CN110957906A - 具有输出电流估计器电路的开关转换器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种具有输出电流估计器电路的开关转换器。一种系统(100)包含开关转换器电路(102)和耦合到所述开关转换器电路(102)的监控电路(130)。所述监控电路(130)包含电流估计电路(132)，所述电流估计电路经配置以估计所述开关转换器电路(102)的输出电流。所述监控电路(132)还包含比较电路(134)，所述比较电路经配置以将经估计平均输出电流与阈值进行比较，其中所述比较电路(134)经配置以响应于经估计输出电流大于所述阈值而输出警报信号。

Description

具有输出电流估计器电路的开关转换器
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年9月26日提交的第62/736,583号美国临时申请的优先权，所述美国临时申请以引用的方式并入本文中。
技术领域
本公开涉及电路，且更具体地，涉及一种具有输出电流估计器电路的开关转换器。
背景技术
在各种电子系统中使用电源和功率转换器。电功率通常作为交流电(AC)信号长距离传输。AC信号针对各个商业或家庭位置根据需要划分和计量，并且经常被转换为直流电(DC)以用于各个电子装置或组件。现代电子系统经常采用设计成使用不同DC电压操作的装置或组件。因此，此类系统需要不同的DC-DC转换器或支持宽范围输出电压的DC-DC转换器。
有许多不同的DC-DC转换器拓扑结构。可用的拓扑结构在所使用的组件、处理的功率量、输入电压、输出电压、效率、可靠性、大小和/或其它特性方面不同。一个实例DC-DC转换器拓扑结构是单输入多输出(SIMO)转换器，其通过将单个电感器充电和选择性地放电到不同节点来提供多个输出。在一些SIMO转换器场景中，由于使用的组件以及控制问题，可能发生低效率和输出振荡。
发明内容
根据本公开的至少一个实例，一种系统包括开关转换器电路和耦合到所述开关转换器电路的监控电路。所述监控电路包含电流估计电路，所述电流估计电路经配置以估计所述开关转换器电路的输出电流。所述监控电路还包含比较电路，所述比较电路经配置以将经估计平均输出电流与阈值进行比较，其中所述比较电路经配置以响应于经估计输出电流大于所述阈值而输出警报信号。
根据本公开的至少一个实例，一种转换器电路包括耦合在第一电感器节点与电压供应节点之间的第一开关。所述转换器电路还包括耦合在所述第一电感器节点与负电源输出节点之间的第二开关。所述转换器电路还包括耦合在第二电感器节点与正电源输出节点之间的第三开关。所述转换器还包括耦合在所述第二电感器节点与接地节点之间的第四开关。所述转换器电路还包括耦合到所述第一、第二、第三和第四开关的控制器。所述转换器电路还包括耦合到所述负电源输出节点和所述正电源输出节点中的至少一者的监控电路，其中所述监控电路包括电流估计电路和耦合到所述电流估计电路的比较电路。
根据本公开的至少一个实例，一种转换器装置包括耦合在第一电感器节点与电压供应节点之间的第一开关。所述转换器装置还包括耦合在所述第一电感器节点与负电源输出节点之间的第二开关。所述转换器装置还包括耦合在第二电感器节点与正电源输出节点之间的第三开关。所述转换器装置还包括耦合在所述第二电感器节点与接地节点之间的第四开关。所述转换器装置还包括耦合到所述负电源输出节点和所述正电源输出节点中的至少一者的监控电路。所述监控电路经配置以估计输出电流并响应于经估计输出电流大于阈值而提供警报信号。
附图说明
为了详细描述各种实例，现在参考随附图式，其中：
图1是示出根据各种实例的开关转换器系统的框图；
图2是示出根据各种实例的升压迭代场景的一组示意图；
图3到5是示出根据各种实例的电流监控电路的框图；
图6和7是示出根据各种实例的电流监控电路的框图；
图8是根据各种实例的电流监控电路的一部分的示意图；以及
图9是示出根据各种实例的随时间变化的电流波形和经估计电流波形的时序图。
具体实施方式
