電源系統(tǒng)、對電源的電感器電流進行模擬的電路及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電源系統(tǒng)、對電源的電感器電流進行模擬的電路及方法。在此描述的一個實施例提供一種對電源的電感器電流進行近似的電路，所述電路包括：電容器；充電/放電電路，配置為用與所述電源的輸入電壓軌成比例的電壓對所述電容器充電，并且用與所述電源的輸出電壓成比例的電壓使所述電容器放電；和誤差校正電路，配置為基于所述電感器的瞬時電流對與所述輸入電壓軌成比例的電壓和與所述輸出電壓成比例的電壓進行調(diào)節(jié)；并且其中，所述電容器上的電壓與所述電感器所關聯(lián)的電流成比例。
【專利說明】電源系統(tǒng)、對電源的電感器電流進行模擬的電路及方法
【技術領域】
[0001]以下公開涉及對電源電感器電流進行模擬，尤其是涉及電源系統(tǒng)、對電源的電感器電流進行模擬的電路及方法。
【背景技術】
[0002]直流/直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器可以輸出低于、高于或者等于輸入電壓的電壓。其性能在某種程度上取決于轉(zhuǎn)換器電路中的電感器的直流電阻(DCR)。DCR取決于于電感器的結(jié)構(例如，繞組中所使用的金屬線的電阻、繞組的數(shù)量，等等)。雖然低DCR電感器更加有效率(例如，通過發(fā)熱損失的功率更少)，但是當試圖提供用于控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的電流反饋時較低的電阻可能會產(chǎn)生問題。特別是，DCR越低則測量通過電感器的電流也變得越困難。為了避開這一問題，可以通過DC電阻電流檢測來對電感器電流進行“近似”。DC電流檢測將電阻器-電容器(RC)網(wǎng)絡與電感器并聯(lián)放置以對電感器電流進行模擬。然而，必須根據(jù)電感器的特性對RC網(wǎng)絡進行“調(diào)諧”(例如，必須對RC網(wǎng)絡的元件值進行選擇)。因此，除了需要當電感器被替換時重新配置RC網(wǎng)絡之外，在操作期間也可能出現(xiàn)問題。例如，快速開關脈沖寬度調(diào)制(PWM)頻率可以在電路中引起寄生電容并且/或者電感器中的溫度上升可以引起電感器特性變化，從而影響到DC電阻電流檢測的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明涉及一種電源系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)包含控制器電路、驅(qū)動器電路、功率開關電路、電感器以及電感器電流模擬電路，所述控制器電路配置為產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制PWM信號，所述驅(qū)動器電路配置為基于所述PWM信號產(chǎn)生互補PWM信號，所述功率開關電路包含連接到輸入電源電壓軌上的高側(cè)功率開關和低側(cè)功率開關，其中所述高側(cè)功率開關的導通狀態(tài)由所述PWM信號控制并且所述低側(cè)功率開關的導通狀態(tài)由所述互補PWM信號控制，并且其中所述功率開關電路配置為產(chǎn)生開關功率輸出，所述電感器配置為接收所述開關功率輸出并且產(chǎn)生輸出電壓以將功率傳輸?shù)竭B接到所述電感器上的負載之上，所述電感器電流模擬電路包含電容器、充電/放電電路以及誤差校正電路，其中所述充電/放電電路配置為用與述輸入電壓軌成比例的電流對所述電容器充電并且用與所述輸出電壓成比例的電流使所述電容器放電，并且其中所述誤差校正電路配置為基于所述電感器的瞬時電流對所述電容器上的電荷進行調(diào)節(jié)，并且其中，所述電容器上的電壓與所述電感器相關聯(lián)的電流成比例。
[0004]本發(fā)明還涉及一種對電源的電感器電流進行模擬的電路，所述電路包含電容器、充電/放電電路以及誤差校正電路；所述充電/放電電路配置為用與所述電源的輸入電壓軌成比例的電流對所述電容器充電，并且用與所述電源的輸出電壓成比例的電流使所述電容器放電；所述誤差校正電路，配置為基于所述電感器的瞬時電流對與所述輸入電壓軌成比例的電壓和與所述輸出電壓成比例的電壓進行調(diào)節(jié)，并且其中，所述電容器上的電壓與所述電感器相關聯(lián)的電流成比例。