一种DC/DC变换器用限流值检测方法及检测装置与流程

一种dc/dc变换器用限流值检测方法及检测装置
技术领域
1.本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种dc/dc变换器用限流值检测方法及检测装置。


背景技术：

2.直流-直流变换器是电源管理芯片中应用最为广泛的一种变换器。最为常见的直流-直流变换器为开关型变换器，包含一定数量的开关和控制开关动作的控制电路。开关在导通过程中会流过电流，开关断开过程中不会流过电流，这两种状态是开关型电源的基本状态。随着现代电子系统的不断发展，计算芯片算力的指数级增长要求电源管理芯片输出功率不断增大，功率＝电压*电流，因此理论上可以通过增大输出电压和电流来增加输出功率，但是因为先进半导体器件的工作电压不断下降(从5v下降到3.3v后继续下降到1.8v，0.9v甚至更低)，因此大功率在目前的主流电源管理芯片中意味着更大的输出电流，也就是在导通状态下流过开关的电流会进一步增大，电流值从1a上升至10a甚至更高。大电流的电源管理芯片对限流保护要求甚高，这是因为，一旦限流值不准确芯片性能将大打折扣。举例说明，限流值若偏小则限制输出功率，若偏大则面临过流老化、过热老化甚至在短路时起火的危险。
3.限流值的测量和校准在大电流芯片中挑战重重，这是因为，无法在测试机上直接灌入数安培的大电流(这样会引起巨大的电压毛刺从而损坏芯片和测试机本身)，因此只能在低电流下进行两步测量，测量得出总电阻r，然后再测量限流翻转电压v，计算得出限流值i＝v/r。
4.目前，电源管理芯片中的半导体开关已和控制电路部分集成在同一衬底上，经过封装和焊接后和外围无源器件构成一个完整电源管理系统。因此，封装的寄生电阻、芯片内部的金属布线寄生电阻、焊接电阻等等都构成总电阻的一部分。根据欧姆定律，电压＝电阻*电流，电流需求上升意味着电阻下降，因此寄生电阻占比越发突出，按照两步测量法，总电阻包含高比例且未知的寄生电阻，测量所得限流值将具有很大的误差。如寄生电阻占比为20％，那么限流值误差就为20％，假设输出电流在20a，那么意味着实际可能偏大4a之多，加之动态响应时电流瞬间值会再高出30％-40％，那么限流瞬间值会高达32a，很可能超出设计范围，造成损坏。
5.综上所述，传统dc/dc变换器用限流值检测方法存在总电阻值包含寄生电阻、限流值计算误差大等问题，会造成无法得知真实的开关管导通电阻无法得知精确的限流值，即使采用校准也无法保证真实限流值是准确的，不精确的限流保护将导致大电流dc/dc变换器容易发生过流损坏甚至起火等危险情况。
6.因此，亟需开发一种新的dc/dc变换器用限流值检测方法及检测装置，以解决上述问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种dc/dc变换器用限流值检测方法及检测装置。
8.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种dc/dc变换器用限流值检测方法，其包括：至少测量dc/dc变换器中接地管脚处寄生电阻、电源管脚处寄生电阻及开关管脚处寄生电阻；通过电源管脚处寄生电阻、开关管脚处寄生电阻计算得到dc/dc变换器的上管限流值；以及通过接地管脚处寄生电阻、开关管脚处寄生电阻计算得到dc/dc变换器的下管限流值。
9.在其中一个实施例中，测量dc/dc变换器的接地管脚处寄生电阻的方法包括：开启dc/dc变换器的下管，将下管桥接至外部恒流源，以使接地管脚、下管与外部恒流源形成回路；通过第一基准电压源对该回路施加基准电压，并通过电压表测量该回路实际电压，以得到基准电压与实际电压的电压差值；通过电压差值与外部恒流源计算接地管脚处寄生电阻。
