專利名稱：電源開關(guān)裝置及改善電流感應(yīng)精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源開關(guān)裝置以及一種在電源開關(guān)裝置中改善電流感應(yīng)精度的方法。
背景技術(shù)：
在電子學(xué)中，開關(guān)是電力組件。該電力組件可以打斷電路、中斷電流或把電流從一個導(dǎo)體轉(zhuǎn)移到另一個導(dǎo)體。當(dāng)開關(guān)被設(shè)計以切換重要電源時，開關(guān)的過渡狀態(tài)以及承受連續(xù)操作電流的能力也必須被考慮在內(nèi)。當(dāng)一個開關(guān)在開啟狀態(tài)時它的電阻非常低并且非常小的電源在接觸點內(nèi)被下降。當(dāng)開關(guān)在接通狀態(tài)時，它的電阻非常低并且在接觸點內(nèi)只有非常少的電力下降。但是，當(dāng)所述開關(guān)在斷開狀態(tài)時，它的電阻極高，在接觸點內(nèi)甚至只有更少的電力下降。但是，當(dāng)開關(guān)被啟動時，電阻必須經(jīng)歷這樣的狀態(tài)負(fù)載的額定電力的一大部分在所述開關(guān)內(nèi)下降，從而要求強健的開關(guān)器件。發(fā)動機的電動裝置、磁鐵、閥或燈可 能因此被電源開關(guān)激活。汽車行業(yè)中的一個目的就是通過功率半導(dǎo)體激活任何旋轉(zhuǎn)、滑動、脈動或加熱。“智能”電源開關(guān)電路，例如飛思卡爾的“極端開關(guān)”(extreme switch)器件，可以被用于例如交通工具中，例如，汽車或卡車，以用于驅(qū)動不同負(fù)載類型例如燈泡或DC發(fā)動機。在電源開關(guān)裝置中，電源開關(guān)電路可能與微控制器單元或者與可能通過一些通信接口控制所述電源開關(guān)電路的處理器件一起運行。智能電源開關(guān)電路可以被配置以執(zhí)行附加功能，例如防止線短路，在任何給定時間感應(yīng)電流以及提供流經(jīng)終端CSNS的感應(yīng)電流、負(fù)載診斷，例如超溫檢測或斷路-負(fù)載檢測，以及負(fù)載控制，這些可以通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)以適合于要求，以及在所述切換過程期間抑制電磁干擾。特別是負(fù)載電流的電流感應(yīng)可以是一個重要的附加特征。在一個重負(fù)載以及輕負(fù)載可以被切換的環(huán)境下，智能電源開關(guān)可以是重負(fù)載的低導(dǎo)通電阻電源開關(guān)并且尤其可能在輕負(fù)載處提供精確的電流感應(yīng)，輕負(fù)載例如發(fā)光二極管(LED)。例如，在汽車環(huán)境中的智能電源開關(guān)可能有能力驅(qū)動帶有單一器件的高強度放電(HID)氙和鹵素?zé)粢约鞍l(fā)光二極管光源，因此改善了照明效率、延長了燈泡使用壽命以及降低了材料成本。正如圖I顯示的，智能電源開關(guān)電路10可能包括常規(guī)負(fù)載或輸出電流監(jiān)控以及過流保護(hù)電路。電流感應(yīng)功能被實施，是通過在(主)電源開關(guān)器件12、鏡子、感應(yīng)器件14內(nèi)分離所述電源開關(guān)以及通過使用差分放大器或誤差放大器16以形成精確的電流感應(yīng)進(jìn)行的，其中所述電流感應(yīng)功能的精確度僅在低負(fù)載電流和/或通過誤差放大器偏移引入的誤差值在所述電源開關(guān)的低導(dǎo)通電阻處受限。在這個電路內(nèi)的電流感應(yīng)反饋通過所述誤差放大器16以及晶體管18形成。電流感應(yīng)反饋(負(fù)反饋)在主電源開關(guān)14的源極20、22以及感應(yīng)16晶體管上可能保持相等的電壓電勢。由于所述誤差放大器16與所述負(fù)載電流(ILOAD)成比例，因此電流流經(jīng)感應(yīng)晶體管14的漏極-源極路徑以及流經(jīng)晶體管18。正如顯示的,這個電流可以通過復(fù)制MOSFET 24、26、28被復(fù)制，以輸出一些電流增益(在這個例子中是M/N)。
當(dāng)由所述誤差放大器的偏移引入的誤差對于負(fù)載電流而言是充足的時，一種改善電流感應(yīng)精確度的方法例如是所述電源開關(guān)電路的兩個點校準(zhǔn)，分別包括描述每個電源開關(guān)電路以及保存已得系數(shù)以在控制所述電源開關(guān)電路以及通過嵌入式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)測量電流感應(yīng)輸出的微控制器程序內(nèi)使用。其它偏移降低的常見技術(shù)只是舉幾個例子來說模擬/數(shù)字偏移補償、自動調(diào)零、截斷、偏移穩(wěn)定以及其各種組合。

發(fā)明內(nèi)容
正如所附權(quán)利要求中所描述的，本發(fā)明提供了一種電源開關(guān)裝置以及一種用于在電源開關(guān)裝置內(nèi)改善電流感應(yīng)精度的方法。本發(fā)明的具體實施例在從屬權(quán)利要求中被陳述。根據(jù)下文中描述的實施例，本發(fā)明的這些或其它方面將會很明顯并且被闡述。


