四开关升降压变流器中的dcr电流感应的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本发明设及并要求于2014年9月24日提出的题为"用于四开关升降压变流器的 直流电阻值CR)感应器电流感应"，申请号为62/054, 587的美国临时专利申请悬而未决 的临时申请I")的优先权。该悬而未决的临时申请I的公开内容通过引用全部合并于此。
[0003] 本发明设及并要求于2014年9月5日提出的题为"用于受开关控制的升压降压调 节器的升压峰值-降压电流模式控制"，申请号为62/088, 433的美国临时专利申请（"悬而 未决的临时申请Π")的优先权。该悬而未决的临时申请II的公开内容通过引用全部合并 于此。
技术领域
[0004] 本发明设及在四开关升降压电源转换器中测量感应器电流。特别地，本发明设及 利用与虚拟接地有关的阻容（RC)电路来测量感应器电流。
【背景技术】
[0005] 四开关升降压电源转换器被用在很多不同的应用场合。运样的电源转换器调整输 出电压，该输出电压可能高于、等于或低于输入电压。典型的四开关升降压电源转换器具有 单个感应器，并同步操作W在负载电流的很大范围内提供高的效率。在电源转换器中，为了 提供过电流保护、不连续模式操作或电流回路调整，通常需要感应器电流感应。然而，在四 开关升降压电源转换器中，由于感应器的两个端子经常存在很高的共态噪声，电流感应困 难。
[0006] 图1示出了电源转换器100内的利用感应电阻的第一电流感应技术。例如，运样的 技术被用于从德克萨斯州达拉斯的德克萨斯仪器公司获得的LM5118和LM25118电路。如 图1所示，电源转换器电路100包括感应器101、二极管104、感应电阻105W及开关102和 103。感应电阻105与二极管104串联，并与感应器101的端子连接，当（并且只有当）二 极管104导电时感应电阻105感应到感应器101内的电流。然而，运样的构型无法感应感 应器101内的峰值电流。
[0007] 图2示出了四开关电源转换器200的另一个感应器电流感应技术。四开关电源转 换器200包括感应器201、开关201-205、输出电容器206和感应电阻207。在"升压化uck)" 模式（也就是说，当开关205维持在恒定的"开（on)"的状态）感应电阻207感应谷值感应 器电流，并且在"降压化oost)"模式（也就是说，当开关202维持在恒定的"开（on)"的状 态）感应电阻207感应峰值感应器电流。该电流感应技术被用在加利福尼亚州米尔皮塔斯 的凌力尔特公司（LinearTechnologyCo巧oration)的LTC378〇、LTC3789、LT379l、LT87〇5 电路。
[000引图1和2的技术有了两个缺点。第一，图1的感应电阻105和图2的感应电阻207 只感应它们相应的感应器电流的一部分，因为每个感应电阻都依赖于一个开关构型，该开 关构型允许流入相应的感应器的电流流过该感应电阻。第二，图1的感应电阻105和图2 的感应电阻207都消耗电力，运可能导致在相应的电路中产生热量。同时，利用大功率、高 精度的感应电阻提高了系统成本和电路覆盖区。
[0009] 另一种被称为"DCR感应器电流感应设计"的电流感应方法已经被广泛应用于升 压变流器或降压变流器中。图3示出了四开关升降压变流器300中的DCR电流感应设计 的一个例子。如图3所示，四开关升降压变流器300包括开关305-308、感应器303和输出 电容器309。图3中由DCR电阻304代表感应器303的等效直流值C)阻抗Rdck。通过提供 串联连接的感应电阻301和感应电容器302,其与感应器303 (和等效DCR电阻304)并联。 DCR感应器电流感应设计意在匹配感应器电流勺时间常数，感应器电流U是感应器303 的电感L和它的等效直流阻抗Rdck的比值（即L/RdJ，时间常数是感应电阻301的阻抗氏 和感应电容器302的电容。的乘积。在运样的设计中，通过感应电容器302的受感应电压 Vsense与感应器电流iL和直流阻抗RdCR的乘积成正比（即Vsense=iL*RdCR)。然而，正如文章 "用于极化调制的10M监电流模式4开关升降压变流器（4SBBC)"(帕克等，发表于23届应 用电力电子会议的会议录，1977-1983页）所解释的，由于变流器内输出开关的转换，轨到 轨（raU-to-rail)共模电压范围和受感应的电压内的高共态噪声使得电流感应电路复杂 且难于实现。
