CN108696108A - 监测电流的装置和方法及电力转换系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种监测电流的装置和方法及电力转换系统。在一些示例中，装置包括：功率开关，被配置成基于由功率开关传导的电流来传导电流的感测开关。在一些示例中，该装置还包括微调电路，该微调电路被配置成基于微调电路的异分支特征比并且基于由感测开关传导的电流来生成被监测电流，其中微调电路的异分支特征比是可调节的。

Description

监测电流的装置和方法及电力转换系统
技术领域
本公开内容涉及电力电子电路。
背景技术
感测开关可以定位成与功率开关并联并且被配置成镜像(mirror)由功率开关传导的电流。由功率开关传导的电流与由感测开关传导的电流的比率可以表示为N:1。在一些示例中，装置中的N的实际值可以与装置中的目标值N不同。电流的比率可以基于两个开关的尺寸的比率。
发明内容
本公开内容描述了用于生成被监测电流的技术，所述被监测电流指示由功率开关传导的电流。本公开内容的技术包括选择用于微调电路的异分支特征比。微调电路可以基于其异分支特征比并且基于由感测开关传导的电流来生成被监测电流。基于被监测电流的测试结果，技术人员或处理电路可以选择用于微调电路的异分支特征比。因此，由微调电路生成的被监测电流可以更准确地反映由功率开关传导的电流与由感测开关传导的电流的目标比率。
在一些示例中，一种装置包括：功率开关；感测开关，其被配置成基于由功率开关传导的电流来传导电流。该装置还包括微调电路，所述微调电路被配置成基于微调电路的异分支特征比并且基于由感测开关传导的电流来生成被监测电流，其中微调电路的异分支特征比是可调节的。
在一些示例中，一种用于监测由功率开关传导的电流的方法，其中该方法包括监测由微调电路生成的电流，其中微调电路被配置成基于微调电路的异分支特征比并且基于由感测开关传导的电流生成被监测电流，并且其中感测开关被配置成基于由功率开关传导的电流来传导电流。该方法还包括基于由微调电路生成的被监测电流来控制微调电路的异分支特征比。
在一些示例中，电力转换系统包括半桥电路，所述半桥电路包括高侧功率开关和低侧功率开关。电力转换系统还包括：高侧感测开关，其被配置成基于由高侧功率开关传导的电流传导电流；以及低侧感测开关，其被配置成基于由低侧功率开关传导的电流传导电流。电力转换系统还包括微调电路，该微调电路被配置成基于微调电路的异分支特征比并且基于由高侧感测开关传导的电流或由低侧感测开关传导的电流来生成被监测电流，其中微调电路的异分支特征比是可调节的。
在附图和下面的描述中阐述了一个或更多个示例的细节。根据说明书和附图以及权利要求，其他特征、目的和优点将是明显的。
附图说明
图1是根据本公开内容的一些示例的包括微调电路的装置的概念框图，该微调电路被配置成基于微调电路的异分支特征比和由感测开关传导的电流来生成被监测电流。
图2是根据本公开内容的一些示例的图1的装置的电路图。
图3是根据本公开内容的一些示例的包括高侧功率开关和低侧功率开关的电力转换系统的电路图。
图4是根据本公开内容的一些示例的图1至图3中任一个的装置的微调电路的一部分的电路图。
图5是示出根据本公开内容的一些示例的用于监测由功率开关传导的电流的技术的流程图。
图6是被配置成调节基于参考电压确定的感测开关的终端电压的装置的电路图。
具体实施方式
本公开内容的技术可通过减少由功率开关传导的电流与由微调电路生成的被监测电流之间的比率的扩展(spread)来改善电力电子器件。在一些示例中，本公开内容的装置可以包括一个或更多个单片的镜结构。功率开关电流和被监测电流之间的比率可以通过几种方法和/或配置来调节。通过调节电流比率，本公开内容的装置可以生成更可靠的被监测电流，这可以实现功率开关电流的更准确的监测以及更低的功耗。
本公开内容的装置可以将微调操作从功率开关移动到诸如微调电路等前端电路。这样，电流比的微调可能不会受到功率开关上敷镀金属(metallization)的电压降的限制，这可能会增加微调范围。装置的温度对微调电路的操作可能具有相对较小的影响，因为它采用单个“分接点”，这使得微调电路在理想情况下与温度无关。在一些示例中，包括多于一个分接点的其他布置可能依赖于部件的温度。对于包括半桥电路的应用，还可以微调高侧电流比率并使其与低侧电流比率相匹配。此外，该装置可能只需要一个接触功率开关的源极的分接点，减少了装置中的焊盘数目。
用于调节被监测电流的其他方法可以包括与本公开内容的运算放大器和微调电路相比在半导体管芯上占用更多空间的复杂电路。其他方法也可能比本公开内容的方法具有更大的温度依赖性。因此，在一些示例中，本公开内容的技术可以允许更小型且更精确的装置。
本公开内容的装置可以具有在装置和电路之间的若干独特比率。微调电路的“异分支特征比(aspect ratio)”可以被定义为微调电路的一个分支中的有效(active)晶体管的数目与微调电路的另一分支中的有效晶体管的数目的比率。“异分支特征比”也可以定义为经过微调电路的一个分支的电流与经过微调电路的另一个分支的电流的比率。微调电路的“异分支特征比”在本文中可以表示为L:M或M:L，其中L是一个分支中的有效晶体管的数目，并且M是另一分支中的有效晶体管的数目。在一些示例中，微调电路可以包括多于两个分支，并且分支中的一个可以包括单个有效晶体管。单晶体管分支与其他分支的比率可以表示为1:L和1:M。在本文，1:L和1:M的比率不称为异分支特征比。