根據(jù)附圖，僅僅通過舉例的方式，本發(fā)明的進(jìn)一步細(xì)節(jié)、方面和實施例將被描述。在附圖中，類似的符號被用于表示相同的或功能相似的元素。為了簡便以及清晰，附圖中的元素不一定按比例繪制。圖I示意性顯示了智能電源開關(guān)電路的例子。圖2示意性顯示了第一模式的電源開關(guān)裝置的電源開關(guān)電路布置的實施例的例子。圖3示意性顯示了第二模式的電源開關(guān)裝置的電源開關(guān)電路布置的實施例的例子。圖4示意性顯示了示范感應(yīng)電流對負(fù)載電流的圖。圖5示意性顯示了示范電流感應(yīng)比率對負(fù)載電流的圖。圖6示意性顯示了電源開關(guān)裝置的實施例。圖7示意性顯示了一種在電源開關(guān)裝置內(nèi)改善電流感應(yīng)精確度的方法的例子的流程圖。
具體實施例方式由于本發(fā)明說明的實施例大部分通過使用電子元件以及本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員所熟知的電路可以被執(zhí)行，細(xì)節(jié)不會在比所說明的認(rèn)為有必要的程度大的任何程度上進(jìn)行解釋，對本發(fā)明基本概念的理解以及認(rèn)識是為了不混淆或偏離本發(fā)明所教之內(nèi)容。參照圖2，顯示了第一模式的電源開關(guān)裝置的電源開關(guān)電路布置30的實施例的例子。電源開關(guān)裝置可能包括電源開關(guān)電路布置30，所述電源開關(guān)電路布置30包括可連接到電源(VPWR)的輸入32、可連接到負(fù)載的第一輸出34以及被布置以提供取決于流經(jīng)所述負(fù)載的負(fù)載電流(ILOAD)的感應(yīng)電流(ICSNS)的第二輸出36。它可能包括電源開關(guān)器件38以及感應(yīng)器件40，例如接收控制或柵信號(柵)的晶體管。電源開關(guān)器件38例如可以是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)例如N溝道M0SFET。在其它實施例中，其它可切換器件可以起到電源開關(guān)器件38的作用，例如P溝道MOSFET晶體管或雙極型晶體管。電源開關(guān)電路布置30可能包括差分放大器件42，例如顯示的差分或誤差放大器，包括第一以及第二放大器輸入44、46，并且至少一個放大器輸出48被連接到電流感應(yīng)反饋環(huán)路50、52、54。所述環(huán)路被布置以減少所述第一和所述第二放大器輸入之間的差分電勢；其中所述電源開關(guān)器件38的第一終端和所述感應(yīng)器件40的第一終端被連接到所述電源開關(guān)電路布置30的輸入32以及所述電源開關(guān)器件38的第二終端56以及所述感應(yīng)器件40的第二終端58稱合于第一交叉稱合切換模塊60,所述切換模塊被布置以連接,取決于模式信號(模式)，第一模式的所述電源開關(guān)器件38的所述第二終端56到所述差分放大器件42的所述第一輸入44并且連接所述感應(yīng)器件40的所述第二終端58到所述差分放大器件42的所述第二輸入46。交叉耦合切換模塊60例如可能包括切換器件例如晶體管以提供所需功能。在另一個實施例中，所述模塊例如可能通過使用一個或多個多路復(fù)用器件被執(zhí)行。
還參照圖3，顯示了第二模式的電源開關(guān)裝置的電源開關(guān)電路布置的實施例的例子。僅僅顯示的電路布置的不同于圖2中顯示的電源開關(guān)電路布置的細(xì)節(jié)將會被描述。在此，取決于所述模式信號(模式)，所述第一交叉耦合切換模塊60在第二模式，被布置以在所述第二模式連接所述電源開關(guān)器件38的所述第二終端56到所述差分放大器件42的所述第二輸入46并且連接所述感應(yīng)器件40的所述第二終端58到所述差分放大器件42的所述第一輸入44。取決于改變模式信號的應(yīng)用，顯示的電源開關(guān)電路布置30可以在第一以及第二模式之間被切換。所述電源開關(guān)電路布置30可能包括第二交叉耦合切換模塊62，并且所述差分放大器模塊42可能包括第一和第二 48放大器輸出。所述第二交叉I禹合切換模塊62可以被布置，取決于所述模式信號，在所述第一模式連接所述第二放大器輸出48到所述電流感應(yīng)反饋環(huán)路50、52、54，以及連接所述第一放大器輸出到所述差分放大器件42的控制輸出，以及在所述第二模式，連接所述第一放大器輸出到所述電流感應(yīng)反饋環(huán)路，以及連接所述第二放大器輸出48到所述差分放大器件42的所述控制輸入。不管模式是否被設(shè)置，這可能允許總是保持負(fù)反饋(38、40、42)。在另一個實施例中，所述模塊例如可以在電路的其它部分通過不同方式和/或通過使用一個或多個多路復(fù)用器件被執(zhí)行。參照圖2，在顯示的電源開關(guān)電路內(nèi)，所述誤差放大器偏移對電流感應(yīng)比率CSNS輸出電流精度的影響可以根據(jù)圖2顯示的例子被計算成在電源開關(guān)電路中的ICSNS=(M/N) · (1/Ratio) · (ILOAD+Vos/RDSON)，其中“比率”指主要的和鏡電源芯片器件之間的電氣比率(“比率”被定義為流經(jīng)主要電源開關(guān)器件38的電流除以流經(jīng)感應(yīng)器件40的電流；它們的源電壓可以是相等的)，ILOAD指負(fù)載電流，VOS指所述誤差放大器42的偏移，RDSON指顯示的主要電源開關(guān)器件38的漏極至源極開啟電阻。