电源系统及对电源的电感器电流进行模拟的电路技术方案

本实用新型专利技术涉及一种电源系统及对电源的电感器电流进行模拟的电路。在此描述的一个实施例提供一种对电源的电感器电流进行近似的电路，所述电路包括：电容器；充电/放电电路，配置为用与所述电源的输入电压轨成比例的电压对所述电容器充电，并且用与所述电源的输出电压成比例的电压使所述电容器放电；和误差校正电路，配置为基于所述电感器的瞬时电流对与所述输入电压轨成比例的电压和与所述输出电压成比例的电压进行调节；并且其中，所述电容器上的电压与所述电感器所关联的电流成比例。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

以下公开涉及对电源电感器电流进行模拟，尤其是，涉及一种电源系统及对电源的电感器电流进行模拟的电路。
技术介绍
直流/直流（DC/DC）转换器可以输出低于、高于或者等于输入电压的电压。其性能在某种程度上取决于转换器电路中的电感器的直流电阻（DCR）。DCR取决于于电感器的结构（例如，绕组中所使用的金属线的电阻、绕组的数量，等等）。虽然低DCR电感器更加有效率（例如，通过发热损失的功率更少），但是当试图提供用于控制DC/DC转换器的电流反馈时较低的电阻可能会产生问题。特别是，DCR越低则测量通过电感器的电流也变得越困难。为了避开这一问题，可以通过DC电阻电流检测来对电感器电流进行“近似”。DC电流检测将电阻器-电容器（RC）网络与电感器并联放置以对电感器电流进行模拟。然而，必须根据电感器的特性对RC网络进行“调谐”（例如，必须对RC网络的元件值进行选择）。因此，除了需要当电感器被替换时重新配置RC网络之外，在操作期间也可能出现问题。例如，快速开关脉冲宽度调制（PWM）频率可以在电路中引起寄生电容并且/或者电感器中的温度上升可以引起电感器特性变化，从而影响到DC电阻电流检测的精度。
技术实现思路
本技术涉及一种电源系统，所述电源系统包含控制器电路、驱动器电路、功率开关电路、电感器以及电感器电流模拟电路，所述控制器电路配置为产生脉冲宽度调制PWM信号，所述驱动器电路配置为基于所述PWM信号产生互补PWM信号，所述功率开关电路包含连接到输入电源电压轨上的高侧功率开关和低侧功率开关，其中所述高侧功率开关的导通状态由所述PWM信号控制并且所述低侧功率开关的导通状态由所述互补PWM信号控制，并且其中所述功率开关电路配置为产生开关功率输出，所述电感器配置为接收所述开关功率输出并且产生输出电压以将功率传输到连接到所述电感器上的负载之上，所述电感器电流模拟电路包含电容器、充电/放电电路以及误差校正电路，其中所述充电/放电电路配置为用与述输入电压轨成比例的电流对所述电容器充电并且用与所述输出电压成比例的电流使所述电容器放电，并且其中所述误差校正电路配置为基于所述电感器的瞬时电流对所述电容器上的电荷进行调节，并且其中，所述电容器上的电压与所述电感器相关联的电流成比例。本技术还涉及一种对电源的电感器电流进行模拟的电路，所述电路包含电容器、充电/放电电路以及误差校正电路；所述充电/放电电路配置为用与所述电源的输入电压轨成比例的电流对所述电容器充电，并且用与所述电源的输出电压成比例的电流使所述电容器放电；所述误差校正电路，配置为基于所述电感器的瞬时电流对与所述输入电压轨成比例的电压和与所述输出电压成比例的电压进行调节，并且其中，所述电容器上的电压与所述电感器相关联的电流成比例。附图说明随着后续具体实施方式的展开并且在参考附图的基础上，所要求的主题的各种实施例的特征和优点将变得显而易见，其中相似的附图标记代表相似的部分，并且其中：图1示出了根据本公开的至少一个实施例的电源系统；图2示出了根据本公开的至少一个实施例的模拟电路；图3示出了根据本公开的至少一个实施例的示例操作的流程图。尽管后续具体实施方式将参考用作说明性的实施例展开，但其替换、修改和变化对本领域的技术人员来说将是显而易见的。具体实施方式总的来说，本公开描述了包括电流检测模拟电路的电源系统（以及方法），所述电流检测模拟电路配置为产生对通过电感器的电流的模拟。模拟的电流可以被用作反馈控制信号以控制电源的操作。与现有的系统相反，公开的实施例无需依赖调谐的RC元件产生电流检测信号即可提供反馈信号。