本文公开了涉及电流监控器电路的开关转换器拓扑结构，所述电流监控器电路经配置以估计开关转换器的输出电流。经估计输出电流例如用于检测过电流状况(例如，电流高于阈值超过预定间隔)。在一些实例中，电流监控器电路包括开关“接通”(导通)检测级、电流估计级和比较级。导通检测级检测高侧开关“接通”状况或低侧开关“接通”状况。电流估计级提供与检测到的开关“接通”状况相关联的电流的缩放比例估计。在一些实例中，使用积分级来对时间间隔的经估计电流进行积分。比较级将来自电流估计级或积分级的电流估计值与参考值进行比较。如果电流估计值大于参考值，则比较级输出过电流信号或警报。如果电流估计值不大于参考值，则比较级不输出过电流信号或警报。替代地，比较级可以响应于电流估计值等于或小于参考值而输出欠电流信号。在一些实例中，比较级避免响应于电流估计值等于或小于参考值而输出信号(即，比较级仅响应于过电流状况而输出信号)。
在一些实例中，开关转换器具有单输入多输出(SIMO)转换器拓扑结构。实例SIMO转换器包含电感器、在电感器的第一端与电源节点之间的第一开关、在电感器的第一端与负电源输出节点之间的第二开关、耦合在电感器的第二端与正电源输出节点之间的第三开关，以及耦合在电感器的第二端与接地节点之间的第四开关。SIMO转换器还包含耦合到第一、第二、第三和第四开关的控制器，其中控制器指示第一、第二、第三和第四开关的操作从静止状态转变到至少一次升压迭代，以及返回至静止状态。在一些实例中，每次升压迭代涉及执行电感器充电模式，之后是正或负升压模式。根据需要，在转变回静止状态之前执行多次升压迭代。在一些实例中，电流监控器电路用于检测并响应SIMO转换器中的过电流状况，其中检测发生在与一或多次升压迭代相关的开关“接通”或正向偏置二极管状况期间。在其它实例中，电流监控器电路用于检测并响应在开关“接通”或正向偏置二极管状况期间发生的另一个开关转换器中的过电流状况。为了更好地理解，使用如下附图描述各种开关转换器选项和电流监控器电路选项。
图1是示出根据各种实例的开关转换器系统100的框图。在图1中，系统100表示消费产品、集成电路或芯片、具有集成电路和/或离散组件的印刷电路板(PCB)，和/或另一电气装置。如图所示，系统100包括耦合到控制器104的SIMO转换器电路102。系统100还包括耦合到SIMO转换器电路102和控制器104的感测电路108。系统100还包括耦合到SIMO转换器电路102的正电源输出节点116的第一负载126。系统100还包括耦合到SIMO转换器电路102的负电源输出节点114的第二负载128。
在图1的实例中，SIMO转换器电路102包括耦合在电源(VIN)节点112与第一电感器节点(标记为“LY”)122之间的第一开关(S1)。SIMO转换器电路102还包括耦合在第一电感器节点122与负电源输出节点114之间的第二开关(S2)。SIMO转换器电路102还包括耦合在第二电感器节点(标记为“LX”)124与正电源输出节点116之间的第三开关(S3)。SIMO转换器电路102还包括耦合在第二电感器节点124与接地节点118之间的第四开关(S4)。
在图1中，电感器120耦合在第一电感器节点122与第二电感器节点124之间。在一些实例中，电感器120是通过将电感器120的相应端子耦合到第一电感器节点122和第二电感器节点124而被添加到SIMO转换器电路102的离散组件。相反，SIMO转换器电路102的其它组件可以是集成电路的一部分。在一些实例中，集成电路还包含控制器102和感测电路108。在其它实例中，控制器102和/或感测电路108是与SIMO转换器电路102分离的集成电路的一部分。另外，在一些实例中，第一负载126和第二负载128是相对于SIMO转换器电路102、控制器104和感测电路108的分离的组件或电路。
在图1的实例中，控制器104支持SIMO转换器电路102的各种模式以及至少一个静止状态。更具体地，控制器104经配置以提供电感器充电模式、正升压模式、负升压模式和至少一个静止状态。对于电感器充电模式，控制器104经配置以闭合S1和S4并且断开S2和S3。对于正升压模式，控制器104经配置以闭合S1和S3并且断开S2和S4。对于负升压模式，控制器104经配置以闭合S2和S4并且断开S1和S3。在一个实例静止状态中，控制器104经配置以闭合S1并且断开S2、S3和S4。在另一实例静止状态中，控制器104经配置以闭合S4并且断开S1、S2和S3。
