四開關升降壓變流器中的dcr電流感應的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本發明設及并要求于2014年9月24日提出的題為"用于四開關升降壓變流器的 直流電阻值CR)感應器電流感應"，申請號為62/054, 587的美國臨時專利申請懸而未決 的臨時申請I")的優先權。該懸而未決的臨時申請I的公開內容通過引用全部合并于此。
[0003] 本發明設及并要求于2014年9月5日提出的題為"用于受開關控制的升壓降壓調 節器的升壓峰值-降壓電流模式控制"，申請號為62/088, 433的美國臨時專利申請（"懸而 未決的臨時申請Π")的優先權。該懸而未決的臨時申請II的公開內容通過引用全部合并 于此。
技術領域
[0004] 本發明設及在四開關升降壓電源轉換器中測量感應器電流。特別地，本發明設及 利用與虛擬接地有關的阻容（RC)電路來測量感應器電流。
【背景技術】
[0005] 四開關升降壓電源轉換器被用在很多不同的應用場合。運樣的電源轉換器調整輸 出電壓，該輸出電壓可能高于、等于或低于輸入電壓。典型的四開關升降壓電源轉換器具有 單個感應器，并同步操作W在負載電流的很大范圍內提供高的效率。在電源轉換器中，為了 提供過電流保護、不連續模式操作或電流回路調整，通常需要感應器電流感應。然而，在四 開關升降壓電源轉換器中，由于感應器的兩個端子經常存在很高的共態噪聲，電流感應困 難。
[0006] 圖1示出了電源轉換器100內的利用感應電阻的第一電流感應技術。例如，運樣的 技術被用于從德克薩斯州達拉斯的德克薩斯儀器公司獲得的LM5118和LM25118電路。如 圖1所示，電源轉換器電路100包括感應器101、二極管104、感應電阻105W及開關102和 103。感應電阻105與二極管104串聯，并與感應器101的端子連接，當（并且只有當）二 極管104導電時感應電阻105感應到感應器101內的電流。然而，運樣的構型無法感應感 應器101內的峰值電流。
[0007] 圖2示出了四開關電源轉換器200的另一個感應器電流感應技術。四開關電源轉 換器200包括感應器201、開關201-205、輸出電容器206和感應電阻207。在"升壓化uck)" 模式（也就是說，當開關205維持在恒定的"開（on)"的狀態）感應電阻207感應谷值感應 器電流，并且在"降壓化oost)"模式（也就是說，當開關202維持在恒定的"開（on)"的狀 態）感應電阻207感應峰值感應器電流。該電流感應技術被用在加利福尼亞州米爾皮塔斯 的凌力爾特公司（LinearTechnologyCo巧oration)的LTC378〇、LTC3789、LT379l、LT87〇5 電路。
[000引圖1和2的技術有了兩個缺點。第一，圖1的感應電阻105和圖2的感應電阻207 只感應它們相應的感應器電流的一部分，因為每個感應電阻都依賴于一個開關構型，該開 關構型允許流入相應的感應器的電流流過該感應電阻。第二，圖1的感應電阻105和圖2 的感應電阻207都消耗電力，運可能導致在相應的電路中產生熱量。同時，利用大功率、高 精度的感應電阻提高了系統成本和電路覆蓋區。
[0009] 另一種被稱為"DCR感應器電流感應設計"的電流感應方法已經被廣泛應用于升 壓變流器或降壓變流器中。圖3示出了四開關升降壓變流器300中的DCR電流感應設計 的一個例子。如圖3所示，四開關升降壓變流器300包括開關305-308、感應器303和輸出 電容器309。圖3中由DCR電阻304代表感應器303的等效直流值C)阻抗Rdck。通過提供 串聯連接的感應電阻301和感應電容器302,其與感應器303 (和等效DCR電阻304)并聯。 DCR感應器電流感應設計意在匹配感應器電流勺時間常數，感應器電流U是感應器303 的電感L和它的等效直流阻抗Rdck的比值（即L/RdJ，時間常數是感應電阻301的阻抗氏 和感應電容器302的電容。的乘積。在運樣的設計中，通過感應電容器302的受感應電壓 Vsense與感應器電流iL和直流阻抗RdCR的乘積成正比（即Vsense=iL*RdCR)。然而，正如文章 "用于極化調制的10M監電流模式4開關升降壓變流器（4SBBC)"(帕克等，發表于23屆應 用電力電子會議的會議錄，1977-1983頁）所解釋的，由于變流器內輸出開關的轉換，軌到 軌（raU-to-rail)共模電壓范圍和受感應的電壓內的高共態噪聲使得電流感應電路復雜 且難于實現。