[0005]此外，本發(fā)明還涉及一種對電源的電感器電流進行模擬的方法，所述方法包含:用第一電流源對電容器充電，所述第一電流源產(chǎn)生與輸入電壓軌成比例的第一電流，所述輸入電壓軌連接到所述電源的功率開關上；用第二電流源使所述電容器放電，所述第二電流源產(chǎn)生與所述電源的所述電感器的輸出電壓成比例的第二電流；將所述電容器上的電壓Vcs和與所述電感器中的瞬時電流成比例的信號Vcs_dc進行比較；確定Vcs是否大于Vcs_dc，并且如果Vcs大于VcS_dc，用第三電流源對所述電容器充電，所述第三電流源產(chǎn)生與所述電感器的輸出電壓的預定部分成比例的第三電流；以及確定Vcs是否小于VcS_dc，并且如果Vcs小于VcS_dc，用第四電流源使所述電容器放電，所述第四電流源產(chǎn)生與所述電感器的輸出電壓的預定部分成比例的第四電流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]隨著后續(xù)【具體實施方式】的展開并且在參考附圖的基礎上，所要求的主題的各種實施例的特征和優(yōu)點將變得顯而易見，其中相似的附圖標記代表相似的部分，并且其中:
[0007]圖1示出了根據(jù)本公開的至少一個實施例的電源系統(tǒng)；
[0008]圖2示出了根據(jù)本公開的至少一個實施例的模擬電路；
[0009]圖3示出了根據(jù)本公開的至少一個實施例的示例操作的流程圖。
[0010]盡管后續(xù)【具體實施方式】將參考用作說明性的實施例展開，但其替換、修改和變化對本領域的技術人員來說將是顯而易見的。
【具體實施方式】
[0011]總的來說，本公開描述了包括電流檢測模擬電路的電源系統(tǒng)(以及方法)，所述電流檢測模擬電路配置為產(chǎn)生對通過電感器的電流的模擬。模擬的電流可以被用作反饋控制信號以控制電源的操作。與現(xiàn)有的系統(tǒng)相反，公開的實施例無需依賴調(diào)諧的RC元件產(chǎn)生電流檢測信號即可提供反饋信號。
[0012]圖1示出了與各種實施例相符的電源系統(tǒng)100。電源系統(tǒng)100包括控制器電路102和DC/DC轉(zhuǎn)換器電路104，以上兩個電路配置為對電感器109充電以向負載110提供可控制的功率。DC/DC轉(zhuǎn)換電路104通?？梢园ㄩ_關式調(diào)節(jié)器電路，所述開關式調(diào)節(jié)器電路包括驅(qū)動器電路106和開關電路108。電源系統(tǒng)100意在包括利用電感器來將功率傳輸?shù)截撦d的任何電源拓撲，并且可以包括諸如降壓式(Buck)、升壓式(boost)、升降壓式(Buck-boost)、反激式(flyback),正激式(SEPIC)之類的已知拓撲以及其他已知或此后開發(fā)的DC-DC轉(zhuǎn)換器拓撲。另外，雖然在此以DC/DC轉(zhuǎn)換器拓撲的特定參考對實施例進行描述，但是本公開還可以被用于基于電感器的AC/DC轉(zhuǎn)換器拓撲(例如，全橋式(Full-Bridge)、半橋式(Half_Bridge)、D類(Class D)等等)。控制器電路102通常配置為產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號以對DC/DC轉(zhuǎn)換器電路104的操作進行控制以使得驅(qū)動器電路106以引起電感器109變?yōu)楸怀潆姷姆绞絹眚?qū)動功率開關電路108。驅(qū)動器電路106配置為在由控制器電路102產(chǎn)生的PWM信號的基礎上產(chǎn)生互補PWM信號。眾所周知，開關電路108通?？梢园ǜ邆?cè)電源開關和低側(cè)電源開關(未示出)，所述高側(cè)功率開關和低側(cè)功率開關配置為對輸入電壓軌(Vin)進行開關以對電感器109進行充電。功率開關電路108的開關通常配置為使用PWM信號以互補方式進行開關(即，驅(qū)動器電路106將PWM信號提供給高側(cè)功率開關并且驅(qū)動電路106將互補PWM信號(PWMb)提供給低側(cè)功率開關)。充當功率存儲器的充電后的電感器109隨后可以向負載110提供輸出電壓(Vout)。為了確保所提供的Vout為希望的電壓，控制器102可以從電感器109的輸出端接收反饋。
[0013]為了免于對反饋電路進行復雜調(diào)諧，并且為了使各種不同的電感器能用于電源系統(tǒng)100，本公開提供了配置為對通過電感器109的電流進行模擬的電感器電流模擬電路112(“模擬電路”)。模擬電路112通常通過使用電容器114兩端的電壓對電感器109中的電流的斜率進行模擬來操作?？偟膩碚f，模擬電路112配置為向控制器電路102提供電流反饋信息以使得控制器電路102能夠?qū)WM信號的占空比進行調(diào)節(jié)以可控制地將功率傳輸給負載 110。