本公开内容的装置还可以包括功率开关与感测开关的比率，其可以表示为N:1，其中功率开关是感测开关的N倍大和/或所包括的模块或单元是感测开关中的模块或单元的N倍。由功率开关传导的电流也可以是由感测开关传导的电流的N倍大。本公开内容没有将比率N:1称为异分支特征比。
图1是根据本公开内容的一些示例的包括微调电路10的装置2的概念框图，微调电路10被配置成基于微调电路10的异分支特征比12和由感测开关6传导的电流8B来生成被监测电流14。装置2包括功率开关4、感测开关6和微调电路10。装置2可以是电力电子装置、模拟电气装置、嵌入式系统、集成电路(IC)装置、电力转换装置、马达驱动器电路和/或任何其他电气装置。在一些示例中，装置2可以是单个集成半导体管芯或多于一个的半导体管芯。装置2可以被配置成向电负载递送电流8A。电负载连接至与功率开关4电连接的开关节点。
在一些示例中，装置2可以是电力转换装置，诸如交流-直流(AC/DC)转换器、AC/AC转换器或DC/DC转换器。装置2可以包括两个功率开关，所述两个功率开关被布置成半桥电路并且被配置成在位于两个功率开关之间的开关节点处生成输出信号。在一些示例中，装置2可以是多相功率转换器并且可以包括两个或更多个半桥电路或者两个或更多个H桥电路。装置2的每个功率开关可以包括感测开关，该感测开关包括装置2的一个或更多个模块，其中装置2可以包括多个模块(即，单元或晶体管)并且每个功率开关包括并联连接的两个或更多个模块。在一些示例中，装置2可以作为降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器、反激转换器、诸如LLC转换器等谐振模式转换器和/或多相功率转换器来操作。
功率开关4被配置成传导电流8A。基于在功率开关4的控制端子处的电压，电流8A可以从功率开关4的第一负载端子流到功率开关4的第二负载端子。基于在功率开关4的控制端子处的电压，功率开关4可以打开和闭合。功率开关4可以被配置成接收来自电源的电力，对其进行修改，并将电力递送到电负载。由功率开关4传输的电力还可以取决于由功率开关4接收的控制信号的占空比。功率开关4和/或感测开关6可以包括但不限于任何类型的场效应晶体管(FET)、双极结晶体管(BJT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、诸如氮化镓(GaN)基晶体管或碳化硅(SiC)晶体管等高电子迁移率晶体管(HEMT)、或其他使用电压进行控制的元件。
功率开关4和/或感测开关6可以包含各种材料化合物，诸如硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或一种或多种半导体材料的任意其他组合。在一些电路中为了利用更高的功率密度要求，功率转换器可以在更高的频率下工作。在一些示例中，SiC开关可以经历较低的开关功率损耗。磁性的改进以及更快的切换速度，诸如GaN和SiC开关，可能会支持更高频率的转换器。与较低频率的电路相比，这些较高频率的电路可能需要以更精确的定时发送控制信号。
在一些示例中，功率开关4可以包括并联连接的两个或更多个单元或模块。功率开关4的单元或模块中的每一个可以是具有两个负载端子和控制端子的晶体管。感测开关6可以包括一个或更多个单元。在一些示例中，功率开关4的单元的漏极端子和感测开关6的单元的漏极端子可以电连接，并且功率开关4的单元的栅极端子和感测开关6的单元的栅极端子可以电连接。功率开关4的单元的源极端子可以电连接至装置2的开关节点，而感测开关6的单元的源极端子可以电连接至微调电路10。因此，即使感测开关6的负载端子(例如，源极端子)可以与功率开关4的负载端子(例如，源极端子)电断开，功率开关4和感测开关6也可以是同一半导体管芯的一部分。
感测开关6被配置成基于电流8A传导电流8B。电流8A和8B的比率可以被称为电流比率或几何比率。变量N可以表示电流8A和8B的实际比率。比率N可以基于功率开关4和感测开关6的尺寸的比率。在一些示例中，比率N可以是一千、一万或三万，其中电流8A是电流8B的N倍大。在一些示例中，功率开关4的负载端子可以电连接至感测开关6的负载端子，并且功率开关4的控制端子可以电连接至感测开关6的控制端子。在一些示例中，开关4和6可以具有公共控制端子(例如，栅极端子)和公共负载端子(例如，漏极端子)。因此，功率开关4和感测开关6可以被配置成基于相同的控制信号传导电流8A和8B。
根据本文中描述的技术，微调电路10可以被配置成基于异分支特征比12并基于电流8B生成被监测电流14。异分支特征比12可以基于微调电路10中被配置成并联导电的有效晶体管的数目。微调电路10的晶体管也可以称为模块，如在图4的描述中所说明的。微调电路10可以包括两个或更多个分支电路，其中分支电路中的一个可以被配置成生成被监测电流14。在一些示例中，微调电路10可以包括电流镜电路，其中微调电路10的一个或更多个分支电路可以被配置成基于另一分支电路的电流来传导电流。异分支特征比12可以表示微调电路10的两个不同分支电路中的电流比率。异分支特征比12还可以基于晶体管的组合宽长比和/或基于晶体管的导通电阻。
