具有正電流和負電流的線性高速跟蹤電流感測系統的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本公開總體地涉及電流感測，更特別地涉及在包括半橋配置的電子電路中的電流感測。
【背景技術】
[0002]跟蹤電流感測電路典型地提供在主動和被動設備中流動的電流的復制，并可以被用在諸如用于服務器和移動電腦應用的DC-DC變換器的應用中。常規的跟蹤電流感測系統經常包括運算放大器，其導致長的建立時間，這限制了系統的最大頻率。常規非線性跟蹤電流感測系統具有不準確性，因此并不適于某些應用。
【發明內容】
[0003]總體地，本公開描述了具有改善的準確性、帶寬和穩定性的跟蹤電流感測系統。本文描述的一些示例的設備和系統是線性的。該示例的設備和系統包括一個或多個運算跨導放大器，其響應于橋的一端在電流操作階段中開啟，吸收(sink)和提供電流到橋的該端，以便電流與在前一操作階段中的結束電流近似地相同。例如，半橋包括在I?階段期間操作的高端開關、以及在Ttw階段期間操作的低端開關。在T M階段期間，低端開關的電流是預偏置的，以便在Ttw階段的開頭，電流開始于在T w階段的結尾處達到的電流水平。類似地，運算放大器在Ttw階段期間吸收和提供電流到高端開關，以便在T M階段的開頭，高端開關的電流開始于在Ttw階段的結尾處達到的電流。這會預偏置被耦合到半橋的非活動端的電容中的電流，這樣當半橋的該端變得活動時，其會已經接近于或處于操作電流下。通過這種方式，預偏置半橋的非活動端減少了當半橋的該端被激活時的任何建立時間(settlingtime)。而且，這個示例的跟蹤電流感測系統可以用正電流和負電流工作。
[0004]本公開的一個或多個示例和技術的細節在附圖和以下描述中陳述。本公開的其他特征、目標和優勢將從說明書和附圖以及從權利要求中變得明顯。
【附圖說明】
[0005]圖1是圖示根據本公開描述的一個或多個技術的示例的跟蹤電流感測系統的示意圖。
[0006]圖2是圖示根據本公開描述的一個或多個技術的在圖1的跟蹤電流系統中的電流的不例彳丁為的時序圖。
[0007]圖3是圖示根據本公開描述的一個或多個技術的圖1的示例的跟蹤電流感測系統操作在脈沖寬度調制(PWM)信號為高時的示意圖。
[0008]圖4是圖示根據本公開描述的一個或多個技術的圖1的示例的跟蹤電流感測系統操作在PWM信號為低時的示意圖。
[0009]圖5是圖示根據本公開描述的一個或多個技術的操作跟蹤電流感測系統的示例性的方法的流程圖。
[0010]附圖不必按比例繪制。相同附圖標記包括相同特征，盡管相同特征之間在各示例中可以存在變化。
【具體實施方式】
[0011]由于引入該系統的一個或多個電容，具有一個或多個運算放大器的跟蹤電流系統可能具有有限的帶寬和轉換速率，以穩定運算放大器。因此，這樣的電流跟蹤系統可能無法以系統要求的速率來吸收或提供電流，因為電流必須在每次操作階段變化時(例如從!《到Tqff，或反之亦然)從零被吸收或被提供。這個問題會在跟蹤電流中引入系統性偏移，而且在某些情況下，當活動時間太短時電流跟蹤系統可能甚至根本不能達到跟蹤電流。反而，當系統已經穩定時沒有偏移或非常小的偏移可能是優選的。在一些應用中，諸如具有快速切換的降壓變換器，可以用于建立放大器和追蹤晶體管中的電流的時間更少。而且，一些非線性電流追蹤系統由于連續切換可能具有固有的不準確性。在一些方面中，描述了系統、設備和技術，其沒有偏移或具有小的偏移以及改善的準確性。
[0012]圖1是圖示根據本公開描述的一個或多個技術的示例的跟蹤電流感測系統的示意圖。跟蹤電流感測系統10(本文也稱作“系統10”)是一種線性系統，其保持線性系統的準確性性能同時也具有非線性系統的增大的速率。系統10包括運算跨導放大器(“OTA”) 30-1和第二增益級32-1。OTA 30-1和第二增益級32-1結合用作第一運算放大器。系統10也包括OTA 30-2和第二增益級32-2。同樣地，0TA30-2和第二增益級32_2結合用作第二運算放大器。跟蹤電流感測系統10具有減少的建立時間并且總體地比常規跟蹤電流感測系統更加準確。在一些示例中，第二增益級32-1和32-2的至少一個可以包括有輸出級。