[0014]模擬電路112利用了用于電感器中的電壓的公式V=LXdI/dt，其中，應當注意輸出電流的斜率(dl/dt)等于電感器兩端的電壓除以電感(L)。因此，在降壓式轉(zhuǎn)換器中，當PWM信號為高電平時電感器109兩端的電壓近似為(Vin-Vout)，并且當PWM輸入信號為低電平時電感器兩端的電壓近似為(-Vout)。因為電容器與電感器具有對偶性(例如，在相同的關系式中電壓和電流可以相互交換)，所以應當注意，如果當PWM信號為高電平時成比例于(Vin-Vout)的電流被迫通過電容器114，并且當PWM信號為低電平時成比例于(-Vout)的電流被迫通過電容器114，則可以重新產(chǎn)生具有與電流信號的斜率成正比的斜率的電壓信號。如果選擇合適的電容器114，則電容器114兩端的電壓隨時間的變化(dV/dt)等于電感器109的電流隨時間的變化乘以電感器109的假定DC繞組電阻(dI/dt*Rdcr)。然而，在實踐中可能無法足夠精確地使電感器電流的斜率正好等于電容器電壓的斜率。電容器從根本上是積分器，并且電壓的斜率之間誤差上的任何差都可以引起電容器114在操作期間向任一軌靠近(例如，Vcc、Vdd)，從而導致削波出現(xiàn)。因此，模擬電路112還可以利用DC誤差校正來向電容器電壓提供DC補償以校正斜率誤差。下文對模擬電路112進行了更加詳細的描述。
[0015]圖2示出了根據(jù)本公開的一個實施例的模擬電路112’。繼續(xù)參考圖1，該實施例的模擬電路112’通常包括充電/放電電路202和DC誤差校正電路204。充電/放電電路202通常配置為基于施加到電源的開關上的輸入電壓(Vin)和取自于電感器(圖1中的109)的輸出端的輸出電壓(Vout)對電容器114進行充電和放電。電容器114兩端的電壓Vcs成比例于通過電感器109的電感器電流(II)。Vcs波形(未示出)相應地為三角波形，其中Vcs的各自的斜率(以系數(shù)(k))成比例于通過電感器的電流(Il)的斜率，正如下文所要詳細說明的。充電/放電電路202包括開關206、電流源208和電流宿210。開關206是P溝道金屬氧化物半導體(PMOS)器件(低電平有效)，并且開關206的導通狀態(tài)由PWMb控制。因此，開關206當PWMb信號為低電平(LOW)時導通，并且當PWMb信號為高電平(HIGH)時斷開。電流源208通常配置為產(chǎn)生成比例于Vin/R的電流，其中可以對電阻(R)的值進行選擇以保持集成電路(IC)級電流(比如說，近似為幾毫安)。電流源208配置為當開關206導通時對電容器114充電。電流宿210通常配置為產(chǎn)生成比例于Vout/R的電流。電流宿210配置為使電容器114放電。因此，當開關206導通時，電容器114上的電壓成比例于Vin-Vout，如上面所看到的，Vin-Vout成比例于電感器電流的正斜率。當開關不導通(OFF)時，電容器114上的電壓成比例于-Vout，如上面所看到的，-Vout成比例于電感器電流的負斜率。
[0016]然而，因為電容器114通常作為積分器操作，所以可能混入由電流源208和/或電流宿210產(chǎn)生的任何估計誤差。結(jié)果，Vcs的斜率可能與通過電感器109的真正電流的斜率不符。于是，該實施例包括DC誤差校正電路204，DC誤差校正電路204配置為產(chǎn)生DC誤差校正信號VcS_dc以對任何可能在電容器114上累積的誤差進行校正。Vcs_ds信號是通過電感器109的電流的瞬時測量值。DC誤差校正電路204包括比較器212、開關216、開關220、電流源218以及電流宿222。比較器212配置為將Vcs電壓與Vcs_dc比較(下文對產(chǎn)生VcS_dc的電路進行更加詳細的描述)。比較器212的輸出被用于控制開關216和/或220的導通狀態(tài)以從電容器114吸收或者供給額外電流。為了減少當PWMb信號改變狀態(tài)時可能出現(xiàn)的噪聲影響，比較器212可以配置為由一延遲的PWMb信號使能(在圖2中標記為PWMb_delayed)。因此，直到延遲期結(jié)束之后比較器212才有效。延遲量可以基于，例如，信號中出現(xiàn)的噪聲量、開關頻率、占空比等等。延遲還使得比較器212在沿著Vcs斜率的相同點處進行“采樣”成為可能。該實施例還包括配置為對比較器212的輸出進行鎖存的觸發(fā)器電路214。觸發(fā)器電路214的Qb輸出時比較器212的輸出的互補，并且被用于對開關216和開關220的導通狀態(tài)進行控制。
[0017]開關216是PMOS器件(低電平有效)，并且開關216的導通狀態(tài)由比較器212的輸出來控制。因此，當比較器212的輸出信號為HIGH (Qb為LOW)時開關216導通，并且當比較器212的輸出信號為LOW (Qb為HIGH)時開關216斷開。電流源218通常配置為產(chǎn)生成比例于電感器電流的負斜率的電流(例如，0.1 X Vout/R，其中，乘數(shù)0.1被選為對在對電感器電流的斜率進行估計時可能出現(xiàn)的誤差進行近似)。當然，乘數(shù)0.1僅僅作為一個示例來提供，并且在其它的實施例中，乘數(shù)可以基于，例如半導體工藝的變化、電壓和/或溫度的變化等等來選擇。電流源218配置為當開關216導通時對電容器114充電。開關220為N溝道金屬氧化物半導體(NMOS)器件(高電平有效)，并且開關220的導通狀態(tài)由比較器212的輸出來控制。因此，當比較器212的輸出信號為LOW (Qb為HIGH)時開關220導通，并且當比較器212的輸出信號為HIGH (Qb為LOW)時開關220斷開。電源吸收器222通常配置為產(chǎn)生成比例于電感器電流的負斜率的電流(例如,0.1 XVout/R，其中，乘數(shù)0.1被選為對在對電感器電流的斜率進行估計時可能出現(xiàn)的誤差進行近似)。電流宿222配置為當開關222導通時使電容器114放電。
