CN101635509B - 功率-电流感应电路、电流感应电路及功率控制器 - Google Patents
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Abstract
电源转换器有一个功率晶体管，其驱动电流经过电感器以提供一个受控的供电电压。当吸入电流晶体管降低经过电感器的供电电流时，功率晶体管在第一状态期间开启，但在第二状态期间关闭。供电电压的电压感应和功率晶体管上的电流感应提供反馈以控制第一状态被激活的时间量，从而控制供电电流。电流感应是由一个平行于功率晶体管的较小电流镜晶体管提供。电流镜晶体管在功率晶体管开启之后才开启，以降低干扰脉冲。开关连接功率晶体管和电流镜晶体管的源极到一个驱动传感晶体管的放大器。传感晶体管从电流镜晶体管源极产生一个感应电压。在第二状态期间，放大器输入被均衡以提供快速反应。
Description
技术领域
本发明涉及单片电流感应器，特别涉及感应和控制流经功率晶体管的电流。
背景技术
许多便携式设备和电子系统都需要一个稳定电源。装置可能对电源电压变化比较敏感，所以提供一个稳定的电源电压显得非常重要。但是，当内部晶体管被打开和关闭时，装置从电源汲取的电流量可能是变化的。这种电流变化使得提供一个恒定的电源电压变得非常困难。当装置突然吸收大量电流时，电源电压可能下降到危险的低水平，从而可能导致存储失调或逻辑错误。
在大型系统里的一个单片电源转换器(power converter)芯片或模块可能有一个较大的功率晶体管，其可被用来驱动电流经过电感器(inductor)。电感器使功率晶体管提供的强电流变化变得平稳，并且额外的滤波电容器存储电荷以协助平稳电源电压。但是，功率晶体管需要被打开和关闭以恢复滤波电容器上的电荷，从而保持期望的电源电压。
电源电压可以被感应到，并与目标电压进行比较。但是，测量经过功率晶体管或电感器的电流可以提供更迅速的反馈，并且更好地控制电源电流。有多个反馈源，如电源电压和供电电流可以提供异常快速的反应时间，如微秒反应速度而不是毫秒反应速度。
期望能有一个功率-电流感应器和控制电路。期望有一个功率控制电路能够迅速地感应供电电流，并调整功率晶体管以保持一个稳定电源。发明内容本发明针对现有技术的不足而提出以下技术方案：一个功率-电流感应电路，包括：一个输入，其有一个输入电压；一个功率晶体管，其有一个栅极接收第一时钟，用于当第一时钟在第一状态期间被激活时，从所述输入将电源电流传导到一个功率节点，并在第二状态期间将所述功率节点与所述输入隔离；一个电流镜晶体管，其有一个栅极接收第三时钟，用于当第三时钟在第一状态期间被激活时，从所述输入将电源电流传导到镜像节点，并在第二状态期间将所述输入和所述镜像节点隔离；第一开关，在第一状态期间连接所述功率节点到第一比较节点，并在第二状态期间将所述功率节点和第一比较节点隔离；第二开关，在第一状态期间连接所述镜像节点到第二比较节点，并在第二状态期间将所述镜像节点和第二比较节点隔离；一个放大器，比较第一比较节点和第二比较节点的电压而产生一个比较输出；一个传感晶体管，有一个栅极接收所述比较输出，用来从所述镜像节点传导感应电流到一个感应节点；和一个双稳态元件，通过一个周期时钟被触发到第一状态，并通过所述感应节点被触发到第二状态；由此第二开关与第一开关建立的偏移相匹配；和一个时钟产生器，其对应双稳态元件，用来产生第一时钟和第三时钟，其中第三时钟相对第一时钟有延迟，其中电流镜晶体管相对功率晶体管开启之后有一个延迟才开启；由此，电流镜晶体管被延迟以降低对电源电流的干扰。一个电流感应电路，包括：一个输入；一个功率晶体管，有一个由第一时钟驱动的栅极和一个在输入和功率节点之间的通道；一个电流镜晶体管，有一个由被延迟的第一时钟驱动的栅极和一个在输入和镜像节点之间的通道；第一开关晶体管，有一个由第一时钟驱动的栅极和一个在功率节点和第一比较节点之间的通道；第二开关晶体管，有一个由被延迟的第一时钟驱动的栅极和一个在镜像节点和第二比较节点之间的通道；第三开关晶体管，有一个由第二时钟驱动的栅极和一个在共模节点和第一比较节点之间的通道；第四开关晶体管，有一个由第二时钟驱动的栅极和一个在共模节点和第二比较节点之间的通道；一个吸入电流晶体管，有一个由第四时钟驱动的栅极和一个在功率节点和吸入节点之间的通道；一个时钟产生器，其在第一状态期间驱动第一时钟为激活，而第二和第四时钟为非激活，并在第二状态期间驱动第一时钟为非激活，而第二和第四时钟为激活；其中功率晶体管在第一状态期间传导一个供电电流，并在第二状态期间关闭；其中吸入电流晶体管在第二状态期间传导一个吸入电流，并在第一状态期间关闭；一个放大器，其接收第一比较节点和第二比较节点，并驱动一个比较输出；一个传感晶体管，有一个接收比较输出的栅极，以及一个在镜像节点和感应节点之间的通道，用于从镜像节点传导感应电流到感应节点；一个感应电阻器，在感应节点和吸入节点之间；其中感应节点产生一个触发电平到时钟产生器，其导致时钟产生器从第一状态转换到第二状态；由此经过电流镜晶体管的电流被感应而从第一状态转换到第二状态，以控制供电电流。