[发明专利]用于开关电压调节器的电感器电流测量补偿

说明书

本发明提出了一种用于开关电压调节器的电流估计方法，开关电压调节器通过电感器传送电流至负载，该方法包括：测量与电感器并联耦接的RC电流检测网络的电容器两端的电压；基于RC电流检测网络的电容器两端的所测得的电压来产生电感器中的电流的估计；通过补偿滤波器来调整电感器中的电流的估计，补偿滤波器根据温度和电流中的至少一个来补偿电感器的电感变化。

技术领域

本申请关于开关电压调节器，尤其是关于用于开关电压调节器的电感电流测量补偿。

背景技术

开关电压调节器由于它们的高效以及该些转换器所消耗的面积/ 体积小被广泛地用在用于多种应用的现代电子系统，该些应用譬如用于通信的计算(服务器以及移动)和点负载系统(Point of Load System， POLs)。广泛应用的开关电压调节器拓补包括降压、升压、降压-升压、正向、反激式、半桥、全桥以及SEPIC拓补。多相位降压转换器尤其适合提供被高性能集成电路(譬如，微处理器、图像处理器以及网络处理器)所需的低压高电流。降压转换器利用有源元件和无源元件来实施，有源元件譬如是脉宽调制PWM控制IC、驱动电路，包括功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的多个相位，无源元件譬如是电感器、变压器或耦接的电感器、电容器和电阻器。多个相位(功率级)能够通过分别的电感器并联连接至负载，以满足高输出电流的要求。

为了安全、稳健性地运行，需要精确了解由开关电压调节器提供的电流。误差的电流测量能够导致过早脱扣过电流保护(Over-current protection，OCP)，这在高可靠性应用(譬如数据中心的服务器)是不期望的，或是能够导致灾难性设备故障的脱扣OCP的故障。不论发生何种情况，误差电流信息引起可能处于产品规格之外的误差输出电压设置点。

用于确定流过开关电压调节器中电感器电流的标准技术被称为 DCR检测，其利用该电感器的非理想的DC电阻(DC resistance, DCR)。电感器的DCR在用于现有元件的数据表的额定条件下被规定，或是在自定义设计中被计算或测量。利用DCR检测，RC检测网络与电感器并联，并且电容器两端的电压表示DCR两端的电压，这意味着流过该电感器的电流有关于电容器电压和DCR值之比。对于静态流过负载的DC电流，电容器两端的DC电压成比例于流过负载的DC电流和电感器的DCR。对于动态电流，譬如流过负载的变化电流或电感器中的纹波电流，如果RC网络的时间常数与电感器的电感和DCR的时间常数相匹配，电容器两端的瞬时值与电感器中的瞬态电流成比例。然而，电感和DCR随着温度变化，这意味着电流信息仅在时间常数匹配的温度下才精确。

很多通常的开关电压调节器使用负温度系数热敏电阻(negative temperaturecoefficient NTC)网络来增大DCR测量。该用于DCR补偿的NTC网络通常与用于过温保护(over temperature protection， OTP)的NTC网络相分离，这增加了整个系统的成本、元件数量以及信号传输复杂性。另外，温度补偿NTC网络不包含有用的信息。代替的，温度补偿NTC网络是人工调谐的非智能网络。因此，该网络对于其用于的平台是特定的。利用热影响(例如，电路板层数目、空气流动、低效元件等等)改变设计参数要求改变硬件以对NTC网络重调谐。另外，NTC网络的元件冗余引起电流测量的额外误差，并且用于DCR补偿的NTC技术仅对DC测量有用。如此，电流的动态或AC值没有被补偿。

发明内容

本发明提出了一种用于开关电压调节器的电流估计方法，所述开关电压调节器通过电感器传送电流至负载，所述方法包括：测量与所述电感器并联耦接的RC电流检测网络的电容器两端的电压；基于在所述RC电流检测网络的所述电容器两端的所测得的电压来产生所述电感器中的电流的估计；通过补偿滤波器来调整所述电感器中的电流的所述估计，所述补偿滤波器根据温度和电流中的至少一个来补偿所述电感器的电感变化。