TW201539959A - 用於減輕採用電感器直流阻抗電流感測的單相或多相開關電壓調節器的電阻器非線性誤差的系統和方法 - Google Patents

用於減輕採用電感器直流阻抗電流感測的單相或多相開關電壓調節器的電阻器非線性誤差的系統和方法 Download PDF

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Abstract

提供了用於減輕電力轉換器中的電阻器非線性誤差的系統和方法。在至少一個實施例中，所述電力轉換器包括：耦合到輸入電壓的至少一個電力開關；用於生成所述至少一個電力開關的控制脈衝的脈衝寬度調製(PWM)電路；耦合到所述至少一個電力開關的相應一個的至少一個輸出電感器；與所述至少一個輸出電感器並聯耦合的電流感測器；以及至少一個電路元件。所述電流感測器包括至少一個電容器、用於所述至少一個輸出電感器中的每一個的至少一個電阻器，且在電流泄放節點處耦合到所述PWM電路。所述至少一個電路元件耦合到所述電流泄放節點且當開啟電力開關時從所述電流泄放節點泄放泄放電流。

Description

用於減輕採用電感器直流阻抗電流感測的單相或多相開關電壓調節器的電阻器非線性誤差的系統和方法
本發明大致涉及採用電感器直流電阻(DCR)電流感測的單相或多相開關電壓調節器。特定而言，本發明涉及減輕採用電感器DCR電流感測的單相或多相開關電壓調節器的電阻器非線性誤差。
相關申請的交叉引用
本申請主張2014年3月24日申請的美國臨時專利申請序號61/969,741，以及2014年4月28日申請的美國臨時專利申請序號61/985,191的權益，該二案以引用的方式併入本文。
單相或多相開關電壓調節器中的DCR電流感測嘗試產生表示單相或多相開關電壓調節器中通過輸出濾波電感器的電流的電壓信號。用於產生表示通過輸出濾波電感器的電流的電壓信號的系統通常包括電阻器。電阻器假設為常數；然而，物理電阻器並未回應于諸如施加電壓的變化條件而展現恒定的電阻。
一個實施例涉及一種採用電感器DCR電流感測的多相開關電壓調節器，其包括用於減輕開關電壓調節器中的電阻器非線性誤差的至少一個電路元件。至少一個電路元件耦合到泄放節點且在開啟開關電壓調節器的電力開關時從泄放節點泄放電流。
100‧‧‧電力供應器
102a-102n‧‧‧電力模組
104‧‧‧通信匯流排
106a-106n‧‧‧數字控制器
108a-108n‧‧‧功率電晶體
110a-110n‧‧‧功率電晶體
112a-112n‧‧‧節點
114a-114n‧‧‧輸入
116a-116n‧‧‧輸出節點
118a-118n‧‧‧電流感測器
120a-120n‧‧‧輸入
C1a-C1n‧‧‧電容器
C2a-C2n‧‧‧電容器
L1a-L1n‧‧‧電感器
R1a-R1n‧‧‧電阻器
R2a-R2n‧‧‧電阻器
122‧‧‧輸出電容器
124‧‧‧輸出電阻器
200‧‧‧電壓與電流圖
202‧‧‧電阻值
204‧‧‧電阻值
206‧‧‧輸出電壓
300‧‧‧電壓與電流圖
302‧‧‧電阻值
304‧‧‧電阻值
306‧‧‧電阻值
310‧‧‧電阻值
400‧‧‧操作方法
500‧‧‧控制圖
502‧‧‧類比低垂部分
504‧‧‧數位低垂部分
506‧‧‧數字低通濾波器
508‧‧‧電壓補償器
510‧‧‧開環輸出阻抗
512‧‧‧輸出傳遞函數
600‧‧‧圖
602‧‧‧電感器電流
604‧‧‧輸出電壓
606‧‧‧負載電流
700‧‧‧圖
702‧‧‧電感器電流
704‧‧‧輸出電壓
800‧‧‧圖
802‧‧‧電感器電流
900‧‧‧系統
902‧‧‧電子電路
904‧‧‧電力供應器
應瞭解，圖式只是描繪示例性實施例且因此不應被視為在範圍上有所限制，將通過使用附圖以額外特徵和細節描述示例性實施例，其中：圖1-3C是用於減輕電阻器非線性的實例系統的圖；及圖4是包括電力轉換系統的實例系統的方塊圖，所述電力轉換系統包括減輕電阻器非線性的電路。
根據慣例，各種描述特徵並未按比例繪製，但是被繪製來強調與示例性實施例相關的特定特徵。
在以下詳細描述中，參考形成其部分的附圖，且其中特定說明性實施例是以舉例說明示出。但是，應瞭解，可利用其它實施例且可進行邏輯、機械和電力變化。此外，圖式和說明書中所呈現的方法不應解釋為限制可在其中執行個別步驟的次序。因此，以下詳細描述不應視為限制意義。
開關電壓調節器中的直流電阻(DCR)電流感測嘗試通過處理跨電感器的電壓降和/或對其濾波而產生表示通過所述電感器的電流的電 壓信號。實例DCR電流感測電路描述於美國專利5,982,160中且以引用的方式併入本文。在每相存在一個電感器的多相電壓調節器的實施例中，處理和/或濾波還包括求和元件，使得所得電壓信號表示所有電感器中的電流和。此外，處理通常包括被設計來匹配電感器電感和DCR的時間常數的反應電路，使得所得輸出電壓信號為跨電感器DCR的理論電壓降的真實表示，但是排除跨電感器的理論理想電感的電壓降。在適當定標的情況下，這個信號表示通過電感器的電流。結果，可獲得電感器電流信號而不諸如通過引入與電感器串聯的電流感測電阻器而將電力消散感測元件引入電感器電流路徑中。