一个功率控制器，包括：一个具有输入电压的输入；功率晶体管装置，有一个接收第一时钟的栅极，用于当第一时钟在第一状态期间被激活时从所述输入传导供电电流到功率节点，并在第二状态期间隔离所述输入和功率节点；电流镜晶体管装置，有一个接收第三时钟的栅极，用于当第三时钟在第一状态期间被激活时从所述输入传导电流到镜像节点，并在第二状态期间隔离所述输入和镜像节点；第一开关装置，用于在第一状态期间连接功率节点到第一比较节点，并在第二状态期间隔离功率节点和第一比较节点；第二开关装置，用于在第一状态期间连接镜像节点到第二比较节点，并在第二状态期间隔离镜像节点和第二比较节点；第一均衡开关装置，接收第二时钟，用于在第二状态期间连接第一比较节点到共模电压，并在第一状态期间隔离第一比较节点和共模电压；第二均衡开关装置，接收第二时钟，用于在第二状态期间连接第二比较节点到共模电压，并在第一状态期间隔离第二比较节点和共模电压；放大器装置，用于比较第一比较节点和第二比较节点的电压以产生一个比较输出；传感晶体管装置，有一个接收比较输出的栅极，用于从镜像节点传导感应电流到感应节点；双稳态装置，由一个周期时钟被触发到第一状态，并由感应节点被触发到第二状态；时钟产生器装置，对应双稳态装置，用于激活第一时钟和第三时钟，并用于激活第二时钟和第四时钟；其中第三时钟相对第一时钟有延迟，其中电流镜晶体管装置相对功率晶体管装置开启之后延迟开启；功率吸入电流晶体管装置，有一个接收第四时钟的栅极，用于当第四时钟在第二状态期间被激活时从功率节点传导电流；其中时钟产生器装置在第二状态期间激活第四时钟。
附图说明
图1是一个功率控制电路的模块图；
图2显示在状态S1期间电流感应和控制电路的运作；
图3显示在状态S2期间电流感应和控制电路的运作；
图4是图1-3电流感应和控制电路运作的时序图；
图5A、B显示一个放大器的实施例；
图6是电流感应和控制电路的详细结构图；
图7是使用采样-保持电容器用于均衡电压的另一个实施例；
图8是使用n-通道传感晶体管的另一个实施例；
图9是使用一个偏移到放大器的另一个实施例。
具体实施方式
本发明涉及功率转换器的改善。以下描述使本领域技术人员能够制作和使用特别实施及其要求的上下文里提供的本发明。优选实施例的各种修改对本领域技术人员而言将是显而易见的，在此定义的普通原理可以应用到其它实施例。所以，本发明不是意在受限于所示和所述的特别实施例，而是与在此披露的原理和新颖特征一致的最广范围。
图1是一个功率控制电路的模块图。输入电压VIN可以是一个未被调节的或一个已经调节的电压，其可以提供一个强电流，如100mA、600mA或其它值。一些便携式装置可能需要一个更低的电流，如1mA，但仍然可以使用此功率控制电路。
输入电压VIN被施加到p-通道功率晶体管130，其在φ1激活时(φ1’为低)开启并传导一个供电电流。功率晶体管130在状态S1期间开启，并且供电电流经过电感器80，然后由功率电容器74和电阻器76滤波。可以替换不同的滤波网络。在电感器80的右侧获得一个被调节的电源电压VDD。
调节的电源电压VDD被电阻器78、82分配，而产生一个电压到电压感应放大器72的反相输入，电压感应放大器72在其正相输入上也接收一个基准电压VREF。电压感应放大器72可以是一个运算放大器(opamp)或其它类型的放大器或运算半导体放大器(OTA)，其产生一个误差电压，误差电压是输入电压差乘以一个增益。电容器68平滑或时间平均电压感应放大器72的放大输出，其输出被施加到脉宽调制(PWM)比较器66的反相输入。
PWM比较器66的正相输入接收一个补偿斜坡信号RAMP_COMP，其是通过感应供电电流而产生的。设置-重置SR锁存器64是由时钟CLK周期性地设置，并由PWM比较器64的输出进行重置。
