电源中的电流感测制造技术

本申请涉及电源中的电流感测。在操作期间，保护电路接收表示由电源相位向负载递送的电流的输入电压。输入电压被接收为布置在电源中的同步开关的相应漏极‑源极节点之间的电压。保护电路选择性地控制输入电压的传送，使得输入电压上的破坏性瞬态电压不会被传递到下游采样电路。采样电路包括用于存储输入电压的采样的电容器电路。在操作期间，采样电路利用由输入电压电路传送的输入电压以用表示电流的采样电压对电容器充电。由于通过保护电路保护采样电路免受破坏性瞬态电压的影响，采样电路以及其它下游电路可以由除了在输入电压电路中使用的晶体管之外的晶体管类型制造，以使用小尺寸电容器来存储输入电压的采样从而促进更精确的电流计算。

【技术实现步骤摘要】
电源中的电流感测
本申请涉及开关电源，更具体地涉及电源中的电流感测。
技术介绍
常规的开关电源通常包括用于监视递送到相应负载的电流量的方式。可以出于任何数量的原因，比如遥测、负载线控制、电流消耗跟踪，来监视递送的电流量，以提高转换效率等。已经使用若干方法来测量由相应电源向负载递送的电流。例如，可以实现霍尔效应传感器来测量磁场并计算相应的电流。不幸的是，霍尔效应传感器是昂贵的，并且不能被集成到相应的半导体器件中。其他常规设计包括在电源的电流源路径中添加相应的电阻器。电压监视电路测量经过所添加的电阻器的电流，以识别多少电流被递送到相应的负载。这种方法是不希望的，因为添加的电阻器消耗了没有对负载供电的功率。另一种方法称为DCR(DC电阻)。该方法包括利用电流流过的相应电感器的电阻来计算递送到相应负载的电流量。这种方法是不希望的，因为它不能被集成在半导体器件中；它需要对相应的增益电路进行调整；它需要温度补偿等等。另外的方法包括电流镜像技术和测量电源中的相应同步场效应晶体管上的电压。这两种方法都是不希望的。例如，电流镜像需要复杂的电路和高带宽放大器电路。测量同步场效应晶体管的相应漏极-源极之间的电压的常规方法需要复杂且高度鲁棒的电路，因为在开关节点(控制开关、同步开关和电感器的结节点)处的电压易受通过开关循环的瞬态电压的影响。
技术实现思路
本文的实施例包括可操作用于计算电源电路的输出电流的新颖电路。在一个实施例中，新颖电路相对于常规电流感测电路来说是紧凑的，并且提供了使用低电压晶体管来测量由电源相位提供给负载的电流的更精确的方式。本文所描述的电路的全部或一部分可以以任何合适的方式实现，例如在诸如芯片的半导体器件中。更具体地，本文的一个实施例包括电流监视电路。电流监视电路包括输入电压电路(比如保护电路)和采样电路。在操作期间，输入电压电路接收表示由电源递送给负载的电流的输入电压。在一个实施例中，输入电压是被布置在开关电源中的同步开关(低侧开关)的对应漏极节点和源极节点之间的电压。所接收的输入电压可以包括电压尖峰。输入电压电路控制输入电压的传送，使得输入电压中的破坏性瞬态电压不被传递到采样电路。采样电路利用从输入电压电路接收的输入电压来产生和存储表示递送给负载的电流的采样输入电压值。电源中的另外的电路将所存储的采样电压转换为表示提供给负载的电流的值。在一个实施例中，输入电压电路是防止输入电压上的瞬态电压(高于正阈值和低于负阈值)被传送到采样电路的保护电路。输入电压电路可以由第一组的一个或多个类型的晶体管器件制造，该第一组的一个或多个类型的晶体管器件能够承受暴露给存在于输入电压上的较高电压尖峰。采样电路由第二组的一个或多个类型的晶体管器件制成，所述第二组的一个或多个类型的晶体管器件具有对电压尖峰的较低容限，但是其允许使用小采样电容器电路来存储采样电压。根据另外的实施例，采样电路包括采样开关，采样开关可操作用于将输入电压电路选择性地耦合到采样电路中的电容器电路。这存储输入电压的采样。例如，采样开关的激活将从输入电压电路接收的输入电压电耦合到采样电路中的电容器电路。输入电压电路可以被配置为控制输入电压的传送并且以任何适当的方式向采样电路提供保护。例如，在一个实施例中，输入电压电路包括多个开关以将输入电压可控地传送到采样电路。多个开关可以被配置为提供第一开关(例如阻断正电压瞬变的开关)和第二开关(例如阻断负电压瞬变的开关)的串联连接，通过该串联连接将输入电压可控地传送到采样电路。在适当的时间窗口中(例如当输入电压上没有电压尖峰时)多个串联开关的同时激活提供了在其上通过输入电压电路将输入电压传送到采样电路的低阻抗路径(例如小于100欧姆)。此外，在一个实施例中，在窗口外多个串联开关的同时去激活产生高阻抗路径，防止了输入电压上的瞬态电压被传送到采样电路并导致损坏。如前所讨论的，输入电压电路(保护电路)可以被配置为包括开关控制电路，该开关控制电路可操作用于在窗口期间同时激活第一开关电路和第二开关电路，在该窗口期间输入电压的幅度在不会对采样电路造成损坏的操作范围内。