CN114977736B - 电流检测电路及用于开关变换电路的控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电流检测电路及用于开关变换电路的控制器，通过模拟电流产生模块来模拟电感的电流，以及，通过电流采样模块对电感的电流进行真实采样，进而通过误差判断模块判断真实的采样电流与模拟电流之间的误差，并根据该误差来调整模拟电流的变化率，最终使得模拟电流与电感的真实采样电流吻合，由此得到精确的电感电流。且采用此方法得到的电感电流没有延时，并且不论功率开关的导通时间多短，都可以精确检测到全周期的电感电流，从而实现了无延时的精确电感电流检测。

Description

电流检测电路及用于开关变换电路的控制器
技术领域
本发明涉及电流检测技术领域，特别涉及一种电流检测电路及用于开关变换电路的控制器。
背景技术
开关电源转换器具有高效率、低功耗等优势，在便携式电子设备等领域被广泛应用，电流作为其重要参数，能用于其环路控制或者过流保护（包括最大正电流保护和最大负电流保护）等等，因此，几乎所有的开关电源转换器都需要进行电流检测。参照图1，作为示例，一种开关电源转换器中，上功率开关HS和下功率开关LS的导通或关断动作将一输入电压Vin周期性地传送给电感L和输出电容C0，并在输出电容C0上获得一直流输出电压Vout，即开关电源转换器将一输入电压Vin转换为一直流输出电压Vout，其中，上功率开关HS和下功率开关LS通过交互地导通和关断来决定电感L中的电流IL的增减，电流检测模块耦接上功率开关HS、下功率开关LS和电感L三者连接的节点（即电感电流采样节点）SW，以通过采样电感电流IL。
然而，由于上功率开关HS和下功率开关LS在导通或关断动作的过程中容易出现振铃现象（即电路中的寄生电感和寄生电容的互感导致开关节点SW上的电压在200 MHz以上频率的范围内振荡的现象），因此设定一定的屏蔽时间（对应屏蔽时间信号Blank，在该屏蔽时间内完成对已导通功率开关的关断和另一功率开关的导通的动作），在所述的屏蔽时间经过之后通过电流检测模块进行电流检测。这就导致了电流采样的结果IL_sense和开关电源转换器实际的电感电流IL之间存在延时（Blank delay），如图2所示，特别是当需要采样的功率开关（例如下功率开关LS）的导通时间很小甚至低于屏蔽时间时，电流采样的结果会存在很大的误差，甚至是丢失的情况。
因此，急需一种电流检测电路及用于开关变换电路的控制器，能够实现无延时的精确电感电流检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电流检测电路及用于开关变换电路的控制器，能够实现无延时的精确电感电流检测。
为实现上述目的，本发明提供一种电流检测电路，其包括：
电流采样模块，耦接一开关变换电路中的电感并对所述电感的电流进行采样，获得采样电流；
模拟电流产生模块，用于模拟所述电感的电流，以输出模拟电流；
误差判断模块，耦接所述电流采样模块，并在每个周期中判断所述采样电流和所述模拟电流之间的误差；
误差调整模块，耦接所述误差判断模块和所述模拟电流产生模块，用于根据所述误差调整所述模拟电流产生模块输出的模拟电流的变化率。
可选的，所述误差调整模块包括：
阈值比较模块，耦接所述误差判断模块，用于将所述误差判断模块输出的误差与预设的阈值进行比较；
计数模块，耦接所述阈值比较模块和所述模拟电流产生模块，用于根据所述阈值比较模块输出的比较结果产生相应的数字信号，以调整所述模拟电流产生模块输出的模拟电流的变化率。
可选的，所述电流采样模块具有用于对电感电流进行采样的比例电阻；所述模拟电流产生模块具有至少一个电流源，所述误差调整模块根据所述采样电流和所述模拟电流之间的误差调整相应的所述电流源的转移跨导，且最终使得所述电流源的转移跨导满足以下关系：gm=Ri/L，其中，gm 为所述电流源的转移跨导，Ri为所述比例电阻的阻值，L为所述电感的电感值。
可选的，所述模拟电流产生模块具有一电容以及依次耦接的第一电流源、控制开关和第二电流源，第二电流源的一端接地，所述电容的一端耦接控制开关和第二电流源的连接节点并输出所述模拟电流，电容的另一端接地；当所述控制开关导通时，所述第一电流源和所述第二电流源共同作用并生成第一电流对所述电容进行充电，当所述控制开关关断时，所述第二电流源生成第二电流对所述电容进行放电。
