CN117269582A - 变换器的电流采样电路、电流采样方法及变换器 - Google Patents

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CN117269582A CN202311049013.3A CN202311049013A CN117269582A CN 117269582 A CN117269582 A CN 117269582A CN 202311049013 A CN202311049013 A CN 202311049013A CN 117269582 A CN117269582 A CN 117269582A
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Abstract

本申请公开了一种变换器的电流采样电路、电流采样方法及变换器，变换器包括主开关管、同步开关管和电感，主开关管和同步开关管用于控制所述电感充放电以控制所述变换器实现电能传输，电流采样电路包括：串联连接的第一采样管和第二采样管；第一获取单元，用于获取第一采样管和第二采样管之间的第一节点的电压，以得到表征第一节点的电压的平均值的第一电压信号；以及采样输出单元，连接变换器和第一获取单元，根据第一电压信号和从电感的一端获取的第二电压信号得到电感电流采样信号，电感电流采样信号表征变换器的电感电流的平均值。该电流采样电路结构简单，不易受到噪声影响，对器件的要求低，可以适配不同的变换器。

Description

变换器的电流采样电路、电流采样方法及变换器
技术领域
本申请涉及开关电源技术领域，具体涉及一种变换器的电流采样电路、电流采样方法及变换器。
背景技术
近年来，我国各大行业迅速发展，对电力供应的需求越来越高。作为能量源和用电器之间的桥梁，功率变换器得到了广泛的应用。
图1示出了变换器的电流采样电路的一种常规电路结构示意图。功率转换电路10(BUCK拓扑)包括串联的主开关管Q1和同步开关管Q2，二者的连接节点为SW和输出端之间连接有电感L，流过电感的电流为电感电流IL。输出端和地之间还连接有电容Co和负载电阻Ro。主开关管Q1接收第一开关控制信号Vg1，同步开关管Q2接收第二开关控制信号Vg2。
传统的电流采样电路20包括连接在输入端和地之间的晶体管M1和晶体管M2，二者的连接节点为SW0。晶体管M1的长度与主开关管Q1相同，但是宽度为主开关管Q1宽度的1/K。晶体管M1的控制端接收第一开关控制信号Vg1。运算放大器OP的正向输入端和反向输入端分别连接节点SW和节点SW0，输出端连接晶体管M2的控制端。运算放大器OP分别在晶体管M1和主开关管Q1的漏极进行采样比较，将结果反馈到晶体管M2的栅极，以将主开关管Q1和晶体管M1的漏极电位钳位到相等。即稳定时，运算放大器OP的两个输入端的电压相等，而主开关管Q1和晶体管M1的电流对应镜像成比例，流过晶体管M1的电流等于流经主开关管Q1的电流的1/K。且晶体管M1的电流流过晶体管M2和地之间的采样电阻Rs，将采样到的电流信号转成电压信号就得到电感电流采样信号Vsense。这样的采样方式在电流较小时采样精度不高，功耗较大。且必须要在主开关管导通的情况下才能检测电流，检测时间受限；且运算放大器OP需要在较短的时间内使两个输入端的电压达到相同和稳定，对运算放大器的要求较高，采样也容易受到开关噪声的影响。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种多相变换器的电流采样电路、电流采样方法和均流电路，以解决现有技术中的问题。
根据本发明的一方面，提供一种变换器的电流采样电路，所述变换器包括主开关管、同步开关管和电感，主开关管和同步开关管用于控制所述电感充放电以控制所述变换器实现电能传输，所述电流采样电路包括：串联连接的第一采样管和第二采样管；第一获取单元，用于获取所述第一采样管和所述第二采样管之间的第一节点的电压，以得到表征所述第一节点的电压的平均值的第一电压信号；以及采样输出单元，连接所述第一获取单元，根据所述第一电压信号和从所述电感的一端获取的第二电压信号得到电感电流采样信号，所述电感电流采样信号表征所述变换器的电感电流的平均值。
可选地，所述电感直接连接所述变换器的输出端或输入端的一端为所述电感的第一端，所述采样输出单元从所述电感的第一端上获取第二电压信号。
可选地，所述电感连接在所述主开关管和所述同步开关管之间的第二节点上的一端为所述电感的第二端，所述电流采样电路还包括：第二获取单元，连接所述电感的第二端和所述采样输出单元，用于获取所述第二节点上的电压，以得到表征所述第二节点的电压的平均值的第二电压信号。
可选地，所述采样输出单元将所述第一电压信号和所述第二电压信号的差值放大处理后输出所述电感电流采样信号。
可选地，所述采样输出单元包括误差放大器，所述误差放大器接收所述第一电压信号和所述第二电压信号，输出所述电感电流采样信号，所述误差放大器的放大系数为K，K为正数。
可选地，所述第一获取单元和所述第二获取单元分别包括第一滤波器和第二滤波器，所述第一滤波器将所述第一节点的电压进行滤波处理得到所述第一电压信号，所述第二滤波器将所述第二节点的电压进行滤波处理得到所述第二电压信号。
