本發(fā)明涉及電子電路，尤其涉及電感電流檢測。

技術背景

開關電源包括開關電路，例如說半橋電路，其利用開關的導通和關斷得到受控的輸出電壓。半橋電路包括耦接于輸入電壓的高側開關和耦接于參考地的低側開關，所述高側開關和低側開關的公共端形成開關節(jié)點。當低側開關關斷時，高側開關導通以將開關節(jié)點耦接到輸入電壓。當高側開關關斷時，低側開關導通以將開關節(jié)點耦接到參考地。

開關節(jié)點耦接于輸出電感，其中輸出電感耦接到負載。檢測電感電流，即檢測流過輸出電感的電流在各種應用中具有十分關鍵的作用，比如說過流保護，等等。雖然可以利用快速電流檢測運放對半橋電路中的高側開關和低側開關進行電感電流檢測，但是，在小占空比情況下，對高側開關進行電感電流檢測的運放響應時間的要求很高，且隨著開關頻率的提高，當高側開關的導通時間小于前沿消隱時間，利用運放對高側開關進行電感電流檢測已經不可行。

技術實現要素：

本發(fā)明一實施例提出一種集成電路，包括：半橋電路，包括高側開關和低側開關，高側開關和低側開關的公共端形成開關節(jié)點；輸出電感，耦接于開關節(jié)點；以及電流檢測電路，包括第一電容和第二電容，其中，在低側開關導通時，電流檢測電路對流過輸出電感的電感電流的峰值進行采樣并將與電感電流峰值相對應的采樣電荷存儲在第一電容上，且對電感電流的谷值進行采樣并將與電感電流谷值相對應的采樣電荷存儲在第二電容上，在低側開關關斷時，合并第一電容上和第二電容上所存儲的電荷以在電流檢測端生成感應電感電流用于表征電感電流。

本發(fā)明一實施例提出了一種控制集成電路的方法，包括：控制半橋電路的高側開關和低側開關的開關行為，其中高側開關和低側開關的公共端形成開關節(jié)點；在低側開關導通時，對流過輸出電感的電感電流的峰值進行采樣和保持，所述輸出電感耦接于開關節(jié)點；在低側開關導通時，對電感電流的谷值進行采樣和保持；以及在低側開關關斷時，根據采樣的電感電流的峰值和谷值生成感應電感電流用于表征電感電流。

本發(fā)明一實施例提出了一種集成電路，包括：半橋電路，具有高側側開關和低側開關，高側開關和低側開關的公共端形成開關節(jié)點；輸出電感，耦接于開關節(jié)點；第一電流檢測電路，在低側開關導通時，對從開關節(jié)點流向輸出電感的正向電感電流的峰值進行采樣并將與正向電感電流峰值相對應的采樣電荷保持在第一電容上，對正向電感電流的谷值進行采樣并將與正向電感電流谷值相對應的采樣電荷保持在第二電容上，在低側開關關斷時，合并第一電容和第二電容上所存儲的電荷以產生表征正向電感電流的正向感應電感電流；以及第二電流檢測電路，在低側開關導通時，對從輸出電感流向開關節(jié)點的負向電感電流的峰值進行采樣并將與負向電感電流峰值相對應的采樣電荷保持在第三電容上，對負向電感電流的谷值進行采樣并將與負向電感電流峰值相對應的采樣電荷保持在第四電容上，在低側開關關斷時，合并第三電容和第四電容上所存儲的電荷以產生表征負向電感電流的負向感應電感電流。

附圖說明

為了更好的理解本發(fā)明，將根據以下附圖對本發(fā)明的實施例進行描述。這些附圖僅用于示例。附圖通常僅示出實施例中的部分特征，并且附圖不一定是按比例繪制的。