倍增器(M/N)指通過兩個電流鏡52、64(N:1)以及66、68 (1:M)被形成的給定電流的電流增益(流經(jīng)第二輸出36 (CSNS)的電流除以流經(jīng)感應(yīng)器件40的源極58的電流)，因此(M/N)在其它實施例中可以不同。感應(yīng)電流和負(fù)載電流之間的關(guān)系經(jīng)常通過電流感應(yīng)比率(CSR)參數(shù)CSR=ICSNS/ILOAD= (M/N) · (1/Ratio) · (I+Vos/(ILOAD · RDSON))被表示。如果假設(shè)零偏移，CSR 將變成電路常數(shù) CSRO= (M/N) · (Ι/Ratio)?，F(xiàn)在 CSR 表達(dá)可被重寫為 CSR=CSRO · (1+CSR ERR)，其中CSR ERR=Vos/(ILOAD · RDS0N)是所述偏移引入的誤差。此外典型誤差電流可以被引入 IERR=Vos/RDS0N，它提供了 CSR_ERR=IERR/IL0AD 的替換表達(dá)。還參照圖3，交叉耦合切換模塊60允許所述差分放大器42的交換輸入或?qū)⑺銎浦档姆柛淖優(yōu)橄喾炊桓淖兘^對值。當(dāng)在第一模式，第二輸出36處的電流感應(yīng)比率輸出電流可以被給定為ICSNS1=(M/N) · (1/Ratio) · (ILOAD+Vos/RDSON),并且當(dāng)在第二模式時，ICSNS2=(M/N) · (1/Ratio) · (ILOAD-Vos/RDSON) 因此，也就是，顯示的電源開關(guān)電路布置可能提供與負(fù)載電流ILOAD成比例的輸出電流ICSNS為ICSNSl，也就是，通過偏移電壓Vos被增加或作為ICSNS2，也就是，通過偏移電壓相同值被減小，取決于當(dāng)前應(yīng)用模式。提供的系統(tǒng)被布置以提供由差分放大器件42引入的被所述偏移因素減少或增加的感應(yīng)電流，取決于當(dāng)前應(yīng)用模式，并且其中所述偏移符號會改變，取決于所述應(yīng)用模式的改變。這可能例如允許選擇哪種誤差可以更合適，也就是，對所述電源開關(guān)裝置的所需應(yīng)用不那么相關(guān)。ICSNS和CSR上的偏移影響分別在圖4和圖5中所給的例圖內(nèi)被說明。顯示了所述偏移可能在ICSNS對ILOAD的關(guān)系中給出偏移誤差。CSR_ERR與ILOAD成反比并且隨所述負(fù)載電流的減少而增加并且在低負(fù)載電流處可以是充足的。正如圖5顯示的，這個情況可以通過ICSNS對ILOAD的關(guān)系被觀察到。相對于零偏移值，帶有相反符號的所 述偏移的相等值可能提供ICSNS和CSR值的對稱轉(zhuǎn)變。平均ICSNSl和ICSNS2，例如在兩個順序測量中測量，所述第一在第一模式時以及所述第二在所述第二模式時，可能提供ICSNS_C0MP=(ICSNS1+ICSNS2)/2=(M/N) · (I/Ratio) · ILOAD或=CSRO · I LOAD,也就是，由所述偏移引起的Vos/RDSON貢獻(xiàn)可以從結(jié)果偏移補償電流值中排除并且ICSNS可以與ILOAD成比例。減去兩個連續(xù)感應(yīng)電流值可能提供(ICSNS1-ICSNS2) /2= (M/N) · (1/Ratio) · (Vos/RDSON) =CSRO · (Vos/RDSON)，也就是，與所述誤差電流值IERR=Vos/RDS0N成比例的值。所述相同表達(dá)可以得出CSRl和CSR2，例如CSR_C0MP=(CSR1+CSR2)/2=CSR0。還參照圖6，顯示了電源開關(guān)裝置70的實施例的例子。所述電源開關(guān)裝置70可能包括處理器件74，所述處理器件例如包括被連接以將所述模式信號提供給所述電源開關(guān)電路布置72的所述交叉耦合切換模塊的通信接口 78或?qū)Ｓ幂敵?。另一方面，至所述交叉耦合切換模塊的模式信號可以例如被形成在所述電源開關(guān)電路布置72內(nèi)。在這種情況下，所述處理器件74例如可能包括通信接口 78或?qū)Ｓ幂斎耄ㄟ^所述接口或輸入，處理器件74可以被告知關(guān)于所述模式信號的實際狀態(tài)或關(guān)于所述模式信號切換的事件(同步于嵌入式ADC )。電源開關(guān)裝置70可能包括感應(yīng)電流偏移補償模塊，所述感應(yīng)電流偏移補償模塊被布置以從所述電源開關(guān)電路布置的所述第二輸出36 (CSNS)提供的至少兩個感應(yīng)電流值(ICSNS)中生成偏移補償感應(yīng)電流。當(dāng)所述交叉耦合模塊處于所述第一模式時，兩個值中的第一值可以被采用。當(dāng)所述交叉耦合模塊處于所述第二模式時，第二值可以被采用。所述補償例如可以基于一對或兩對(1、2、3…)感應(yīng)電流值被完成。此外，在此，數(shù)字低通濾波的算法可以被應(yīng)用(成對的)以減小或排除噪聲影響。在顯示的實施例中，所述電源開關(guān)電路布置72可以作為被連接到處理器件74的單獨集成電路，例如可以是微控制器(MCU)或任何其它處理器件被實現(xiàn)。正如顯示的，電源開關(guān)電路布置72可以被連接到電源(VPWR)并且可能包括被連接到負(fù)載的輸出(OUT)。它例如可能包括一個或多個附加輸出(OUT)以連接到其它重或輕負(fù)載。所述電源開關(guān)電路布置72例如可能包括控制邏輯模塊84，例如控制驅(qū)動所述電源開關(guān)器件82的控制輸入的驅(qū)動器件85，所述驅(qū)動器件例如可以是電源開關(guān)晶體管的柵極，例如與所述感應(yīng)器件結(jié)合并被連接到電流感應(yīng)模塊以及過流保護(hù)模塊88，所述過流保護(hù)模塊可能指圖2以及圖3顯示的所述過流保護(hù)電路以及電流感應(yīng)電路。