專利名稱：具有改進(jìn)電流感應(yīng)的dc－dc變換器及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電感電流的精確測(cè)量，尤其用于控制電壓調(diào)節(jié)電路及相關(guān)功率電路中的開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
需要精確地測(cè)量負(fù)載電流以便于實(shí)現(xiàn)包括電流電機(jī)、DC-DC變換器電路以及電壓調(diào)節(jié)電路的各種設(shè)備的控制。一種眾所周知的用于通過(guò)流入DC-DC變換器的電感電流測(cè)量負(fù)載電流的電路100在圖1(a)中示出。電路100中引腳ISENSE-與ISENSE+之間垂直虛線右側(cè)的部分通常在IC芯片的內(nèi)部，而通常在IC芯片外部的包括含有電感器L 110與CFILTER(輸出電容器)的低通濾波器的部分在ISENSE-與ISENSE+之間虛線的左側(cè)。具有電感L且具有DC電阻DCR的外部電感器L 110與CFILTER構(gòu)成低通濾波網(wǎng)絡(luò)的一部分，該CFILTER將由脈沖寬度調(diào)制器(PWM，未示出)所提供的應(yīng)用脈沖寬度調(diào)制的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成負(fù)載RLOAD上的穩(wěn)態(tài)電壓輸出VOUT。L 110上電壓降的一部分是由其示為DCR的DC電阻引起的。與電容器串聯(lián)的電阻RIND與電容器CIND被示為置于電感器110上，從而RIND/CIND提供與L/DCR的時(shí)間常數(shù)緊密匹配的時(shí)間常數(shù)。
CIND上的跨電壓，在圖1(a)中示為VIND，匹配DCR上的電壓降，并因而作為電感電流IIND的有效指示。運(yùn)算放大器A1置于電路100中，以驅(qū)動(dòng)Nmos晶體管Q1的柵極，晶體管Q1的源極在引腳ISENSE+處連接回A1的反相輸入端。感應(yīng)電阻RSENSE120置于引腳ISENSE+與VOUT之間。
連接于引腳ISENSE-的A1的同相輸入連接到RIND與CIND之間的結(jié)點(diǎn)。在此配置中，A1的高增益將引腳ISENSE+的電壓驅(qū)動(dòng)到實(shí)質(zhì)上等于引腳ISENSE-的電壓，從而電容器CIND上等于VIND的電壓將置于RSENSE上。然后Q1將傳輸?shù)扔赩IND/RSENSE、或IIND*DCR/RSENSE的電流。此電流ISENSE可在Q1的漏極得到，且接著IOUT可進(jìn)行處理并用于過(guò)電流脫扣或用于設(shè)置經(jīng)調(diào)整輸出阻抗。
盡管Q1在圖1中被示為Nmos晶體管，但在可選實(shí)施例中也可是其漏極電流組合來(lái)形成雙向電流感應(yīng)的Nmos與Pmos的組合。也可只以是偏置電流在ISENSE+增加并在IOUT減少回原值以允許雙向電流感應(yīng)的Nmos或Pmos。
RSENSE電阻與ISENSE-引腳也可在同步整流器FET上連接。在此情況下，F(xiàn)ET的RDSON可以是替代電感器DCR的電流感應(yīng)元件。通過(guò)在PWM驅(qū)動(dòng)同步整流器時(shí)采樣下MOSFET rDS(ON)上的電壓的負(fù)載電流感應(yīng)在圖1(b)所示的電路140中示出。PWM 150驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)器152，該柵極驅(qū)動(dòng)器152驅(qū)動(dòng)上下(同步整流器)兩個(gè)輪流驅(qū)動(dòng)電感器160的Nmos 156和157。放大器A1是通過(guò)將ISEN-輸出連接到MOSFET 157的源極的接地基準(zhǔn)。當(dāng)FET 156導(dǎo)通時(shí)，電感電流IL從VIN流經(jīng)156，且當(dāng)下FET 157導(dǎo)通時(shí)，則從接地端流出。電感電流(IL)因此使FET 157上的壓降等于RDSON與電感電流的乘積，該電感電流與感應(yīng)電阻170的阻值乘以被感應(yīng)電流(ISEN)相關(guān)。具體地，進(jìn)入ISEN+引腳的結(jié)果電流與溝道電流IL成比例。然后ISEN電流在充分置位時(shí)間之后被采樣并保持，如本技術(shù)領(lǐng)域中所公知的。采樣電流可用于包括溝道電流平衡、負(fù)載線路調(diào)整、以及過(guò)電流保護(hù)的應(yīng)用中。