可选地，所述第一采样管和所述主开关管接收相同的第一开关控制信号，同步导通和关断；所述第二采样管和所述同步开关管接收相同的第二开关控制信号，同步导通和关断。
根据本发明的另一方面，提供一种变换器的电流采样方法，所述变换器包括主开关管、同步开关管和电感，主开关管和同步开关管用于控制所述电感充放电以控制变换器实现电能传输，其中，所述电流采样方法包括：经由串联的第一采样管和第二采样管建立采样路径；将从所述第一采样管和所述第二采样管之间的第一节点处获取的第一节点的电压进行信号处理，以得到表征所述第一节点的电压的平均值的第一电压信号；以及根据所述第一电压信号和从所述电感的一端获取的第二电压信号得到电感电流采样信号，其中，所述电感电流采样信号表征所述变换器的电感电流的平均值。
可选地，所述电感直接连接所述变换器的输出端或输入端的一端为所述电感的第一端，从所述电感的第一端上获取所述第二电压信号。
可选地，所述电感连接在所述主开关管和所述同步开关管之间的第二节点上的一端为所述电感的第二端，所述电流采样方法还包括：获取所述第二节点上的电压，以得到表征所述第二节点的电压的平均值的第二电压信号。
可选地，根据所述第一电压信号和所述第二电压信号得到电感电流采样信号的步骤包括：将所述第一电压信号和所述第二电压信号的差值放大处理后输出所述电感电流采样信号。
可选地，所述第一节点的电压经过滤波处理后得到所述第一电压信号，所述第二节点的电压经过滤波处理得到所述第二电压信号。
根据本发明的另一方面，提供一种变换器，包括主开关管、同步开关管和电感，主开关管和同步开关管用于控制电感充放电以控制变换器实现电能传输，所述变换器还包括：上述的电流采样电路；以及控制电路，连接所述电流采样电路，接收所述电感电流采样信号，用于控制所述主开关管和所述同步开关管的导通状态。
可选地，所述变换器为多相变换器，包括多相并联的功率转换电路，每相所述功率转换电路均包括主开关管、同步开关管和电感，且每相所述功率转换电路均连接一个所述的电流采样电路，所述控制电路包括：电流取均值电路，连接多个所述电流采样电路，根据多个所述电感电流采样信号得到平均电感电流信号；电流修正电路，连接所述电流取均值电路和多个所述电流采样电路，分别根据每相功率转换电路的所述电感电流采样信号和所述平均电感电流信号得到每相的电感电流修正信号；以及驱动信号调节电路，连接所述电流修正电路，分别根据每相的电感电流修正信号调节每相的驱动信号的占空比，所述驱动信号用于控制所述主开关管和所述同步开关管的导通和关断。
可选地，所述电流修正电路包括多个电流修正单元，每个电流修正单元均包括一个运算放大器，用于根据所述电感电流采样信号和所述平均电感电流信号得到所述电感电流修正信号。
可选地，所述驱动信号调节电路包括：误差放大单元，根据多相变换器的输出端的输出电压和参考电压生成误差放大信号；以及多个驱动信号产生单元，每个所述驱动信号产生单元均连接一个所述电流修正单元，根据所述电感电流修正信号和所述误差放大信号以及斜坡信号调节驱动信号的占空比，所述驱动信号的占空比用于控制所述主开关管的导通时间。
可选地，所述变换器包括升压变换器或降压变换器。
本发明提供的变换器的电流采样电路、电流采样方法和变换器，通过电流采样电路采样变换器的电感电流。在电流采样电路中，采用串联的第一采样管和第二采样管建立采样路径，然后分别从功率转换器和采样路径上获取第二电压信号和第一电压信号，根据第一电压信号和第二电压信号得到与变换器的电感电流呈线性关系的电感电流采样信号。整个电流采样电路的结构简单，便于实现，仅依靠简单的电路结构就可以得到高精度的与电感电流呈线性关系的采样结果。而获取的第一电压信号表征两个采样管之间的第一节点上电压的平均值，获取的第二电压信号表征电感一端获取的电压的平均值，则电流采样电路进行电压采样时受噪声的影响小，采样值稳定，且采样容易实现。而采样路径直接形成在输入端或输出端和接地端之间，对第一电压信号的影响较小，所以对第一采样管和第二采样管的限制小，选择范围广，电流采样电路的适用范围广。
进一步地，采样输出单元将第一电压信号和第二电压信号的差值放大一定倍数后输出为电感电流采样信号，放大倍数可以根据需要设定。即通过第一电压信号将第二电压信号与电感电流的关系进行线性化处理，使得最终的输出可以跟随电感电流线性变化，根据采样到的电感电流采样信号就可以直观地查看电感电流的变化，而且对小电流的采样精度也很高，功耗较小，扩展了电流采样电路的应用范围。
进一步地，采样输出单元采用误差放大器实现，电流采样过程对该误差放大器的依赖较小，要求较低，误差放大器的选择性多，可以降低电流采样电路的成本和配置难度。
应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
图1示出了变换器的电流采样电路的一种常规电路结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的变换器的电流采样电路的示意性框图；
图3示出了根据本发明第一实施例的电流采样电路的示意性电路图；
图4示出了根据本发明第二实施例的电流采样电路的示意性电路图；
图5示出了根据本发明第三实施例的电流采样电路的示意性电路图；
