CN111707858A - 一种高精度的升降压转换器输入电流采样方法 - Google Patents

Abstract

一种高精度的升降压转换器输入电流采样方法，属于电源管理技术领域。本发明在升降压转换器处于降压模式时，采样流过第四开关的电流，根据第四开关的采样电流计算升降压转换器降压模式下的输入电流；在升降压转换器处于升压模式时，采样流过第一开关的电流，根据第一开关的采样电流计算升降压转换器升压模式下的输入电流。本发明根据升降压转换器在升压模式和降压模式的不同特性，分别设计了在升压模式和降压模式的输入电流采样方案，能够获得连续且准确的输入电流，将本发明应用于升降压转换器的输入限流，能够提高升降压转换器的输入采样限流精度和设计灵活性，另外通过对外部限流基准电压的修调进一步提高了输入限流精度。

Description

一种高精度的升降压转换器输入电流采样方法

技术领域

本发明属于集成电路设计与应用中的电源管理领域，涉及一种升降压转换器输入电流采样方法，能够提高升降压转换器工作在降压区间时的输入限流精度。

背景技术

如图8所示是一种普通的不带输入限流的升降压转换器的控制原理图。这种升降压转换器只能实现恒压模式，即只能调节不同输出电压，不能实现恒流控制(调节不同输入电流)。当输入电压高于输出电压时，芯片会自动选择到降压(BUCK)控制模式；当输入电压低于输出电压时，芯片会自动选择到升压(BOOST)控制模式。这种纯恒压模式的升降压控制器的主要缺点是无法支持不同输入电流的恒流控制。

为了实现不同输入电流的恒流控制，一种常规的做法是在输入回路串联一个外部采样电阻R_EXT，其控制原理示意图如图9所示。这种控制方式由于无论是工作在降压模式还是升压模式，流过外部采样电阻R_EXT的电流都是连续的，所以通过外部采样电阻R_EXT可以实现在升压模式和降压模式都比较准确地进行电流采样，所以这种方式可以实现高精度的输入电流控制。但是这种串联外部采样电阻的方法，最大的缺点是必须要额外串联一个外部采样电阻R_EXT，由于要获得高精度的输入限流，这个采样电阻就需要很高的精度，由此会带来较高的成本；同时由于这个电阻的存在，会有额外的功率消耗在这个电阻上，降低了系统的效率。

为了实现升降压转换器的输入限流功能，同时也避免由于在输入端串联电阻带来的额外功率损失以及成本增加，常规的做法是通过采样升降压转换器自身的开关管获得输入电流。4管升降压转换器结构如图1所示，包括四个开关管Q1-Q4和电感L1，通常当有输入限流需求时，传统做法是通过采样开关管Q1的电流来获得输入电流。

具体来说，是通过采样开关管Q1的电流实现升降压转换器的输入限流，其控制原理图如图10所示，除了有常规的电压环路之外，还增加了通过采样开关管Q1的电流实现了电流环路控制。恒流控制的基本原理是：当输出电流逐步在增加的时候，通过开关管Q1的外部采样电流就会逐步增大，流过限流电阻R1的电压逐步升高，也就是图10中限流电阻R1上端的ILIM1的电压会逐步升高，当ILIM1的电压跟恒流控制的电压基准REF_CC一致的时候，输入限流环路开始起作用，如果ILIM1的电压继续升高，整个环路输出的COMP电压会下降，COMP电压下降后，会导致整个环路的输出电流降低，这样ILIM1采样电压也会下降。最终限流环路起作用稳定后，ILIM1的电压会等于REF_CC。