可选的，所述第一电流正比于所述开关变换电路的输入电压与输出电压的差值，所述第二电流正比于所述开关变换电路的输出电压。
可选的，所述的电流检测电路还包括复位模块，耦接所述模拟电流产生模块和所述电流采样模块，用于在每个周期开始前，设定所述模拟电流与所述采样电流相同。
可选的，所述模拟电流产生模块具有两个相位支路，且在一个相位支路在产生所述模拟电流的同时，另一个相位支路对所述采样电流进行采样。
可选的，每一所述相位支路具有电容、相位开关、采样开关以及依次耦接的第一电流源、控制开关和第二电流源；第二电流源的一端接地；所述电容的一端耦接控制开关和第二电流源的连接节点，另一端接地；所述相位开关的一端耦接所述连接节点，另一端为所述相位支路的输出端并与另一个相位支路的输出端耦接，输出所述模拟电流；所述采样开关的一端耦接所述连接节点，另一端接入所述采样电流。
可选的，所述电流采样模块还包括第一至第四开关、反相器和比较器；第一开关的漏极耦接所述电感，第一开关的栅极耦接所述反相器的输出端，第一开关的源极耦接所述比较器的第一输入端以及第二开关的漏极；所述反相器的输入端耦接所述第二开关的栅极；所述比较器的第二输入端耦接第三开关的源极和所述第四开关的漏极，所述第三开关的漏极耦接所述比例电阻的一端，所述第三开关的栅极耦接所述比较器的输出端；所述第四开关的源极接地。
可选的，所述开关变换电路具有至少一耦接于所述电感的功率开关，所述电流检测电路耦接所述电感与所述功率开关的连接节点，且所述功率开关受控于一屏蔽时间信号。
可选的，所述电流采样模块、所述模拟电流产生模块以及所述误差判断模块中至少一个接收所述屏蔽时间信号，并受控于所述屏蔽时间信号。
可选的，所述误差判断模块包括第五至第八开关、积分器以及钳位电路，第五开关的一端和第七开关的一端同时耦接所述模拟电流产生模块的一个相位支路，第六开关的一端和第八开关的一端同时耦接所述模拟电流产生模块的另一个相位支路，第五开关的另一端和第六开关的另一端同时耦接所述积分器的正输入端，第七开关的另一端和第八开关的另一端同时耦接所述积分器的负输入端，所述钳位电路的一端接地，所述钳位电路的另一端耦接所述积分器的输出端以及所述误差调整模块的输入端。
可选的，所述阈值比较模块包括第一阈值比较器和第二阈值比较器，所述第一阈值比较器的负输入端接入第一阈值， 所述第二阈值比较器的正输入端接入第二阈值，所述第一阈值比较器的正输入端和所述第二阈值比较器的负输入端均与所述误差判断模块的输出端耦接。
基于同一发明构思，本发明还提供一种用于开关变换电路的控制器，所述控制器包括驱动电路及如本发明所述的电流检测电路，所述驱动电路耦接所述电流检测电路，并生成一驱动信号。
可选的，所述开关变换电路包括功率开关，所述功率开关设置于所述控制器中或者在所述控制器外，所述功率开关耦接所述电感的一端，所述电感的另一端耦接一输出电容，所述控制器控制所述功率开关周期性地导通或关断，以将一输入电压周期性地传送给所述电感和所述输出电容。
与现有技术相比，本发明的技术方案，至少具有以下有益效果之一：
1、通过模拟电流产生模块来模拟电感的电流，以及，通过电流采样模块对电感的电流进行真实采样，进而通过误差判断模块判断真实的采样电流与模拟电流之间的误差，并根据该误差来调整模拟电流的变化率，最终使得模拟电流与电感的真实电流吻合，由此得到精确的电感电流。
2、采用此方法得到的电感电流没有延时，并且不论功率开关的导通时间多短，都可以精确检测到全周期的电感电流，从而实现了无延时的精确电感电流检测。
3、通过此方法仅需要对开关变换电路的上功率开关和下功率开关中导通时间较长的一个功率开关的电流进行采样，就可以很方便地得到稳定的全周期电感电流。
附图说明
图1是现有的一种降压型的开关变换电路中的部分电路的结构示意图。
图2是图1的开关电源转换器的电流检测方法中的各主要信号的时序图。
图3是本发明第一实施例的电流检测电路的结构示意图。
图4是本发明第一实施例的电流检测电路中的电流采样模块的电路结构示意图。
图5是本发明第一实施例的电流检测电路的工作时序示意图。
图6是本发明第二实施例的电流检测电路的结构示意图。
图7是本发明第二实施例的电流检测电路中的模拟电流产生模块的电路结构示意图。
图8是本发明第二实施例的电流检测电路中的误差判断模块的电路结构示意图。
图9是本发明第二实施例的电流检测电路的工作时序示意图。
