[发明专利]DC-DC转换器中电感电流的测量的系统和方法

说明书

技术领域

本发明与申请号为12/622478，申请日为2009年11月20日的美国专利申请相关。上述申请的公开文件在此以引用的方式整体并入。

背景技术

于此进行背景技术描述的目的在于对所公开的内容做出一般性的说明。发明人的某些工作，而此工作已在背景技术中已得到某种程度的描述，以及在说明书中关于某些在申请日前尚未成为现有技术的内容，无论是以明确或隐含的方式均不视为相对于本发明的现有技术。

许多模拟和数字电源，包括平均电流模式电源，都包含有DC-DC转换器。DC-DC转换器具有多种不同类型（例如，降压转换器，升压转换器，降压-升压转换器，反激式转换器等）。降压型DC-DC转换器包括位于输出级的电感。所述DC-DC转换器的输出电压可以通过多种方式进行调节。例如，在平均电流模式电源中，通过电感的电流（电感电流）可被用于调节所述输出电压。因此，检测电感电流对于控制高效DC-DC转换器而言是一种重要功能。

所述检测到的电感电流具有多种应用。例如，所述应用可能包括过流保护，自适应电压定位，以及对电流模式电源的环路控制。此外，所述检测的电感电流可被用于确定何时从连续导通模式（Continuous Conduction Mode，CCM）转换到不连续导通模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM）。进一步，所述检测的电感电流可被用于计算基于状态空间的控制器中的负载电流，其中估计的电容电流是可获得的。

检测所述电感电流的方法需精确，低成本，并且对DC-DC转换器总体效率的影响要最小。目前已有数个方法可用于检测所述电感电流。然而，每一种方法都具有不符合DC-DC转换器尖端、高精度和快速瞬态响应要求的缺陷。这些方法中的一些将会在下文中描述。

现在参考图1，转换器10利用与电感串联的高精度电阻对所述电感电流进行检测。所述转换器10包括脉宽调制（PWM）控制器12、一对相互串联的开关14和16、电感L、高精度检测电阻R_sense、电容C_out和放大器20。R_dc是所述电感L的寄生电阻。

所述PWM控制器12产生控制开关14和16开关时间的脉宽调制脉冲。电流i流经所述电感L，并在所述检测电阻R_sense两端产生压降。放大器20具有增益A_v，并对检测电阻R_sense两端的压降进行放大。放大器20的输出为i*R_sense*A_v。电感电流i由放大器20的输出决定。

这种方法会在检测电阻R_sense中遭受损失，该检测电阻R_sense会降低转换器10的总体效率。此外，因为被用于检测电感电流i的检测电阻R_sense两端的压降很小，这种方法会受到噪声的影响。进一步，用于测量电感电流i的测量电路会增加延时。

作为对检测电阻R_sense的替代，开关14和16的导通电阻（R_DSon）可被用于检测电感电流i。R_DSon是当开关处于导通状态下开关的漏极和源极之间的电阻。当开关导通时，开关的R_DSon与电感L串联，并且电感电流i会在R_DSon的两端产生压降（即V_DS），V_DS可被测量以用于对所述电感电流i进行检测。

虽然这种方法不会影响转换器的效率，但由于R_DSon的值会基于温度变化，因此这种方法不会很精确。进一步，V_DS的小信号等级会带来噪声问题。此外，用于测量电感电流i的测量电路会增加延时。

现在参考图2，转换器30利用与所述电感相并联的电阻和电容来检测所述电感电流。转换器30包括PWM控制器12，开关14和16，电感L和电容Cout。此外，如图所示，电阻R和电容C跨接在电感L两端。R_DC，所述电感L的寄生电阻，作为检测电阻起作用。

R和C的值被选择以使得由电阻R和电容C构成的RC电路的阻抗与所述电感L的阻抗相匹配。换句话说，选择R和C的值以使得RC电路的时间常数与由电感L和寄生电阻R_DC构成的LR电路的时间常数相匹配。那就是说，R和C的值被选为R*C≈L/R_DC。