在这种情况下，输入电压电路可操作用于防止在第一条件期间将输入电压传送到采样电路，在所述第一条件下输入电压的幅度大于或潜在地大于第一阈值；输入电压电路还可操作用于在第二条件期间将输入电压传送到采样电路，在所述第二条件下输入电压的幅度在不会对采样电路造成损坏的安全操作范围内。根据另外的实施例，如前所讨论的，输入电压电路在已知或者可能在输入电压中不存在瞬变的时间窗口期间将所接收的输入电压传送到采样电路中的采样开关，如上面所提到的。采样电路可以被配置为包括电容器电路。控制信号在时间窗口中激活采样开关以将所接收的输入电压电耦合到电容器电路。以这种方式，采样电路中的开关的激活存储指示由电源向相应负载递送的电流量的电压值。本文的其它实施例包括电荷放大器以及对应的下游处理电路，以将所存储的电压值(输入电压的采样)转换为指示由电源向负载递送的电流量的计算值。例如，一个实施例包括操作电荷放大器电路以放大表示电流的所存储的采样电压。如前所讨论的，所存储的输入电压的采样可以是场效应晶体管的漏极节点和源极节点之间的电压，电流通过该电压而被提供给负载。场效应晶体管的相应RDSON值表示电流经过的场效应晶体管的电阻值。在电荷放大器的下游，处理电路利用场效应晶体管的RDSON值和经放大的所存储的采样电压来导出表示由电源向负载递送的电流的计算电流值。在下面更详细地公开了这些和其它更具体的实施例。如本文所述的实施例与常规电流测量技术相比是有优势的。例如，如前所讨论的，本文的实施例包括用于保护下游电路(诸如采样和保持电路、电荷放大器电路等)免受损坏的输入电压电路。在一个实施例中，下游电路由一种类型的半导体器件制造，使得电路产生高度精确的计算电流值，并且提供使用一个或多个小电容器的能力，在其中存储在时间窗口期间来自输入电压的输入电压采样。注意，本文讨论的实施例可应用于测量DC-DC转换器、具有降压拓扑的电压调节器、升压调节器、降压-升压调节器等中的电流。本文公开的概念可应用于其它合适的非电源电路，在其中期望知道或计算由相应相位向负载递送的电流量。注意，本文中的实施例可以包括一个或多个处理器设备的电路配置，用于执行和/或支持本文所公开的任何或所有方法操作。换言之，一个或多个计算机化的设备或处理器可以被编程和/或配置为如本文所解释的那样进行操作以执行本专利技术的不同实施例。本文的其他实施例包括软件程序以执行以上概括并在下面详细公开的步骤和操作。一个这样的实施例包括计算机程序产品，所述计算机程序产品具有包括在其上编码的计算机程序逻辑的非暂时性计算机存储介质(例如，存储器、磁盘、闪存等)，当在具有处理器和相应存储器的计算机化设备中被执行时对处理器进行编程以执行本文公开的操作。这种布置通常被提供为在计算机可读存储介质或非暂时性计算机可读介质上布置或编码的软件、代码和/或其他数据(例如，数据结构)，所述计算机可读存储介质或非暂时性计算机可读介质诸如光学介质(例如CD-ROM)、软盘或硬盘或其它介质，诸如一个或多个ROM或RAM或PROM芯片中的固件或微代码、专用集成电路(ASIC)等。软件或固件或其它这样的配置可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：输入，所述输入可操作用于接收表示由电源向负载递送的电流的输入电压；输入电压电路，所述输入电压电路可操作用于接收所述输入电压；和采样电路，所述采样电路耦合到所述输入电压电路以接收所述输入电压，所述输入电压电路可控地传送所述输入电压以保护所述采样电路免受损坏，所述采样电路利用由所述输入电压电路传送的所述输入电压来存储代表所述电流的采样电压。

【技术特征摘要】
2015.12.18 US 14/974,4231.一种装置，包括：输入，所述输入可操作用于接收表示由电源向负载递送的电流的输入电压；输入电压电路，所述输入电压电路可操作用于接收所述输入电压；和采样电路，所述采样电路耦合到所述输入电压电路以接收所述输入电压，所述输入电压电路可控地传送所述输入电压以保护所述采样电路免受损坏，所述采样电路利用由所述输入电压电路传送的所述输入电压来存储代表所述电流的采样电压。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述采样电路包括采样开关，所述采样开关可操作用于选择性地将所述输入电压电路耦合到所述采样电路中的电容器电路，所述采样开关的激活将从所述输入电压电路接收的所述输入电压电耦合到所述采样电路中的所述电容器电路。