图10是本发明第三实施例的控制器及其所在的开关变换电路的电路结构示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。自始至终相同附图标记表示相同的元件。应当明白，当元件被称为"连接到"、“耦接”其它元件时，其可以直接地连接其它元件，或者可以存在居间的元件。相反，当元件被称为"直接连接到"其它元件时，则不存在居间的元件。在此使用时，单数形式的"一"、"一个"和"所述/该"也意图包括复数形式，除非上下文清楚的指出另外的方式。还应明白术语“包括”用于确定可以特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语"和/或"包括相关所列项目的任何及所有组合。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的技术方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
第一实施例
请参考图3，本实施例提供一种电流检测电路，其包括电流采样模块10、模拟电流产生模块11、复位模块12、误差判断模块13以及误差调整模块，所述误差调整模块包括阈值比较模块14以及计数模块15。
其中，请结合图4，电流采样模块10耦接一开关变换电路中的电感，具体耦接上功率开关HS、下功率开关LS和电感L三者连接的节点（即电感电流采样节点）SW，用于对所述电感L的电流IL进行采样，获得采样电流IL_sense。电流采样模块10可以是任意合适的电流采样电路结构，后文中将做详细说明。
作为一种示例，电流采样模块10可以包括采样电阻（未图示）和运算放大器（未图示），采样电阻串联在电感L的电流路径上，该运算放大器放大采样电阻上的电压，来实现电感L的电流采样。其中，电流采样模块10中运算放大器可以与模拟电流产生模块11、复位模块12、误差判断模块13、阈值比较模块14以及计数模块15等集成在同一控制器的芯片内，采样电阻外置于该控制器的芯片外。
作为另一种示例，电流采样模块10具有镜像开关（未图示），该镜像开关与电流采样模块10所耦接的功率开关（例如图4中的HS或LS）构成电流镜，进而通过电流镜来实现电感L的电流采样。
作为又一种示例，请参考图4，电流采样模块10为电流比例检测电路，其包括第一至第四开关Q1~Q4、反相器A0和比较器U0。进一步结合图10和图4，第一开关Q1的漏极耦接上功率开关HS、下功率开关LS和电感L三者连接的节点（即电感电流采样节点）SW；第二开关Q2的栅极接入下功率开关LS的屏蔽时间信号Blank，反相器A0的输入端耦接第二开关Q2的栅极，第一开关Q1的栅极耦接反相器A0的输出端，第一开关Q1和第二开关Q2互补控制；第一开关Q1的源极耦接比较器U0的第一输入端“+”以及第二开关Q2的漏极，比较器U0的第二输入端“-”耦接第三开关Q3的源极和第四开关Q4的漏极，第三开关Q3的漏极耦接比例电阻Ri的一端, 比例电阻Ri的另一端接工作电压VDD，第二开关Q2的源极和第四开关Q4的源极均接地。
其中，上功率开关HS和下功率开关LS的周期性的导通或关断动作，将一输入电压Vin周期性地传送给电感L和输出电容C0，并在输出电容C0上获得一直流输出电压Vout，且上功率开关HS和下功率开关LS在驱动信号HS_ON、LS_ON的控制下，在一个周期（即系统时钟周期）内交替导通和关断，来决定电感L中的电流IL的增减，每个周期中，驱动信号HS_ON为高电平时，驱动信号LS_ON为低电平，上功率开关HS导通，下功率开关LS关断，节点SW为高电平。当驱动信号LS_ON为高电平时，驱动信号HS_ON为低电平，下功率开关LS导通，上功率开关HS关断，节点SW为低电平。电流采样模块10在屏蔽时间信号Blank的控制下，通过电流采样模块10在节点SW进行电感L的电流检测，例如请参考图5所示，屏蔽时间信号Blank为低时，电流采样模块10输出随电感L的电流IL变化的采样电流IL_sense。
模拟电流产生模块11耦接复位模块12和计数模块15，其用于模拟电感L的电流，以输出模拟电流IL_emu。
其中，可选地，请参考图3，模拟电流产生模块11具有至少一个电流源，计数模块15输出相应的数字信号，以调整模拟电流产生模块11中相应的电流源的转移跨导，且最终使得电流源的转移跨导满足以下关系：gm=Ri/L，式中，gm 为该电流源的转移跨导，Ri为比例电阻的阻值，L为电感的电感值。由此调整所述模拟电流产生模块11输出的模拟电流流IL_emu的变化率。