但是这种控制方法也存在着不足之处，当升降压转换器输入电压VIN低于其输出电压VOUT时，芯片工作在升压(BOOST)模式，此时开关管Q3和开关管Q4会处于开或关(ON/OFF)的状态，开关管Q2处于常关闭(OFF)状态，开关管Q1处于常开启(ON)状态，如图2所示，此时输入限流采样开关管Q1的电流跟电感电流都是一致的，是完整工作周期，如图3所示。所以这种常规的输入电流采样方法，在升降压转换器工作于升压模式时能够获得良好的输入限流精度。但是当升降压转换器的输入电压VIN高于其输出电压VOUT时，芯片工作在降压(BUCK)模式，此时开关管Q1和开关管Q2会处于开或关(ON/OFF)状态，开关管Q3处于常关闭(OFF)状态，开关管Q4处于常开启(ON)状态，如图4所示。由于输入端上管即开关管Q1处于开关交替状态，所以无法连续采样输入电流，特别是当降压比例较高时，输入端上管的工作时间较短，导致开关管Q1采样的时间较短，并且由于每一次开关的时候，为了避免产生采样错误，通常设计会有一个几十ns的采样屏蔽时间，导致产生采样误差；由于屏蔽的时间固定，当Q1管子开通时间越短，屏蔽时间占开通时间的比例越大，将会导致采样误差越大。

如图5所示是升降压转换器工作在降压(BUCK)区间时，开关管Q1采样电感电流时的电流采样波形，其中IL1是输出端电感电流的波形，VC1信号是采样开关管Q1的采样放大器内部的控制信号，这个信号的高低会直接反应输出电感电流的大小，ISNS_Q1就是采样放大器采样开关管Q1电流的采样输入电流信号，HD1信号是控制开关管Q1开启和关闭的信号；ISNS_Q1波形中的实线信号是理想采样开关管Q1的电流采样信号，但是为了防止采样电路在开关管Q1刚刚开启时采样电流异常工作导致误触发电流保护，通常会有几十ns的采样屏蔽时间，如图5所示的虚线部分是真实的电流采样波形。所以在降压模式对开关管Q1的采样起始阶段，采样电流是比真实的开关管Q1电流偏小。起始阶段的采样误差就是实线电流和虚线电流之间的差异，这个采样误差在每一个周期都会存在相同的误差量。当芯片工作在高降压比例时，由于输入开关管Q1的工作时间变短(就是开关管Q1开启的时间变短)，此时采样误差所占总开启时间的比例就会明显升高，导致总的电流采样误差变大，如图5所示。最终导致升降压转换器在高降压比例下输入采样电流精度明显变差。

因此在升降压转换器工作于降压模式时，如果仍然采用常规的开关管Q1输入电流采样方法，会导致电流采样误差变大，最终输入电流限流精度变低。

发明内容

针对上述传统升降压转换器输入电流采样方法在升降压转换器工作在降压模式时输入电流采样精度明显下降的不足之处，本发明提出一种高精度的升降压转换器输入电流采样方法，特别针对升降压转换器工作在降压模式下输入电流采样方法进行设计，能够在升降压转换器工作在降压模式时提高输入电流的采样精度和输入限流精度。

本发明提出的升降压转换器降压模式下输入电流采样方法的技术方案为：

一种高精度的升降压转换器降压模式下输入电流采样方法，所述升降压转换器包括电感、接在电感的第一端和所述升降压转换器的输入端之间的第一开关、接在电感的第一端和地电平之间的第二开关、接在电感的第二端和地电平之间的第三开关、接在电感的第二端和所述升降压转换器的输出端之间的第四开关；当所述升降压转换器的输入端电压高于所述升降压转换器的输出端电压时，所述第四开关处于常开状态，所述第三开关处于常关状态，所述第一开关和第二开关交替开启和关闭，所述升降压转换器工作在降压模式；

所述升降压转换器降压模式下输入电流采样方法包括如下步骤：

步骤一、对流过所述第四开关的电流进行采样获得采样电流ISNS_Q4；

步骤二、计算ISNS_Q4×D获得所述升降压转换器降压模式下的输入采样电流，其中D为所述第一开关的开启时间占一个开关周期的比例。

具体的，为了实现所述升降压转换器输入限流，在所述升降压转换器工作在降压模式时，将所述采样电流ISNS_Q4在限流电阻上转换成第一电压，所述第一电压经过占空比控制电路的处理产生滤波电压，使得所述滤波电压在所述升降压转换器输入限流稳定时与外部限流基准电压尽可能接近；

所述占空比控制电路包括运算放大器、第五开关、第六开关和滤波模块，

运算放大器的同相输入端连接所述第一电压，其反相输入端连接其输出端；

第五开关接在运算放大器的输出端和所述滤波模块的输入端之间，第六开关接在所述滤波模块的输入端和地之间；

第五开关的控制信号与所述第一开关的控制信号同相，第六开关的控制信号与所述第一开关的控制信号反相，当所述第一开关闭合时，第五开关闭合，第六开关断开；当所述第一开关断开时，第五开关断开，第六开关闭合；