電路100與140中的RSENSE被設(shè)置成在芯片外是因?yàn)镽SENSE需要是可調(diào)的，從而獲得用于電路100的期望IOUT值以用于DCR與IIND的不同組合。例如，如果IOUT與集成電路(IC)內(nèi)部的固定電流值相比較以產(chǎn)生過(guò)電流脫扣，且電感器DCR與所期望IIND電流脫扣點(diǎn)通過(guò)系統(tǒng)約束來(lái)設(shè)置，則RSENSE值必須被調(diào)整以在期望IIND上獲得期望IOUT。因?yàn)樾枰烧{(diào)性的緣故，所以RSENSE通常如圖1所示設(shè)置在IC的外部。RSENSE通常設(shè)置在IC外部的第二個(gè)原因是大多數(shù)集成電路工藝不支持精確及穩(wěn)定的內(nèi)部電阻器。
使用外部RSENSE的一個(gè)問(wèn)題是ISENSE+引腳對(duì)如圖1(a)與1(b)中所示的噪聲干擾的敏感度，該噪聲干擾是通過(guò)寄生電容器130耦合的噪聲。再次參考圖1(a)，電容耦合到引腳ISENSE+的噪聲電流顯現(xiàn)為包括圖1所示噪聲分量的Q1的漏極電流，為IOUT+Noise。已知此噪聲耦合會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生不利影響，且已要求非常精細(xì)的印刷電路板布線來(lái)最小化引腳ISENSE+上的電容耦合。通常嘗試將ISENSE+X設(shè)成旁路是不可行的，因?yàn)檫@會(huì)在放大器A1的反饋處置入一極點(diǎn)，從而可能使A1不穩(wěn)定。
因而，需要經(jīng)改進(jìn)的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電路，特別是可用于在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電路、電機(jī)控制電路等中精確測(cè)量負(fù)載電流的電流測(cè)量電路，它們不需要在具有附加噪聲敏感度的A1的反相輸入端上具有外部精確的RSENSE。

發(fā)明內(nèi)容
DC-DC變換器包括包括有誤差放大器和輸入端連接到誤差放大器輸出端的脈沖寬度調(diào)制器(PWM)的芯片；由與該變換器的輸出結(jié)點(diǎn)(VOUT)串聯(lián)的所述PWM驅(qū)動(dòng)的電感器，其中負(fù)載電流流過(guò)電感器。VOUT通過(guò)包括反饋電阻(RFB)的網(wǎng)絡(luò)反饋到誤差放大器的反相輸入端。用于感應(yīng)負(fù)載電流的電路包括第一運(yùn)算放大器；芯片上具有電阻RSENSE的耦合到第一放大器的反相輸入端的感應(yīng)電阻；其中相關(guān)于負(fù)載電流的感應(yīng)電流流過(guò)感應(yīng)電阻，相關(guān)電流源提供輸出電流以供應(yīng)感應(yīng)電流。基準(zhǔn)電阻設(shè)置于芯片上并具有是RSENSE固定倍數(shù)的電阻RREFERENCE。設(shè)定電阻設(shè)置成具有電阻RSET。跟蹤電路將基準(zhǔn)電阻上的電壓設(shè)置成等于設(shè)定電阻上的電壓。功能塊被耦合以便接收通過(guò)設(shè)定電阻的電流與通過(guò)基準(zhǔn)電阻的電流來(lái)獲得它們的比值。電流乘法器被設(shè)置成其中功能塊的輸出被連接到該電流乘法器。電流乘法器提供與負(fù)載電流除以RSET成比例的測(cè)量電流。
本發(fā)明可利用各種用于感應(yīng)負(fù)載電流的電路配置。在一實(shí)施例中，使用電感器DCR感應(yīng)，其中變換器還包括與跨越電感器放置的電容器串聯(lián)的電阻，該電阻具有設(shè)計(jì)成與電感器的時(shí)間常數(shù)相匹配的時(shí)間常數(shù)、及其相關(guān)聯(lián)的DC電阻(DCR)。在另一實(shí)施例中，使用MOSFET rDS(ON)感應(yīng)，其中變換器還包括連接于PWM的輸出與電感器之間的同步整流器。
