用于开关电源电流采样的系统和方法_3

文档序号:9550681阅读:来源:国知局
个实施例,通过理想的电流iu—和稍微偏离的真实电流i 这两者示出电感器电流U。进一步的,通过理想的开关节点电压Vsw_ldMjP偏离的真实开关节点电压V sw_?al来示出开关。被调制的开关信号PWM根据理想的导通时间Tildeal和理想的断开时间来指示在高侧开关HS与低侧开关LS之间的理想开关。比较器输出3胃?*指示真实开关节点电压Vsw_raal通过基准电压VREF的时间,如上面描述的那样。在这样的实施例中,计数器对在被调制的开关信号PWM的上升沿与真实开关节点电压Vsw_raal上的改变之间的导通延迟T djN进行计数,如由比较器输出SWraMPm指示的那样。类似地,计数器对在被调制的开关信号PWM的下降沿与真实开关节点电压vsw_?al上的改变之间的断开延迟T djFF进行计数,如由比较器输出swOTPm指示的那样。在一些实施例中,两个计数器被分别用于对导通延迟!^__和断开延迟TdjFF进行计数。在该时间期间,具有计数值CNT的时段计数器向下递减到与周期时段有关的计数,这触发下一周期的开始。在其它实施例中,全时段计数器可以将计数值CNT向上递增到与周期时段有关的预设计数。
[0028]根据各个实施例,导通延迟Ι^Ν或断开延迟Τ 可以被用于计算在导通时间T 0N或断开时间的中间的偏离测量时间。在所示出的实施例中,针对断开时间T-期间计算中间测量时间。如上面讨论的那样,在断开时间或导通时间T-中的中间点处所测量的电流指示平均电感器电流iu?。在理想情况下,断开周期中的中间点等于Τ_/2。在真实的情况下,通过按延迟上的差异调整断开时间T-并且然后加上断开延迟Τ 从而找寻中间点。在断开时间期间所得到的被调整的中间点等于(T^ + Td_0N - Td_0FF)/2 + Td_offo类似地,在导通时间??期间被调整的中间点等于汀咖+ Τ,_0Ν - Td_0FF)/2 - TdjN。取决于系统的配置,这些中间点中的任一个可以被用作被提供给图3中的电流比较电路150的采样时间ts。在各个实施例中,可以根据本领域技术人员所知道的方法从占空比值或其它系统变量获得上面的等式中所使用的导通时间??和断开时间T-的计算。
[0029]图5图解包括步骤202-224的实施例开关模式电源(SMPS)的操作方法200的流程图示图。根据各个实施例,例如,操作方法200是用于确定用于SMPS中的平均电感器电流iu?的采样时间的方法,诸如例如参照图1-图3所描述的实施例。可以通过图3中的计算电路144来实现操作方法200,以用于确定恰当的采样点以获得如参照图3、图4a和图4b所描述的平均电感器电流iu?。在此关于图3中的SMPS 140作出操作方法200的描述;然而,如对于本领域技术人员来说将容易的地明显的是,操作方法200可以应用于其它电源系统。
[0030]在各个实施例中,步骤202包括检测由DPWM计数器146所供给的被调制的开关信号PWM上的上升沿。在步骤204中,基于所检测到的上升沿,计算电路144启动导通计数器,以开始对导通延迟进行计数。一旦导通计数器启动,就基于时钟信号CLK在步骤206中递增导通延迟在每次递增之后,步骤208包括检查开关电压Vsw是否大于基准电SVREF。如果开关电压Vsw大于基准电压VREF,则随后进行步骤210 ;否则,重复步骤206,并且基于时钟信号CLK来递增导通延迟在各个实施例中,通过监控比较器162的输出SWC(]MP来执行步骤208。可以设置基准电压V REF以指示开关电压V swS经被切换或跨过在接收高侧基准供给VIN与低侧基准供给V.之间的开关阈值。在一个具体实施例中,VIN被设置为5V,V.被设置为0V,并且V REF被设置为1.5V。在其它实施例中可以使用其它电压。
[0031]在各个实施例中,在开关电压Vsw大于基准电压VREF之后,随后进行步骤210,并且包括等待被调制的开关信号PWM经历下降沿。在下降沿之后,在步骤212中,计算电路144可以启动断开计数器以开始对断开延迟进行计数。一旦断开计数器启动,就基于时钟信号CLK在步骤214中递增断开延迟TdjFF。在每次递增之后,步骤216包括检查开关电压Vsw是否小于基准电压VREF。如果开关电压Vsw小于基准电压VREF,则随后进行步骤218 ;否贝1J,重复步骤214,并且基于时钟信号CLK来递增断开延迟
