用于开关电源电流采样的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及用于电子开关的系统和方法，并且在特定实施例中，涉及用于开关电源电流采样的系统和方法。
【背景技术】
[0002]电源系统在从计算机到汽车的很多电子应用中是普及的。一般地，通过操作装载有电感器或变压器的开关来执行DC-DC、DC-AC和/或AC-DC转换，从而生成电源系统内的电压。这样的系统中的一类包括开关模式电源(SMPS)。因为功率转换是通过电感器或变压器的被控制的充电和放电来执行的，所以SMPS通常比其它类型的功率转换系统更有效率，并且减少了归因于跨阻抗性电压降的功率耗散所致的能量损失。
[0003]SMPS通常包括至少一个开关和电感器或变压器。除了其它方面以外，一些特定拓扑还包括降压转换器、升压转换器和反激转换器。控制电路被常见地用于打开以及闭合开关，以对电感器进行充电和放电。在一些应用中，供给至负载的电流和/或供给至负载的电压经由反馈环路而被控制。
[0004]在一些电源应用中，可以按两种操作模式一脉冲频率调制(PFM)和脉冲宽度调制(PWM) 一来操作开关模式电源。在PFM期间，可以根据某种控制逻辑和反馈信号来修改施加到(多个)开关的控制信号的频率。在PWM期间，可以根据控制逻辑和反馈信号来修改施加到(多个)开关的控制信号的脉冲宽度。
【发明内容】
[0005]根据实施例，一种操作开关电源的方法，包括:将周期性开关信号施加到被耦合到输出节点的第一开关；检测施加所述周期性开关信号与在所述输出节点的电压上的改变之间的偏离延迟；基于所述偏离延迟来计算所述周期性开关信号的半相位的校正中点；基于所述校正中点来生成采样脉冲；以及根据所述采样脉冲对在所述输出节点处的电流进行采样。
【附图说明】
[0006]为了更完整地理解本发明及其优点，现在结合随附附图参照以下描述，其中:
图1图解实施例降压转换器的示意性示图；
图2图解实施例开关模式电源的顶层示图；
图3图解另一实施例开关模式电源的框图；
图4a和图4b图解来自操作中的实施例开关模式电源的波形的曲线图；
图5图解实施例开关模式电源的操作方法的流程图示图；
图6图解实施例开关模式电源的进一步的操作方法的流程图示图；
图7图解实施例电流测量单元的示意图；
图8图解来自实施例开关模式电源的进一步的波形的曲线图；以及图9图解实施例开关模式电源的另一操作方法的框图。
[0007]不同的各图中的对应标号和符号一般提及对应的部分，除非另外指示。各图被绘制以清楚地图解实施例的有关方面，并且不一定成比例地被绘制。
【具体实施方式】
[0008]以下详细讨论各个实施例的作出以及使用。然而，应当领会，在此所描述的各个实施例可应用在各种各样的具体情况中。所讨论的具体实施例对于用以作出并且使用各个实施例的具体方式仅仅是说明性的，并且不应当在受限制的范围内被理解。
[0009]在具体情形(即开关电源，并且更特别地，开关模式电源中的电流采样)中关于各个实施例作出描述。在此所描述的各个实施例中的一些包括电子开关、降压转换器、数字逻辑、数字控制器以及用于计算开关模式电源中的电流采样时间的计数器，以及进一步的实施例。在其它实施例中，各方面也可以根据如本领域所知的任何方式而被应用于牵涉任何类型的开关功率电子电路的其它应用。例如，任何类型的开关模式电源(SMPS)可以根据在此所描述的实施例而操作，诸如降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器或其它转换器。
[0010]根据各个实施例，在操作于稳定状态下的SMPS系统(诸如降压转换器)中，例如，平均线圈电流与被提供给负载的电流成比例或近似地等于被提供给负载的电流。在一个示例中，升压转换器SMPS系统具有与输出电流成比例并且与输入电压有关的平均线圈电流。作为一阶近似，在这样的情况下，平均线圈电流iu?等于i..(V0UT/VIN)o进一步地，线圈电流k是用于SMPS的两个状态变量之一。因此，线圈电流在操作期间，并且在一些实施例中，对于改进包括效率和性能的系统特征可能是有用的。