所述滤波模块的输出端输出所述滤波电压。

具体的，所述滤波模块为一级RC滤波结构、或两级RC滤波结构、或多级RC滤波结构，其中所述两级RC滤波结构包括第一滤波电阻、第二滤波电阻、第一滤波电容和第二滤波电容，第一滤波电阻一端作为所述滤波模块的输入端，另一端连接第二滤波电阻的一端并通过第一滤波电容后接地，第二滤波电阻的另一端作为所述滤波模块的输出端并通过第二滤波电容后接地。

具体的，所述外部限流基准电压设置多个可选电压值，通过对外部限流基准电压的修调使得所述滤波电压在所述升降压转换器输入限流稳定时与选择的所述外部限流基准电压的电压值尽可能接近，尽可能提高输入限流精度。

基于上述升降压转换器降压模式下输入电流的采样方法，本发明还结合升压模式和降压模式的不同特性，提出了一种升降压转换器的输入电流采样方法，在升压模式和降压模式下分别采样第一开关和第四开关的电流来计算输入电流，不仅提高了输入电流采样精度，还增加了设计的灵活性。

本发明提出的升降压转换器的输入电流采样方法的技术方案为：

一种升降压转换器的输入电流采样方法，所述升降压转换器包括电感、接在电感的第一端和所述升降压转换器的输入端之间的第一开关、接在电感的第一端和地电平之间的第二开关、接在电感的第二端和地电平之间的第三开关、接在电感的第二端和所述升降压转换器的输出端之间的第四开关；

所述升降压转换器的输入电流采样方法包括所述升降压转换器降压模式下输入电流的采样和所述升降压转换器升压模式下输入电流的采样：

当所述升降压转换器的输入端电压高于所述升降压转换器的输出端电压时，所述第四开关处于常开状态，所述第三开关处于常关状态，所述第一开关和第二开关交替开启和关闭，所述升降压转换器工作在降压模式；对流过所述第四开关的电流进行采样获得采样电流ISNS_Q4，计算ISNS_Q4×D获得所述升降压转换器在降压模式下的输入采样电流，其中D为所述第一开关的开启时间占一个开关周期的比例；

当所述升降压转换器的输入端电压低于所述升降压转换器的输出端电压时，所述第一开关处于常开状态，所述第二开关处于常关状态，所述第三开关和第四开关交替开启和关闭，所述升降压转换器工作在升压模式；对流过所述第一开关的电流进行采样获得采样电流ISNS_Q1，计算ISNS_Q1获得所述升降压转换器在升压模式下的输入采样电流。

具体的，为了实现所述升降压转换器输入限流，在所述升降压转换器工作在降压模式时，将所述采样电流ISNS_Q4在限流电阻上转换成第一电压，在所述升降压转换器工作在升压模式时，将所述采样电流ISNS_Q1在限流电阻上转换成第二电压，将所述第一电压或第二电压经过占空比控制电路的处理产生滤波电压，使得所述滤波电压在所述升降压转换器输入限流稳定时与外部限流基准电压尽可能接近；

所述占空比控制电路包括运算放大器、第五开关、第六开关和滤波模块，

运算放大器的同相输入端连接所述第一电压或所述第二电压，其反相输入端连接其输出端；

第五开关接在运算放大器的输出端和所述滤波模块的输入端之间，第六开关接在所述滤波模块的输入端和地之间；

第五开关的控制信号与所述第一开关的控制信号同相，第六开关的控制信号与所述第一开关的控制信号反相，当所述第一开关闭合时，第五开关闭合，第六开关断开；当所述第一开关断开时，第五开关断开，第六开关闭合；

所述滤波模块的输出端输出所述滤波电压。

具体的，所述滤波模块为一级RC滤波结构、或两级RC滤波结构、或多级RC滤波结构，其中所述两级RC滤波结构包括第一滤波电阻、第二滤波电阻、第一滤波电容和第二滤波电容，第一滤波电阻一端作为所述滤波模块的输入端，另一端连接第二滤波电阻的一端并通过第一滤波电容后接地，第二滤波电阻的另一端作为所述滤波模块的输出端并通过第二滤波电容后接地。