在一些实例中，控制器104包括异步状态机，其经配置以调整SIMO转换器电路102的S1到S4的控制信号(CS1到CS4)，以在没有时钟信号的情况下实现本文中描述的各种模式或静止状态。更具体地，在图1的实例中，控制器104接收来自感测电路108的各种输入信号，并且调整S1到S4的操作以实现本文中描述的各种模式或静止状态。
在一些实例中，控制器104执行状态机循环，其包含在第一或第二静止状态之一处开始。状态机循环还包含执行至少一次升压迭代，其包含电感器充电模式和正或负升压模式。状态机循环还包含返回第一或第二静止状态之一。在一些实例中，控制器104包含仲裁逻辑(见例如图2中的仲裁逻辑240)，其经配置以确定在给定的升压迭代中是使用正升压模式还是负升压模式。在一些实例中，仲裁逻辑使用来自感测电路108的感测信号来确定在给定的升压迭代中是使用正升压模式还是负升压模式。
一旦触发了升压迭代，控制器104就通过在S2和S3断开时闭合S1和S4来执行电感器充电模式。在一些实例中，电感器充电模式持续直到电感器电荷高于可编程阈值。在电感器充电模式完成之后，控制器104根据仲裁结果(例如，哪个输出电源电压离相应的目标和/或其它标准最远)转变到正升压模式或负升压模式。在正或负升压模式完成之后，控制器104根据到控制器104的输入信号转变到另一升压迭代或静止状态之一。
在图1的实例中，系统100包含耦合到LY节点122和/或LX节点124的电流监控器电路130。如图所示，电流监控器电路130包含“接通”检测电路131、电流估计电路132和比较电路134。在操作中，“接通”检测电路131检测开关“接通”状态。在一些实例中，当SIMO转换器电路102从电感器充电模式转变到负升压模式时，“接通“检测电路131检测到S2闭合。另一方面，当SIMO转换器电路102从电感器充电模式转变到正升压模式时，“接通”检测电路131检测到S3闭合。
电流估计电路132确定在正升压模式期间到正电源输出节点116的电流的估计值和/或在负升压模式期间到负电源输出节点114的电流的估计值。在一些实例中，经估计电流对应于电压值。如图所示，电流监控器电路132还包括比较电路134。比较电路134将从电流估计电路132输出的电流估计值133与可编程阈值138进行比较。如果电流估计值133大于可编程阈值138，则比较电路134输出过电流信号或警报信号136。在其它实例中，比较级134响应于电流估计值133等于或小于可编程阈值138而输出欠电流信号。在一些实例中，比较级134避免响应于电流估计值等于或小于参考值而输出信号(即，比较级仅响应于过电流状况而输出信号)。
图2是示出根据各种实例的升压迭代场景200的一组示意图。在场景200中，通过从静止状态(未示出)转变到SIMO转换器电路102的电感器充电模式布置210来启动升压迭代。如图2所示，电感器充电模式布置210对应于S1和S4闭合而S2和S3断开。在电感器充电模式完成之后，仲裁逻辑240确定将执行正升压还是负升压。
在场景200中，通过从SIMO转换器电路102的电感器充电模式布置210转变到SIMO转换器电路102的正升压布置220来执行正升压。如图所示，正升压模式布置220对应于S1和S3闭合而S2和S4断开。在正升压模式完成之后，仲裁逻辑240确定是否需要另一次升压迭代。如果是，则情景200返回到SIMO转换器电路102的电感器充电模式布置210，并且随后是另一次正或负升压。否则，如果不需要另一次升压迭代，则升压迭代场景200完成并且SIMO转换器电路102被置于如本文中描述的静止状态。在一些实例中，不同静止状态的使用取决于如本文中描述的使能信号(例如，VPOS_enabled和/或S1_IDLE)。
