Ve2tl6、源電壓Vs2tl6和漏電 壓V_6決定第一電流12(16。此外，第二開關(guān)226可以是但不限于一種MOS管。第二開關(guān)226的柵電壓、源電壓和漏電壓分別為Ve226、Vs226和VD226。在本實施例中，反饋信號220是流經(jīng) 第二開關(guān)226的第二電流1226。柵電壓Ve226、源電壓Vs226和漏電壓Vd226決定第二電流1226。 本實施例中的第二電流I226正比于第一電流I2tl6，所以與第一開關(guān)206和第二開關(guān)226連接 的控制器202可根據(jù)第二電流I226控制第一電流12(16。如圖2A所示，第一開關(guān)206和第二開關(guān)226的柵極連接至相同端，例如控制器 202的驅(qū)動端。第一開關(guān)206和第二開關(guān)226的漏極連接至相同端，例如電源供給端240。 此外，控制器202將第一開關(guān)206源極上的電壓電平和第二開關(guān)226源極上電壓電平調(diào)節(jié) 至基本相等。換句話說，第一開關(guān)206和第二開關(guān)226有基本相同的柵電壓、漏電壓和源電 壓。此處所述的“基本相等/基本相同”指的是兩個電壓之間允許存在差距，只要所述差距 相對比較小并且可被忽略不計。因此，第一開關(guān)206的寬長比W/L和第二開關(guān)226的寬長KW1A1決定反饋信號 226(如第二電流1226)。舉例說明，第二電流I226正比于第一電流I2tl6,并且第二電流I226與 第一電流I2tl6之比等于寬長KW1A1與寬長比W/L之比，即1226/1206 = (W1A1)/(W/L)。那 么，可以適當?shù)剡x擇開關(guān)206和226使得寬長比W1Zl1與寬長比W/L之比相對較小，例如 (W1A1)/(W/L) = 1/1000。有利的是，第二電流I226可以相對比較小，例如I226 = I2Q6/1000， 從而減小電流控制系統(tǒng)200的功耗。在另一個實施例中，第二電流I226流經(jīng)一個電阻器(未顯示在圖2A中)，使得所述 電阻器上的電壓Vks正比于第一電流I2tl6并且可作為反饋信號使用。在另一個實施例中，第 二電流I226流經(jīng)相互并聯(lián)的電阻器和電容器(未顯示在圖2A中)，并且所述相互并聯(lián)的電 阻器和電容器上的電壓Vkc正比于第一電流I2tl6的平均值Iav2ci6，電壓Vk也可作為反饋信號 使用。在圖2A的實施例中，電流控制系統(tǒng)200還包括與高側(cè)開關(guān)(如第一開關(guān)206)串 聯(lián)的低側(cè)開關(guān)(如驅(qū)動開關(guān)208)。控制器202根據(jù)反饋信號220交替地導(dǎo)通高側(cè)開關(guān)(第 一開關(guān)206)和低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208)，從而控制第一電流12(16。舉例說明，控制器202包 括脈沖信號發(fā)生器(未顯示在圖2A中)，用于產(chǎn)生脈寬調(diào)制(pulse-width modulation，簡 稱PWM)信號210和212，以分別控制第一開關(guān)206和驅(qū)動開關(guān)208。所述脈沖信號發(fā)生器 還根據(jù)反饋信號220調(diào)節(jié)PWM信號210和212的占空比。此外，高側(cè)開關(guān)(第一開關(guān)206)和低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208)與經(jīng)由電容器218連 接至地的電感器230連接?？刂破?02根據(jù)反饋信號220交替地導(dǎo)通高側(cè)開關(guān)(第一開關(guān) 206)和低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208)，從而控制流經(jīng)電感器230的電流I23Q。舉例說明，當PWM 信號210導(dǎo)通高側(cè)開關(guān)(第一開關(guān)206)時，PWM信號212截止低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208)， 電流I23。增加。同時，PWM信號210導(dǎo)通第二開關(guān)226，第二電流I226正比于電流123(1。當高 側(cè)開關(guān)(第一開關(guān)206)截止時，低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208)導(dǎo)通，電流I23tl減小。同時，第 二開關(guān)226截止，第二電流I226基本為零?？刂破?02根據(jù)反饋信號220控制(如導(dǎo)通或 截止)高側(cè)開關(guān)(第一開關(guān)206)和低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208)。在一個實施例中，電流123。 用于給連接至端216的電池組充電。在另一個實施例中，電流I㈣用于給連接至端216的 負載供電。有利的是，圖1中的感測電阻器110和運算放大器112被省去了，從而節(jié)省成本和 減少功耗。此外，第二電流I226可以相對比較小，如1226 = I2Q6/1000，從而進一步減少功耗。
