CN111416519B - 电感电流重构电路、重构方法及应用其的功率变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电感电流重构电路及方法，在开关周期的部分时间区间，直接利用采样获得电感电流信息获得电流跟踪信号；在另一部分时间区间，利用已获得的电流跟踪信号和判断得到的电感电流的变化趋势，模拟该时间区间内的电感电流，以获得电流模拟信号，进而准确的实现完整开关周期内的电感电流的跟踪。

Description

电感电流重构电路、重构方法及应用其的功率变换器
技术领域
本发明涉及一种电力电子技术，更具体地说，涉及一种电感电流重构电路、电感电流重构方法以及应用其的功率变换器。
背景技术
目前，开关型功率调节器或稳压器(VR)广泛应用于各种电子系统中，以提供负载所需的恒压电平和电流。对于大多数功率调节器，电感电流需要以实时的方式检测和报告。如发生短路状态时，流过功率晶体管或者其他元件的电流大于其所能承受的最大电流限值，功率晶体管或者电子元件会发生损坏，因此需要对电感电流进行实时的检测，以防止过流状态的发生。或者在不方便直接检测输出电流的应用，可以通过获得全周期的电感电流信息，进而来获得输出电流信息。但是，电感电流的实时检测在其应用场合中，由于空间要求、集成度要求或者其他电气性能的限制，不具备直接测量电感电流(或输出电流)的条件。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种新颖的电感电流检测方法和检测电路，以准确方便的获得完整开关周期的电感电流信息，以克服现有技术中无法直接检测电感电流以及现有的电感电流检测方法精确度低的问题。
依据本发明的第一方面，提供一种电感电流重构方法，用于功率变换器中，包括：
至少获取表征流过所述功率变换器中的主功率晶体管的电流和表征流过整流晶体管的电流的中的两者之一，以生成开关电流采样信号；
根据所述开关电流采样信号，以及表征所述功率变换器中的电感两端电压的电感电压信号，生成表征整个开关周期内的电感电流的重构信号。
优选的，当处于导通状态的所述主功率晶体管和所述整流晶体管其中之一被配置为被检测晶体管时，在所述被检测晶体管的导通区间的第一区间内，根据所述开关电流采样信号，产生电流跟踪信号；在所述被检测晶体管的关断区间的至少部分区间内，根据所述电流跟踪信号和所述电感电压信号，生成跟随电感电流变化的电流模拟信号；所述电流跟踪信号和所述电流模拟信号连续，并均作为所述重构信号的一部分。
优选的，在产生所述电流跟踪信号的过程中，根据所述电流跟踪信号，获得表征当前电感电流的变化速率的第一斜率信号。
优选的，根据所述第一斜率信号和所述被检测晶体管导通区间和关断区间的所述电感两端的压差的变化，获得第二斜率信号。
优选的，在所述导通区间的第二区间内，不产生所述电流跟踪信号；所述第二区间包括所述被检测晶体管的导通时刻。在所述被检测晶体管的导通区间的第二区间内，产生所述电流模拟信号。
优选的，在一开关周期内，除去所述被检测晶体管的第一区间的剩余区间内，根据所述电流跟踪信号和所述电感电压信号，生成所述电流模拟信号。
优选的，仅检测所述主功率晶体管和所述整流晶体管两者之一，获得所述开关电流采样信号。
优选的，同时检测所述主功率晶体管和所述整流晶体管，获得所述开关电流采样信号，并且，所述主功率晶体管和所述整流晶体管之一的导通区间小于所述第二区间的时间长度。
优选的，在紧接所述被检测晶体管的第一区间后的与所述第二区间相同时间长度的区间内生成所述电流模拟信号。
优选的，同时检测所述主功率晶体管和所述整流晶体管，获得所述开关电流采样信号，并且，所述主功率晶体管和所述整流晶体管的导通区间均大于所述第二区间的时间长度。
优选的，在一开关周期内，所述重构信号包括：
所述主功率晶体管和所述整流晶体管中两者中的第一晶体管在其第一区间内的所述电流跟踪信号；
紧接的在第二晶体管的所述第二区间内的所述电流模拟信号；
第二晶体管在其第一区间内的所述电流跟踪信号；
紧接的在第一晶体管的所述第二区间内的所述电流模拟信号。
本发明还提供一种电感电流重构电路，用于功率变换器中，包括：
开关电流采样电路，用以至少获取表征流过所述功率变换器中的主功率晶体管的电流和表征流过整流晶体管的电流的中的两者之一，以生成开关电流采样信号；
电感电流产生电路，用以根据所述开关电流采样信号，以及表征所述功率变换器中的电感两端电压的电感电压信号，生成表征整个开关周期内的电感电流的重构信号。
优选的，所述电感电流产生电路包括：
误差放大电路，用以根据所述开关电流采样信号以及所述重构信号生成误差补偿信号；