感應(yīng)電阻和所述基準(zhǔn)電阻最好是由相同材料制成的。在一實(shí)施例中，變換器包括電流反射鏡，它具有連接到誤差放大器反相端的輸出端、及用于感應(yīng)測(cè)量電流的輸入端，所述電流反射鏡將所述測(cè)量電流轉(zhuǎn)換成源電流以流過(guò)RFB，以隨著測(cè)量電流的增大提高所述誤差放大器的反相輸入端的電勢(shì)來(lái)控制輸出阻抗。在另一實(shí)施例中，變換器還包括將測(cè)量電流與固定基準(zhǔn)電流作比較、并產(chǎn)生及施加一重置信號(hào)到PWM以防止PWM進(jìn)入過(guò)電流狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施例中，用于比較的結(jié)構(gòu)可包括變換器，該變換器的輸出端耦合到變換器的重置引腳，其中如果測(cè)量電流大于基準(zhǔn)電流，則PWM將禁用。
DC-DC變換器中電流感應(yīng)的方法包括以下步驟提供DC-DC變換器芯片，它包括耦合到驅(qū)動(dòng)電感器的脈沖寬度調(diào)制器(PWM)的誤差放大器，該電感器與適于通過(guò)負(fù)載接地的變換器的輸出節(jié)點(diǎn)(VOUT)串聯(lián)，其中負(fù)載電流流過(guò)所述電感器。VOUT經(jīng)由包括反饋電阻(RFB)的網(wǎng)絡(luò)反饋回誤差放大器的反相輸入端。用于感應(yīng)負(fù)載電流的包括感應(yīng)電阻的電路在芯片上，該感應(yīng)電阻具有用于產(chǎn)生相關(guān)于負(fù)載電流的感應(yīng)電流的電阻值(RSENSE)。相關(guān)電流源提供輸出電流(IOUT)以提供感應(yīng)電流?；鶞?zhǔn)電阻設(shè)置在芯片上并具有是RSENSE固定倍數(shù)的電阻RREFERENCE。設(shè)置有具有電阻RSET的設(shè)定電阻，還設(shè)置有用于將基準(zhǔn)電阻上的電壓設(shè)置成等于設(shè)定電阻上的電壓的跟蹤電路。
流經(jīng)設(shè)定電阻的電流與流經(jīng)基準(zhǔn)電阻的電流的比值被確定。然后與所述RSENSE的實(shí)際值無(wú)關(guān)的測(cè)量電流使用該比值來(lái)確定，該測(cè)量電流與負(fù)載電流除以RXSET成比例。
用于感應(yīng)所述負(fù)載電流的電路可實(shí)現(xiàn)電感器DCR感應(yīng)。在另一實(shí)施例中，用于感應(yīng)所述負(fù)載電流的電路實(shí)現(xiàn)MOSFET rDS(ON)感應(yīng)。
該方法還可包括利用測(cè)量電流以提供固定輸出阻抗的步驟。在該實(shí)施例中，該利用步驟可包括將測(cè)量電流(通常是吸收電流)變換成源電流，并使源電流流過(guò)反饋電阻以便隨著電感電流的增加而增大反相輸入端上相對(duì)于VOUT的電壓。
在本發(fā)明另一實(shí)施例中，該方法還包括以下步驟如果負(fù)載電流增大到超出預(yù)定量，則利用測(cè)量電流關(guān)閉PWM以避免PWM進(jìn)入過(guò)電流狀態(tài)。在該實(shí)施例中，該利用步驟可包括將測(cè)量電流與預(yù)定基準(zhǔn)電流作比較，并且如果測(cè)量電流大于基準(zhǔn)電流，則切斷到所述PWM的電源。在一實(shí)施例中，測(cè)量電流與基準(zhǔn)電流都被設(shè)置成輸入反相器，該反相器的輸出端耦合到調(diào)節(jié)器的重置引腳，其中如果測(cè)量電流大于基準(zhǔn)電流，則PWM禁用。


通過(guò)參閱以下詳細(xì)說(shuō)明書(shū)以及附圖，本發(fā)明以及其特征和優(yōu)點(diǎn)的全面理解可得到實(shí)現(xiàn)，其中圖1(a)是DC-DC變換器中實(shí)現(xiàn)電感器DCR感應(yīng)的已知負(fù)載電流感應(yīng)的示意圖。
圖1(b)是在PWM驅(qū)動(dòng)同步整流器時(shí)，DC-DC變換器中實(shí)現(xiàn)rDS(ON)感應(yīng)的負(fù)載電流感應(yīng)的已知電路的示意圖。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的具有用于測(cè)量DC-DC變換器中的電感電流的內(nèi)部感應(yīng)電阻的電路。
