[發明專利]電源中的電流感測

有效

• 申請號: 201611162443.6
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106899205B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: G·D·波爾赫姆斯
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技美國公司
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱;董典紅

本申請涉及電源中的電流感測。在操作期間，保護電路接收表示由電源相位向負載遞送的電流的輸入電壓。輸入電壓被接收為布置在電源中的同步開關的相應漏極?源極節點之間的電壓。保護電路選擇性地控制輸入電壓的傳送，使得輸入電壓上的破壞性瞬態電壓不會被傳遞到下游采樣電路。采樣電路包括用于存儲輸入電壓的采樣的電容器電路。在操作期間，采樣電路利用由輸入電壓電路傳送的輸入電壓以用表示電流的采樣電壓對電容器充電。由于通過保護電路保護采樣電路免受破壞性瞬態電壓的影響，采樣電路以及其它下游電路可以由除了在輸入電壓電路中使用的晶體管之外的晶體管類型制造，以使用小尺寸電容器來存儲輸入電壓的采樣從而促進更精確的電流計算。

技術領域

本申請涉及開關電源，更具體地涉及電源中的電流感測。

背景技術

常規的開關電源通常包括用于監視遞送到相應負載的電流量的方式。可以出于任何數量的原因，比如遙測、負載線控制、電流消耗跟蹤，來監視遞送的電流量，以提高轉換效率等。

已經使用若干方法來測量由相應電源向負載遞送的電流。例如，可以實現霍爾效應傳感器來測量磁場并計算相應的電流。不幸的是，霍爾效應傳感器是昂貴的，并且不能被集成到相應的半導體器件中。

其他常規設計包括在電源的電流源路徑中添加相應的電阻器。電壓監視電路測量經過所添加的電阻器的電流，以識別多少電流被遞送到相應的負載。這種方法是不希望的，因為添加的電阻器消耗了沒有對負載供電的功率。

另一種方法稱為DCR(DC電阻)。該方法包括利用電流流過的相應電感器的電阻來計算遞送到相應負載的電流量。這種方法是不希望的，因為它不能被集成在半導體器件中；它需要對相應的增益電路進行調整；它需要溫度補償等等。

另外的方法包括電流鏡像技術和測量電源中的相應同步場效應晶體管上的電壓。這兩種方法都是不希望的。例如，電流鏡像需要復雜的電路和高帶寬放大器電路。測量同步場效應晶體管的相應漏極 -源極之間的電壓的常規方法需要復雜且高度魯棒的電路，因為在開關節點(控制開關、同步開關和電感器的結節點)處的電壓易受通過開關循環的瞬態電壓的影響。

發明內容

本文的實施例包括可操作用于計算電源電路的輸出電流的新穎電路。在一個實施例中，新穎電路相對于常規電流感測電路來說是緊湊的，并且提供了使用低電壓晶體管來測量由電源相位提供給負載的電流的更精確的方式。本文所描述的電路的全部或一部分可以以任何合適的方式實現，例如在諸如芯片的半導體器件中。

更具體地，本文的一個實施例包括電流監視電路。電流監視電路包括輸入電壓電路(比如保護電路)和采樣電路。在操作期間，輸入電壓電路接收表示由電源遞送給負載的電流的輸入電壓。在一個實施例中，輸入電壓是被布置在開關電源中的同步開關(低側開關)的對應漏極節點和源極節點之間的電壓。所接收的輸入電壓可以包括電壓尖峰。輸入電壓電路控制輸入電壓的傳送，使得輸入電壓中的破壞性瞬態電壓不被傳遞到采樣電路。

采樣電路利用從輸入電壓電路接收的輸入電壓來產生和存儲表示遞送給負載的電流的采樣輸入電壓值。電源中的另外的電路將所存儲的采樣電壓轉換為表示提供給負載的電流的值。

在一個實施例中，輸入電壓電路是防止輸入電壓上的瞬態電壓 (高于正閾值和低于負閾值)被傳送到采樣電路的保護電路。輸入電壓電路可以由第一組的一個或多個類型的晶體管器件制造，該第一組的一個或多個類型的晶體管器件能夠承受暴露給存在于輸入電壓上的較高電壓尖峰。采樣電路由第二組的一個或多個類型的晶體管器件制成，所述第二組的一個或多個類型的晶體管器件具有對電壓尖峰的較低容限，但是其允許使用小采樣電容器電路來存儲采樣電壓。

根據另外的實施例，采樣電路包括采樣開關，采樣開關可操作用于將輸入電壓電路選擇性地耦合到采樣電路中的電容器電路。這存儲輸入電壓的采樣。例如，采樣開關的激活將從輸入電壓電路接收的輸入電壓電耦合到采樣電路中的電容器電路。