重构信号输出电路，通过开关电路选择是否接收所述开关电流采样信号；并根据所述误差补偿信号和所述电感电压信号调节可控电流源的输出电流；所述可变电流源的输出电流对一电容进行充放电，从而在所述电容两端的电压作为所述重构信号。
本发明还提供一种功率变换器，包括任一所述电感电流重构电路，还包括，主功率晶体管，整流晶体管和控制电路；所述控制电路根据所述重构信号，生成控制信号，以控制所述主动率晶体管和所述整流晶体管的开关状态。
本发明的电感电流检测方法和检测电路，在开关周期的部分时间区间，直接利用采样获得电感电流信息获得电流跟踪信号；在另一部分时间区间，利用已获得的电流跟踪信号和判断得到的电感电流的变化趋势，模拟该时间区间内的电感电流，以获得电流模拟信号，进而准确的实现完整开关周期内的电感电流的跟踪。
附图说明
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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是依据本发明的第一实施例的电感电流重构电路电感电流重构电路；
图2是本发明的电感电流重构电路电感电流重构电路的工作波形图；
图3是依据本发明的第二实施例的电感电流重构电路电感电流重构电路；
图4是依据本发明的第三实施例的电感电流重构电路电感电流重构电路；
图5是依据本发明的第四实施例的电感电流重构电路电感电流重构电路；
图6是依据本发明的第五实施例的电感电流重构电路电感电流重构电路；
图7是依据本发明的第六实施例的电感电流重构电路电感电流重构电路；
图8是本发明的电感电流重构电路电感电流重构电路的另一个工作波形图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1是依据本发明的第一实施例的电感电流重构电路电感电流重构电路。如图1所示，本发明实施例以功率变换器的功率级电路采用降压拓扑(BUCK)为例来说明。功率级电路包括主功率开关HS和整流开关LS，功率级电路的电感L和输出电容Cout。则在本实施例中，主功率晶体管即为主功率开关HS，整流晶体管即整流开关LS。电感电流重构电路电感电流重构电路10包括开关电流采样电路11，用以至少获取表征流过功率变换器中的主功率晶体管HS的电流I1的和表征流过整流晶体管LS的电流I2的中的两者之一，以生成开关电流采样信号Vref。电感电流重构电路12，用以根据开关电流采样信号Vref，以及表征功率变换器中的电感L两端电压的电感电压信号VL，生成表征整个开关周期内的电感电流波形的重构信号Vmon，最终目的是使其跟踪电感电流IL。
需要说明的是，电感电压信号VL的实现方式可以通过直接检测电感L两端的电压获得，也可以用采用其他非直接检测的方式来间接获得。
在本发明实施例中，开关电流采样电路11通过直接获取至少主功率晶体管HS两端的电压的和整流晶体管LS两端的电压中的两者之一，以生成开关电流采样信号Vref。
参考图1，依据本实施例的电感电流重构电路10包括：
开关电流采样电路11，用以至少获取表征流过主功率晶体管HS的电流和表征流过整流晶体管LS的电流的中的两者之一，以生成开关电流采样信号Vref；
电感电流产生电路12，用以根据开关电流采样信号Vref，以及电感电压信号VL，生成表征整个开关周期内的电感电流的重构信号Vmon。
开关电流采样电路11包括由一压控电压源VVS1、第一采样开关SL以及第一电容C1构成。压控电压源VVS1通过检测整流晶体管LS两端的电压，并通过一定的比例变化，获取表征流过整流晶体管LS的电流的开关电流采样信号Vref。由于晶体管在导通时，具有固定的导通电阻Rdson，故在其导通时，检测到的漏源电压，与流过其的电流成比例关系。另外，因为整流晶体管LS导通时，电流从其源极流向漏极，故检测到其漏源电压为负值，为了使得电路的设计简单，选取压控电压源VVS1的系数为负值，使得开关电流采样信号Vref为正值以便于后级电路的设计。这里，以系数选取1:-1为例来加以说明，当时，本领域普通技术人员可以理解的是，根据不同的参数设计，压控电压源VVS1的系数也可以选取其他的值。第一采样开关SL在整流晶体管LS导通期间导通一段时间，以使得开关电流采样信号Vref在第一电容C1上得以保持。
电感电流产生电路12包括：
误差放大电路121，用以根据开关电流采样信号Vref以及重构信号Vmom生成误差补偿信号Vcomp；
重构信号输出电路122，通过开关电路123选择是否接收开关电流采样信号Vref；并根据误差补偿信号Vcomp和电感电压信号VL调节可控电流源Imon的输出电流；可变电流源的输出电流对一电容C2进行充放电，从而在电容C2两端的电压作为重构信号Vmon；其中，可控电流源的输出电流与电感电压信号VL正相关，与误差补偿信号Vcomp负相关
