开关式电源转换器中的检测电流的测量的制造方法与工艺

本发明涉及开关式电源转换器，以及操作开关式电源转换器的方法。

背景技术：
在许多开关式电源转换器中，测量经过电源转换器中电感元件的电流是必要的。在传统的开关式电源转换器中，是通过与电感元件串联的电阻来测量该电流的。检测电阻通常是一个单独的组件，并且通常具有相对低的电阻值，量级在0.01到1欧姆，以降低相关的电阻损耗。然而，特别是对于较低的功率输出，是不希望有这些损耗的。一种已知的解决该问题的方法是把检测电阻设置在开关式转换器的输入侧，与电源开关串联。虽然把电阻与开关串联会导致较低的损耗，但可能会引入其它问题，特别是那些与高电压操作相关联的问题。为了确定来自检测电阻的电流，电流检测放大器，如跨阻抗放大器，被连接在检测电阻的两端：如果转换器具有高输入电压，电流检测放大器输入端需要经受该电压，并且需要经受输入电源线的噪声。可能需要电平移动器，使放大器的输出电压降到地电平。此外，任何开关节点上的振铃可以引入电流传感器上的振铃，这对于电流检测放大器来说提出了更高的要求。另一个已知的解决方法是测量电源开关的导通状态漏极-源极电阻两端的电压降，在半桥转换器的情况下，通常是在高侧开关。然而，这样的解决方案是很难实现的，需要有替代的解决方案。

