[发明专利]相电流估计器和开关功率转换器

说明书

技术领域

本申请涉及开关功率转换器，特别是开关功率转换器中的相电流感测和估计。

背景技术

由于其高效性以及所占据的面积/体积小，开关功率转换器被广泛地用于现代电子系统中的各种应用，例如用于电信的计算(服务器和移动台)和POL(负载点系统Point-of-Load)。广泛接受的开关功率转换器包括降压、升压、降压-升压、正向、逆向、半桥、全桥和SEPIC拓扑结构。多相降压转换器尤其适于提供在低电压下的高性能集成电路所需的高电流，例如微处理器、图形处理器、和网络处理器。降压转换器可以用有源部件来实现，例如脉冲宽度调制(PWM)控制器IC(集成电路)、驱动器电路、包括功率MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)的一个或多个相、以及无源部件，如电感器、变压器或耦合的电感器、电容器、和电阻器。多个相可以通过相应电感器并联连接到负载，以满足高输出的电流需求。

现代高性能电源需要相电流信息，以向负载提供高质量功率。相电流信息在提供诸如相位故障检测、电流平衡、节能模式、过电流和负电流保护、以及改善的瞬态响应的关键特征时是很重要的。传统的多相数字开关电源转换器包括电流感测/采样网络，用于获得相电流信息。然而，传统电流采样网络消耗大量的功率和控制器芯片(晶片)上的面积，因此需要一种具有低功率和面积消耗的高性能电流采样网络。

例如，一种用于采样相电流信息的常规方法是高分辨率和高速电流快闪ADC(模拟-数字转换器)。快闪ADC提供快速转换和高精度，但是具有高成本和高泄漏电流、控制器芯片上的高功率和面积消耗。获得相电流信息的另一种传统方法是跟踪ADC。但是，跟踪ADC易受噪声影响，具有相对较高的控制器芯片上的功率和面积消耗，并在高开关频率时具有不好的跟踪能力和性能。获得相电流信息的又一种常规方法是西格玛-德尔塔ADC。然而，西格玛-德尔塔ADC在高开关频率时具有不好的跟踪能力，需要以比信号带宽大得多的速率进行过采样，并且在数字输出和相应的采样时刻之间具有很大的延迟。

发明内容

根据相电流估计器的一个实施例，相电流估计器包括模拟电路，可操作为通过比较开关功率转换器的相电流与表示相电流的估计值的模拟值，来产生相电流估计误差。该相电流估计器还包括数字电路，可操作为基于相电流估计误差和多个与开关功率转换器的操作相关联的参数来修改相电流估计值。

根据开关功率转换器的一个实施例，开关功率转换器包括相，所述相可操作为将相电流输送到负载和相电流估计器。该相电流估计器包括模拟电路，可操作为通过比较开关功率转换器的相电流与表示相电流的估计值的模拟值，来产生相电流估计误差。该相电流估计器还包括数字电路，可操作为基于相电流估计误差和多个与开关功率转换器的操作相关联的参数来修改相电流估计值。开关功率转换器还可以包括估计器故障检测单元，可操作为比较相电流与相电流估计值来确定相电流与相电流估计值之间的差别是否超过阈值，以用于指示不合标准的相电流估计值。

根据开关功率转换器中的相电流的估计方法的一个实施例，所述方法包括：通过模拟电路比较开关功率转换器的相电流与相电流的估计值，以产生相电流估计误差；并且基于相电流估计误差和多个与开关功率转换器的操作相关联的参数来通过数字电路修正相电流估计值。

本领域技术人员在阅读以下详细描述并且查看了附图之后，将认识到附加的特征和优点。

附图说明

附图中的元件不一定相对于彼此按比例绘制。相同的附图标记表示相应的类似部分。各个所示实施例的特征可以组合，除非它们彼此排斥。本发明的实施例在附图中示出并详述于下面的描述。

图1示出了具有相电流估计值和估计器故障检测的开关功率转换器的实施例的框图。

图2示出了模拟和数字电路的框图，其包含图1的开关功率转换器中包括的相电流估计器。

图3是相电流估计器的模拟和数字电路的更详细的图示。

图4示出了与开关功率转换器的PWM操作相关联的各个波形图。

图5示出了相电流估计器的相电流跟踪单元的实施例的框图。

图6示出了相电流估计器的相电流斜率估计器单元的实施例的框图。

图7示出了相电流估计器的相电流斜率估计器单元的另一实施例的框图。

图8示出了相电流估计器的相电流斜率校正单元的实施例的框图。

图9示出了与相电流斜率校正单元的操作相关联的各个波形图。

图10示出了与相电流估计器的操作相关联的各个波形图。