[發明專利]用于電源開關轉換器的電流控制模式的電流感應器電路

有效

• 申請號: 200910164865.0
• 申請日: 2009-08-04
• 公開（公告）號: CN101635509A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 王一濤;鄺小飛;溫錦泉;鄺國權
• 申請（專利權）人: 香港應用科技研究院有限公司
• 主分類號: H02M3/20
• 分類號: H02M3/20
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司
• 代理人: 江耀純

技術領域

本發明涉及單片電流感應器，特別涉及感應和控制流經功率晶 體管的電流。

背景技術

許多便攜式設備和電子系統都需要一個穩定電源。裝置可能對 電源電壓變化比較敏感，所以提供一個穩定的電源電壓顯得非常重要。但 是，當內部晶體管被打開和關閉時，裝置從電源汲取的電流量可能是變化 的。這種電流變化使得提供一個恒定的電源電壓變得非常困難。當裝置突 然吸收大量電流時，電源電壓可能下降到危險的低水平，從而可能導致存 儲失調或邏輯錯誤。

在大型系統里的一個單片電源轉換器(power?converter)芯片 或模塊可能有一個較大的功率晶體管，其可被用來驅動電流經過電感器 (inductor)。電感器使功率晶體管提供的強電流變化變得平穩，并且額外 的濾波電容器存儲電荷以協助平穩電源電壓。但是，功率晶體管需要被打 開和關閉以恢復濾波電容器上的電荷，從而保持期望的電源電壓。

電源電壓可以被感應到，并與目標電壓進行比較。但是，測量 經過功率晶體管或電感器的電流可以提供更迅速的反饋，并且更好地控制 電源電流。有多個反饋源，如電源電壓和供電電流可以提供異常快速的反 應時間，如微秒反應速度而不是毫秒反應速度。