在一些示例中，微调电路10可以被配置成对电流8B微调以便生成处于比电流8B的幅度更低的幅度处的被监测电流14。被监测电流14的较低幅度可以导致装置2的较低功率消耗。电流8B可以被微调以基于可以调节的异分支特征比12来生成被监测电流14。在一些示例中，本公开内容的每个图的异分支特征比可以相同地或不同地限定。例如，图2仅描绘了微调电路10中的一个异分支特征比，而图3描绘了微调电路70中的高侧异分支特征比和低侧异分支特征比。
被监测电流14可以流过电阻器。微控制器和/或处理电路可以监测由被监测电流14引起的在电阻器两端的电压降。在一些示例中，微控制器可以将电压降转换为数字值。微控制器可以使用数字值来确定电流8A是太高还是太低。微控制器可以调节递送到功率开关4的控制端子的控制信号的占空比以调节电流8A的幅度。装置2可以以较低的幅度生成被监测电流14，以便减少由被监测电流14引起的功率消耗。
根据本公开内容的技术，异分支特征比12可以是可调节的。通过调节异分支特征比12，可以将被监测电流14的幅度调节到期望的水平。在装置2的操作期间，处理电路可以监测被监测电流14的水平以确定电流8A的幅度。确定电流8A的幅度可能是可取的，因为装置2可以将电流8A递送到电负载。
在一些示例中，装置2的设计者可以选择电流8A和8B之间的比率(N)作为目标值，诸如三万或另一相对较大的值。在一些示例中，N的目标值也可以是一百、一千、一万、三万或十万。在制造装置2之后，N可以等于目标值或可以不同于目标值。如果N与目标值不同，则通过对被配置成在微调电路10中并联导电的有效晶体管的数目进行调节，可以将KILIS因子调节为接近目标值。在一些示例中，微调电路10可以包括无源元件，诸如电阻器、电容器或电感器，并且异分支特征比12可以通过调节、连接和/或断开无源元件来调节。在一些示例中，异分支特征比12可以通过控制晶体管和/或无源元件来调节。另外地或替代地，异分支特征比12还可以通过对微调电路10中的电流镜或电流比率进行调节的任何其他合适方式来调节，以便将被监测电流14微调到期望的幅度。
KILIS因子可以表示电流8A与电流8B的实际比率，其中N是在调节之前电流8A与电流8B的比率。调节或微调KILIS因子可能导致微调或修改被监测电流14，使得被监测电流14是电流8A的更准确表示。下面进一步说明的KILIS因子可以基于异分支特征比12，使得异分支特征比12的调节可以导致KILIS因子的调节。
图2是根据本公开内容的一些示例的图1的装置的电路图。装置2可以包括功率开关4、感测开关6、微调电路10、运算放大器24和被监测节点38。微调电路10可以包括晶体管26A和26B以及分支电路28、30和32，其中每个分支电路包括p沟道晶体管28A、30A和32A中之一以及n沟道晶体管28B、30B和32B中之一。
在一些示例中，图2的异分支特征比12可以基于分支电路30中的有效晶体管的数目与分支电路32中的有效晶体管的数目之间的比率。如果晶体管28A和28B中的每一个包括一个晶体管，则分支电路28和30的异分支特征比可以等于晶体管30A和30B中的每一个中并联连接的有效晶体管的数目，由变量L表示。在一些示例中，微调电路10还可以包括被配置成没有并联导电的无效晶体管。分支电路28和32的异分支特征比可以等于在晶体管32A和32B中的每一个中并联连接的有效晶体管的数目，由变量M表示。图2的异分支特征比12可以等于L与M的比率或M与L的比率。异分支特征比12也可以基于分支电路30和32中的晶体管的尺寸和其他特性。在一些示例中，装置2可以包括高侧异分支特征比和低侧异分支特征比，其中高侧异分支特征比可以等于或者不同于低侧异分支特征比。
运算放大器24可以被配置成基于电流8A和8B来驱动分支电路28。运算放大器24可以被配置成接收可基于电流8A和8B的源极端子电压20和22，并且将驱动信号递送到晶体管26A和26B。分支电路30可以被配置成由电流8B和源极端子电压22驱动。分支电路32可以被配置成基于分支电路30和32之间的异分支特征比12来生成被监测电流14。
分支电路30和32中的每一个可以包括多个有效上p沟道晶体管和多个有效下n沟道晶体管。在一些示例中，上晶体管28A、30A和32A可以包括p沟道晶体管和/或任何其他晶体管。在一些示例中，下晶体管28B、30B和32B可以包括n沟道晶体管和/或任何其他晶体管。例如，虽然图2描绘了分支电路30的上晶体管作为晶体管30A，但是可以有多于一个的上晶体管被配置成在分支电路30中并联导电。异分支特征比12可以通过选择在分支电路30中被配置成导电的有效晶体管的数目来调节。被监测电流14的幅度可以基于分支电路30中并联连接的有效上晶体管的数目并基于分支电路30中并联连接的有效下晶体管的数目。被监测电流14的幅度可以基于分支电路32中并联连接的有效晶体管的数目，但是在一些示例中，分支电路32中并联连接的有效晶体管的数目可能不可调节。