作为一种示例，请参考图3，模拟电流产生模块11具有电容C以及依次耦接的第一电流源I1、控制开关M0和第二电流源I2。第一电流源I1的一端可以接工作电压VDD，第二电流源I2的一端接地，电容C的一端耦接控制开关M0和第二电流源I2的连接节点并输出模拟电流IL_emu，电容C的另一端接地。控制开关M0的控制端接入驱动信号HS_ON。
当驱动信号HS_ON控制上功率开关HS导通时，驱动信号HS_ON也控制控制开关M0导通，驱动信号LS_ON控制下功率开关LS关断，此时，第一电流源I1和第二电流源I2的共同作用下，可以产生和输出正比于(Vin-Vout)的第一电流，来对电容C进行充电。当驱动信号LS_ON控制下功率开关LS导通时，驱动信号HS_ON也控制上功率开关HS和控制开关M0关断，第二电流源I2产生和输出正比于Vout的第二电流，来对电容C进行放电。由于在上功率开关HS导通时，电感电流IL的斜率为(Vin-Vout)/L，在下功率开关LS导通时，电感电流IL的斜率为-Vout/L，因此模拟电流产生模块11输出的模拟电流IL_emu相对于真实的电感电流IL而言没有额外的延时。而且第一电流源I1和第二电流源I2的转移跨导gm，可以根据误差判断模块13所得出的模拟电流IL_emu和真实的采样电流IL_sense之间的误差来进行调节，由此可以使得模拟电流IL_emu能够拟合开关变换电路中的电感L真实的电感电流IL的真实变化率（例如是，斜率）。
在每个周期开始前，复位模块12会将真实的采样电流IL_sense设定到与模拟电流IL_emu一致，保证采样电流IL_sense和模拟电流IL_emu这两个信号在周期开始的时候是相同的。
误差判断模块13的第一输入端耦接电流采样模块10的输出端，第二输入端耦接模拟电流产生模块11的输出端，用于在每个周期中判断电感L的真实的采样电流IL_sense和模拟电流IL_emu之间的误差。
阈值比较模块14耦接误差判断模块13，并用于将所述误差判断模块13输出的误差与预设的阈值进行比较并输出相应的比较结果。
作为是一种示例，阈值比较模块14包括第二阈值比较器141和第一阈值比较器142，第一阈值比较器142的负输入端“-”接入第一阈值+vth，第二阈值比较器141的正输入端“+”接入第二阈值-vth，第一阈值比较器142的正输入端“+”和第二阈值比较器的负输入端“-”均与误差判断模块13的输出端耦接。第二阈值比较器141用于将误差判断模块13输出的误差与预设的第二阈值-vth进行比较，并根据比较结果输出up信号。第一阈值比较器142用于将误差判断模块13输出的误差与预设的第二阈值+vth进行比较，并根据比较结果输出down信号。
计数模块15为正负计数器，其正输入端“+1”耦接第二阈值比较器141的输出端，其负输入端“-1”耦接第一阈值比较器142的输出端，其时钟端clk接入所述屏蔽时间信号Blank，这里使用的屏蔽时间信号Blank也可以是其他与下功率开关LS的控制信号（包括驱动信号LS_ON）相关的信号，可以指示下功率开关LS的关断即可，计数模块15的输出端耦接模拟电流产生模块11中各个电流源的控制端。计数模块15用于根据阈值比较模块14输出的比较结果（即相应的up信号或down信号）产生相应的数字信号Adj<>，以通过所述数字信号Adj<>调整模拟电流产生模块11输出的模拟电流IL_emu的变化率（例如是，斜率）。具体地，通过调整模拟电流产生模块11中的第一电流源I1的转移跨导gm和第二电流源I2的转移跨导gm，最终使得转移跨导gm=Ri/L，其中Ri是电流采样模块10中的比例电阻的阻值，L是功率电路中的电感值。
综合前述各个模块的工作原理，本实施例的电流检测电路的工作过程是：
首先，在每个周期开始前，通过复位模块12将模拟电流产生模块11的模拟电流IL_emu设定为与电流采样模块10所得到的真实的采样电流IL_sense相同。
然后，在下功率开关LS的屏蔽时间信号Blank变低了之后，驱动信号LS_ON为高电平，驱动信号HS_ON为低电平，下功率开关LS导通，上功率开关HS关断，控制开关M0关断，电流采样模块10对电感L的电流进行采样，得到真实的采样电流IL_sense，误差判断模块13判断真实的采样电流IL_sense和模拟信号IL_emu之间的误差，阈值比较模块14将误差判断模块13将得到的误差与预设的第二阈值-vth和第一阈值+vth进行比较，计数模块15根据阈值比较模块14输出的up信号和down信号的正负情况进行正计数或反计数，以产生相应的数字信号Adj<>，并用来调整模拟电流产生模块11中第二电流源I2的转移跨导gm，从而最终使得gm=Ri/L，其中Ri是电流采样的比例电阻，而L是功率电路中的电感值。