除了可能的其它元件之外，DCR電流感測的一個實施例包括由電阻器和電容器組成的低通濾波器。在一些實施例中，對於多相調節器，每相可存在一個濾波電阻器且所有相位可存在單個共同濾波電容器(或形成單個濾波電容的多個並聯電容器)。在用於計算電力的降壓調節器中，可在每個相位的相對短的“導通時間”期間跨每個濾波電阻器施加相對高的電壓降(即，正輸入供應電壓減去正輸出電壓)，且在每個相位的相對較長的“斷開時間”期間施加較低的負電壓(即，接地電壓-零伏特-減去正輸出電壓)。在許多實施例中，導通時間與斷開時間電壓的比相對高。在常規實施方式中，通常假定濾波電阻器在導通時間和斷開時間兩者期間均是恒定的(即，具有相同值的電阻)。然而，物理電阻器通常回應於變化的施加電壓並不展現恒定的電阻。即，相比於在施加較低電壓時的稍高電阻，許多物理電阻器在施加高電壓時展現稍低的電阻。這種現象有時被稱為電阻非線性，或者被描述為電阻的非零電壓係數。這些術語在本文各處將可互 換使用。這種電阻率的非線性的效應是過分強調濾波器相比於斷開時間而對導通時間的回應，這造成電感器電流的錯誤表示，通常比電感器電流的真實表示偏向更大。本文所述的實施例討論了對此問題的解決方案。
下文所述系統和方法提供了減輕直流電阻(DCR)電流感測時源自高電壓“導通狀態”與較低電壓“斷開狀態”之間展現的非線性電阻值的電流感測誤差的實施例。施加較低電壓時的實際電阻值本文稱為“標稱電阻”以及通常(雖然非必需)較低的實際電阻，而施加較高電壓將被稱為“縮小電阻”。這是由於在較高電壓處電阻器的電阻通常較低的事實。
圖1是用於減輕電阻器非線性的實例多相系統100的圖，其包括電感器DCR電流感測網路101a，其用於單相或多相電壓調節器或耦合到提供電壓調節器(VR)的控制的脈衝寬度調製(PWM)控制器積體電路(IC)101b。這個電感器DCR電流感測系統101a和PWM控制器IC 101b僅被用作可如何將下文所述實施例實施到這種系統100中的實例。然而，其它系統100可用於實施下文所述實施例且更多或更少的相位可被併入到系統100中。如上所述，這個實例系統100可用來減輕電感器DCR電流感測中的電阻器非線性。更明確來說，標為RBLEED 102的電阻器從RSUM電阻104與電容器Cn 106之間的節點耦合到開關114。此外，在多相系統100，系統100具有“或(OR)”閘116，其僅在一個或多個相位“導通”時啟動RBLEED 102。在單相實施例，OR閘116不是必須的。OR閘116從電壓調節器或相位的導通狀態控制信號118耦合到開關114，這將通過在相位的導通狀態控制信號118的一個或多個處於其“導通”狀態時啟動開關114而使RBLEED 102 耦合到接地。在實例中，開關114可以是n溝道FET。此外，在一些實施例中，開關114可以集成到脈衝寬度調製(PWM)控制器積體電路(IC)101b中。在一些實施例中，UGATE信號118與OR閘116的邏輯電平輸入信號之間可以存在電平轉移器。此外，應理解，高側開關電晶體可以是p溝道MOSFET(而不是所示的n溝道MOSFET)，並且在這種情況下，UGATE信號118與OR閘116的輸入之間可存在反相器。
由於這樣的配置，RBLEED 102會取決於RBLEED 102的選擇汲取將等效於由於導通時間期間系統100的濾波/求和電阻器104中的電阻減小的額外電流的電流。這個額外電流源自跨電阻器104施加較高電壓時電阻器104的減少的電阻。在一些實施例中，選定RBLEED 102的值使得電阻器104非線性的效應在標稱情況中被消除或充分減小。即，在示例性實施例中，可以通過配置關注的標稱狀況的電壓調節器(VR)而選擇理想的被動RBLEED 102，且改變RBLEED 102直至偏離預期VOUT 112(由於VR負載線電阻乘以施加的負載電流的設計值)的偏移已被減小到零。然而，如下文所述，這個理想的RBLEED 102值可高度取決於於操作條件，且因此，可以在操作條件範圍和元件參數變數範圍上選定折中校準，使得在所有情況中實現至少可接受(即，系統規範容差相容)的性能。
如上所述，可存在由於變化的電壓降而影響電阻非線性的若干條件。可使用來選擇RBLEED 102的這些條件可以包括電阻相對於RSUM電阻器104的電壓的電壓係數、VVIN 110的量值和可變性、程式設計VOUT 112的範圍，以及所有支援電力狀態啟用的電壓調節器或相位的數量。
特定而言，VVIN 110的預期範圍在確定本實施例的可行性以 及RBLEED 102值的選擇上是重要的，因為電池供電系統(例如筆記本電腦)可在VVIN 110上經歷從電池耗盡變到電池完全充電的大變動，且如果系統正從電池充電供應器直接操作，那麼將超過此範圍。
VOUT 112的程式設計對非線性誤差具有較小但仍不可忽略的影響。施加到RSUM 104電阻器的導通時間電壓為VVIN 110-VISUMP 120，其與VVIN 110-VOUT 112大致相同。斷開時間(負)的RSUM 104施加的電壓為O-VISUMP 120，再次約為-VOUT 112，這是因為在許多實施例中，R0105通常極小(即，1-10歐姆，其中流過其間的電流極小)。由於電阻器非線性效應是由於這兩個條件中的相當有效的RSUM 104電阻，所以電阻器非線性效應取決於VVIN 110和VOUT 112兩者。