图6示出了根据本发明第四实施例的电流采样电路的示意性电路图；
图7示出了根据本发明实施例的变换器的电流采样方法的示意性流程图；
图8示出了根据本发明实施例的变换器的控制电路的示意性框图；
图9示出了根据图8的变换器的控制电路的示意性电路图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
图2示出了根据本发明实施例的变换器的电流采样电路的示意性框图。
本发明主要提供一种变换器的电流采样电路，用于采样变换器的功率转换电路的电感电流信息。变换器包括功率转换电路和电流采样电路以及其他的控制电路。
如图2所示，功率转换电路10可以采用与图1实施例相同或不同的拓扑结构，本实施例的电流采样电路100与功率转换电路10连接，用于采样功率转换电路10的电感电流。功率转换电路10均包括主开关管、同步开关管和电感，主开关管和同步开关管用于控制输入端向输出端的电能传输。电流采样电路包括同步单元110、第一获取单元120和采样输出单元140。
具体地，同步单元110包括串联的采样管S1和采样管S2，其中采样管S1和采样管S2可以分别视为第一采样管和第二采样管，或者采样管S2和采样管S1可以分别视为第一采样管和第二采样管。图2中以采样管S1和采样管S2分别作为第一采样管和第二采样管为例进行说明，经由串联连接在输入端和接地端之间的这两个采样管形成采样路径，在其他实施例中，采样管S1和采样管S2还可以串联在输出端和接地端之间。第一获取单元120连接同步单元110，从第一采样管S1和第二采样管S2之间的第一节点SW0处获取表征第一节点的电压的平均值的第一电压信号V1。采样输出单元140连接第一获取单元120，根据第一电压信号V1和从电感L的一端获取的第二电压信号V2得到电感电流采样信号Vsense，其表征变换器的电感电流IL的平均值。具体地，电感电流采样信号Vsense与功率转换电路10的电感电流IL的平均值呈线性关系，或电感电流采样信号Vsense随功率转换电路10的电感电流IL的平均值线性变化。
定义电感L直接连接输出端或输入端的一端为电感L的第一端，而电感L连接在主开关管和同步开关管之间的第二节点上的一端为电感L的第二端。本实施例中，功率转换电路10为BUCK拓扑，所以，电感L直接连接变换器的输出端的一端为第一端，另一端为第二端。当采样输出单元140直接连接电感L的第一端时，从电感L的第一端上获取第二电压信号V2。进一步地，当采样输出单元140连接电感L的第二端时，电流采样电路100还可以包括第二获取单元130，连接在电感L的第二端和采样输出单元140之间，用于获取第二节点SW上的电压，以得到表征第二节点的电压的平均值的第二电压信号V2。
进一步地，采样输出单元140将第一电压信号和第二电压信号的差值放大处理后输出为电感电流采样信号Vsense，即可以将第一电压信号和第二电压信号的差值放大一定的倍数，一定的倍数可以为1倍或多倍。那么，采样输出单元140可以包括误差放大器EA1，误差放大器EA1接收第一电压信号V1和第二电压信号V2，输出电感电流采样信号Vsense。误差放大器EA1的放大系数为K，K为正数，上述提到的方法一定的倍数可以为K倍。
本实施例中，从采样路径上获取了第一节点的电压的平均值，也从电感的一端获取了第二电压信号，第二电压信号表征变换器输入/输出端的电压或第二节点的电压的平均值。然后将两个电压平均值经过处理得到表征电感电流的电感电流采样信号。即通过第一电压信号将第二电压信号与电感电流的关系进行线性化处理，使得最终的输出可以跟随电感电流线性变化，根据采样到的电感电流采样信号就可以直观地查看电感电流的变化，而且对小电流的采样精度也很高，功耗较小，扩展了电流采样电路的应用范围。
图3示出了根据本发明第一实施例的电流采样电路的示意性电路图。
图3是图2的一种可实现方式，图3中，功率转换电路101为BUCK拓扑结构，例如与图1实施例的功率转换电路10相同。功率转换电路101包括串联在输入端和接地端之间的主开关管Q1和同步开关管Q2，降压变换器的工作原理不做详细介绍。主开关管Q1和同步开关管Q2的连接节点为SW，在节点SW上和输出端之间连接有电感L，流过电感的电流为电感电流IL。输出端和接地端之间还连接有电容Co，负载电阻Ro并联在电容Co两端。输入端接收输入电压Vin，输出端产生输出电压Vout，主开关管Q1和同步开关管Q2控制输入端和输出端之间的电能传输，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。主开关管Q1和同步开关管Q2的栅极连接至控制电路，通过控制电路控制两个开关管的导通，两个开关管的导通状态互补。例如主开关管Q1接收第一开关控制信号Vg1，同步开关管Q2接收第二开关控制信号Vg2。主开关管Q1和同步开关管Q2均可以是NMOS或PMOS二者之一，这里以主开关管为PMOS而同步开关管为NMOS为例举例。