整个过程的控制时序如图5所示，当模拟电流IL_emu的斜率（绝对值）大于真实的电感电流的采样电流IL_sense时，在屏蔽时间信号Blank信号变低之后，误差判断模块13输出的误差Verr将超过阈值比较模块14所设定的第一阈值+vth，因此第一阈值比较器142输出的down信号变高。而在屏蔽信号Blank变高时，计数模块14调整其输出的数字信号Adj<>（其可以是二进制或十六进制的数字编码code），从而减小模拟电流产生模块11输出的模拟电流IL_emu的变化率，最终模拟电流IL_emu的变化率将接近真实的电感电流IL对应的采样电流IL_sense。
应当理解的是，本实施例的技术方案，可以用于用电感实现的降压型Buck开关变换电路、升压型Boost开关变换电路和升降压型Buck-Boost开关变换电路。
以降压型Buck开关变换电路为例，其驱动信号HS_on的高电平时间通常很短（即上功率开关HS的导通时间很短），而驱动信号LS_on的高电平时间很长，可以在下功率开关LS导通时，比较精确地采用电流镜方式检测到电感L的电流，因此通过此方法，不需要采样上功率开关HS的电流，就可以得到稳定的全周期电感电流。
本实施例的电流检测电路，针对传统的开关变换电路的电流检测中不可避免的屏蔽延时而导致的精度损失，其通过对电容C的充放电来模拟电感电流，并且根据对电感电流真实采样得到的采样电流IL_sense与模拟电感电流得到的模拟电流IL_emu之间的误差与预设的阈值之间的关系，调整模拟电流IL_emu的变化率（即通过误差来调整电容C的充放电电流的大小），从而实现与采样电流的吻合的模拟电流，由此可以得到精确的电感电流。采用此方法得到的电感电流没有延时，并且不论功率开关的导通时间多短，都可以精确检测到全周期的电感电流。此外，通过此方法仅需要对开关变换电路的上功率开关和下功率开关中导通时间较长的功率开关的电流进行采样，就可以得到稳定的全周期电感电流。
第二实施例
请参考图6，本实施例提供一种电流检测电路，其与第一实施例的区别主要在于，省略复位模块，且将模拟电流产生模块11改进为两相交替输入输出的方式，由此，使得电流采样模块10输出的采样电流IL_sense对模拟电流IL_emu的复位（reset），通过模拟电流产生模块11的两相交替输入输出的方式来完成，在模拟电流产生模块11的一个相位支路产生模拟电流IL_emu的同时，另一个相位支路对采样电流IL_sense进行采样。
具体地，模拟电流产生模块11具有两个相位支路，即第一相位支路111和第二相位支路112，且在其中一个相位支路在产生模拟电流IL_emu的同时，另一个相位支路对所述采样电流IL_sense进行采样。
作为一种示例，请参考图7，第一相位支路111具有电容C1、相位开关M11、采样开关M12以及依次耦接的第一电流源I11、控制开关M13和第二电流源I12，第二电流源I12的一端接地，电容C1的一端、相位开关M11的一端和采样开关M12的一端同时耦接控制开关M13和第二电流源I12的连接节点，并提供采样电压信号Vcs1，电容C1的另一端接地，相位开关M11的另一端为第一相位支路111的输出端并与第二相位支路112的输出端耦接且输出模拟电流IL_emu，采样开关M12的另一端输出采样电流IL_sense。
第二相位支路112具有电容C2、相位开关M21、采样开关M22以及依次耦接的第一电流源I21、控制开关M23和第二电流源I22，第二电流源I21的一端接地，电容C2的一端、相位开关M21的一端和采样开关M22的一端同时耦接控制开关M23和第二电流源I22的连接节点，并提供采样电压信号Vcs2，电容C2的另一端接地，相位开关M21的另一端为第二相位支路111的输出端并与第一相位支路111的输出端耦接且输出模拟电流IL_emu，采样开关M22的另一端输出采样电流IL_sense。