10.在其中一个实施例中，测量dc/dc变换器的电源管脚处寄生电阻的方法包括：开启dc/dc变换器的上管，将上管桥接至外部恒流源，以使电源管脚、上管与外部恒流源形成回路；通过第二基准电压源对该回路施加基准电压，并通过电压表测量该回路实际电压，以得到基准电压与实际电压的电压差值；通过电压差值与外部恒流源计算电源管脚处寄生电阻。
11.在其中一个实施例中，测量dc/dc变换器的开关管脚处寄生电阻的方法包括：开启dc/dc变换器的上管，将上管桥接至外部恒流源，以使开关管脚、上管、电源管脚与外部恒流源形成回路；通过第三基准电压源对该回路施加基准电压，并通过电压表测量该回路实际电压，以得到基准电压与实际电压的电压差值；通过电压差值、外部恒流源与电源管脚处寄生电阻计算开关管脚处寄生电阻。
12.在其中一个实施例中，所述通过电源管脚处寄生电阻、开关管脚处寄生电阻计算得到dc/dc变换器的上管限流值的方法包括：闭合dc/dc变换器的开关以开启上管，并对开关灌输相应电流，通过电压表测量开关两端电压，以计算上管导通时的总电阻，即通过总电阻、电源管脚处寄生电阻、开关管脚处寄生电阻计算上管导通时的实际电阻；断开dc/dc变换器的开关，通过电压表测量开关管脚处总电压，即通过总电压与实际电阻计算上管限流值。
13.在其中一个实施例中，所述通过接地管脚处寄生电阻、开关管脚处寄生电阻计算得到dc/dc变换器的下管限流值的方法包括：闭合dc/dc变换器的开关以开启下管，并对开关灌输相应电流，通过电压表测量开关两端电压，以计算下管导通时的总电阻，即通过总电阻、接地管脚处寄生电阻、开关管脚处寄生电阻计算下管导通时的实际电阻；断开dc/dc变换器的开关，通过电压表测量开关管脚处总电压，即通过总电压与实际电阻计算下管限流值。
14.另一方面，本发明提供一种dc/dc变换器用限流值检测装置，其包括：接入dc/dc变换器的限流值检测电路；其中所述限流值检测电路适于测量dc/dc变换器的各管脚处寄生电阻；即通过各管脚处寄生电阻计算得到dc/dc变换器的限流值。
15.在其中一个实施例中，所述限流值检测电路包括：接入dc/dc变换器的第一基准电压源、外部恒流源和电压表；开启dc/dc变换器的下管，将下管桥接至外部恒流源，以使接地
管脚、下管与外部恒流源形成回路，通过第一基准电压源对该回路施加基准电压，并通过电压表测量该回路实际电压，以得到基准电压与实际电压的电压差值，通过电压差值与外部恒流源计算接地管脚处寄生电阻。
16.在其中一个实施例中，所述限流值检测电路还包括：接入dc/dc变换器的第二基准电压源；开启dc/dc变换器的上管，将上管桥接至外部恒流源，以使电源管脚、上管与外部恒流源形成回路，通过第二基准电压源对该回路施加基准电压，并通过电压表测量该回路实际电压，以得到基准电压与实际电压的电压差值，通过电压差值与外部恒流源计算电源管脚处寄生电阻。
17.在其中一个实施例中，所述限流值检测电路还包括：接入dc/dc变换器的第三基准电压源；开启dc/dc变换器的上管，将上管桥接至外部恒流源，以使开关管脚、上管、电源管脚与外部恒流源形成回路，通过第三基准电压源对该回路施加基准电压，并通过电压表测量该回路实际电压，以得到基准电压与实际电压的电压差值，通过电压差值、外部恒流源与电源管脚处寄生电阻计算开关管脚处寄生电阻。
18.在其中一个实施例中，闭合dc/dc变换器的开关以开启上管，并对开关灌输相应电流，通过电压表测量开关两端电压，以计算上管导通时的总电阻，即通过总电阻、电源管脚处寄生电阻、开关管脚处寄生电阻计算上管导通时的实际电阻；断开dc/dc变换器的开关，通过电压表测量开关管脚处总电压，即通过总电压与实际电阻计算上管限流值。
19.在其中一个实施例中，闭合dc/dc变换器的开关以开启下管，并对开关灌输相应电流，通过电压表测量开关两端电压，以计算下管导通时的总电阻，即通过总电阻、接地管脚处寄生电阻、开关管脚处寄生电阻计算下管导通时的实际电阻；断开dc/dc变换器的开关，通过电压表测量开关管脚处总电压，即通过总电压与实际电阻计算下管限流值。