通过开关电路123，误差放大电路121的一输入端选择接收重构信号Vmon和开关电流采样信号Vref两者之一。
具体地，误差放大电路121由误差放大器amp构成，其中，误差放大器amp的同相输入端接收开关电流采样信号Vref，误差放大器amp的反相输入端通过开关与同相输入端短接，或者通过另一开关连接至重构信号Vmon。
重构信号输出电路122，通过开关电路123连接至开关电流采样信号Vref的输出端，且由与补偿信号Vcomp以及电感电压信号VL相关的电流源Imon以及第二电容C2构成，并在第二电容C2的非接地端生成重构信号Vmon。优选地，压控电流源Imon的值为Imon＝(a-Vcomp)*VL，a为常数。
在工作过程中，处于导通状态的主功率晶体管HS和整流晶体管LS其中之一被配置为被检测晶体管，在所述被检测晶体管的导通区间的第一区间内，根据开关电流采样信号Vref，产生电流跟踪信号；在被检测晶体管的关断区间的至少部分区间内，根据电流跟踪信号和电感电压信号VL，生成跟随电感电流变化的电流模拟信号；电流跟踪信号和电流模拟信号连续，并均作为所述重构信号的一部分。
在上述第一区间的第一分区间，通过开关电路，使得所述重构信号实时跟踪所述开关电流采样信号，使得所述电流跟踪信号与开关电流采样信号一致。例如，导通开关K2，断开开关K1和K3，则电容C2直接耦接至开关电流采样信号Vref，使得此时的电流跟踪信号即此工作状态下的重构信号Vmon与开关电流采样信号Vref相一致。
在第一区间的第二分区间，通过开关电路，将所述重构信号耦接至误差放大电路的一输入端，根据重构信号和实时的开关电流采样信号之间的误差调节电流跟踪信号即此工作状态下的重构信号Vmon的变化速率使之跟踪所述电感电流的变化速率，以调节所述可控电流源的输出电流。例如，导通开关K3，断开开关K1和K2，误差放大电路的一个输入端接收开关电流采样信号Vref，另一输入端接收重构信号Vmon，并根据两者之间的误差产生补偿信号Vcomp，进而可控电流源的输出电流Imon适应性随之改变，通过上述反馈调节使得电流跟踪信号(即此工作区间的重构信号Vmon)实时跟踪开关电流采样信号Vref。
在所述被检测晶体管的关断区间的至少部分区间内，电感电压信号VL发生变化，可控电流源的输出电流随之改变，生成与所述电流跟踪信号连续的电流模拟信号。
一种实施例中，开关电路123包括：第一开关K1，跨接在误差放大电路121的两个输入端；第二开关K2，跨接在开关电流采样信号Vref的输出端以及重构信号Vmon之间；另外，还包括第三开关K3，连接在重构信号Vmon的输出端以及误差放大器amp的一个输入端之间。
需要说明的是，电感电流重构电路10被配置为设置一消隐时间Tb，主功率晶体管HS和整流晶体管LS是否参与重构信号Vmon的生成，根据各个晶体管所对应的导通时间是否超过消隐时间Tb来决定。
当主功率晶体管和/或整流晶体管的导通时间大于消隐时间时，根据所述电流跟踪信号生成所述电流模拟信号。
在所述被检测晶体管的导通区间的第二区间内，不产生所述电流跟踪信号；所述第二区间包括所述被检测晶体管的导通时刻，所述第二区间的时间长度与所述消隐时间一致。
在所述被检测晶体管的导通区间的第二区间内，产生电流模拟信号。
开关电流采样电路11可以设置为仅检测流过主功率晶体管HS和整流晶体管LS两者中之一的开关电流，也可以设置为同时检测流过主功率晶体管HS和整流晶体管LS的开关电流。
不管是仅检测一个晶体管还是同时检测两个晶体管，只有当该晶体管的导通时间的长度大于消隐时间时，该晶体管才被作为被检测管，并根据流过其的开关电流得到的开关电流信号生成相邻的电流模拟信号。
当仅检测一个晶体管时，只有在该晶体管的导通时间的长度大于消隐时间的开关周期内，根据开关电流信号生成相邻的电流模拟信号。
当同时检测两个晶体管时，在一个开关周期内，必然至少有一个晶体管的导通时间大于消隐时间。此时，如果只有一个晶体管的导通时间大于消隐时间，则仅根据该晶体管的开关电流信号生成电流模拟信号。如果两个晶体管的导通时间均大于消隐时间的长度，则根据两个晶体管的开关电流信号均生成电流模拟信号，一个周期中，包括了跟踪主功率晶体管的开关电流采样信号的电流跟踪信号和与之连续的电流模拟信号，以及跟踪整流晶体管的开关电流采样信号的电流跟踪信号和与之连续的电流模拟信号。
图2是本发明的电感电流重构电路的工作波形图。下面结合图2，来阐述本发明的电感电流重构电路的工作原理。在本发明实施例中，以仅检测整流晶体管LS，并参与重构信号Vmon的生成为例来加以说明整个开关周期电感电流的重构过程。
