CN107093952A - 用于电流滤波的电路结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于电流滤波的电路结构，其中该电路结构被设置在提供电流的电源与负载之间；以及所述电流包括第一电流分量和第二电流分量；所述电路结构包括：第一电路，被设置为用于接收并过滤所述第一电流分量；电流控制设备，被设置为用于接收并调整所述第二电流分量并将被调整的电流提供给所述负载；以及控制电路，被设置为用于将控制信号提供给所述电流控制设备以控制所述第二电流分量的调整。所述控制电路还被设置为用于检测与所述电流控制设备相关联的一个或多个操作参数，并基于所述一个或多个检测到的操作参数来确定所述控制信号。

Description

用于电流滤波的电路结构
技术领域
本发明涉及一种用于电流滤波的电路结构，且更具体地但非排他性地涉及一种功率半导体滤波器电路，其具有适于动态调整滤波器电路频率响应的控制机构。
背景技术
电子滤波器广泛见诸电路中以过滤功率信号。图1是示意性功率电子系统100的电路框图，为一逆变器应用；其包括设置在开关网络104与负载106之间的电子滤波器102。在图1中，开关网络104是噪声源，其生成包含需要保留的频率分量(例如50Hz)和其它需要除去的频率分量(例如10kHz、20kHz和30kHz)的功率(例如电压或电流)波形。为了仅向负载106提供具有需要保留的频率分量的功率信号，设置在开关网络104与负载106之间的电子滤波器102被设置为仅允许50Hz分量被传送给负载。电子滤波器102被设置为大体减弱所有其它需要除去的频率分量，以阻止它们到达负载106。在理想情况下，对于需要保留的频率，滤波器102输出的电压和电流应当与输入给滤波器102的电压和电流相同。另一方面，对于需要除去的频率，滤波器102输出的电压和电流应当为零。
一般而言，用于功率应用的简单电子滤波器仅包括无源电路组件，例如电阻器、电感器和电容器。这些组件的参数基于所需的滤波器类型(例如，低通、高通和带阻)以及所需的性能指标(例如截止频率、品质因子)来选择。与此类电子滤波器相关联的问题包括其较大的尺寸；其较易造成谐振(尤其对于高阶滤波器)；其可变的截止频率(主要由于电路组件的显著公差)；以及对其调整的不灵活性。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于电流(或电流信号)滤波的电路结构，其中该电路结构被设置在提供电流的电源与负载之间；该电流包括第一电流分量和第二电流分量；该电路结构包括：第一电路，被设置为用于接收并过滤该第一电流分量；电流控制设备，被设置为用于接收并调整该第二电流分量并将被调整的电流提供给该负载；以及控制电路，被设置为用于将控制信号提供给该电流控制设备以控制第二电流分量的调整；其中该控制电路还被设置为用于检测与电流控制设备相关联的一个或多个操作参数，并基于该一个或多个检测到的操作参数确定该控制信号。优选地，要被过滤的电流仅分解为第一电流分量和第二电流分量。此外，要被过滤的电流可以包括不同的频率分量，其一些要被保留，一些要被过滤掉。第一电路滤波器通过阻止第一电流分量到达负载来过滤第一电流分量。
在该第一方面的一个实施方式中，与该电流控制设备相关联的操作参数包括以下的至少一者：该电流控制设备两端的电压差、该第二电流分量的大小以、及该第二电流分量的频率。该操作参数还可以包括该被调整的电流的大小和/或该被调整的电流的频率。
在该第一方面的一个实施方式中，该控制电路包括：电压控制电路，具有电压传感器，被设置为用于检测该电流控制设备两端的电压差；以及电压控制器，被设置为用于将该检测到的电压差与电压参考值进行比较以确定该控制信号；其中该控制信号用于将该检测到的电压差与该电压参考值之间的差最小化。
在该第一方面的一个实施方式中，该电压控制器包括误差放大器。
在该第一方面的一个实施方式中，该电压控制电路是是闭环形式。
在该第一方面的一个实施方式中，该电压参考值是预定的。
在该第一方面的一个实施方式中，该电压参考值是可动态调节的。该电路结构的频率传递特性因此可以动态调节。