20.本发明的有益效果是，本发明通过测量dc/dc变换器的各管脚处寄生电阻后，再根据各管脚处寄生电阻计算得到dc/dc变换器的限流值，能够精确测量出各寄生电阻的大小，从而为计算限流值和校准限流值提供数据基础，克服由于不精确的限流保护将导致dc/dc变换器发生过流损坏甚至起火等危险情况的发生。
21.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
22.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明的dc/dc变换器用限流值检测方法的方法概念图；
25.图2是本发明的测量dc/dc变换器的接地管脚处寄生电阻的测量步骤图；
26.图3是本发明的测量dc/dc变换器的电源管脚处寄生电阻的测量步骤图；
27.图4是本发明的测量dc/dc变换器的开关管脚处寄生电阻的测量步骤图；
28.图5是本发明的测量相应寄生电阻的计算图示。
29.图中：
30.接地管脚gnd_pin、接地管脚处寄生电阻r
gnd
、电源管脚vin_pin、电源管脚处寄生电阻r
vin
、开关管脚sw_pin、开关管脚处寄生电阻r
sw
、第一基准电压源v
ref1
、第二基准电压源v
ref2
、第三基准电压源v
ref3
、上管mh、下管ml、外部恒流源1、电压表2。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本实施例中，如图1至图5所示，本实施例提供了一种dc/dc变换器用限流值检测方法，其包括：测量dc/dc变换器的各管脚处寄生电阻；通过各管脚处寄生电阻计算得到dc/dc变换器的限流值。
33.具体的，至少测量dc/dc变换器中接地管脚处寄生电阻r
gnd
、电源管脚处寄生电阻r
vin
及开关管脚处寄生电阻r
sw
；通过电源管脚处寄生电阻r
vin
、开关管脚处寄生电阻r
sw
计算得到dc/dc变换器的上管限流值；以及通过接地管脚处寄生电阻r
gnd
、开关管脚处寄生电阻r
sw
计算得到dc/dc变换器的下管限流值。
34.在本实施例中，各管脚处寄生电阻以虚线表示，寄生电阻包含封装寄生电阻(铜柱、焊盘、框架等部分)、芯片内走线寄生电阻(金属走线、通孔)等。
35.在本实施例中，本实施例通过测量dc/dc变换器的各管脚处寄生电阻后，再根据各管脚处寄生电阻计算得到dc/dc变换器的限流值，能够精确测量出各寄生电阻的大小，从而为计算限流值和校准限流值提供数据基础，克服由于不精确的限流保护将导致dc/dc变换器发生过流损坏甚至起火等危险情况的发生。
36.在本实施例中，所述测量dc/dc变换器的各管脚处寄生电阻的方法包括：测量dc/dc变换器的接地管脚处寄生电阻r
gnd
。
37.在本实施例中，所述测量dc/dc变换器的接地管脚处寄生电阻r
gnd
的方法包括：开启dc/dc变换器的下管ml，将下管ml桥接至外部恒流源1，以使接地管脚gnd_pin、下管ml与外部恒流源1形成回路；通过第一基准电压源vref1对该回路施加基准电压，并通过电压表2测量该回路实际电压，以得到基准电压与实际电压的电压差值；通过电压差值与外部恒流源1计算接地管脚处寄生电阻r
gnd
。
38.在本实施例中，开启下管ml，开启第一基准电压源vref1并将信号桥接至外部，施加外部恒流源1，测量电压差从而计算接地管脚处寄生电阻r
gnd
。
39.在本实施例中，通过设置与接地管脚gnd_pin相连的内部参考电路，能够测量接地管脚处寄生电阻r
gnd
，从而精确限流值。
40.在本实施例中，所述测量dc/dc变换器的各管脚处寄生电阻的方法还包括：测量dc/dc变换器的电源管脚处寄生电阻r
vin
。
41.在本实施例中，所述测量dc/dc变换器的电源管脚处寄生电阻r
vin
的方法包括：开启dc/dc变换器的上管mh，将上管mh桥接至外部恒流源1，以使电源管脚vin_pin、上管mh与