本实施例中，电流采样电路100的同步单元110的第一采样管S1和主开关管Q1接收相同的第一开关控制信号Vg1，同步导通和关断；第二采样管S2和同步开关管Q2接收相同的第二开关控制信号Vg2，同步导通和关断。即同步单元110的两个采样管实际上与功率转换电路101的两个开关管接收相同的开关控制信号。再由第一获取单元120获取第一节点SW0上的电压的平均值。具体地，第一获取单元120将第一节点的电压进行信号处理得到第一电压信号V1，第一电压信号V1表征第一节点的电压的平均值。这里的信号处理可以包括滤波处理，如第一获取单元120可以包括第一滤波器。该第一滤波器包括连接在第一节点SW0和地之间的电阻R2和电容C2，对第一节点上的电压进行滤波以得到第一节点的电压的平均值，输出为第一电压信号V1。
进一步地，采样输出单元140直接从电感L的第一端获取第二电压信号V2，该第二电压信号V2表征输出电压。采样输出单元140将第一电压信号V1和第二电压信号V2的差值放大处理后输出电感电流采样信号Vsense。放大处理可以放大一定的倍数，而一定倍数可以是1倍或多倍，可以是整数倍或小数倍。例如，放大的一定倍数为一倍，采样输出单元140可以是减法器。采样输出单元140还可以包括误差放大器EA1，此时一定倍数为误差放大器EA1的放大系数。例如，误差放大器EA1的反向输入端接收第二电压信号V2；正向输入端连接电阻R2和电容C2的中间节点，接收第一电压信号V1。经过误差放大器EA1后，输出的电感电流采样信号Vsense随着电感电流IL的平均值线性变化，即电感电流采样信号Vsense表征电感电流IL的平均值。
图4示出了根据本发明第二实施例的电流采样电路的示意性电路图。
图4是图2的另一种可实施方式，在图4中，功率转换电路102为BOOST拓扑。本实施例的功率转换电路102包括串联在输出端和接地端之间的第一开关管Q11和第二开关管Q12，升压变换器的工作原理不做详细介绍。第二开关管Q12为主开关管，第一开关管Q11为同步开关管，主开关管和同步开关管的连接节点为SW11，在节点SW11上和输入端之间连接有电感L11，流过电感的电流为电感电流IL。电感L直接连接输入端的一端视为第一端，电感L连接节点SW11的一端视为第二端。输出端和接地端之间还连接有电容Co，负载电阻Ro并联在电容Co两端。输入端接收输入电压Vin，输出端产生输出电压Vout，主开关管和同步开关管控制电感充放电，以实现输入端和输出端之间的电能传输，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。主开关管和同步开关管的栅极连接至控制电路，通过控制电路控制两个开关管的导通，两个开关管的导通状态互补。例如同步开关管接收第一开关控制信号Vg11，主开关管接收第二开关控制信号Vg12。主开关管和同步开关管均可以是NMOS或PMOS二者之一。
本实施例的电流采样电路200的电路结构与图3实施例基本相同，包括同步单元210、第一获取单元220和采样输出单元240。同步单元210包括串联在输出端和接地端之间的第二采样管S1和第一采样管S2，二者之间的连接节点为SW0。第一采样管S2与主开关管Q12接收相同的开关控制信号Vg2，同步导通和关断；第二采样管S1与同步开关管Q11接收相同的开关控制信号Vg1，同步导通和关断。本实施例中，第一获取单元220例如包括滤波器，滤波器包括电阻R2和电容C2组成的滤波网络。第一获取单元220连接节点SW0，获取第一节点的电压，并将其处理得到第一节点的电压的平均值，输出为第一电压信号V1。误差放大器EA1从电感L的第一端获取第二电压信号V2。本实施例的电流采样电路200与图3实施例的不同之处还在于，本实施例中误差放大器EA1的正向输入端和反向输入端接收的信号恰好与图3实施例中相反，即误差放大器EA1的正向输入端接收第一电压信号V1，反向输入端接收第二电压信号V2。其余与图3实施例相同的部分不再赘述。
图5示出了根据本发明第三实施例的电流采样电路的示意性电路图。
图5是图2的又一种可实现方式，同时也是图3的优化实施例。图5中，功率转换电路101为BUCK拓扑，与图3实施例的功率转换电路101完全相同，这里不再赘述。
本实施例中，电流采样电路300也包括同步单元310、第一获取单元320和采样输出单元340，同步单元310、第一获取单元320和采样输出单元340的电路连接和结构与图3实施例相同，不再赘述。本实施例相对图3的实施例，还增加了第二获取单元330。第二获取单元330连接在电感L的第二端和采样输出单元340之间，即采样输出单元340获取的第二电压信号V2是从电感L的第二端或者说从第二节点SW获取的。第二获取单元330获取第二节点SW上的电压的平均值。具体地，第二获取单元330可以与第一获取单元320相同，例如将第二节点的电压进行滤波处理得到第二电压信号V2。即第二获取单元330可以包括第二滤波器。该第二滤波器包括连接在第二节点SW和地之间的电阻R1和电容C1，对第二节点上的电压进行滤波以得到第二节点的电压的平均值，输出为第二电压信号V2。