圖1給出了根據本發(fā)明一實施例的半橋電路的電路圖。

圖2給出了根據本發(fā)明另一實施例的半橋電路的電路圖。

圖3給出了圖2所示半橋電路的各個信號的時序圖。

圖4給出了根據本發(fā)明一實施例的具有平均正向電感電流檢測的半橋電路。

圖5給出了根據本發(fā)明一實施例的圖4所示半橋電路的各個信號的時序圖。

圖6給出了根據本發(fā)明一實施例的具有平均雙向電感電流檢測的半橋電路的電路圖。

圖7給出了根據本發(fā)明一實施例的具有差分電感電流檢測的半橋電路的電路圖。

圖8給出了根據本發(fā)明一實施例的電感電流檢測方法的的流程圖。

不同示意圖中的相同的附圖標記表示相同或者相似的部分或特征。

具體實施方式

下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領域普通技術人員顯而易見的是，不必采用這些特定細節(jié)來實行本發(fā)明。在其它實施例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。

在本公開的說明書及權利要求書中，若采用了諸如“左、右、內、外、上、下、之上、之下”等一類詞，均只是為了便于描述，而不表示組件/結構的必然或者永久的相對位置。本領域的技術人員應該理解這類詞在合適的情況下是可以互換的，例如，以使的本公開的實施例可以在不同于本說明書描繪的方向下仍可以運作。在本公開的上下文中，將一層/元件稱作位于另一層/元件“上”時，該層/元件可以直接位于該另一層/元件上，或者他們之間可以存在居中層/元件。此外“耦接”一詞意味著以直接或者間接的電氣的或者非電氣的方式連接。“一個/這個/那個”并不用于特指單數，而可能涵蓋復數形式。整個說明書的各個地方出現的短語“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”、“示例”不一定都指同一個實施例或者示例。本領域普通技術人員應該理解，在本公開說明書的一個或者多個實施例中公開的各個具體特征、結構或者參數、步驟等可以以任何合適的方式組合。這里使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。

圖1給出了根據本發(fā)明一實施例的半橋電路100的電路圖。在一實施例中，半橋電路100可以是直流-直流降壓變換器的一部分。應當了解，本發(fā)明也可應用于其它電壓變換器的拓撲結構。

在圖1所示的示例中，半橋電路100包括高側開關n1和低側開關n2。其中，高側開關n1和低側開關n2均可以包括例如n型雙擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管(dmos)。高側開關n1具有漏端、源端和柵端，其中漏端耦接于輸入電壓vin，源端耦接于開關節(jié)點sw，柵端耦接于高側驅動電路101。低側開關n2具有漏端、源端和柵端，其中漏端耦接于開關節(jié)點sw，源端耦接于參考地，柵端耦接于低側驅動電路102。輸出電感l(wèi)1具有兩端，其中一端耦接于開關節(jié)點sw，另一端耦接于輸出端104。輸出電容cout具有兩端，其中一端耦接于輸出端104，另一端耦接于參考地。當流過輸出電感l(wèi)1的電感電流il從開關節(jié)點sw流向輸出端104時，電感電流il是正向的(+il)；當電感電流il從輸出端104流向開關節(jié)點sw時，電感電流il是負向的(-il)。

高側驅動電路101將高側開關n1打開，低側驅動電路102將低側開關n2關斷以便將開關節(jié)點sw耦接到輸入電壓vin。高側驅動電路101將高側開關n1關斷，低側驅動電路102將低側開關n2導通以便將開關節(jié)點sw耦接到參考地。通過控制高側開關n1和低側開關n2交替地導通和關斷，在輸出端104生成受控的輸出電壓vout。在一實施例中，采用脈沖寬度調節(jié)(pwm)控制高側開關n1和低側開關n2的開關行為。

電流檢測電路103檢測電感電流il并生成表征電感電流il的感應電感電流ics。感應電感電流ics具有正向負向之分，當感應電感電流ics流向電流檢測端105時，其為正向，即+ics。感應電感電流ics流過電流檢測端105并在電阻r1上生成表征電感電流平均值的感應電壓。所述感應電壓表征電感電流il，可用于監(jiān)測電感電流il。

圖2給出了根據本發(fā)明一實施例的半橋電路200的電路圖。半橋電路200是圖1所示半橋電路100的一具體實施例，在圖1所示實施例中，半橋電路100中的電流檢測電路103進行低側正向電感電流+il檢測。同樣，在圖2所示實施例中，電流檢測電路根據低側開關n2的開關行為檢測正向電感電流+il。更具體地，在圖2所示實施例中，當低側開關n2導通時，電流檢測電路檢測正向電感電流+il。