期望能有一個功率-電流感應器和控制電路。期望有一個功率 控制電路能夠迅速地感應供電電流，并調整功率晶體管以保持一個穩定電 源。 發明內容本發明針對現有技術的不足而提出以下技術方案： 一個功率-電流感應電路，包括： 一個輸入，其有一個輸入電壓； 一個功率晶體管，其有一個柵極接收第一時鐘，用于當第一時鐘在第 一狀態期間被激活時，從所述輸入將電源電流傳導到一個功率節點，并在 第二狀態期間將所述功率節點與所述輸入隔離； 一個電流鏡晶體管，其有一個柵極接收第三時鐘，用于當第三時鐘在 第一狀態期間被激活時，從所述輸入將電源電流傳導到鏡像節點，并在第 二狀態期間將所述輸入和所述鏡像節點隔離； 第一開關，在第一狀態期間連接所述功率節點到第一比較節點，并在 第二狀態期間將所述功率節點和第一比較節點隔離； 第二開關，在第一狀態期間連接所述鏡像節點到第二比較節點，并在 第二狀態期間將所述鏡像節點和第二比較節點隔離； 一個放大器，比較第一比較節點和第二比較節點的電壓而產生一個比 較輸出； 一個傳感晶體管，有一個柵極接收所述比較輸出，用來從所述鏡像節 點傳導感應電流到一個感應節點；和 一個雙穩態元件，通過一個周期時鐘被觸發到第一狀態，并通過所述 感應節點被觸發到第二狀態； 由此第二開關與第一開關建立的偏移相匹配；和 一個時鐘產生器，其對應雙穩態元件，用來產生第一時鐘和第三時鐘， 其中第三時鐘相對第一時鐘有延遲，其中電流鏡晶體管相對功率晶體管開 啟之后有一個延遲才開啟； 由此，電流鏡晶體管被延遲以降低對電源電流的干擾。 一個電流感應電路，包括： 一個輸入； 一個功率晶體管，有一個由第一時鐘驅動的柵極和一個在輸入和功率 節點之間的通道； 一個電流鏡晶體管，有一個由被延遲的第一時鐘驅動的柵極和一個在 輸入和鏡像節點之間的通道； 第一開關晶體管，有一個由第一時鐘驅動的柵極和一個在功率節點和 第一比較節點之間的通道； 第二開關晶體管，有一個由被延遲的第一時鐘驅動的柵極和一個在鏡 像節點和第二比較節點之間的通道； 第三開關晶體管，有一個由第二時鐘驅動的柵極和一個在共模節點和 第一比較節點之間的通道； 第四開關晶體管，有一個由第二時鐘驅動的柵極和一個在共模節點和 第二比較節點之間的通道； 一個吸入電流晶體管，有一個由第四時鐘驅動的柵極和一個在功率節 點和吸入節點之間的通道； 一個時鐘產生器，其在第一狀態期間驅動第一時鐘為激活，而第二和 第四時鐘為非激活，并在第二狀態期間驅動第一時鐘為非激活，而第二和 第四時鐘為激活； 其中功率晶體管在第一狀態期間傳導一個供電電流，并在第二狀態期 間關閉； 其中吸入電流晶體管在第二狀態期間傳導一個吸入電流，并在第一狀 態期間關閉； 一個放大器，其接收第一比較節點和第二比較節點，并驅動一個比較 輸出； 一個傳感晶體管，有一個接收比較輸出的柵極，以及一個在鏡像節點 和感應節點之間的通道，用于從鏡像節點傳導感應電流到感應節點； 一個感應電阻器，在感應節點和吸入節點之間； 其中感應節點產生一個觸發電平到時鐘產生器，其導致時鐘產生器從 第一狀態轉換到第二狀態； 由此經過電流鏡晶體管的電流被感應而從第一狀態轉換到第二狀態， 以控制供電電流。 一個功率控制器，包括： 一個具有輸入電壓的輸入； 功率晶體管裝置，有一個接收第一時鐘的柵極，用于當第一時鐘在第 一狀態期間被激活時從所述輸入傳導供電電流到功率節點，并在第二狀態 期間隔離所述輸入和功率節點； 電流鏡晶體管裝置，有一個接收第三時鐘的柵極，用于當第三時鐘在 第一狀態期間被激活時從所述輸入傳導電流到鏡像節點，并在第二狀態期 間隔離所述輸入和鏡像節點； 第一開關裝置，用于在第一狀態期間連接功率節點到第一比較節點， 并在第二狀態期間隔離功率節點和第一比較節點； 第二開關裝置，用于在第一狀態期間連接鏡像節點到第二比較節點， 并在第二狀態期間隔離鏡像節點和第二比較節點； 第一均衡開關裝置，接收第二時鐘，用于在第二狀態期間連接第一比 較節點到共模電壓，并在第一狀態期間隔離第一比較節點和共模電壓； 第二均衡開關裝置，接收第二時鐘，用于在第二狀態期間連接第二比 較節點到共模電壓，并在第一狀態期間隔離第二比較節點和共模電壓； 放大器裝置，用于比較第一比較節點和第二比較節點的電壓以產生一 個比較輸出； 傳感晶體管裝置，有一個接收比較輸出的柵極，用于從鏡像節點傳導 感應電流到感應節點； 雙穩態裝置，由一個周期時鐘被觸發到第一狀態，并由感應節點被觸 發到第二狀態； 時鐘產生器裝置，對應雙穩態裝置，用于激活第一時鐘和第三時鐘， 并用于激活第二時鐘和第四時鐘； 其中第三時鐘相對第一時鐘有延遲，其中電流鏡晶體管裝置相對功率 晶體管裝置開啟之后延遲開啟； 功率吸入電流晶體管裝置，有一個接收第四時鐘的柵極，用于當第四 時鐘在第二狀態期間被激活時從功率節點傳導電流； 其中時鐘產生器裝置在第二狀態期間激活第四時鐘。