[0018]另外，如果VCS>VCS_dC (表明Vcs的瞬時值大于電感器電流的瞬時值并因此斜率近似值的誤差是正的)，比較器212的輸出為LOW并且觸發(fā)器電路214的Qb輸出為HIGH。開關220導通，導致電流宿222從電容器114吸收電流，由此減小Vcs的斜率。如果VcS〈VcS_dc (表明Vcs的瞬時值小于電感器電流的瞬時值并因此斜率近似值的誤差是負的)，比較器212的輸出為HIGH并且觸發(fā)器電路214的Qb輸出為LOW。開關216導通，導致電流源218向電容器114供給電流，由此增大Vcs的斜率。
[0019]模擬電路112’還可以包括瞬時電感器電流檢測電路224，所述瞬時電感器電流檢測電路224配置為產(chǎn)生表示(或成比例于)電感器109的瞬時電流的信號(VcS_dc)。通常，電路224使用Vds檢測技術，所述Vds檢測技術對開關電路108(圖1)的低側(cè)功率開關的兩端電壓進行檢測。電路224包括放大器電路226、開關電路228、電流鏡像電路230和232、電阻器R3以及電阻器R4。放大器電路226被放置在具有連接到正的輸入端處的PGND (其中，PGND是IC中的電源接地引腳)的負反饋拓撲中。放大器226的輸出配置為控制開關電路228的導通狀態(tài)以使得開關(在該示例中為MOS器件)導通以便放大器226的負端近似地等于正端(或者說，PGND出現(xiàn)在兩端處)。開關228連接到二極管234以及電阻器R3上。電阻器R3還連接到SW信號上。SW是開關電路108 (圖1)的低側(cè)開關的漏極處的信號。當?shù)蛡?cè)功率開關為導通(ON)時，信號SW由以下等式中導出:
[0020]Sff=IlXRds (ON);其中Il是通過電感器109的瞬時電流，并且Rds (ON)是當?shù)蛡?cè)開關為ON (導通)時低側(cè)開關的源/漏ON電阻。
[0021]如果PGND不近似為零，則上面等式能夠推廣為:
[0022]Sff-PGND=IlXRds (ON)
[0023]電流12能夠表達為:
[0024]12= (SW-PGND)/R3。
[0025]如果電阻器R3被選擇為足夠大(例如，其中R3的值可以被選擇為保持IC級電流，例如，大約幾微安)，那么上面等式能夠被重新寫為:
[0026]12=11 X Rds (ON)/R3。
[0027]因此，12成比例于II。
[0028]電流鏡像電路230、232配置為將Il (例如，12)乘以R4以產(chǎn)生瞬時電感器電流電壓信號VcS_dc。可以選擇R4的電阻值以使得Il與VcS_dc的比例等于Il與Vcs的比例。所以，Vcs_dc能夠表達為:
[0029]Vcs_dc= (Rds (ON) X Il XR4)/R3+Vout。
[0030]所以，(Vcs_dc_Vout)是正比于Il的電壓，并且因此，(Vcs_dc_Vout)是電感器中的電流Il的直接測量值。
[0031]重新參考圖1并繼續(xù)參考圖2，以下對特定電路值的推導進行陳述。電容器114中的電壓與電感器109中的電流(Il)之間的關系可以按如下進行表達:
[0032]Ics=C114XdVcs/dt ;其中，如上所述，Ics是進入電容器114的電流。
[0033]電路112配置為將電容器114中的電壓與電感器109中的電流相聯(lián)系，所以本發(fā)明的電路112提供了以下關系:
[0034]dVcs/dt=dlI/dt X Rdcr ;其中Rdcr是為了在Vcs上產(chǎn)生適當?shù)募y波以用于外部控制器IC而選擇的值。
[0035]考慮PWM輸入信號為高電平的情況，Ics的值可以如以上所述被簡化(例如，當PWM信號為高電平時通過電容器的電流成比例于(Vin-Vout))以遵從關系:
[0036]Ics= (Vin-Vout)/R 且 dll/dt= (Vin-Vout)/L ;結(jié)合以上等式并且解出 C114 則可以得出以下關系:
[0037](Vin-Vout)/R=Cl 14X (Vin-Vout)/LXRdcr ;其中，C114 為電容器 114 的電容值，并且
[0038]C114=L/ (RXRdcr)0