时钟产生器50产生四个时钟信号φ1、φ2、φ3、φ4，它们确定两个状态S1、S2。在状态S1期间，φ1激活，功率晶体管130开启，驱动电流经过电感器80至VDD。在状态S2期间，φ1未激活，功率晶体管130关闭，但φ4激活，n-通道吸入电流晶体管(sink transistor)79被开启，功率晶体管130和电感器80之间节点上的电压VY被放电。电压VY和经过电感器80的电流可以通过轮流开启和关闭晶体管130、70而迅速地进行调整。
在状态S1、S2上花费的时间比率可以通过控制SR锁存器64的输入而进行调整。当VDD很低时，如VDD×R82/(R78+R82)低于VREF，电压感应放大器72驱动一个较高电压到PWM比较器66，需要一个较长的时间给RAMP_COMP信号以升到足够高，而触发PWM比较器66来驱动一个高信号到SR锁存器64的重置输入(reset input)。在重置之前的较长时间使得SR锁存器64保持较长时间地设置，其保持状态S1和φ1激活的时间更长。状态S1的较长时间允许功率晶体管130保持较长时间，提高VY并最终提高VDD。
除了经过电压感应放大器72和PWM比较器66的VDD的电压感应，电流感应可以调整RAMP_COMP，也可以调整VY。
一个电流感应电路通过p-通道电流镜晶体管(mirror transistor)132被连接到输入电压VIN，p-通道电流镜晶体管132小于功率晶体管130，但能镜像经过功率晶体管130的电流。例如，p-通道电流镜晶体管132和功率晶体管130可以有匹配的线路图，并且它们的衬底都连接到VIN或另一个电压。经过p-通道电流镜晶体管132的电流是经过功率晶体管130的电流的一部分，其中这一部分是一个主要由晶体管130、132的尺寸比率(W/L)确定的比率。并不是直接测量经过晶体管130的电流，其可能会干扰供电电流，经过p-通道电流镜晶体管132的镜像电流是被电流感应电路感应的。
功率晶体管130在其栅极上接收φ1’，p-通道电流镜晶体管132接收φ3’。时钟产生器50相对φ1’延迟φ3’(参照图4里的时序)，从而功率晶体管130可以在p-通道电流镜晶体管132开启之前开启。p-通道电流镜晶体管132的这个延迟开启可以避免由其它现有技术的电流感应器引起的流经电感器80的电流里的短时脉冲波形干扰或尖波。功率晶体管130能够开启，并在p-通道电流镜晶体管132干扰之前开始对VY充电。节点VY可以在感应干扰发生之前稳定下来。供电电流不受电流感应的干扰。
功率晶体管130的漏极是电压VY，而p-通道电流镜晶体管132的漏极是电压VX。电压VX通过放大器60和晶体管134的负反馈机制近似地镜像VY。当p-通道传感晶体管134被放大器60开启时，一个感应电压VSEN从VX产生。VX的一个分压，经过p-通道传感晶体管134和感应电阻器62到地，这个分压在p-通道传感晶体管134和感应电阻器62之间的节点上产生VSEN。加法器137可以在VSEN上增加一个偏移电压(offset voltage)以产生一个目标电压RAMP_COMP而输入到PWM比较器66。RAMP_COMP可以通过将两个电流加总而产生：一个来自晶体管134的缩放(scaled)电感电流，和一个由时钟产生的斜坡电流，斜坡电流用于斜坡补偿。为了实施这种电流加总，斜坡电流可以被注入到感应电阻器62。所以，加法器137的符号仅是用来描述这个电流加总。
图2显示在状态S1期间电流感应和控制电路的运作。在状态S1期间，时钟产生器50开启φ1，驱动φ1’至低，并开启功率晶体管130。供电电流从VIN经过功率晶体管130到VY，然后以电流IL流经电感器80而对功率电容器74进行充电，并恢复VDD。时钟产生器50保持φ4关闭，从而n-通道吸入电流晶体管70是关闭的。
时钟产生器50保持φ2关闭，从而开关44、46断开。但是，φ3在一个延迟之后开启以允许功率晶体管130首先充电VY，p-通道电流镜晶体管132开启，允许VX随后上升。开关42、48闭合，因为φ3和φ1变成激活的，施加VY到放大器60的正相输入和施加VX到放大器60的反相输入。
由于φ1和φ3之间的开启延迟，VY最初比VX高。放大器60最初驱动至高到p-通道传感晶体管134的栅极，保持隔离并允许p-通道传感晶体管134将VX充电至更高。一旦VX达到VY，放大器60转换并驱动至低到p-通道传感晶体管134的栅极上，将其开启并允许VX通过感应电阻器62进行放电。如果VX充电低于VY，那么放大器60再次转换而关闭p-通道传感晶体管134，并允许VX经过p-通道电流镜晶体管132重新充电。