以上述结构为例，电流采样电路300在工作时，第一采样管S1和主开关管Q1同时受到第一开关控制信号控制Vg1，第二采样管S2和同步开关管Q2同时受到第二开关控制信号Vg2的控制。而第一开关控制信号控制Vg1和第二开关控制信号Vg2都作为驱动信号，二者又是由功率转换电路101的控制电路(未示出)输出的PWM信号来控制的。一般地，PWM信号使得主开关管Q1和同步开关管Q2的导通状态互补，主开关管Q1的开通时间与开关周期的比值为占空比D。那么，在主开关管Q1导通而同步开关管Q2关断时，电感电流流过主开关管Q1，此时第二节点SW上的对地电压VSW为：VSW＝Vin–IL1×RQ1，其中IL1为电感电流，RQ1为Q1的导通电阻。而在主开关管Q1关断同步开关管Q2导通时，电感电流流过同步开关管Q2，此时第二节点SW的对地电压VSW为：VSW＝–IL1×RQ2，RQ2为Q2的导通电阻。第二节点上的电压经过滤波后得到其平均值VSW1，VSW1＝Vin×D–IL1×[RQ1×D+RQ2×(1-D)]。由于滤波电阻R2非常大，远大于采样管S1或S2的导通电阻，而电容充放电平衡，所以流过第一采样管S1和第二采样管S2的电流可以忽略，可以认为流过第一采样管S1和第二采样管S2的平均电流等于0。所以第一节点SW0上的电压的平均值VSW2为：VSW2＝Vin×D。经过误差放大器EA1处理后，电感电流采样信号Vsense即误差放大器EA1输出的电压为：Vsense＝K×IL1×[RQ1×D+RQ2×(1-D)]，K可以为误差放大器的放大系数，且K为正数。在功率转换电路101中，RQ1和RQ2均为确定值，那么在相同的输入电压和输出电压下，电感电流采样信号Vsense随着电感电流的平均值线性变化。
图6示出了根据本发明第四实施例的电流采样电路的示意性电路图。
图6是图2的另一种可实施方式，且为图4的优化实施例。在图6中，功率转换电路102为BOOST拓扑，与图4实施例完全相同，这里不再赘述。
本实施例的电流采样电路400的电路结构与图4实施例基本相同，本实施例的电流采样电路400也包括同步单元410、第一获取单元420和输出采样单元440，它们的电路结构和相互连接关系与图4实施例一致，不再赘述。
不同之处在于，本实施例中，采样输出单元440从电感L的第二端获取第二电压信号，该电流采样电路400还包括第二获取单元430。第二获取单元430连接在第二节点SW11和输出采样单元440之间，从电感L的第二端获取第二节点的电压，然后进行滤波处理得到第二电压信号V2。那么，第二获取单元430也可以为滤波器，包括电阻R1和电容C1组成的滤波网络。其余与图4实施例相同的部分不再赘述。
综上，本发明的电流采样电路由串联的第一采样管和第二采样管形成采样路径，然后从采样路径上获取第一电压信号，从电感的一端获取第二电压信号，再根据第一电压信号和第二电压信号得到电感电流采样信号。整个电流采样电路的结构简单，便于实现，仅依靠简单的电路结构就可以得到高精度的与电感电流呈线性关系的采样结果。而第一电压信号和第二电压信号均表征电压的平均值，则电流采样电路进行电压采样时受噪声的影响小，采样值稳定，采样容易实现。且采样路径直接形成在输入端或输出端和接地端之间，对第一电压信号的影响较小，所以对第一采样管和第二采样管的限制小，选择范围广，电流采样电路的适用范围广。那么同时对误差放大器的要求也会降低很多，误差放大器无需在短时间内保持两个输入端的电压相等，选择范围更广，因此电路成本较低。
相应地，本发明还提供一种电流采样方法，以采样每个变换器上的电感电流。
图7示出了根据本发明实施例的多相变换器的电流采样方法的示意性流程图。
如图7所示，该电流采样方法用于采用图2-图6的电流采样电路来实现。结合图2-图7，本实施例的电流采样方法包括如下步骤：
在步骤S101中，经由串联的第一采样管和第二采样管建立采样路径。
本步骤中，可以参照图3-图6建立采样路径。
在步骤S102中，将从第一采样管和第二采样管之间的第一节点处获取的第一节点的电压进行信号处理，以得到表征第一节点的电压的平均值的第一电压信号。
本步骤中，信号处理可以包括滤波处理，以得到第一节点上电压的平均值。
在步骤S103中，根据第一电压信号和从电感的一端获取的第二电压信号得到电感电流采样信号。
本步骤具体包括：从电感的一端获取第二电压信号，将第一电压信号和第二电压信号的差值放大处理后输出电感电流采样信号。得到的电感电流采样信号表征变换器的电感电流的平均值。
因此，本实施例的变换器的电流采样电路和电流采样方法采用串联在输入端或输出端和接地端之间的两个采样管建立采样路径，然后分别从电感的一端和采样路径上获取第二电压信号和第一电压信号，根据第一电压信号和第二电压信号得到与变换器的电感电流呈线性关系的电感电流采样信号。整个电流采样电路的结构简单，便于实现，仅依靠简单的电路结构就可以得到高精度的与电感电流呈线性关系的采样结果。而获取的第一电压信号表征两个采样管之间的第一节点上电压的平均值，获取的第二电压信号也表征电感的一端上的电压的平均值，则电流采样电路进行电压采样时受噪声的影响小，采样值稳定，且采样容易实现。而采样路径直接形成在输入端或输出端和接地端之间，对第一电压信号的影响较小，所以对第一采样管和第二采样管的限制小，选择范围广，电流采样电路的适用范围广。
进一步地，将第一电压信号和第二电压信号的差值放大一定倍数后输出为电感电流采样信号，放大倍数可以根据需要设定。即通过第一电压信号将第二电压信号与电感电流的关系进行线性化处理，使得最终的输出可以跟随电感电流线性变化，根据采样到的电感电流采样信号就可以直观地查看电感电流的变化，而且对小电流的采样精度也很高，功耗较小，扩展了电流采样电路和电流采样方法的应用范围。