圖2B為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電流控制系統(tǒng)200’的示例性電路圖。在圖 2A和圖2B中標記相同的元件具有相似的功能。在圖2B所示的實施例中，電流傳感器264 包括第二開關(guān)226_1和第三開關(guān)226_2。第二開關(guān)226_1和第三開關(guān)226_2均與第一開關(guān) 206并聯(lián)。第二開關(guān)226_1提供經(jīng)由電阻器228流到地的反饋電流I226」。第三開關(guān)226_2 提供經(jīng)由相互并聯(lián)的電阻器250和電容器252流到地的反饋電流I226 2。當?shù)谝婚_關(guān)206導(dǎo) 通且驅(qū)動開關(guān)208截止時，第二開關(guān)226_1和第三開關(guān)226_2導(dǎo)通，使得反饋電流I226 1和 1226_2正比于流經(jīng)電感器230的電流123(1。當?shù)谝婚_關(guān)206截止且驅(qū)動開關(guān)208導(dǎo)通時，第 二開關(guān)226_1和第三開關(guān)226_2截止，則反饋電流I226 1和I226 2基本為零。如圖2B所示的實施例中，流經(jīng)第三開關(guān)226_2的反饋電流I226 2包括流經(jīng)電容器 252的交流部分I252和流經(jīng)電阻器250的基本直流部分(例如反饋電流I25tl)。反饋電流 I250的值等于反饋電流I226—2的平均值IAV226—2，即指示第一電流12(16。所以電阻器250上的反 饋電壓V25tl由下式給出V25Q = I250 * R25O = IAV226_2 * R25C1，其中R25。表示電阻器250的電阻 值。由于反饋電流I226—2的平均值IAV226—2正比于第一電流I2tl6的平均值Iav2ci6，反饋電壓V25tl 的值正比于第一電流I2tl6的平均值IAV2Q6?？刂破?02包括連接至第三開關(guān)226_2的運算跨導(dǎo)放大器(operational transconductance amplifier，簡稱為 OTA) 246。OTA 246 接收預(yù)設(shè)電平 Vkefi 和反饋電壓 V25tl的電平，并且根據(jù)預(yù)設(shè)電平Vkefi和反饋電壓V25tl的電平之差產(chǎn)生輸出電流244。OTA 246 的輸出電流244正比于預(yù)設(shè)電平Vkefi和反饋電壓V25tl的電平之差。 輸出電流244可以流入電容器242或者從電容器242流出。更具體地說，當反饋電 壓V25tl的電平低于預(yù)設(shè)電平Vkefi時，輸出電流244流入電容器242以對電容器242充電，使 得電容器242上的參考電壓Vkef2增加。當反饋電壓V25tl的電平高于預(yù)設(shè)電平Vkefi時，輸出 電流244從電容器242流出以對電容器242放電，使得電容器242上的參考電壓Vkef2減少。 當反饋電壓V250的電平等于預(yù)設(shè)電平Vkefi時，輸出電流244為零并且參考電壓Vkef2維持在 特定電平^。預(yù)設(shè)電平Vkefi決定特定電平VSP。舉例說明，特定電平Vsp隨預(yù)設(shè)電平Vkefi增 加而增加，減小而減小。結(jié)果，OTA 246根據(jù)預(yù)設(shè)值(例如:VEEF1/R250)和反饋電流I250的值 之差產(chǎn)生參考信號(如電容器242上的參考電壓Vkef2)。如上所述，反饋電流I2261流經(jīng)電阻器228，因此電阻器228上的反饋電壓V228由下 式給出=V228 = I226 1女R228，其中R228表示電阻器228的電阻值。反饋電壓V228正比于第一電 流I2Q6?？刂破?02還包括比較器238。比較器238用于將反饋信號(如反饋電流I226 1) 和參考信號比較，并且根據(jù)所述比較產(chǎn)生控制信號248以控制第一開關(guān)206。比如說，比較 器238將反饋電壓V228和參考電壓Vkef2比較。更具體地說，控制信號248控制PWM信號發(fā)生器234產(chǎn)生PWM信號214。此外，時 鐘發(fā)生器236產(chǎn)生的時鐘信號222也控制PWM信號發(fā)生器234。