具体的，所述外部限流基准电压设置多个可选电压值，通过对外部限流基准电压的修调使得所述滤波电压在所述升降压转换器输入限流稳定时与选择的所述外部限流基准电压的电压值尽可能接近，达到尽可能提高输入限流精度的目的。

本发明的工作原理为：

对于升降压转换器工作在降压阶段时，对于第一开关Q1来讲是处于开关状态，但是对于第四开关Q4而言是一直处于常开状态，如图4所示。此时第四开关Q4的电流波形跟电感电流波形完全一样，因此本发明将传统输入电流采样方法中采样第一开关Q1电流的方法进行改进，在降压模式切换为采样第四开关Q4电流，这样就实现了连续采样第四开关Q4的电流。由于第四开关Q4的电流是连续的，没有开关，所以采样出来的电流理论上几乎是没有开关采样误差的，类似于升降压转换器工作在升压(BOOST)模式时采样第一开关Q1的电流，由于采样电流跟电感电流一致，所以具有良好的电流采样精度，因此本发明提出的在降压模式通过采样第四开关Q4的电流获得电感电流的方式是非常准确的。

在降压模式下，获得的第四开关Q4的采样电流ISNS_Q4就是输出电流I_VOUT的采样电流，再计算I_VOUT×D就是最终想要得到的输入电流，因此通过采样第四开关Q4的电流实现了间接采样输入管即第一开关Q1的电流。D是降压模式下升降压转换器的占空比，即第一开关Q1的开通占空比，(1-D)是第二开关Q2的开通占空比，如图7所示。在升压模式下，通过获得第一开关Q1的采样电流ISNS_Q1来获得输入采样电流，由于采样的电流ISNS_Q4和ISNS_Q1，以及占空比D都是容易控制并且是相对准确的，从而提高了升降压转换器的输入采样限流精度。

本发明的有益效果为：本发明提出的输入电流采样方法在降压模式下通过采样第四开关的输出电流计算得到输入采样电流，能够获得连续且准确的输入采样电流，解决了传统输入电流采样方法由于采样开关状态交替的第一开关导致的降压模式下电流采样误差大、输入电流限流精度低的问题，提高了升降压转换器的输入采样限流精度，特别是在降压模式下的输入采样限流精度，通过对外部限流基准电压的修调进一步提高了输入限流精度；另外本发明根据升降压转换器在降压模式和升压模式的不同特性，在降压模式和升压模式分别采样第四开关Q4的电流和采样第一开关Q1的电流来计算输入电流，增加了设计的灵活性且提高了最终采样精度和输入限流精度。

附图说明

图1是升降压(buck-boost)转换器的结构示意图。

图2是升降压转换器工作在升压模式下的控制示意图。

图3是升降压转换器处于升压模式时输入管即第一开关Q1的电流采样波形示意图。

图4是升降压转换器工作在降压模式下的控制示意图。

图5是升降压转换器工作在降压模式时的第一开关Q1的电流采样波形示意图。

图6是升降压转换器工作在降压模式时的第四开关Q4电流采样波形图。

图7是升降压转换器工作在降压模式时第一开关Q1和第二开关Q2的工作波形图。

图8是现有技术中纯恒压模式的升降压转换器控制示意图。

图9是现有技术中通过外部采样电阻实现输入限流的升降压转换器控制示意图。

图10是现有技术中通过采样内部开关管Q1实现输入限流的升降压转换器控制示意图。

图11是本发明提出的可以提高工作在降压模式输入限流精度的升降压转换器控制示意图。

图12是本发明实施例中采用的一种占空比控制示意图。

图13是本发明实施例中采用的一种限流环路基准点电压选择示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细描述本发明的技术方案。

如图1所示，升降压转换器包括电感L1、接在电感L1的第一端和升降压转换器的输入端之间的第一开关Q1、接在电感L1的第一端和地电平之间的第二开关Q2、接在电感L1的第二端和地电平之间的第三开关Q3、接在电感L1的第二端和升降压转换器的输出端之间的第四开关Q4。