感應(yīng)電流偏移補償模塊可以被作為所述電源開關(guān)電路布置72的部分、作為一個獨立電路，可以作為顯示的處理器件74的部分被實施。當(dāng)作為所述電源開關(guān)裝置70的電源開關(guān)電路布置72的部分時，它可以為偏移補償感應(yīng)電流值的配置被布置到所述第二輸出36 (CSNS)或者所述處理器件74可以被布置以接收所述感應(yīng)電流值，或數(shù)字化信息代表所述感應(yīng)電流值，并且執(zhí)行所述偏移補償。取決于所述處理器件74，它可以用兩套計算機指令被執(zhí)行，例如當(dāng)用MCU處理器件時，或者可以用邏輯電路執(zhí)行，例如當(dāng)用可編程邏輯陣列時。提供用于兩種模式的從所述感應(yīng)電流生成的偏移補償感應(yīng)例如可以在低通濾波電路內(nèi)得到，但付出了減慢應(yīng)用程序的成本，而在有所述處理器件74的顯示的實施例中，例如，MCU,平均每兩個值可能不提供這樣的限制。·正如顯示的，所述電源開關(guān)電路布置72可能包括被連接以接收模式信號的通信接口 76并且將其至少提供給所述第一交叉耦合切換模塊，所述切換模塊可以是所述電流感應(yīng)模塊86的一部分。在所述電源開關(guān)裝置的實施例中，它可能包括處理器件74。所述處理器件包括被連接以至少將所述模式信號提供給所述第一交叉耦合切換模塊的通信接口 78。這可能允許所述處理器件引發(fā)模式改變。通信被理解為信號的傳輸，例如，攜帶信息從發(fā)送器件到接收器件。通信例如可以是單向或雙向。通信接口例如可以是端子，所述端子用于提供或接收通信信號，到或來自通信信道，例如連接線或無線通信連接，并且例如可以是專用輸入或輸出。或者，通信接口可能包括電子電路，例如根據(jù)特定標(biāo)準(zhǔn)被設(shè)計以允許通信，啟動器件之間的通信。在實施例中，處理器件74的通信接口 78可以是專用輸出。并且電源開關(guān)電路布置72的通信接口 76可以是第二輸入，允許至電源開關(guān)電路布置72的模式信號的單向通信。模式信號可以是通過專用輸出或特定命令的通信接口或通過二進(jìn)制信號由處理器件74提供給電源開關(guān)電路布置72的信號。在所述電源開關(guān)電路布置72處，例如第一水平(例如，位值“O”)可能表示信息“第一模式”以及第二水平(例如，位值“I”)可能表示信息“第二模式”?；蛘撸诹硪粋€實施例中，處理器件74的通信接口 78可以被布置雙向通信，例如被設(shè)計為特定標(biāo)準(zhǔn)。也可能例如是使用允許完全雙工通信的同步串行數(shù)據(jù)鏈路標(biāo)準(zhǔn)的串行外圍(SPI)接口或任何其它通信接口。因此，模式信號可以例如作為二進(jìn)制SPI命令被提供，每個二進(jìn)制狀態(tài)各自與第一或第二模式相關(guān)聯(lián)。還參照圖2和圖3，通過模式信號，差分放大器件42的第一和第二輸入44、46可以被交換并且其輸出可以從相反分支被取走，允許改變在起初配置中引進(jìn)的偏移的符號，并且對生成值的偏移影響將會有相反符號。通過在模式改變之前或之后平均兩個測量，假定負(fù)載電流或其它條件在這兩個測量之間沒有顯著地改變，偏移貢獻(xiàn)可以被完全取消。平均然后可以通過處理器件72 (例如，MCU)被執(zhí)行。在電源開關(guān)裝置70的另一個實施例中，電源開關(guān)電路布置30、72可能包括模式信號生成模塊。所述模塊被布置以生成模式信號，即通過控制邏輯模塊84，模式信號可以在電源開關(guān)電路布置30、72內(nèi)被生成。
應(yīng)指出，模式信號可能不僅僅被定義為其模式信號電平。模式信號可以是攜帶模式信息的信號，無論這個信息是否以信號電平或例如以信號電平的特定變化被編碼。例如，在實施例中，模式信號可以在電源開關(guān)電路布置72內(nèi)形成以及當(dāng)模式信號被改變時，處理器件74可能只是被告知“模式事件”。例如，脈沖負(fù)沿可能表示模式變化并且可能引發(fā)讀取新感應(yīng)電流值，例如通過在處理器件74內(nèi)的ADC 81。因為模式信號可能例如有兩個狀態(tài)并且可以通過模式信號生成模塊被產(chǎn)生，它可以來源于模式信號交替的模式事件。因此它可能不需要處理器件74 了解模式信號的確切值。在此，處理器件74可能執(zhí)行至少兩個連續(xù)的測量，例如使用通過例如特殊信號的負(fù)沿引發(fā)的嵌入式ADC 81。
模式信號可以是電源開關(guān)裝置自身提供的信號。在這種情況下，當(dāng)模式信號被改變時，處理器件可以被告知要控制的模式信號的實際狀態(tài)。或者，當(dāng)模式信號被改變以及可能不需要關(guān)于模式信號狀態(tài)的實際信息，特別地假設(shè)模式信號交替時，處理器件72可以被告知。在上述兩種情況下，始于電源開關(guān)電路布置72的專用輸出功率或通信接口(命令或二進(jìn)制信號)可以被使用。在此，電源開關(guān)裝置70可能包括處理器件74。所述處理器件74包括被連接以接收始于模式信號生成模塊的模式信號的通信接口 78，還可能給交叉耦合切換模塊提供模式信號。在這種情況下，電源開關(guān)電路布置72可能包括被連接以給處理器件74提供模式信號的通信接口 76。這可能允許通知變化模式的處理器件74。