[0032]根据各个实施例,在开关电压Vsw小于基准电压V REF之后,随后进行步骤218,并且包括对导通延迟TdjN与断开延迟T夂_取平均。在这样的实施例中,取平均可以包括针对SMPS在大量开关周期上所执行的运行平均。基于在导通延迟和断开延迟T d_()FF上的取平均,步骤220包括根据用于在上面参照图4b所描述的真实中间点的任一方程来计算采样时间ts。在图3所示的实施例中,电流测量电路164被布置在低侧开关LS周围,并且因此,针对在断开时间期间低侧开关LS闭合时的时间段计算中间点和采样时间t So
[0033]在各个实施例中,步骤222包括:等待DPWM计数器146中的时段计数器计数值CNT达到0(或者如果CNT被布置为递增而不是递减,则达到某设置值),其对应于用于SMPS 140的单个开关周期的完成,并且指示被调制的开关信号PWM开始新的周期(例如检测到新的上升沿)。最后,步骤224包括:将所计算的采样时间ts发送到DPWM计数器146,并且移动回到步骤202以便重复操作方法200。
[0034]图6图解包括步骤252-266的实施例开关模式电源(SMPS)的进一步的操作方法250的流程图示图。根据各个实施例,操作方法250生成如参照图3中的SMPS 140所描述的被调制的开关信号PWM和采样脉冲ps。像这样,根据各个实施例,可以通过图3中的DPWM计数器146来实现操作方法250。
[0035]在各个实施例中,步骤252包括:将DPWM计数器146中的时段计数器计数值CNT重置为由用于SMPS 140的开关频率所确定的初始值。步骤254包括:基于时钟信号CLK来递减DPWM计数器146中的计数CNT。在每次递减之后,步骤256包括:检查DPWM计数器146中的计数CNT是否大于从PID控制器148接收到的占空比基准DUTY。如果计数CNT不大于占空比基准DUTY,则随后进行步骤258 ;否则,重复步骤254,并且基于时钟信号CLK来递减计数CNT。
[0036]如果未发现计数CNT大于占空比基准DUTY,则在步骤258中,再次递减计数CNT。跟随步骤258,步骤260包括:检查计数CNT是否等于与在计算电路144确定的并且从计算电路144接收到的采样时间ts对应的值,如在上面参照图3和图5所描述的那样。如果计数CNT等于采样时间ts,随后进行步骤262 ;否则,通过重复步骤258来基于时钟信号CLK再次递减计数CNT。
[0037]在各个实施例中,步骤262包括:生成采样脉冲口5并且将其供给至SMPS 140中的电流比较器150。采样脉冲ps可以被用于触发电感器电流i J勺测量以及在所测量的电感器电流紅与阈值电流i thrash之间的比较。跟随步骤262,在步骤264中再次递减计数CNT。步骤266包括检查计数CNT是否等于0。一旦计数CNT为零,就可以通过再次执行步骤252来针对另一开关周期重复方法250。只要计数CNT不为0,开关周期就尚未完成完整时段,并且通过重复步骤264基于时钟信号CLK来递减计数CNT。
[0038]在各个实施例中,在步骤254和步骤256期间,在DPWM计数器146中的计数CNT大于占空比基准DUTY的同时,高侧开关HS导通并且低侧开关LS断开。从当步骤258开始时计数CNT不大于占空比基准DUTY的时间起直到在步骤266中计数CNT等于0的时间为止,高侧开关HS断开,并且低侧开关LS导通。在其它实施例中,时段计数值CNT可以在零时开始,并且被向上递增到与开关频率对应的值。在一些实施例中,例如,大量数字计数器可以被包括在诸如DPWM计数器146、计算电路144或数字控制器142内。
[0039]图7图解实施例电流测量单元300的示意图。根据各个实施例,电流测量单元300可以是如上面参照图3所描述那样的电流比较器150和电流测量电路164的实现。电流测量单元300被耦合到低侧开关LS,并且包括晶体管Mref、MS1和M S2、电阻器R1和R
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