图1示出了与各种实施例相符的电源系统100。电源系统100包括控制器电路102和DC/DC转换器电路104，以上两个电路配置为对电感器109充电以向负载110提供可控制的功率。DC/DC转换电路104通常可以包括开关式调节器电路，所述开关式调节器电路包括驱动器电路106和开关电路108。电源系统100意在包括利用电感器来将功率传输到负载的任何电源拓扑，并且可以包括诸如降压式（Buck）、升压式（boost）、升降压式（Buck-boost）、反激式（flyback），正激式（SEPIC）之类的已知拓扑以及其他已知或此后开发的DC-DC转换器拓扑。另外，虽然在此以DC/DC转换器拓扑的特定参考对实施例进行描述，但是本公开还可以被用于基于电感器的AC/DC转换器拓扑（例如，全桥式（Full-Bridge）、半桥式（Half-Bridge）、D类（Class D）等等）。控制器电路102通常配置为产生脉冲宽度调制（PWM）信号以对DC/DC转换器电路104的操作进行控制以使得驱动器电路106以引起电感器109变为被充电的方式来驱动功率开关电路108。驱动器电路106配置为在由控制器电路102产生的PWM信号的基础上产生互补PWM信号。众所周知，开关电路108通常可以包括高侧电源开关和低侧电源开关（未示出），所述高侧功率开关和低侧功率开关配置为对输入电压轨（Vin）进行开关以对电感器109进行充电。功率开关电路108的开关通常配置为使用PWM信号以互补方式进行开关（即，驱动器电路106将PWM信号提供给高侧功率开关并且驱动电路106将互补PWM信号（PWMb）提供给低侧功率开关）。充当功率存储器的充电后的电感器109随后可以向负载110提供输出电压（Vout）。为了确保所提供的Vout为希望的电压，控制器102可以从电感器109的输出端接收反馈。为了免于对反馈电路进行复杂调谐，并且为了使各种不同的电感器能用于电源系统100，本公开提供了配置为对通过电感器109的电流进行模拟的电感器电流模拟电路112（“模拟电路”）。模拟电路112通常通过使用电容器114两端的电压对电感器109中的电流的斜率进行模拟来操作。总的来说，模拟电路112配置为向控制器电路102提供电流反馈信息以使得控制器电路102能够对PWM信号的占空比进行调节以可控制地将功率传输给负载110。模拟电路112利用了用于电感器中的电压的公式V=L×dI/dt，其中，应当注意输出电流的斜率（dI/dt）等于电感器两端的电压除以电感（L）。因此，在降压式转换器中，当PWM信号为高电平时电感器109两端的电压近似为（Vin-Vout），并且当PWM输入信号为低电平时电感器两端的电压近似为（-Vout）。因为电容器与电感器具有对偶性（本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源系统，其特征在于，包含： 控制器电路，配置为产生脉冲宽度调制PWM信号； 驱动器电路，配置为基于所述PWM信号产生互补PWM信号； 功率开关电路，包含连接到输入电源电压轨上的高侧功率开关和低侧功率开关；其中，所述高侧功率开关的导通状态由所述PWM信号控制并且所述低侧功率开关的导通状态由所述互补PWM信号控制；并且其中，所述功率开关电路配置为产生开关功率输出； 电感器，配置为接收所述开关功率输出并且产生输出电压以将功率传输到连接到所述电感器上的负载之上；以及 电感器电流模拟电路，包含电容器、充电/放电电路以及误差校正电路；其中，所述充电/放电电路被配置为使用与所述输入电源电压轨成比例的电流来对所述电容器进行充电，并且使用与所述输出电压成比例的电流来对所述电容器进行放电；并且其中，所述误差校正电路配置为基于所述电感器的瞬时电流对所述电容器上的电荷进行调节；并且其中，所述电容器上的电压与所述电感器相关联的电流成比例。

【技术特征摘要】
2012.08.01 US 13/564,1701.一种电源系统，其特征在于，包含： 
控制器电路，配置为产生脉冲宽度调制PWM信号； 
驱动器电路，配置为基于所述PWM信号产生互补PWM信号； 