阶段2：整流晶体管LS处于导通状态；阶段2开始于自整流晶体管LS的导通时刻经过消隐时间Tb的时间长度，并结束于整流晶体管LS的关断时刻之前。
在阶段2中，第二开关K2和第三开关K3导通，第一开关K1关断，可见，重构信号Vmon输出端和开关电流采样信号Vref通过第二开关K2短接，因此在该阶段结束后，重构信号Vmon值与开关电流采样信号Vref的值相等或非常接近，也即使得重构信号Vmon和开关电流采样信号Vref的起始点相等。
阶段3：在阶段3中，第二开关K2和第一开关K1关断，第三开关K3导通，重构信号Vmon通过负反馈电路跟踪整流晶体管的电流，这里指根据开关电流采样信号Vref，此阶段内电感电压信号VL的值为-Vout，为负值。当重构信号Vmon高于开关电流采样信号Vref(即重构信号Vmon的下降斜率小于电感电流IL的下降斜率)，误差放大器amp输出的误差补偿信号Vcomp减小，因此压控电流源Imon输出的电流增加，但由于此时电感电压信号VL为负值，即压控电流源Imon输出的电流反向，因此会使得第二电容C2的放电速度增加，使得重构信号Vmon趋于与开关电流采样信号Vref一致。在该阶段结束后，重构信号Vmon实现了对整流晶体管电流的跟踪，压控电流源Imon输出的电流Imon代表了此时的电感电流IL变化率。即通过负反馈调节，使重构信号Vmon和开关电流采样信号Vref的斜率相等。
可见，在阶段2和阶段3中，可以认为该两阶段中的重构信号Vmon即电流追踪信号，实时跟踪开关电流采样信号。
阶段4：在阶段4中，主功率晶体管HS导通，整流晶体管LS关断。此阶段中，第二开关K2和第三开关K3关断，第一开关K1导通，误差放大器amp的两个输入端的输入信号均为开关电流采样信号，因此误差补偿信号Vcomp不变。此阶段内电感电压信号VL＝Vin-Vout，电感电压信号VL为正值。压控电流源的输出电流Imon_1＝Imon_0*(Vin-Vout)/(Vout)，这里，Imon_0代表了在阶段3中获得表征的电感电流IL的变化斜率。电感电流的变化斜率为电感两端的电压与电感的电感量的比值。在阶段3中，电感两端的电压数值为Vout，在阶段4中，电感两端的电压数值为Vin-Vout。因此，通过该计算式Imon_1＝Imon_0*(Vin-Vout)/(Vout)，可以获得电感电流IL在阶段4中的上升斜率。按照该上升斜率，电容C2两端的电压由阶段3结束时刻的数值持续上升，直至整流晶体管LS再次被导通。即在该阶段中，没有直接检测的方式获得电感电流的信息，而是通过电流模拟信号间接的模拟了电感电流。
阶段1：如上所述，在阶段1中整流晶体管LS刚开通，整流晶体管LS的漏源电压Vds上存在的振荡会极大影响检测结果，因此设定一定的消隐时间T，在该时间段之内流过整流晶体管LS电流信号被忽略。具体地，第二开关K2(控制信号为S2)和第三开关K3(控制信号为S3)关断，第一采样开关SL(控制信号为S4)和第一开关K1(控制信号为S1)导通，因此，在该阶段，由于误差放大器amp的两个输入端被短接，故其输出的误差电流Icomp为0，则误差补偿信号Vcomp不变，电感两端的电压数值由为Vin-Vout变为Vout，压控电流源Imon输出电流相应变化，以对电容C2放电，因此重构信号Vmon以固定的斜率(阶段3中获得的表征的电感电流IL的变化斜率Imon_0)由峰值逐步下降。
由此可见，本发明实施例的方案通过采样一个晶体管的电流，能够将电感电流波形扩展到整个开关周期的原理在于：在阶段3中，电感电压信号VL的值为-Vout，则电感电流斜率为k3＝(-Vout)/L；在阶段4中，电感电压信号VL＝Vin-Vout，则此时电感电流斜率为k4＝(Vin-Vout)/L。即k3/k4＝-Vout/(Vin-Vout)，在阶段3结束时，我们已经得到了k3，而电感电压信号VL的值是可以测量得到的，因此可以得到阶段4内的电感电流斜率k4，即可完成整个开关周期内电感电流波形的扩展。
至此便可通过3个阶段完成电感电流波形的重建：通过阶段2使重构信号Vmon和参考信号(即开关电流采样信号Vref)强制相等，通过阶段3使重构信号Vmon的斜率与参考信号相等，通过电压和电流斜率的关系将重构信号Vmon扩展到其他阶段(例如阶段4和阶段1)。电感电流重构电路10在只检测整流晶体管电流的基础上重建了整个开关周期内的电感电流波形。
图3是依据本发明的第二实施例的电感电流重构电路。其与第一实施的电感电流重构电路10的区别仅在于，开关电流采样电路31采样的是流过主功率晶体管HS的电流，以及，重构信号输出电路32中，相较于重构信号输出电路12，增加了一个压控电压源VVS4及第二控制开关SH1。电路的其他部分及其工作原理均相同，再次不赘述。