当电流8A等于零时，即，没有电流流过功率开关4时，装置2提供对被监测电流14上的任何偏移电流进行微调的自由度和机会。这可以通过单独微调存在于回路的输出分支中的p沟道镜和n沟道镜，即微调电路10来实现。p沟道镜可以包括晶体管28A、30A和32A，并且n沟道镜可以包括晶体管28B、30B和32B。装置2可以在具有正幅度和负幅度的电流8A下工作。
装置2包括功率开关4和感测开关6，其中功率开关4可以是感测开关6的N倍大。装置2还包括读取功率开关4的源极敷镀金属上的合适电势并且将电势强加在感测开关6的源极端子上的电流读取前端。电流读取前端使用运算放大器24驱动微调电路10中的p沟道镜和n沟道镜。分支电路30中具有阶(multiplicity)或比率L的电流镜处于调节回路内并提供流过感测开关6的电流。在一些示例中，比率L可以是分支电路28和30中的晶体管的比率。
与具有比率为L的晶体管的分支电路30相匹配的但位于线性回路之外的、具有阶为M的晶体管的另外分支电路32，在被监测节点38处提供电流感测信息。KILIS因子的微调通过相对于比率M改变比率L来实现，例如通过向分支电路30中的上晶体管和下晶体管增加或减去晶体管(即，模块)来实现。
微调操作完全在前端电路(即，驱动器集成电路)——其为微调电路10——处完成。因此，可以避免可能严重依赖于功率开关4的特性的其他微调解决方案。装置2允许容易地微调或调节高侧KILIS因子和低侧KILIS因子，以使这些KILIS因子匹配到相同的值。KILIS因子在下面详细说明并且可以等于电流8A和8B的实际比率。
此外，该系统允许通过单独修改回路的分支电路30中存在的p沟道镜和n沟道镜来微调被监测电流14中的任何偏移电流。微调的目的是通过补偿几何比率N的过程扩展(process spread)来获得被监测电流14的幅度的最大精度，该几何比率N在制造装置2之后可以等于或不等于目标值。
装置2可以包括KILIS因子，KILIS因子是表征电流感测系统并由式(1)限定的参数。KILIS因子可以表示为电流8A(ILOAD)除以电流8B(ISENSE)。在一些示例中，ILOAD可以是传导经过包括功率开关4和另一功率开关的半桥电路的开关节点的电流。
基于电流8A和被监测电流14之间的关系，式(1)可以被重写为式(2)。该关系可以基于分支电路28和分支电路30的比率L。该关系可以基于分支电路28和分支电路32的比率M。在一些示例中，L除以M或M除以L的比率可以等于图2的异分支特征比12。
KILIS是一个系统参数，并且可能需要知道它的默认值。因此，在缺少微调的情况下，知道L和M(LDEF和MDEF)的默认值可能很有用。基于这些值，式(2)可以被重写为式(3)：
LDEF和MDEF可以是常数，诸如，如LDEF等于5并且MDEF等于1。如图2所示，所提出的微调技术改变调节回路内的模块和/或晶体管的比率L，同时保持回路外的模块和/或晶体管的恒定比率M。换句话说，L可以被修改并且M可以具有理想地等于MDEF的恒定值，但是实际上这个量可能受形成L的模块与形成M的模块之间的失配的影响。因此，被监测电流14，由以下表达式给出：
比率N可以等于电流8A除以电流8B。其中，假定ILOAD等于电流8A，因此利用了功率开关4与感测电流6之间的匹配。将式(4)代入式(3)得到：
式(5)表明KILIS因子是模块和/或晶体管的比率L的线性函数。因此，比率L可用于补偿几何比率N的过程扩展而不作用于功率开关4。此外，L可用于补偿使M不同于MDEF或使L的默认值不同于LDEF的失配误差。在没有微调的情况下和假设没有失配误差的情况下，L等于LDEF，M等于MDEF，因此KILIS等于N。通常，参数L可以被调节为满足以下关系的值：
图3是根据本公开内容的一些示例的包括高侧功率开关44A和低侧功率开关44B的电力转换系统40的电路图。功率开关44A和44B可以是半桥电路的一部分，该半桥电路基于在控制端子76A和76B以及电压源74A和74B处递送的控制信号进行操作。半桥电路可以在开关节点42处递送输出电流。
在每个控制端子76A和76B处，功率开关44A和44B中的一个的控制端子可以电连接至感测开关46A和46B中的一个的控制端子。在节点74A和42处，功率开关44A和44B中的一个的负载端子可以电连接至感测开关46A和46B中的一个的负载端子。结果，感测开关46A和46B可以被配置成基于由功率开关44A和44B传导的电流来传导电流。电力转换系统40还可以包括栅极驱动器电路，该栅极驱动器电路被配置成将在控制端子76A和76B处的控制信号递送至功率开关44A和44B以及感测开关46A和46B。
运算放大器64A和64B中之一可以根据功率开关44A和44B中的哪一个是有效的并且基于由功率开关44A和44B以及感测开关46A和46B传导的电流来驱动运算放大器50。脉宽调制(PWM)信号可以控制开关48A和48B以将运算放大器64A和64B与运算放大器50的输入节点连接或断开。在一些示例中，在控制端子76A和76B接收的用于功率开关44A和44B的控制信号可以是PWM信号、脉冲密度调制(PDM)信号和/或任何其他合适的波形。栅极驱动器电路可以被配置成基于由感测开关46A或46B传导的电流通过打开和闭合开关48A和48B以控制运算放大器64A或64B是否驱动微调电路70来控制微调电路70是否在图3中的IMON节点处生成被监测电流。