取決于電源開關(guān)裝置70，模式信號可能通過處理器件74例如通過SPI命令的MCU被提供，通過專用信號的MCU被提供或者可以在電源開關(guān)電路布置72內(nèi)被提供。顯示的電源開關(guān)裝置70可能有處理器件74。所述器件包括被連接到電源開關(guān)電路布置72的第二輸出(CSNS)的感應(yīng)電路輸入80。所述感應(yīng)電路輸入80可以是專用的輸入以接收感應(yīng)電流值。正如圖6顯示的，處理器件74可能包括被連接到所述感應(yīng)電路輸入80的模擬數(shù)字變換器81 (A/D)。這可能允許傳輸連續(xù)感應(yīng)電流或未量化的感應(yīng)電流值到處理器件74。應(yīng)注意，正是在電源開關(guān)裝置70的顯示的實施例的范圍內(nèi)，模擬數(shù)字變換器81可以在電源開關(guān)電路布置72內(nèi)被實施，例如被連接以將變換的模擬數(shù)字感應(yīng)電流值提供給電源開關(guān)電路布置72的第二輸出36 (CSNS)以用于將量化的感應(yīng)電流值傳輸?shù)教幚砥骷?4的感應(yīng)電流輸入80以進(jìn)行進(jìn)一步處理。在電源開關(guān)裝置的另一個實施例中，感應(yīng)電流輸入80可以是處理器件通信接口78的一部分。因此，感應(yīng)電流例如可以通過電源開關(guān)電路布置72的模擬數(shù)字變換器被數(shù)字化，例如在顯示控制邏輯模塊84內(nèi)被控制或被集成，并且通過通信接口 76被傳到處理器件74。處理器件74可以被布置以接收ICSNS電流值。通過通信接口 78接收模式變化信息可能引發(fā)處理器件讀取更新的ICSNS電流值。在電源開關(guān)裝置70的實施例中，處理器件74的通信接口 78可以是專用輸入。并且電源開關(guān)電路布置的通信接口 76可以是第三輸出，允許模式信號至處理器件74的單向通信?；蛘撸诹硪粋€實施例中，處理器件74的通信接口 78可以，正如上述描述的，被布置用于雙向通信，例如被設(shè)計為特定標(biāo)準(zhǔn)。它可能例如是使用允許完全雙工通信的同步串行數(shù)據(jù)鏈路標(biāo)準(zhǔn)的串行外圍(SPI)接口或任何其它通信接口。因此，感應(yīng)電流偏移補償模塊可以作為處理器件74的一部分被實施。正如顯示的，處理器件74可能控制電源開關(guān)電路布置的輸出，或者可能通過通信接口或?qū)Ｓ幂斎?輸出來控制以及判斷其輸出。
由于顯示的解決方案可以在任何可用的處理器件內(nèi)被實施，電源開關(guān)電路布置的對所需硅區(qū)域的影響可以較低，因此允許低成本的解決方案，同時保持與現(xiàn)有的電路(沒有完全重新設(shè)計、對誤差放大器的速度沒有高要求、不影響EMC性能、沒有時間開始)兼容。如果電源開關(guān)裝置70被短時間開啟，顯示的系統(tǒng)可能允許偏移補償相比于例如模擬/數(shù)字偏移補償幾乎沒有延遲。其它方法，例如自動歸零、截斷、偏移穩(wěn)定以及其各種組合可能需要快速切換頻率，該頻率在電源開關(guān)裝置的高電壓設(shè)計內(nèi)可能不能實現(xiàn)。顯示的電源開關(guān)裝置82可以是高邊開關(guān)，即適合在電源電壓處切換負(fù)載電路的開啟和斷開或高邊電路的開關(guān)，所述開關(guān)允許負(fù)載在一邊上被直接接地，避免負(fù)載電路低邊上的附加電阻。只是在給定的例子，N溝道MOSFET可以被使用。另一方面，電源開關(guān)裝置28可以是帶有對應(yīng)電路的低邊開關(guān)。電源開關(guān)裝置的相同實施例和用于改善電流感應(yīng)精度的方法可以在所述開關(guān)處被應(yīng)用。提供的裝置可能允許不間斷電流反饋，其中兩個測量可以足以偏移影響取消，而弓I入偏移Vos/RDSON仍然可以從兩個測量中被提取。 電源開關(guān)裝置70可能包括在單一集成電路芯片上提供的電源開關(guān)電路布置72。處理器件和電源開關(guān)電路布置之間的平均、控制功能以及物理實現(xiàn)的分布可能幫助減小生產(chǎn)成本和功耗以及對現(xiàn)有解決方案的兼容性?；蛘?，完整的電源開關(guān)裝置可以在單一集成電路芯片上被提供。其它實施例可能包括提供電源開關(guān)裝置作為一組單獨集成電路。參照圖7，顯示了一種用于在電源開關(guān)裝置內(nèi)改善電流感應(yīng)精度的方法的例子的流程圖。說明的方法允許將描述的電源開關(guān)裝置作為用于在電源開關(guān)裝置內(nèi)改善電流感應(yīng)精度的一種方法的一部分被實現(xiàn)。所述方法包括將電源開關(guān)電路布置的第一輸入連接90到電源；將電源開關(guān)電路布置的第一輸出連接92到負(fù)載；將電源開關(guān)器件和感應(yīng)器件切換94到連接狀態(tài)；將包括與第一模式相關(guān)聯(lián)的值的模式信號至少應(yīng)用96到第一交叉耦合切換模塊并且在電源開關(guān)電路布置的第二輸出處接收感應(yīng)電流；以及將包括與第二模式相關(guān)聯(lián)的值的模式信號至少應(yīng)用98到第一交叉耦合切換模塊并且在電源開關(guān)電路布置的第二輸出處接收感應(yīng)電流。