参考图3，开关电流采样电路11由压控电压源VVS2、第二采样开关SH以及第一电容C1构成。压控电压源VVS2通过检测主功率晶体管HS两端的电压，获取表征流过主功率晶体管HS的电流的开关电流采样信号Vref。与整流晶体管LS导通时不同的是，主功率晶体管HS导通时电流从其漏极流向源极，故检测到的其漏源电压为正值，则为了实现一定的比例变化，压控电压源VVS2的系数为正值即可，当时，本领域普通技术人员可以理解的是，根据不同的参数设计，压控电压源VVS2的系数也可以选取1:1以外其他的值，另外，当系数选取1:1时，压控电压源VVS2也可以省略。第二采样开关SH在主功率晶体管HS导通期间导通一段时间，以使得开关电流采样信号Vref在第一电容C1上得以保持。
重构信号输出电路32中，在误差放大器amp的输入端增加了一个压控电压源VVS4及第二控制开关SH1。优选地，第二控制开关SH1可以与第二采样开关SH同通同断，而由于主功率晶体管HS导通时电感电流IL斜率为上升，整流晶体管LS导通时电感电流IL时斜率为下降，则需要在主功率晶体管HS导通时，误差补偿信号Vcomp的增长方向与整流晶体管LS导通时不同。因此，当整流晶体管LS导通时，重构信号Vmon和开关电流采样信号Vref通过正向的误差输入误差放大器amp时，则主功率晶体管HS导通时，需要压控电压源VVS4的比例系数为负值，例如本发明实施里中的1:-1，当时，根据不同的参数设计可以选取其他的值，从而使得重构信号Vmon和开关电流采样信号Vref通过负向的误差输入误差放大器amp。
图4是依据本发明的第三实施例的电感电流重构电路。其与第一实施的电感电流重构电路10的区别仅在于，开关电流采样电路41采样的是流过主功率晶体管HS以及整流晶体管LS的电流，以及，重构信号输出电路42中，相较于重构信号输出电路12，增加了一个压控电压源VVS4、第二控制开关SH1以及压控电压源VVS3、第一控制开关SL1。电路的其他部分及其工作原理均相同，再次不赘述。
参考图4，开关电流采样电路41由压控电压源VVS2、第二采样开关SH、压控电压源VVS1、第一采样开关SH以及第一电容C1构成。压控电压源VVS2通过检测主功率晶体管HS两端的电压，在主功率晶体管HS导通阶段获取表征流过主功率晶体管HS的电流的开关电流采样信号Vref。压控电压源VVS1通过检测整流晶体管LS两端的电压，在整流晶体管LS导通阶段获取表征流过整流晶体管LS的电流的开关电流采样信号Vref。
重构信号输出电路42中，相较于重构信号输出电路12，在误差放大器amp的输入端增加了一个压控电压源VVS4、第二控制开关SH1以及压控电压源VVS3、第一控制开关SL1。优选地，第二控制开关SH1可以与第二采样开关SH同通同断，第一控制开关SL1可以与第一采样开关SL同通同断。如上述分析，由于主功率晶体管HS导通时电感电流IL斜率为上升，整流晶体管LS导通时电感电流IL时斜率为下降，则需要在主功率晶体管HS导通时，误差补偿信号Vcomp的增长方向与整流晶体管LS导通时不同。因此，当整流晶体管LS导通时，若压控电压源VVS3的比例系数为正值，例如本发明实施里中的1:1，重构信号Vmon和开关电流采样信号Vref通过正向的误差输入误差放大器amp时，则主功率晶体管HS导通时，需要压控电压源VVS4的比例系数为负值，例如本发明实施里中的1:-1。根据不同的参数设计可以选取其他的值，从而使得重构信号Vmon和开关电流采样信号Vref通过负向的误差输入误差放大器amp。设置相应的比例值的正负，重构信号Vmon和开关电流采样信号Vref可以通过正向或者负向的误差输入误差放大器amp。
图5是依据本发明的第四实施例的电感电流重构电路。其与第一实施的电感电流重构电路10的区别仅在于，开关电流采样电路51通过电流镜像电路采样流过整流晶体管LS的电流，电路的其他部分及其工作原理均相同，再次不赘述。
具体地，开关电流采样电路51，利用与整流晶体管LS共源共栅的镜像晶体管FET2，获取表征流过整流晶体管LS的电流，以生成所述开关电流采样信号Vref。故流过检测晶体管FET2的电流与流过整流晶体管LS的电流成比例关系。通过将流过检测晶体管FET2的电流转换成两个电压信号VR2+以及VR2-，压控电压源VVS1通过获取电压信号VR2+以及VR2-，并通过或者不通过一定的比例变化，获取表征流过整流晶体管LS的电流的开关电流采样信号Vref。相对于图1，3和4所示的实施例中用检测电压的方式获取开关电流信息，采用镜像电路直接能得到电流信号，可以避免噪声影响以及电阻的温漂影响，更加精确。而且镜像晶体管和主功率晶体管或者整流晶体管的温度比较接近，便于补偿。