在该第一方面的一个实施方式中，该控制电路包括：电流控制电路，具有电流传感器，被设置为用于检测该第二电流分量或该被调整的电流；以及电流控制器，被设置为用于将该检测到的电流与电流参考值进行比较以确定该控制信号；其中该控制信号用于将该检测到的电流与该电流参考值之间的差最小化。优选地，电流传感器被设置为用于检测该第二电流分量或该被调整的电流的一些频率分量，例如交流分量。
在该第一方面的一个实施方式中，该电流控制器包括误差放大器。
在该第一方面的一个实施方式中，该电流控制电路是闭环形式。
在该第一方面的一个实施方式中，该电流参考值是预定的。
在该第一方面的一个实施方式中，该电流参考值是可动态调节的。该电路结构的频率传递特性因此可以动态调节。
在该第一方面的一个实施方式中，该控制信号包括第一控制信号分量和第二控制信号分量；且该控制电路包括：电压控制电路，具有电压传感器，被设置为用于检测该电流控制设备两端的电压差；电压控制器，被设置为用于将该检测到的电压差与电压参考值进行比较以确定该第一控制信号分量；以及电流控制电路，具有电流传感器，被设置为用于检测该第二电流分量或被调整的电流；以及电流控制器，被设置为用于将该检测到的电流与电流参考值进行比较以确定该第二控制信号分量；其中该第一控制信号分量用于将该检测到的电压差与该电压参考值之间的差最小化；以及其中该第二控制信号分量用于将该检测到的电流与该电流参考值之间的差最小化。优选地，该第一控制信号分量用于将该电流控制设备两端的电压差匹配到该电压参考值。优选地，该第二控制信号分量用于将该第二电流分量匹配到该电流参考值。该电路结构的频率传递特性可以藉此被动态调节。
在该第一方面的一个实施方式中，该电流控制设备被串联在该电源与该负载之间。该电流控制设备可以被连接在负载上游，或被连接在该负载下游。该电流控制设备还可以部分连接在负载上游，部分连接在该负载下游。
在该第一方面的一个实施方式中，该电流控制设备是有源电路设备。在一个示例中，该电流控制设备完全没有无源电路元件。
在该第一方面的一个实施方式中，该电流控制设备包括晶体管。在一个示例中，该电流控制设备仅包括晶体管，没有其它电路元件。
在该第一方面的一个实施方式中，该晶体管包括场效应晶体管或双极性结型晶体管。这些晶体管的示例包括双极性结型晶体管(BJT)、结型场效应晶体管(JFET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、以及异构场效应晶体管(HFET)/高电子迁移率晶体管(HEMT)，其能够是任意类型(例如PNP、NPN)或沟道(例如p沟道、n沟道)，且能够在不同的工作模式(例如耗尽模式、增强模式)下工作。
在该第一方面的一个实施方式中，该晶体管是双极性结型晶体管，且该控制信号是该双极性结型晶体管的基极电流。
在该第一方面的一个实施方式中，该晶体管是场效应晶体管，且该控制信号是该场效应晶体管的栅-源电压。
在该第一方面的一个实施方式中，该电流控制设备包括具有多个晶体管的晶体管网络，每个晶体管被设置为用于从控制电路接收相应的控制信号。在一个示例中，每个晶体管可以从相应的控制电路接收控制信号。在另一示例中，一些晶体管可以从同一个控制电路接收控制信号。
在该第一方面的一个实施方式中，该多个晶体管是并联的。
在该第一方面的一个实施方式中，该多个晶体管是串联的。
在该第一方面的一个实施方式中，该第一电路是连接在该电源两端的分流电路。该分流电路可以包括电路网络，其具有一个或多个电容器、电感器、电阻器、二极管和其它无源和有源电路元件。
在该第一方面的一个实施方式中，该分流电路是有源电路。在一个示例中，该分流电路完全没有无源电路元件。
在该第一方面的一个实施方式中，该分流电路是无源电路。在一个示例中，该分流电路完全没有有源电路元件。
在该第一方面的一个实施方式中，该分流电路包括电容器。
在该第一方面的一个实施方式中，该第一电流分量包含或是该电流的需要除去的频率分量，且该第二电流分量包含或是该电流的需要保留的频率分量。在该第一方面的一个实施方式中，该第二电流分量和该调整的电流具有大体相同的频率成分。优选地，仅将该需要保留的频率分量传送给该负载。