其中，第一电流源I11和I21的一端均可以接工作电压VDD，第一电流源I11和I21以及第二电流源I12和I22的控制端均耦接计数模块15的输出端，以接入数字信号Adj<>，由此，第一电流源I11和I21以及第二电流源I12和I22的转移跨导gm的调整均受控于计数模块15所输出的数字信号Adj<>。相位开关M11的控制端接入第一相位信号Phi1，相位开关M21的控制端接入第二相位信号Phi2，采样开关M12的控制端接入第一采样控制信号Blank&&Phi2，第一采样屏蔽时间信号Blank&&Phi2是由屏蔽时间信号Blank和第二相位信号Phi2进行逻辑与运算得到，采样开关M22的控制端接入第二采样控制信号Blank&&Phi1，第二采样屏蔽时间信号Blank&&Phi1是由屏蔽时间信号Blank和第一相位信号Phi1进行逻辑与运算得到，第一相位信号Phi1和第二相位信号Phi2是相互反相的信号。
进一步地，作为一种示例，请结合图7和图8，误差判断模块13包括第五至第八开关Q5~Q8、积分器131以及钳位电路132。其中，第五开关Q5的一端和第七开关Q7的一端同时耦接模拟电流产生模块11的第一相位支路111，以接入采样电压信号Vcs1；第六开关Q6的一端和第八开关Q8的一端同时耦接模拟电流产生模块11的第二相位支路112，以接入采样电压信号Vcs2。第五开关Q5的另一端和第六开关Q6的另一端同时耦接积分器131的正输入端“+”，第七开关Q7的另一端和第八开关Q8的另一端同时耦接积分器131的负输入端“-”，第五开关Q5的控制端和第八开关Q8的控制端同时接入第一相位信号Phi1，第六开关Q6的控制端和第七开关Q7的控制端同时接入第二相位信号Phi2。钳位电路12包括电容C3、钳位开关Q9以及电压源Vcm，电容C3的一端和电压源Vcm的负极分别接地，电容C3的另一端和钳位开关Q9的一端同时耦接积分器131的输出端以及阈值比较模块14中的第一阈值比较器142的正输入端和第二阈值比较器141的负输入端，钳位开关Q9的另一端耦接电压源Vcm的正极，钳位开关Q9的控制端接入屏蔽时间信号Blank。
请结合图6至图9，本实施例的电流检测电路的工作原理是：
对于两相采样电压信号Vcs1和Vcs2，当phi1=1时，Vcs1作为模拟电流IL_emu，而Vcs2输出为采样电流IL_sense。此时，将模拟电流IL_emu（采样电压信号Vcs1）接到积分器131的正端，将采样电流IL_sense（采样电压信号Vcs2）接到积分器131的负端。在下功率开关LS的电流检测开始前，误差判断模块13输出的误差被钳位电路132钳位到Vcm。当下功率开关LS电流检测的屏蔽时间结束之后，Q9断开，误差判断模块13输出误差Verr（在Vcm基础上变化）。阈值比较模块14通过判断Verr是否超过Vcm+vth或者低于Vcm-vth，进而来判断是否需要减小（down=1）或者增大（up=1）模拟电流IL_emu（即调整模拟电流IL_emu的变化率），使得模拟电流IL_emu与实际的采样电流IL_sense更加接近。
当phi2=1时，采样电压信号Vcs2作为模拟电流IL_emu，而采样电压信号Vcs1输出为采样电流IL_sense。此时将采样电压信号Vcs2接到积分器131的正端，将采样电压信号Vcs1接到积分器131的负端。然后通过与上述情况类似的方法，来调整模拟电流IL_emu的变化率，使模拟电流IL_emu与实际的采样电流IL_sense更加接近。
由上述内容可见，将模拟电流产生模块11产生的两相信号Vcs1和Vcs2接到误差判断模块13中，可以连续产生每个周期的误差信号。
本实施例的技术方案，同样也通过对相应的电容C1、C2的充放电来模拟外部电感电流的变化，同时将模拟电流与真实的采样电流进行比较，以通过两者的误差来调整相应的电容C1、C2的充放电电流的大小，从而最终实现无延时的精确电感电流检测。
第三实施例
请参考图10，本实施例提供一种用于开关变换电路的控制器，其包括控制电路3、驱动电路2及如本发明所述的电流检测电路1。
其中，驱动电路2耦接所述电流检测电路以及开关变换电路的至少一个功率开关的栅极，例如耦接上功率开关HS和下功率开关LS的栅极，驱动电路2用于生成驱动其所耦接的功率开关的导通和关断的驱动信号。
而且，该功率开关可以设置于所述控制器中或者在所述控制器外，所述功率开关耦接该开关变换电路的电感的一端，所述电感的另一端耦接一输出电容，所述控制器控制所述功率开关周期性地导通或关断，以将一输入电压周期性地传送给所述电感和所述输出电容。
电流检测电路1可以是上述任意实施例中的电流检测电路，其输入端耦接电感L与相应的功率开关（如图10中的上功率开关HS和下功率开关LS）的连接节点。
