负载电流检测电路、降压转换器以及负载电流检测方法与流程

1.本发明涉及电路控制领域，尤其涉及一种负载电流检测电路、降压转换器以及负载电流检测方法。


背景技术：

2.目前大部分需要多相模式的降压转换器，一般都是给cpu，mcu的core供电，电流大电压小，所以一般开关功率管的占空比都比较小，不管是电压模控制、电流模控制或cot之类的控制方法，如果在上管导通时检测电流，检测时间可能会不够，且检测的电流是带有纹波的电感电流，无法直接检测出负载电流的大小。


技术实现要素：

3.本发明提供一种负载电流检测方法以及负载电流检测电路，以解决在上管导通时检测电流导致的检测时间不够以及无法直接检测出负载电流的大小的问题。
4.根据本发明的第一方面，提供了一种负载电流检测电路，用于对开关电源降压转换器电路进行负载电流检测，其中所述开关电源降压转换器电路包括开关功率管；所述开关功率管包括上管以及下管；包括：电流检测模块、电流采样模块、信号输入模块、采样时间生成模块、驱动模块；
5.所述信号输入模块的输出端连接所述采样时间生成模块的输入端，所述采样时间生成模块的输出端连接所述电流采样模块的输入端，所述信号输入模块的输出端还连接所述驱动模块的输入端，所述驱动模块的输出端连接所述下管的栅极，所述下管的漏极以及源极分别连接所述电流检测模块的第一输入端与第二输入端，所述电流检测模块的输出端连接所述电流采样模块的输入端；
6.所述采样时间生成模块，用于确定负载电流采样时间点；
7.所述驱动模块，用于控制所述开关功率管的下管的通断；
8.所述电流检测模块，用于在所述下管导通的过程检测在预设周期内所述开关功率管的下管上的电感电流信息；所述电感电流信息以三角波形呈现；
9.所述电流采样模块，用于在所述负载电流采样时间点对检测到的所述电感电流信息进行采样，以得到所需的负载电流信息；其中，所述负载电流采样时间点表征为所述三角波形的下降沿的中点。
10.可选的，所述采样时间生成模块包括：第一与门、第二与门、第一开关、第二开关、第三开关、第一电流源、第二电流源、第三电流源、第一电容、第二电容、比较器、第一或非门、第二或非门、或门；所述第一或非门作为信号输出端用于输出一输出信号；
11.所述第一电流源的输入端接电源电压，所述第一电流源的输出端连接所述第一开关的第一端，所述第一开关的第二端连接所述第二开关的第一端，所述第一开关的控制端连接所述第一与门的输出端，所述第一与门的第一输入端连接反相后的第一逻辑信号，所述第一与门的第二输入端连接反相后的输出信号，所述第二开关的第二端连接所述第二电
流源的输入端，所述第二电流源的输出端接地，所述第二开关的控制端连接所述第二与门的输出端，所述第二与门的第一输入端连接反相后的第一逻辑信号；所述第二与门的第二输入端连接所述输出信号，所述第一开关的第二端还连接所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端接地，所述第一开关的第二端还连接所述比较器的正相端，所述比较器的反相输入端接所述第三电流源的输出端，所述第三电流源的输入端接电源电压，所述第三电流源的输出端还连接所述第二电容的第一端，所述第二电容的第二端接地，所述第三开关的第一端和第二端分别连接所述第二电容的第一端和第二端，所述第三开关的控制端连接所述或门的输出端，所述或门的第二输入端连接所述第一或非门的第一输入端以及所述第二或非门的输出端，所述或门的第一输入端连接第一逻辑信号，且所述或门的第一输入端连接所述第二或非门的第一输入端，所述第二或非门的第二输入端连接输出信号；所述第一或非门的第二输入端连接所述比较器的输出端。
12.可选的，所述电流采样模块包括：第三与门、非门、第四开关、第五开关、第三电容、第四电容；
13.所述第三与门的第一输入端连接反相后的第一逻辑信号，所述第三与门的第二输入端连接所述输出信号，所述第三与门的第二输入端还连接所述非门的输入端，所述第三与门的输出端连接所述第四开关的控制端，所述第四开关的第一端用于接收电感电流信息，所述第四开关的第二端连接所述第三电容的第一端，所述第三电容的第二端接地，所述第四开关的第二端还连接所述第五开关的第一端，所述第五开关的控制端连接所述非门的输出端，所述第五开关的第二端连接所述第四电容的第一端，所述第四电容的第二端接地，所述第五开关的第二端还用于输出负载电流信息。
14.根据本发明的第二方面，提供了一种降压转换器，包括第一方面及其可选的所述的负载电流检测电路。