在该第一方面的一个实施方式中，该第二电流分量和该被调整的电流具有大体相同的大小。在该第一方面的其它实施方式中，它们的大小可以不同。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于电流滤波(或电流信号)的电路结构，其中该电路结构被设置在提供该电流的电源与负载之间；以及该电流包括第一频率分量和第二频率分量；该电路结构包括：连接在该电源两端的分流电路，该分流电路被设置为用于接收和过滤该第一频率分量；晶体管电路，包括至少一个晶体管，该晶体管电路被串联在该电源与该负载之间，该晶体管电路被设置为用于接收并调整该第二频率分量并将被调整的电流提供给该负载；以及一个或多个控制电路，被设置为用于提供相应的控制信号给该至少一个晶体管的每一个，以控制该第二频率分量的调整；其中该一个或多个控制电路的每一个还被设置为用于检测与该至少一个晶体管中的相应一个晶体管相关联的一个或多个操作参数，并基于该一个或多个检测到的操作参数确定该相应的控制信号。
在该方面的一个实施方式中，该至少一个晶体管包括场效应晶体管或双极性结型晶体管。这些晶体管的示例包括BJT、JFET、MOSFET、HFET/HEMT，其能够是任意类型(例如PNP、NPN)或沟道(例如p沟道、n沟道)，并能够在不同的工作模式(例如耗尽模式、增强模式)下工作。
附图说明
现在通过示例的方式参考附图来描述本发明的实施方式，在附图中：
图1是示出电子滤波器的功能的示意性功率电子系统的电路框图；
图2是示出根据本发明的一个实施方式的用于电流滤波的滤波器电路结构的电路图；
图3A是示出图2的滤波器电路结构的一般结构的电路图；
图3B是示出根据本发明的第一实施方式的图2的滤波器电路结构的详细实施方式的电路图；
图3C是示出根据本发明的第二实施方式的图2的滤波器电路结构的详细实施方式的电路图；
图3D是示出根据本发明的第三实施方式的图2的滤波器电路结构的详细实施方式的电路图；
图3E是示出根据本发明的第四实施方式的图2的滤波器电路结构的详细实施方式的电路图；
图3F是示出根据本发明的第五实施方式的图2的滤波器电路结构的详细实施方式的电路图；
图3G是示出根据本发明的第六实施方式的图2的滤波器电路结构的详细实施方式的电路图；
图3H是示出根据本发明的第七实施方式的图2的滤波器电路结构的详细实施方式的电路图；
图3I是示出根据本发明的第八实施方式的图2的滤波器电路结构的详细实施方式的电路图；
图4是示出使用了根据本发明的一个实施方式的滤波器电路结构的升压变换器电路的电路图；
图5示出在没有滤波器电路结构的图4的升压变换器电路中测量到的波形；
图6示出在具有滤波器电路结构的图4的升压变换器电路中测量到的波形；以及
图7示出在具有滤波器电路结构的图4的升压变换器电路中测量到的瞬态响应波形。
具体实施方式
参考图2，提供了一种用于电流滤波的电路结构202，其中该电路结构202被设置在提供电流的电源204与负载206之间；以及电流包括第一电流分量iin,uw(t)和第二电流分量iin,w(t)，该电路结构包括：第一电路212，被设置为用于接收并过滤该第一电流分量iin,uw(t)；电流控制设备214，被设置为用于接收并调整该第二电流分量iin,w(t)，以将被调整的电流iout(t)提供给负载206；以及控制电路216，被设置为用于将控制信号vdrv(t)提供给电流控制设备214以控制第二电流分量iin,w(t)的调整；其中控制电路216还被设置为用于检测与电流控制设备214相关联的一个或多个操作参数，并基于该一个或多个检测到的操作参数确定该控制信号vdrv(t)。与电流控制设备214相关联的该一个或多个操作参数可以包括以下的至少一者：电流控制设备214两端的电压差、第二电流分量iin,w(t)的大小、以及第二电流分量iin,w(t)的频率、被调整的电流iout(t)的大小和被调整的电流iout(t)的频率。