当输入电压VIN高于输出电压VOUT时，升降压转换器处于降压模式，此时第三开关Q3会长期关断，第四开关Q4会长期打开，第一开关Q1和第二开关Q2处于正常开关状态，如图4所示。假定第一开关Q1开通的占空比是D，当升降压转换器处于降压连续模式时，第二开关Q2工作时的开通占空比就是1-D。当处于降压模式时，输出电压VOUT＝VIN×D。由于升降压转换器工作在降压阶段时，对于第一开关Q1来讲是处于开关状态，但是对于第四开关Q4而言是一直处于常开状态(此时没有开关)，则此时第四开关Q4的采样电流ISNS_Q4波形跟电感电流IL1波形完全一样，如图6所示，所以不同于传统输入电流采样方法中在降压模式也使用采样第一开关Q1电流的方式，本发明提出在降压模式把采样第一开关Q1的断续电流切换到采样第四开关Q4的连续电流，能够连续采样第四开关Q4的电流，采样得到的电流理论上是没有开关采样误差，因此采样出来的电感电流是非常准确的。此时第四开关Q4的采样电流ISNS_Q4就是电感电流IL1的采样电流，可以利用采样电路对流过第四开关Q4的电流进行采样，获得与流过第四开关Q4的电流成比例的采样电流ISNS_Q4；又由于降压工作模式下的第一开关Q1的占空比D是非常容易获得的，如图7所示，通过占空比控制电路自动计算得到ISNS_Q4×D就是最终的输入采样电流。ISNS_Q4和D都是容易控制并且是相对准确的，所以本发明提出的输入电流采样方法，在降压模式下通过采样第四开关Q4实现间接实现采样输入管第一开关Q1的电流，从而提高输入采样电流的精度。

当输入电压VIN低于输出电压VOUT时，升降压转换器处于升压模式，第一开关Q1会长期开启，第二开关Q2会长期关断，第三开关Q3和第四开关Q4处于正常开关状态；由于第一开关Q1长期开启，可以直接采样第一开关Q1的电流来计算输入电流，具体方法为：对流过第一开关Q1的电流进行采样，获得采样电流ISNS_Q1，通过ISNS_Q1获得升降压转换器在升压模式下的输入采样电流(由于升压模式工作时，采样的Q1电流是连续的，代表的是输入电流，因此这里不需要再乘以占空比)。

本发明获得的升降压转换器的输入采样电流可以用于进行输入限流，如图11所示是本发明提出的一种升降压转换器的高精度输入限流(尤其适用于工作在降压模式下)的结构原理图，相比于如图10所示的常规带输入限流的升降压转换器结构原理图，本发明需要增加一个针对开关管Q4的外部限流采样电路和对应的占空比控制电路(duty control)。开关管Q1外部电流采样和开关管Q4外部电流采样的电流都会流入限流电阻R1上，限流电阻R1右边的C1是限流滤波电容，其目的是对流入限流电阻R1的纹波电流进行滤波。当升降压转换器的输入电压VIN低于输出电压VOUT，芯片处于升压(BOOST)模式的时候，只有开关管Q1的外部电流采样工作，此时控制开关管Q1采样的开关S2闭合，控制开关管Q4采样的开关S1开路，这样流入限流电阻R1就只有开关管Q1的外部电流采样电流；当升降压转换器的输入电压VIN高于输出电压VOUT，芯片处于降压(BUCK)模式的时候，只有开关管Q4的外部电流采样工作，此时开关S1闭合，S2开路，这样流入限流电阻R1就只有开关管Q4的外部电流采样电流。

来自开关管Q1或者开关管Q4的外部限流的采样电流流入限流电阻R1和限流滤波电容C1，形成电压ILIM1，即采样电流ISNS_Q4在限流电阻R1上转换成第一电压，采样电流ISNS_Q1在限流电阻R1上转换成第二电压，第一电压和第二电压都表示为ILIM1，电压ILIM1经过对应的占空比控制电路处理后，能够得到一个稳定的滤波电压ILIM1_FIL，滤波电压ILIM1_FIL在最终外部限流环路稳定工作的时候会跟外部限流基准REF_CC接近相同，也就是外部限流完全稳定的时候，如果这里暂时忽略运算放大器GM_CC的输入失调电压(offset)的话，最终稳态时ILIM1_FIL＝REF_CC。

