[發明專利]相電流估計器和開關功率轉換器

有效

• 申請號: 201510054932.9
• 申請日: 2015-02-03
• 公開（公告）號: CN104849538B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: A·巴巴扎德赫;B·唐;G·伯納查雅
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本申請涉及開關功率轉換器，特別是開關功率轉換器中的相電流感測和估計。

背景技術

由于其高效性以及所占據的面積/體積小，開關功率轉換器被廣泛地用于現代電子系統中的各種應用，例如用于電信的計算(服務器和移動臺)和POL(負載點系統Point-of-Load)。廣泛接受的開關功率轉換器包括降壓、升壓、降壓-升壓、正向、逆向、半橋、全橋和SEPIC拓撲結構。多相降壓轉換器尤其適于提供在低電壓下的高性能集成電路所需的高電流，例如微處理器、圖形處理器、和網絡處理器。降壓轉換器可以用有源部件來實現，例如脈沖寬度調制(PWM)控制器IC(集成電路)、驅動器電路、包括功率MOSFET(金屬-氧化物-半導體場效應晶體管)的一個或多個相、以及無源部件，如電感器、變壓器或耦合的電感器、電容器、和電阻器。多個相可以通過相應電感器并聯連接到負載，以滿足高輸出的電流需求。

現代高性能電源需要相電流信息，以向負載提供高質量功率。相電流信息在提供諸如相位故障檢測、電流平衡、節能模式、過電流和負電流保護、以及改善的瞬態響應的關鍵特征時是很重要的。傳統的多相數字開關電源轉換器包括電流感測/采樣網絡，用于獲得相電流信息。然而，傳統電流采樣網絡消耗大量的功率和控制器芯片(晶片)上的面積，因此需要一種具有低功率和面積消耗的高性能電流采樣網絡。

例如，一種用于采樣相電流信息的常規方法是高分辨率和高速電流快閃ADC(模擬-數字轉換器)。快閃ADC提供快速轉換和高精度，但是具有高成本和高泄漏電流、控制器芯片上的高功率和面積消耗。獲得相電流信息的另一種傳統方法是跟蹤ADC。但是，跟蹤ADC易受噪聲影響，具有相對較高的控制器芯片上的功率和面積消耗，并在高開關頻率時具有不好的跟蹤能力和性能。獲得相電流信息的又一種常規方法是西格瑪-德爾塔ADC。然而，西格瑪-德爾塔ADC在高開關頻率時具有不好的跟蹤能力，需要以比信號帶寬大得多的速率進行過采樣，并且在數字輸出和相應的采樣時刻之間具有很大的延遲。

發明內容

根據相電流估計器的一個實施例，相電流估計器包括模擬電路，可操作為通過比較開關功率轉換器的相電流與表示相電流的估計值的模擬值，來產生相電流估計誤差。該相電流估計器還包括數字電路，可操作為基于相電流估計誤差和多個與開關功率轉換器的操作相關聯的參數來修改相電流估計值。

根據開關功率轉換器的一個實施例，開關功率轉換器包括相，所述相可操作為將相電流輸送到負載和相電流估計器。該相電流估計器包括模擬電路，可操作為通過比較開關功率轉換器的相電流與表示相電流的估計值的模擬值，來產生相電流估計誤差。該相電流估計器還包括數字電路，可操作為基于相電流估計誤差和多個與開關功率轉換器的操作相關聯的參數來修改相電流估計值。開關功率轉換器還可以包括估計器故障檢測單元，可操作為比較相電流與相電流估計值來確定相電流與相電流估計值之間的差別是否超過閾值，以用于指示不合標準的相電流估計值。

根據開關功率轉換器中的相電流的估計方法的一個實施例，所述方法包括：通過模擬電路比較開關功率轉換器的相電流與相電流的估計值，以產生相電流估計誤差；并且基于相電流估計誤差和多個與開關功率轉換器的操作相關聯的參數來通過數字電路修正相電流估計值。

本領域技術人員在閱讀以下詳細描述并且查看了附圖之后，將認識到附加的特征和優點。

附圖說明

附圖中的元件不一定相對于彼此按比例繪制。相同的附圖標記表示相應的類似部分。各個所示實施例的特征可以組合，除非它們彼此排斥。本發明的實施例在附圖中示出并詳述于下面的描述。

圖1示出了具有相電流估計值和估計器故障檢測的開關功率轉換器的實施例的框圖。

圖2示出了模擬和數字電路的框圖，其包含圖1的開關功率轉換器中包括的相電流估計器。

圖3是相電流估計器的模擬和數字電路的更詳細的圖示。

圖4示出了與開關功率轉換器的PWM操作相關聯的各個波形圖。

圖5示出了相電流估計器的相電流跟蹤單元的實施例的框圖。

圖6示出了相電流估計器的相電流斜率估計器單元的實施例的框圖。

圖7示出了相電流估計器的相電流斜率估計器單元的另一實施例的框圖。

圖8示出了相電流估計器的相電流斜率校正單元的實施例的框圖。

圖9示出了與相電流斜率校正單元的操作相關聯的各個波形圖。

圖10示出了與相電流估計器的操作相關聯的各個波形圖。