功率开关电路，包含连接到输入电源电压轨上的高侧功率开关和低侧功率开关；其中，所述高侧功率开关的导通状态由所述PWM信号控制并且所述低侧功率开关的导通状态由所述互补PWM信号控制；并且其中，所述功率开关电路配置为产生开关功率输出； 
电感器，配置为接收所述开关功率输出并且产生输出电压以将功率传输到连接到所述电感器上的负载之上；以及 
电感器电流模拟电路，包含电容器、充电/放电电路以及误差校正电路；其中，所述充电/放电电路被配置为使用与所述输入电源电压轨成比例的电流来对所述电容器进行充电，并且使用与所述输出电压成比例的电流来对所述电容器进行放电；并且其中，所述误差校正电路配置为基于所述电感器的瞬时电流对所述电容器上的电荷进行调节；并且其中，所述电容器上的电压与所述电感器相关联的电流成比例。 
2.根据权利要求1所述的电源系统，其中，所述充电/放电电路包含第一电流源、第一开关以及第二电流源，所述第一电流源配置为产生与所述输入电源电压轨成比例的第一电流，所述第一开关连接在所述第一电流源与所述电容器之间，其中所述第一开关的导通状态由所述互补PWM信号控制以使得当所述互补PWM信号为低电平LOW时所述第一电流源对所述电容器充电，所述第二电流源配置为产生与所述输出电压成比例的第二电流以使所述电容器放电。 
3.根据权利要求1所述的电源系统，其中所述误差校正电路包含： 
第一电流源和第一开关，所述第一电流源配置为产生与所述输出电压的预定部分成比例的电流，所述第一开关连接在所述第一电流源与所述电容器之间，所述第一电流源配置为增大所述电容器上的电压； 
第二电流源和第二开关，所述第二电流源配置为产生与所述输出电压的预定部分成比例的电流，所述第二开关连接到所述第二电流源与所述电容器之间，所述第二电流源配置为减小所述电容器上的电压；以及 
比较器电路，配置为对与所述电感器的瞬时电流成比例的信号与所述电容器上的电压进行比较，并且产生输出信号，所述输出信号配置为对所述第一开关和所述第二开关的导通状态进行控制；其中，如果所述电容器上的电压大于所述与所述电感器的瞬时电流成比例的信号，那么所述比较器电路的输出信号控制所述第二开关以将所述第二电流源连接到所述电容器上并且减小所述电容器上的电压；并且其中，如果所述电容器上的电压小于所述与所述电感器的瞬时电流成比例的信号，那么所述比较器电路的输出信号控制所述第一开关将所述第一电流源连接到所述电容器上并且增大所述电容器上的电压。 
4.根据权利要求3所述的电源系统，其中，所述误差校正电路进一步包含触发器电路，所述触发器电路配置为对放大器电路的输出信号进行锁存；并且其中，所述触发器电路的输出配置为对所述第一开关和所述第二开关的导通状态进行控制。 
5.根据权利要求3所述的电源系统，其中，所述比较器电路进一步配置为用延迟的信号进行激活，其中所述延迟的信号是与所述互补PWM信号成比例的、相对于所述互补PWM信号具有一预定延迟的信号。 
6.根据权利要求3所述的电源系统，其中，所述预定部分以所述电感器中的电流的斜率与所述电容器上的电压的斜率之间的误差为基础。 
7.根据权利要求1所述的电源系统，进一步包含瞬时电感器电流检测电路，所述瞬时电感器电流检测电路配置为产生与所述电感器的瞬时电流成比例的电压信号，所述瞬时电感器电流检测电路包含放大器电路、开关电路、电流镜像电路、第一电阻器以及第二电阻器，其中所述放大器电路被放置在负反馈拓扑中并且参考信号连接到所述放大器电路的正输入端处，所述放大器电路的输出配置为控制所述开关电路的导通状态以使得当所述放大器电路的负端近似等于正端时所述开关导通，所述开关电路连接到所述第一电阻器上，且所述第一电 阻器连接到来自所述低侧功率开关与所述高侧功率开关之间的电压信号上，且所述开关连接到所述电流镜像电路的第一侧，并且所述第二电阻器连接到所述电流镜像电路的第二侧且连接到所述输出电压上；其中，所述开关电路的导通状态引起电流流动，所述电流以所述第一电阻器、所述第二电阻器以及所述低侧功率开关和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·加勒特，
申请(专利权)人：快捷半导体苏州有限公司， 快捷半导体公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32