開關(guān)驅(qū)動器232接收PWM 信號214并且產(chǎn)生一對互補的PWM信號210和212，以分別控制高側(cè)開關(guān)(第一開關(guān)206) 和低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208)。利用比較器238和時鐘發(fā)生器236，控制器202交替地導(dǎo)通 高側(cè)開關(guān)(第一開關(guān)206)和低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208)，以調(diào)節(jié)電流123(|。因此，如圖3中 的方框302所示，電流I23tl的波形為鋸齒波形。此外，參考電壓Vkef2隨反饋電壓V25tl的電平 和預(yù)設(shè)電平Vkefi之差而變化，因而決定電流123(1。結(jié)果，可根據(jù)預(yù)設(shè)電平Vkefi、反饋電壓V25tl 和反饋電壓V228調(diào)節(jié)電流I23tl。
舉例說明，當控制信號248為邏輯高電平(簡稱高電平)并且時鐘信號222為邏 輯低電平(簡稱低電平)時，PWM信號214為低電平。那么，PWM信號210為低電平以截止 高側(cè)開關(guān)(第一開關(guān)206)，并且PWM信號212為高電平以導(dǎo)通低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208)。 電流I23tl因此而減小。當控制信號248為低電平并且時鐘信號222為高電平時，PWM信號 214為高電平。那么，PWM信號210為高電平以導(dǎo)通高側(cè)開關(guān)(第一開關(guān)206)，并且PWM信 號212為低電平以截止低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208)。電流I23tl因此而增加。當控制信號248 和時鐘信號222均為低電平時，PWM信號214邏輯電平不變，并且高側(cè)開關(guān)(第一開關(guān)206) 和低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208)的狀態(tài)不變。時鐘信號222有預(yù)設(shè)時鐘周期T222和預(yù)設(shè)占空 比D248?？梢赃m當?shù)卦O(shè)置預(yù)設(shè)時鐘周期T222和預(yù)設(shè)占空比D248，使得控制信號248和時鐘信 號222不會出現(xiàn)同時為高電平的情況。舉例說明，在時鐘信號222的一個時鐘周期T222開始時，時鐘信號222為高電平并 且控制信號248為低電平，使得電流I23tl和反饋電壓V228增加。在一定的時間間隔之后，時 鐘信號222變?yōu)榈碗娖?。在時鐘信號222和控制信號248均為低電平期間，反饋電壓V228 仍在增加。可以適當?shù)卦O(shè)置時鐘周期T222，使得反饋電壓V228在時鐘周期T222結(jié)束之前增加 至參考電壓Vkef2。當反饋電壓V228增加至參考電壓Vkef2時，控制信號248變?yōu)楦唠娖剑娏?I23tl因而減小。同時，第二開關(guān)226_1截止，反饋電壓V228因而為零。因此，控制信號248再 次為低電平。在時鐘信號222和控制信號248均為低電平期間，電流I23tl仍在減小?？梢?適當?shù)卦O(shè)置時鐘周期T222，使得電流I23tl在時鐘周期T222結(jié)束之前不會減小至零。當時鐘周 期T222結(jié)束時，時鐘信號222再次為高電平，使得電流I23tl增加。當操作開始時，電流I23tl和反饋電流I2tl6均為零。因此，反饋電壓V25tl為零并且低 于預(yù)設(shè)電平VKEF1。OTA 246產(chǎn)生輸出電流244以對電容器242充電，從而增加參考電壓VKEF2。 通過將反饋電壓V228和參考電壓Vkef2比較，控制器202調(diào)節(jié)反饋電壓V228的最大值隨參考電 壓Vkef2增加而增加。因此，電流I23tl的平均值Iav23ci隨參考電壓Vkef2增加而增加。反饋電流 I250亦隨參考電壓Vkef2增加而增加。當反饋電流I25tl增加至預(yù)設(shè)值VKEF1/R25(1時，比如說，當 反饋電壓V25tl增加至預(yù)設(shè)電平Vkefi時，輸出電流244為零并且參考電壓Vkef2維持在特定電 平VSP。此外，如果反饋電壓V25tl的電平高于預(yù)設(shè)電平VKEF1，電容器242釋放輸出電流244，以 減小參考電壓VKEF2。反饋電壓V25tl因此而減小。結(jié)果，反饋電流I25tl可維持在預(yù)設(shè)值Vkefi/ R25q,并且(如圖3中的方框302所示)平均電流Iav23ci可維持在電流值ICT。有利的是，預(yù)設(shè)電平Vkefi是可控的，并且決定電流值Ict。