[發明專利]用于開關電壓調節器的電感器電流測量補償

有效

• 申請號: 201510272605.0
• 申請日: 2015-05-25
• 公開（公告）號: CN105137148B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: D·奇爾哈特;B·唐;A·巴巴扎德赫;T·M·吳
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱

本發明提出了一種用于開關電壓調節器的電流估計方法，開關電壓調節器通過電感器傳送電流至負載，該方法包括：測量與電感器并聯耦接的RC電流檢測網絡的電容器兩端的電壓；基于RC電流檢測網絡的電容器兩端的所測得的電壓來產生電感器中的電流的估計；通過補償濾波器來調整電感器中的電流的估計，補償濾波器根據溫度和電流中的至少一個來補償電感器的電感變化。

技術領域

本申請關于開關電壓調節器，尤其是關于用于開關電壓調節器的電感電流測量補償。

背景技術

開關電壓調節器由于它們的高效以及該些轉換器所消耗的面積/ 體積小被廣泛地用在用于多種應用的現代電子系統，該些應用譬如用于通信的計算(服務器以及移動)和點負載系統(Point of Load System， POLs)。廣泛應用的開關電壓調節器拓補包括降壓、升壓、降壓-升壓、正向、反激式、半橋、全橋以及SEPIC拓補。多相位降壓轉換器尤其適合提供被高性能集成電路(譬如，微處理器、圖像處理器以及網絡處理器)所需的低壓高電流。降壓轉換器利用有源元件和無源元件來實施，有源元件譬如是脈寬調制PWM控制IC、驅動電路，包括功率MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)的多個相位，無源元件譬如是電感器、變壓器或耦接的電感器、電容器和電阻器。多個相位(功率級)能夠通過分別的電感器并聯連接至負載，以滿足高輸出電流的要求。

為了安全、穩健性地運行，需要精確了解由開關電壓調節器提供的電流。誤差的電流測量能夠導致過早脫扣過電流保護(Over-current protection，OCP)，這在高可靠性應用(譬如數據中心的服務器)是不期望的，或是能夠導致災難性設備故障的脫扣OCP的故障。不論發生何種情況，誤差電流信息引起可能處于產品規格之外的誤差輸出電壓設置點。

用于確定流過開關電壓調節器中電感器電流的標準技術被稱為 DCR檢測，其利用該電感器的非理想的DC電阻(DC resistance, DCR)。電感器的DCR在用于現有元件的數據表的額定條件下被規定，或是在自定義設計中被計算或測量。利用DCR檢測，RC檢測網絡與電感器并聯，并且電容器兩端的電壓表示DCR兩端的電壓，這意味著流過該電感器的電流有關于電容器電壓和DCR值之比。對于靜態流過負載的DC電流，電容器兩端的DC電壓成比例于流過負載的DC電流和電感器的DCR。對于動態電流，譬如流過負載的變化電流或電感器中的紋波電流，如果RC網絡的時間常數與電感器的電感和DCR的時間常數相匹配，電容器兩端的瞬時值與電感器中的瞬態電流成比例。然而，電感和DCR隨著溫度變化，這意味著電流信息僅在時間常數匹配的溫度下才精確。

很多通常的開關電壓調節器使用負溫度系數熱敏電阻(negative temperaturecoefficient NTC)網絡來增大DCR測量。該用于DCR補償的NTC網絡通常與用于過溫保護(over temperature protection， OTP)的NTC網絡相分離，這增加了整個系統的成本、元件數量以及信號傳輸復雜性。另外，溫度補償NTC網絡不包含有用的信息。代替的，溫度補償NTC網絡是人工調諧的非智能網絡。因此，該網絡對于其用于的平臺是特定的。利用熱影響(例如，電路板層數目、空氣流動、低效元件等等)改變設計參數要求改變硬件以對NTC網絡重調諧。另外，NTC網絡的元件冗余引起電流測量的額外誤差，并且用于DCR補償的NTC技術僅對DC測量有用。如此，電流的動態或AC值沒有被補償。

發明內容

本發明提出了一種用于開關電壓調節器的電流估計方法，所述開關電壓調節器通過電感器傳送電流至負載，所述方法包括：測量與所述電感器并聯耦接的RC電流檢測網絡的電容器兩端的電壓；基于在所述RC電流檢測網絡的所述電容器兩端的所測得的電壓來產生所述電感器中的電流的估計；通過補償濾波器來調整所述電感器中的電流的所述估計，所述補償濾波器根據溫度和電流中的至少一個來補償所述電感器的電感變化。