具有正電流和負(fù)電流的線性高速跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開總體地涉及電流感測(cè)，更特別地涉及在包括半橋配置的電子電路中的電流感測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]跟蹤電流感測(cè)電路典型地提供在主動(dòng)和被動(dòng)設(shè)備中流動(dòng)的電流的復(fù)制，并可以被用在諸如用于服務(wù)器和移動(dòng)電腦應(yīng)用的DC-DC變換器的應(yīng)用中。常規(guī)的跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)經(jīng)常包括運(yùn)算放大器，其導(dǎo)致長(zhǎng)的建立時(shí)間，這限制了系統(tǒng)的最大頻率。常規(guī)非線性跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)具有不準(zhǔn)確性，因此并不適于某些應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]總體地，本公開描述了具有改善的準(zhǔn)確性、帶寬和穩(wěn)定性的跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)。本文描述的一些示例的設(shè)備和系統(tǒng)是線性的。該示例的設(shè)備和系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)運(yùn)算跨導(dǎo)放大器，其響應(yīng)于橋的一端在電流操作階段中開啟，吸收(sink)和提供電流到橋的該端，以便電流與在前一操作階段中的結(jié)束電流近似地相同。例如，半橋包括在I?階段期間操作的高端開關(guān)、以及在Ttw階段期間操作的低端開關(guān)。在T M階段期間，低端開關(guān)的電流是預(yù)偏置的，以便在Ttw階段的開頭，電流開始于在T w階段的結(jié)尾處達(dá)到的電流水平。類似地，運(yùn)算放大器在Ttw階段期間吸收和提供電流到高端開關(guān)，以便在T M階段的開頭，高端開關(guān)的電流開始于在Ttw階段的結(jié)尾處達(dá)到的電流。這會(huì)預(yù)偏置被耦合到半橋的非活動(dòng)端的電容中的電流，這樣當(dāng)半橋的該端變得活動(dòng)時(shí)，其會(huì)已經(jīng)接近于或處于操作電流下。通過這種方式，預(yù)偏置半橋的非活動(dòng)端減少了當(dāng)半橋的該端被激活時(shí)的任何建立時(shí)間(settlingtime)。而且，這個(gè)示例的跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)可以用正電流和負(fù)電流工作。
[0004]本公開的一個(gè)或多個(gè)示例和技術(shù)的細(xì)節(jié)在附圖和以下描述中陳述。本公開的其他特征、目標(biāo)和優(yōu)勢(shì)將從說明書和附圖以及從權(quán)利要求中變得明顯。
【附圖說明】
[0005]圖1是圖示根據(jù)本公開描述的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)的示例的跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)的示意圖。
[0006]圖2是圖示根據(jù)本公開描述的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)的在圖1的跟蹤電流系統(tǒng)中的電流的不例彳丁為的時(shí)序圖。
[0007]圖3是圖示根據(jù)本公開描述的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)的圖1的示例的跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)操作在脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)為高時(shí)的示意圖。
[0008]圖4是圖示根據(jù)本公開描述的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)的圖1的示例的跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)操作在PWM信號(hào)為低時(shí)的示意圖。
[0009]圖5是圖示根據(jù)本公開描述的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)的操作跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)的示例性的方法的流程圖。
[0010]附圖不必按比例繪制。相同附圖標(biāo)記包括相同特征，盡管相同特征之間在各示例中可以存在變化。
【具體實(shí)施方式】
[0011]由于引入該系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電容，具有一個(gè)或多個(gè)運(yùn)算放大器的跟蹤電流系統(tǒng)可能具有有限的帶寬和轉(zhuǎn)換速率，以穩(wěn)定運(yùn)算放大器。因此，這樣的電流跟蹤系統(tǒng)可能無法以系統(tǒng)要求的速率來吸收或提供電流，因?yàn)殡娏鞅仨氃诿看尾僮麟A段變化時(shí)(例如從!《到Tqff，或反之亦然)從零被吸收或被提供。這個(gè)問題會(huì)在跟蹤電流中引入系統(tǒng)性偏移，而且在某些情況下，當(dāng)活動(dòng)時(shí)間太短時(shí)電流跟蹤系統(tǒng)可能甚至根本不能達(dá)到跟蹤電流。反而，當(dāng)系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定時(shí)沒有偏移或非常小的偏移可能是優(yōu)選的。在一些應(yīng)用中，諸如具有快速切換的降壓變換器，可以用于建立放大器和追蹤晶體管中的電流的時(shí)間更少。而且，一些非線性電流追蹤系統(tǒng)由于連續(xù)切換可能具有固有的不準(zhǔn)確性。在一些方面中，描述了系統(tǒng)、設(shè)備和技術(shù)，其沒有偏移或具有小的偏移以及改善的準(zhǔn)確性。
