专利名称：检测电流的电路和方法
技术领域：
本发明涉及一种检测电流的电路和方法。更具体地讲，本发明涉及这样一种检测电流的电路和方法，该电路和方法能够当控制需要高电流的电流源的负载电流时通过使用开关型转换器无损地检测电流源的负载电流来控制电流量，并且能够补偿流入负载的电流。
背景技术：
图1是示出现有技术的开关型电流控制转换器的结构的示意性电路图。
该传统的开关型电流控制转换器是降压(buck)型直流(DC)转换器，其中，电感器电容器(LC)滤波器和整流二极管D2连接到通常由金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)实现的开关元件Q1的一端，诸如发光二极管D3的负载与LC滤波器的电容器C2并联。在LC滤波器中，电感器L与开关元件Q1串联，电容器C2与电感器L并联。
另外，差动放大器130连接到电阻器R的两端，以检测负载发光二极管D3的电流，并且电流误差检测器140连接到差动放大器130的输出端，以检测用于参考电流Iref的输出电流的误差信号。
如果来自电流误差检测器140的电流误差信号被输入到补偿器110，则补偿器110(根据该电流误差信号通过栅极驱动器120驱动开关元件Q1，从而流入负载发光二极管D3的电流被控制。
带有具有拓扑结构的电流源的现有技术的开关型电流控制转换器(诸如上面提到的降压转换器)包括用于提供负载所需的电流的电流控制器。另外，为了控制负载电流，电流源(降压转换器)的开关必须被调节，并且需要用于电流控制器的电流反馈的电流检测器。因此，电流检测器使用电阻器来检测电流或使用霍尔传感器来检测负载电流。因此，使用电阻器或霍尔传感器来检测电流，在将该电流与参考电流比较之后，通过控制器(补偿器)来补偿差。
使用电阻器检测电流的方法的相关缺点在于，如果高电流流入负载，则电路过热。其结果是，需要将电路冷却的实际成本。另外，如果使用霍尔传感器，则装置的体积和复杂度增加，从而制造成本增加。
发明内容
本发明的示例性实施例克服上述缺点以及上面没有提到的其它缺点。另外，本发明不需要克服上述缺点，并且本发明的示例性实施例可以不克服上述任何问题。
本发明在于解决上面提到的相关缺点并提供下面描述的特征。本发明的一方面在于提供一种检测电流的电路和方法，该电路和方法能够当控制需要高电流的电流源的负载电流时通过使用开关型转换器无损地检测电流源的负载电流来控制电流量，并且能够补偿流入负载的电流。
本发明的示例性实施例提供一种用于检测电流的装置，所述装置包括RC电路，检测与负载并联的第一电感器的电流；LR电路，检测与负载串联的第二电容器的电流；减法器，计算差电流，所述差电流是在RC电路中检测的电流和在LR电路中检测的电流之间的差。
第一电感器的电流是流入所述第一电感器和所述第一电感器的内部电阻的电流。
在RC电路中，彼此串联的第一电阻器和第一电容器与第一电感器并联，并且第一电容器的两端连接到第一差动放大器以检测第一电感器的电流。
使用VC1(S)＝Resr1IL1(S)来计算第一电容器的两端的电压，其中，Resr1是第一电感器的内部电阻，IL1是第一电感器的电流。
第二电容器的电流是流入所述第二电容器和所述第二电容器的内部电阻的电流。
在LR电路中，彼此串联的第二电阻器和第二电感器与所述第二电容器并联，并且第二电感器的两端连接到第二差动放大器以检测第二电容器的电流。
使用VL2(S)＝Resr2IC2来计算第二电感器的两端的电压，其中，Resr2是第二电容器的内部电阻，IC2是第二电容器的电流。
所述装置还包括电流误差检测器，基于减法器计算的差电流以及参考电流采产生误差信号；补偿器，输出补偿信号，以按照从电流误差检测器输出的误差的级别补偿电流；开关部件，根据从补偿器输出的补偿信号控制流入负载的电流。
在开关部件中，第一MOSFET与负载和第一电感器串联，接地的第二MOSFET与第一MOSFET并联。开关部件还包括栅极驱动器，根据发送的补偿信号驱动第一MOSFET和第二MOSFET。
第一MOSFET和第二MOSFET每个被嵌入了体二极管，体二极管被反向并联。
此外，根据本发明的另一方面，提供一种用于检测电流的方法，该方法包括检测连接到负载的第一电感器的电流；检测连接到负载的第二电容器的电流；计算差电流，所述差电流是检测的第一电感器的电流和检测的第二电容器的电流之间的差。
第一电感器的电流是流入所述第一电感器和所述第一电感器的内部电阻的电流。
在检测第一电感器的电流的步骤中，通过RC电路检测第一电感器的电流，在所述RC电路中，彼此串联的第一电阻器和第一电容器与第一电感器并联，并且第一电容器的两端连接到第一差动放大器以检测第一电感器的电流。
使用VC1(S)＝Resr1IL1(S)来计算第一电容器的两端的电压，其中，Resr1是第一电感器的内部电阻，IL1是第一电感器的电流。
第二电容器的电流是流入所述第二电容器和所述第二电容器的内部电阻的电流。
在检测第二电容器的电流的步骤中，通过电感器电阻器(LR)电路检测第二电容器的电流，在所述LR电路中，彼此串联的第二电阻器和第二电感器与所述第二电容器并联，并且第二电感器的两端连接到第二差动放大器以检测第二电容器的电流。
使用VL2(S)＝Resr2IC2来计算第二电感器的两端的电压，其中，Resr2是第二电容器的内部电阻，IC2是第二电容器的电流。