【发明内容】
[0010] 根据本发明的一个实施例，用于测量感应器内电流的感应器电流感应电路包括 (a)第一RC网络，其禪接在感应器的第一端子和参考电压源之间；W及化）第二RC网络， 其禪接在感应器的第二端子和参考电压源之间。第一RC网络和第二RC网络均具有与电感 和直流阻抗的比值基本相等的时间常数。对其电流进行测量的感应器可W是四开关升降压 变流器的原级感应器，该四开关升降压变流器接收输入电压并提供输出电压。
[0011] 在一个实施例中，参考电压源提供虚拟参考接地，该虚拟参考接地可W通过去禪 电容器连接至系统参考接地。当四开关升降压变流器在升压、降压、升降压模式运行时虚拟 参考接地可W分别与输出电压、输入电压W及景观感应器的电压的平均值相关。
[0012] 在一个实施例中，感应器电流感应电路还可W包括第Ξ感应电容器，该第Ξ感应 电容器连接在第一RC网络和第二RC网络之间，且第Ξ感应电容器的电容大于第一RC网络 和第二RC网络中每一个的有效电容。
[0013] 根据本发明的另一个实施例，用于测量感应器内电流的感应器电流感应电路包括 (a)与感应器串联的感应电阻；化）禪接在感应电阻的第一端子和参考电压源之间的第一 RC网络；W及（C)禪接在感应电阻的第二端子和参考电压源之间的第二RC网络。第一RC 网络和第二RC网络均可W具有与感应器的电感和感应器的等效直流阻抗的比值基本相等 的时间常数。第一RC网络和第二RC网络均可W包括（a)感应电容器；化）禪接在感应电 阻的第一端子和感应电容器的第一端子之间的第一电阻；隔流电容器，其端子与感应器的 端子禪接；W及禪接在感应电容器的第一端子和隔流电容器的另一端子之间禪接的第二电 阻。第二RC网络的第二电阻与第二RC网络的第一电阻的阻值的比值减去一可W基本上等 于感应器的感应电阻与等效直流阻抗的阻值的比值。第一RC网络和第二RC网络的隔流电 容器的电容分别大于第一RC网络和第二RC网络内相应的感应电容器的电容。
[0014]利用本发明的方法所感应的感应器可W被用于控制四开关升降压变流器的开关。 例如，运样的控制的例子可W在悬而未决的临时专利申请II中找到。
[0015] 在考虑了结合附图所进行的如下详细说明的基础上，本发明可W被更好地理解。
【附图说明】
[0016] 图1示出了电源转换器100内的利用感应电阻的第一电流感应技术。
[0017] 图2示出了四开关电源转换器200的另一个感应器电流感应技术。
[0018] 图3示出了四开关升降压变流器300内的DCR电流感应设计的一个例子。
[0019]图4示出了根据本发明的一个实施例的的四开关升降压变流器400，其实施了DCR 电流感应方法。
[0020] 图5示出了根据本发明的一个实施例的四开关升降压变流器500,其通过将RC过 滤器410和420连接到虚拟接地，从而消除了感应电容器402-a和402-b的直流偏压。
[0021] 图6示出了根据本发明的一个实施例的四开关升降压变流器600,其在升降压模 式运行时提供比图5的四开关升降压变流器500更强大的性能。
[0022] 图7示出了根据本发明的一个实施例的四开关升降压变流器700,其利用感应电 阻701，而不是感应器303的直流阻抗，来感应感应器303的电流。
[0023] 图8示出了根据本发明的一个实施例的四开关升降压变流器800,其提供了经过 节点IwM。郝I的感应电容器801W及虚拟接地节点802。
[0024] 在运些附图中，相似的构件被赋予相似的附图标记。
【具体实施方式】
[00巧]图4示出了根据本发明的一个实施例的的四开关升降压变流器400，其实施了DCR电流感应方法。相对于图3中的四开关升降压变流器300 (该四开关升降压变流器300提 供了与感应器303并联连接的感应电阻301和感应电容器302,四开关升降压变流器400提 供了RC过滤器410和420,RC过滤器410由感应电阻401-a和感应电容器402-a组成，RC 过滤器420由感应电阻401-b和感应电容器402-b组成。经过RC过滤器410和420内的 节点IseMe,和IseMe的感应电压分别代表经过开关节点SW1和SW2的差分电压。通过将时 间常数L/Rdck与RC过滤器410和420内的时间常数RA匹配，受感应的电压VwMe直接与 感应器电流i式日感