用于开关电压调节器的电感器电流测量补偿的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请关于开关电压调节器，尤其是关于用于开关电压调节器的电感电流测量补
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【背景技术】
[0002]开关电压调节器由于它们的高效以及该些转换器所消耗的面积/体积小被广泛地用在用于多种应用的现代电子系统，该些应用譬如用于通信的计算(服务器以及移动)和点负载系统(Point of Load System，POLs)。广泛应用的开关电压调节器拓补包括降压、升压、降压-升压、正向、反激式、半桥、全桥以及SEPIC拓补。多相位降压转换器尤其适合提供被高性能集成电路(譬如，微处理器、图像处理器以及网络处理器)所需的低压高电流。降压转换器利用有源元件和无源元件来实施，有源元件譬如是脉宽调制PffM控制1C、驱动电路，包括功率MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)的多个相位，无源元件譬如是电感器、变压器或耦接的电感器、电容器和电阻器。多个相位(功率级)能够通过分别的电感器并联连接至负载，以满足高输出电流的要求。
[0003]为了安全、稳健性地运行，需要精确了解由开关电压调节器提供的电流。误差的电流测量能够导致过早脱扣过电流保护(Over-current protect1n, 0CP)，这在高可靠性应用(譬如数据中心的服务器)是不期望的，或是能够导致灾难性设备故障的脱扣OCP的故障。不论发生何种情况，误差电流信息引起可能处于产品规格之外的误差输出电压设置点。
[0004]用于确定流过开关电压调节器中电感器电流的标准技术被称为DCR检测，其利用该电感器的非理想的DC电阻(DC resistance, DCR)。电感器的DCR在用于现有元件的数据表的额定条件下被规定，或是在自定义设计中被计算或测量。利用DCR检测，RC检测网络与电感器并联，并且电容器两端的电压表示DCR两端的电压，这意味着流过该电感器的电流有关于电容器电压和DCR值之比。对于静态流过负载的DC电流，电容器两端的DC电压成比例于流过负载的DC电流和电感器的DCR。对于动态电流，譬如流过负载的变化电流或电感器中的纹波电流，如果RC网络的时间常数与电感器的电感和DCR的时间常数相匹配，电容器两端的瞬时值与电感器中的瞬态电流成比例。然而，电感和DCR随着温度变化，这意味着电流信息仅在时间常数匹配的温度下才精确。
[0005]很多通常的开关电压调节器使用负温度系数热敏电阻(negative temperaturecoefficient NTC)网络来增大DCR测量。该用于DCR补偿的NTC网络通常与用于过温保护(over temperature protect1n,OTP)的NTC网络相分离，这增加了整个系统的成本、元件数量以及信号传输复杂性。另外，温度补偿NTC网络不包含有用的信息。代替的，温度补偿NTC网络是人工调谐的非智能网络。因此，该网络对于其用于的平台是特定的。利用热影响(例如，电路板层数目、空气流动、低效元件等等)改变设计参数要求改变硬件以对NTC网络重调谐。另外，NTC网络的元件冗余引起电流测量的额外误差，并且用于DCR补偿的NTC技术仅对DC测量有用。如此，电流的动态或AC值没有被补偿。
【发明内容】
[0006]本发明提出了一种用于开关电压调节器的电流估计方法，所述开关电压调节器通过电感器传送电流至负载，所述方法包括:测量与所述电感器并联耦接的RC电流检测网络的电容器两端的电压；基于在所述RC电流检测网络的所述电容器两端的所测得的电压来产生所述电感器中的电流的估计；通过补偿滤波器来调整所述电感器中的电流的所述估计，所述补偿滤波器根据温度和电流中的至少一个来补偿所述电感器的电感变化。
[0007]本发明还提出了一种用于控制开关电压调节器运行的控制器，所述开关电压调节器通过电感器传送电流至负载，所述控制器包括:RC电流检测网络，其与所述电感器并联耦接；电流估计器，其可操作为基于在所述Re电流检测网络的所述电容两端的所测得的电压，来产生所述电感器中所述电流的估计；补偿滤波器，其可操作为通过根据温度和电流中的至少一个来补偿所述电感器的电感的变化来调整所述电感器中所述电流的估计。
[0008]本发明还提出了一种多相开关电压调节器，包括:多个相，其可操作为传送电流至负载，每个相通过电感器被连接至所述负载；RC电流检测网络，其与每个电感器并联耦接；电流估计器，其可操作为基于在所述RC电流检测网络的所述电容器器两端所测得的电压，产生所述电感器中的个体电流的估计，并且基于所述电感器的所述个体电流估计来产生总电流估计；补偿滤波器，其可操作为通过根据温度和电流中的至少一个来补偿所述电感器的所述电感的变化来调整所述总电流估计。
[0009]本领域技术人员将通过阅读以下详细的描述和查看附图，认识到另外的功能和优点。
【附图说明】
[0010]图中的元件无需相互成比例。相同的参照数字标出对应的类似的部件。不同的描述的实施例的功能可以被接合，除非它们彼此排斥。实施例在途中被示出，并且在下面的描述中被细化。
[0011]图1示出了具有补偿的电感器DCR电流检测的多相位开关电压调节器的实施例的丰吴块图；
[0012]图2示出了用于具有电感器DCR电流检测的开关电压调节器的补偿的方法的实施例的流程图；
[0013]图3示出了提供温度补偿至具有电感器DCR电流检测的多相位开关电压调节器的补偿滤波器的实施例的模块图；
[0014]图4示出了提供取决于电流的温度补偿至具有电感器DCR电流检测的多相位开关电压调节器的补偿滤波器的实施例的模块图；
[0015]图5示出了显示多相位开关电压调节器的电感器的电感的电流依赖性的点状图。
【具体实施方式】
[0016]本文描述的实施例提供了基于DCR的电流估计技术，其补偿DCR和相位电感之间的差值变化。在一些实施例中，开关电压调节器的实际温度的读取被用于实施电流估计补偿。相同的温度测量被用于补偿基于DCR的电流估计过程，也能够被用于过电流和过温保护过程。在其他实施例中，相位电感的电流依赖性被用来实施电流估计补偿。其它类型的补偿也能够被使用，譬如，电压或频率补偿。在各种情形中，基于这里描述的电流估计补偿技术，稳态(DC)和瞬态(AC)负载条件可以通过使用具有非常数的频率响应的补偿滤波器来被减缓。
[0017]图1示出了开关电压调节器100的实施例，其包括具有多个相位104的功率级102以及用于控制功率级102的控制器106(譬如，微控制器、微处理器、专用集成电路ASIC等)。每个相位104可操作为通过分离的电感器(L。)传送相电流(IJ至负载，该负载经由该些电感和输出电容器(C。)连接至开关电压调节器100。该负载可以是高性能集成电路，譬如，微处理器、图像处理器、网络处理器等，或要求电压调节的其他类型的集成电路，譬如点负载(Point of Load，POL。该负载在图1中由电阻器&表示。
[0018]每个相位104具有用于通过对应的电感器耦接至负载的高侧晶体管Ql和低侧晶体管Q2。每个相位104的高侧晶体管可开关地将该负载连接至开关电压调节器