有效相位的數量還可影響理想RBLEED 102值。所有有效相位累加地促成非線性誤差。然而，任何無用相位將不會促成誤差，因為每相位跨相應RSUM 104的電壓降在開關週期期間一直為零。在所有有用相位的情況下，最大泄放校準是需要的。
這個系統100適應多相系統中有效相位的數量的變化和工作週期的變化，這可能是由於變化的可程式設計VOUT 112、變化的VVIN 110，以及由於環境溫度和輸出負載電流的變化的系統損耗。源自負載變化的工作週期的變化在所有模式的調節器或操作中均會發生，但是尤其出現在不連續模式(DCM)操作中；本實施例直接解決了電流感測誤差的原因。更明確而言，通過僅在有效相位處於其“導通”狀態時施加泄放電阻器102，可避免適應變化的操作條件的許多設計折中。由於在大多數負載和操作條件中，有效相位的導通時間是交叉的，將與有效相位的數量成比例地施加 非線性校準。應注意，響應於大負載和電壓程式設計瞬態事件，可能存在多個相位同時處於其導通狀態的時侯；這些插曲通常不是頻繁的並且非常短暫，這是因為VVIN 110與VOUT 112的比較大，對於大多數時間僅一次回復到一個有效相位。儘管如此做時實用性有限，但是在一些實施例中，對於每個相位，泄放電阻器102可併入系統100中，各具有其本身的接地開關，其在且僅在該相位處於其導通狀態時開啟。每當多個相位同時處於其導通狀態時，這個實施例將校準單電阻器/開關方法招致的小的和不頻繁的誤差。
當僅在一個相位在其相位導通時間期間經歷高電壓電阻器104非線性的同時施加校準RBLEED 102時，系統100適應工作週期變動的影響(回應於任何原因，諸如輸入電壓、輸出電壓、負載電流等)。影響工作週期的任何操作條件將被理想地校準，包括低負載下的DCM操作。因此，選定RBLEED 102以僅在錯誤的額外電流發生(在導通時間期間)的同時在其實際振幅下校準錯誤的額外電流，而不是使用非開關(永久連接)且通常是高電阻的泄放電阻器泄掉平均高於整個開關週期的所述錯誤額外電流。由於開關電阻器實施方式，RBLEED 102可能可以是標稱RSUM 104的100到300倍，而不是永久連接的泄放電阻器所需的高得多的電阻值，除了工作週期的另一優點在於開關泄放電阻器實施方式的有效相位元數目追蹤行為。
圖2A是用於電感器DCR電流感測時減輕電阻器非線性的另一實例系統200a的圖。系統200a(和以下系統200b-300b)中未標記的電路元件可能類似於系統100中的電路元件。在這個實施例中，當相位的導通狀態有效(如由處於其導通狀態的導通狀態控制信號118所指示)時，由受控電流源222對ISUMP節點230施加校準的泄放電流(其取決於泄放 控制電流IBLEEDCONTROL 232且可取決於其增益定標IBLEEDCONTROL 232的值)。可調整由如由IBLEEDCONTROL 232控制的受控電流源222提供的泄放電流以通過連續監控RSUM 104非線性(如由與RSUM 104電阻器相同類型的模型電阻器RMODEL 224的非線性確定)引發的誤差而匹配RSUM 104非線性的效應。換句話說，將調整受控“泄放”電流源222以從ISUMP節點230中減去等於導通時間期間從VVIN 110到ISUMP 230的額外電流的電流，所述額外電流源自由於電阻器非線性的RSUM 104電阻的減小。這個額外的電流的量值將通過從測量的實際電流中減去模型化導通狀態RSUM 104理想電流來確定。在一些實施例中，對於當施加較高差分電壓時電阻器非線性導致實際電阻增加的非典型情況，這個討論允許所計算的泄放電流為負。在這個實例中由於泄放電流的實施方式，與系統100不同，這個系統200a可自動並連續地調整到電阻器非線性由於改變輸入和輸出電壓變化的效應變動以及電阻器製造程式中固有的元件參數變動。結果，這個實施例無需調諧或選擇如系統100所述的適當程度的減輕。相反，其會自動產生最好的泄放電流。
如上所述，可調整由受控電流源222提供的泄放電流以通過連續監控由非線性(如由模型電阻器RMODEL 224的非線性確定)引發的誤差而匹配RSUM 104非線性的效應，其中RMODEL 224被選定為類似於RSUM 104。之後，調整饋入受控電流源222中控制提供給ISUMP節點230的泄放電流的IBLEEDCONTROL 232以匹配典型模型電阻RMODEL 224的特徵化非線性電流。
可將RMODEL 224選定為具有兩種特性。首先，RMODEL 224可具有與RSUM 104電阻器的標稱電阻相同的標稱電阻。第二，RMODEL 224可以具有類似於RSUM 104電阻器的電壓係數的電壓係數；即，RMODEL 224相對於電壓的 非線性可以類似於每一個RSUM 104電阻器的非線性。如果RMODEL 224取自如每一個RSUM 104電阻器的同一製造批次，那麼RMODEL 224可以假定為在標稱電阻和電壓非線性兩者上足夠類似於RSUM 104。如果製造程式授權從相同元件卷獲得RMODEL 224和每一個RSUM 104裝置兩者，那麼可符合這個需求。如果是，那麼如此獲得的IBLEEDCONTROL 232的匹配將精確到來自相同卷的電阻器的基本參數匹配的程度。通常，實際電阻在標稱電阻的指定容差內，其通常為計算電力電壓調節器應用的1%。雖然並未指定電阻器(諸如厚膜電阻器)的許多配方的非線性，但是由相同程式自相同配方製造的裝置中存在固有的類似性，諸如電阻器具有相同元件卷提供的相同的標稱值。結果，以下推導將假定已獲得所有RSUM 104電阻器和RMODEL 224的基本電阻器裝置參數的充分匹配。