运算放大器50可以被配置成通过晶体管52A和52B来驱动微调电路70的分支电路54。因此，分支电路54可以被配置成由运算放大器64A或64B驱动。高侧感测开关46A的源极端子电压可以由分支电路68、66和60驱动。低侧感测开关46B的源极端子电压可以由分支电路56驱动。分支电路58可以被配置成在图3中的IMON节点处生成被监测电流。
被监测电流可以基于分支电路56和分支电路58之间的比率或者基于分支电路60和分支电路58之间的比率。微调电路70的高侧比率可以取决于被配置成在分支电路58和60中导电的有效晶体管的数目。微调电路70的低侧比率可以取决于被配置成在分支电路56和58中导电的有效晶体管的数目。
装置40的被监测节点可以电连接至微控制器和/或处理电路，该微控制器和/或处理电路监测被监测电流和/或将被监测电流转换成数字值。处理电路可以被配置成监测由微调电路70生成的电流。处理电路可以被配置成基于被监测电流的幅度来控制微调电路70的高侧比率和/或低侧比率。
图4是根据本公开内容的一些示例的图1和图2中的装置2的微调电路10或图3的装置40的微调电路70的一部分的电路图。晶体管90A至90F可以等效于晶体管56A、56B、60A或60B中之一。晶体管90A至90F可以是n沟道晶体管或p沟道晶体管。在并联连接的情况下，因为通过晶体管90A至90F的总电流可以是通过晶体管90A至90F的有效晶体管的电流的总和，所以晶体管90A至90F可以被配置成作为单个镜导电。在一些示例中，由于所有源极端子100A至100F彼此电连接，并且所有漏极端子102A至102F彼此电连接，所以晶体管90A至90F可以并联连接。
例如，晶体管90A至90F可以代表图3中的晶体管56A。源极端子100A至100F可以电连接至提供电压VDDA的高侧电压轨。晶体管90A至90F的控制端子可以被配置成接收控制信号98，控制信号98也可以被递送至晶体管56A和60A的控制端子。如果晶体管90A至90F是图3中的晶体管56A的一部分，则漏极端子102A至102F可以电连接至晶体管56B的漏极端子和低侧感测开关46B的源极端子。
晶体管90A至90F中的每一个可以被配置成通过打开或闭合开关92A至92F来并联导电或不并联导电。例如，为了使四个晶体管90A至90D并联导电，信号96A至96D可以闭合开关92A至92D，并且信号96E和96F可以打开开关92E和92F。分支电路56或60的比率可以基于被配置成并联导电的有效晶体管90A至90F的数目。因此，如果开关92A至92D闭合并且开关92E和92F打开，则用于低侧微调的图1的比率12可以是四比一。
多个晶体管90A至90F中之一可以被配置成通过许多其他方法并联导电。在一些示例中，晶体管90A至90F的控制端子可以与控制信号98电断开，并电连接至源极端子100A至100F中的相应一个。为了重新连接晶体管，晶体管90A至90F中的各个晶体管的控制端子也可以电连接至控制信号98并且与源极端子100A至100F中的相应一个电断开。可选地或附加地，开关可以与漏极端子102A至102F中的每一个串联放置，以与晶体管90A至90F中的相应一个形成共源共栅电路。可以断开或闭合每个共源共栅电路的开关以连接或断开晶体管90A至90F中相应的一个。每个共源共栅电路的开关还可以使其控制端子与电流镜的电源连接或断开，以连接或断开晶体管90A至90F中相应的一个。
图5是示出根据本公开内容的一些示例的用于监测由功率开关传导的电流的技术200的流程图。参照图1和图2中的装置2对技术200进行描述，然而其他部件，诸如图3中的电力转换系统40可以举例说明类似的技术。
图5的技术包括监测由微调电路10生成的电流14，其中微调电路10被配置成基于微调电路10的异分支特征比12并且基于由感测开关6传导的电流8B来生成被监测电流14(200)。感测开关6被配置成基于由功率开关4传导的电流8A来传导电流8B。电流14的监测可以在工厂和/或现场的测试过程期间发生。监测可以由技术人员进行管理，或者微控制器可以进行测试。在一些示例中，被监测电流14可以由具有模数转换器的微控制器来监测，并且电流8A可以通过连接至装置2的电流表监测。
图5的技术还包括基于由微调电路10生成的被监测电流14来控制微调电路10的异分支特征比12(202)。如果测得的电流8A与测得的被监测电流14的比率(可以为KILIS因子)等于目标值，则异分支特征比12可能不需要调节。然而，如果KILIS因子不等于目标值，则可以通过控制被配置成并联导电的微调电路10中的有效晶体管的数目来调节异分支特征比12。参照图2的微调电路10，控制有效晶体管的数目可以包括选择晶体管30A的有效上晶体管的数目并且选择晶体管30B的被配置成并联导电的有效下晶体管的数目。向可由变量L表示的分支电路30添加晶体管以减小M相对于L的值可以减小由分支电路32生成的被监测电流14。因此，被监测电流14的幅度可以基于在晶体管30A和30B中并联连接的有效晶体管的数目。