結(jié)果，可通過控制預(yù)設(shè)電 平Vkefi將電流I23tl的平均值Iav23ci調(diào)節(jié)至期望值。此外，當電流控制系統(tǒng)200’進入正常操 作時，例如當反饋電壓V25tl等于預(yù)設(shè)電平Vkefi時，OTA 246的輸出電流244為零，從而減小 電流控制系統(tǒng)200’的功耗。在圖2A和圖2B的實施例中，電流控制系統(tǒng)200和200’根據(jù)指示流經(jīng)高側(cè)開關(guān) (第一開關(guān)206)的第一電流I2tl6的反饋信號調(diào)節(jié)電流123(|。在另一個實施例中，電流控制 系統(tǒng)200和200’以類似的方式根據(jù)指示流經(jīng)低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208)的電流I2tl8的反饋 信號(未顯示在圖2A和圖2B中)調(diào)節(jié)電流123(1。在這樣的實施例中，電流控制系統(tǒng)200和 200’還包括與電流傳感器264有類似功能以及/或者結(jié)構(gòu)的一個獨立的電流傳感器(未顯 示在圖2A和圖2B中)，用于產(chǎn)生指示電流I2tl8的反饋信號。圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電流I23tl、反饋電壓V228、反饋電流I2262和反饋電流I25tl的示例性波形圖。以下將結(jié)合圖2A和圖2B對圖3進行描述。由于控制器202交替地導(dǎo)通高側(cè)開關(guān)(第一開關(guān)206)和低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208) 以調(diào)節(jié)電流I23。，如方框302所示，電流I23tl的波形為鋸齒波形。如上面對圖2B的描述，當 高側(cè)開關(guān)(第一開關(guān)206)導(dǎo)通和低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208)截止時，反饋電流I226 1和反饋 電流I226—2正比于電流I23Q。當高側(cè)開關(guān)(第一開關(guān)206)截止和低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208) 導(dǎo)通時，反饋電流I22fu和反饋電流1226—2基本為零。因此，如方框304所示，當高側(cè)開關(guān)(第 一開關(guān)206)導(dǎo)通和低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208)截止時，反饋電壓V228依照電流I23tl而變化。 此外，如方框306所示，當高側(cè)開關(guān)(第一開關(guān)206)導(dǎo)通和低側(cè)開關(guān)(驅(qū)動開關(guān)208)截止 時，反饋電流I226—2依照電流I23tl而變化。如方框304和306所示，當反饋電流I25tl小于預(yù)設(shè)值VKEF1/R25(1時，參考電壓Vkef2增 加。當反饋電流I25tl增加至預(yù)設(shè)值VKEF1/R25(1時，參考電壓Vkef2維持在特定值VSP。此外，反 饋電壓V228的最大值隨參考電壓Vkef2增加而增加。結(jié)果，電流I23tl的平均值Iav23ci隨參考電 壓Vkef2增加而增加。如方框302和306所示，電流I23tl的平均值Iav23ci正比于反饋電流125(1。當反饋電 流125。調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)值VKEF1/R25(1時，電流I23tl的平均值Iav23ci等于電流值ICT。圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電流控制系統(tǒng)200/200’的示例性方法流程圖 400。以下將結(jié)合圖2A和圖2B對圖4進行描述。在步驟402中，第一開關(guān)206傳輸?shù)谝浑娏?2(16。在步驟404中，與第一開關(guān)206 并聯(lián)的第二開關(guān)226提供指示第一電流I2tl6的反饋信號220 (例如第二電流I226)。同理， 第二開關(guān)226_1提供反饋電流I226」和反饋電壓V228，第三開關(guān)226_2提供反饋電流I226 2和 反饋電壓V25tl。在步驟406中，控制器202根據(jù)反饋信號調(diào)節(jié)第一電流12(16。更具體地說，OTA 246 接收預(yù)設(shè)電平Vkefi和反饋電壓V25tl的電平，并且根據(jù)預(yù)設(shè)電平Vkefi和反饋電壓V25tl的電平 之差產(chǎn)生輸出電流244。