如图2所示，根据本发明的实施方式的电路200包括连接在电流源204与负载206之间的滤波器电路结构202。电流源204适于提供具有直流和交流分量的电流。该滤波器电路结构202被设置为用于从电流源204接收输入电流iin(t)。该输入电流iin(t)可以包括需要保留的电流分量iin,w(t)和需要除去的电流分量iin,uw(t)。优选地，需要保留的电流分量iin,w(t)包含对负载206有用的频率分量。另一方面，需要除去的电流分量iin,uw(t)包含负载206不需要的频率分量且因此需要被过滤掉。需要保留的电流分量iin,w(t)的大小与需要除去的电流分量iin,uw(t)的大小相比可以是相同的或不同的。
滤波器电路结构202包括连接在电源204两端的分流电路212。在本实施方式中，分流电路212被设置为用于接收需要除去的电流分量iin,uw(t)并因此对其进行过滤，阻止其到达负载206。分流电路212可以是无源电路或有源电路，且其可以是具有电容器、电感器、电阻器、二极管和其它无源和有源电路元件的一者或多者的电路网络。在一个实施方式中，分流电路212是完全没有无源电路元件的有源电路。在另一实施方式中，分流电路212是完全没有有源电路元件的无源电路。
滤波器电路结构202还包括串联在电源204与负载206之间的电流控制设备214。在该实施方式中，电流控制设备214连接在负载206的上游。在另一实施方式中，电流控制设备214可以连接在负载206的下游，或可以部分连接在负载206的上游、部分连接在负载206的下游。电流控制设备214被设置为用于接收需要保留的电流分量iin,w(t)，调整该需要保留的电流分量iin,w(t)，并输出被调整的电流iout(t)给负载206。被调整的电流iout(t)和需要保留的电流分量iin,w(t)可以具有大体相同的频率成分。这两个电流的大小可以相同或不同。在本发明中，电流控制设备214优选地是有源电路设备。在本发明的一个实施方式中，电流控制设备214包括具有一个或多个晶体管的晶体管电路。晶体管可以是场效应晶体管或双极性结型晶体管。例如，晶体管可以是双极性结型晶体管(BJT)、结型场效应晶体管(JFET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)以及异构场效应晶体管(HFET)/高电子迁移率晶体管(HEMT)，其能够采用任意类型(例如PNP、NPN)或沟道(例如p沟道、n沟道)，且能够在不同的工作模式(例如耗尽模式、增强模式)下工作。
控制电路216优选地连接到电流控制设备214。控制电路216被设置为用于将控制信号vdrv(t)提供给电流控制设备214以控制需要保留的电流分量iin,w(t)的调整。控制信号vdrv(t)可以用于调整电流控制设备214输出的电流iout,w(t)的大小或频率。
如图2所示，在本发明实施方式中，控制电路216包括闭环形式的电压控制电路216A。电压控制环路216A包括电压传感器218和误差放大器EA1形式的电压控制器。优选地，电压控制器EA1用于调整电流控制设备214的直流工作点。电压传感器218被设置为用于检测电流控制设备214两端的电压差vSPD(t)。电压控制器EA1被设置为用于将检测到的电压差vSPD(t)与电压参考值vBias(t)进行比较，并导出和输出第一控制信号分量vcon,v(t)。第一控制信号分量vcon,v(t)优选地用于改变电流控制设备214的工作特性以将检测到的电压差vSPD(t)与电压参考值vBias(t)之间的差最小化。在一个示例中，如果检测到的电压差vSPD(t)大于电压参考值vBias(t)，则第一控制信号分量vcon,v(t)将增大以减小检测到的电压差vSPD(t)。如果检测到的电压差vSPD(t)小于电压参考值vBias(t)，则第一控制信号分量vcon,v(t)将减小以增大检测到的电压差vSPD(t)。
在优选的实施方式中，可以动态调节电压参考值vBias(t)，从而使得电路结构202的频率传递特性可以动态调节。但是，在其它实施方式中，电压参考值vBias(t)可以是预定的。此外，在本实施方式中，电压参考值vBias(t)被选为是较低的，由此电流控制设备214的直流工作点在低电压被调整，从而使电流控制设备214的功率耗散最小化。