[0011]作为示例，线圈电流可以被用于估计降压转换器中的输出电流以及选择适当的操作模式以便增加效率。在一个实施例中，线圈电流被用于在用于轻系统负载的脉冲频率调制(PFM)与用于中等系统负载到重系统负载的脉冲宽度调制(PWM)之间进行选择。
[0012]在各个实施例中，可以在被附接在高侧开关与低侧开关之间的线圈中在上升电流斜坡或下降电流斜坡的中间点处测量平均电流值。因为线圈电流被成形为三角波，所以可以测量平均电流。根据这样的实施例，数字控制器和数字计数器被用于生成PWM信号以用于驱动高侧功率开关和低侧功率开关。数字计数器可以被用于定义计数器值一在该计数器值下所采样的线圈电流反映平均电流。例如，中点一在该中点处电流近似为平均电流一等于与导通时间的一半4/2或断开时间的一半Τ_/2对应的计数器值，其中，导通时间1^是当高侧开关被驱动成导通状态时的时间段，并且断开时间是当低侧开关被驱动成导通状态时的时间段。
[0013]然而，因为系统中的大量可能的延迟，所以单纯地基于数字PWM信号的计算可能生成延迟偏离。例如，驱动高侧开关和低侧开关的模拟驱动器关于数字PWM信号引入延迟。进一步地，高侧开关和低侧开关的有限开关时间也可能生成延迟。因此，仅基于数字PWM信号所计算的高侧开关或低侧开关的中点可能引入导致不等于平均线圈电流iu?的不正确地采样的线圈电流k的延迟偏离。在一些情况下，所测量的平均电流的误差可能导致SMPS的更低效率的操作。因此，根据在此所描述的实施例，利用用于在所施加的控制信号与实际开关之间的延迟偏离的校正来计算电流测量点。基于耦合到SMPS中的一个或多个开关的输出节点而在包括反馈信号的控制环路中生成测量点和校正。
[0014]图1图解包括耦合到电感器104的开关电路102的实施例降压转换器100的示意性示图。根据各个实施例，开关电路102在输入节点IN上接收输入电压VIN，并且控制高侦关HS和低侧开关LS，以通过开关节点SW和电感器104对输出节点OUT供给输出电压V0UTo控制单元110基于基准电压VREF和来自输出节点OUT上的输出电压V.的反馈来生成用于驱动高侧开关HS和低侧开关LS的开关信号HSDRV和LS _。
[0015]根据各个实施例，负载被親合到输出节点OUT。电容器106和108分别表不输入电容和输出电容。在输入节点IN接收供给输入电压VIN的同时，输出电压V ■被供给至输出节点OUT以及任何耦合至其的负载。
[0016]根据各个实施例，电感器电流紅被用作为控制单元110中的控制信息。例如，用于低负载条件或高负载条件的PWM与PFM之间的开关操作模式如上面提到那样可以取决于确定平均电感器电流iuwe。为了简化平均电感器电流iu?的计算，可以在开关周期中在当电感器电流紅等于平均电感器电流i u?时的点处测量电感器电流i μ在一些实施例中，开关周期的每个半时段中的中点对应于在电感器中流动的平均电流。在各个实施例中，在开关信号HS■与LS ■之间存在延迟以及在输入电压V IN与在开关节点SW处的低基准V GND之间在基准上的实际改变。因此，控制单元110检测延迟时间或延迟偏离，并且利用所检测的延迟偏离的校正来计算开关周期的任一半时段中的中间点。基于所计算的中间点，控制单元110通过测量电路112测量电感器电流L在各个实施例中，通过比较开关电压Vsw与在控制单元110内所生成的开关信号来检测延迟偏离，如以下参照其它各图更详细地描述的那样。
[0017]图2图解包括数字控制器122、电流测量单元124、开关驱动器126、高侧开关HS、低侧开关LS、电感器128和负载130的实施例开关模式电源120的顶层示图。根据各个实施例，数字控制器122基于开关信号频率和通过监控开关控制信号和开关电压Vsw确定的所检测到的延迟偏离来确定样本测量时间。数字控制器122基于所确定的测量时间来将样本脉冲Ps供给至电流测量单元124，电流测量单元124在接收到样本脉冲p s时通过电流测量电路132测量电感器k。根据各个实施例，电流测量电路132可以以多种方式实现，并且可