外部恒流源1形成回路；通过第二基准电压源vref2对该回路施加基准电压，并通过电压表2测量该回路实际电压，以得到基准电压与实际电压的电压差值；通过电压差值与外部恒流源1计算电源管脚处寄生电阻r
vin
。
42.在本实施例中，通过设置与电源管脚vin_pin相连的内部参考电路，能够测量电源管脚处寄生电阻r
vin
，从而精确限流值。
43.在本实施例中，开启上管mh，开启第二基准电压源vref2并将信号桥接至外部，施加外部恒流源1，测量电压差从而计算电源管脚处寄生电阻r
vin
。
44.在本实施例中，所述测量dc/dc变换器的各管脚处寄生电阻的方法还包括：测量dc/dc变换器的开关管脚处寄生电阻r
sw
。
45.在本实施例中，所述测量dc/dc变换器的开关管脚处寄生电阻r
sw
的方法包括：开启dc/dc变换器的上管mh，将上管mh桥接至外部恒流源1，以使开关管脚sw_pin、上管mh、电源管脚vin_pin与外部恒流源1形成回路；通过第三基准电压源vref3对该回路施加基准电压，并通过电压表2测量该回路实际电压，以得到基准电压与实际电压的电压差值；通过电压差值、外部恒流源1与电源管脚处寄生电阻r
vin
计算开关管脚处寄生电阻r
sw
。
46.在本实施例中，通过设置与开关管脚sw_pin相连的内部参考电路，能够测量开关管脚处寄生电阻r
sw
，从而精确限流值。
47.在本实施例中，开启上管mh，开启第三基准电压源vref3并将信号桥接至外部，施加外部恒流源1，测量电压差从而计算开关管脚处寄生电阻r
sw
。
48.在本实施例中，相应寄生电阻通过欧姆定律测量。
49.在本实施例中，接地管脚处寄生电阻r
gnd
、电源管脚处寄生电阻r
vin
、开关管脚处寄生电阻r
sw
为一个dc/dc变换器至少应包含的三个管脚，只有至少获取了这三个管脚的寄生电阻后才能得到一个dc/dc变换器的所有寄生电阻，本实施例不限于将该方法应用于更多的管脚上，其实施方法基本相同，不具有本质区别。
50.在本实施例中，所述通过各管脚处寄生电阻计算得到dc/dc变换器的限流值的方法包括：通过电源管脚处寄生电阻r
vin
、开关管脚处寄生电阻r
sw
计算dc/dc变换器的上管mh限流值。
51.在本实施例中，所述通过电源管脚处寄生电阻r
vin
、开关管脚处寄生电阻r
sw
计算dc/dc变换器的上管mh限流值的方法包括：闭合dc/dc变换器的开关以开启上管mh，并对开关灌输相应电流，通过电压表2测量开关两端电压，以计算上管mh导通时的总电阻，即通过总电阻、电源管脚处寄生电阻r
vin
、开关管脚处寄生电阻r
sw
计算上管mh导通时的实际电阻；断开dc/dc变换器的开关，通过电压表2测量开关管脚sw_pin处总电压，即通过总电压与实际电阻计算上管mh限流值。
52.在本实施例中，计算不包含电源管脚处寄生电阻r
vin
、开关管脚处寄生电阻r
sw
的导通电阻r
hs
＝r
total_hs-r
vin-r
sw
，并断开dc/dc变换器的开关，通过电压表2测量开关管脚sw_pin处总电压为v
总
，即上管mh限流值为i
上管mh
＝v
总
/r
hs
。
53.在本实施例中，所述通过各管脚处寄生电阻计算得到dc/dc变换器的限流值的方法还包括：通过接地管脚处寄生电阻r
gnd
、开关管脚处寄生电阻r
sw
计算dc/dc变换器的下管ml限流值。
54.在本实施例中，所述通过接地管脚处寄生电阻r
gnd
、开关管脚处寄生电阻r
sw
计算
dc/dc变换器的下管ml限流值的方法包括：闭合dc/dc变换器的开关以开启下管ml，并对开关灌输相应电流，通过电压表2测量开关两端电压，以计算下管ml导通时的总电阻，即通过总电阻、接地管脚处寄生电阻r
gnd
、开关管脚处寄生电阻r
sw
计算下管ml导通时的实际电阻；断开dc/dc变换器的开关，通过电压表2测量开关管脚sw_pin处总电压，即通过总电压与实际电阻计算下管ml限流值。
55.在本实施例中，计算不包含接地管脚处寄生电阻r