[0039]如上所述，充電和放電電流易受誤差的影響，并且因此可以通過DC補償電流來校正。在一個實施例中，DC補償校正電路204可以是DC回路電路，所述DC回路電路在PWM輸入信號的低電平周期期間確定低電壓側(cè)場效應晶體管(FET)(例如，在開關網(wǎng)絡108中)兩端的電壓的值。有各種各樣的可以提供該功能的電路配置。為了在本公開中進行說明，至少一個實施例可能使用了在主開關漏極(SW)與電源地(PGND)之間確定的對電路有效的電壓。電壓(Vsw-Vpgnd)可以被置于電阻器R3兩端，對產(chǎn)生的電流進行鏡像并且隨后迫使電流穿過第二電阻器R4。R4兩端的電壓等于(Vcs_dc-Vout)?；贒C補償校正電路204，DC補償電壓(VcS_dc)可以由以下導出:
[0040]12 ?(Vsw-Vpgnd) /R3=Vds_ls/R3= (ILXRds (0N))/R3 ;其中 Vsw 是 SW 節(jié)點的電壓并且Vds_ls是低側(cè)功率開關的漏源電壓。
[0041]因此，Vcs_dc?(ILXRds (ON) XR4) /R3+Vout
[0042]并且，在該配置中，Vcs=ILXRdcr+Vout，所以
[0043](Rds (ON) XR4) /R3=Rdcr ;并且
[0044]R4/R3=Rdcr/Rds (ON)0
[0045]因此，電路112’在電容器114上產(chǎn)生的電壓具有與電感器電流11相同的(或大致相同的)的斜率以及與電感器電流乘以R因子的乘積相同的(或大致相同的)電壓補償。電容器114上的電壓由此相當于電感器電流，并且可以被用作圖1和圖2中所示的電流(或電壓)反饋信號Isen。反饋信號Isen可以被控制器電路102用以調(diào)節(jié)PWM信號的占空比以調(diào)節(jié)傳輸?shù)截撦d110的功率。
[0046]圖3示出了與本公開的至少一個實施例相一致的示例操作的流程圖300。特別是，流程圖300描繪了電感器電流模擬電路112利用使用電容器兩端的電壓對電感器電流進行模擬的操作。該實施例的操作包括用第一電流源對電容器充電302，所述第一電流源產(chǎn)生與連接到電源的功率開關上的輸入電壓軌成比例的第一電流。操作還包括用第二電流源使電容器放電304，所述第二電流源產(chǎn)生與電源的電感器的輸出電壓成比例的第二電流。操作還包括將電容器上的電壓(Vcs)與成比例于電感器中的瞬時電流的信號(VcS_dc)進行比較306。操作還包括確定Vcs是否大于Vcs_dc308,并且如果Vcs大于Vcs_dc則用第三電流源對電容器充電310，所述第三電流源產(chǎn)生與電感器的輸出電壓的預定部分成比例的第三電流。如果Vcs不大于Vcs_dc,該實施例的操作可以進一步包括確定Vcs是否小于Vcs_dc312，并且如果Vcs小于VcS_dc則用第四電流源使電容器放電314，所述第四電流源產(chǎn)生與電感器的輸出電壓的預定部分成比例的第四電流。
[0047]盡管圖3的流程圖示出了根據(jù)至少一個實施例的操作，應當理解對于其它的實施例并非圖3中所描繪的操作全部都需要。另外，在此充分預計到在本公開的其它實施例中，圖3中所描繪的操作和/或在此所描述的其它操作可以以未在圖中具體示出的方式進行組合，并且這樣的實施例可以包括比圖3所示的更少或者更多的操作。因此，針對在一幅附圖中沒有明確示出的特征和/或操作的權利要求都視為在本發(fā)明的范圍和內(nèi)容內(nèi)。
[0048]在這里任何實施例中所使用的“線路”或“電路”可以包括，例如硬接線的電路、可編程電路、狀態(tài)機電路以及/或者對由可編程電路執(zhí)行的指令進行存儲的固件的單個或者任意組合。在這里使用的“模塊”，可以包括電路和/或指令集(例如，軟件、固件等等)的單個或者任意組合。相應地，本公開的至少一個實施例提供了電源系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)包括:控制器電路，配置為產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制PWM信號；驅(qū)動器電路，配置為基于所述PWM信號產(chǎn)生互補PWM信號；功率開關電路，包含連接到輸入電源電壓軌上的高側(cè)功率開關和低側(cè)功率開關；其中，所述高側(cè)功率開關的導通狀態(tài)由所述PWM信號控制并且所述低側(cè)功率開關的導通狀態(tài)由所述互補PWM信號控制；并且其中，所述功率開關電路配置為產(chǎn)生開關功率輸出；電感器，配置為接收所述開關功率輸出并且產(chǎn)生輸出電壓以將功率傳輸?shù)竭B接到所述電感器上的負載。所述實施例還可以包括電感器電流模擬電路，包含電容器、充電/放電電路以及誤差校正電路，其中，所述充電/放電電路配置為用與述輸入電壓軌成比例的電壓對所述電容器充電并且用與所述輸出電壓成比例的電壓使所述電容器放電；并且其中，所述誤差校正電路配置為基于所述電感器的瞬時電流對與述輸入電壓軌成比例的所述電壓以及與所述輸出電壓成比例的所述電壓進行調(diào)節(jié)；并且其中，所述電容器上的電壓與所述電感器所關聯(lián)的電流成比例。