圖3示出包括使用根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電感器DCR感應(yīng)來(lái)測(cè)量負(fù)載電流、以控制變換器的輸出阻抗的電路的示例性DC-DC變換器的示意圖。
圖4示出包括再次使用根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的電感器DCR感應(yīng)來(lái)測(cè)量負(fù)載電流、用過(guò)電流脫扣動(dòng)作保護(hù)變換器的PWM電源的電路的示例性DC-DC變換器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的具有在實(shí)現(xiàn)電感器DCR感應(yīng)的DC-DC變換器、或其它開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電路中用于負(fù)載電流感應(yīng)的內(nèi)部感應(yīng)電阻的電路在圖2中示出。電路200包括與圖1(a)所示電路100中相同的電路元件，但添加了包括基準(zhǔn)與跟蹤電路的附加電路250(在虛線內(nèi)示出)，該基準(zhǔn)與跟蹤電路使流經(jīng)電感器110的電感電流能無(wú)關(guān)于RSENSE120的實(shí)際值測(cè)量。與電路100一樣，電路200包括通常在IC內(nèi)部的部分與通常在IC外部的部分(電感器L 110和CFILTER通常在IC外部)。然而，與圖1所示電路100不同的是，RSENSE在IC內(nèi)部。
電路200包括在IOUT路徑上的電流乘法器215，以便形成是IOUT倍數(shù)、等于M*IOUT的輸出電流IOUT2。電路200在IC內(nèi)部設(shè)置第二電阻RREFERENCE220。RREFERENCE220由于在芯片上置于RSENSE120的附近、并由與RSENSE120相同的導(dǎo)電材料制成，所以可被制造成具有精確控制與RSENSE的電阻比值K。即，RREFERENCE＝K*RSENSE。K可獨(dú)立于工藝改變或溫度改變得到，且可以是任意大于或小于1的方便值。電路200還包括外部電阻RSET235。RSET235高電勢(shì)側(cè)的電壓被示為耦合到VCC，且RSET235的低電勢(shì)側(cè)被驅(qū)動(dòng)成任意基準(zhǔn)電壓。如圖2所示，RSET235低電勢(shì)側(cè)的任意基準(zhǔn)電壓通過(guò)包括電壓源V1的示例性電路來(lái)設(shè)置，該電壓源V1耦合到Pmos源跟隨器Q2。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所共知的，MOS晶體管的源極與漏極可在晶體管工作期間互換角色。因此，在本文及權(quán)利要求中用于標(biāo)識(shí)MOS晶體管的載流電極的術(shù)語(yǔ)“源極”與“漏極”并非旨在相對(duì)于在電路工作的特定時(shí)間內(nèi)是充當(dāng)源極還是漏極來(lái)限制載流電極所執(zhí)行的功能。
運(yùn)算放大器A2250與Pmos Q3 255連接在一起以驅(qū)動(dòng)RREFERENCE220的低電勢(shì)端，從而RREFERENCE220實(shí)質(zhì)上具有與RSET235相同的電壓。RREFERENCE220可由其它諸如NPN/PNP混合跟隨器的電路驅(qū)動(dòng)，但在特定應(yīng)用中，系統(tǒng)精度要求可能會(huì)排除此方法。來(lái)自RREFERENCE220的電流與來(lái)自RSET235的電流被饋送到功能塊F1260。F1通過(guò)眾所周知的模擬或數(shù)字電路可擴(kuò)大一乘法器倍數(shù)M，該倍數(shù)M等于通過(guò)RSET的電流與通過(guò)RREFERENCE的電流的比率。因?yàn)橥ㄟ^(guò)其上具有相同電勢(shì)的電阻的電流與各個(gè)電阻值成反比，所以M等于RREFERENCE/RSET。因?yàn)镽REFERENCE等于K*RSENSE，所以M＝K*RSENSE/RSET。