在圖2所示實施例中，低側開關n2和檢測晶體管nsense均由低側驅動電路102產生的低側柵端驅動信號lsg驅動。如圖2所示，檢測晶體管nsense和低側開關n2的尺寸比為1：n。半橋電路200包括電流檢測電路201，電流檢測電路201包含晶體管mp1，mp2和mp3，其中，當晶體管mp3導通時，晶體管mp1和mp2的柵端耦接在一起形成電流鏡并鏡像正向電感電流+il。在圖2所示實施例中，晶體管mp1，mp2和mp3是p型雙擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管。相應地，當耦接于晶體管mp3柵端的信號s1處于邏輯低時，晶體管mp3導通，當信號s1處于邏輯高時，晶體管mp3關斷。其中，信號s1可以是由控制器(未示出)，或者根據本發(fā)明的精神得到的其它電路產生。

在圖2所示實施例中，放大器amp1作為電壓跟隨器通過檢測晶體管nsense耦接于開關節(jié)點sw。當檢測晶體管nsense導通時，放大器amp1驅動晶體管n3并通過晶體管n3和mp1重建正向電感電流+il，重建的正向電感電流+il被鏡像到電流鏡的另一端。正向感應電感電流+ics是從晶體管mp2流向電流檢測端105的正向電感電流+il的鏡像電流。正向感應電感電流+ics等于正向電感電流+il除以n，(即+il/n)，其中n是低側開關n2(m＝n)和檢測晶體管nsense(m＝1)的尺寸比例系數。

圖3給出了半橋電路200中各信號的時序圖。圖3給出了開關節(jié)點sw處的開關信號(曲線151)，電感電流il(曲線152)，低側柵端驅動信號lsg(曲線154)，驅動晶體管mp3的信號s1(曲線155)以及電容c1上的電壓vc1(曲線156)。參考圖2和圖3，當低側柵端驅動信號lsg為邏輯高且信號s1為邏輯低時，晶體管mp3導通，低側開關n2導通，檢測晶體管nsense導通，因而，放大器amp1驅動晶體管n3以讓電流檢測電路201鏡像正向電感電流+il并產生相應的正向感應電感電流+ics流到電流檢測端105。

當低側柵端驅動信號lsg為邏輯低，信號s1為邏輯高時，晶體管mp3關斷，低側開關n2關斷，檢測晶體管nsense關斷，電流鏡被無效，此時，晶體管mp2將正向電感電流+il的谷值(即最低點或者最低值)保持在電容c1的電壓vc1上。比較正向電感電流+il(曲線152)和正向感應電感電流+ics(曲線153)，因為缺少低側開關n2關斷時的正向電感電流值，正向感應電感電流不能充分表示出正向電感電流+il的全部信息。

圖4給出了根據本發(fā)明一實施例的半橋電流300的電路圖。半橋電路300和圖2所示的半橋電路200相似，除了用電流檢測電路301替換了電流檢測電路201。

電流檢測電路301包括電容c1和c2，晶體管mp1，mp2，mp3，mp4和mp5。在圖4所示實施例中，晶體管mp1，mp2，mp3，mp4和mp5都是p型雙擴散金屬氧化物場效應晶體管。晶體管mp3，mp4，mp5分別由信號s1，s2和s3控制，其中信號s1，s2和s3可以由控制器410或者其它電路產生。

在圖4所示實施例中，晶體管mp2具有源端、漏端和柵端，其中源端耦接于供電電壓(v+)，漏端耦接于電流檢測端105，柵端耦接于晶體管mp3的源端。晶體管mp1具有源端、漏端和柵端，其中源端耦接于供電電壓(v+)，漏端耦接于晶體管n3的漏端，柵端耦接于晶體管mp3的漏端，晶體管mp1的漏端和柵端耦接一起。晶體管mp3的柵端由信號s1驅動。電容c1具有兩端，其中一端耦接于供電電壓(v+)，另一端耦接于晶體管mp2的柵端。晶體管mp5具有源端，漏端和柵端，其中源端耦接于晶體管mp2的柵端，漏端耦接于晶體管mp4的源端，柵端接收信號s3。晶體管mp4具有源端，漏端和柵端，其中源端耦接于晶體管mp5的漏端，漏端耦接于晶體管mp1的柵端和晶體管mp3的漏端，柵端接收信號s2。電容c2具有兩端，其中一端耦接于供電電壓(v+)，另一端耦接于晶體管mp5的漏端和晶體管mp4的源端。