图6是依据本发明的第五实施例的电感电流重构电路。其与第二实施的电感电流重构电路10的区别仅在于，开关电流采样电路61通过镜像晶体管采样流过主功率晶体管HS的电流，电路的其他部分及其工作原理均相同，再次不赘述。
具体地，开关电流采样电路61，利用与主功率晶体管HS共源共栅的检测晶体管FET1，获取表征流过主功率晶体管HS的电流，以生成所述开关电流采样信号Vref。故流过检测晶体管FET1的电流与流过主功率晶体管HS的电流成比例关系。通过将流过检测晶体管FET1的电流转换成两个电压信号VR1+以及VR1-，压控电压源VVS2通过获取电压信号VR1+以及VR1-，并通过或者不通过一定的比例变化，获取表征流过主功率晶体管HS的电流的开关电流采样信号Vref。
图7是依据本发明的第六实施例的电感电流重构电路。其与第三实施的电感电流重构电路10的区别仅在于，开关电流采样电路71通过镜像晶体管采样流过主功率晶体管HS和整流晶体管LS的电流，电路的其他部分及其工作原理均相同，再次不赘述。
具体地，开关电流采样电路71，利用与主功率晶体管HS共源共栅的镜像晶体管FET1，在主功率晶体管HS导通阶段获取表征流过主功率晶体管HS的电流，以生成所述开关电流采样信号Vref。并利用与整流晶体管LS共源共栅的镜像晶体管FET2，在整流晶体管LS导通阶段获取表征流过整流晶体管LS的电流，以生成所述开关电流采样信号Vref。
图8是本发明的电感电流重构电路的另一个工作波形图。下面结合图8所示的工作波形及图7所示的第六实施例的电感电流重构电路，来阐述本发明的电感电流重构电路的工作原理。在该实施例中，同时检测主功率晶体管和整流晶体管，获得开关电流采样信号，并且，主功率晶体管和整流晶体管的导通区间均大于消隐时间的时间长度。
导通的主功率晶体管和整流晶体管两者之一作为被检测晶体管，在紧接所述被检测晶体管的第一区间后的与所述消隐时间相同时间长度的区间内生成电流模拟信号。
一个开关周期的重构信号包括：
主功率晶体管和整流晶体管中两者中的第一晶体管在其第一区间内的电流跟踪信号；
紧接的在第二晶体管的消隐时间内的电流模拟信号；
第二晶体管在其消隐时间内的电流跟踪信号；
紧接的在第一晶体管的消隐时间内的电流模拟信号。
I时段：主功率晶体管HS导通，但假设其导通时间小于消隐时间Tb，因此主功率晶体管HS的采样不被使能。误差放大器amp输入端被第一开关K1短路，主功率晶体管HS电流信号不参与反馈调节。
II时段：类似图2所示的第一阶段，整流晶体管LS导通，导通时间大于消隐时间Tb，在消隐时间Tb内，误差放大器被第一开关K1短路，整流晶体管LS电流信号不参与反馈调节。
III时段：类似图2所示的第二阶段，整流晶体管LS导通时间足够长，大于消隐时间Tb，整流晶体管LS的电流采样被使能，第一开关K1断开，第二开关K2导通将重构信号Vmon和开关电流采样信号Vref短路，从而强制将重构信号Vmon设为目标值。
IV时段：类似图2所示的第三阶段，第一开关K1以及第二开关K2断开，第一采样开关SL也已经处于导通状态，重构信号Vmon通过负反馈调节电路跟踪整流晶体管LS电流，具体地，跟踪开关电流采样信号Vref。
V时段：开始进入下一个开关周期，主功率晶体管HS导通时间大于消隐时间Tb，在该消隐时间Tb内，误差放大器amp被第一开关K1短路，主功率晶体管HS电流信号不参与反馈调节。
VI时段：即处于主功率晶体管HS导通时的所述第二阶段，主功率晶体管HS导通时间足够长，大于消隐时间Tb，主功率晶体管HS的电流采样被使能，第一开关K1断开，第二开关K2导通将重构信号Vmon和开关电流采样信号Vref短路，从而强制将重构信号Vmon设为目标值。
VII时段：即处于主功率晶体管HS导通时的所述第三阶段，第一开关K1以及第二开关K2断开，第二采样开关SH也已经处于导通状态，重构信号Vmon通过负反馈调节电路跟踪流过主功率晶体管HS的电流，具体地，跟踪开关电流采样信号Vref。
VIII时段：即处于整流晶体管LS导通时的所述第一阶段，整流晶体管LS刚导通阶段，其导通时间大于消隐时间T，在消隐时间T内，误差放大器amp被第一开关K1短路，整流晶体管LS电流信号不参与反馈调节。
IX时段：即处于整流晶体管LS导通时的所述第二阶段，整流晶体管LS导通时间足够长，整流晶体管LS的电流采样被使能，第一开关K1断开，第二开关K2导通将重构信号Vmon和开关电流采样信号Vref短路，从而强制将重构信号Vmon设为目标值。