如上所述對(duì)于圖1所示電路100，輸出電流IOUT等于IIND*DCR/RSENSE。IOUT2＝M*IOUT＝M*IIND*DCR/RSENSE。用K*RSENSE/RSET替代M，則IOUT2＝K*DCR/RSET(1)重要的是，方程式(1)中沒(méi)有RSET項(xiàng)，且IOUT2只取決于外部電路元件(L與RSET，以及L的DC電阻(DCR))的值。因此，不要求RSENSE是精確的。RSENSE120只需要相對(duì)RREFERENCE有固定比值(K)，該固定比值易于通過(guò)電路設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)置。因?yàn)殡娮璩杀壤栽谟糜赗SENSE與RREFERENCE的導(dǎo)電材料的電阻率中工藝(或溫度)的改變不會(huì)影響由電路200提供的電流測(cè)量的精度。
Pmos跟隨器(Q2與Q3)被示為驅(qū)動(dòng)RSENSE235與RREFERENCE220，且RSENSE與RREFERENCE被示為端接正電源VCC。盡管示出的是Pmos跟隨器，但是驅(qū)動(dòng)器也可選擇為NMOS或任一極性的雙極性晶體管，且端接可是接地或其它電源。如果體現(xiàn)為NMOS驅(qū)動(dòng)晶體管，則驅(qū)動(dòng)Q2柵極的電壓基準(zhǔn)V1將適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換極性與端接。
盡管未在圖2中示出，但是RREFERENCE220可通過(guò)基準(zhǔn)電壓V1與跟隨器來(lái)驅(qū)動(dòng)，且RSET可由A2與Q3有效地驅(qū)動(dòng)。這通常是低于所期望的，因?yàn)镽SET的寄生電容會(huì)在A2250的反饋中產(chǎn)生一個(gè)極點(diǎn)，這可導(dǎo)致A2不穩(wěn)定。
電路200可用于提供經(jīng)改進(jìn)的獲益于精確測(cè)量的電感電流的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電路，諸如DC-DC變換器、電機(jī)控制電路等。
圖3和圖4示出了感應(yīng)電流IOUT2相對(duì)于脈沖寬度調(diào)制的DC-DC變換器的示例性使用。圖3說(shuō)明了控制變換器的輸出阻抗，而圖4示出使用過(guò)電流脫扣動(dòng)作保護(hù)PWM電源。然而，注意，本發(fā)明并不限于脈沖寬度調(diào)制的DC-DC變換器，因?yàn)樗蓱?yīng)用到其它相關(guān)設(shè)備。此外，如上所述，不同于基于電感器DCR感應(yīng)的電路的負(fù)載電流感應(yīng)電路可應(yīng)用于本發(fā)明。例如，圖1(b)所示實(shí)現(xiàn)MOSFET rDS(ON)電流感應(yīng)的裝置可替換使用，其中感應(yīng)連接(ISENSE-與ISENSE+)連接到下FET(接地)的源極及其漏極。其它適當(dāng)?shù)呢?fù)載電流感應(yīng)電路也可用于本發(fā)明。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，示出示例性PWM DC-DC變換器300的示意圖，該變換器300包括用于根據(jù)本發(fā)明測(cè)量跨越電感器110的引腳ISENSE-與ISENSE+的電感電流的電路310，該電容器CF與電感器110一起形成用于負(fù)載RL的低通濾波器。變換器300包括誤差放大器350，該誤差放大器350將所施加的基準(zhǔn)電壓VREF與經(jīng)調(diào)節(jié)輸出電壓VOUT作比較。VOUT經(jīng)過(guò)電阻RFB反饋到放大器350的反相輸入端，節(jié)點(diǎn)FB。其它耦合在誤差放大器350的輸出節(jié)點(diǎn)COMP與節(jié)點(diǎn)FB之間的補(bǔ)償元件RC1與CC1是為了提供適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)響應(yīng)。節(jié)點(diǎn)COMP驅(qū)動(dòng)脈沖寬度調(diào)制器PWM 360，該脈沖寬度調(diào)制器PWM 360設(shè)置其COMP電壓輸入與負(fù)載周期輸出之間的一些關(guān)系。向PWM 360的輸入端提供時(shí)鐘信號(hào)(例如鋸齒波)的常規(guī)振蕩器未被示出。PWM輸出信號(hào)PWMOUT通過(guò)電感器LF 110與電容器CF低通過(guò)濾變成輸出電壓VOUT。DC-DC變換器的典型要求是調(diào)節(jié)器具有指定輸出阻抗。即VOUT必須相對(duì)于增加的負(fù)載電流ILOAD以固定比值降低以便提供固定的指定輸出阻抗。