輸出電流244用于增加/減小電容器242上的參考電壓VKEF2。比 較器238將反饋電壓V228和參考電壓Vkef2比較，并且根據(jù)所述比較控制第一開關(guān)206，以調(diào) 節(jié)第一電流I2Q6。圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的與第一開關(guān)206連接的電流傳感器504的示例 性電路圖。在圖2A、圖2B和圖5中標記相同的元件具有相似的功能。以下將結(jié)合圖2A和 圖2B對圖5進行描述。如圖5所示，連接至電源供給端240的第一開關(guān)206根據(jù)第一感測信號和第二感 測信號調(diào)節(jié)第一電流12(16。連接至第一開關(guān)206的電流傳感器504用于感測第一電流I2Q6。 本實施例中的電流傳感器504包括第二開關(guān)522和第三開關(guān)532。第二開關(guān)522可以是但 不限于一種MOS管。第三開關(guān)532可以是但不限于一種MOS管。第二開關(guān)522與第一開關(guān)206的第一端(如柵極)和第二端540_1 (如漏極) 連接。第二開關(guān)522用于提供第一感測信號(如流經(jīng)第二開關(guān)522的第一感測電流I522)。 當?shù)谝浑娏鱅2tl6流向第一方向(例如從端5401到端5302)時，第一感測信號(如第一 感測電流I522)指示第一電流12(16。同理，第三開關(guān)532與第一開關(guān)206的第一端(如柵 極)和第三端530_2 (如源極)連接。第三開關(guān)532用于提供第二感測信號(如流經(jīng)第 三開關(guān)532的第二感測電流I532)。當?shù)谝浑娏鱅2tl6流向第二方向(例如從端530_2到端540_1)時，第二感測信號(如第二感測電流I532)指示第一電流12(16。更具體地說，第一開關(guān)206工作在線性區(qū)(歐姆區(qū))。那么，當端530_2上電壓電 平V53CL2低于端54O-1上的電壓電平V54tu時，第一電流I2tl6從端540_1流向端530_2。當電 壓電平V53cl2高于電壓電平V54tl l時，第一電流I2tl6從端530_2流向端540_1。假設(shè)當?shù)谝浑?流I2tl6從端540_1流向端530_2時，第一電流I2tl6的值為正；當?shù)谝浑娏鱅2tl6從端530_2流 向端540_1時，第一電流I2tl6的值為負。那么，當?shù)谝浑娏鱅2tl6的值為正時，流經(jīng)第二開關(guān) 522的第一感測電流I522正比于第一電流I2Q6，同時流經(jīng)第三開關(guān)532的第二感測電流I532 基本為零。當?shù)谝浑娏鱅2tl6的值為負時，流經(jīng)第三開關(guān)532的第二感測電流I532正比于第 一電流I2tl6,同時流經(jīng)第二開關(guān)522的第一感測電流I522基本為零。此處所述的“基本為零” 指的是允許漏電流流過第二開關(guān)522或第三開關(guān)532，只要所述漏電流相對比較小并且可 被忽略不計。如圖5所示，電流傳感器504還包括兩個電流源518_1和518_2，分別用于提供基 本相等的電流I1和12。此處所述的“基本相等”指的是電流I1和I2之間允許存在差距，只 要所述差距相對比較小并且可被忽略不計。包含相同MOS管514_1和514_2的鏡像電流 源連接在兩個電流源518_1和518_2之間。兩個基本相等的電流I1和I2分別流經(jīng)MOS管 514_1和514_2，使得MOS管514_1源極上的電壓電平和MOS管514_2源極上的電壓電平基 本相等。所述鏡像電流源還連接在第一開關(guān)206的第三端530_2和第二開關(guān)522的端 530_1之間。那么，所述鏡像電流源將第一開關(guān)206第三端530_2上的電壓電平和第二開關(guān) 522 一端530_1上的電壓電平調(diào)節(jié)至基本相等。所以，第一開關(guān)206和第二開關(guān)522有著基 本相同的柵電壓、漏電壓和源電壓。因此，流經(jīng)第二開關(guān)522的第一感測電流I522正比于第 一電流I2Q6。此外，如果W/L是第一開關(guān)206的寬長比，W2/L2是第二開關(guān)522的寬長比，那 么第一電流I2tl6與第一感測電流I522之比等于寬長比W/L與寬長比W2/L2之比，例如I2Q6/ I522 = (W/L)/(W2/L2)。與第一感測電流I522相比，電流I1相對較小且可忽略，所以流經(jīng)連接至端530_1的 MOS管516_2的感測電流I516 2與第一感測電流I522基本相等。此外，電流傳感器504還包 括包含有相同的MOS管516_1和516_2的鏡像電流源，以及包含有相同的MOS管520_1和 520_2的鏡像電流源。