[0049]在另一實施例中，本公開提供了一種對電源的電感器電流進行近似的電路，所述電路包括:電容器；充電/放電電路，配置為用與所述電源的輸入電壓軌成比例的電壓對所述電容器充電，并且用與所述電源的輸出電壓成比例的電壓使所述電容器放電；和誤差校正電路，配置為基于所述電感器的瞬時電流對與所述輸入電壓軌成比例的電壓和與所述輸出電壓成比例的電壓進行調(diào)節(jié)；并且其中，所述電容器上的電壓與所述電感器所關聯(lián)的電流成比例。
[0050]在另一實施例中，本公開提供了一種對電源的電感器電流進行模擬的方法，包含:用第一電流源對電容器充電，所述第一電流源產(chǎn)生與輸入電壓軌成比例的第一電流，所述輸入電壓軌連接到所述電源的功率開關上；用第二電流源使所述電容器放電，所述第二電流源產(chǎn)生與所述電源的所述電感器的輸出電壓成比例的第二電流；將所述電容器上的電壓Vcs和與所述電感器中的瞬時電流成比例的信號Vcs_dc進行比較；確定Vcs是否大于Vcs_dc，并且如果Vcs大于VcS_dc，用第三電流源對所述電容器充電，所述第三電流源產(chǎn)生與所述電感器的輸出電壓的預定部分成比例的第三電流；以及確定Vcs是否小于VcS_dc，并且如果Vcs小于VcS_dc，用第四電流源使所述電容器放電，所述第四電流源產(chǎn)生與所述電感器的輸出電壓的預定部分成比例的第四電流。
[0051]在此所使用的術語和表達被用作描述性而非限制性的術語，并且在此類術語和表達的使用中無意排除任何所示出和所描述的特征(或其部分)的等同物，并且應當認為在權利要求范圍內(nèi)的各種修改是可能的。從而，權利要求旨在包含所有此類等同物。
【權利要求】
1.一種電源系統(tǒng),包含: 控制器電路，配置為產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制PWM信號； 驅(qū)動器電路，配置為基于所述PWM信號產(chǎn)生互補PWM信號； 功率開關電路，包含連接到輸入電源電壓軌上的高側(cè)功率開關和低側(cè)功率開關；其中，所述高側(cè)功率開關的導通狀態(tài)由所述PWM信號控制并且所述低側(cè)功率開關的導通狀態(tài)由所述互補PWM信號控制；并且其中，所述功率開關電路配置為產(chǎn)生開關功率輸出； 電感器，配置為接收所述開關功率輸出并且產(chǎn)生輸出電壓以將功率傳輸?shù)竭B接到所述電感器上的負載之上；以及 電感器電流模擬電路，包含電容器、充電/放電電路以及誤差校正電路；其中，所述充電/放電電路配置為用與述輸入電壓軌成比例的電流對所述電容器充電并且用與所述輸出電壓成比例的電流使所述電容器放電；并且其中，所述誤差校正電路配置為基于所述電感器的瞬時電流對所述電容器上的電荷進行調(diào)節(jié)；并且其中，所述電容器上的電壓與所述電感器相關聯(lián)的電流成比例。
2.根據(jù)權利要求1所述的電源系統(tǒng)，其中，所述充電/放電電路包含第一電流源、第一開關以及第二電流源，所述第一電流源配置為產(chǎn)生與所述輸入電源電壓軌成比例的第一電流，所述第一開關連接在所述第一電流源與所述電容器之間，其中所述第一開關的導通狀態(tài)由所述互補PWM信號控制以使得當所述互補PWM信號為低電平LOW時所述第一電流源對所述電容器充電，所述第二電流源配置為產(chǎn)生與所述輸出電壓成比例的第二電流以使所述電容器放電。
3.根據(jù)權利要求1所述的電源系統(tǒng)，其中所述誤差校正電路包含: 第一電流源和第一開關，所述第一電流源配置為產(chǎn)生與所述輸出電壓的預定部分成比例的電流，所述第一開關連接在所述第一電流源與所述電容器之間，所述第一電流源配置為增大所述電容器上的電壓； 第二電流源和第二開關，所述第二電流源配置為產(chǎn)生與所述輸出電壓的預定部分成比例的電流，所述第二開關連接到所述第二電流源與所述電容器之間，所述第二電流源配置為減小所述電容器上的電壓；以及 比較器電路，配置為對與所述電感器的瞬時電流成比例的信號與所述電容器上的電壓進行比較，并且產(chǎn)生輸出信號，所述輸出信號配置為對所述第一開關和所述第二開關的導通狀態(tài)進行控制；其中，如果所述電容器上的電壓大于所述與所述電感器的瞬時電流成比例的信號，那么所述比較器電路的輸出信號控制所述第二開關以將所述第二電流源連接到所述電容器上并且減小所述電容器上的電壓；并且其中，如果所述電容器上的電壓小于所述與所述電感器的瞬時電流成比例的信號，那么所述比較器電路的輸出信號控制所述第一開關將所述第一電流源連接到所述電容器上并且增大所述電容器上的電壓。