gnd
、开关管脚处寄生电阻r
sw
的导通电阻r
ls
＝r
total_ls-r
gnd-r
sw
，并断开dc/dc变换器的开关，通过电压表2测量开关管脚sw_pin处总电压为v
总
，即上管mh限流值为i
下管ml
＝v
总
/r
ls
。
56.本实施例还提供一种dc/dc变换器用限流值检测装置，其包括：接入dc/dc变换器的限流值检测电路；其中所述限流值检测电路适于测量dc/dc变换器的各管脚处寄生电阻；即通过各管脚处寄生电阻计算得到dc/dc变换器的限流值。
57.在本实施例中，所述限流值检测电路包括：接入dc/dc变换器的第一基准电压源vref1、外部恒流源1和电压表2；开启dc/dc变换器的下管ml，将下管ml桥接至外部恒流源1，以使接地管脚gnd_pin、下管ml与外部恒流源1形成回路，通过第一基准电压源vref1对该回路施加基准电压，并通过电压表2测量该回路实际电压，以得到基准电压与实际电压的电压差值，通过电压差值与外部恒流源1计算接地管脚处寄生电阻r
gnd
。
58.在本实施例中，所述限流值检测电路还包括：接入dc/dc变换器的第二基准电压源vref2；开启dc/dc变换器的上管mh，将上管mh桥接至外部恒流源1，以使电源管脚vin_pin、上管mh与外部恒流源1形成回路，通过第二基准电压源vref2对该回路施加基准电压，并通过电压表2测量该回路实际电压，以得到基准电压与实际电压的电压差值，通过电压差值与外部恒流源1计算电源管脚处寄生电阻r
vin
。
59.在本实施例中，所述限流值检测电路还包括：接入dc/dc变换器的第三基准电压源vref3；开启dc/dc变换器的上管mh，将上管mh桥接至外部恒流源1，以使开关管脚sw_pin、上管mh、电源管脚vin_pin与外部恒流源1形成回路，通过第三基准电压源vref3对该回路施加基准电压，并通过电压表2测量该回路实际电压，以得到基准电压与实际电压的电压差值，通过电压差值、外部恒流源1与电源管脚处寄生电阻r
vin
计算开关管脚处寄生电阻r
sw
。
60.在本实施例中，闭合dc/dc变换器的开关以开启上管mh，并对开关灌输相应电流，通过电压表2测量开关两端电压，以计算上管mh导通时的总电阻，即通过总电阻、电源管脚处寄生电阻r
vin
、开关管脚处寄生电阻r
sw
计算上管mh导通时的实际电阻；断开dc/dc变换器的开关，通过电压表2测量开关管脚sw_pin处总电压，即通过总电压与实际电阻计算上管mh限流值。
61.在本实施例中，闭合dc/dc变换器的开关以开启下管ml，并对开关灌输相应电流，通过电压表2测量开关两端电压，以计算下管ml导通时的总电阻，即通过总电阻、接地管脚处寄生电阻r
gnd
、开关管脚处寄生电阻r
sw
计算下管ml导通时的实际电阻；断开dc/dc变换器的开关，通过电压表2测量开关管脚sw_pin处总电压，即通过总电压与实际电阻计算下管ml限流值。
62.综上所述，本发明通过测量dc/dc变换器的各管脚处寄生电阻后，再根据各管脚处寄生电阻计算得到dc/dc变换器的限流值，能够精确测量出各寄生电阻的大小，从而为计算限流值和校准限流值提供数据基础，克服由于不精确的限流保护将导致dc/dc变换器发生
过流损坏甚至起火等危险情况的发生。
63.本技术中选用的各个器件(未说明具体结构的部件)均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。并且，本技术所涉及的软件程序均为现有技术，本技术不涉及对软件程序作出任何改进。
64.在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
65.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
66.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。