进一步地，本发明还提供一种变换器，该变换器包括主开关管、同步开关管和电感，主开关管和同步开关管用于控制电感充放电以控制变换器实现电能传输。该变换器还包括图2-图6任一实施例示出的电流采样电路和控制电路。控制电路连接电流采样电路，接收电感电流采样信号，用于控制主开关管和同步开关管的导通状态。当然，本实施例的电流采样电路还可以用于多相变换器中，实现电流均衡，具体结合图8-9进行介绍。
图8示出了根据本发明实施例的变换器的控制电路的示意性框图。
本实施例主要提供一种变换器，该变换器为多相变换器，多相变换器由多个功率转换电路并联组成，控制电路用于使多相变换器中各相功率转换电路的电流均衡，多相功率转换电路对应连接多个电流采样电路。而每一个(每一级或每一相)功率转换电路均连接一个电流采样电路，用于采样本相的电感电流信息。
如图8所示，多相变换器500包括n个级联的功率转换电路(1-n)，分别与多个电流采样电路(1-n)一一对应连接。多相变换器500的控制电路600包括：电流取均值电路610、电流修正电路620和驱动信号调节电路630。每个功率转换电路均连接一个电流采样电路，n个功率转换电路与n个电流采样电路一一对应，得到n个电感电流采样信号(Vsense1-Vsensen)。电流取均值电路610连接多个电流采样电路，以根据多个电感电流采样信号得到平均电感电流信号Vsenave。电流修正电路620连接电流取均值电路610和多个电流采样电路，分别根据每相的电感电流采样信号和平均电感电流信号Vsenave得到每相的电感电流修正信号Igap，该电感电流修正信号Igap例如可以是电流信号。驱动信号调节电路630连接电流修正电路620，分别根据每相的电感电流修正信号Igap调节每相的驱动信号的占空比D，驱动信号用于控制主开关管和同步开关管的导通和关断，驱动信号可以包括上述提到的开关控制信号。当电感电流采样信号大于平均电感电流信号Vsenave，则减小占空比，减小对应相的功率转换电路的电感电流。如果电感电流采样信号小于平均电感电流信号Vsenave，则增加占空比，增加对应相的功率转换电路的电感电流。使得最终各相变换器的电感电流均相同，即Vsen1＝Vsen2＝Vsenn。
图9示出了根据图8的变换器的控制电路的示意性电路图。结合图8-图9，多相变换器500包括n个级联的功率转换电路，图9中示出了两级级联的功率转换电路的电路连接为例进行说明，且该两相级联的功率转换电路以BUCK拓扑示例。n个功率转换电路的输入端和输出端分别连接在一起，且开关频率相同，相位相差360°/n。控制电路600用于使各级功率转换电路的电感电流相等，从而可以减小输出电压纹波，获得更稳定的输出，减小功耗。
具体地，分别通过电流采样电路1001和电流采样电路1002采样两级功率转换电路的电感电流，得到电感电流采样信号Vsen1和电感电流采样信号Vsen2。同理，n相功率转换电路对应由n个电流采样电路分别获取每一相的电感电流采样信号(Vsen1-Vsenn)。然后将采样到的n个电感电流采样信号全部输入到电流取均值电路610中，对n个值求取平均值，得到平均电感电流信号Vsenave(例如将n各电感电流采样信号相加后的和值除以n得到平均电感电流信号Vsenave)。
电路取均值电路610连接电流修正电路620，电流修正电路620包括多个相同的电流修正单元(例如6201和6202)，每个电流修正单元均包括一个运算放大器。运算放大器可以为跨导放大器OTA(operational transconductance amplifier，这是一种可以将输入差分电压转换为输出电流的放大器，是一种电压控制电流源。当n为2时，电流修正单元6201的运算放大器OTA1的反向输入端连接电流采样电路1001，接收电感电流采样信号Vsen1；正向输入端连接电流取均值电路610，接收平均电感电流信号Vsenave；输出端和接地端之间连接有电阻R3和电容C3，输出端输出电感电流修正信号Igap1。同理，电流修正单元6202的运算放大器OTA2的反向输入端连接电流采样电路1002，接收电感电流采样信号Vsen2；正向输入端连接电流取均值电路610，接收平均电感电流信号Vsenave；输出端和接地端之间连接有电阻R4和电容C4，输出端输出电感电流修正信号Igap2。当n大于2时，每个功率转换电路的电流采样电路都对应连接一个电流修正单元，输出一个电感电流修正信号。
进一步地，n个电感电流修正信号均被输入至驱动信号调节电路630。驱动信号调节电路630包括一个误差放大单元631和多个驱动信号产生单元(例如6321和6322)。误差放大单元631根据多相变换器的输出端的输出电压Vout和参考电压Vref生成误差放大信号Vcomp。具体地，误差放大信号产生单元631包括串联连接在输出端和地之间的电阻R5和电阻R6，将输出电压Vout分压后生成反馈信号Vb，再传输至误差放大器EA0的反向输入端。而由电源产生的基准电压Vref则接入误差放大器EA0的正向输入端，反馈信号Vb和基准电压Vref的差值经由误差放大器EA0放大后由输出端输出为误差放大信号Vcomp。误差放大单元631还包括连接在误差放大器EA0的输出端和地之间的串联的电阻R7和电容C5，起滤波作用。