在如上所述適當選定RMODEL 224之後，可以以下方式由RMODEL 224模型化RSUM 104的非線性。可經由到VIN 226的內部開關228將VVIN 110施加到RMODEL 224的開關端子225。RMODEL 224的另一端子227由跨導放大器228保持在VISUMP 230電勢，並且將需要如此做的放大器電流存儲為IBLEED計算234中的I來自VIN 實際。然後，接地229可以施加到RMODEL 224的開關端子225，再次將另一端子227保持在VISUMP 230，並將必須如此做的放大器電流存儲為I到GND。這兩個順序操作可以快速地重複以保持這些存儲的電流的更新振幅供進一步處理，以產生追蹤變化VVIN 110和VISUMP 230電壓以及電壓相關非線性誤差的泄放電流參考。暫態電壓VISUMP 230和VVIN 110可以用來計算IIBLEEDCONTROL 232。
一旦在RSUM 104之後模型化RMODEL 224，那麼可如下匯出 IBLEEDCONTROL 232。首先，可在計算上假定導通時間期間理想化電壓相關RSUM 104(或RMODEL 224)等於斷開時間期間測量的RSUM 104(或RMODEL 224)即等於“標稱”(對於此操作條件而言)電阻值的情況下，從VIN到ISUMP估算理想導通時間電流。應注意，這個值是通過歐姆定律匯出，VISUMP/I到GND=RMODEL224。對於理想化電壓不變RMODEL 224，VVIN 110-VISUMP 230=I來自VIN 理想*RMODEL 理想。接著，可以消除RMODEL 理想(在所採用RMODEL=RMODEL 理想的約定下)和求解I來自VIN 理想而得到I來自VIN 理想=(VVIN-VISUMP)*I到GND/VISUMP。然後所需的IBLEEDCONTROL 232將為從VIN到ISUMP測量的RMODEL224電流與理想化電流之間的差，這得到I來自VN 理想。IBLEED=I來自VIN 實際-I來自VIN 理想，或IBLEED=I來自VIN 實際-(VVIN-VISUMP)*I到GND/VISUMP。這是可使用IBLEED計算234計算的IBLEEDCONTROL 232的等式，其每當任何相位處於其導通狀態時控制由受控電流源222施加到ISUMP節點230的泄放電流。應注意，這僅是IBLEED計算234的一個實例，且其它實例可用於追蹤IBLEEDCONTROL 232對暫態操作條件和RSUM 104電阻器的物理以及電特性的估算的IBLEED計算234。
在一些實施例中，僅在一個或多個相位處於其“導通”狀態時通過將OR開關116從相位的導通狀態控制信號118耦合到受控電流源222而啟用受控電流源222，且因此繼承系統100的工作週期和相位元數目追蹤屬性。在其它實施例中，可由多個獨立受控電流源222施加如由IBLEEDCONTROL 232控制的泄放電流，其將施加校準的總電流而不管多個相位是否同時處於其導通狀態，如圖2B所示。即，受控電流源222專用於每個相位。可僅在每個受控電流源222的相應相位如其導通狀態控制信號118所命令般處於其導通狀態時啟用受控電流源222。由於受控電流源或多個源222可被 集成到控制器中，並且全部連接到PWM控制器IC內的ISUMP節點230，所以多相調節器中每相可使用多個獨立閘控電流源222而不增加所需外部互連的數量。或者，在一些實施例中，可存在多個受控電流源222，但少於相位數，其中每個受控電流源222無需專用於特定相位而是共用，使得同時啟用的受控電流源222的數量等於處於導通狀態的相位的數量，最多達所提供的電流源的數量。這些實施例可以通過同時對許多導通狀態相位施加校準的總泄放電流持續其相應導通時間的持續時間，而消除在一個以上相位同時處於其導通狀態時期間招致的誤差。