在场景200中，通过从SIMO转换器电路102的电感器充电模式布置210转变到SIMO转换器电路102的负升压布置230来执行负升压。如图所示，负升压模式布置230对应于S2和S4闭合而S1和S3断开。在负升压模式完成之后，仲裁逻辑240确定是否需要另一次升压迭代。如果是，则情景200返回到SIMO转换器电路102的电感器充电模式布置210，并且随后执行另一次正或负升压。否则，如果不需要另一次升压迭代，则升压迭代场景200完成并且SIMO转换器电路102被置于静止状态。
在一些场景中，电流监控器电路(例如，图1的电流监控器电路130)在正升压模式期间(当SIMO转换器电路102呈正升压布置220时)执行其操作。在其它场景中，电流监控器电路(例如，图1的电流监控器电路130)在负升压模式期间(当SIMO转换器电路102呈负升压布置220时)执行其操作。
图3到5是示出根据各种实例的电流监控电路的框图。在图3中，呈现用于低侧监控(例如，负升压模式监控)的电流监控电路300。如图所示，电流监控电路300包含功率级302、低侧“接通”检测级312、积分级322和比较级332。图3的功率级302包含呈负升压布置230A的SIMO转换器电路组件。如图所示，负升压布置230A在图3中呈现为使用电源电压节点112、断开的S1(其中S1对应于其电流端子上具有二极管的晶体管)、LY节点122、电感器120、接地节点118、闭合的S2(其中S2闭合时对应于二极管(D1))、闭合的S4，以及负电源输出节点114。也可以存在针对SIMO转换器电路102描述的其它组件(例如，S3、LX节点124和正电源输出节点116)，但是未在图3的负升压布置230A中呈现。
在图3的实例中，低侧“接通”检测级312包含耦合到LY节点122的检测电路314。如图所示，检测电路314包含施密特触发器316。在电感器充电模式期间，S1接通并且流过电感器120(从VIN节点112到接地节点118)的电流开始增加。当在电感器120上建立了足够的电流时，S1断开，使电流从S1的晶体管转向二极管D1。当发生这种情况时，LY节点122处的电压快速下降到低于VNEG节点114处的电压，这使D1接通。由于LY节点122处的电压迅速下降，因此电容器(例如，图7中的电容器704)使施密特触发器316的输入切换。随着放电循环结束并且电感器电流反转，LY节点122处的电压以较慢的速率增加到高于VNEG节点114处的电压。当发生这种情况时，电容器(例如，图7中的电容器704)在施密特触发器316的输入上施加电荷，并且甚至在LY节点122处的电压一直增加到节点112处提供的输入供电电压(VIN)之前立即切换其状态。在一些实例中，低侧“接通”检测级312可以以非常短的持续时间(例如，20到100ns)检测开关“接通”时间。
如图所示，积分级322包含积分电路324，其具有峰值电流值(例如，与电感器充电相位阈值相同的值)和电流阈值(Ith_sel)。在一些实例中，每当低侧二极管/开关(S2)接通时，积分电路324就将分割型式的经估计峰值电流推入C1中。在一些实例中，峰值电感器充电电流可使用信号(Ipk_sel)来编程。此外，积分电路324计算平均输出电流减去阈值电流。在这种情况下，当平均输出电流超过阈值电流时，C1的电压增加。在另一实例中，积分电路324通过与可选电阻器并联地对C1充电来计算到节点电压的平均输出电流。在一些实例中，积分电路324使用峰值电感器电流设置的已知分数(例如，α＝1/10000)。由于此电流是可编程的，因此应用比例因子来匹配经编程值。此布置通过利用峰值电感器电流设置和S2“接通”时间信息有效地估计转换器的平均输出电流。估计电流而不是测量电流的原因是为了避免超高带宽、高静态电流(Iq)、大面积感测放大器来精确测量电流。
比较级332包含具有比较器336的比较电路334。比较器336的输入是来自积分级322的C1电压和参考电压(VREF)。响应于积分器的输出高于VREF，比较电路334输出过电流信号(IAVG_TH_EXCEEDED)。在一些实例中，如图3所示，过电流信号是由积分级322提供的平均电流估计值超过阈值的指示。在一些实例中，比较器336用于检测电流何时超过所选平均电流阈值，其中检测和滤波时间可以通过C1的值来选择。