占空比控制电路(duty control)的原理图如图12所示。它的工作原理是：ILIM1的输入电压经过一个运算放大器OP后，产生信号ILIM1_FB，忽略运算放大器OP自身的失调电压(offset)，此时ILIM1_FB＝ILIM1。

当升降压转换器的输入电压VIN低于输出电压VOUT，芯片处于升压(BOOST)模式的时候，由于开关管Q1是常开的，也就是对于图12所示中的信号LS_ON1常开(为固定逻辑高电平)，所以处于升压模式时，图12所示中的信号LS_ON1就是常为逻辑高的电平，所以第五开关S3会一直处于闭合状态，LS_ON1经过一个反相器INV1后的信号LS_ON1_Z就是一个常为逻辑低的电压，所以第六开关S4会一直处于开路状态。此时图12中信号ILIM1_IN的电压就等于ILIM1_FB，经过后级的由电阻RF1、RE2以及电容CF1、CF2组成的两级滤波电路后，得到信号ILIM1_FIL，由于第五开关S3和第六开关S4没有开关切换，所以ILIM1_FIL＝ILIM1_IN＝ILIM1。也就是说当芯片处于升压模式时，从开关管Q1外部采样限流得到的ILIM1电压，最终经过占空比控制电路后，ILIM1_FIL电压仍然是等于ILIM1电压。

当升降压转换器的输入电压VIN高压输出电压VOUT，芯片处于降压(BUCK)模式的时候，由于开关管Q1是处于开关状态，也就是对于图12所示中的信号LS_ON1是开关状态。所以处于升压模式时，图12所示中的信号LS_ON1就是处于开关状态，当开关管Q1处于闭合状态，开关管Q2处于关断状态时，信号LS_ON1信号处于逻辑高电平，此时第五开关S3会处于闭合状态，信号LS_ON1经过一个反相器INV1后的信号LS_ON1_Z就处于逻辑低电平，也就是第六开关S4处于断开状态，此时ILIM1_IN＝ILIM1_FB；如果开关管Q1闭合的时间占整个工作周期的占空比为D，所以ILIM1_IN＝ILIM1_FB的时间在一个工作周期的比例就是D；当开关管Q2处于闭合状态，开关管Q1处于关断状态时，信号LS_ON1就处于逻辑低电平，此时第五开关S3会处于断开状态，信号LS_ON1经过一个反相器INV1后的信号LS_ON1_Z就处于逻辑高电平，也就是第六开关S4处于闭合状态，此时信号ILIM1_IN通过第六开关S4被拉到地，所以ILIM1_IN＝0V，如果开关管Q2闭合的时间占整个工作周期的占空比为(1-D)，则ILIM1_IN＝0V的时间在一个工作周期的比例是(1-D)。所以在芯片处于降压状态时，在一个完整工作周期内，ILIM1_IN有D的比例是等于ILIM1_FB，有(1-D)的比例是等于0V，经过后面的滤波模块最终稳定后得到ILIM1_FIL＝ILIM1_FB×D＝ILIM1×D，也就是说当芯片处于降压模式时，从开关管Q4外部采样限流得到的ILIM1电压，最终经过占空比控制电路后，ILIM1_FIL是等于ILIM1×D，最终外部限流环路稳定的时候，REF_CC＝ILIM1_FIL＝ILIM1×D。滤波模块可以选用一级RC滤波结构、或两级RC滤波结构、或多级RC滤波结构，只要RC的时间常数足够大能保证把ILIM1_IN的开关信号电压过滤成接近DC电压即可。如图12所示，本实施例中滤波模块采用由第一滤波电阻RF1、第二滤波电阻RE2以及第一滤波电容CF1、第二滤波电容CF2组成的两级滤波电路。根据图4和图6可以看出，当芯片处于降压状态时，开关管Q4处于常开状态，Q4外部采样电流产生的ILIM1电压非常准确，滤波控制电路用的占空比D也是非常准确的，所以系统处于降压时外部输入限流的精度会明显提高。