圖3A是用於減輕電感器DCR電流感測時電阻器非線性的另一實例系統300a的圖。在這個實施例中，差分電壓VVIN 110-VISUMP 230被施加到泄放電流程式設計電阻器RPROG 336，以產生隨VVIN 110-VISUMP 230的變化而成比例變化的參考電流。將使用IBLEED定標器334以固定比率定標此參考電流，以產生計算的IBLEEDCONTROL 332，其確定將從ISUMP節點230汲取的泄放電流以校準RSUM 104非線性。系統200a的泄放電流開關概念也用於這個實施例中，其中當一個或多個相位的導通狀態控制信號118正命令其導通同狀態時施加校準的泄放電流。因此，在這個實施例中，呈現類似系統200a和200b那樣的非線性校準泄放電流，除了受控於IBLEEDCONTROL 332的這個泄放電流在函數上取決於VVIN 110和VISUMP 230的變化值，且因此間接取決於VOUT 112的值。在VVIN 110為電池的實施例中，在VVIN 110從在其下RSUM 104非線性誤差電流最大的完全充電電池電壓(或者在電池充電供應器使用時可能更高)變到在其下RSUM 104非線性誤差電流最低的幾乎耗盡的電池電壓時，這個實施例有利地調整IBLEEDCONTROL 332。在一些實施例中，可在VVIN 110的中 間值下將RPROG 336選擇為最好地校準代表性系統的RSUM 104非線性誤差且在VVIN 110偏離該中間值時IBLEEDCONTROL可有利變化的值。
類似於系統200a和200b，這個實施例方案300a允許IBLEEDCONTROL 332仍適於輸入電壓110和輸出電壓112的變化。該系統設計者可憑經驗確定要校準的電阻非線性誤差的標稱(和假定固定的)程度的RSUM 104電壓係數。在這樣做時，假定RSUM電阻器104的電阻的電壓係數基本不變，其中設計者然後可以確定電阻的標稱電壓係數是多少。此外，可以假定將RSUM電阻器104的電阻值假定為超過調節器或輸出電壓112的設置的預期範圍的常數。這個假定通常是有效的，因為與開關調節器輸入電壓110相比，輸出電壓112設置的全範圍通常極少變化，且因此，施加到電阻性材料的電壓變動可充分低以容許假定超過操作條件的這個範圍的電阻的恒定電壓係數。
類似於系統200a，在一些實施例中，僅在一個或多個相位處於其“導通”狀態時通過將OR開關116從相位的導通狀態控制信號118耦合到受控電流源222而啟用系統300a中的受控電流源222，且因此繼承系統100和200a的工作週期和相位元數目追蹤屬性。在其它實施例中，且類似於系統200b，可由多個獨立電流源222施加泄放電流，其將在多個相位同時處於其導通狀態時施加校準的總電流，如圖3B所示。可僅在每個受控電流源222的相應相位如其導通狀態控制信號118所指示般處於其導通狀態時啟用受控電流源222。由於受控電流源或多個源222可被集成到控制器中，並且全部連接到控制器內的ISUMP節點230，所以多相調節器中每相可使用多個獨立閘控電流源222而不增加所需外部互連的數量。或者，在 一些實施例中，可存在多個受控電流源222，但少於相位數，其中每個受控電流源222無需專用於特定相位而是共用，使得同時啟用的受控電流源222的數量等於處於導通狀態的相位的數量，最多達所提供的電流源的數量。這些實施例可以用於多相調節器需要回應於變化的輸出電壓設置或回應於負載瞬態時間使多個相位同時處於導通狀態的情況中。這些實施例可以通過同時對許多導通狀態相位施加校準的總泄放電流持續其相應導通時間的持續時間，而消除在一個以上相位同時處於其導通狀態時期間招致的誤差。
在一些其它實施例中，在圖3A和圖3B中可由設計成與VVIN 110-VISUMIP 230成比例的內部電流參考取代外部泄放電流程式設計電阻器RPROG 336，其中比例經由數位程式設計介面由可程式設計定標因數338確定以產生IBLEEDCONTROL 332，如圖3C所示。在一些實施例中，數位程式設計介面可以是串列通信匯流排或其它程式設計介面。然後在通過將OR開關116從相位的導通狀態控制信號118耦合到受控電流源222，或通過使多相調節器(未示出)中每個相位具有多個獨立閘控電流源222而使一個或多個開關相位處於其導通狀態時，將如由IBLEEDCONTROL 332控制的泄放電流施加到ISUMP節點230作為泄放電流。
以VVIN 110-VISUMP 230比例參考電流和可程式設計定標因數338取代RPROG 336具有無需到PWM控制器IC 101b的任何額外外部連接的優點，這在缺乏輸入/輸出連接的系統中可是有價值的屬性。其還允許經由PWM控制器IC 101b初始化固件程式設計非線性校準，這可容許在PWM控制器IC 101b的整個製造壽命內回應於表示硬體實施方式的配置資料而調整非線性校準。
在電力管理積體電路(PMIC)包括多個電壓調節器(每個為單相或多相)的情況中，RPROG 336互連和IBLEED計算或定標電路和程式設計234或334或上述任何實施例所需的任何資源可以通過以到共同參考電壓的連接取代到特定調節器的ISUMP節點230的電壓參考的連接而由所有電壓調節器共用，諸如所有調節器的ISUMP節點230的電阻平均或所有命令參考電壓的平均。當與任何特定輸出電壓112與(通常)共同輸入電壓110之間的差相比時，PMIC中的多個電壓調節器的不同輸出電壓112在振幅上通常類似，從理想泄放電流中一般匯出的IBLEEDCONTROL 232和332的偏差對於任何電壓調節器而言可能是小的。