在本实施方式中，控制电路216还包括闭环形式的电流控制电路216B。电流控制环路包括电流传感器220和误差放大器EA2形式的电流控制器。优选地，电流控制器EA2被设置为用于给出(profile)被调整的电流iout(t)的波形。电流传感器220被设置为用于检测需要保留的电流分量iin,w(t)或被调整的电流iout(t)。在优选的实施方式中，电流传感器220被设置为用于检测需要保留的电流分量iin,w(t)或被调整的电流iout(t)的频率成分。电流控制器EA1被设置为用于将检测到的电流iSPD(t)与电流参考值iref(t)进行比较，并得出和输出第二控制信号分量vcon,i(t)。第二控制信号分量vcon,i(t)优选地用于改变电流控制设备的工作特性以将检测到的电流iSPD(t)与电流参考值iref(t)之间的差最小化。在一个示例中，如果检测到的电流iSPD(t)大于电流参考值iref(t)，则第二控制信号分量vcon,i(t)会减小以减小检测到的电流iSPD(t)。如果检测到的电流iSPD(t)小于电流参考值iref(t)，则第二控制信号分量vcon,i(t)会增大以增大检测到的电流iSPD(t)。
在优选的实施方式中，电流参考值iref(t)可以被动态调节，使得电路结构202的频率传递特性可以动态调节。但是，在其它实施方式中，电流参考值iref(t)可以是预定的。
在本实施方式的控制电路216中，第一控制信号分量vcon,v(t)和第二控制信号分量vcon,i(t)相加以提供控制信号vdrv(t)。
虽然在本实施方式中，控制电路216包括电压控制环路216A和电流控制环路216B，但是在其它实施方式中，控制电路216可以仅包括电压控制环路216A或仅包括电流控制环路216B。在控制电路216仅包括电压控制环路216A的实施方式中，控制信号vdrv(t)仅包括由电压控制器EA1输出的第一控制信号分量vcon,v(t)。在控制电路216仅包括电流控制环路216B的实施方式中，控制信号vdrv(t)仅包括由电流控制器EA2输出的第二控制信号分量vcon,i(t)。本领域技术人员可以理解，可以使用其它方法和电路结构来将检测到的电压差vSPD(t)匹配到电压参考值vBias(t)和/或将检测到的电流iSPD(t)匹配到电流参考值iref(t)。
图3A示出了类似于图2的滤波器电路结构的滤波器电路结构302A的一般结构，但没有示出控制电路。在图3A中，滤波器电路结构302A被设置为用于从电源304A接收要被过滤的电流iin(t)。滤波器电路结构302A中的分流电路312A被设置为用于接收并过滤需要除去的电流分量iin,uw(t)。电流控制设备314A被设置为用于接收并调整需要保留的电流分量iin,w(t)并因此提供被调整的电流给负载(未示出)。应该注意的是，虽然没有示出，但图3A中的电流控制设备314A被控制电路控制，如参考图2所述的。
图3B至图3I示出了根据本发明不同方面的图2的滤波器电路结构202中的电流控制设备的不同详细实施方式。图3B至图3I中的电流控制设备314B-314I一般包括具有一个或多个晶体管的晶体管网络。每个晶体管被设置为用于从控制单元接收相应的控制信号。在有多于一个晶体管的实施方式中，晶体管可以由同一个控制电路控制，或由相应的控制电路来控制。在本发明中，晶体管可以是双极性结型晶体管或场效应晶体管。更具体地，晶体管可以是双极性结型晶体管(BJT)、结型场效应晶体管(JFET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)以及异构场效应晶体管(HFET)/高电子迁移率晶体管(HEMT)，其能够是任意类型(例如PNP、NPN)或沟道(例如，p沟道、n沟道)，并能够在不同的工作模式(例如耗尽模式、增强模式)下工作。