電流檢測電路301和圖2所示的電流檢測電路201類似，當晶體管mp3導通，晶體管mp5和mp4關斷時，晶體管mp2和晶體管mp1形成電流鏡鏡像正向電感電流+il，將正向電感電流+il的谷值以電荷的形式存儲在電容c1上。當晶體管mp3和晶體管mp4導通，晶體管mp5關斷時，正向電感電流+il被晶體管mp1鏡像并向電容c2充電。因此當晶體管mp4關斷時，正向電感電流+il的峰值(即電感電流的最高點)被存儲在電容c2中。當晶體管mp3和mp4關斷，晶體管mp5導通時，電容c1和電容c2并聯在一起得到存儲電荷的平均值，即正向電感電流+il的平均值。所述存儲電荷的平均值作為晶體管mp2的柵源電壓被保持。晶體管mp2中流過正向感應電感電流+ics，該正向感應電感電流+ics表征低側開關n2關斷時正向電感電流+il的平均值。

通過上述方式控制晶體管mp3，mp4和mp5，當低側開關n2導通時，正向電感電流+il的谷值被電容c1采樣和保持，正向電感電流+il的峰值被電容c2采樣和保持。相應的，正向電感電流+il的平均值通過合并電容c1和電容c2所存儲的電荷得到。這樣，在低側開關n2關斷時，可以方便的得出正向電感電流+il的平均值。

圖5給出了根據本發(fā)明一實施例的半橋電路300的信號時序圖。圖5給出了開關節(jié)點sw處的開關信號(曲線171)，正向電感電流+il(曲線172)，低側柵端驅動信號lsg(曲線174)，晶體管mp3柵端的信號s1(曲線175)，驅動晶體管mp4的信號s2(曲線176)，驅動晶體管mp5的信號s3(曲線177)，電容c2上的電壓vc2(曲線178)，以及電容c1上的電壓vc1(曲線179)。

參考圖4和圖5，在時間段t0和時間段t3，低側開關n2和檢測晶體管nsense(均由低側柵端驅動信號lsg驅動)導通，晶體管mp3導通，晶體管mp5和晶體管mp4關斷，放大器amp1驅動晶體管n3以便正向電感電流+il被鏡像和采樣，且在信號s1的上升沿(即晶體管mp3關斷的時刻)，正向電感電流+il的谷值被保持在電容c1上(參考vc1)。

在時間段t2，低側開關n2和檢測晶體管nsense導通，晶體管mp3和晶體管mp4導通，晶體管mp5關斷，放大器amp1驅動晶體管n3，正向電感電流+il被鏡像并采樣，且在信號s2的上升沿(即晶體管mp4關斷的時刻)，正向電感電流+il的峰值被保持在電容c2(參考vc2)。

在時間段t1，低側開關n2和檢測晶體管nsense均關斷，晶體管mp3和晶體管mp4關斷，晶體管mp5導通，此時電容c1和電容c2并聯，電容c1和電容c2上所存儲的電荷被合并，晶體管mp2的柵源電壓等于正向電感電流+il的平均值。在時間段t1，從晶體管mp2流過的感應電感電流ics等于正向電感電流+il的平均值(曲線173)。流向電流檢測端105的正向檢測電流等于ics×n，其中n是低側開關n2和檢測開關nsense的尺寸比例系數。因此，在已知尺寸比例系數n和電阻r1阻值的情況下，平均正向電感電流由電流檢測端105的電壓決定。

圖6給出了根據本發(fā)明一實施例中半橋電路400的電路圖。半橋電路400和圖4所示的半橋電路300相似，除了采用兩個電流檢測電路，電流檢測電路401用于檢測正向電感電流+il的平均值，電流檢測電路402用于檢測負向電感電流-il的平均值。半橋電路400可以進行雙向電感電流檢測，因此適合于電感電流il有可能流回開關電源的應用。