用于測(cè)量電感電流的電路310被用在圖3所示的變換器300中，以感應(yīng)通過(guò)LF 110的電流，該通過(guò)LF 110的電流平均而言與上述通過(guò)負(fù)載RL的電流是基本相同的電流。用于測(cè)量電流的電路310可體現(xiàn)為電路200，該電路200包括跨越LF 110的RIND與CIND、芯片上VOUT與ISENSE+引腳之間的RSENSE、以及所示與電路200中示出的RSET一起添加到引腳ISENSE-與ISENSE+右側(cè)的其它示例性電路。
由用于測(cè)量電感電流的電路310產(chǎn)生的電流IOUT2被施加，并使用了電流反射鏡而具有適當(dāng)?shù)臉O性。電流反射鏡330的輸出是表示為IOUT2的源電流，它流經(jīng)RFB，從而隨著ILOAD的增加而相對(duì)于VOUT增加結(jié)點(diǎn)FB上的電壓。然后誤差放大器350降低VOUT的電壓，從而結(jié)點(diǎn)FB保持等于VREF，因而提供所期望的固定輸出阻抗。
圖4示出了用于根據(jù)本發(fā)明的電感電流感應(yīng)電路的第二示例性應(yīng)用。圖4示出了示例性PWM DC-DC變換器400的示意圖，該P(yáng)WM DC-DC變換器400包括根據(jù)本發(fā)明的電路310，該電路310用于測(cè)量電感電流，用來(lái)以過(guò)電流脫扣動(dòng)作保護(hù)PWM電源。如相對(duì)于圖3所述，用于測(cè)量電流的電路310可體現(xiàn)為圖2所示的示例性測(cè)量電路。
在工作時(shí)，如果負(fù)載電流ILOAD增大到超過(guò)預(yù)定電流水平，則根據(jù)本發(fā)明的用于測(cè)量電感電流的電路310會(huì)切斷PWM 360的電源。在一實(shí)施例中，反相器435被耦合到PWM 360的重置引腳。IOUT2與所提供的固定參考電流IREF作比較。對(duì)于正常操作要求重置引腳為高的變換器而言，如果IOUT2大于IREF，則反相器435的輸入將被拉低，這將導(dǎo)致反相器變高并發(fā)送重置信號(hào)到PWM 360使PWM 360被禁用，因而防止PWM360進(jìn)入過(guò)電流狀態(tài)。
該發(fā)明提供了一些顯著優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是RSENSE在芯片上，從而導(dǎo)致A1的反相輸入是個(gè)內(nèi)部結(jié)點(diǎn)，且因此屏蔽噪聲的電容耦合。電路200中的ISENSE+與ISENSE-結(jié)點(diǎn)都是低阻抗的，所以更不易于受到噪聲干擾。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是來(lái)自外部電阻RSET的輸入可以是DC或低頻率，因?yàn)樗粫?huì)影響從ISENSE到IOUT2的路徑的帶寬。因此RSET可被設(shè)成旁路(旁路電容器未示出)以防止噪聲干擾。
還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是RSET可被用來(lái)控制ISENSE到IOUT2的一些通道。這與對(duì)每個(gè)通道使用獨(dú)立外部RSET相比可節(jié)省元件。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是熱敏電阻器可用來(lái)隨溫度更改RSET值，并將IOUT2的增益調(diào)整到與電感器DCR的導(dǎo)熱系數(shù)相匹配。正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)或PTC-電阻網(wǎng)絡(luò)可用來(lái)替換RSET。PTC或PTC-電阻網(wǎng)絡(luò)可選擇為具有與電感器的DCR相同的溫度系數(shù)，且將被放置成便于熱跟蹤電感器。隨著電感器溫度的增加及因此其DCR值的增加，給定感應(yīng)電流與實(shí)際電感電流的恒定比值，PTC或PTC-電阻器網(wǎng)絡(luò)的類似的電阻值增加將降低感應(yīng)電路的放大增益。熱敏電阻在IC附近設(shè)成旁路以防止噪聲干擾。