多个驱动信号产生单元中，每个驱动信号产生单元均连接一个电流修正单元，即二者一一对应连接。且每个驱动信号产生单元均根据接收到的电感电流修正信号和误差放大信号以及斜坡信号产生驱动信号的占空比，驱动信号的占空比用于控制主开关管的导通时间。例如，驱动信号产生单元6321与电流修正单元6201和误差放大单元631连接，接收电感电流修正信号Igap1和误差放大信号Vcomp；驱动信号产生单元6322与电流修正单元6202和误差放大单元631连接，接收电感电流修正信号Igap2和误差放大信号Vcomp。
具体地，驱动信号产生单元6321包括比较器COM1和加法器U1，加法器U1将电感电流修正信号Igap1和误差放大信号Vcomp进行运算后输入到比较器COM1的正向输入端。而比较器COM1的反向输入端接收一个斜坡信号Vramp1，斜坡信号的产生不详细介绍。比较器COM1根据两个输入端的比较结果输出驱动信号的占空比D1。该驱动信号产生单元6321还包括PWM分配器6341，PWM分配器6341接收驱动信号的占空比，据此产生驱动信号，驱动信号例如包括主开关管和同步开关管的开关控制信号。该驱动信号产生单元6321对应控制的主开关管为Q1，同步开关管为Q2，因此，驱动信号可以是第一开关控制信号Vg1和第二开关控制信号Vg2。同理，驱动信号产生单元6322包括比较器COM2和加法器U2，加法器U2将电感电流修正信号Igap2和误差放大信号Vcomp进行运算后输入到比较器COM2的正向输入端。而比较器COM2的反向输入端接收一个斜坡信号Vramp2，比较器COM2根据两个输入端的比较结果输出驱动信号的占空比D2。PWM分配器6342接收驱动信号的占空比D2，据此产生驱动信号，驱动信号例如包括第三开关控制信号Vg3和第四开关控制信号Vg4。n大于2时的驱动信号调节电路630这里不再赘述。
进一步地，在将电感电流采样信号与平均电感电流信号Vsenave做差，以得到电流修正信号，并据此调节各自的占空比时，如果电感电流采样信号大于平均电感电流信号Vsenave，则减小占空比，减小对应相的变换器的电感电流。如果电感电流采样信号小于平均电感电流信号Vsenave，则增加占空比，增加对应相的变换器的电感电流。使得最终各相变换器的电感电流均相同，即Vsen1＝Vsen2＝Vsenn。从而采用本实施例的控制电路600实现对本实施例的多相变换器500的均流控制。
相应的，本发明还可以提供一种多相变换器的均流方法，采用上述均流电路实现。多相变换器的均流方法可以包括以下步骤：
在步骤S201中，分别采用电流采样电路采样得到每相的变换器的电感电流采样信号。
在步骤S202中，根据多个电感电流采样信号得到平均电感电流信号。
在步骤S203中，分别根据每相的电感电流采样信号和平均电感电流信号得到每相的电感电流修正信号。
在步骤S204中，分别根据每相的电感电流修正信号调节每相的驱动信号的占空比，驱动信号用于控制主开关管和同步开关管的导通和关断。
综上，本发明提供的变换器的电流采样电路、电流采样方法和变换器，在每个电流采样电路中，都采用串联的第一采样管和第二采样管建立采样路径，然后分别从电感的一端和采样路径上获取第二电压信号和第一电压信号，再根据第一电压信号和第二电压信号得到与变换器的电感电流呈线性关系的电感电流采样信号。整个电流采样电路的结构简单，便于实现，对运算放大器的要求低，依赖小，仅依靠简单的电路结构就可以得到高精度的与电感电流呈线性关系的采样结果。
而第二获取单元获取的第二电压信号表征主开关管和同步开关管之间的第二节点的电压的平均值，第一获取单元获取的第一电压信号表征两个采样管之间的第一节点的电压的平均值，则电流采样电路进行电压采样时受噪声的影响小，采样值稳定，且采样容易实现。而采样路径直接形成在输入端获输出端和接地端之间，对第一电压信号的影响较小，所以对第一采样管和第二采样管的限制小，选择范围广，电流采样电路的适用范围广。依靠该电流采样电路实现的均流电路由于电感电流采样信号获取容易，精度高，而能快速高效实现各相变换器的电感电路均流，减小输出电压纹波，减小功耗。
进一步地，采样输出单元将第一电压信号和第二电压信号的差值放大一定倍数后输出为电感电流采样信号，放大倍数可以根据需要设定。即通过第一电压信号将第二电压信号与电感电流的关系进行线性化处理，使得最终的输出可以跟随电感电流线性变化，根据采样到的电感电流采样信号就可以直观地查看电感电流的变化，而且对小电流的采样精度也很高，功耗较小，扩展了电流采样电路的应用范围。
需要说明的是，本文中的数值均仅用于示例性的说明，在本发明的其它实施例中，也可以采样其它的数值来实现本方案，具体应根据实际情况进行合理设置，本发明对此不作限定。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
还应理解，本文采用的术语和表述方式只是用于描述，本说明书的一个或多个实施例并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

Claims (16)

1.一种变换器的电流采样电路，所述变换器包括主开关管、同步开关管和电感，主开关管和同步开关管用于控制所述电感充放电以控制所述变换器实现电能传输，所述电流采样电路包括：