電流檢測電路401包括晶體管mp1，mp2，mp3，mp4和mp5，電容c1和c2。電流檢測電路401和放大器amp1，晶體管n3以及檢測晶體管nsense1(對應圖4中的檢測晶體管nsense)相結合，以上文圖4中電流檢測電路301所描述的工作流程檢測正向電感電流+il。

電流檢測電路402包括晶體管mp6，mp7，mp8，mp9和mp10，電容c3和c4。電流檢測電路401和402本質上是相同的電路。更具體地，晶體管mp6對應于晶體管mp1，晶體管mp7對應于晶體管mp2，晶體管mp8對應于晶體管mp3，晶體管mp9對應于晶體管mp4，晶體管mp10對應于晶體管mp5，電容c3對應于電容c1，電容c4對應于電容c2。

電流檢測電路402中的器件和電流檢測電路401中的器件工作原理基本相同，即晶體管mp8，晶體管mp9和晶體管mp10分別由信號s1，s2和s3驅動。在低側開關n2導通時，對負向電感電流-il的谷值進行采樣并保持在電容c3上，對負向電感電流-il的峰值進行采樣并保持在電容c4上。在低側開關n2關斷時，合并電容c3和電容c4上所存儲的電荷得到負向電感電流-il的平均值。

半橋電路400包括檢測晶體管nsense2，放大器amp2和晶體管n4以用于鏡像負向電感電流-il。電流檢測電路402中的這些元件與電流檢測電路401中的檢測晶體管nsense，放大器amp1，晶體管n3這些元件提供相同的功能。雙向電流檢測時，感應電感電流ics的計算公式如下：

其中,+il是正向電感電流，-il是負向電感電流，n是低側開關n2和檢測晶體管nsense1/nsense2的尺寸比例系數。

圖7給出了根據本發(fā)明一實施例中的半橋電路700。半橋電路700和圖6所示的半橋電路400相似，除了半橋電路700采用電流檢測電路401和402用于差分電感電流檢測。在圖7所示的實施例中，ib是偏置電流，電流檢測電路401和402以上文圖6所描述的方式工作。

在圖7所示的實施例中，單端至差分變換器702將開關節(jié)點sw處的信號轉換成一對差分信號并輸入到差分放大器701。差分放大器701輸出一個極性為正的信號以驅動第一電流檢測電路401和一個極性為負的信號以驅動第二電流檢測電路402，更具體地說，差分放大器701輸出一個極性為正的信號到晶體管n3，一個極性為負的信號到晶體管n4以分別檢測正向電感電流+il和負向電感電流-il。相應的正向感應電流ics通過上述公式1得到，半橋電路700采用差分電流檢測的噪聲抑制比高，電流吸收能力快，這對于一些應用場合十分重要。

圖8給出了根據本發(fā)明一實施例的電感電流檢測方法的的流程圖。圖8所示的方法可以應用于半橋電路。

在圖8所示的實施例中，步驟801，在半橋電路的低側開關導通時，對電感電流il的峰值進行采樣并保持在第一電容上，步驟802，在半橋電路的低側開關導通時，對電感電流il的谷值進行采樣并保持在第二電容上；步驟803，在低側開關關斷時，合并第一電容和第二電容所存儲的電荷得到電感電流il的平均值。在一實施例中，在低側開關關斷時，并聯第一電容和第二電容以便將第一電容上的電荷和第二電容上的電荷合并在一起以生成表征電感電流il的感應電感電流。在圖8所示的方法中，第一電容和第二電容分別被表征電感電流的電流充電。在一實施例中，表征電感電流的感應電感電流通過鏡像電感電流生成。

上述的一些特定實施例僅僅以示例性的方式對本發(fā)明進行說明。這些實施例不是完全詳盡的，并不用于限定本發(fā)明的范圍。對于公開的實施例進行變化和修改都是可能的，其它可行的選擇性實施例和對實施例中元件的等同變化可以被本技術領域的普通技術人員所了解。本發(fā)明所公開的實施例的其它變化和修改并不超出本發(fā)明的精神和權利要求限定的保護范圍。