在PMIC的其它實施例中，可利用直接響應於共同VVIN 110程式設計IBLEEDCONTTOL 232和332，但是可根據與每個電壓調節器的程式設計輸出電壓112、或感測的輸出電壓(諸如ISUMP節點230或ISUMN節點221處)的函數相關性而施加到每個電壓調節器的共同部件。這種部件將以每個調節器的輸出電壓112與匯出的共同參考IBLEEDCONTROL 232和332的一些函數關係補償由每個電壓調節器提供的輸出電壓112的差。這種補償還可經由具有命令PMIC的主機處理器的PMIC串列介面匯流排針對每個電壓調節器導引和定標。與完全獨立的泄放電流程式設計相比，如此獲得的優點將更好地逼近要施加到每個電壓調節器的理想IBLEEDCONTROL 232和332減輕而無需完全個性化程式設計每個電壓調節器的IBLEEDCONTROL 232和332的額外成本(在電路尺寸上和尤其新增互連上)。
對於其中IBLEEDCONTROL 232和332的匯出/計算包括整體或部分由一個以上電壓調節器共用的機制的任何PMIC方法，應仍為每個電壓調節 器個別且獨立地提供開關部件，其中每當電壓調節器的相位處於其導通狀態時將泄放電流(或者多數泄放電流)施加到每個相應ISUMP節點230。這樣做在極少或無額外成本下提供系統100-300b的所有的工作週期和相位元數目追蹤優點，因為所有這些需要的互連和泄放電流源的複製可製作在PMIC的內部。
圖4是包括電力轉換系統402的實例系統400的方塊圖，其包括減輕電阻器非線性的電路403。系統400包括耦合到一個或多個處理裝置404和一個或多個記憶體裝置406的一個或多個電力轉換系統402。一個或多個電力轉換系統402可接收未調節電力(例如，幹線電力、電池)、調節的電力，並且提供調節的電力給一個或多個處理裝置404和一個或多個記憶體裝置406。在至少一個實施例中，電力轉換系統402實施為具有減輕如上文圖1-3C中所討論的電阻器非線性誤差的至少一個電路元件403的一個或多個電力轉換器100-300c。在實施例中，一個或多個處理裝置404可包括中央處理器單元(CPU)、微控制器、微處理器(例如，數位訊號處理器(DSP))、場可程式設計閘陣列(FPGA)、專用積體電路(ASIC)或其它處理裝置。此外，在實施例中，一個或多個記憶體裝置406可包括常規硬碟、諸如固態硬碟驅動器的揮發性或非揮發性媒介、包括但不限於同步動態隨機訪問記憶體(SDRAM)、雙數據速率(DDR)RAM、RAMBUS動態RAM(RDRAM)、靜態RAM(SRAM)等的隨機訪問記憶體(RAM)、電可擦除可程式設計ROM(EEPROM)，以及快閃記憶體等。一個或多個處理裝置404可通信耦合到一個或多個裝置406。
在其它實例中，這種電力轉換系統402可對代替一個或多個 處理裝置404和一個或多個記憶體裝置406或除其之外的其它功能電路提供調節電力。例如，這種電力轉換系統402可提供電力給內部裝置元件、周邊裝置或其它元件。這種電力轉換系統402可包括在使用調節電力的任何適當電子裝置中，諸如桌上型電腦、膝上型電腦或平板電腦、機上盒、電池充電器或其它裝置。
實例實施例
實例1包括一種電力轉換器，其包括：至少一個電力開關，其耦合到輸入電壓；脈衝寬度調製電路，其用於生成至少一個電力開關的控制脈衝；至少一個輸出電感器，其中至少一個輸出電感器中的每個耦合到至少一個電力開關的相應一個；電流感測器，其與至少一個輸出電感器並聯耦合用於感測經過所有至少一個輸出電感器的電流，其中電流感測器包括用於至少一個輸出電感器中的每個的至少一個電阻器和至少一個電容器，且其中電流感測器和脈衝寬度調製電路在電流泄放節點處耦合在一起；和至少一個電路元件，其耦合到電流泄放節點，其中至少一個電路元件在開啟至少一個電力開關中的一個或多個時從電流泄放節點泄放泄放電流。
實例2包括實例1的電力轉換器，其中至少一個電路元件是泄放電阻器，並且其中當脈衝寬度調製電路生成至少一個電力開關的開啟脈衝時，泄放電阻器經由開關耦合到接地。
實例3包括實例1-2的電力轉換器，其中至少一個電路元件是至少一個電流受控電流源且其中泄放電流是與至少一個電阻器的電阻非線性實質上成比例的電流。
實例4包括實例3的電力轉換器，其中泄放電流是正電流。
實例5包括實例3中任一項的電力轉換器，其中泄放電流是負電流。
實例6包括實例3-5中任一項的電力轉換器，其中泄放電流是使用模型電阻器的電阻非線性計算。
實例7包括實例3-6中任一項的電力轉換器，其中泄放電流取決於可程式設計定標因數。
實例8包括一種用於電力轉換器的控制器，所述控制器包括：電流感測輸入；電流感測電路，其在電流泄放節點處耦合到電流感測輸入，其中電流感測輸入監控電力轉換器的電流輸出；脈衝寬度調製電路，其生成用於至少一個電力開關的控制信號，所述至少一個電力開關耦合到輸入電壓且耦合到相應的輸出電感器，其中脈衝寬度調製電路被配置來調節電力轉換器的輸出電壓；和至少一個電路元件，其耦合到電流泄放節點，其中至少一個電路元件在開啟電力轉換器中的至少一個電力開關的一個或多個時從電流泄放節點泄放泄放電流。
實例9包括實例8的脈衝寬度調製電路，其中至少一個電路元件是泄放電阻器，並且其中當脈衝寬度調製電路生成至少一個電力開關的開啟信號時，泄流電阻器經由開關耦合到接地。
實例10包括實例8-9中任一項的脈衝寬度調製電路，其中至少一個電路元件是至少一個電流受控電流源，並且其中泄放電流是與至少一個電阻器的電阻非線性實質上成比例的電流。