控制电路3的一个输入端耦接电流检测电路1相应的输出端，以接收电流检测电路1提供的电流信号，可以是模拟电流IL_emu，也可以是实际的采样电流IL_sense。控制电路3相应的输出端耦接驱动电路2的控制端，能够根据电流检测电路1提供的电流信号向驱动电路2提供相应的控制信号（例如脉冲宽度调制信号，即PWM信号）。控制电路3其他相应的输出端耦接电流检测电路1，以向电流检测电路1提供屏蔽时间信号Blank、第一相位信号Phi1、第二相位信号Phi2、第一采样控制信号Blank&&Phi2、第二采样控制信号Blank&&Phi1等等信号中的至少一种。
基于同一发明构思，本实施例还提供一种开关变换电路，包括上功率开关HS、下功率开关LS、电感L、输出电容C0和如本发明所述的控制器。其中，上功率开关HS、下功率开关LS可以内置于所述控制器中，或者外置在所述控制器外。上功率开关HS的源极和下功率开关LS的漏极同时耦接所述电感L的一端和所述控制器的电流检测电路1的一端，形成节点SW，所述电感L的另一端耦接所述输出电容C0的一端，所述输出电容C0的另一端接地。上功率开关HS的栅极和下功率开关LS的栅极均耦接控制器的驱动电路2的输出端，上功率开关HS的源极接入输入电压Vin，下功率开关LS的源极接地。
所述控制器控制所述上功率开关HS、下功率开关LS周期性地导通或关断，以将一输入电压Vin周期性地传送给所述电感L和所述输出电容C0，并在所述输出电容C0上获得一直流输出电压Vout。
综上所述，本发明的技术方案，通过模拟电流产生模块来模拟电感的电流，以及，通过电流采样模块对电感的电流进行真实采样，进而通过误差判断模块判断真实的采样电流与模拟电流之间的误差，并根据该误差与预设阈值的大小产生相应的数字信号来调整模拟电流的变化率（例如是，斜率），最终使得模拟电流与电感的真实电流吻合，由此得到精确的电感电流。且采用此方法得到的电感电流没有延时，并且不论功率开关的导通时间多短，都可以精确检测到全周期的电感电流，从而实现了无延时的精确电感电流检测。进一步地，通过此方法仅需要对开关电源转换器的上功率开关和下功率开关中导通时间较长的一个功率开关的电流进行采样，就可以很方便地得到稳定的全周期电感电流。
此外，应当理解的是，上述各实施例均以降压型Buck开关变换电路为例进行的说明，因此其包括上功率开关HS和下功率开关LS。但是本发明的技术方案并不仅仅限定于此，其也可以用于升压型Boost开关变换电路和升降压型Buck-Boost开关变换电路等开关变换电路，此时，其功率开关可以仅有一个。当然，本发明的电流检测电路中的各个模块的电路设计，也不仅仅限于上述各实施例的举例，其可以采用任意合适的电路设计方案，只要能够实现该模块的功能即可。
例如，在本发明的其他一实施例中，采样电流IL_sense对于模拟电流IL_emu的复位，可以通过在每个周期开始前，将采样电流IL_sense短接到模拟电流IL_emu来完成，但是这样需要占用下功率开关LS一定的导通时间。
再例如，在本发明的其他另一实施例中，对于误差判断模块，其还可以采用对模拟电流IL_emu和采样电流IL_sense进行变化率(例如是，斜率)比较和直流电流比较的方法来得到误差，进而完成对模拟电流IL_emu的变化率调整，但是这样调整过程中有变量数目变多，逻辑会相对上述第一实施例和第二实施例的举例变得复杂。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种电流检测电路，其特征在于，包括：
电流采样模块，耦接一开关变换电路中的电感并对所述电感的电流进行采样，获得采样电流；
模拟电流产生模块，用于模拟所述电感的电流，以输出模拟电流；
误差判断模块，耦接所述电流采样模块，并在每个周期中判断所述采样电流和所述模拟电流之间的误差；
误差调整模块，耦接所述误差判断模块和所述模拟电流产生模块，用于根据所述误差调整所述模拟电流产生模块输出的模拟电流的变化率;
其中，所述电流采样模块具有用于对电感电流进行采样的比例电阻；所述模拟电流产生模块具有至少一个电流源，所述误差调整模块根据所述采样电流和所述模拟电流之间的误差调整相应的所述电流源的转移跨导，且最终使得所述电流源的转移跨导满足以下关系：gm=Ri/L，其中，gm 为所述电流源的转移跨导，Ri为所述比例电阻的阻值，L为所述电感的电感值。
2.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述误差调整模块包括：