在图3B的实施方式中，电流控制设备是串联在电源304B与负载(未示出)之间，连接在负载上游的p沟道MOSFET(p-MOSFET)314B。在该实施方式中，p-MOSFET的源极用于接收需要保留的电流分量iin,w(t)，以及该p-MOSFET的漏极用于将被调整的电流iout(t)提供给负载。控制信号vdrv(t)被提供作为p-MOSFET的栅-源电压，以控制需要保留的电流分量iin,w(t)的调整，并因此控制被调整的电流iout(t)的大小和/或频率。
在图3C的实施方式中，电流控制设备是串联在电源304C与负载(未示出)之间，在负载上游的n-沟道MOSFET(n-MOSFET)314C。在该实施方式中，n-MOSFET的漏极用于接收需要保留的电流分量iin,w(t)，且n-MOSFET的源极用于将被调整的电流iout(t)提供给负载。控制信号vdrv(t)被提供作为n-MOSFET的栅-源电压，由此控制需要保留的电流分量iin,w(t)的调整并因此控制被调整的电流iout(t)的大小和/或频率。
在图3D的实施方式中，电流控制设备是串联在电源304D与负载(未示出)之间，在负载上游的NPN双极性结型晶体管(NPN BJT)314D。在该实施方式中，NPN双极性结型晶体管的集电极用于接收需要保留的电流分量iin,w(t)，且NPN双极性结型晶体管的发射极用于将被调整的电流iout(t)提供给负载。控制信号vdrv(t)被提供作为NPN双极性结型晶体管的基极电流，以控制需要保留的电流分量iin,w(t)的调整，并因此控制被调整的电流iout(t)的大小和/或频率。
在图3E的实施方式中，电流控制设备是被串联在电源304E与负载(未示出)之间，在负载的上游的n沟道结型场效应晶体管(n-JEFT)314E。在该实施方式中，n沟道结型场效应晶体管的漏极用于接收需要保留的电流分量iin,w(t)，且n沟道结型场效应晶体管的源极用于将被调整的电流iout(t)提供给负载。控制信号vdrv(t)被提供作为n沟道结型场效应晶体管的栅-源电压，以控制需要保留的电流分量iin,w(t)的调整，并因此控制被调整的电流iout(t)的大小和/或频率。
电流控制设备还可以包括不同的拓扑结构，且可以包括不同数量的晶体管。例如，在图3F的实施方式中，电流控制设备是串联在电源304F与负载(未示出)之间，在负载的下游的n沟道MOSFET(n-MOSFET)314F。在图3G的实施方式中，电流控制设备是晶体管网络，其具有串联在电源304G与负载(未示出)之间的两个n沟道MOSFET(n-MOSFET)314G、314G’。在该实施方式中，一个n-MOSFET 314G连接在负载的上游，另一个n-MOSFET 314G’连接在负载的下游。在图3H的实施方式中，电流控制设备是晶体管网络，包括串联在电源304H与负载(未示出)之间的p-MOSFET314H’和n-MOSFET 314H。在该实施方式中的晶体管网络连接在负载的下游。在图3I的实施方式中，电流控制设备是晶体管网络，包括并联在电源304I与负载(未示出)之间的两个n-MOSFET 314I、314I’。在该实施方式中的晶体管网络连接在负载的下游。
本领域技术人员可以理解，电流控制设备可以包括图3B-图3I中没有示出的其它晶体管布置。在图3G-图3I中，晶体管网络中的每个晶体管优选地由相应的控制电路来控制。但是，在其它实施方式中，一个控制电路可以控制晶体管网络中的两个或更多个晶体管。
图4是结合根据本发明的一个实施方式的滤波器电路结构402的直流-直流升压变换器电路400。在该实施方式中，升压变换器400包括可以被认为是噪声源的开关网络450，与图2中提供电流iin(t)的电流源204类似。滤波器电路结构402中的分流电路412包括分流电容器Csh，且滤波器电路结构402中的电流控制设备414包括n-MOSFET。电流控制设备两端的电压差vSPD(t)被电压传感器和信号调节电路感测。以比例积分控制器形式的误差放大器被设置为用于将电压差vSPD(t)与电压参考值VBias进行比较，并生成第一控制信号vdrv,v(t)。电流iSPD(t)的交流分量通过使用小型电流变压器CT和信号调节电路来感测。以比例控制器形式的另一误差放大器被设置为用于将检测到的电流iSPD(t)与电流参考值iref进行比较，并生成第二控制信号vdrv,i(t)。第一控制信号vdrv,v(t)和第二控制信号vdrv,i(t)被求和放大器组合，且得到的控制信号被提供给n-MOSFET以驱动该n-MOSFET。在本示例中，转换器中的主开关Sboost在50kHz和0.3的占空比下工作。电压参考值VBias是1.3V，且电流参考值iref是0A。