實例11包括實例10的脈衝寬度調製電路，其中泄放電流是 正電流。
實例12包括實例10中任一項的脈衝寬度調製電路，其中泄放電流是負電流。
實例13包括實例10-12中任一項的脈衝寬度調製電路，其中泄放電流使用模型電阻器的電阻非線性計算。
實例14包括實例10-13中任一項的脈衝寬度調製電路，其中泄放電流取決於可程式設計定標因數。
實例15包括一種方法，其包括：生成用於電力轉換器的至少一個相位的控制信號；監控控制信號以確定是否開啟電力轉換器的至少一個相位的一個或多個；和當開啟至少一個相位的一個或多個時從電力轉換器中的電流泄放節點泄放泄放電流。
實例16包括實例15的方法，其中泄放電流包括泄放與模型電阻器的電阻非線性實質上成比例的電流。
實例17包括實例15-16中任一項的方法，其中泄放泄放電流包括泄放取決於可程式設計定標因數的泄放電流。
實例18包括實例15-17中任一項的方法，其中泄放泄放電流包括在開啟至少一個相位的一個或多個時使用電阻器泄放電流。
實例19包括實例15-18中任一項的方法，其中泄放泄放電流包括在開啟至少一個相位的一個或多個時使用至少一個電流受控電流源泄放電流。
實例20包括實例19的方法，其中生成控制信號包括生成用於電力轉換器的至少一個相位中的每個的控制信號，電力轉換器具有多個 相位且其中從電流泄放節點泄放泄放電流包括使用多個電流受控電流源，多個電流受控電流源中的每個用於多個相位的相應一個。
實例21包括實例19-20中任一項的方法，其中泄放泄放電流包括泄放正電流。
實例22包括實例19-20中任一項的方法，其中泄放泄放電流包括泄放負電流。
實例23包括一種電子裝置，其包括：一個或多個處理裝置；一個或多個記憶體裝置，其通信耦合到一個或多個處理裝置；和一個或多個電力轉換系統，其耦合到一個或多個處理裝置和一個或多個記憶體裝置，所述一個或多個電力轉換系統包括：至少一個電路，其減輕一個或多個電力轉換系統中的電阻器非線性誤差。
實例24包括實例23的電子裝置，其中至少一個電路耦合到一個或多個電力轉換系統中的電流泄放節點，且其中當開啟一個或多個電力轉換系統時至少一個電路從電流泄放節點泄放泄放電流。
實例25包括實例24的電子裝置，其中至少一個電路是泄放電阻器，且其中當開啟一個或多個電力轉換系統時，泄放電阻器經由開關耦合到接地。
實例26包括實例24-25中任一項的電子裝置，其中至少一個電路是至少一個電流受控電流源，且其中泄放電流是與包括在一個或多個電力轉換系統中的至少一個電阻器的電阻非線性實質上成比例的電流。
實例27包括實例26的電子裝置，其中泄放電流是使用模型電阻器的電阻非線性計算。
實例28包括實例26-27中任一項的電子裝置，其中泄放電流取決於可程式設計定標因數。
實例29包括實例26-28中任一項的方法，其中泄放泄放電流包括泄放正電流。
實例30包括實例26-28中任一項的方法，其中泄放泄放電流包括泄放負電流。
實例31包括實例23-30中任一項的電子裝置，其中電子裝置包括桌上型電腦、膝上型電腦或平板電腦、機上盒、或電池充電器中的一個。
雖然本文已經說明和描述了具體實施例，但應理解，對於本領域的普通技術入員來說，計算來實現相同目的的任何佈置可以代替所示的具體實施例。因此，顯然本發明旨在只受限於申請專利範圍及其等效物。
100‧‧‧電力供應器
101a‧‧‧電流感測網路
101b‧‧‧PWM控制器IC
102‧‧‧電阻器
104‧‧‧通信匯流排
105‧‧‧電阻器
106‧‧‧電容器
108‧‧‧直流電阻
110‧‧‧輸入電壓
112‧‧‧輸出電壓
114‧‧‧開關
116‧‧‧OR閘
118‧‧‧控制信號
120‧‧‧電壓

Claims (31)

  1. 一種電力轉換器，其包括：至少一個電力開關，其耦合到輸入電壓；脈衝寬度調製電路，其用於生成所述至少一個電力開關的控制脈衝；至少一個輸出電感器，其中所述至少一個輸出電感器中的每一個耦合到所述至少一個電力開關的相應一個；電流感測器，其與所述至少一個輸出電感器並聯耦合，以用於感測經過所有所述至少一個輸出電感器的電流，其中所述電流感測器包括用於所述至少一個輸出電感器中的每一個的至少一個電阻器和至少一個電容器，且其中所述電流感測器和所述脈衝寬度調製電路在電流泄放節點處耦合在一起；以及至少一個電路元件，其耦合到所述電流泄放節點，其中所述至少一個電路元件在開啟所述至少一個電力開關的一個或多個時從所述電流泄放節點泄放泄放電流。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的電力轉換器，其中所述至少一個電路元件是泄放電阻器，並且其中當所述脈衝寬度調製電路生成所述至少一個電力開關的開啟脈衝時，所述泄放電阻器經由開關耦合到接地。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的電力轉換器，其中所述至少一個電路元件是至少一個電流受控電流源且其中所述泄放電流是與所述至少一個電阻器的電阻非線性實質上成比例的電流。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述的電力轉換器，其中所述泄放電流是 正電流。