前面在分析电流环路起作用的时候，为了理解方便忽略了如图11所示中的放大器GM_CC的输入失调电压(offset)，以及如图12所示占空比控制电路中的运算放大器OP的输入失调电压(offset)，再加上如图11所示中开关管Q1的栅极控制信号HD1和开关管Q2的栅极控制信号LD1在驱动开关管Q1和Q2时，选择不同的死区时间会对如图11所示中的信号LS_ON1的工作时间有些微弱影响，这些最终会导致系统稳定后得到的ILIM1_FIL会有一些误差，这些误差将会对输入限流精度有些影响。为了进一步降低这些误差对输入限流精度的影响，尽可能提高输入限流精度，我们可以根据需要，每颗芯片选择不同的限流基准电压值，其工作原理图示意图如图13所示，本实施例中利用两位修调(trimming)信号TRIM_VREF_CC<1:0>控制，经过一个2转4译码器，可以实现对4个开关管基准的控制，选择不同的输入限流基准电压值，具体为根据每颗芯片的不同的输入失调电压以及不同死区时间选择不同的输入限流基准电压值REF_CC1至REF_CC4。当然这里的修调信号可以根据需要采用1位或者多位来控制。修调信号位数越少，控制电路越简单，但是最终的输入限流基准电压值误差会稍微偏大；修调信号位数越多，控制电路越复杂，但是最终的输入限流基准电压值误差会稍微偏小。

综上所述，本发明根据升降压转换器在降压模式和升压模式的不同特性，分别设计了输入电流的采样方案，在降压和升压时都能获得连续且准确的采样电流，解决了传统输入电流采样方法存在的降压模式下电流采样误差大、输入电流限流精度低的问题，提高了升降压转换器的输入采样限流精度和设计的灵活性。本发明还提出了将获得的升降压转换器输入采样电流用于升降压转换器输入限流的应用方式，降压模式时将Q4的采样电流ISNS_Q4在限流电阻R1上进行转换，升压模式时将Q1的采样电流ISNS_Q1在限流电阻R1上进行转换，限流电阻R1转换的电压ILIM1经过占空比控制电路的处理产生滤波电压ILIM1_FIL，在升降压转换器输入限流稳定时滤波电压ILIM1_FIL与外部限流基准电压REF_CC尽可能接近，另外本发明还提出对外部限流基准电压REF_CC进行修调以提高输入限流精度。

本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高精度的升降压转换器降压模式下输入电流采样方法，所述升降压转换器包括电感、接在电感的第一端和所述升降压转换器的输入端之间的第一开关、接在电感的第一端和地电平之间的第二开关、接在电感的第二端和地电平之间的第三开关、接在电感的第二端和所述升降压转换器的输出端之间的第四开关；当所述升降压转换器的输入端电压高于所述升降压转换器的输出端电压时，所述第四开关处于常开状态，所述第三开关处于常关状态，所述第一开关和第二开关交替开启和关闭，所述升降压转换器工作在降压模式；

其特征在于，所述升降压转换器降压模式下输入电流采样方法包括如下步骤：

步骤一、对流过所述第四开关的电流进行采样获得采样电流ISNS_Q4；

步骤二、计算ISNS_Q4×D获得所述升降压转换器降压模式下的输入采样电流，其中D为所述第一开关的开启时间占一个开关周期的比例。

2.根据权利要求1所述的高精度的升降压转换器降压模式下输入电流采样方法，其特征在于，为了实现所述升降压转换器输入限流，在所述升降压转换器工作在降压模式时，将所述采样电流ISNS_Q4在限流电阻上转换成第一电压，所述第一电压经过占空比控制电路的处理产生滤波电压，使得所述滤波电压在所述升降压转换器输入限流稳定时与外部限流基准电压尽可能接近；

所述占空比控制电路包括运算放大器、第五开关、第六开关和滤波模块，

运算放大器的同相输入端连接所述第一电压，其反相输入端连接其输出端；

第五开关接在运算放大器的输出端和所述滤波模块的输入端之间，第六开关接在所述滤波模块的输入端和地之间；

第五开关的控制信号与所述第一开关的控制信号同相，第六开关的控制信号与所述第一开关的控制信号反相，当所述第一开关闭合时，第五开关闭合，第六开关断开；当所述第一开关断开时，第五开关断开，第六开关闭合；

