用于開關電壓調節器的電感器電流測量補償的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請關于開關電壓調節器,尤其是關于用于開關電壓調節器的電感電流測量補
Iz? O
【背景技術】
[0002]開關電壓調節器由于它們的高效以及該些轉換器所消耗的面積/體積小被廣泛地用在用于多種應用的現代電子系統,該些應用譬如用于通信的計算(服務器以及移動)和點負載系統(Point of Load System,POLs)。廣泛應用的開關電壓調節器拓補包括降壓、升壓、降壓-升壓、正向、反激式、半橋、全橋以及SEPIC拓補。多相位降壓轉換器尤其適合提供被高性能集成電路(譬如,微處理器、圖像處理器以及網絡處理器)所需的低壓高電流。降壓轉換器利用有源元件和無源元件來實施,有源元件譬如是脈寬調制PffM控制1C、驅動電路,包括功率MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管)的多個相位,無源元件譬如是電感器、變壓器或耦接的電感器、電容器和電阻器。多個相位(功率級)能夠通過分別的電感器并聯連接至負載,以滿足高輸出電流的要求。
[0003]為了安全、穩健性地運行,需要精確了解由開關電壓調節器提供的電流。誤差的電流測量能夠導致過早脫扣過電流保護(Over-current protect1n, 0CP),這在高可靠性應用(譬如數據中心的服務器)是不期望的,或是能夠導致災難性設備故障的脫扣OCP的故障。不論發生何種情況,誤差電流信息引起可能處于產品規格之外的誤差輸出電壓設置點。
[0004]用于確定流過開關電壓調節器中電感器電流的標準技術被稱為DCR檢測,其利用該電感器的非理想的DC電阻(DC resistance, DCR)。電感器的DCR在用于現有元件的數據表的額定條件下被規定,或是在自定義設計中被計算或測量。利用DCR檢測,RC檢測網絡與電感器并聯,并且電容器兩端的電壓表示DCR兩端的電壓,這意味著流過該電感器的電流有關于電容器電壓和DCR值之比。對于靜態流過負載的DC電流,電容器兩端的DC電壓成比例于流過負載的DC電流和電感器的DCR。對于動態電流,譬如流過負載的變化電流或電感器中的紋波電流,如果RC網絡的時間常數與電感器的電感和DCR的時間常數相匹配,電容器兩端的瞬時值與電感器中的瞬態電流成比例。然而,電感和DCR隨著溫度變化,這意味著電流信息僅在時間常數匹配的溫度下才精確。
[0005]很多通常的開關電壓調節器使用負溫度系數熱敏電阻(negative temperaturecoefficient NTC)網絡來增大DCR測量。該用于DCR補償的NTC網絡通常與用于過溫保護(over temperature protect1n,OTP)的NTC網絡相分離,這增加了整個系統的成本、元件數量以及信號傳輸復雜性。另外,溫度補償NTC網絡不包含有用的信息。代替的,溫度補償NTC網絡是人工調諧的非智能網絡。因此,該網絡對于其用于的平臺是特定的。利用熱影響(例如,電路板層數目、空氣流動、低效元件等等)改變設計參數要求改變硬件以對NTC網絡重調諧。另外,NTC網絡的元件冗余引起電流測量的額外誤差,并且用于DCR補償的NTC技術僅對DC測量有用。如此,電流的動態或AC值沒有被補償。
【發明內容】
[0006]本發明提出了一種用于開關電壓調節器的電流估計方法,所述開關電壓調節器通過電感器傳送電流至負載,所述方法包括:測量與所述電感器并聯耦接的RC電流檢測網絡的電容器兩端的電壓;基于在所述RC電流檢測網絡的所述電容器兩端的所測得的電壓來產生所述電感器中的電流的估計;通過補償濾波器來調整所述電感器中的電流的所述估計,所述補償濾波器根據溫度和電流中的至少一個來補償所述電感器的電感變化。
[0007]本發明還提出了一種用于控制開關電壓調節器運行的控制器,所述開關電壓調節器通過電感器傳送電流至負載,所述控制器包括:RC電流檢測網絡,其與所述電感器并聯耦接;電流估計器,其可操作為基于在所述Re電流檢測網絡的所述電容兩端的所測得的電壓,來產生所述電感器中所述電流的估計;補償濾波器,其可操作為通過根據溫度和電流中的至少一個來補償所述電感器的電感的變化來調整所述電感器中所述電流的估計。
[0008]本發明還提出了一種多相開關電壓調節器,包括:多個相,其可操作為傳送電流至負載,每個相通過電感器被連接至所述負載;RC電流檢測網絡,其與每個電感器并聯耦接;電流估計器,其可操作為基于在所述RC電流檢測網絡的所述電容器器兩端所測得的電壓,產生所述電感器中的個體電流的估計,并且基于所述電感器的所述個體電流估計來產生總電流估計;補償濾波器,其可操作為通過根據溫度和電流中的至少一個來補償所述電感器的所述電感的變化來調整所述總電流估計。
[0009]本領域技術人員將通過閱讀以下詳細的描述和查看附圖,認識到另外的功能和優點。
【附圖說明】
[0010]圖中的元件無需相互成比例。相同的參照數字標出對應的類似的部件。不同的描述的實施例的功能可以被接合,除非它們彼此排斥。實施例在途中被示出,并且在下面的描述中被細化。
[0011]圖1示出了具有補償的電感器DCR電流檢測的多相位開關電壓調節器的實施例的豐吳塊圖;
[0012]圖2示出了用于具有電感器DCR電流檢測的開關電壓調節器的補償的方法的實施例的流程圖;
[0013]圖3示出了提供溫度補償至具有電感器DCR電流檢測的多相位開關電壓調節器的補償濾波器的實施例的模塊圖;
[0014]圖4示出了提供取決于電流的溫度補償至具有電感器DCR電流檢測的多相位開關電壓調節器的補償濾波器的實施例的模塊圖;
[0015]圖5示出了顯示多相位開關電壓調節器的電感器的電感的電流依賴性的點狀圖。
【具體實施方式】
[0016]本文描述的實施例提供了基于DCR的電流估計技術,其補償DCR和相位電感之間的差值變化。在一些實施例中,開關電壓調節器的實際溫度的讀取被用于實施電流估計補償。相同的溫度測量被用于補償基于DCR的電流估計過程,也能夠被用于過電流和過溫保護過程。在其他實施例中,相位電感的電流依賴性被用來實施電流估計補償。其它類型的補償也能夠被使用,譬如,電壓或頻率補償。在各種情形中,基于這里描述的電流估計補償技術,穩態(DC)和瞬態(AC)負載條件可以通過使用具有非常數的頻率響應的補償濾波器來被減緩。
[0017]圖1示出了開關電壓調節器100的實施例,其包括具有多個相位104的功率級102以及用于控制功率級102的控制器106(譬如,微控制器、微處理器、專用集成電路ASIC等)。每個相位104可操作為通過分離的電感器(L。)傳送相電流(IJ至負載,該負載經由該些電感和輸出電容器(C。)連接至開關電壓調節器100。該負載可以是高性能集成電路,譬如,微處理器、圖像處理器、網絡處理器等,或要求電壓調節的其他類型的集成電路,譬如點負載(Point of Load,POL。該負載在圖1中由電阻器&表示。
[0018]每個相位104具有用于通過對應的電感器耦接至負載的高側晶體管Ql和低側晶體管Q2。每個相位104的高側晶體管可開關地將該負載連接至開關電壓調節器