利用MOS管516_1、516_2、520_1和520_2，流經(jīng)MOS管516_1的感測 電流I51fu等于感測電流I516—2，流經(jīng)MOS管520_2的感測電流Iros等于感測電流I516—lt)結(jié) 果，流經(jīng)MOS管520_2的感測電流Iros與第一感測電流基本相等I522，并且正比于第一電流 I206，例如I2。6/Iros = (W/L)/(W2/L2)。當?shù)谝浑娏鱅2tl6流向第一方向(即從端540_1到端530_2)時，第一感測電流I522 和感測電流Ip0S正比于第一電流I2060然而，當?shù)谝浑娏鱅206從端530_2流向端540_1時， 端5302上的電壓電平V53tl 2高于電源供給端240上的電壓電平V24(1。如果電流源518_1和 518_2工作正常，端530_1上的電壓電平V53tl l等于電壓電平V53tl 2。那么，電壓電平V53tl l高 于電源供給端240的電壓電平V24(l。因此，第一感測電流I522將不會經(jīng)由第二開關(guān)522從電 源供給端240流向端530_1。此外，由于電壓電平V53tl l高于地電壓，感測電流I516 2將不會 經(jīng)由開關(guān)516_2從地流向端530_1。結(jié)果，電流源5181提供的電流I1變?yōu)榱悖⑶译娏髟?5181的端534上的電壓電平被下拉。MOS管516_1和516_2因而被截止。換句話說，當?shù)谝浑娏鱅2tl6流向第二方向(即從端530_2到端540_1)時，第一感測電流I522和感測電流Iros 基本為零。此處所述的“基本為零”指的是允許漏電流流過第二開關(guān)522和MOS管520_2， 只要所述漏電流相對比較小并且可被忽略不計。同理，電流源528_1和528_2產(chǎn)生基本相等的電流I3和14。電流I3和I4流過鏡 像電流源，例如分別流過相同的MOS管524_1和524_2。因此，MOS管524_1源極上的電壓 電平和MOS管524_2源極上的電壓電平基本相等。MOS管524_1的源極與第一開關(guān)206的 第二端540_1連接，并且MOS管524_2的源極與第三開關(guān)532的端540_2連接。因此，第一 開關(guān)206第二端540_1上的電壓電平和第三開關(guān)532端540_2上的電壓電平基本相等。換 句話說，第一開關(guān)206和第三開關(guān)532有著基本相同的柵電壓、漏電壓和源電壓。因此，流 經(jīng)第三開關(guān)532的第二感測電流I532正比于第一電流I2Q6。與第二感測電流I532相比，電流I4相對較小且可忽略，所以流經(jīng)連接至端540_2的 MOS管526_1的感測電流I526J與第二感測電流I532基本相等。利用包含有相同的MOS管 526_1和526_2的鏡像電流源，流經(jīng)MOS管5262的感測電流Ink與第二感測電流I532基本 相等。此外，第二開關(guān)522和第三開關(guān)532有相同的寬長比，使得第一電流I2tl6與第二感測 電流I532之比等于寬長比W2/L2與寬長比W/L之比，例如I2Q6/I532 = (ff/L)/(ff2/L2)。當?shù)谝浑娏鱅2tl6流向第二方向(即從端530_2到端540_1)時，第二感測電流I532 和感測電流Ineg正比于第一電流I2tl6，例如I206/INEG = (W/L) / (W2/L2)。當?shù)谝浑娏鱅206從端 540_1流向端530_2時，電流I4為零并且MOS管526_1和526_2截止。因此，第二感測電流 I532和感測電流I·基本為零。有利的是，電流傳感器504產(chǎn)生的反饋信號220(如第二電流I226)是感測電流 Ipos和感測電流Ineg的疊合，例如=I226 = Ipos+Ineg = I206 * (W/L) / (W2/L2)。因此，電流傳感 器504不僅能夠感測第一電流I2tl6的正值部分，還能感測第一電流I2tl6的負值部分?？刂?器202根據(jù)感測電流Itos和Ink調(diào)節(jié)第一電流12(16，以調(diào)節(jié)電流123(1。在圖5所示的實施例 中，電流傳感器504用于感測流經(jīng)第一開關(guān)206的第一電流12(16。然而，電流傳感器504也 用于感測流經(jīng)其他開關(guān)(如驅(qū)動開關(guān)208、電池充電/放電系統(tǒng)中的充電開關(guān)/放電開關(guān) 等等)的電流。因此，本發(fā)明提供了電流控制系統(tǒng)用于產(chǎn)生電流并且調(diào)節(jié)所述電流，所述電流控 制系統(tǒng)可廣泛地應(yīng)用于對電池組充電、對負載供電、驅(qū)動發(fā)光二極管等等，利用鏡像電流 源，電流控制系統(tǒng)產(chǎn)生電平值相對比較低的反饋信號，以指示所述電流。