所述滤波模块的输出端输出所述滤波电压。

3.根据权利要求2所述的高精度的升降压转换器降压模式下输入电流采样方法，其特征在于，所述滤波模块为一级RC滤波结构、或两级RC滤波结构、或多级RC滤波结构，其中所述两级RC滤波结构包括第一滤波电阻、第二滤波电阻、第一滤波电容和第二滤波电容，第一滤波电阻一端作为所述滤波模块的输入端，另一端连接第二滤波电阻的一端并通过第一滤波电容后接地，第二滤波电阻的另一端作为所述滤波模块的输出端并通过第二滤波电容后接地。

4.根据权利要求2或3所述的高精度的升降压转换器降压模式下输入电流采样方法，其特征在于，所述外部限流基准电压设置多个可选电压值，通过对外部限流基准电压的修调使得所述滤波电压在所述升降压转换器输入限流稳定时与选择的所述外部限流基准电压的电压值尽可能接近。

5.一种高精度的升降压转换器输入电流采样方法，所述升降压转换器包括电感、接在电感的第一端和所述升降压转换器的输入端之间的第一开关、接在电感的第一端和地电平之间的第二开关、接在电感的第二端和地电平之间的第三开关、接在电感的第二端和所述升降压转换器的输出端之间的第四开关；

其特征在于，所述升降压转换器的输入电流采样方法包括所述升降压转换器降压模式下输入电流的采样和所述升降压转换器升压模式下输入电流的采样：

当所述升降压转换器的输入端电压高于所述升降压转换器的输出端电压时，所述第四开关处于常开状态，所述第三开关处于常关状态，所述第一开关和第二开关交替开启和关闭，所述升降压转换器工作在降压模式；对流过所述第四开关的电流进行采样获得采样电流ISNS_Q4，计算ISNS_Q4×D获得所述升降压转换器在降压模式下的输入采样电流，其中D为所述第一开关的开启时间占一个开关周期的比例；

当所述升降压转换器的输入端电压低于所述升降压转换器的输出端电压时，所述第一开关处于常开状态，所述第二开关处于常关状态，所述第三开关和第四开关交替开启和关闭，所述升降压转换器工作在升压模式；对流过所述第一开关的电流进行采样获得采样电流ISNS_Q1，计算ISNS_Q1获得所述升降压转换器在升压模式下的输入采样电流。

6.根据权利要求5所述的高精度的升降压转换器输入电流采样方法，其特征在于，为了实现所述升降压转换器输入限流，在所述升降压转换器工作在降压模式时，将所述采样电流ISNS_Q4在限流电阻上转换成第一电压，在所述升降压转换器工作在升压模式时，将所述采样电流ISNS_Q1在限流电阻上转换成第二电压，将所述第一电压或第二电压经过占空比控制电路的处理产生滤波电压，使得所述滤波电压在所述升降压转换器输入限流稳定时与外部限流基准电压尽可能接近；

所述占空比控制电路包括运算放大器、第五开关、第六开关和滤波模块，

运算放大器的同相输入端连接所述第一电压或所述第二电压，其反相输入端连接其输出端；

第五开关接在运算放大器的输出端和所述滤波模块的输入端之间，第六开关接在所述滤波模块的输入端和地之间；

第五开关的控制信号与所述第一开关的控制信号同相，第六开关的控制信号与所述第一开关的控制信号反相，当所述第一开关闭合时，第五开关闭合，第六开关断开；当所述第一开关断开时，第五开关断开，第六开关闭合；

所述滤波模块的输出端输出所述滤波电压。

7.根据权利要求6所述的高精度的升降压转换器输入电流采样方法，其特征在于，所述滤波模块为一级RC滤波结构、或两级RC滤波结构、或多级RC滤波结构，其中所述两级RC滤波结构包括第一滤波电阻、第二滤波电阻、第一滤波电容和第二滤波电容，第一滤波电阻一端作为所述滤波模块的输入端，另一端连接第二滤波电阻的一端并通过第一滤波电容后接地，第二滤波电阻的另一端作为所述滤波模块的输出端并通过第二滤波电容后接地。

8.根据权利要求6或7所述的高精度的升降压转换器输入电流采样方法，其特征在于，所述外部限流基准电压设置多个可选电压值，通过对外部限流基准电压的修调使得所述滤波电压在所述升降压转换器输入限流稳定时与选择的所述外部限流基准电压的电压值尽可能接近。

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