在图4中，呈现用于高侧监控(例如，正升压模式监控)的电流监控电路400。如图所示，电流监控电路400包含功率级402、高侧“接通”检测级412、积分级422和比较级432。图4的功率级402包含呈正升压布置220A的SIMO转换器电路组件。在其它实例中，仅正开关转换器可以仅包含S3和S4。如图所示，正升压布置220A在图4中呈现为使用电源电压节点112、闭合的S1(或用短路代替)(例如，S1对应于其电流端子上具有二极管的晶体管)、LX节点124、电感器120、接地节点118、闭合的S3(呈其电流端子上具有二极管的晶体管的形式)、断开的S4(呈其电流端子上具有二极管的晶体管的形式)。也可以存在针对SIMO转换器电路102描述的其它组件(例如，S2、LY节点122和负电源输出节点114)，但是未在图4的正升压布置220A中呈现。
在图4的实例中，高侧“接通”检测级412包含耦合到LX节点124的检测电路414。如图所示，检测电路414包含施密特触发器416。在电感器充电模式期间，S4接通并且流过电感器120(从VIN节点112到接地节点118)的电流开始增加。当在电感器120上建立了足够的电流时，S4断开并且S3闭合，使电流流到正电源输出节点116。当发生这种情况时，电感器120放电，并且LX节点124处的电压快速增加。由于LX节点124处的电压迅速增加，因此图4中的C2使施密特触发器416的输入切换。随着放电循环结束，电感器电流反转并且LX节点124处的电压以较慢的速率下降。当发生这种情况时，电容器(例如，图7中的电容器704)在施密特触发器416的输入上施加电荷并立即切换其状态。在一些实例中，高侧“接通”检测级412可以以非常短的持续时间(例如，20到100ns)检测开关“接通”时间。
如图所示，积分级422包含积分电路424，其具有峰值电流值(例如，与电感器充电相位阈值相同的值)和电流阈值(Ith_sel)。在一些实例中，每当高侧二极管(S1的一部分)接通时，积分电路424就将分割型式的经估计峰值电流推入C2中。在一些实例中，峰值电流可使用信号(Ipk_sel)来编程。此外，积分电路424计算平均输出电流减去阈值电流。在这种情况下，当平均输出电流超过阈值电流时，C2的电压增加。在另一实例中，积分电路424通过与可选电阻器并联地对C2充电来计算到节点电压的平均输出电流。在一些实例中，积分电路424使用经估计峰值电感器电流的已知分数(例如，α＝1/10000)。由于此电流是可编程的，因此应用比例因子来匹配经编程值。估计电流而不是测量电流的原因是为了避免超高带宽、高静态电流(Iq)、大面积感测放大器来精确测量电流。
比较级432包含具有比较器436的比较电路434。比较器436的输入是从积分级422输出的电流估计值和参考电压(VREF)。响应于电流估计值高于VREF，比较电路434输出过电流信号(IAVG_TH_EXCEEDED)。在一些实例中，如图4中所示，过电流信号是由积分级422提供的平均电流估计值超过阈值的指示。在一些实例中，比较器436用于检测电流何时超过所选平均电流阈值，其中检测和滤波时间可以通过C2的值来选择。
在图5中，呈现用于高侧监控或低侧监控(例如，正升压模式监控和负升压模式监控)的电流监控电路500。如图所示，电流监控电路500包含功率级502、“接通”检测级512、积分级522和比较级532。图5的功率级502包含SIMO转换器电路组件。在正升压模式下，S1和S3闭合，而S2和S4断开。在负升压模式下，S2和S4闭合，而S1和S3断开。在功率级502中还呈现电感器120、LY节点122、LX节点124、电源节点112、D1、负输出电源节点114、正输出电源节点116和接地节点118。在其它实例中，功率级502中包括的组件可以变化。