VSEN最初几乎接地，因为p-通道传感晶体管134最初关闭，而感应电阻器62连接VSEN到地。低VSEN和RAMP_COMP避免PWM比较器60重置SR锁存器64，从而状态S1保持激活。在一个时间周期之后，VX达到VY，p-通道传感晶体管134开启，拉动VSEN上升。当VSEN电压上升时，滤波信号RAMP_COMP也上升，直到其上升到超过电压感应放大器72的滤波输出。接着，PWM比较器66转换其输出至高，施加一个重置到SR锁存器64。SR锁存器64重置，导致时钟产生器50结束状态S1，开始启动状态S2。时钟产生器50首先关闭φ1，断开开关48并关闭功率晶体管130，从而隔离V+和VY引起的干扰。接着，φ3未激活，断开p-通道电流镜晶体管132和开关42。然后，VSEN在状态S2期间被放电。
开关42设计成与开关48匹配，从而在状态S1期间当感应VY时由开关48引起的任何开关阻抗或开关偏移被感应VX时开关42上的一个相似阻抗或偏移抵消。在状态S2期间，开关42、48断开，但开关44、46闭合，连接放大器60的两个输入到相同的共模电压，如VIN。
图3显示在状态S2期间电流感应和控制电路的运作。在状态S2期间，时钟产生器50停用φ1和φ3，关闭功率晶体管130和p-通道电流镜晶体管132。
时钟产生器50首先开启φ2，闭合开关44、46。放大器60的两个输入被连接到VIN，从而均衡任何偏移。放大器60不驱动p-通道传感晶体管134的栅极至高。由于节点VX被隔离，p-通道传感晶体管134将放电VX到接地，直到p-通道传感晶体管134的栅极-到-源极电压跌落到晶体管阈值电压之下，从而p-通道传感晶体管134关闭。接着，感应电阻器62将缓慢放电VSEN到接地。
由于p-通道传感晶体管134关闭，电流感应器在状态S2期间没有D.C.电流。弱电流可以更精确地感应到，并且电流感应器只消耗较少功率。一个较小的偏压可以被引入到放大器60或其输入，以确保p-通道传感晶体管134完全关闭。
在状态S2开始之后一段时间，在φ2已经激活之后，时钟产生器50驱动φ2至高。n-通道吸入电流晶体管70的栅极接收φ4，并开启。流经n-通道吸入电流晶体管70的S2电流会降低流经电感器80的电流IL。
在一个时间周期之后，CLK再次走高，设置SR锁存器64并结束状态S2。时钟产生器50关闭φ4，然后关闭φ2。在下一个状态S1，可以有一个快速回应，因为p-通道传感晶体管134的栅极电压接近VIN而不是接地。放大器60只需要将p-通道传感晶体管134的栅极电压改变一个相当小的数值(从VIN)，而不是一个较大数值(从接地)。
图4是图1-3电流感应和控制电路运行的时序图。随着时钟产生器50驱动φ4至低，开始状态S1。在一个延迟之后，φ1被驱动至高，且φ1’走低到功率晶体管130的栅极。供电电流从功率晶体管130流经电感器80，电流IL上升，只要φ1被激活。
在另一个延迟之后，φ3被激活，开关42、48闭合而连接VX、VY到放大器60。p-通道电流镜晶体管132开启而从VIN驱动VX。当VX下降时，p-通道传感晶体管134开启，VSEN缓慢上升。时钟产生器50驱动φ2至低而从放大器60的输入断开均衡电压VIN。
当供电电流IL上升时，VSEN缓慢上升。最终，VSEN上升到超过PWM比较器66的触发电压，一个重置信号施加到SR锁存器64，结束状态S1并开始状态S2。时钟产生器50关闭φ1，然后关闭φ3，进而关闭晶体管130、132。
在状态S2，当φ2被驱动激活时，均衡开关44、46闭合。当φ4被脉冲至高时，n-通道吸入电流晶体管70开启而降低供电电流IL，直到时钟设置SR锁存器64，状态S2结束。
图5A、5B显示一个放大器的实施例。图1-3、7-9内的放大器60可以以各种方式实现，如图5A的放大器102或图5B的放大器104。
在图5A，电压V+、V-分别被施加到差分晶体管(differentialtransistor)30、31的栅极。n-通道晶体管28在其栅极接收一个偏压BIASN，并从n-通道差分晶体管30、31吸入电流。
差分晶体管30的漏极连接到p-通道源晶体管(source transistor)20的漏极和p-通道级联晶体管(cascade transistor)22的源极。n-通道级联晶体管24的源极连接到n-通道源晶体管26的漏极。p-通道级联晶体管22和n-通道级联晶体管24的漏极连接在一起。