如果電源開關(guān)裝置包括感應(yīng)電流偏移補償模塊，該方法可能例如包括通過從感應(yīng)電流的至少兩個值計算平均值來生成100偏移補償感應(yīng)電流，其中當(dāng)?shù)谝唤徊骜詈夏K處于第一模式時，第一個值在電源開關(guān)電路布置的第二輸出處被提供以及當(dāng)?shù)谝唤徊鍵禹合模塊處于第二模式時，第二個值被提供。一種計算機程序產(chǎn)品可能包括用于當(dāng)在可編程的裝置上運行時，執(zhí)行一種在電源開關(guān)裝置內(nèi)改善電流感應(yīng)精度的方法的代碼部分。例如，模式信號控制和/或至電源開關(guān)電路布置的通信和/或偏移補償電流感應(yīng)值的計算通過使用作為計算機程序產(chǎn)品被提供的計算機指令可以被實現(xiàn)。本發(fā)明可能還在計算機程序中被實現(xiàn)，該程序用于在計算機系統(tǒng)上運行，至少包括用于當(dāng)在可編程的裝置上，例如計算機系統(tǒng)或啟動可編程的裝置以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的器件或系統(tǒng)的功能，運行時，執(zhí)行一種根據(jù)本發(fā)明的方法的代碼部分。計算機程序是一系列指令例如特定應(yīng)用程序和/或操作系統(tǒng)。計算機程序可能例如包括以下中的一個或多個子程序、函數(shù)、程序、對象方法、對象實現(xiàn)、可執(zhí)行的應(yīng)用程序、applet、servlet、源代碼、對象代碼、共享庫/動態(tài)裝載庫和/或設(shè)計用于在計算機系統(tǒng)上的執(zhí)行的其它指令序列。計算機程序可以內(nèi)在地存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)或通過計算機可讀傳輸介質(zhì)傳送到計算機系統(tǒng)。所有或者一些計算機程序可以被永久地、可移除地提供在計算機可讀介質(zhì)或遠(yuǎn)程地耦合于信息處理系統(tǒng)。計算機可讀介質(zhì)可能包括，例如但不限于以下的任何數(shù)量磁存儲介質(zhì)包括磁盤和磁帶存儲介質(zhì)；光學(xué)存儲介質(zhì)例如光盤介質(zhì)(例如，CD-ROM、CD-R等等)以及數(shù)字視盤存儲介質(zhì)；非易失性存儲器存儲介質(zhì)包括半導(dǎo)體存儲單元例如FLASH存儲、EEPROM、EPROM、ROM ;鐵磁數(shù)字存儲；MRAM ;易失性存儲介質(zhì)包括寄存器、緩沖或緩存、主存儲器、等等；以及數(shù)字傳輸介質(zhì)包括計算機網(wǎng)絡(luò)、點對點通信設(shè)備、以及載波傳輸介質(zhì)，僅舉幾例。計算機過程通常包括執(zhí)行(運行)程序或程序的一部分、當(dāng)前程序值和狀態(tài)信息、以及被操作系統(tǒng)資源所使用以管理操作執(zhí)行的資源。操作系統(tǒng)(OS)是管理計算機資源的共享以及提供帶有接口用于訪問這些資源的程序員的軟件。操作系統(tǒng)過程系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶輸入，以及通過分配和管理任務(wù)以及內(nèi)部系統(tǒng)資源作為服務(wù)用戶和程序系統(tǒng)的響應(yīng)。·
計算機系統(tǒng)可能，例如，包括至少一個處理單元、關(guān)聯(lián)內(nèi)存和大量的輸入/輸出(I/O)器件。當(dāng)執(zhí)行計算機程序時，計算機系統(tǒng)根據(jù)計算機程序處理信息并且通過I/O器件生產(chǎn)合成輸出信息。在前面的說明中，參照本發(fā)明實施例的特定例子已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了描述。然而，很明顯各種修改和變化可以在不脫離所附權(quán)利要求中所陳述的本發(fā)明的寬范圍精神及范圍的情況下被做出。本發(fā)明所討論的連接可以是任何類型的連接。該連接適于將信號從各自的節(jié)點、單元或器件傳輸或傳輸?shù)礁髯缘墓?jié)點、單元或器件，例如通過中間器件。因此，除非暗示或說明，連接，例如，可能是直接連接或間接連接。連接可以被說明或描述，涉及到是單一連接、多個連接、單向連接、或雙向連接。然而，不同實施例可能改變連接的實現(xiàn)。例如，可以使用單獨單向連接而不是雙向連接，反之亦然。此外，多個連接可以被替換為連續(xù)地或以時間多路復(fù)用方式傳輸多個信號的單一連接。同樣地，攜帶多個信號的單一連接可以被分離成各種不同的攜帶這些信號的子集的連接。因此，存在傳輸信號的許多選項。本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員將認(rèn)識到邏輯塊之間的界限僅僅是說明性的并且替代實施例可能合并邏輯塊或電路元素或在各種邏輯塊或電路元素上強加替代的分解功能。因此，應(yīng)了解，本發(fā)明描述的架構(gòu)僅僅是示范的，并且事實上實現(xiàn)相同功能的很多其它架構(gòu)可以被實現(xiàn)。例如，顯示的電源開關(guān)裝置70可以作為電源開關(guān)電路布置72和單獨處理器件74被實現(xiàn)或具有用于處理在電源開關(guān)電路布置72中集成的ICSNS電流值的所需的電路。為實現(xiàn)相同功能的任何組件的布置是有效地“關(guān)聯(lián)”以便所需的功能得以實現(xiàn)。因此，為實現(xiàn)特定功能，本發(fā)明中結(jié)合在一起的任何兩個組件可以被看作彼此“相關(guān)聯(lián)”以便所需的功能得以實現(xiàn)，不論架構(gòu)還是中間組件。同樣地，如此關(guān)聯(lián)的任何兩個組件還可以被認(rèn)為是彼此被“可操作連接”或“可操作耦合”以實現(xiàn)所需的功能。此外，本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員將認(rèn)識到上述描述的操作之間的界限僅僅是說明性的。多個操作可以被組合成單一操作，單一操作可以分布在附加操作中以及操作可以至少在時間上部分地重疊而被執(zhí)行。而且，替代實施例可能包括特定操作的多個例子，并且操作的順序可以在各種其它實施例中被改變。
