[发明专利]低功率切换转换器的自调谐数字电流估计器

说明书

本申请要求Aleksander Prodic、Zdravko Lukic、Zhenyu Zhao和S.M.Ahsanuzzaman于2009年4月14日提交的题为“SELF-TUNING DIGITAL CURRENT ESTIMATOR FOR LOW-POWER SWITCHING CONVERTERS”的序列号为12/423，338的美国专利申请，以及Aleksandar Prodic等人于2008年4月29日提交的题为“SELF-TUNING DIGITAL CURRENT ESTIMATOR FOR LOW-POWER SWITCHING CONVERTERS”的序列号为61/048,655的美国临时申请的优先权，这两个申请的说明书和附图一并在此作为参考。

背景技术

在低功率dc-dc转换器中，电流感测或测量不仅仅是用于避免过载情况。电流感测或测量经常用于通过多模式操作来提高转换器效率以及改善动态响应。通常，测量方法可以分为基于电压降的方法和基于观测器的方法。在基于电压降的方法中，从经过感测电阻器或MOSFET的电流所引起的电压降中提取所述电流。基于观测器的系统通常根据功率级电感器两端的电压来估计电流。

在大多数情况下，现有方法并不非常适合与开关式电源(SMPS)的快速新兴的数字控制器集成，所述开关式电源(SMPS)用于电池供电的设备、通信、计算机、消费电子产品、以及其他应用，在这些应用中主要关注总体尺寸、系统成本和总体效率。电压降方法降低了转换器的效率或者需要宽带宽的放大器，这对于实现最新CMOS数字工艺来说是非常大的挑战。这是因为标准数字电路的电源电压非常有限(通常在小于1V的范围内)，在这样的电源电压下不能使用传统的模拟架构。这里，以不同的IC技术来实现体积较大且可靠性较低的多芯片解决方案，每个芯片需要感测电路和控制器。另一方面，观测器的精度有限。典型地，电流估计依赖于对电感和等效串联电阻值的预先认识，而电感和等效电阻值取决于工作条件并且在诸如老化和温度等外部干扰下发生变化。

附图说明

图1示出了本发明一个实施例的使用自调谐估计器的开关式电源(SMPS)的图。

图2示出了一个实施例的电流感测技术的图。

图3示出了一个实施例的示例性测试电流吸收器(sink)的图。

图4示出了使用过采样模数转换器(ADC)的示例的图。

图5示出了可以与本发明的系统一起使用的示例性数字滤波器架构的图。

图6示出了一个实施例的R_L校准的示例的图。

图7示出了一个实施例的时间常数校准的示例的图。

图8示出了一个实施例的系统操作的图。

图9示出了一个实施例的滤波器时间常数调谐的图。

图11和12示出了电流估计的示例的图。

图13示出了一个实施例的过载保护的图。

图14示出了一个实施例的估计电感器电流对输出负载电流的图。

发明内容

本发明实施例描述了一种电感器电流估计器，适于低功率数字控制开关式电源(SMPS)。在一个切换周期上对平均电流值的估计可以基于电感器电压的模数转换以及后续的自适应信号滤波。自适应滤波器可以用于补偿电感和串联等效电阻的变化，其中所述电感和串联等效电阻的变化影响估计的精度。基于对故意引入且已知的电路步骤的响应，滤波器可以调谐该滤波器自身的参数，以便得到快速且精确的估计。

具体实施方式

图1所示的自调谐电流估计器可以使用数字实现方式的灵活性来补偿电感器参数的变化。完全可以以最新的数字CMOS技术来实现估计器，从而允许与将来的数字控制器简单地集成。

在一个实施例中，开关式电源100包括数字控制器102，所述数字控制器102用于控制开关式电源100的开关104和106中至少一个开关的切换。可以使用自调谐数字电流估计器110来估计通过功率电感器112的电流。

电感器电流的估计可以用于在电流共享多相电流源中作为平均电流控制系统的一部分来限制峰值电感器电流，以及用于改善动态响应。

数字电流估计器110可以根据功率电感器112两端的电压的指示(如，电感器112两端的估计平均电压)来得到通过功率电感器112的电流的估计。

可以使用开关式电源的输入电压和输出电压以及得到的占空比值来估计功率电感器两端的平均电压。

数字滤波器可以用于得到通过功率电感器的电流的估计。校准逻辑模块可以调节数字滤波器的系数。