在图5的实例中，“接通”检测级512包含耦合到LY节点122的第一检测电路514。如图所示，第一检测电路514包含施密特触发器515。第一检测电路514的操作方式与针对图3描述的检测电路314的操作方式大致相同。“接通”检测级512还包含耦合到LX节点122的第二检测电路516。如图所示，第二检测电路516包含施密特触发器518。第二检测电路514的操作方式与针对图4描述的检测电路414的操作方式大致相同。
如图所示，积分级522包含积分电路524，其具有峰值电流值和电流阈值(Ith_sel)。在一些实例中，积分电路524将分割型式的经估计峰值电流推入C1或C2中。在一些实例中，峰值电流可使用信号(Ipk_sel)来编程。
比较级532包含具有第一比较器536和第二比较器538的比较电路534。第一比较器536的输入(当使用时)是从积分级522输出到C2的电流估计值以及第一参考电压(VREF1)。响应于来自积分级522的电流估计值高于VREF1，比较电路534输出过电流信号(IAVG_TH_EXCEEDED)。第二比较器538的输入(当使用时)是从积分级522输出到C1的电流估计值以及第二参考电压(VREF2)。响应于来自积分级522的电流估计值高于VREF2，比较电路534输出IAVG_TH_EXCEEDED。在一些实例中，如图5所示，过电流信号是由积分级522提供的平均电流估计值超过阈值的指示。
图6和7是示出根据各种实例的电流监控电路600和700的示意图。在图6中，电流监控电路600包含检测器电路602、积分器电路604和比较器606。更具体地，积分器电路604包含第一电流数/模转换器(DAC)612、第二电流DAC 608和重置装置610。当峰值电流改变时，第一电流DAC 612调制电流副本。第二电流DAC 608设置平均电流目标阈值。重置装置610将积分器电路604清零。
在图7中，电流监控电路700包含晶体管702、电容器704和施密特触发器710。电流监控电路700还包含电路706和708。在电流监控电路700中，晶体管702和电容器704是“接通”检测电路(参见例如图3中的“接通”检测电路314)的一部分，其中检测器电路的输入是LY节点122。同时，电路706是经配置以对准上升沿和下降沿延迟的“微调”电路。在一些实例中，通过表征找到特性延迟差异，并且最佳拟合数量用于所有部分。另外，电路708是经配置以将信号转换为积分器电压域的电平转换器。
时刻S1(参见例如图2)接通以用于电感器充电模式，从电源节点(例如，图1中的电源节点112)流到接地节点(例如，图1中的接地节点118)的电感器电流开始增加。当在电感器上建立了足够的电流时，S1断开，这使电流从S1的晶体管转向LY节点122处的寄生电容。当发生这种情况时，LY节点122的电压快速下降到低于负电源输出节点(例如，图1中的负电源输出节点114)的电压，并使S2的二极管(参见例如图3中的D1)接通。由于LY节点122的电压迅速下降，因此下方的电容器704使施密特触发器710的输入切换。在图7的实例中，与施密特触发器710相邻的低压NMOS装置使施密特触发器710的输入保持远低于接地。随着放电循环结束并且电感器电流反转，LY节点122以较慢的速率增加到高于负电源输出节点114处的电压。当发生这种情况时，电容器704在施密特触发器710的输入上施加电荷，使其输入电压从接近0V增加到Vin，紧接着甚至在LY节点122处的电压一直增加到电源节点112处的电压之前立即切换其状态。
图8是根据各种实例的电流监控电路802的一部分的示意图800。如图所示，电流监控电路802包含积分电路803和比较器804。更具体地，积分电路803包含多个晶体管Q1到Q6，每个晶体管具有第一电流端子、第二电流端子和控制端子。Q1和Q2的第一电流端子耦合到电源节点806。Q1和Q2的控制端子彼此耦合。Q1的第二电流端子耦合到Q1的控制端子并耦合到第一电流源807A，其中第一电流源807A位于Q1的第二电流端子与接地节点808之间。在图8的实例中，通过Q2的电流对应于峰值电流设置除以20000(I_peak_setting/20000)。在不同的实例中，峰值电流设置和/或峰值电流设置的缩放比例会变化。Q2的第二电流端子耦合到Q3和Q4的第一电流端子。Q3的控制端子由时钟信号(CS2)引导，Q4的控制端子由另一个时钟信号(CS2_Z，其中CS2_Z是CS2的反相)引导。在一些实例中，CS2还引导S2(例如，到图1中的负电源输出节点114的开关)。在其它实例中，检测器(例如，图3中的检测电路314)可用于驱动CS2和CS2_Z。Q4的第二电流端子耦合到接地节点808。
