用于開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器的電感器電流測量補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請關(guān)于開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，尤其是關(guān)于用于開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器的電感電流測量補(bǔ)
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【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器由于它們的高效以及該些轉(zhuǎn)換器所消耗的面積/體積小被廣泛地用在用于多種應(yīng)用的現(xiàn)代電子系統(tǒng)，該些應(yīng)用譬如用于通信的計(jì)算(服務(wù)器以及移動)和點(diǎn)負(fù)載系統(tǒng)(Point of Load System，POLs)。廣泛應(yīng)用的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器拓補(bǔ)包括降壓、升壓、降壓-升壓、正向、反激式、半橋、全橋以及SEPIC拓補(bǔ)。多相位降壓轉(zhuǎn)換器尤其適合提供被高性能集成電路(譬如，微處理器、圖像處理器以及網(wǎng)絡(luò)處理器)所需的低壓高電流。降壓轉(zhuǎn)換器利用有源元件和無源元件來實(shí)施，有源元件譬如是脈寬調(diào)制PffM控制1C、驅(qū)動電路，包括功率MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的多個(gè)相位，無源元件譬如是電感器、變壓器或耦接的電感器、電容器和電阻器。多個(gè)相位(功率級)能夠通過分別的電感器并聯(lián)連接至負(fù)載，以滿足高輸出電流的要求。
[0003]為了安全、穩(wěn)健性地運(yùn)行，需要精確了解由開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器提供的電流。誤差的電流測量能夠?qū)е逻^早脫扣過電流保護(hù)(Over-current protect1n, 0CP)，這在高可靠性應(yīng)用(譬如數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器)是不期望的，或是能夠?qū)е聻?zāi)難性設(shè)備故障的脫扣OCP的故障。不論發(fā)生何種情況，誤差電流信息引起可能處于產(chǎn)品規(guī)格之外的誤差輸出電壓設(shè)置點(diǎn)。
[0004]用于確定流過開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器中電感器電流的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)被稱為DCR檢測，其利用該電感器的非理想的DC電阻(DC resistance, DCR)。電感器的DCR在用于現(xiàn)有元件的數(shù)據(jù)表的額定條件下被規(guī)定，或是在自定義設(shè)計(jì)中被計(jì)算或測量。利用DCR檢測，RC檢測網(wǎng)絡(luò)與電感器并聯(lián)，并且電容器兩端的電壓表示DCR兩端的電壓，這意味著流過該電感器的電流有關(guān)于電容器電壓和DCR值之比。對于靜態(tài)流過負(fù)載的DC電流，電容器兩端的DC電壓成比例于流過負(fù)載的DC電流和電感器的DCR。對于動態(tài)電流，譬如流過負(fù)載的變化電流或電感器中的紋波電流，如果RC網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)與電感器的電感和DCR的時(shí)間常數(shù)相匹配，電容器兩端的瞬時(shí)值與電感器中的瞬態(tài)電流成比例。然而，電感和DCR隨著溫度變化，這意味著電流信息僅在時(shí)間常數(shù)匹配的溫度下才精確。
[0005]很多通常的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器使用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(negative temperaturecoefficient NTC)網(wǎng)絡(luò)來增大DCR測量。該用于DCR補(bǔ)償?shù)腘TC網(wǎng)絡(luò)通常與用于過溫保護(hù)(over temperature protect1n,OTP)的NTC網(wǎng)絡(luò)相分離，這增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本、元件數(shù)量以及信號傳輸復(fù)雜性。另外，溫度補(bǔ)償NTC網(wǎng)絡(luò)不包含有用的信息。代替的，溫度補(bǔ)償NTC網(wǎng)絡(luò)是人工調(diào)諧的非智能網(wǎng)絡(luò)。因此，該網(wǎng)絡(luò)對于其用于的平臺是特定的。利用熱影響(例如，電路板層數(shù)目、空氣流動、低效元件等等)改變設(shè)計(jì)參數(shù)要求改變硬件以對NTC網(wǎng)絡(luò)重調(diào)諧。另外，NTC網(wǎng)絡(luò)的元件冗余引起電流測量的額外誤差，并且用于DCR補(bǔ)償?shù)腘TC技術(shù)僅對DC測量有用。如此，電流的動態(tài)或AC值沒有被補(bǔ)償。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出了一種用于開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器的電流估計(jì)方法，所述開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器通過電感器傳送電流至負(fù)載，所述方法包括:測量與所述電感器并聯(lián)耦接的RC電流檢測網(wǎng)絡(luò)的電容器兩端的電壓；基于在所述RC電流檢測網(wǎng)絡(luò)的所述電容器兩端的所測得的電壓來產(chǎn)生所述電感器中的電流的估計(jì)；通過補(bǔ)償濾波器來調(diào)整所述電感器中的電流的所述估計(jì)，所述補(bǔ)償濾波器根據(jù)溫度和電流中的至少一個(gè)來補(bǔ)償所述電感器的電感變化。