可以理解的是，盡管結(jié)合了本發(fā)明的優(yōu)選特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但前面的描述以及后面的示例都旨在說(shuō)明而非限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明范圍內(nèi)的其它方面、優(yōu)點(diǎn)、以及更改對(duì)于本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種DC-DC變換器，其特征在于，包括芯片，包括誤差放大器與輸入端連接到所述誤差放大器的輸出端的脈沖寬度調(diào)制器(PWM)；電感器，通過(guò)與適于經(jīng)由負(fù)載基準(zhǔn)接地的所述變換器的輸出結(jié)點(diǎn)(VOUT)串聯(lián)的所述PWM來(lái)驅(qū)動(dòng)，其中負(fù)載電流流過(guò)所述電感器，所述VOUT經(jīng)由包括反饋電阻(RFB)的網(wǎng)絡(luò)反饋到所述誤差放大器的反相輸入端；以及用于感應(yīng)所述負(fù)載電流的電路，包括第一運(yùn)算放大器；感應(yīng)電阻，在芯片上耦合到所述第一放大器的反相輸入端并具有電阻RSENSE；其中相關(guān)于所述負(fù)載電流的感應(yīng)電流流過(guò)所述感應(yīng)電阻；相關(guān)電流源，提供輸出電流以供應(yīng)所述感應(yīng)電流；基準(zhǔn)電阻，設(shè)置在芯片上，具有是所述RSENSE的固定倍數(shù)的電阻RREFERENCE；電阻為RSET的設(shè)定電阻；跟蹤電路，用于將所述基準(zhǔn)電阻上的電壓設(shè)置成等于所述設(shè)定電阻上的電壓；功能塊，被耦合以便接收通過(guò)所述設(shè)定電阻的電流與通過(guò)所述基準(zhǔn)電阻的電流來(lái)獲得它們的比值；電流放大器，所述功能塊的輸出端耦合到所述電流放大器，其中所述電流放大器提供是所述輸出電流的多倍的測(cè)量電流，所述測(cè)量電流與通過(guò)RSET所分配的所述負(fù)載電流成比例。
2.如權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于，還包括與置于所述電感器上的電容器串聯(lián)的電阻，該電阻具有設(shè)計(jì)成與所述電感器的時(shí)間常數(shù)相匹配的時(shí)間常數(shù)及其相關(guān)DC電阻(DCR)，其中用于感應(yīng)所述負(fù)載電流的所述電路包括電感器DCR傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于，還包括連接在所述PWM的輸出端與所述電感器之間的同步整流器，其中用于感應(yīng)所述負(fù)載電流的所述電路包括MOSFET rDS(ON)傳感器。
4.如權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述感應(yīng)電阻與所述基準(zhǔn)電阻由相同的材料制成。
5.如權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于，還包括具有連接到所述誤差放大器的所述反相輸入端的輸出端、以及用于感應(yīng)所述測(cè)量電流的輸入端的電流反射鏡，所述電流反射鏡將所述測(cè)量電流轉(zhuǎn)換成源電流流過(guò)所述RFB，以隨著所述測(cè)量電流的增大提高所述誤差放大器的所述反相輸入端的電勢(shì)，以控制輸出阻抗。
6.如權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于，還包括將所述測(cè)量電流與固定基準(zhǔn)電流作比較、并產(chǎn)生和施加一重置信號(hào)到所述PWM，以防止PWM進(jìn)入過(guò)電流狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的DC-DC變換器，其特征在于，用于作比較的結(jié)構(gòu)包括變換器，所述變換器的輸出端耦合到所述變換器的重置引腳，其中如果所述測(cè)量電流大于所述基準(zhǔn)電流，則所述PWM被禁用。