Q3的第二电流端子耦合到Q6的第一电流端子并耦合到比较器804的输入之一。在一些实例中，如图8所示，Q3的第二电流端子处的电流是平均经估计电流(Ireplica_avg)。如图所示，Q6的第二电流端子耦合到接地节点808。同时，Q6的控制端子耦合到Q5的控制端子和电流源807B。更具体地，电流源807B位于电源节点806与Q5和Q6的控制端子之间。如图所示，Q5的控制端子还耦合到Q5的第一电流端子。最后，Q5的第二电流端子耦合到接地节点808。在图8的实例中，通过Q6的电流是阈值电流(Ith)，其中Ith＝2*Ilimit/20000＝Ilimit/10000。
在图8的实例中，Q3的第二电流端子还耦合到可变电容器C3的顶板。C3的底板耦合到接地节点808。在图8中，C3具有50pF的值。在操作中，Ireplica_avg与Ith之间的差异使电荷在C3处累积，以向比较器804提供电压值，其中增加的电压表示平均输出电流超过期望的转换器输出阈值。比较器804的另一个输入是参考电压(VREF)，其不需要精确。比较器804的输出是值Ilimit_det，其中Ilimit_det对应于图3到5中的IAVG_TH_EXCEEDED。
图9是示出根据各种实例的随时间变化的电流波形912和经估计电流波形922的时序图900。如图所示，电流波形912包含脉冲914A和914B，其中电流波形912的平均电流是Ilimit 916。在图9的实例中，Ilimit＝IpkDlim/2，其中Ipk是峰值电流且Dlim是占空比(或数学表达式tS2/(tS2+tS1,S4)，其中ts2是仅S2接通的情况下的时间量)。在图9的实例中，经估计电流波形922具有脉冲924A和924B，其中经估计电流波形922的平均电流是Ith 926。在不同的实例中，选择Ipk/20000的脉冲结果是Ith＝Ipk/20000*Dlim或Ilimit/10000。Ilimit和Ith的实例值是：ILIM＝5mA；以及Ith＝500nA。注意：在本文中描述的电流估计器的实例中，估计器假设具有三角形形状的输出电流。这是针对开关转换器的情况，因为电感器行为遵循以下等式：V＝L*di/dt。对于恒定的V和L，di/dt是恒定的(例如，电感器电流线性地减小)。同时，经估计电流波形包括方形，因为开关可以在电路实施方案中容易地切换恒定电流。
在此描述中，术语“耦合”意指间接或直接的有线或无线连接。因此，如果第一装置耦合到第二装置，则所述连接可能通过直接连接，或通过经由其它装置和连接的间接连接。此外，在此描述中，“基于”的叙述意指“至少部分地基于”。因此，如果X基于Y，则X可以取决于Y和任何数量的其它因素。
在所描述的实施例中可以进行修改，并且在权利要求的范围内，其它实施例也是可能的。

Claims (20)

1.一种系统，其包括：
开关转换器电路；
耦合到所述开关转换器电路的监控电路，其中所述监控电路包括：
电流估计电路，所述电流估计电路经配置以估计所述开关转换器电路的输出电流；以及
比较电路，所述比较电路经配置以将经估计平均输出电流与阈值进行比较，其中所述比较电路经配置以响应于经估计输出电流大于阈值而输出警报信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述阈值是可调节的。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述阈值能在3到13mA之间调节。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述电流估计电路包括积分器。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述积分器包含电流数/模转换器DAC，所述DAC经配置以基于峰值电流调制电流副本。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述电流DAC包括第一电流DAC，并且其中所述积分器还包括第二电流DAC，所述第二电流DAC经配置以设置平均电流目标阈值。