X时段：即处于整流晶体管LS导通时的所述第三阶段，第一开关K1以及第二开关K2断开，第一采样开关SL已经处于导通状态，重构信号Vmon通过负反馈调节电路跟踪流过整流晶体管LS的电流，具体地，跟踪开关电流采样信号Vref。在该开关周期内，主功率晶体管HS以及整流晶体管LS均参与调节过程。
根据上述工作过程分析可知，在一个开关周期中，电感电流重构电路电感电流重构电路10会根据主功率晶体管HS和/或整流晶体管LS电流的采样值调节重构信号Vmon的输出，流过主功率晶体管HS和整流晶体管LS的电流是否参与调节过程由其对应的导通时间是否超过消隐时间T决定。如果其导通时间达到消隐时间T，则对应的采样及控制开关被使能导通，该管的电流采样信号将参与重构信号Vmon的生成。
本发明的电感电流重构电路电感电流重构电路，通过设计一种基于负反馈的电路，使得重构信号跟踪其参考信号即开关电流采样信号。通过至少获取表征流过所述功率变换器中的主功率晶体管的电流的和表征流过整流晶体管的电流的中的两者之一获得的开关电流采样信号和电感电压信号的结合，可以实现完整开关周期内的电感电流的跟踪。
依据本发明还提供一种功率变换器，包括前述的任意电感电流重构电路，还包括，主功率晶体管，整流晶体管和控制电路；所述控制电路根据所述重构信号，生成控制信号，以控制所述主动率晶体管和所述整流晶体管的开关状态。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (28)

1.一种电感电流重构方法，用于功率变换器中，包括：
至少获取表征流过所述功率变换器中的主功率晶体管的电流和表征流过整流晶体管的电流的中的两者之一，以生成开关电流采样信号；
根据所述开关电流采样信号，以及表征所述功率变换器中的电感两端电压的电感电压信号，生成表征整个开关周期内的电感电流的重构信号；
当处于导通状态的所述主功率晶体管和所述整流晶体管其中之一被配置为被检测晶体管时，在所述被检测晶体管的导通区间的第一区间内，根据所述开关电流采样信号，产生电流跟踪信号；在所述被检测晶体管的关断区间的至少部分区间内，根据所述电流跟踪信号和所述电感电压信号，生成跟随电感电流变化的电流模拟信号；所述电流跟踪信号和所述电流模拟信号连续，并均作为所述重构信号的一部分。
2.根据权利要求1所述的电感电流重构方法，其特征在于，在产生所述电流跟踪信号的过程中，根据所述电流跟踪信号，获得表征当前电感电流的变化速率的第一斜率信号。
3.根据权利要求2所述的电感电流重构方法，其特征在于，根据所述第一斜率信号和所述被检测晶体管导通区间和关断区间的所述电感两端的压差的变化，获得第二斜率信号。
4.根据权利要求3所述的电感电流重构方法，其特征在于，所述第一斜率信号和所述第二斜率信号之间的比值与所述导通区间和所述关断区间内的所述电感电压信号的比值成正比例关系。
5.根据权利要求3所述的电感电流重构方法，其特征在于，在所述导通区间的第二区间内，不产生所述电流跟踪信号；所述第二区间包括所述被检测晶体管的导通时刻。
6.根据权利要求5所述的电感电流重构方法，其特征在于，在所述被检测晶体管的导通区间的第二区间内，产生所述电流模拟信号。
7.根据权利要求5所述的电感电流重构方法，其特征在于，
在一开关周期内，除去所述被检测晶体管的第一区间的剩余区间内，根据所述电流跟踪信号和所述电感电压信号，生成所述电流模拟信号。
8.根据权利要求7所述的电感电流重构方法，其特征在于，在所述被检测晶体管的关断区间内，根据所述电流跟踪信号和所述第二斜率信号，生成所述电流模拟信号。
9.根据权利要求8所述的电感电流重构方法，其特征在于，在所述被检测晶体管的关断区间内，自第一区间结束时刻的所述电流跟踪信号的数值按照所述第二斜率信号变化获得所述电流模拟信号。
10.根据权利要求9所述的电感电流重构方法，其特征在于，在所述第二区间内，自关断区间结束时刻的所述电流跟踪信号的数值按照所述第一斜率信号变化获得所述电流模拟信号。
11.根据权利要求7所述的电感电流重构方法，其特征在于，仅检测所述主功率晶体管和所述整流晶体管两者之一，获得所述开关电流采样信号。
12.根据权利要求7所述的电感电流重构方法，其特征在于，同时检测所述主功率晶体管和所述整流晶体管，获得所述开关电流采样信号，并且，所述主功率晶体管和所述整流晶体管之一的导通区间小于所述第二区间的时间长度。
13.根据权利要求5所述的电感电流重构方法，其特征在于，
在紧接所述被检测晶体管的第一区间后的与所述第二区间相同时间长度的区间内生成所述电流模拟信号。
14.根据权利要求13所述的电感电流重构方法，其特征在于，同时检测所述主功率晶体管和所述整流晶体管，获得所述开关电流采样信号，并且，所述主功率晶体管和所述整流晶体管的导通区间均大于所述第二区间的时间长度。