  5. 根據申請專利範圍第3項所述的電力轉換器，其中所述泄放電流是負電流。
  6. 根據申請專利範圍第3項所述的電力轉換器，其中所述泄放電流是使用模型電阻器的電阻非線性來計算。
  7. 根據申請專利範圍第3項所述的電力轉換器，其中所述泄放電流取決於可程式設計定標因數。
  8. 一種用於電力轉換器的控制器，所述控制器包括：電流感測輸入；電流感測電路，其在電流泄放節點處耦合到所述電流感測輸入，其中所述電流感測輸入監控所述電力轉換器的電流輸出；脈衝寬度調製電路，其生成用於至少一個電力開關的控制信號，所述至少一個電力開關耦合到輸入電壓且耦合到相應的輸出電感器，其中所述脈衝寬度調製電路被配置來調節所述電力轉換器的輸出電壓；以及至少一個電路元件，其耦合到所述電流泄放節點，其中所述至少一個電路元件在開啟所述電力轉換器中的所述至少一個電力開關的一個或多個時從所述電流泄放節點泄放泄放電流。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述的脈衝寬度調製電路，其中所述至少一個電路元件是泄放電阻器，並且其中當所述脈衝寬度調製電路生成所述至少一個電力開關的開啟信號時，所述泄流電阻器經由開關耦合到接地。
  10. 根據申請專利範圍第8項所述的脈衝寬度調製電路，其中所述至少一個電路元件是至少一個電流受控電流源，並且其中所述泄放電流是與至 少一個電阻器的電阻非線性實質上成比例的電流。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述的脈衝寬度調製電路，其中所述泄放電流是正電流。
  12. 根據申請專利範圍第10項所述的脈衝寬度調製電路，其中所述泄放電流是負電流。
  13. 根據申請專利範圍第10項所述的脈衝寬度調製電路，其中所述泄放電流使用模型電阻器的電阻非線性計算。
  14. 根據申請專利範圍第10項所述的脈衝寬度調製電路，其中所述泄放電流取決於可程式設計定標因數。
  15. 一種方法，其包括：生成用於電力轉換器的至少一個相位的控制信號；監控所述控制信號以確定是否開啟所述電力轉換器的所述至少一個相位的一個或多個；以及當開啟所述至少一個相位的一個或多個時，從所述電力轉換器中的電流泄放節點泄放泄放電流。
  16. 根據申請專利範圍第15項所述的方法，其中泄放電流包括泄放與模型電阻器的電阻非線性實質上成比例的電流。
  17. 根據申請專利範圍第15項所述的方法，其中泄放泄放電流包括泄放取決於可程式設計定標因數的泄放電流。
  18. 根據申請專利範圍第15項所述的方法，其中泄放泄放電流包括在開啟所述至少一個相位的一個或多個時使用電阻器泄放電流。
  19. 根據申請專利範圍第15項所述的方法，其中泄放泄放電流包括在開 啟所述至少一個相位的一個或多個時使用至少一個電流受控電流源泄放電流。
  20. 根據申請專利範圍第19項所述的方法，其中生成控制信號包括生成用於電力轉換器的至少一個相位中的每一個的控制信號，所述電力轉換器具有複數個相位且其中從電流泄放節點泄放泄放電流包括使用複數個電流受控電流源，所述複數個電流受控電流源中的每一個用於所述複數個相位的相應一個。
  21. 根據申請專利範圍第19項所述的方法，其中泄放泄放電流包括泄放正電流。
  22. 根據申請專利範圍第19項所述的方法，其中泄放泄放電流包括泄放負電流。
  23. 一種電子裝置，其包括：一個或多個處理裝置；一個或多個記憶體裝置，其通信耦合到所述一個或多個處理裝置；以及一個或多個電力轉換系統，其耦合到所述一個或多個處理裝置和所述一個或多個記憶體裝置，所述一個或多個電力轉換系統包括：至少一個電路，其減輕所述一個或多個電力轉換系統中的電阻器非線性誤差。
  24. 根據申請專利範圍第23項所述的電子裝置，其中所述至少一個電路耦合到所述一個或多個電力轉換系統中的電流泄放節點，且其中當開啟所述一個或多個電力轉換系統時所述至少一個電路從所述電流泄放節點泄放 泄放電流。
  25. 根據申請專利範圍第24項所述的電子裝置，其中所述至少一個電路是泄放電阻器，且其中當開啟所述一個或多個電力轉換系統時，所述泄放電阻器經由開關耦合到接地。
  26. 根據申請專利範圍第24項所述的電子裝置，其中所述至少一個電路是至少一個電流受控電流源，且其中所述泄放電流是與包括在所述一個或多個電力轉換系統中的至少一個電阻器的電阻非線性實質上成比例的電流。
  27. 根據申請專利範圍第26項所述的電子裝置，其中所述泄放電流是使用模型電阻器的電阻非線性來計算。
  28. 根據申請專利範圍第26項所述的電子裝置，其中所述泄放電流取決於可程式設計定標因數。
  29. 根據申請專利範圍第26項所述的方法，其中泄放泄放電流包括泄放正電流。
  30. 根據申請專利範圍第26項所述的方法，其中泄放泄放電流包括泄放負電流。
  31. 根據申請專利範圍第23項的電子裝置，其中所述電子裝置包括桌上型電腦、膝上型電腦或平板電腦、機上盒、或電池充電器中的其中一個。
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