在不进行微调、调节或选择异分支特征比12的情况下，KILIS因子可能不等于目标值。如果实际KILIS因子低于目标值，则被监测电流14可能高于在电流8A处于令人满意的水平时所预期的值。因此，微控制器可能不适当地减小递送到功率开关4的控制信号的占空比，以减少递送到电负载的电力。如果实际KILIS因子高于目标值，则被监测电流14可能低于预期的值。即使电流8A处于令人满意的水平，微控制器也可能增加递送给功率开关4的控制信号的占空比。因此，调节异分支特征比12可以控制KILIS因子接近目标值，从而减少或消除对被递送到功率开关4的控制端子的控制信号的占空比的不正确控制。
图6是被配置成对基于参考电压所确定的感测开关306的端子电压322进行调节的装置300的电路图。装置300是减小功率开关304和感测开关306之间的电流比率的扩展问题的另一种可能的解决方案。装置300可以包括位于设置在功率开关304的源极敷镀金属上的两个不同点(也称为分接点)之间的电阻分压器310。一个分接点可以是功率开关304的源极端子320，并且另一个分接点可以是端子318。电阻分压器310可以类似于电位计操作，其中分压在生产时和/或在现场可调节。
该解决方案可以产生人工电压降，其分步骤地提供由运算放大器324用作其输入之一的经微调的电压参考。运算放大器的另一个输入可以电连接至感测开关306的源极端子322。感测开关306可以是功率开关304的缩放复制品(1比N)。以这种方式，流过感测开关306的电流(理想情况下，其应该为流过功率开关304的电流的N分之一)可以被微调以精确地具有比率N，尽管精度取决于所决定的步长。
电流比率可能取决于装置300的温度。这种相关性可能是由于与外部电阻器并联的功率开关304的源极敷镀金属中的电阻，这可能与感测开关306的情形不同。在功率开关304的源极敷镀金属中可实现有限的电压降，这限制了装置300的微调能力。另外，在高侧配置中使用镜电路的情况下，驱动微调开关可能是困难的。最后，可能需要两个焊盘连接外部电阻。
感测开关的进一步的示例细节可以在2015年10月6日公布的标题为“Regulationof a Load Current-to-Sensing Current Ratio in a Current Sensing Power Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor(MOSFET)”的美国专利第9,152,163号中找到，其全部内容通过引用并入本文。
以下编号的示例展示了本公开内容的一个或更多个方面。
示例1.装置包括：功率开关；感测开关，其被配置成基于由功率开关传导的电流传导电流。该装置还包括微调电路，所述微调电路被配置成基于微调电路的异分支特征比并且基于由感测开关传导的电流来生成被监测电流，其中微调电路的异分支特征比是可调节的。
示例2.根据示例1所述的装置，其中，所述微调电路的异分支特征比基于被配置成并联导电的有效晶体管的数目，并且其中所述有效晶体管的数目是可调节的。
示例3.根据示例1至2或其任意组合所述的装置，还包括：运算放大器，所述运算放大器被配置成基于由功率开关传导的电流和由感测开关传导的电流来驱动微调电路。
示例4.根据示例1至3或其任意组合所述的装置，其中，所述微调电路包括配置成由所述运算放大器驱动的第一分支电路和被配置成由所述感测开关传导的电流所驱动的第二分支电路。所述微调电路还包括第三分支电路，所述第三分支电路被配置成基于第二分支电路和第三分支电路之间的异分支特征比来生成被监测电流。
示例5.根据示例1至4或其任意组合所述的装置，其中，第二分支电路包括多个有效上晶体管和多个有效下晶体管，其中有效下晶体管的数目是可调节的，并且其中有效上晶体管的数目是可调节的。
示例6.根据示例1至5或其任意组合所述的装置，其中，第二分支电路与第三分支电路之间的异分支特征比能够至少通过以下方式来调节：选择被配置成在第二分支电路导电的有效上晶体管的数目；以及选择被配置成在第二分支电路中导电的有效下晶体管的数目。
示例7.根据示例1至6或其任意组合所述的装置，其中被监测电流的幅度基于在第二分支电路中并联连接的有效上晶体管的数目并且基于在第二分支电路中并联连接的有效下晶体管的数目。
示例8.根据示例1至7或其任意组合所述的装置，其中运算放大器的第一输入节点被电连接至功率开关的负载端子，并且其中，运算放大器的第二输入节点被电连接至感测开关的负载端子。
示例9.一种用于监测由功率开关传导的电流的方法，其中，该方法包括：监测由微调电路生成的电流，其中该微调电路被配置成基于微调电路的异分支特征比并且基于由感测开关传导的电流来生成被监测电流，并且其中，感测开关被配置成基于由功率开关传导的电流来传导电流。该方法还包括基于由微调电路生成的被监测电流来控制微调电路的异分支特征比。
示例10.根据示例9所述的方法，其中，控制所述微调电路的异分支特征比包括控制所述微调电路中的被配置成并联导电的有效晶体管的数目。
示例11.根据示例9至10或其任意组合所述的方法，其中，微调电路的第一分支电路被配置成由感测开关传导的电流来驱动，其中微调电路的第二分支电路被配置成基于所述第一分支电路与所述第二分支电路之间的异分支特征比来生成被监测电流，并且其中，控制所述微调电路的异分支特征比包括控制第一分支电路与第二分支电路之间的异分支特征比。