所述方法还包括基于差电流和参考电流输出电流误差信号；输出补偿信号，以按照电流误差信号的大小来补偿流入负载的电流；根据补偿信号控制流入负载的电流。
通过根据补偿信号驱动第一MOSFET和第二MOSFET来控制电流，第一MOSFET与负载和第一电感器串联，第二MOSFET与第一MOSFET并联。
通过结合附图，从下面的示例性实施例的描述中，本发明这些和/或其它方面将会变得清楚，并且更易于理解，其中 图1是示出现有技术的开关型电流控制转换器的结构的示意性电路图； 图2是示出根据本发明示例性实施例的电流检测电路的结构的示意性电路图； 图3是示出根据本发明示例性实施例的电流检测方法的流程图。
具体实施例方式 现在将详细描述本发明的示例性实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的部件。下面通过参照附图来描述这些示例性实施例以解释本发明。
图2是示出根据本发明示例性实施例的电流检测电路的结构的示意性电路图。
根据本发明示例性实施例的电流检测电路200包括RC电路210，检测与负载202串联的第一电感器L1中的电流；LR电路220，检测与负载202并联的第二电容器C2中的电流；以及减法器230，计算从RC电路210检测的电流和从LR电路220检测的电流之间的差。
另外，电流检测电路200还包括电流误差检测器240，在从减法器230输出的差电流和参考电流Iref之间存在电流差异(误差)的情况下输出电流误差信号；补偿器250，输出补偿信号，以按照从电流误差检测器240输出的电流误差的级别补偿流入负载202的电流；以及开关部件260，根据补偿器250输出的补偿信号控制流入负载202的电流。
在开关部件260中，第一MOSFET Q1与负载202和第一电感器L1串联，接地的第二MOSFET Q2与第一MOSFET Q1并联。开关部件260还包括栅极驱动器262，根据发送的补偿信号驱动第一MOSFET Q1和第二MOSFETQ2。
第一MOSFET Q1和第二MOSFET Q2是每个分别嵌入了体二极管(D1和D4)的开关元件，体二极管被反向并联。
第一电感器L1的电流指的是流经第一电感器L1和第一电感器L1的内部电阻Resr1的电流。
在RC电路210中，彼此串联的第一电阻器R1和第一电容器C1与第一电感器L1并联，第一差动放大器DiffAmp1连接到第一电容器C1的两端，以检测第一电感器L1的电流。
可使用等式1计算第一电容器C1的两端的电压VC1。
[等式1] VC1(S)＝Resr1IL1(S) 其中，Resr1是第一电感器L1的内部电阻，IL1是第一电感器L1的电流。
第二电容器C2的电流指的是流经第二电容器C2和第二电容器C2的内部电阻Resr2的电流。
在LR电路220中，彼此串联的第二电阻器R2和第二电感器L2与第二电容器C2并联，第二差动放大器DiffAmp 2连接到第二电感器L2的两端，以检测第二电容器C2的电流。
可使用等式2计算第二电感器L2的两端的电压VL2。
[等式2] VC2(S)＝Resr2IC2 其中，Resr2是第二电容器C2的内部电阻，IC2是第二电容器C2的电流。
现在将描述根据本发明示例性实施例的电流检测电路的操作。
图3是示出根据本发明示例性实施例的电流检测方法的流程图。
根据本发明示例性实施例的电流源转换器使用同步降压转换器，并且该电流源转换器在降压转换器的LC滤波器的一端包括RC电路210，在降压转换器的LC滤波器的另一端包括LR电路220，以检测负载电流。
通过从流入降压转换器的第一电感器L1的电流减去第二电容器C2的输出的纹波电流，来测量流入负载202的电流。
为此，检测与负载202串联的第一电感器L1的电流(S310)。
即，使用RC电路210的第一电容器C1的电压来检测降压转换器的电感电流。在第一电感器L1的电流和RC电路210的第一电容器C1的电压之间进行运算的函数可由下面的等式3表示。
[等式3] 第一电容器C1的电压导致诸如根据下面的等式4的电阻电流感测的效果，所以按照等式1那样通过第一电感器L1的电流来间接检测第一电容器C1的电压。
[等式4] 使用LR电路220的电感器L2的电压来检测电容器的输出的纹波电流，使用减法器23(来计算流入负载202的电流。为了对在与参考电流Iref接近的负载电流中检测的电流差进行补偿，补偿器250使用栅极驱动器262驱动MOSFET。
为此，检测与负载202并联的第二电容器C2的电流(S320)。
即，使用连接到第二电容器C2的LR电路220的第二电感器L2的电压来检测第二电容器C2的电流，第二电容器C2的电流和第二电感器L2的电压之间的函数可由下面的等式5表示。
[等式5] 等式5的LR电路220的第二电感器L2的电压表示了根据下面的条件的第二电容器C2的纹波电流。
在显示了第二电容器C2的电流和第二电感器L2的电压之间的函数的等式5中，如果等式6中的条件被满足，则可按照等式2那样根据电阻电流感测来检测第二电感器L2的电压。
[等式6] 因此，计算差电流，所述差电流是根据上述处理检测的RC电路210的电流和LR电路220的电流之间的差(S330)。
即，通过从使用等式1计算的RC电路210的检测的电流减去使用等式2计算的LR电路220的检测的电流来计算所换算的差。
随后，电流误差检测器240使用检测的负载电流信号和参考电流信号Iref输出电流误差信号(S340)。