阈值比较模块，耦接所述误差判断模块，用于将所述误差判断模块输出的误差与预设的阈值进行比较；
计数模块，耦接所述阈值比较模块和所述模拟电流产生模块，用于根据所述阈值比较模块输出的比较结果产生相应的数字信号，以调整所述模拟电流产生模块输出的模拟电流的变化率。
3.如权利要求1或2所述的电流检测电路，其特征在于，所述模拟电流产生模块具有一电容以及依次耦接的第一电流源、控制开关和第二电流源，第二电流源的一端接地，所述电容的一端耦接控制开关和第二电流源的连接节点并输出所述模拟电流，电容的另一端接地；当所述控制开关导通时，所述第一电流源和所述第二电流源共同作用并生成第一电流对所述电容进行充电，当所述控制开关关断时，所述第二电流源生成第二电流对所述电容进行放电。
4.如权利要求3所述的电流检测电路，其特征在于，所述第一电流正比于所述开关变换电路的输入电压与输出电压的差值，所述第二电流正比于所述开关变换电路的输出电压。
5.如权利要求1或2所述的电流检测电路，其特征在于，还包括复位模块，耦接所述模拟电流产生模块和所述电流采样模块，用于在每个周期开始前，设定所述模拟电流与所述采样电流相同。
6.如权利要求1或2所述的电流检测电路，其特征在于，所述模拟电流产生模块具有两个相位支路，且在一个相位支路在产生所述模拟电流的同时，另一个相位支路对所述采样电流进行采样。
7.如权利要求6所述的电流检测电路，其特征在于，每一所述相位支路具有电容、相位开关、采样开关以及依次耦接的第一电流源、控制开关和第二电流源；第二电流源的一端接地；所述电容的一端耦接控制开关和第二电流源的连接节点，另一端接地；所述相位开关的一端耦接所述连接节点，另一端为所述相位支路的输出端并与另一个相位支路的输出端耦接，输出所述模拟电流；所述采样开关的一端耦接所述连接节点，另一端接入所述采样电流。
8.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述电流采样模块还包括第一至第四开关、反相器和比较器；第一开关的漏极耦接所述电感，第一开关的栅极耦接所述反相器的输出端，第一开关的源极耦接所述比较器的第一输入端以及第二开关的漏极；所述反相器的输入端耦接所述第二开关的栅极；所述比较器的第二输入端耦接第三开关的源极和所述第四开关的漏极，所述第三开关的漏极耦接所述比例电阻的一端，所述第三开关的栅极耦接所述比较器的输出端；所述第四开关的源极接地。
9.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述开关变换电路具有至少一耦接于所述电感的功率开关，所述电流检测电路耦接所述电感与所述功率开关的连接节点，且所述功率开关受控于一屏蔽时间信号。
10.如权利要求9所述的电流检测电路，其特征在于，所述电流采样模块、所述模拟电流产生模块以及所述误差判断模块中至少一个接收所述屏蔽时间信号，并受控于所述屏蔽时间信号。
11.如权利要求7所述的电流检测电路，其特征在于，所述误差判断模块包括第五至第八开关、积分器以及钳位电路，第五开关的一端和第七开关的一端同时耦接所述模拟电流产生模块的一个相位支路，第六开关的一端和第八开关的一端同时耦接所述模拟电流产生模块的另一个相位支路，第五开关的另一端和第六开关的另一端同时耦接所述积分器的正输入端，第七开关的另一端和第八开关的另一端同时耦接所述积分器的负输入端，所述钳位电路的一端接地，所述钳位电路的另一端耦接所述积分器的输出端以及所述误差调整模块的输入端。
12.如权利要求2所述的电流检测电路，其特征在于，所述阈值比较模块包括第一阈值比较器和第二阈值比较器，所述第一阈值比较器的负输入端接入第一阈值， 所述第二阈值比较器的正输入端接入第二阈值，所述第一阈值比较器的正输入端和所述第二阈值比较器的负输入端均与所述误差判断模块的输出端耦接。
13.一种用于开关变换电路的控制器，其特征在于，所述控制器包括驱动电路及如权利要求1-12中任一项所述的电流检测电路，所述驱动电路耦接所述电流检测电路，并生成一驱动信号。
14.如权利要求13所述的控制器，其特征在于，所述开关变换电路包括功率开关，所述功率开关设置于所述控制器中或者在所述控制器外，所述功率开关耦接所述电感的一端，所述电感的另一端耦接一输出电容，所述控制器控制所述功率开关周期性地导通或关断，以将一输入电压周期性地传送给所述电感和所述输出电容。
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