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述输入电压电路包括多个开关以可控地将所述输入电压传送到所述采样电路，所述多个开关包括第一开关和第二开关的串联连接，所述输入电压通过所述第一开关和第二开关的串联连接被可控地传送到所述采样电路。4.根据权利要求3所述的装置，还包括：第一控制资源，所述第一控制资源可操作用于在时间窗口期间选择性地激活所述第一开关和所述第二开关，以提供从所述输入到所述采样电路的导电路径，所述导电路径将在所述输入处接收的所述输入电压传送到所述采样电路；以及其中所述第一控制资源可操作用于在所述时间窗口之外选择性地去激活所述第一开关和所述第二开关，以防止所接收的所述输入电压通过所述输入电压电路被传送到所述采样电路。5.根据权利要求4所述的装置，还包括：第二控制电路，所述第二控制电路可操作用于在所述导电路径将所述输入电压从所述输入传送到所述采样电路的所述电容器电路的所述时间窗口的一部分期间选择性地将所述采样开关激活到导通状态，所述第二控制电路可操作用于在所述时间窗口期间选择性地将所述采样开关去激活至关断状态。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述输入电压电路可操作用于防止在所述输入电压的幅度大于第一阈值的第一条件期间将所述输入电压传送到所述采样电路；以及其中，所述输入电压电路还可操作用于防止在所述输入电压的幅度低于第二阈值的第二条件期间将所述输入电压传送到所述采样电路。7.根据权利要求1所述的装置，还包括：电荷放大器电路，所述电荷放大器电路可操作用于放大所存储的代表所述电流的所述采样电压。8.根据权利要求7所述的装置，其中，所存储的所述采样电压是差分电压，所述电荷放大器电路将所存储的所述差分电压转换成表示由所述电源向所述负载递送的所述电流的输出差分电压。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述输入电压表示场效应晶体管的漏极节点和源极节点之间的电压，所述电流通过所述场效应晶体管被提供给所述负载，所述场效应晶体管的RDSON值表示所述电流通过的场效应晶体管的电阻值，所述装置还包括：处理电路，所述处理电路可操作用于利用所述场效应晶体管的所述RDSON值和所存储的所述采样电压来导出指示由所述电源向所述负载递送的所述电流的值。10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电源是开关电源；和其中所述输入电压表示在所述开关电源的同步开关上的电压，所述输入电压电路防止大于阈值的瞬态电压被传送到所述采样电路，所述采样电路当被暴露给高于所述阈值的所述瞬变电压时易受损坏。11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述输入电压电路包括承受大于阈值的输入电压幅度的第一组开关电路；以及其中所述采样和保持电路包括第二组开关电路，所述第二组开关电路易受大于所述第一阈值的输入电压幅度的损坏，所述第一组开关电路被控制以防止大于所述阈值的所述输入电压幅度传送到采样电路中的第二开关电路。12.根据权利要求1所述的装置，还包括：开关控制电路，所述开关控制电路可操作用于同时激活所述输入电压电路中的第一开关电路和所述采样电路中的第二开关电路，以在至所述采样电路中的电容器电路的导电路径上传送所述输入电压。13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述开关控制电路可操作用于在所述输入电压的幅度处于不会导致所述采样电路损坏的电压范围内的窗口期间同时激活所述第一开关电路和所述第二开关电路。14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述采样电路包括电容器电路，所述电容器电路用于存储从所述输入电压电路传送的所述输入电压；以及其中，所述电容器电路被制造为边缘式电容器电路。15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述采样电路包括电容器电路，所述电容器电路用于存储从所述输入电压电路传送的所述输入电压的采样；以及其中，所述电容器电路被制造在半导体芯片上。16.根据权利要求1所述的装置，其中，所述输入电压电路包括开关电路，所述开关电路用于在第一时间窗口期间将所接收的所述输入电压传送到所述采样电路中的采样开关，所述采样开关在第二时间窗口中被...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·D·波尔赫姆斯，
申请(专利权)人：英飞凌科技美国公司，
类型：发明
国别省市：美国,US