[0013]跟蹤電流感測系統10包括半橋，半橋包括高端開關12(本文稱作“HS12”)和低端開關20(本文稱作“LS20”)。跟蹤電流感測系統10被配置為跟蹤在半橋的兩端中流動的正電流和負電流。系統10可以能夠沒有任何間斷地跟蹤正電流和負電流。HS12包括功率場效應晶體管(“FET”)14-1和感測FET14-2，本文共同稱作“FET14”。FET 14的源極被耦合到運算收發器放大器30-1 (本文也稱作“HS_0TA 30-1 ” )和第二級32_1。電流Ipotot流經功率FET14-1。電流1{—流經感測FET14-2。類似地，LS20包括功率FET22-1和感測FET22-2，本文共同稱作“FET 22”。FET 22的源極被耦合到OTA 30_2 (本文也稱作“HS_OTA 30-2”)和第二級32-2。電流Ιρ.流經功率FET22-1。電流I feedba。^經感測FET22-2的源極。
[0014]在一些示例中，FET 14和22的一個或多個可以包括金屬氧化物半導體場效應晶體管“M0SFET”晶體管，例如P型MOSFET或N型MOSFET。在其他示例中，FET 14和22的一個或多個可以包括其他類型的晶體管，諸如金屬半導體場效電晶體管“MESFET”。如這里為簡單起見描述的那樣，HS12和LS20被描述為分別包括FET14和22。然而，HS12和LS20可以包括非FET的一個或多個主動或被動器件。例如，HS12和LS20可以包括其他類型的晶體管，諸如雙極結型晶體管、結型柵FET等。在另一示例中，HS12和LS20可以包括一個或多個電阻器，其中電阻器的比例對于功率分支(即對應于功率FET 14-1和22-1)較小，而對于感測分支(即對應于感測FET 14-2和22-2)較大。圖1圖示其中HS12和LS20兩者都包括兩個分開的晶體管(例如每個開關是分立的)的示例。然而，在其他示例中，HS12和LS20的任一個或兩者都可以具有用于功率和感測FET(例如每個開關是集成的)的單片晶體管。也即，系統10可以是完全分立的，完全集成的，或者兩者的混合。
[0015]HS_OTA 30-1被用在系統10中代替高端比較器，如在其他系統中那樣，其可以包括其他非線性系統。HS_OTA 30-1被耦合到第一第二增益級32-1(本文也稱作“HS_OUT32-1，，)。HS_OTA 30-1和HS_OUT 32-1 —起用作類似于運算放大器。HS_OTA 30-1的輸出驅動HS_OUT 32-1。類似地，LS_OTA 30_2被用在系統10中代替低端比較器(其被用在例如非線性系統中)。LS_OTA 30-2被耦合到第二第二增益級32-2 (本文也稱作“LS_OUT32-2”)。LS_OTA 30-2和LS_OUT 32-2 —起用作類似于運算放大器。LS_OTA 30-2的輸出驅動 LS_OUT 32-2。
[0016]脈沖寬度調制(PWM)信號在節點16處被輸入系統10中。PWM信號可以作為用于系統10的控制信號。PWM信號驅動開關24-1到24-4。在其他示例中，其他類型的控制信號可以在節點16處被輸入系統10中。例如，脈沖密度調制“PDM”信號可以在在節點16處被輸入。在一些示例中，PWM信號或類似于PWM信號的信號驅動系統10。
[0017]跟蹤電流感測系統10進一步包括輔助的0TA30-3。輔助的0TA30-3與第二增益級的一個、HS_OUT 32-1或LS_OUT 32_2成對，以預偏置系統10的當前非活動的一端。例如，在1*操作階段期間，AUX_OTA 30-3耦合到LS_OUT 32-2以預偏置包括M5、M4和M3的電流鏡用于轉換到Ttw操作階段。類似地，在T _操作階段期間，AUX_0TA30-3耦合到HS_OUT 32-1以預偏置包括Ml和M2的電流鏡用于轉換到Tjt作階段。
[0018]輸出40 (0UT_ BmK；E)包括半橋的輸出，電感負載可以連接在所述輸出處。另一輸出42 (OUTc胃ENT—SENSE)是用于跟蹤電流感測系統10的輸出。在高端感測FET 14-2或低端感測FET 22-2中的電流可以通過在輸出42處采樣該電流被確定。
[0019]跟蹤電流感測系統10包括電流源44-1到44-3(本文集體稱作“電流源44”)。電流源44-1被耦合到高端感測FET 14-2的源極以及電壓VBQQT。電流源44_1