又如，在一個實施例中，說明的例子可以被作為位于單一集成電路上的電路或在相同器件內(nèi)的電路被實現(xiàn)。例如，完整的電源開關(guān)裝置70可以在單一集成電路芯片上被實現(xiàn)?；蛘?，例子可以作為任何數(shù)量的單獨集成電路或以一種合適的方式彼此互連的單獨器件被實現(xiàn)。例如，通過使用電源開關(guān)電路布置芯片和處理器件芯片，電源開關(guān)裝置70可以被實現(xiàn)并且可能甚至具有作為單獨器件被實現(xiàn)的偏移補償模塊。又如，例子或其中的一部分可能作為物理電路的軟或代碼表征被實現(xiàn)，或作為能夠轉(zhuǎn)化成物理電路的邏輯表征，例如在任何合適類型的硬件描述語言中被實現(xiàn)。此外，本發(fā)明不限定在非程序化硬件中被實現(xiàn)的物理器件或單元，但也可以應(yīng)用在可編程器件或單元中。這些器件或單元通過操作能夠執(zhí)行所需的器件功能。該執(zhí)行是根據(jù)合適的程序代碼，例如，主機、微型計算機、服務(wù)器、工作站、個人電腦、筆記本、個人數(shù)字助理、電子游戲、汽車和其它嵌入式系統(tǒng)、手機和其它無線器件，在本申請中通常表示“計算機系統(tǒng)”。然而，其它修改、變化和替代也是可能的。說明書和附圖相應(yīng)地被認(rèn)為是說明性的而非限定意味。
在權(quán)利要求中，放置在括號內(nèi)的任何參考符號不得被解釋為限定權(quán)利要求。詞語“包括”不排除在權(quán)利要求中列出的那些元素或步驟之外的其它元素或步驟的存在。此外，本發(fā)明所用的“a”或“an”被定義為一個或多個。并且，在權(quán)利要求中的引入性術(shù)語，如“至少一個”以及“一個或多個”，不應(yīng)被解釋為，不定冠詞“a”或“an”所引入的其它權(quán)利要求元素將包括這些引入的權(quán)利要求元素的任何特定權(quán)利要求限定為只包含一個這樣的元素的發(fā)明，即使同一權(quán)利要求中包括引入性短語“一個或多個”或“至少一個”以及不定冠詞，例如“a”或“an”。使用定冠詞也是如此。除非另有說明，使用術(shù)語如“第一”以及“第二”是用于任意區(qū)分這些術(shù)語描述的元素的。因此，這些術(shù)語不一定表示時間或這些元素的其它優(yōu)先次序。某些特定手段在相互不同的權(quán)利要求中被列舉并不表示這些手段的組合不能被用于獲取優(yōu)勢。雖然結(jié)合特定裝置已經(jīng)對本發(fā)明主題的原理進(jìn)行了描述，應(yīng)清楚了解到該描述僅僅是示例而不是對本發(fā)明主題范圍的限定。
權(quán)利要求
1.一種電源開關(guān)裝置(70)，包括 電源開關(guān)電路布置(30、72)，包括 輸入(32)，可連接到電源； 第一輸出(34)，可連接到負(fù)載； 第二輸出(36)，被布置以依據(jù)流經(jīng)所述負(fù)載的負(fù)載電流提供感應(yīng)電流； 電源開關(guān)器件(38); 感應(yīng)器件(40);以及 差分放大器件(42)，包括 第一(44)以及第二(46)放大器輸入； 至少一個放大器輸出(48)，被連接到 電流感應(yīng)反饋環(huán)路(50、52、54)，被布置以減少所述第一和第二放大器輸入之間的電勢差；其中所述電源開關(guān)器件的第一端子和所述感應(yīng)器件的第一端子被連接到所述輸入，以及所述電源開關(guān)器件的第二端子和所述感應(yīng)器件的第二端子耦合于第一交叉耦合切換模塊(60)，依據(jù)模式信號，被布置如下連接 在第一模式，所述電源開關(guān)器件的所述第二端子連接到所述差分放大器件的所述第一輸入，以及所述感應(yīng)器件的所述第二端子連接到所述差分放大器件的所述第二輸入，以及在第二模式，所述電源開關(guān)器件的所述第二端子連接到所述差分放大器件的所述第二輸入，以及所述感應(yīng)器件的所述第二端子連接到所述差分放大器件的所述第一輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電源開關(guān)裝置，其中所述電源開關(guān)電路布置包括第二交叉耦合切換模塊(62)以及所述差分放大模塊包括第一和第二放大器輸出；所述第二交叉耦合切換模塊，取決于所述模式信號，被布置以如下連接在所述第一模式，所述第二放大器輸出連接到所述電流感應(yīng)反饋環(huán)路，以及所述第一放大器輸出連接到所述差分放大器件的控制輸入；在所述第二模式，所述第一放大器輸出連接到所述電流感應(yīng)反饋環(huán)路，以及所述第二放大器輸出連接到所述差分放大器件的所述控制輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電源開關(guān)裝置，包括感應(yīng)電流偏移補償模塊，被布置以從至少兩個感應(yīng)電流值生成偏移補償感應(yīng)電流，當(dāng)所述第一交叉耦合模塊在所述第一模式時，在所述電源開關(guān)電路布置的所述第二輸出處提供所述至少兩個感應(yīng)電流值中的第一值，以及當(dāng)所述第一交叉耦合模塊在所述第二模式時，提供第二值。