15.根据本发明的第三方面，提供了一种负载电流检测方法，利用第一方面及其可选的所述的负载电流检测电路，对开关功率管工作在连续导通模式下的开关电源降压转换器电路进行负载电流信息检测；该方法包括以下步骤：
16.s1：确定负载电流采样时间点；
17.s2：检测在所述开关功率管的下管导通期间的电感电流信息；所述电感电流信息表征流过所述电感上的电流信息，所述电感电流信息以三角波形呈现；
18.s3：在所述负载电流采样时间点对所述电感电流信息进行采样，得到的电流信息作为所需的负载电流信息；其中，所述负载电流采样时间点表征为所述三角波形的下降沿的中点。
19.可选的，步骤s1包括：
20.s11：获取采样波形，所述采样波形包括电感电流的三角波形、开关功率管的高边导通信号的采样波形以及低边导通信号的采样波形；
21.s12：获取所述高边导通信号的采样波形为低电平时的中点，确定所述中点为所述负载电流采样时间点。
22.可选的，步骤s12中的所述高边导通信号的采样波形为低电平时的中点的获取包括：
23.s121：获取所述采样时间生成模块中信号输出端的采样波形；其中，所述采样时间
生成模块用于确定负载电流采样时间点；
24.s122：确定所述信号输出端的采样波形的下降沿为所述负载电流采样时间点。
25.可选的，步骤s3包括：
26.s31：将信号输出端的采样波形的下降沿均分为第一下降沿以及第二下降沿；
27.s32：在所述第一下降沿内，将所述负载电流信息采样到所述第三电容上，其中，所述第三电容用于存储负载电流信息的信号。
28.可选的，步骤s32之后还包括：
29.s33：在所述第一下降沿的终端，停止采样所述负载电流信息，以将所述负载电流信息保留在所述第三电容上。
30.可选的，步骤s33之后还包括：
31.s34：在所述第二下降沿内，将所述第三电容上的所述负载电流信息发送至所述第四电容上，其中所述第四电容用于存储负载电流信息的稳定信号。
32.本发明提供的负载电流检测电路、降压转换器以及负载电流检测方法，通过检测开关功率管的下管上的电流，延长检测时间，提高检测的精确度，进一步的可得到电感电流；此外，检测开关功率管的下管上的电流，无需在原有的负载电流检测电路上插入额外的器件。
33.且在优选的实施方式中，由于检测到的电流是带有纹波的电感电流，本发明可实现将带有纹波的电感电流转换成可以表示负载电流的大小。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1是本发明一实施例中负载电流检测电路的结构示意图；
36.图2是本发明一实施例中负载电流检测电路中的采样时间生成模块的结构示意图；
37.图3是本发明一实施例中负载电流检测电路中的电流采样模块的结构示意图；
38.图4是本发明一实施例中负载电流检测方法的流程图一；
39.图5是本发明一实施例中负载电流检测方法的流程图二；
40.图6是本发明一实施例中负载电流检测方法的流程图三；
41.图7是本发明一实施例中负载电流检测方法的流程图四；
42.图8是本发明一实施例中采样波形示意图一；
43.图9是本发明一实施例中采样波形示意图二；
44.附图标记说明：
45.101-上管；
46.102-下管；
47.2-电流检测模块；
48.3-电流采样模块；
49.301-第三与门；
50.302-非门；
51.303-第四开关；
52.304-第五开关；
53.305-第三电容；
54.306-第四电容；
55.4-信号输入模块；
56.5-采样时间生成模块；
57.501-第一与门；
58.502-第二与门；
59.503-第一开关；
60.504-第二开关；
61.505-第三开关；
62.506-第一电流源；
63.507-第二电流源；
64.508-第三电流源；
65.509-第一电容；
66.510-第二电容；
67.511-比较器；
68.512-第一或非门；
69.513-第二或非门；
70.514-或门；
71.6-驱动模块。
具体实施方式
72.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
73.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
74.下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
75.请参考图1，本发明提供了一种负载电流检测电路，用于对开关电源降压转换器电
路进行负载电流检测，其中所述开关电源降压转换器电路包括开关功率管；所述开关功率管包括上管101以及下管102；包括：电流检测模块2、电流采样模块3、信号输入模块4、采样时间生成模块5、驱动模块6；
76.所述信号输入模块4的输出端连接所述采样时间生成模块5的输入端，所述采样时间生成模块5的输出端连接所述电流采样模块3的输入端，所述信号输入模块4的输出端还连接所述驱动模块6的输入端，所述驱动模块6的输出端连接所述下管102的栅极，所述下管102的漏极以及源极分别连接所述电流检测模块2的第一输入端与第二输入端，所述电流检测模块2的输出端连接所述电流采样模块3的输入端；
77.所述采样时间生成模块5，用于确定负载电流采样时间点；
78.所述驱动模块6，用于控制所述开关功率管的下管的通断；
79.所述电流检测模块2，用于在所述下管导通的过程检测在预设周期内所述开关功率管的下管上的电感电流信息；所述电感电流信息以三角波形呈现；
80.所述电流采样模块3，用于在所述负载电流采样时间点对检测到的所述电感电流信息进行采样，以得到所需的负载电流信息；其中，所述负载电流采样时间点表征为所述三角波形的下降沿的中点。
81.关于采样时间生成模块5，请参考图2，所述采样时间生成模块5包括：第一与门501、第二与门502、第一开关503、第二开关504、第三开关505、第一电流源506、第二电流源507、第三电流源508、第一电容509、第二电容510、比较器511、第一或非门512、第二或非门513、或门514；所述第一或非门512作为信号输出端用于输出一输出信号；
82.所述第一电流源506的输入端接电源电压，所述第一电流源506的输出端连接所述第一开关503的第一端，所述第一开关503的第二端连接所述第二开关504的第一端，所述第一开关503的控制端连接所述第一与门501的输出端，所述第一与门501的第一输入端连接反相后的第一逻辑信号，所述第一与门501的第二输入端连接反相后的输出信号，所述第二开关504的第二端连接所述第二电流源507的输入端，所述第二电流源507的输出端接地，所述第二开关504的控制端连接所述第二与门502的输出端，所述第二与门502的第一输入端连接反相后的第一逻辑信号；所述第二与门502的第二输入端连接所述输出信号，所述第一开关503的第二端还连接所述第一电容509的第一端，所述第一电容509的第二端接地，所述第一开关503的第二端还连接所述比较器511的正相端，所述比较器511的反相输入端接所述第三电流源508的输出端，所述第三电流源508的输入端接电源电压，所述第三电流源508的输出端还连接所述第二电容510的第一端，所述第二电容510的第二端接地，所述第三开关505的第一端和第二端分别连接所述第二电容510的第一端和第二端，所述第三开关505的控制端连接所述或门514的输出端，所述或门514的第二输入端连接所述第一或非门512的第一输入端以及所述第二或非门513的输出端，所述或门514的第一输入端连接第一逻辑信号，且所述或门514的第一输入端连接所述第二或非门513的第一输入端，所述第二或非门513的第二输入端连接输出信号；所述第一或非门512的第二输入端连接所述比较器511的输出端。
83.具体的实施例中，请参考图2以及图9，图9为所述采样时间生成模块的在采样过程中波形，所述采样时间生成模块中有个负反馈控制，输入信号in是所述降压转换器的上管导通控制信号；当输入信号in为高时，ramp被拉低，输出信号out变高，pd和pu信号都为低，
comp电压保持；当输入信号变低时，ramp开始被充电，如果在输入信号为低的这段时间内，ramp信号不能比comp信号高则out信号输出一直为高，这样pd信号一直高，pu信号一直为低，comp信号开始变低。当所述采样时间生成模块中的环路需要平衡的时候，pu信号和pd信号为高的时间需要相同，即rst在输入信号为低的中间点变高，输出信号out变低；这样输出信号out的下降沿就是需要的中点信息。
84.其中，以上方案中信号为高时，即波形为上升沿，信号为低时，即波形为下降沿。
85.关于电流采样模块3，请参考图3，所述电流采样模块包括：第三与门301、非门302、第四开关303、第五开关304、第三电容305、第四电容306；
86.所述第三与门301的第一输入端连接反相后的第一逻辑信号，所述第三与门301的第二输入端连接所述输出信号，所述第三与门301的第二输入端还连接所述非门302的输入端，所述第三与门301的输出端连接所述第四开关303的控制端，所述第四开关303的第一端用于接收电感电流信息，所述第四开关303的第二端连接所述第三电容305的第一端，所述第三电容305的第二端接地，所述第四开关303的第二端还连接所述第五开关304的第一端，所述第五开关304的控制端连接所述非门302的输出端，所述第五开关304的第二端连接所述第四电容306的第一端，所述第四电容306的第二端接地，所述第五开关304的第二端还用于输出负载电流信息。