串联连接的第一采样管和第二采样管；
第一获取单元，用于获取所述第一采样管和所述第二采样管之间的第一节点的电压，以得到表征所述第一节点的电压的平均值的第一电压信号；以及
采样输出单元，连接所述第一获取单元，根据所述第一电压信号和从所述电感的一端获取的第二电压信号得到电感电流采样信号，所述电感电流采样信号表征所述变换器的电感电流的平均值。
2.根据权利要求1所述的电流采样电路，其中，所述电感直接连接所述变换器的输出端或输入端的一端为所述电感的第一端，所述采样输出单元从所述电感的第一端上获取所述第二电压信号。
3.根据权利要求1所述的电流采样电路，其中，所述电感连接在所述主开关管和所述同步开关管之间的第二节点上的一端为所述电感的第二端，所述电流采样电路还包括：
第二获取单元，连接所述电感的第二端和所述采样输出单元，用于获取所述第二节点上的电压，以得到表征所述第二节点的电压的平均值的第二电压信号。
4.根据权利要求1所述的电流采样电路，其中，所述采样输出单元将所述第一电压信号和所述第二电压信号的差值放大处理后输出所述电感电流采样信号。
5.根据权利要求4所述的电流采样电路，其中，所述采样输出单元包括误差放大器，所述误差放大器接收所述第一电压信号和所述第二电压信号，输出所述电感电流采样信号，所述误差放大器的放大系数为K，K为正数。
6.根据权利要求3所述的电流采样电路，其中，所述第一获取单元和所述第二获取单元分别包括第一滤波器和第二滤波器，所述第一滤波器将所述第一节点的电压进行滤波处理得到所述第一电压信号，所述第二滤波器将所述第二节点的电压进行滤波处理得到所述第二电压信号。
7.根据权利要求1所述的电流采样电路，其中，所述第一采样管和所述主开关管接收相同的第一开关控制信号，同步导通和关断；所述第二采样管和所述同步开关管接收相同的第二开关控制信号，同步导通和关断。
8.一种变换器的电流采样方法，所述变换器包括主开关管、同步开关管和电感，主开关管和同步开关管用于控制所述电感充放电以控制变换器实现电能传输，其中，所述电流采样方法包括：
经由串联的第一采样管和第二采样管建立采样路径；
将从所述第一采样管和所述第二采样管之间的第一节点处获取的第一节点的电压进行信号处理，以得到表征所述第一节点的电压的平均值的第一电压信号；以及
根据所述第一电压信号和从所述电感的一端获取的第二电压信号得到电感电流采样信号，
其中，所述电感电流采样信号表征所述变换器的电感电流的平均值。
9.根据权利要求8所述的电流采样方法，其中，所述电感直接连接所述变换器的输出端或输入端的一端为所述电感的第一端，从所述电感的第一端上获取所述第二电压信号。
10.根据权利要求8所述的电流采样电路，其中，所述电感连接在所述主开关管和所述同步开关管之间的第二节点上的一端为所述电感的第二端，所述电流采样方法还包括：
获取所述第二节点上的电压，以得到表征所述第二节点的电压的平均值的第二电压信号。
11.根据权利要求8所述的电流采样方法，其中，根据所述第一电压信号和所述第二电压信号得到电感电流采样信号的步骤包括：
将所述第一电压信号和所述第二电压信号的差值放大处理后输出所述电感电流采样信号。
12.根据权利要求10所述的电流采样方法，其中，所述第一节点的电压经过滤波处理后得到所述第一电压信号，所述第二节点的电压经过滤波处理得到所述第二电压信号。
13.一种变换器，包括主开关管、同步开关管和电感，主开关管和同步开关管用于控制电感充放电以控制变换器实现电能传输，所述变换器还包括：
权利要求1-7任一项所述的电流采样电路；以及
控制电路，连接所述电流采样电路，接收所述电感电流采样信号，用于控制所述主开关管和所述同步开关管的导通状态。
14.根据权利要求13所述的变换器，其中，所述变换器为多相变换器，包括多相并联的功率转换电路，每相所述功率转换电路均包括主开关管、同步开关管和电感，且每相所述功率转换电路均连接一个所述电流采样电路，所述控制电路包括：
电流取均值电路，连接多个所述电流采样电路，根据多个所述电感电流采样信号得到平均电感电流信号；
电流修正电路，连接所述电流取均值电路和多个所述电流采样电路，分别根据每相功率转换电路的所述电感电流采样信号和所述平均电感电流信号得到每相的电感电流修正信号；以及
驱动信号调节电路，连接所述电流修正电路，分别根据每相的电感电流修正信号调节每相的驱动信号的占空比，所述驱动信号用于控制所述主开关管和所述同步开关管的导通和关断。
15.根据权利要求14所述的变换器，其中，所述电流修正电路包括多个电流修正单元，每个电流修正单元均包括一个运算放大器，用于根据所述电感电流采样信号和所述平均电感电流信号得到所述电感电流修正信号。
16.根据权利要求14所述的变换器，其中，所述驱动信号调节电路包括：
误差放大单元，根据多相变换器的输出端的输出电压和参考电压生成误差放大信号；以及
多个驱动信号产生单元，每个所述驱动信号产生单元均连接一个所述电流修正单元，根据所述电感电流修正信号和所述误差放大信号以及斜坡信号调节驱动信号的占空比，所述驱动信号的占空比用于控制所述主开关管的导通时间。
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