图5是示出在没有滤波器电路结构的图4的直流-直流升压变换器电路中测量的波形的图。如图5所示，平均电感(Lboost)电流CH3和平均输入电流(被输入到电路结构402)CH4都是2.9A。电感电流CH3具有1A的峰到峰大小(相对于平均值波动)，且输入电流CH4的波纹具有1.96A的大小(相对于平均值波动)。由于输入寄生元件(例如电缆上电感与电路中电容)的谐振，输入电流CH4与电感电流CH3相比具有明显更高的纹波。
图6是示出在具有滤波器电路结构的图4的直流-直流升压变换器电路中测量的波形的图。如图6所示，平均电感(Lboost)电流CH3和平均输入电流(被输入到电路结构402)CH4都是2.9A。电感电流CH3具有1A的峰到峰大小(相对于平均值波动)，而输入电流CH4的波纹具有0.22A的大小(相对于平均值波动)。在输入电流CH4中没有观测到谐振现象。
图7是示出在具有滤波器电路结构的图4的升压变换器电路测量的瞬态响应波形的图。如图7所示，电流控制设备，即MOSFET，能够快速响应负载瞬变而同时提供令人满意的波纹抑制性能和稳定性。当遇到功率瞬变时，电流控制设备也在不超限的情况下快速收敛到稳态。
本发明提供了一种单独的电路结构，其包括具有闭环控制机构和分流电路的有源电流控制设备，其用于过滤和调整电流。本发明中的滤波器电路结构与使用无源组件的常规滤波器相比尤其具有优势，因为其以相对简单且紧凑的电路结构达到优良的滤波效果。有利地，本发明的电路结构还有效避免滤波器谐振，并允许滤波器的频率传递特性灵活调节。本领域技术人员在研究上述详细描述和附图后可以明白，本发明在成本、功能、结构和易于制造等方面都具有优点。
本领域技术人员可以理解，在不背离宽泛描述的本发明的实质和范围的情况下，可以对示出的本发明的具体实施方式进行多种改变和/修改。因此，这里的实施方式在所有方面应该被认为是示意性而非限制性的。
除非另有指明，否则这里包含的对现有技术的任何引用不应被视为承认该信息是公知常识。

Claims (30)

1.一种用于电流滤波的电路结构，其中所述电路结构被设置在提供电流的电源与负载之间；所述电流包括第一电流分量和第二电流分量；所述电路结构包括：
第一电路，被设置为用于接收并过滤所述第一电流分量；
电流控制设备，被设置为用于接收并调整所述第二电流分量并将被调整的电流提供给所述负载；以及
控制电路，被设置为用于将控制信号提供给所述电流控制设备以控制所述第二电流分量的调整；
其中所述控制电路还被设置为用于检测与所述电流控制设备相关联的一个或多个操作参数，并基于所述一个或多个检测到的操作参数来确定所述控制信号。
2.根据权利要求1所述的电路结构，其中与所述电流控制设备相关联的所述一个或多个操作参数包括以下的至少一者：
所述电流控制设备两端的电压差、所述第二电流分量的大小、以及所述第二电流分量的频率。
3.根据权利要求1所述的电路结构，其中所述控制电路包括：
电压控制电路，具有：
电压传感器，被设置为用于检测所述电流控制设备两端的电压差；以及
电压控制器，被设置为用于将所述检测到的电压差与电压参考值进行比较以确定所述控制信号；
其中所述控制信号用于将所述检测到的电压差与所述电压参考值之间的差最小化。
4.根据权利要求3所述的电路结构，其中所述电压控制器包括误差放大器。
5.根据权利要求3所述的电路结构，其中所述电压控制电路形成闭环。
6.根据权利要求3所述的电路结构，其中所述电压参考值是预定的。
7.根据权利要求3所述的电路结构，其中所述电压参考值是可动态调节的。
8.根据权利要求1所述的电路结构，其中所述控制电路包括：