此外，電流控制系 統(tǒng)根據(jù)反饋信號調(diào)節(jié)所述電流，比如說，所述電流控制系統(tǒng)通過將反饋信號和參考信號比 較調(diào)節(jié)所述電流，因此，電流控制系統(tǒng)將所述電流調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)值或期望值。此外，所述電流 控制系統(tǒng)的成本和功耗也得到降低。雖然之前的說明和附圖描述了本發(fā)明的實施例，應(yīng)當理解在不脫離后附權(quán)利要求 書所界定的本發(fā)明原理的精神和發(fā)明范圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領(lǐng)域 技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明在實際應(yīng)用中可根據(jù)具體的環(huán)境和工作要求在不背離發(fā)明準則 的前提下在形式、結(jié)構(gòu)、布局、比例、材料、元素、組件及其它方面有所變化。因此，在此披露 之實施例僅用于說明而非限制，本發(fā)明之范圍由后附權(quán)利要求及其合法等同物界定，而不 限于此前之描述。
權(quán)利要求
一種電流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流控制系統(tǒng)至少包括第一開關(guān)；與所述第一開關(guān)并聯(lián)的第二開關(guān)，用于提供指示流經(jīng)所述第一開關(guān)的第一電流的反饋信號，其中所述反饋信號由所述第一開關(guān)的寬長比和所述第二開關(guān)的寬長比決定；以及與所述第一開關(guān)和第二開關(guān)連接的控制器，用于根據(jù)所述反饋信號調(diào)節(jié)所述第一電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一開關(guān)一端的電壓電平 和所述第二開關(guān)一端的電壓電平基本相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋信號包括流經(jīng)所述第 二開關(guān)的第二電流，其中所述第二電流正比于所述第一電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器根據(jù)所述反饋信號 交替地導(dǎo)通所述第一開關(guān)和與所述第一開關(guān)串聯(lián)的驅(qū)動開關(guān)，從而控制所述第一電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括比較器，用于將 所述反饋信號和參考信號比較，并且根據(jù)所述比較產(chǎn)生控制信號以控制所述第一開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流控制系統(tǒng)還包括與所述第一開關(guān)并聯(lián)的第三開關(guān)，用于提供指示流經(jīng)所述第一開關(guān)的第一電流的反饋 電流；以及連接至所述第三開關(guān)的放大器，用于根據(jù)預(yù)設(shè)值和所述反饋電流值之差產(chǎn)生參考信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述參考信號包括連接在所述 放大器輸出端和地之間的電容上的電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括脈沖信號發(fā)生 器，用于產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號以控制所述第一開關(guān)，并且根據(jù)所述反饋信號調(diào)節(jié)所述脈寬調(diào) 制信號的占空比。
9.一種電流控制方法，其特征在于，所述電流控制方法至少包括 第一開關(guān)傳輸?shù)谝浑娏?；與所述第一開關(guān)并聯(lián)的第二開關(guān)提供指示所述第一電流的反饋信號； 根據(jù)所述反饋信號調(diào)節(jié)所述第一電流，其中所述第一開關(guān)一端的電壓電平和所述第二 開關(guān)一端的電壓電平基本相等。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電流控制方法，其特征在于，所述反饋信號包括流經(jīng)所述第 二開關(guān)的第二電流，其中所述第二電流正比于所述第一電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電流控制方法，其特征在于，所述電流控制方法還包括根據(jù)所述反饋信號交替地導(dǎo)通所述第一開關(guān)和與所述第一開關(guān)串聯(lián)的驅(qū)動開關(guān)，從而 控制所述第一電流。