[0012]圖1是圖示根據(jù)本公開描述的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)的示例的跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)的示意圖。跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)10(本文也稱作“系統(tǒng)10”)是一種線性系統(tǒng)，其保持線性系統(tǒng)的準(zhǔn)確性性能同時(shí)也具有非線性系統(tǒng)的增大的速率。系統(tǒng)10包括運(yùn)算跨導(dǎo)放大器(“OTA”) 30-1和第二增益級(jí)32-1。OTA 30-1和第二增益級(jí)32-1結(jié)合用作第一運(yùn)算放大器。系統(tǒng)10也包括OTA 30-2和第二增益級(jí)32-2。同樣地，0TA30-2和第二增益級(jí)32_2結(jié)合用作第二運(yùn)算放大器。跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)10具有減少的建立時(shí)間并且總體地比常規(guī)跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)更加準(zhǔn)確。在一些示例中，第二增益級(jí)32-1和32-2的至少一個(gè)可以包括有輸出級(jí)。
[0013]跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)10包括半橋，半橋包括高端開關(guān)12(本文稱作“HS12”)和低端開關(guān)20(本文稱作“LS20”)。跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)10被配置為跟蹤在半橋的兩端中流動(dòng)的正電流和負(fù)電流。系統(tǒng)10可以能夠沒有任何間斷地跟蹤正電流和負(fù)電流。HS12包括功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(“FET”)14-1和感測(cè)FET14-2，本文共同稱作“FET14”。FET 14的源極被耦合到運(yùn)算收發(fā)器放大器30-1 (本文也稱作“HS_0TA 30-1 ” )和第二級(jí)32_1。電流Ipotot流經(jīng)功率FET14-1。電流1{—流經(jīng)感測(cè)FET14-2。類似地，LS20包括功率FET22-1和感測(cè)FET22-2，本文共同稱作“FET 22”。FET 22的源極被耦合到OTA 30_2 (本文也稱作“HS_OTA 30-2”)和第二級(jí)32-2。電流Ιρ.流經(jīng)功率FET22-1。電流I feedba。^經(jīng)感測(cè)FET22-2的源極。
[0014]在一些示例中，F(xiàn)ET 14和22的一個(gè)或多個(gè)可以包括金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管“M0SFET”晶體管，例如P型MOSFET或N型MOSFET。在其他示例中，F(xiàn)ET 14和22的一個(gè)或多個(gè)可以包括其他類型的晶體管，諸如金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效電晶體管“MESFET”。如這里為簡(jiǎn)單起見描述的那樣，HS12和LS20被描述為分別包括FET14和22。然而，HS12和LS20可以包括非FET的一個(gè)或多個(gè)主動(dòng)或被動(dòng)器件。例如，HS12和LS20可以包括其他類型的晶體管，諸如雙極結(jié)型晶體管、結(jié)型柵FET等。在另一示例中，HS12和LS20可以包括一個(gè)或多個(gè)電阻器，其中電阻器的比例對(duì)于功率分支(即對(duì)應(yīng)于功率FET 14-1和22-1)較小，而對(duì)于感測(cè)分支(即對(duì)應(yīng)于感測(cè)FET 14-2和22-2)較大。圖1圖示其中HS12和LS20兩者都包括兩個(gè)分開的晶體管(例如每個(gè)開關(guān)是分立的)的示例。然而，在其他示例中，HS12和LS20的任一個(gè)或兩者都可以具有用于功率和感測(cè)FET(例如每個(gè)開關(guān)是集成的)的單片晶體管。也即，系統(tǒng)10可以是完全分立的，完全集成的，或者兩者的混合。
[0015]HS_OTA 30-1被用在系統(tǒng)10中代替高端比較器，如在其他系統(tǒng)中那樣，其可以包括其他非線性系統(tǒng)。HS_OTA 30-1被耦合到第一第二增益級(jí)32-1(本文也稱作“HS_OUT32-1，，)。HS_OTA 30-1和HS_OUT 32-1 —起用作類似于運(yùn)算放大器。HS_OTA 30-1的輸出驅(qū)動(dòng)HS_OUT 32-1。類似地，LS_OTA 30_2被用在系統(tǒng)10中代替低端比較器(其被用在例如非線性系統(tǒng)中)。LS_OTA 30-2被耦合到第二第二增益級(jí)32-2 (本文也稱作“LS_OUT32-2”)。LS_OTA 30-2和LS_OUT 32-2 —起用作類似于運(yùn)算放大器。LS_OTA 30-2的輸出驅(qū)動(dòng) LS_OUT 32-2。
[0016]脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)在節(jié)點(diǎn)16處被輸入系統(tǒng)10中。PWM信號(hào)可以作為用于系統(tǒng)10的控制信號(hào)。PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)開關(guān)24-1到24-4。在其他示例中，其他類型的控制信號(hào)可以在節(jié)點(diǎn)16處被輸入系統(tǒng)10中。例如，脈沖密度調(diào)制“PDM”信號(hào)可以在在節(jié)點(diǎn)16處被輸入。在一些示例中，PWM信號(hào)或類似于PWM信號(hào)的信號(hào)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10。
[0017]跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)10進(jìn)一步包括輔助的0TA30-3。輔助的0TA30-3與第二增益級(jí)的一個(gè)、HS_OUT 32-1或LS_OUT 32_2成對(duì)，以預(yù)偏置系統(tǒng)10的當(dāng)前非活動(dòng)的一端。例如，在1*操作階段期間，AUX_OTA 30-3耦合到LS_OUT 32-2以預(yù)偏置包括M5、M4和M3的電流鏡用于轉(zhuǎn)換到Ttw操作階段。類似地，在T _操作階段期間，AUX_0TA30-3耦合到HS_OUT 32-1以預(yù)偏置包括Ml和M2的電流鏡用于轉(zhuǎn)換到Tjt作階段。
[0018]輸出40 (0UT_ BmK；E)包括半橋的輸出，電感負(fù)載可以連接在所述輸出處。另一輸出42 (OUTc胃ENT—SENSE)是用于跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)10的輸出。在高端感測(cè)FET 14-2或低端感測(cè)FET 22-2中的電流可以通過在輸出42處采樣該電流被確定。
[0019]跟蹤電流感測(cè)系統(tǒng)10包括電流源44-1到44-3(本文集體稱作“電流源44”)。電流源44-1被耦合到高端感測(cè)FET 14-2的源極以及電壓VBQQT。電流源44_1