技术实现要素：
根据本发明的一个方面，提供了一种配置为多个输出端操作的开关式电源转换器，包括：电感元件，以及与电感元件串联的电阻，所述电阻用于确定经过电感元件的电流，其中，所述电阻连接在处于导通状态的开关的主端子之间，所述开关具有两个主端子和一个控制端子，所述开关被布置用于控制经过电感元件的电流流到多个输出端中的一个输出端。基于开关的导通内阻的知识，通过检测处于导通状态的开关两端的电压，可以直接确定经过该电阻的电流，这就可以省去使用单独的电阻，从而减少相关的电阻欧姆损耗。在实施例中，该开关是相对低功率参考开关，被配置为与相对高功率电源开关并联和同步操作，或者被配置为成为相对高功率电源开关中的一部分。这就可以避免或减少温度变化或其他操作条件变化引起的导通内阻的变化，这在高功率电源开关中经常发生。在实施方案中，相对高功率电源开关被布置用于控制经过电感元件的电流流入多个输出端中的一个输出端。在实施例中，开关式电源转换器还包括放大器，该放大器连接在开关的主端子的两端，用于根据主端子两端的电压来确定经过开关的电流。根据另一个方面，提供了一种太阳能转换器，包括如前述任一权利要求所述的开关式电源转换器。太阳能逆变器是本发明可以应用的应用程序之一，本领域技术人员应当理解，本发明并不限于此。根据本发明的另一个方面，提供了一种操作具有电感元件和多个输出端的开关式电源的方法，该方法包括：用具有两个主端子和一个控制端子的开关，来控制经过电感元件的电流流到多个输出端中的一个输出端，和通过测量与电感元件串联的电阻，确定经过电感元件的电流，其中，所述电阻连接在处于导通状态的开关的主端子之间。附图说明图1示出了通过串联至高侧开关的串联电阻检测输入侧电流的半桥转换器10；图2示出了具有串联至电感器的检测电阻的半桥转换器；图3示出了根据实施例的多输出端降压转换器的一个例子；图4示出了根据实施例的降压转换器40的一个操作的例子；图5示出了图4中的电感电流和各开关的时序图；图6示出了根据实施例的双输出端降压转换器；图7示出了根据其它实施例的双输出端降压转换器。具体实施方式图1示出了常规的半桥转换器10，该半桥转换器10通过串联至高侧开关的串联电阻检测输入侧电流。该转换器包括高侧开关S1和低侧开关S2，它们与两个开关之间的半桥节点串联。这两个开关连接输入电压Vin，检测电阻12位于高侧开关和输入电轨之间。电流检测放大器或跨阻抗放大器13跨接在检测电阻12两端，输入电容器Cin连接到输入端。高侧开关S1和低侧开关S2由驱动器14和16分别控制。在输出端，电感器18连接在半桥节点HB和输出Vout之间。输出电容器Cout连接在输出端。图2示出了具有串联至电感器的检测电阻的半桥转换器20。该转换器类似于图1中所示，不同的是其通过连接在电感器18和输出Vout之间的检测电阻22来检测经过电感18的电流，类似于图1所示的检测电阻，电流检测放大器23跨接在检测电阻两端。图3以示意图的形式示出了本实施例的多输出端降压转换器30的一个例子。类似于图1和图2所示的转换器，该转换器是半桥转换器，其具有开关S1和S2和位于这两个开关之间的半桥节点。然而，可以控制经过电感器18的电流流到其中一个输出端或另外两个输出端中的一个，示例中，第一输出端为3.3V，第二输出端为8V。通过相应的电容器Cout1和Cout2将这两个输出端连接到地。用第一输出开关S3和第二输出开关S4控制电感器电流流到各自的输出端。根据实施例，所述电路不包含单独的检测电阻，而是将电流检测放大器33直接跨接在开关S3两端。此外，第二感测电流放大器34跨接在第二输出开关S4两端。这样有利于避免单独的检测电阻带来的损失。当开关S3闭合时，电流检测放大器33测量开关S3两端的有限的电压降，并假设该开关的电阻器Rswitch是已知的，就可以计算经过该开关的电流，因此，也可以计算经过电感器18(当S3处于闭合状态)的电流。同样，当开关S4闭合时，电流检测放大器34测量开关S4两端的有限的电压降，并假设该开关的电阻器Rswitch是已知的，就可以计算经过该开关的电流，从而就可以计算经过电感器18的电流(当S4是闭合的)。从图3中所示的例子归纳概括，如果降压转换器具有一个以上的输出，就会有多路转换开关，每个输出侧有一个输出。通常同一时间只有一个开关被闭合，控制电感电流流到到对应于该开关的输出端。每当开关闭合时，它两端的电压可以用于度量经过它的电流。因此，没有必要使用单独检测电阻，这可有利于提高效率，并减少电路板的成本和/或空间。此外，由于开关位于电路的输出侧，它们通常处于较低的直流电压水平，检测放大器不需要高电压能力的特殊要求，因而可以使用较低成本的组件。图4示出了根据实施例的降压转换器40的一个操作的例子，图5示出了图4中的电感电流和各开关的时序图。类似于图3所示的电路中，降压转换器40具有一个输入端IN，输入端IN跨接到两个开关S1和S2，开关S1和S2之间有半桥节点。电感器18连接到半桥节点，通过开关S3和S4分别将电感器的输出引导至输出端OUT1或OUT2。还示出了单独的开关S4a，它将电感器18的输出连接到地，其可以用来避免振铃，二极管Db和电容器Cb，把电源电压Vcc连接到半桥节点，为高侧开关S1产生浮动电源。在图5中，示出了图4中的降压转换器40在不连续导通模式(DCM)操作模式下的时序图。线55显示的是电感电流，线51显示了开关S1的断开或闭合状态，线52显示了开关S2的断开或闭合状态，线53显示了开关S3的断开或闭合状态，线54显示了开关S4的断开或闭合状态。当开关S1闭合时，电感电流将增加。S1关断开，S2导通，电感电流将减小。当电感电流到达零，S3或S4可以改变状态。在这之后，开始一个新的周期。电感电流流过S3或S4。S4a是一个可选的开关，如果开关S3和S4断开，那么可以闭合开关S4a，以防止电感器右侧的振铃。如果S4a中闭合，S2也需闭合。图6示出了根据实施例的双输出端降压转换器。在本实施例中，开关S3具体被实现为串联的二极管D3和NMOSS’3，开关S4具体被实现为串联的二极管D4和NMOSS’4。电流检测放大器测量开关S’3和S’4两端的电压，而不是测量各自的开关-二极管组合D3+S’3，D4+S’4的。可选开关S4a中可以是一个简单的NMOS。在其它实施例中，如在图7中所示，二极管D3和D4可以由分离的FETS”3和S”4代替，可以是NMOS或PMOS，从而进一步降低损耗。图7类似于图6。本领域技术人员应当理解，在多输出端降压转换器中，二极管D3和D4(或开关S”3和S”4)通常都是需要的，用于避免错误方向的电流。本领域技术人员进一步理解，最低电压的输出端不需要这样的二极管。本领域技术人员应当熟悉，如果开关被直接用作检测电阻，温度和工艺会对其电压测量有较大影响，这可能会影响电流检测的准确性。然而，本领域技术人员应同样理解，这种影响可以通过使用开关的一部分，作为参考开关，或提供更高功率电源开关，与开关S3和S4并联和同步操作，这样的参考开关可以被集成到高功率开关是已知的，例如美国专利申请公开号US2011/0181323的专利。包含用于电流检测的开关的电源转换器可以被广泛的应用，包括但不限于太阳能逆变器，也可使用在汽车领域中，高电压应用中，或低电压应用中，如移动应用，例如蜂窝电话和智能电话。已编辑包含用于电流检测的开关的电源转换器可以被广泛的应用，包括但不限于太阳能逆变器，也可使用在汽车领域中，高电压应用中，或低电压应用中，如移动应用，例如蜂窝电话和智能电话。通过阅读本公开内容，其它的变化和修改对本领域技术人员来说是显而易见的。这样的变化和修改可以涉及已知的电源转换器中的电流检测的其他替代或其他特征，并且可用于代替或附加在本发发明中。出于完整性，同时指出的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤，术语“一”或“一个”不排除多个，附图标记在权利要求不应当被解释为限制权利要求的范围。