从电流误差检测器240输出的电流误差信号被发送到诸如电流控制器的补偿器250，以执行脉冲宽度调制(PWM)操作。补偿器250基于发送的电流误差信号产生补偿信号，以按照电流误差的级别补偿流入负载202的电流，并且输出补偿信号以调整开关部件260的占空比(S350)。
在开关部件260中，栅极驱动器262根据从补偿器250发送的补偿信号驱动第一MOSFET Q1和第二MOSFET Q2，从而电流根据补偿信号流动。因此，开关部件260根据补偿信号控制流入负载202的电流(S360)。
当检测具有高电流的电流源的负载电流时，与使用电阻器检测电流的现有技术的方法相比，本发明减小了对整个电路的损坏。与这种现有技术的方法相比，本发明还降低了产生的热量。另外，本发明提高了电流源装置的整体效率，并降低了制造成本。
虽然参照本发明的特定示例性实施例显示和描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。
权利要求
1.一种用于检测电流的装置，所述装置包括
第一电路，检测连接到负载的第一电感器的电流；
第二电路，检测连接到负载的第二电容器的电流；
减法器，计算差电流，所述差电流是在第一电路中检测的电流和在第二电路中检测的电流之间的电流差。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，第二电容器的电流是流入所述第二电容器和所述第二电容器的内部电阻的电流。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，在第二电路中，第二电阻器和第二电感器彼此串联，第二电阻器和第二电感器与第二电容器并联，并且第二电感器的两端连接到第二差动放大器以检测第二电容器的电流。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，使用VL2(S)＝Resr2IC2来计算第二电感器的两端的电压，其中，Resr2是第二电容器的内部电阻，IC2是第二电容器的电流。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括
电流误差检测器，基于减法器计算的差电流以及参考电流来产生误差信号；
补偿器，输出补偿信号，以按照从电流误差检测器输出的误差的级别补偿流入负载的电流；
开关部件，根据从补偿器输出的补偿信号控制流入负载的电流。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，如果在差电流和参考电流之间存在电流差异，则电流误差检测器产生误差信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，从电流误差检测器输出的误差的级别指示差电流和参考电流之间的电流差异。
8.一种用于检测电流的方法，包括
检测连接到负载的第一电感器的电流；
检测连接到负载的第二电容器的电流；
计算差电流，所述差电流是检测的第一电感器的电流和检测的第二电容器的电流之间的电流差。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，第二电容器的电流是流入所述第二电容器和所述第二电容器的内部电阻的电流。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，在检测第二电容器的电流的步骤中，通过电感器电阻器电路检测第二电容器的电流，在所述电感器电阻器电路中，第二电阻器和第二电感器彼此串联，第二电阻器和第二电感器与所述第二电容器并联，并且第二电感器的两端连接到第二差动放大器以检测所述第二电客器的电流。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，使用VL2(S)＝Resr2IC2来计算第二电感器的两端的电压，其中，Resr2是第二电容器的内部电阻，IC2是第二电容器的电流。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括
基于差电流和参考电流输出电流误差信号；
输出补偿信号，以按照电流误差信号中指示的误差的级别补偿流入负载的电流；
根据补偿信号控制流入负载的电流。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，如果在差电流和参考电流之间存在电流差异，则输出电流误差信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，电流误差信号中指示的误差的级别表示差电流和参考电流之间的电流差异。
全文摘要
提供一种检测电流的电路和方法，该电路和方法能够当控制需要高电流的电流源的负载电流时通过使用开关型转换器检测电流源的负载电流来控制电流量，并且能够补偿流入负载的电流。因此，当检测具有高电流的电流源的负载电流时，与使用电阻器检测电流的现有技术的方法相比，本发明减小了对整个电路的损坏，与这种现有技术的方法相比降低了产生的热量，并且提高了电流源装置的整体效率并降低了制造成本。
文档编号H02M3/156GK101119068SQ20071013594
公开日2008年2月6日 申请日期2007年3月13日 优先权日2006年8月2日
发明者李承约 申请人:三星电子株式会社