差分晶体管31的漏极连接到p-通道级联晶体管23的源极和p-通道源晶体管21的漏极。n-通道级联晶体管25的源极连接到n-通道源晶体管27的漏极。p-通道级联晶体管23和n-通道级联晶体管25的漏极连接在一起，并驱动放大器102的输出。
n-通道源晶体管26、27的栅极连接在一起，并连接到晶体管22、24的漏极以镜像电流。n-通道级联晶体管24、25的栅极是偏压电压CASCN，而p-通道级联晶体管22、23的栅极是偏压电压CASCP。p-通道源晶体管20、21的栅极是偏压电压BIASP。偏压电压可以以传统方式产生，如使用分压器。放大器102是一个NMOS共源输入折叠级联放大器。
在图5B，晶体管32、34、36、38形成一个PMOS共栅输入放大器，起到图1的放大器60的作用。一个偏压电压VBIAS被施加到n-通道晶体管36、38的栅极，其分别从p-通道共栅晶体管34、32吸入电流。
p-通道共栅晶体管34和p-通道共栅晶体管32的栅极被连接在一起，并被连接到p-通道共栅晶体管32的漏极。电压V+、V-分别被施加到p-通道共栅晶体管34、32的源极。晶体管34、38的漏极是PMOS共栅输入放大器或放大器104的输出。
图6是电流感应和控制电路的详细结构图。当φ1’为低激活时，功率晶体管130连接输入电压VIN到VY，然后到电感器80(图中未显示)。在状态S1期间，φ3’也是低激活，使p-通道电流镜晶体管132能够镜像经过功率晶体管130的电流。在状态S2期间，n-通道吸入电流晶体管70(图中未显示)降低供电电流。
在状态S1期间，p-通道开关晶体管(switch transistor)110连接VY到V+，因为在其栅极上接收φ1’。在一个延迟之后，p-通道开关晶体管114连接VX到V-，因为在其栅极上接收φ3’。p-通道共栅晶体管120和p-通道共栅晶体管122的栅极被连接在一起，并被连接到p-通道共栅晶体管122的漏极。电压V+、V-分别被施加到p-通道共栅晶体管120、122的源极。
晶体管120、122、124、126形成一个PMOS共栅输入放大器，并起到图1的放大器60的作用。一个偏压电压VB是由电流源16、电阻器14和n-通道偏压晶体管(bias transistor)18产生。这个偏压电压VB被施加到n-通道晶体管124、126的栅极，其分别从p-通道共栅晶体管120、122吸入电流。
晶体管120、124的漏极是PMOS共栅输入放大器的输出，并驱动p-通道传感晶体管134的栅极。当p-通道传感晶体管134开启时，电流从VX经过p-通道传感晶体管134和感应电阻器60以产生VSEN。
在状态S2期间，p-通道均衡开关晶体管112、116因φ2而开启，并走低。VCM被施加到PMOS共栅输入放大器，如电压V+、V-，而VX、VY被隔离。
图7是一个使用采样-保持电容器(sample-and-hold capacitor)用于均衡电压的另一个实施例。不同于在状态S2期间施加经过均衡开关44、46的输入电压VIN到放大器60的输入，VY的最终电压在状态S1的结尾时被采样，并在共模电容器138上被保持。在状态S1期间，采样开关52因φ1而闭合以对共模电容器138充电。当φ1落在状态S1的结尾时，采样开关52断开，保持共模电容器138上的电荷。在状态S2期间，φ2激活，连接共模电容器138到放大器60的两个输入，如共模电压VCM。
在此实施例里，放大器60可以少少变化来驱动p-通道传感晶体管134的栅极，因为VCM是从VY采样而不是较高的输入电压VIN。
图8是使用n-通道传感晶体管的另一个实施例。不使用p-通道传感晶体管134，而是替换成n-通道传感晶体管135。到放大器60的+和-输入被颠倒以驱动相反极性到n-通道传感晶体管135的栅极。使用了一个从VX经过开关42和放大器60到n-通道传感晶体管135的负反馈环路。
图9是使用一个偏移量到放大器的另一个实施例。通过采样开关52，VY的最终电压是由图7所述的共模电容器138采样。但是，偏移电压57被串联连接在共模电容器138和均衡开关44之间，使这个偏移电压被施加到放大器60的V-。偏移电压57可以是由晶体管的不匹配引起，如在放大器60或其它元件内部的差分晶体管，或经由电阻器的电压下降或由于其它方式引起的。
偏移电压57能够更加迅速地关闭p-通道传感晶体管134，提高电路的反应和精确性用于下一个循环。