[0007]本發(fā)明還提出了一種用于控制開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器運(yùn)行的控制器，所述開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器通過電感器傳送電流至負(fù)載，所述控制器包括:RC電流檢測網(wǎng)絡(luò)，其與所述電感器并聯(lián)耦接；電流估計(jì)器，其可操作為基于在所述Re電流檢測網(wǎng)絡(luò)的所述電容兩端的所測得的電壓，來產(chǎn)生所述電感器中所述電流的估計(jì)；補(bǔ)償濾波器，其可操作為通過根據(jù)溫度和電流中的至少一個(gè)來補(bǔ)償所述電感器的電感的變化來調(diào)整所述電感器中所述電流的估計(jì)。
[0008]本發(fā)明還提出了一種多相開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，包括:多個(gè)相，其可操作為傳送電流至負(fù)載，每個(gè)相通過電感器被連接至所述負(fù)載；RC電流檢測網(wǎng)絡(luò)，其與每個(gè)電感器并聯(lián)耦接；電流估計(jì)器，其可操作為基于在所述RC電流檢測網(wǎng)絡(luò)的所述電容器器兩端所測得的電壓，產(chǎn)生所述電感器中的個(gè)體電流的估計(jì)，并且基于所述電感器的所述個(gè)體電流估計(jì)來產(chǎn)生總電流估計(jì)；補(bǔ)償濾波器，其可操作為通過根據(jù)溫度和電流中的至少一個(gè)來補(bǔ)償所述電感器的所述電感的變化來調(diào)整所述總電流估計(jì)。
[0009]本領(lǐng)域技術(shù)人員將通過閱讀以下詳細(xì)的描述和查看附圖，認(rèn)識到另外的功能和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0010]圖中的元件無需相互成比例。相同的參照數(shù)字標(biāo)出對應(yīng)的類似的部件。不同的描述的實(shí)施例的功能可以被接合，除非它們彼此排斥。實(shí)施例在途中被示出，并且在下面的描述中被細(xì)化。
[0011]圖1示出了具有補(bǔ)償?shù)碾姼衅鱀CR電流檢測的多相位開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器的實(shí)施例的豐吳塊圖；
[0012]圖2示出了用于具有電感器DCR電流檢測的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器的補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ膶?shí)施例的流程圖；
[0013]圖3示出了提供溫度補(bǔ)償至具有電感器DCR電流檢測的多相位開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器的補(bǔ)償濾波器的實(shí)施例的模塊圖；
[0014]圖4示出了提供取決于電流的溫度補(bǔ)償至具有電感器DCR電流檢測的多相位開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器的補(bǔ)償濾波器的實(shí)施例的模塊圖；
[0015]圖5示出了顯示多相位開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器的電感器的電感的電流依賴性的點(diǎn)狀圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本文描述的實(shí)施例提供了基于DCR的電流估計(jì)技術(shù)，其補(bǔ)償DCR和相位電感之間的差值變化。在一些實(shí)施例中，開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器的實(shí)際溫度的讀取被用于實(shí)施電流估計(jì)補(bǔ)償。相同的溫度測量被用于補(bǔ)償基于DCR的電流估計(jì)過程，也能夠被用于過電流和過溫保護(hù)過程。在其他實(shí)施例中，相位電感的電流依賴性被用來實(shí)施電流估計(jì)補(bǔ)償。其它類型的補(bǔ)償也能夠被使用，譬如，電壓或頻率補(bǔ)償。在各種情形中，基于這里描述的電流估計(jì)補(bǔ)償技術(shù)，穩(wěn)態(tài)(DC)和瞬態(tài)(AC)負(fù)載條件可以通過使用具有非常數(shù)的頻率響應(yīng)的補(bǔ)償濾波器來被減緩。
[0017]圖1示出了開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器100的實(shí)施例，其包括具有多個(gè)相位104的功率級102以及用于控制功率級102的控制器106(譬如，微控制器、微處理器、專用集成電路ASIC等)。每個(gè)相位104可操作為通過分離的電感器(L。)傳送相電流(IJ至負(fù)載，該負(fù)載經(jīng)由該些電感和輸出電容器(C。)連接至開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器100。該負(fù)載可以是高性能集成電路，譬如，微處理器、圖像處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器等，或要求電壓調(diào)節(jié)的其他類型的集成電路，譬如點(diǎn)負(fù)載(Point of Load，POL。該負(fù)載在圖1中由電阻器&表示。
[0018]每個(gè)相位104具有用于通過對應(yīng)的電感器耦接至負(fù)載的高側(cè)晶體管Ql和低側(cè)晶體管Q2。每個(gè)相位104的高側(cè)晶體管可開關(guān)地將該負(fù)載連接至開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器