电流控制电路，具有：
电流传感器，被设置为用于检测所述第二电流分量或所述被调整的电流；以及
电流控制器，被设置为用于将所述检测到的电流与电流参考值进行比较以确定所述控制信号；
其中所述控制信号用于将所述检测到的电流与所述电流参考值之间的差最小化。
9.根据权利要求8所述的电路结构，其中所述电流控制器包括误差放大器。
10.根据权利要求8所述的电路结构，其中所述电流控制电路是闭环形式。
11.根据权利要求8所述的电路结构，其中所述电流参考值是预定的。
12.根据权利要求8所述的电路结构，其中所述电流参考值是可动态调节的。
13.根据权利要求1所述的电路结构，其中所述控制信号包括第一控制信号分量和第二控制信号分量；以及
所述控制电路包括：
电压控制电路，具有：
电压传感器，被设置为用于检测所述电流控制设备两端的电压差；
电压控制器，被设置为用于将所述检测到的电压差与电压参考值进行比较以确定所述第一控制信号分量；以及
电流控制电路，具有：
电流传感器，被设置为用于检测所述第二电流分量或所述被调整的电流；以及
电流控制器，被设置为用于将所述检测到的电流与电流参考值进行比较以确定所述第二控制信号分量；
其中所述第一控制信号分量用于使所述检测到的电压差与该电压参考值之间的差最小化；以及
其中所述第二控制信号分量用于使所述检测到的电流与该电流参考值之间的差最小化。
14.根据权利要求1所述的电路结构，其中所述电流控制设备被串联在所述电源与所述负载之间。
15.根据权利要求14所述的电路结构，其中所述电流控制设备是有源电路设备。
16.根据权利要求14所述的电路结构，其中所述电流控制设备包括晶体管。
17.根据权利要求16所述的电路结构，其中所述晶体管包括场效应晶体管或双极性结型晶体管。
18.根据权利要求17所述的电路结构，其中所述晶体管是双极性结型晶体管，且所述控制信号是该双极性结型晶体管的基极电流。
19.根据权利要求17所述的电路结构，其中所述晶体管是场效应晶体管，且所述控制信号是该场效应晶体管的栅-源电压。
20.根据权利要求14所述的电路结构，其中所述电流控制设备包括具有多个晶体管的晶体管网络，每个晶体管被设置为用于从控制电路接收相应的控制信号。
21.根据权利要求20所述的电路结构，其中所述多个晶体管是并联的。
22.根据权利要求20所述的电路结构，其中所述多个晶体管是串联的。
23.根据权利要求14所述的电路结构，其中所述第一电路是连接在所述电源两端的分流电路。
24.根据权利要求23所述的电路结构，其中所述分流电路是有源电路。
25.根据权利要求23所述的电路结构，其中所述分流电路是无源电路。
26.根据权利要求23所述的电路结构，其中所述分流电路包括电容器。
27.根据权利要求1所述的电路结构，其中所述第一电流分量包含或是所述电流的需要除去的频率分量；以及所述第二电流分量包含或是该电流的需要保留的频率分量。
28.根据权利要求1所述的电路结构，其中所述第二电流分量和所述被调整的电流具有大体相同的频率成分。
29.根据权利要求1所述的电路结构，其中所述第二电流分量和所述被调整的电流具有大体相同的大小。
30.一种用于电流滤波的电路结构，其中所述电路结构被设置在提供电流的电源与负载之间；以及所述电流包括第一频率分量和第二频率分量，所述电路结构包括：
连接在所述电源两端的分流电路，所述分流电路被设置为用于接收和过滤所述第一频率分量；
晶体管电路，包括至少一个晶体管，所述晶体管电路被串联在所述电源与所述负载之间，所述晶体管电路被设置为用于接收并调整所述第二频率分量并将被调整的电流提供给所述负载；以及
一个或多个控制电路，被设置为用于将相应的控制信号提供给所述至少一个晶体管的每一个晶体管，以控制所述第二频率分量的调整；
其中所述一个或多个控制电路中的每一个还被设置为用于检测与所述至少一个晶体管中的相应一个晶体管相关联的一个或多个操作参数，并基于所述一个或多个被检测到的操作参数来确定所述相应的控制信号。
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