仿真显示可以消除当功率晶体管130开启时出现的尖波(spike)。这中尖波特别会出现在现有技术的小功率-电流电路里，如100mA的供电电流，但尖波仍然会出现在强供电电流，如600mA。图1-4的改进电路消除了在弱(如100mA)和强(如600mA)供电电流上的这种电流尖波。
其它实施例
发明人还有一些其它实施例。例如，可以增加电容器、电阻器和其它滤波元件。开关可以是n-通道晶体管、p-通道晶体管、或具有平行n-通道和p-通道晶体管的传输门。电路可以是反向颠倒的，使用n-通道而不是p-通道晶体管，和使用p-通道而不是n-通道晶体管。晶体管下的阱或陈底可以被连接到一个公共偏压电压，或者每个晶体管可以将其源极和阱连接在一起。可以使用各种组合。
到电压感应放大器72的基准电压VREF可以通过仿真来确定，如1.23伏特。感应电阻器62可以是50K欧姆或其它数值。图4所示的实际时序可以改变，以及产生非重叠时钟的延迟可以被调整或缩减。其它触发器或比较电路可以被替换，如使用时钟和具有D-输入接地而不是SR锁存器64的D型触发器的重置输入。其它类型的双稳态元件也可以被替换。时钟产生器50可以使用标准反相器和缓冲器或逻辑门而产生期望的延迟和时钟。
一些元件可能不会出现在真实的电路里，但在结构上是理想的元件。例如，电阻器76可以代表一个真实装置的负载，其可能有几千个晶体管的复杂配置，而不是单个电阻器接地。诸如加法器137的元件可以被删除或被应用作为其它电路的一部分，如图6所示。
在各个节点上可以增加额外的元件，如电阻器、电容器、电感器、晶体管等，也可以出现寄生元件。激活和停用电路可以利用额外晶体管或其它方法一起完成。可以增加传输门晶体管或传输门用于隔离。
可以增加反相或额外缓冲。在电路仿真或现场测试之后，可以选择晶体管和电容器的最终尺寸。金属掩膜选项或其它可编程元件可以被用来选择最终的电容器、电阻器或晶体管尺寸。
虽然已经描述了运算放大器(op amp)，但可以使用其它类型的放大器，如非放大的比较缓冲器。许多电路类型可以用于放大器，如折叠级联(folded cascode)、源极跟随(source-follower)、差分等。
虽然已经描述了互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管，但也可以替换使用其它晶体管技术和变化，可以使用除硅之外的其它材料，如砷化镓(GaAs)和其它变种。
虽然已经描述了正向电流，但电流可以是负的或正的，如在一些情况下电子和空穴都可以考虑为载流子。当参照相反极性的载流子时，充电和放电是可以互换的术语。电流可以相反方向流动。时钟可以在高状态时被激活，或者在低状态时被激活，可以颠倒反相、缓冲或利用其它信号如逻辑门。
产生的电源VDD可以小于2.0伏特，如1.8伏特、1.5伏特、1.2伏特、或1.0伏特，或者可以是较高值，如2.6-3.7伏特。输入电压VIN可以是1伏特，或者更高，如5伏特或3伏特。偏移电压57可以大约等于晶体管阈值，如大约0.5伏特，并可以随条件不同发生变化，而不是一个固定的电压偏移。
本发明的背景部分可以包含有关本发明问题或环境的背景信息，而不仅仅是描述的现有技术。因此，在背景部分里包括的材料不仅仅是申请者所陈述的。
描述的任何优势和好处可能不适用于本发明的所有实施例。在“装置”之前通常有一个或多个词语。在“装置”之前的词语是一个容易引述权利要素的标记，而不是意在传送一个结构限制。这种装置加功能的权利要求不仅覆盖在此所述的结构用来执行功能及其结构等价物，还有等价结构。例如，尽管钉子和螺丝有不同的结构，但它们是等同的结构，因为它们都执行固定功能。信号通常是电信号，但也可能是光信号，如可以附载在纤维光纤上。
为便于描述和说明，前面已经描述了本发明的实施例。其不是意在排他性的或受制于在此披露的本发明特定格式。按照以上的教义，许多修改和变化是可能的。本发明的范围并不受此详述限制，而是受制于附加的权利要求。
Claims (19)
1.一个功率-电流感应电路，包括：
一个输入，其有一个输入电压；
一个功率晶体管，其有一个栅极接收第一时钟，用于当第一时钟在第一状态期间被激活时，从所述输入将电源电流传导到一个功率节点，并在第二状态期间将所述功率节点与所述输入隔离；
一个电流镜晶体管，其有一个栅极接收第三时钟，用于当第三时钟在第一状态期间被激活时，从所述输入将电源电流传导到镜像节点，并在第二状态期间将所述输入和所述镜像节点隔离；