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電流控制方法，其特征在于，所述電流控制方法還包括 將所述反饋信號與參考信號比較；以及根據(jù)所述比較控制所述第一開關(guān)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電流控制方法，其特征在于，所述電流控制方法還包括與所述第一開關(guān)并聯(lián)的第三開關(guān)提供指示流經(jīng)所述第一開關(guān)的第一電流的反饋電流;以及根據(jù)預(yù)設(shè)值和所述反饋電流值之差產(chǎn)生參考信號。
14.一種電流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流控制系統(tǒng)至少包括第一開關(guān)，用于根據(jù)第一感測信號和第二感測信號調(diào)節(jié)流經(jīng)所述第一開關(guān)的電流，其 中當所述電流流向第一方向時，所述第一感測信號指示所述電流，并且當所述電流流向第 二方向時，所述第二感測信號指示所述電流；連接至所述第一開關(guān)的第一端和第二端的第二開關(guān)，用于提供所述第一感測信號；以及連接至所述第一開關(guān)的第一端和第三端的第三開關(guān)，用于提供所述第二感測信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電流控制系統(tǒng)，其特征在于，當所述電流流向所述第一方 向時，所述第一感測信號正比于所述電流，并且當所述電流流向所述第二方向時，所述第一 感測信號基本為零。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電流控制系統(tǒng)，其特征在于，當所述電流流向所述第二方 向時，所述第二感測信號正比于所述電流，并且當所述電流流向所述第一方向時，所述第二 感測信號基本為零。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流控制系統(tǒng)還包括 連接至所述第一開關(guān)的控制器，用于根據(jù)所述第一感測信號和所述第二感測信號交替地導(dǎo)通所述第一開關(guān)和與所述第一開關(guān)串聯(lián)的驅(qū)動開關(guān)，從而控制所述電流。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流控制系統(tǒng)還包括 兩個電流源，分別用于提供基本相等的電流；以及連接在所述兩個電流源之間并且連接在所述第一開關(guān)第三端和所述第二開關(guān)一端之 間的鏡像電流源，用于將所述第一開關(guān)第三端上的電壓電平和所述第二開關(guān)一端的電壓電 平調(diào)節(jié)至基本相等。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一開關(guān)第二端上的電 壓電平和所述第三開關(guān)一端上的電壓電平基本相等。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流控制系統(tǒng)產(chǎn)生指示 所述第一感測信號和所述第二感測信號的疊合的反饋信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流控制系統(tǒng)還包括 比較器，用于將所述反饋信號和參考信號比較，并且根據(jù)所述比較產(chǎn)生控制信號以控制所述第一開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電流控制系統(tǒng)以及方法，所述電流控制系統(tǒng)包括第一開關(guān)；與所述第一開關(guān)并聯(lián)的第二開關(guān)，用于提供指示流經(jīng)所述第一開關(guān)的第一電流的反饋信號，其中所述反饋信號由所述第一開關(guān)的寬長比和所述第二開關(guān)的寬長比決定；以及與所述第一開關(guān)和第二開關(guān)連接的控制器，用于根據(jù)所述反饋信號調(diào)節(jié)所述第一電流。采用本發(fā)明的電流控制系統(tǒng)以及方法，能夠省去傳統(tǒng)技術(shù)中的感測電阻器，從而降低了電流控制系統(tǒng)的成本；此外，其能夠降低電流控制系統(tǒng)的功耗。
文檔編號H02M3/156GK101931324SQ20101017385
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日
發(fā)明者盧純, 石峰, 羅盧楊, 蘇新河 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司