7.根据权利要求4所述的系统，其中所述积分器包括经配置以将所述积分器清零的重置装置。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述电流估计电路经配置以检测20到100纳秒之间的高侧开关接通时间。
9.根据权利要求4所述的系统，其中所述积分器对经估计峰值电感器电流应用缩放比例，并且其中所述缩放比例小于1/10000。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述开关转换器电路包括负电源输出节点，其中所述监控电路经配置以估计所述负电源输出节点处的平均输出电流。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述开关转换器电路包括正电源输出节点，其中所述监控电路经配置以估计所述正电源输出节点处的平均输出电流。
12.一种转换器电路，其包括：
第一开关，所述第一开关耦合在第一电感器节点与电压供应节点之间；
第二开关，所述第二开关耦合在所述第一电感器节点与负电源输出节点之间；
第三开关，所述第三开关耦合在第二电感器节点与正电源输出节点之间；
第四开关，所述第四开关耦合在所述第二电感器节点与接地节点之间；
控制器，所述控制器耦合到所述第一、第二、第三和第四开关；
监控电路，所述监控电路耦合到所述负电源输出节点和所述正电源输出节点中的至少一者，其中所述监控电路包括：
电流估计电路；以及
比较电路，所述比较电路耦合到所述电流估计电路。
13.根据权利要求12所述的转换器电路，其中所述比较电路经配置以将经估计平均输出电流与阈值进行比较，其中所述比较电路经配置以响应于经估计输出电流大于阈值而输出警报信号。
14.根据权利要求13所述的转换器电路，其中所述阈值能在3到13mA之间调节。
15.根据权利要求12所述的转换器电路，其中所述电流估计电路包括积分器，其中所述积分器包括：
第一电流数/模转换器DAC，所述DAC经配置以基于峰值电流调制电流副本；以及
第二电流DAC，所述第二电流DAC经配置以设置平均电流目标阈值。
16.根据权利要求12所述的转换器电路，其中所述电流估计电路经配置以检测20到100纳秒之间的高侧开关接通时间。
17.根据权利要求15所述的转换器电路，其中所述积分器对经估计峰值电感器电流应用缩放比例，并且其中所述缩放比例小于1/10000。
18.一种转换器装置，其包括：
第一开关，所述第一开关耦合在第一电感器节点与电压供应节点之间；
第二开关，所述第二开关耦合在所述第一电感器节点与负电源输出节点之间；
第三开关，所述第三开关耦合在第二电感器节点与正电源输出节点之间；
第四开关，所述第四开关耦合在所述第二电感器节点与接地节点之间；以及
监控电路，所述监控电路耦合到所述负电源输出节点和所述正电源输出节点中的至少一者，其中所述监控电路经配置以估计输出电流并响应于经估计输出电流大于阈值而提供警报信号。
19.根据权利要求18所述的转换器装置，其中所述监控电路包括：
电流估计电路，所述电流估计电路经配置以估计所述负电源输出节点处的平均输出电流；以及
比较电路，所述比较电路经配置以将经估计平均输出电流与阈值进行比较，其中所述比较电路经配置以响应于经估计输出电流大于阈值而输出警报信号。
20.根据权利要求18所述的转换器装置，其中所述监控电路包括：
电流估计电路，所述电流估计电路经配置以估计所述正电源输出节点处的平均输出电流；以及
比较电路，所述比较电路经配置以将经估计平均输出电流与阈值进行比较，其中所述比较电路经配置以响应于经估计输出电流大于阈值而输出警报信号。
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