第一开关，在第一状态期间连接所述功率节点到第一比较节点，并在第二状态期间将所述功率节点和第一比较节点隔离；
第二开关，在第一状态期间连接所述镜像节点到第二比较节点，并在第二状态期间将所述镜像节点和第二比较节点隔离；
一个放大器，比较第一比较节点和第二比较节点的电压而产生一个比较输出；
一个传感晶体管，有一个栅极接收所述比较输出，用来从所述镜像节点传导感应电流到一个感应节点；
一个双稳态元件，通过一个周期时钟被触发到第一状态，并通过所述感应节点被触发到第二状态；
由此第二开关与第一开关建立的偏移相匹配；和
一个时钟产生器，其对应双稳态元件，用来产生第一时钟和第三时钟，其中第三时钟相对第一时钟有延迟，其中电流镜晶体管相对功率晶体管开启之后有一个延迟才开启；
由此，电流镜晶体管被延迟以降低对电源电流的干扰。
2.根据权利要求1所述的功率-电流感应电路，还包括：
第一均衡开关，接收第二时钟，用来在第二状态期间连接第一比较节点到一个共模电压，并用来在第一状态期间隔离第一比较节点和共模电压；
第二均衡开关，接收第二时钟，用来在第二状态期间连接第二比较节点到共模电压，并用来在第一状态期间隔离第二比较节点和共模电压；
其中时钟产生器在第二状态期间激活第二时钟；
由此放大器的两个输入是在第二状态期间利用共模电压驱动的。
3.根据权利要求2所述的功率-电流感应电路，还包括：
一个共模电容器；
第五开关，接收第一时钟，用来在第一状态期间连接功率节点到共模电容器以产生共模电压到第一均衡开关和第二均衡开关；
由此功率节点被采样以产生共模电压。
4.根据权利要求3所述的功率-电流感应电路，还包括：
一个偏移电压，被串联在共模电容器和第二均衡开关之间，使这个偏移电压被施加到放大器的第二比较节点。
5.根据权利要求2所述的功率-电流感应电路，还包括：
一个功率吸入电流晶体管，有一个栅极接收第四时钟，用来当第四时钟在第二状态期间被激活时传导来自功率节点的电流；
其中时钟产生器在第二状态期间激活第四时钟。
6.根据权利要求5所述的功率-电流感应电路，还包括：
一个电感器，其被连接在功率节点和调节节点之间；
一个功率电容器，其被连接到调节节点；
其中调节节点是由功率-电流感应电路调节的。
7.根据权利要求6所述的功率-电流感应电路，还包括：
一个分压器，其被连接到调节节点，其产生一个感应电压的电压；
第二放大器，其比较感应电压的电压和一个基准电压以产生一个电压触发；
一个比较器，其接收电压触发和感应节点以产生一个重置信号到双稳态元件；
由此来自调节节点的感应电压的触发和所述感应电流的触发被合并而触发双稳态元件。
8.根据权利要求2所述的功率-电流感应电路，其中第一开关接收第一时钟；
其中第二开关接收第三时钟。
9.根据权利要求2所述的功率-电流感应电路，还包括：
一个感应电阻器，其被连接在感应节点和一个固定电压之间，用来在感应节点上产生一个电流感应电压。
10.根据权利要求6所述的功率-电流感应电路，其中功率晶体管、电流镜晶体管、第一开关、第二开关、第一均衡开关、和第二均衡开关是p-通道晶体管，功率吸入电流晶体管是一个被连接到地的n-通道晶体管。
11.根据权利要求10所述的功率-电流感应电路，其中传感晶体管是一个p-通道晶体管；
其中第一时钟和第四时钟是非重叠的时钟。
12.一个电流感应电路，包括：
一个输入；
一个功率晶体管，有一个由第一时钟驱动的栅极和一个在输入和功率节点之间的通道；
一个电流镜晶体管，有一个由被延迟的第一时钟驱动的栅极和一个在输入和镜像节点之间的通道；
第一开关晶体管，有一个由第一时钟驱动的栅极和一个在功率节点和第一比较节点之间的通道；
第二开关晶体管，有一个由被延迟的第一时钟驱动的栅极和一个在镜像节点和第二比较节点之间的通道；
第三开关晶体管，有一个由第二时钟驱动的栅极和一个在共模节点和第一比较节点之间的通道；
第四开关晶体管，有一个由第二时钟驱动的栅极和一个在共模节点和第二比较节点之间的通道；
一个吸入电流晶体管，有一个由第四时钟驱动的栅极和一个在功率节点和吸入节点之间的通道；
一个时钟产生器，其在第一状态期间驱动第一时钟为激活，而第二和第四时钟为非激活，并在第二状态期间驱动第一时钟为非激活，而第二和第四时钟为激活；
其中功率晶体管在第一状态期间传导一个供电电流，并在第二状态期间关闭；
其中吸入电流晶体管在第二状态期间传导一个吸入电流，并在第一状态期间关闭；