87.本发明还提供了一种降压转换器，包括以上所述的负载电流检测电路。
88.请参考图4，本发明提供了一种负载电流检测方法，利用以上所述的负载电流检测电路，对开关功率管工作在连续导通模式下的开关电源降压转换器电路进行负载电流信息检测；该方法包括以下步骤：
89.s1：确定负载电流采样时间点；
90.s2：检测在所述开关功率管的下管导通期间的电感电流信息；
91.其中，所述电感电流信息表征流过所述电感上的电流信息，所述电感电流信息以三角波形呈现；
92.s3：在所述负载电流采样时间点对所述电感电流信息进行采样，得到的电流信息作为所需的负载电流信息；
93.其中，所述负载电流采样时间点表征为所述三角波形的下降沿的中点。
94.以上方案中，大部分需要多相模式的降压转换器都是给cpu或mcu的core供电，由于降压转换器的电流大、电压小，所以一般开关的占空比都比较小，进而不管是电压模控制、电流模控制或cot的控制方法，如果在上管导通时检测电流，检测时间可能会不够，本发明通过检测开关功率管的下管上的电流，延长检测时间，提高检测的精确度，进一步的可得到电感电流；此外，检测开关功率管的下管上的电流，无需在原有的负载电流检测电路上插入额外的器件。
95.请参考图5，步骤s1包括：
96.s11：获取采样波形，所述采样波形包括电感电流的三角波形、开关功率管的高边导通信号的采样波形以及低边导通信号的采样波形；
97.s12：获取所述高边导通信号的采样波形为低电平时的中点，确定所述中点为所述负载电流采样时间点。
98.请参考图8，图8为采样波形图，降压转换器中由于电感始终和输出相连，即电感电
流的平均值就是输出电流，由于电感电流是个三角波，只要能在采样三角波下降斜率的中点，就可以用这个信息来表示输出电流；由于电感在所述负载检测电路之外，不能直接探测到，所以通过检测下管的电流来代表电感的电流，即三角波下降斜率的中点是高边导通信号为低时的中点。
99.其中，高边导通信号表征为开关功率管的下管的导通信号，低边导通信号为开关功率管的上管的导通信号。
100.请参考图6，步骤s12中的所述高边导通信号的采样波形为低电平时的中点的获取包括：
101.s121：获取所述采样时间生成模块中信号输出端的采样波形；
102.其中，所述采样时间生成模块用于确定负载电流采样时间点；
103.s122：确定所述信号输出端的采样波形的下降沿为所述负载电流采样时间点。
104.请参考图7，步骤s3包括：
105.s31：将信号输出端的采样波形的下降沿均分为第一下降沿以及第二下降沿；
106.s32：在所述第一下降沿内，将所述负载电流信息采样到所述第三电容上，其中，所述第三电容用于存储负载电流信息的信号。
107.一种实施例中，请继续参考图7，步骤s32之后还包括：
108.s33：在所述第一下降沿的终端，停止采样所述负载电流信息，以将所述负载电流信息保留在所述第三电容上。
109.其他的实施例中，请继续参考图7，步骤s33之后还包括：
110.s34：在所述第二下降沿内，将所述第三电容上的所述负载电流信息发送至所述第四电容上；
111.其中，所述第四电容用于存储负载电流信息的稳定信号。
112.以上方案中负载电流检测方法的准确性只在降压转换器工作在连续导通模式ccm下才能保证；若在非连续导通模式dcm下，下管会在电感电流为零时关断，此时检测到的电感电流就不能完全代表负载电流。
113.具体的实施例中，以上在降压转换器对于已经进入非连续导通模式dcm时的检测精度没有要求，只需要在下次负载电流增加时能够让降压转换器从pfm工作模式切换到pwm工作模式。
114.且当这个切换需要发生的时候，降压转换器已经工作在连续导通模式ccm；此外，即使是工作在非连续导通模式dcm下，能够让检测到的电流值高于预设的切换阈值的时候，也就说明需要切换到pwm模式了。
115.其他的实施例中，多相降压转换器中每相检测到的电流可以通过模拟的方式汇总，也可以通过adc先转换成数字信号进行相加，当某个通道被切相关断就把这个通道检测的电流信息设置为零，当某个通道再被增相加入进来，再把这个通道检测的电流信息加入进来。
116.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。