【發明內容】
[0010] 根據本發明的一個實施例，用于測量感應器內電流的感應器電流感應電路包括 (a)第一RC網絡，其禪接在感應器的第一端子和參考電壓源之間；W及化）第二RC網絡， 其禪接在感應器的第二端子和參考電壓源之間。第一RC網絡和第二RC網絡均具有與電感 和直流阻抗的比值基本相等的時間常數。對其電流進行測量的感應器可W是四開關升降壓 變流器的原級感應器，該四開關升降壓變流器接收輸入電壓并提供輸出電壓。
[0011] 在一個實施例中，參考電壓源提供虛擬參考接地，該虛擬參考接地可W通過去禪 電容器連接至系統參考接地。當四開關升降壓變流器在升壓、降壓、升降壓模式運行時虛擬 參考接地可W分別與輸出電壓、輸入電壓W及景觀感應器的電壓的平均值相關。
[0012] 在一個實施例中，感應器電流感應電路還可W包括第Ξ感應電容器，該第Ξ感應 電容器連接在第一RC網絡和第二RC網絡之間，且第Ξ感應電容器的電容大于第一RC網絡 和第二RC網絡中每一個的有效電容。
[0013] 根據本發明的另一個實施例，用于測量感應器內電流的感應器電流感應電路包括 (a)與感應器串聯的感應電阻；化）禪接在感應電阻的第一端子和參考電壓源之間的第一 RC網絡；W及（C)禪接在感應電阻的第二端子和參考電壓源之間的第二RC網絡。第一RC 網絡和第二RC網絡均可W具有與感應器的電感和感應器的等效直流阻抗的比值基本相等 的時間常數。第一RC網絡和第二RC網絡均可W包括（a)感應電容器；化）禪接在感應電 阻的第一端子和感應電容器的第一端子之間的第一電阻；隔流電容器，其端子與感應器的 端子禪接；W及禪接在感應電容器的第一端子和隔流電容器的另一端子之間禪接的第二電 阻。第二RC網絡的第二電阻與第二RC網絡的第一電阻的阻值的比值減去一可W基本上等 于感應器的感應電阻與等效直流阻抗的阻值的比值。第一RC網絡和第二RC網絡的隔流電 容器的電容分別大于第一RC網絡和第二RC網絡內相應的感應電容器的電容。
[0014]利用本發明的方法所感應的感應器可W被用于控制四開關升降壓變流器的開關。 例如，運樣的控制的例子可W在懸而未決的臨時專利申請II中找到。
[0015] 在考慮了結合附圖所進行的如下詳細說明的基礎上，本發明可W被更好地理解。
【附圖說明】
[0016] 圖1示出了電源轉換器100內的利用感應電阻的第一電流感應技術。
[0017] 圖2示出了四開關電源轉換器200的另一個感應器電流感應技術。
[0018] 圖3示出了四開關升降壓變流器300內的DCR電流感應設計的一個例子。
[0019]圖4示出了根據本發明的一個實施例的的四開關升降壓變流器400，其實施了DCR 電流感應方法。
[0020] 圖5示出了根據本發明的一個實施例的四開關升降壓變流器500,其通過將RC過 濾器410和420連接到虛擬接地，從而消除了感應電容器402-a和402-b的直流偏壓。
[0021] 圖6示出了根據本發明的一個實施例的四開關升降壓變流器600,其在升降壓模 式運行時提供比圖5的四開關升降壓變流器500更強大的性能。
[0022] 圖7示出了根據本發明的一個實施例的四開關升降壓變流器700,其利用感應電 阻701，而不是感應器303的直流阻抗，來感應感應器303的電流。
[0023] 圖8示出了根據本發明的一個實施例的四開關升降壓變流器800,其提供了經過 節點IwM。郝I的感應電容器801W及虛擬接地節點802。
[0024] 在運些附圖中，相似的構件被賦予相似的附圖標記。
【具體實施方式】
[00巧]圖4示出了根據本發明的一個實施例的的四開關升降壓變流器400，其實施了DCR電流感應方法。相對于圖3中的四開關升降壓變流器300 (該四開關升降壓變流器300提 供了與感應器303并聯連接的感應電阻301和感應電容器302,四開關升降壓變流器400提 供了RC過濾器410和420,RC過濾器410由感應電阻401-a和感應電容器402-a組成，RC 過濾器420由感應電阻401-b和感應電容器402-b組成。經過RC過濾器410和420內的 節點IseMe,和IseMe的感應電壓分別代表經過開關節點SW1和SW2的差分電壓。通過將時 間常數L/Rdck與RC過濾器410和420內的時間常數RA匹配，受感應的電壓VwMe直接與 感應器電流i式日感