4.根據(jù)權利要求3所述的電源系統(tǒng)，其中，所述誤差校正電路進一步包含觸發(fā)器電路，所述觸發(fā)器電路配置為對放大器電路的輸出信號進行鎖存；并且其中，所述觸發(fā)器電路的輸出配置為對所述第一開關和所述第二開關的導通狀態(tài)進行控制。
5.根據(jù)權利要求3所述的電源系統(tǒng)，其中，所述比較器電路進一步配置為用延遲的信號進行激活，其中所述延遲的信號是與所述互補PWM信號成比例的、相對于所述互補PWM信號具有一預定延遲的信 號。
6.根據(jù)權利要求3所述的電源系統(tǒng)，其中，所述預定部分以所述電感器中的電流的斜率與所述電容器上的電壓的斜率之間的誤差為基礎。
7.根據(jù)權利要求1所述的電源系統(tǒng)，進一步包含瞬時電感器電流檢測電路，所述瞬時電感器電流檢測電路配置為產(chǎn)生與所述電感器的瞬時電流成比例的電壓信號，所述瞬時電感器電流檢測電路包含放大器電路、開關電路、電流鏡像電路、第一電阻器以及第二電阻器，其中所述放大器電路被放置在負反饋拓撲中并且參考信號連接到所述放大器電路的正輸入端處，所述放大器電路的輸出配置為控制所述開關電路的導通狀態(tài)以使得當所述放大器電路的負端近似等于所述正端時所述開關導通，所述開關電路連接到所述第一電阻器上，且所述第一電阻器連接到來自所述低側(cè)功率開關與所述高側(cè)功率開關之間的電壓信號上，且所述開關連接到所述電流鏡像電路的第一側(cè)，并且所述第二電阻器連接到所述電流鏡像電路的第二側(cè)且連接到所述輸出電壓上；其中，所述開關電路的導通狀態(tài)引起電流流動，所述電流以所述第一電阻器、所述第二電阻器以及所述低側(cè)功率開關和所述高側(cè)功率開關之間的電壓信號的值為基礎；并且其中，所述與所述電感器的瞬時電流成比例的電壓信號是所述第二電阻器與所述電流鏡像電路的第二側(cè)之間的電壓。
8.根據(jù)權利要求1所述的電源系統(tǒng)，其中，所述控制器電路進一步配置為基于所述電容器上的電壓對所述PWM信號的占空比進行調(diào)節(jié)。
9.一種對電源的電感器電流進行模擬的電路，包含: 電容器； 充電/放電電路，配置為用與所述電源的輸入電壓軌成比例的電流對所述電容器充電，并且用與所述電源的輸出電壓成比例的電流使所述電容器放電；和 誤差校正電路，配置為基于所述電感器的瞬時電流對與所述輸入電壓軌成比例的電壓和與所述輸出電壓成比例的電壓進行調(diào)節(jié)；并且其中，所述電容器上的電壓與所述電感器相關聯(lián)的電流成比例。
10.根據(jù)權利要求9所述的電源系統(tǒng)，其中，所述充電/放電電路包含第一電流源、第一開關以及第二電流源，所述第一電流源配置為產(chǎn)生與所述輸入電源電壓軌成比例的第一電流，所述第一開關連接在所述第一電流源與所述電容器之間，其中所述第一開關的導通狀態(tài)由所述PWM信號控制以基于所述PWM信號的狀態(tài)對所述電容器充電，所述第二電流源配置為產(chǎn)生與所述輸出電壓成比例的第二電流以使所述電容器放電。
11.根據(jù)權利要求9所述的電源系統(tǒng)，其中所述誤差校正電路包含: 第一電流源和第一開關，所述第一電流源配置為產(chǎn)生與所述輸出電壓的預定部分成比例的電流，所述第一開關連接在所述第一電流源與所述電容器之間，所述第一電流源配置為增大所述電容器上的電壓； 第二電流源和第二開關，所述第二電流源配置為產(chǎn)生與所述輸出電壓的預定部分成比例的電流，所述第二開關連接到所述第二電流源與所述電容器之間，所述第二電流源配置為減小所述電容器上的電壓；以及 比較器電路，配置為對與所述電感器的瞬時電流成比例的信號與所述電容器上的電壓進行比較，并且產(chǎn)生輸出信號，所述輸出信號配置為對所述第一開關和所述第二開關的導通狀態(tài)進行控制；其中，如果所述電容器上的電壓大于所述與所述電感器的瞬時電流成比例的信號，那么所述比較器電路的輸出信號控制所述第二開關將所述第二電流源連接到所述電容器上并且減小所述電容器上的電壓；并且其中，如果所述電容器上的電壓小于所述與所述電感器的瞬時電流成比例的信號，那么所述比較器電路的輸出信號控制所述第一開關以將所述第一電流源連接到所述電容器上并且增大所述電容器上的電壓。
12.根據(jù)權利要求11所述的電源系統(tǒng)，其中，所述誤差校正電路進一步包含觸發(fā)器電路，所述觸發(fā)器電路配置為對放大器電路的輸出信號進行鎖存；并且其中，所述觸發(fā)器電路的輸出配置為對所述第一開關和所述第二開關的導通狀態(tài)進行控制。
13.根據(jù)權利要求11所述的電源系統(tǒng)，其中，所述比較器電路進一步配置為用延遲的信號進行激活，其中所述延遲的信號是與所述互補PWM信號成比例的、相對于所述互補PWM信號具有一預定延遲的信號。
14.根據(jù)權利要求11所述的電源系統(tǒng)，其中，所述預定部分以所述電感器中的電流的斜率與所述電容器上的電壓的斜率之間的誤差為基礎。