15.根据权利要求14所述的电感电流重构方法，其特征在于，在一开关周期内，所述重构信号包括：
所述主功率晶体管和所述整流晶体管中两者中的第一晶体管在其第一区间内的所述电流跟踪信号；
紧接的在第二晶体管的所述第二区间内的所述电流模拟信号；
第二晶体管在其第一区间内的所述电流跟踪信号；
紧接的在第一晶体管的所述第二区间内的所述电流模拟信号。
16.根据权利要求3所述的电感电流重构方法，其特征在于，生成所述电流跟踪信号的步骤包括：
在第一分区间，实时跟踪所述电感电流，使得所述电流跟踪信号与所述电感电流成正比例关系；
在第二分区间，调节所述电流跟踪信号的变化速率使之跟踪所述电感电流的变化速率，以获得所述第一斜率信号。
17.根据权利要求16所述的电感电流重构方法，其特征在于，在所述第二分区间内，利用一可控电流源对一电容进行充放电来获得所述电流跟踪信号和所述第一斜率信号；根据实时的开关电流跟踪信号和所述电流跟踪信号之间的误差调节所述可控电流源的输出电流，使得所述电流跟踪信号与所述开关电流跟踪信号一致；并且，所述可控电流源的输出电流表征所述第一斜率信号。
18.根据权利要求17所述的电感电流重构方法，其特征在于，所述可控电流源的输出电流与所述电感两端的压差正相关。
19.一种电感电流重构电路，用于功率变换器中，包括：
开关电流采样电路，用以至少获取表征流过所述功率变换器中的主功率晶体管的电流和表征流过整流晶体管的电流的中的两者之一，以生成开关电流采样信号；
电感电流产生电路，用以根据所述开关电流采样信号，以及表征所述功率变换器中的电感两端电压的电感电压信号，生成表征整个开关周期内的电感电流的重构信号；所述电感电流产生电路包括：
误差放大电路，用以根据所述开关电流采样信号以及所述重构信号生成误差补偿信号；
重构信号输出电路，通过开关电路选择是否接收所述开关电流采样信号；并根据所述误差补偿信号和所述电感电压信号调节可控电流源的输出电流；所述可控电流源的输出电流对一电容进行充放电，从而在所述电容两端的电压作为所述重构信号。
20.根据权利要求19所述的电感电流重构电路，其特征在于，通过所述开关电路，所述误差放大电路的一输入端选择接收所述重构信号和所述开关电流采样信号两者之一。
21.根据权利要求19所述的电感电流重构电路，其特征在于，所述可控电流源的输出电流与所述电感电压信号正相关，与所述误差补偿信号负相关。
22.根据权利要求19所述的电感电流重构电路，其特征在于，当处于导通状态的所述主功率晶体管和所述整流晶体管其中之一被配置为被检测晶体管时，在所述被检测晶体管的导通区间的第一区间内，根据所述开关电流采样信号，产生电流跟踪信号；在所述被检测晶体管的关断区间的至少部分区间内，根据所述电流跟踪信号和所述电感电压信号，生成跟随电感电流变化的电流模拟信号；所述电流跟踪信号和所述电流模拟信号连续，并均作为所述重构信号的一部分。
23.根据权利要求22所述的电感电流重构电路，其特征在于，
在所述第一区间的第一分区间，通过所述开关电路，使得所述重构信号实时跟踪所述开关电流采样信号，使得所述电流跟踪信号与所述电感电流成正比例关系；
在所述第一区间的第二分区间，通过所述开关电路，将所述重构信号耦接至所述误差放大电路的一输入端，调节所述电流跟踪信号的变化速率使之跟踪所述电感电流的变化速率，以调节所述可控电流源的输出电流。
24.根据权利要求22所述的电感电流重构电路，其特征在于，在所述被检测晶体管的关断区间的至少部分区间内，根据所述电感电压信号调节所述可控电流源的输出电流，生成与所述电流跟踪信号连续的所述电流模拟信号。
25.根据权利要求22所述的电感电流重构电路，其特征在于，所述电感电流重构电路被配置为包括一消隐时间，所述主功率晶体管和/或整流晶体管的导通时间大于所述消隐时间时，根据所述电流跟踪信号生成所述电流模拟信号。
26.根据权利要求25所述的电感电流重构电路，其特征在于，在所述被检测晶体管的导通区间的第二区间内，不产生所述电流跟踪信号；所述第二区间包括所述被检测晶体管的导通时刻，所述第二区间的时间长度与所述消隐时间一致。
27.根据权利要求26所述的电感电流重构电路，其特征在于，在所述被检测晶体管的导通区间的第二区间内，产生所述电流模拟信号。
28.一种功率变换器，包括权利要求19-27任一所述电感电流重构电路，还包括，主功率晶体管，整流晶体管和控制电路；所述控制电路根据所述重构信号，生成控制信号，以控制所述主功率晶体管和所述整流晶体管的开关状态。
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