8.一種DC-DC變換器中電流感應(yīng)的方法，其特征在于，包括以下步驟設(shè)置DC-DC變換器芯片，所述DC-DC變換器芯片包括耦合到與適于通過(guò)負(fù)載基準(zhǔn)接地的所述變換器輸出結(jié)點(diǎn)(VOUT)串聯(lián)的、驅(qū)動(dòng)電感器的脈沖寬度調(diào)制器(PWM)的誤差放大器，其中負(fù)載電流流過(guò)所述電感器，所述VOUT經(jīng)由包括反饋電阻(RFB)的網(wǎng)絡(luò)反饋到所述誤差放大器的反相輸入端，用于感應(yīng)所述負(fù)載電流的電路包括在所述芯片上具有電阻(RSENSE)的感應(yīng)電阻，用于產(chǎn)生相關(guān)于所述負(fù)載電流的感應(yīng)電流，相關(guān)電流源向所述感應(yīng)電流提供輸出電流(IOUT)；基準(zhǔn)電阻設(shè)置在所述芯片上，具有是所述RSENSE的固定倍數(shù)的電阻RREFERENCE；設(shè)定電阻具有電阻RSET；跟蹤電路用于將所述基準(zhǔn)電阻的電壓設(shè)置成等于所述設(shè)定電阻的電壓；確定通過(guò)所述設(shè)定電阻的電流與通過(guò)所述基準(zhǔn)電阻的電流的比值；以及使用所述比值生成與所述RSENSE的實(shí)際值無(wú)關(guān)的測(cè)量電流，所述測(cè)量電流與通過(guò)RSET所分配的所述負(fù)載電流成比例。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，用于感應(yīng)所述負(fù)載電流的所述電路實(shí)現(xiàn)電感器DCR感應(yīng)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，用于感應(yīng)所述負(fù)載電流的所述電路實(shí)現(xiàn)MOSFET rDS(ON)感應(yīng)。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括利用所述測(cè)量電流來(lái)提供固定輸出阻抗的步驟。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述利用步驟包括將所述測(cè)量電流轉(zhuǎn)換成源電流，并使所述源電流流經(jīng)所述反饋電阻以隨著所述負(fù)載電流的增加而增加所述反相輸入端上相對(duì)于VOUT的電壓。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括如果負(fù)載電流增大到超過(guò)預(yù)定量，則利用所述測(cè)量電流使所述PWM被禁用，以防止PWM進(jìn)入過(guò)電流狀態(tài)的步驟。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述利用步驟包括將所述測(cè)量電流與預(yù)定基準(zhǔn)電流作比較；以及如果所述測(cè)量電流大于所述基準(zhǔn)電流，則切斷所述PWM的電源。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述測(cè)量電流與所述基準(zhǔn)電流都作為輸入端提供給反相器，其中如果所述測(cè)量電流大于所述基準(zhǔn)電流，則所述反相器的輸出端被拉低，所述反相器的輸出耦合到所述PWM的重置引腳。
全文摘要
一種DC－DC變換器包括包括誤差放大器與輸入端連接到誤差放大器的輸出的脈沖寬度調(diào)制器(PWM)的芯片；以及通過(guò)與該變換器的輸出結(jié)點(diǎn)(V
文檔編號(hào)H02M3/156GK101079575SQ20061013658
公開(kāi)日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2006年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者R·H·艾沙姆 申請(qǐng)人:英特賽爾美國(guó)股份有限公司