[发明专利]用功率开关导通状态电阻进行电流感测的斜率检测和校正

说明书

本公开的各实施例涉及用功率开关导通状态电阻进行电流感测的斜率检测和校正。电流估计电路被配置为使用在其负载端子两端测量的电压及其导通状态电阻来估计功率开关内、例如开关式电压转换器内的电流。通过在转换之后的消隐间隔内忽略功率开关两端所测量的电压，与功率开关的导通转换相关联的振铃和其他瞬态异常可以被忽略。在功率开关导通间隔的剩余部分期间，所测量的电压被采样来提供第一样本和第二样本。同样在该间隔期间，所测量的电压的斜率被估计和跟踪。所估计的斜率与第一样本和第二样本被组合，以产生功率开关的整个导通间隔(包括消隐间隔)内的电流估计。所估计的斜率被用于校正因在消隐间隔期间不使用所测量的电压而引起的不准确。

技术领域

本申请涉及用于使用与电感器连接的功率开关的导通状态电阻来估计开关式电压转换器的电感器中的电流的技术，其中电流使用在开关被转换到其导通状态之后的消隐间隔之后确定的斜率以及在消隐间隔之后获取的样本来进行估计。

背景技术

当为许多电子负载(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC))供电时，特别是当这样的负载用于服务器和电信应用中时，需要准确的电流感测。准确的电流感测使得能够优化此类处理器的性能，并且允许对处理器系统进行精确的热管理。对于大型服务器场，因为被用于冷却服务器的功率可以被保持在最低水平，这可以节省大量成本。此外，冷却所需的基础结构可以被限制到最小水平(即，不会显著过大)，使得当可获得准确的电流感测时，冷却基础结构的成本可以被降低。

服务器内以及其他应用中使用的处理器和其他电路装置通常使用开关式电压转换器来供电。在服务器应用中，高直流(DC)电压(例如，48V)通常分布广泛并通过物理上靠近每个处理器或其他负载的负载点(POL)开关式电压转换器进行下转换。在许多应用中，POL转换器可以将广泛分布的高DC电压降低到较低的电压(例如，12V、3.3V、1.8V等)。频繁使用的POL转换器类型是降压转换器，它以最常见的形式使用高侧功率开关和低侧功率开关来控制功率流入与负载耦合的储能电感器。

对负载的功耗的估计可以通过感测例如降压转换器的储能电感器中的电流来完成。尽管存在用于这样的电流感测的许多技术，但最流行的一个技术是感测与电感器连接的一个(或两个)功率开关两端的电压，并使用(多个)功率开关的导通状态电阻(例如，R_DSON)来估计通过该开关(或这些开关)的电流。然后，给定功率开关中的电流(对应于电感器中的电流)可以使用在开关的负载端子两端测量的电压和开关的特征导通状态电阻(例如，R_DSON)来估计。基于R_DSON的电流感测不会像其他电流感测技术(例如，基于分流电阻器的那些电流感测技术)那样浪费开关式转换器中的功率。此外，基于R_DSON的电流感测比许多技术(例如，基于霍尔效应传感器或电感器DCR感测的技术)更准确，并且不需要昂贵或大型的电路组件。

当高侧开关导电时，流过高侧开关和降压转换器电感器的电流线性增加，而当低侧开关导电时，流经低侧开关和电感器的电流线性减小。尽管理想情况下，导电功率开关两端的电压(例如，漏极至源极电压V_DS)跟随电感器电流的线性增加和减小，但实际上，功率开关电压V_DS的波形会在紧接功率开关在其关断和导通状态之间转换之后的时间间隔期间出现异常。特别是对于降压转换器中的低侧开关的导通转换，该电压波形在这样的转换之后，由于地反射以及其他不良信号(噪声)而出现振铃。这意味着至少在没有用于处理这样的噪声的某些缓解措施的情况下，基于功率开关电压V_DS的基于R_DSON的电流感测将无法提供非常准确的电流估计。