示例12.根据示例9至11或其任意组合所述的方法，其中，第一分支电路包括多个有效上晶体管和多个有效下晶体管，并且其中控制第一分支电路与第二分支电路之间的异分支特征比包括选择第一分支电路中的有效上晶体管的数目以及选择第一分支电路中的有效下晶体管的数目。
示例13.根据示例9至12或其任意组合所述的方法，其中，被监测电流的幅度基于在第一分支电路中并联连接的有效上晶体管的数目并且基于在第一分支电路中并联连接的有效下晶体管的数目。
示例14.一种电力转换系统，包括半桥电路，所述半桥电路包括高侧功率开关和低侧功率开关。电力转换系统还包括：高侧感测开关，其被配置成基于由高侧功率开关传导的电流来传导电流；以及低侧感测开关，其被配置成基于由低侧功率开关传导的电流来传导电流。电力转换系统还包括微调电路，该微调电路被配置成基于微调电路的异分支特征比并且基于由高侧感测开关传导的电流或由低侧感测开关传导的电流来生成被监测电流，其中微调电路的异分支特征比是可调节的。
示例15.根据示例14所述的电力转换系统，其中，所述微调电路的异分支特征比基于被配置成并联导电的有效晶体管的数目，并且其中所述有效晶体管的数目是可调节的。
示例16.根据示例14至15或其任意组合所述的电力转换系统，还包括：栅极驱动器电路，该栅极驱动器电路被配置成向高侧功率开关和高侧感测开关递送高侧控制信号，向低侧功率开关和低侧感测开关递送低侧控制信号，并且控制微调电路是基于由高侧感测开关传导的电流还是基于由低侧感测开关传导的电流来生成被监测电流。
示例17.根据示例14至16或其任意组合所述的电力转换系统，还包括：高侧运算放大器，其被配置成基于由高侧功率开关传导的电流和由高侧感测开关传导的电流来驱动微调电路。电力转换系统还包括低侧运算放大器，所述低侧运算放大器被配置成基于由低侧功率开关传导的电流和由低侧感测开关传导的电流来驱动微调电路。所述栅极驱动器电路被配置成通过至少以下操作来控制微调电路是基于由高侧感测开关传导的电流还是基于由低侧感测开关传导的电流生成被监测电流：控制高侧运算放大器是否驱动微调电路以及控制低侧运算放大器是否驱动微调电路。
示例18.根据示例14至17或其任意组合所述的电力转换系统，其中，微调电路包括被配置成由高侧运算放大器或低侧运算放大器驱动的第一支路电路。微调电路还包括被配置成由高侧感测开关传导的电流驱动的第二分支电路。微调电路包括被配置成由低侧感测开关传导的电流驱动的第三分支电路。微调电路还包括被配置成基于第二分支电路与第四分支电路之间的异分支特征比或基于第三分支电路与第四分支电路之间的异分支特征比来生成被监测电流的第四分支电路。
示例19.根据示例14至18或其任意组合所述的电力转换系统，其中，第二分支电路与第四分支电路之间的异分支特征比能够通过选择在第二分支电路中并联连接的有效晶体管的数目来调节。第三分支电路和第四分支电路之间的异分支特征比能够通过选择在第三分支电路中并联连接的有效晶体管的数目来调节。
示例20.根据示例14至19或其任意组合所述的电力转换系统，还包括：被配置成测量由微调电路生成的被监测电流的处理电路。处理电路被配置成基于被监测电流的幅度来控制调节电路的异分支特征比。
示例21.根据示例1至8或其任意组合所述的装置，其中，微调电路的异分支特征比基于微调电路的无源元件的特性。
示例22.根据示例1至8和21或其任意组合所述的装置，其中微调电路包括电流镜电路，并且其中，微调电路的异分支特征比包括电流镜电路的异分支特征比。
已经对本公开内容的各种示例进行了描述。所描述的系统、操作或功能的任何组合都是可以预期的。这些和其他示例在以下权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于监测电流的装置，包括：
功率开关；
感测开关，其被配置成基于由所述功率开关传导的电流来传导电流；以及
微调电路，其被配置成基于所述微调电路的异分支特征比并且基于由所述感测开关传导的电流来生成被监测电流，其中，所述微调电路的异分支特征比是可调节的。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述微调电路的异分支特征比基于被配置成并联导电的有效晶体管的数目，并且其中，所述有效晶体管的数目是可调节的。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括：运算放大器，所述运算放大器被配置成基于由所述功率开关传导的电流和由所述感测开关传导的电流来驱动所述微调电路。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述微调电路包括：
第一分支电路，其被配置成由所述运算放大器驱动；
第二分支电路，其被配置成由所述感测开关传导的电流驱动；以及
第三分支电路，其被配置成基于所述第二分支电路和所述第三分支电路之间的异分支特征比来生成所述被监测电流。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第二分支电路包括多个有效上晶体管和多个有效下晶体管，其中，所述有效下晶体管的数目是可调节的，并且其中，所述有效上晶体管的数目是可调节的。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第二分支电路与所述第三分支电路之间的异分支特征比能够至少通过以下方式来调节：