4.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的電源開關(guān)裝置，其中所述電源開關(guān)電路布置包括通信接口(76)，被連接以接收所述模式信號并且將其至少提供給所述第一交叉耦合切換模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電源開關(guān)裝置，包括處理器件(74)，所述處理器件包括通信接口(78)，被連接以將所述模式信號至少提供給所述第一交叉耦合切換模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一項所述的電源開關(guān)裝置，其中所述電源開關(guān)電路布置包 括被布置以生成所述模式信號的模式信號生成模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電源開關(guān)裝置，包括處理器件(74)，所述處理器件包括通信接口(78)，被連接以從所述模式信號生成模塊接收所述模式信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電源開關(guān)裝置，其中所述電源開關(guān)電路布置包括通信接口(76),被連接以向所述處理器件提供所述模式信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求5、7或8中任何一項所述的電源開關(guān)裝置，其中所述處理器件包括被連接到所述電源開關(guān)電路布置的所述第二輸出的感應(yīng)電路輸入(80)。
10.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的電源開關(guān)裝置，其中所述電源開關(guān)裝置在單一集成電路芯片上被提供。
11.一種用于在前述任何一項權(quán)利要求所述的電源開關(guān)裝置中改善電流感應(yīng)精度的方法，包括 連接(90)電源開關(guān)電路布置的第一輸入到電源； 連接(92)所述電源開關(guān)電路布置的第一輸出到負(fù)載； 切換(94)電源開關(guān)裝置和感應(yīng)器件到連接狀態(tài)； 將包括與第一模式相關(guān)聯(lián)的值的模式信號至少應(yīng)用(96)到第一交叉耦合切換模塊并且在所述電源開關(guān)電路布置的第二輸出處接收感應(yīng)電流；以及 將包括與第二模式相關(guān)聯(lián)的值的所述模式信號至少應(yīng)用(98)到所述第一交叉耦合切換模塊并且接收在所述電源開關(guān)電路布置的所述第二輸出處所述感應(yīng)電流。 11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電源開關(guān)裝置包括感應(yīng)電流偏移補償模塊；所述方法包括通過從感應(yīng)電流的至少兩個值計算平均值來生成(100)偏移補償感應(yīng)電流，其中當(dāng)所述第一交叉耦合模塊處于所述第一模式時，在所述電源開關(guān)電路布置的所述第二輸出處提供所述至少兩個值中的第一個值，以及當(dāng)所述第一交叉耦合模塊處于所述第二模式時，提供第二個值。
12.—種計算機程序產(chǎn)品，包括當(dāng)運行于可編程裝置時用于執(zhí)行權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的方法的步驟的編碼部分。
全文摘要
一種電源開關(guān)裝置(70)包括電源開關(guān)電路布置(30、72)，包括可連接到電源的輸入(32)、可連接到負(fù)載的第一輸出(34)、被布置以提供取決于流經(jīng)負(fù)載的負(fù)載電流的感應(yīng)電流的第二輸出(36)、電源開關(guān)器件(38)、感應(yīng)器件(40)、以及差分放大器件(42)，所述差分放大器件包括第一(44)和第二(46)放大器輸入，至少一個放大器輸出(48)被連接到電流感應(yīng)反饋環(huán)路(50、52、54)，所述反饋環(huán)路被布置以減小第一和第二放大器輸入之間的電勢差。電源開關(guān)器件的第一端子以及感應(yīng)器件的第一端子被連接到所述輸入，電源開關(guān)器件的第二端子(56)以及感應(yīng)器件的第二端子(58)耦合于第一交叉耦合切換模塊(60)。所述模塊，取決于模式信號，被布置為如下連接在第一模式，電源開關(guān)器件的第二端子連接到差分放大器件的第一輸入，感應(yīng)器件的第二端子連接到差分放大器件的第二輸入；在第二模式，感應(yīng)器件的第二端子連接到差分放大器件的第二輸入，感應(yīng)器件的第二端子連接到差分放大器件的第一輸入。
文檔編號H03K17/12GK102907001SQ201080066942
公開日2013年1月30日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者丹尼斯·舒瓦洛夫 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司