15.根據(jù)權利要求9所述的電源系統(tǒng)，進一步包含瞬時電感器電流檢測電路，所述瞬時電感器電流檢測電路配置為產(chǎn)生與所述電感器的瞬時電流成比例的電壓信號，所述瞬時電感器電流檢測電路包含放大器電路、開關電路、電流鏡像電路、第一電阻器以及第二電阻器，其中所述放大器電路被放置在負反饋拓撲中并且參考信號連接到所述放大器電路的正輸入端處，所述放大器電路的輸出配置為控制所述開關電路的導通狀態(tài)以使得當所述放大器電路的負端近似等于所述正端時所述開關導通，所述開關電路連接到所述第一電阻器上，且所述第一電阻器連接到來自所述低側(cè)功率開關與所述高側(cè)功率開關之間的電壓信號上，且所述開關連接到所述電流鏡像電路的第一側(cè)，并且所述第二電阻器連接到所述電流鏡像電路的第二側(cè)且連接到所述輸出電壓上；其中，所述開關電路的導通狀態(tài)引起電流流動，所述電流以所述第一電阻器、所述第二電阻器以及所述低側(cè)功率開關和所述高側(cè)功率開關之間的電壓信號的值為基礎；并且其中，所述與所述電感器的瞬時電流成比例的電壓信號是所述第二電阻器與所述電流鏡像電路的第二側(cè)之間的電壓。
16.根據(jù)權利要求9 所述的電源系統(tǒng)，其中，所述控制器電路進一步配置為基于所述電容器上的電壓對所述PWM信號的占空比進行調(diào)節(jié)。
17.—種對電源的電感器電流進行模擬的方法，包含: 用第一電流源對電容器充電，所述第一電流源產(chǎn)生與輸入電壓軌成比例的第一電流，所述輸入電壓軌連接到所述電源的功率開關上； 用第二電流源使所述電容器放電，所述第二電流源產(chǎn)生與所述電源的所述電感器的輸出電壓成比例的第二電流； 將所述電容器上的電壓Vcs和與所述電感器中的瞬時電流成比例的信號VcS_dc進行比較； 確定Vcs是否大于Vcs_dc,并且如果Vcs大于Vcs_dc,用第三電流源對所述電容器充電，所述第三電流源產(chǎn)生與所述電感器的輸出電壓的預定部分成比例的第三電流；以及 確定Vcs是否小于Vcs_dc,并且如果Vcs小于Vcs_dc,用第四電流源使所述電容器放電，所述第四電流源產(chǎn)生與所述電感器的輸出電壓的預定部分成比例的第四電流。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，進一步包含: 產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制PWM信號；以及 基于所述PWM信號控制所述第一電流源。
19.根據(jù)權利要求17所述的方法，進一步包含: 產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制PWM信號；以及 將所述電容器上的電壓Vcs和與所述電感器的瞬時電流成比例的信號VcS_dc之間的比較，相對于所述PWM信號延遲一預定延遲時間。
20.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中，所述電源包含與所述輸入電壓軌串聯(lián)連接的高側(cè)功率開關和低側(cè)功率開關，并且所述方法進一步包含至少部分地基于所述高側(cè)功率開關和所述低側(cè)功率開關之間的電流來產(chǎn)生VcS_dc。
21.根據(jù)權利要求17所述的方法，進一步包含: 產(chǎn)生具有一占空比的脈沖寬度調(diào)制PWM信號；以及 基于所述電容器上的電壓對所述PWM的占空比進行調(diào)節(jié)。
22.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中，所述電源包含與所述輸入電壓軌串聯(lián)連接的高側(cè)功率開關和低側(cè)功率開關，并且所述方法進一步包含: 產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制PWM信號并且使用所述PWM信號對所述高側(cè)開關的導通狀態(tài)進行控制； 產(chǎn)生互補PWM信號并且使用所述互補PWM信號對所述低側(cè)開關的導通狀態(tài)進行控制； 使用所述高側(cè)功率開關和所述低側(cè)功率開關的輸出對所述電感器進行驅(qū)動。
23.根據(jù)權利要求17所述的方 法，其中，所述預定部分以所述電感器中的電流的斜率與所述電容器上的電壓的斜率之間的誤差為基礎。
【文檔編號】H02M3/155GK103580474SQ201310331624
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月1日 優(yōu)先權日:2012年8月1日
【發(fā)明者】詹姆斯·加勒特 申請人:快捷半導體(蘇州)有限公司, 快捷半導體公司