选择被配置成在所述第二分支电路中导电的有效上晶体管的数目；以及
选择被配置成在所述第二分支电路中导电的有效下晶体管的数目。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述被监测电流的幅度基于在所述第二分支电路中并联连接的有效上晶体管的数目并且基于在所述第二分支电路中并联连接的有效下晶体管的数目。
8.根据权利要求3所述的装置，其中，所述运算放大器的第一输入节点电连接至所述功率开关的负载端子，并且其中，所述运算放大器的第二输入节点电连接至所述感测开关的负载端子。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述微调电路的异分支特征比基于所述微调电路的无源元件的特性。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述微调电路包括电流镜电路，并且其中，所述微调电路的异分支特征比包括所述电流镜电路的异分支特征比。
11.一种用于监测电流的方法，所述方法包括：
监测由微调电路生成的被监测电流，其中，所述微调电路被配置成基于所述微调电路的异分支特征比并且基于由感测开关传导的电流来生成所述被监测电流，其中，所述感测开关被配置成基于由功率开关传导的电流来传导电流；以及
基于由所述微调电路生成的被监测电流来控制所述微调电路的异分支特征比。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，控制所述微调电路的异分支特征比包括：控制所述微调电路中的被配置成并联导电的有效晶体管的数目。
13.根据权利要求11所述的方法，
其中，所述微调电路的第一分支电路被配置成由所述感测开关传导的电流驱动；
其中，所述微调电路的第二分支电路被配置成基于所述第一分支电路和所述第二分支电路之间的异分支特征比来生成所述被监测电流；以及
其中，所述第一分支电路包括多个有效上晶体管和多个有效下晶体管，所述方法还包括：
选择所述第一分支电路中的有效上晶体管的数目；以及
选择所述第一分支电路中的有效下晶体管的数目。
14.一种电力转换系统，包括：
半桥电路，其包括高侧功率开关和低侧功率开关；
高侧感测开关，其被配置成基于由所述高侧功率开关传导的电流来传导电流；
低侧感测开关，其被配置成基于由所述低侧功率开关传导的电流来传导电流；以及
微调电路，其被配置成基于所述微调电路的异分支特征比并且基于由所述高侧感测开关传导的电流或由所述低侧感测开关传导的电流来生成被监测电流，其中，所述微调电路的异分支特征比是可调节的。
15.根据权利要求14所述的电力转换系统，其中，所述微调电路的异分支特征比基于被配置成并联导电的有效晶体管的数目，并且其中，所述有效晶体管的数目是可调节的。
16.根据权利要求14所述的电力转换系统，还包括：栅极驱动器电路，所述栅极驱动器电路被配置成：
向所述高侧功率开关和所述高侧感测开关递送高侧控制信号；
向所述低侧功率开关和所述低侧感测开关递送低侧控制信号；以及
控制所述微调电路是基于由所述高侧感测开关传导的电流还是基于由所述低侧感测开关传导的电流来生成所述被监测电流。
17.根据权利要求16所述的电力转换系统，还包括：
高侧运算放大器，其被配置成基于由所述高侧功率开关传导的电流和由所述高侧感测开关传导的电流来驱动所述微调电路；以及
低侧运算放大器，其被配置成基于由所述低侧功率开关传导的电流和由所述低侧感测开关传导的电流来驱动所述微调电路，
其中，所述栅极驱动器电路被配置成通过至少以下操作来控制所述微调电路是基于由所述高侧感测开关传导的电流还是基于由所述低侧感测开关传导的电流来生成所述被监测电流：
控制所述高侧运算放大器是否驱动所述微调电路；以及
控制所述低侧运算放大器是否驱动所述微调电路。
18.根据权利要求17所述的电力转换系统，其中，所述微调电路包括：
第一分支电路，其被配置成由所述高侧运算放大器或所述低侧运算放大器驱动；
第二分支电路，其被配置成由所述高侧感测开关传导的电流来驱动；
第三分支电路，其被配置成由所述低侧感测开关传导的电流来驱动；以及
第四分支电路，其被配置成基于所述第二分支电路与所述第四分支电路之间的异分支特征比或基于所述第三分支电路与所述第四分支电路之间的异分支特征比来生成所述被监测电流。
19.根据权利要求18所述的电力转换系统，
其中，所述第二分支电路与所述第四分支电路之间的异分支特征比能够通过选择在所述第二分支电路中并联连接的有效晶体管的数目来调节，以及
其中，所述第三分支电路和所述第四分支电路之间的异分支特征比能够通过选择在所述第三分支电路中并联连接的有效晶体管的数目来调节。
20.根据权利要求14所述的电力转换系统，还包括处理电路，所述处理电路被配置成：
测量由所述微调电路生成的被监测电流；以及
基于所述被监测电流的幅度来控制所述微调电路的异分支特征比。
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