一个放大器，其接收第一比较节点和第二比较节点，并驱动一个比较输出；
一个传感晶体管，有一个接收比较输出的栅极，以及一个在镜像节点和感应节点之间的通道，用于从镜像节点传导感应电流到感应节点；
一个感应电阻器，在感应节点和吸入节点之间；
其中感应节点产生一个触发电平到时钟产生器，其导致时钟产生器从第一状态转换到第二状态；
由此经过电流镜晶体管的电流被感应而从第一状态转换到第二状态，以控制供电电流。
13.根据权利要求12所述的电流感应电路，还包括：
一个电感器，其被连接在功率节点和调节节点之间，电感器从功率晶体管接收供电电流；
一个电压感应器，其在调节节点上，电压感应器调整时钟产生器的触发电平；
由此，调节节点的感应电压和所述感应电流控制功率晶体管。
14.根据权利要求13所述的电流感应电路，还包括：
在时钟产生器上的一个双稳态元件，通过一个周期时钟被触发到第一状态，并根据来自调节节点的感应电压和感应节点上的感应电流被重置，从而被触发进入第二状态。
15.根据权利要求14所述的电流感应电路，还包括：
一个平滑电容器，其被连接到电压感应器，用来平滑触发电平的变化。
16.根据权利要求12所述的电流感应电路，其中放大器包括：
第一共栅晶体管，有一个被连接到栅极节点的栅极和一个在第一比较节点和比较输出之间的通道；
第二共栅晶体管，有一个被连接到栅极节点的栅极和一个在第二比较节点和栅极节点之间的通道；
第一n-通道晶体管，有一个由偏压电压驱动的栅极和一个在比较输出和吸入节点之间的通道；和
第二n-通道晶体管，有一个由偏压电压驱动的栅极和一个在栅极节点和吸入节点之间的通道。
17.根据权利要求16所述的电流感应电路，其中第一共栅晶体管和第二共栅晶体管是p-通道晶体管；
其中传感晶体管是p-通道晶体管；
其中吸入节点是接地的；
其中功率晶体管、电流镜晶体管、第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管和第四开关晶体管是p-通道晶体管。
18.一个功率控制器，包括：
一个具有输入电压的输入；
功率晶体管装置，有一个接收第一时钟的栅极，用于当第一时钟在第一状态期间被激活时从所述输入传导供电电流到功率节点，并在第二状态期间隔离所述输入和功率节点；
电流镜晶体管装置，有一个接收第三时钟的栅极，用于当第三时钟在第一状态期间被激活时从所述输入传导电流到镜像节点，并在第二状态期间隔离所述输入和镜像节点；
第一开关装置，用于在第一状态期间连接功率节点到第一比较节点，并在第二状态期间隔离功率节点和第一比较节点；
第二开关装置，用于在第一状态期间连接镜像节点到第二比较节点，并在第二状态期间隔离镜像节点和第二比较节点；
第一均衡开关装置，接收第二时钟，用于在第二状态期间连接第一比较节点到共模电压，并在第一状态期间隔离第一比较节点和共模电压；
第二均衡开关装置，接收第二时钟，用于在第二状态期间连接第二比较节点到共模电压，并在第一状态期间隔离第二比较节点和共模电压；
放大器装置，用于比较第一比较节点和第二比较节点的电压以产生一个比较输出；
传感晶体管装置，有一个接收比较输出的栅极，用于从镜像节点传导感应电流到感应节点；
双稳态装置，由一个周期时钟被触发到第一状态，并由感应节点被触发到第二状态；
时钟产生器装置，对应双稳态装置，用于激活第一时钟和第三时钟，并用于激活第二时钟和第四时钟；
其中第三时钟相对第一时钟有延迟，其中电流镜晶体管装置相对功率晶体管装置开启之后延迟开启；
功率吸入电流晶体管装置，有一个接收第四时钟的栅极，用于当第四时钟在第二状态期间被激活时从功率节点传导电流；
其中时钟产生器装置在第二状态期间激活第四时钟。
19.根据权利要求18所述的功率控制器，还包括：
电感器装置，其被连接在功率节点和调节节点之间，用于控制到调节节点的电流；
一个被连接到调节节点的功率电容器；
分压器装置，其被连接到调节节点，用于产生一个感应电压的电压；
第二放大器装置，用于比较感应电压的电压和一个基准电压以产生一个触发电压；
比较器装置，用于比较触发电压和感应节点以产生一个重置信号到双稳态装置；
由此来自调节节点的感应电压和所述感应电流被合并以触发双稳态装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120328 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |