TWI677175B - 切換式電源系統、電感電流感測元件及其方法、斜率感測元件及其方法 - Google Patents

切換式電源系統、電感電流感測元件及其方法、斜率感測元件及其方法 Download PDF

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Abstract

本發明提出一種切換式電源(Switch Mode Power Supply，SMPS)系統， 包括一個SMPS及一個電感電流感測元件。該SMPS包括一個HS開關及一個串聯在一起的LS開關，以及一個輸出濾波器，輸出濾波器包括一個電感器及一個電容器，耦合到由HS及LS開關形成的開關節點上。電感電流由電感器提供給負載。電感電流感測元件耦合到LS開關上，具有一個第一輸入端，接收表示開關節點處電壓電平的節點信號，一個第二輸入端，接收系統的輸入電壓，一個第三輸入端，接收系統的輸出電壓。配置電感電流感測元件，以根據第一、第二及第三輸入端，獲得第一、第二恆定直流斜率訊息以及谷值電流訊息，並根據該些訊息產生輸出信號。輸出信號具有三角波形，包括一個上升斜率及一個下降斜率，正比於電感電流的上升及下降斜率。

Description

切換式電源系統、電感電流感測元件及其方法、斜率感 測元件及其方法
本發明涉及整合電路，更確切地說是用於切換式電源(Switch Mode Power Supply，SMPS)中的電流感測元件。
微處理器和存儲元件等整合電路包括多個金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(MOSFET)，提供基本的開關功能，用於配置邏輯門、數據存儲、電源開關及其他元件。在一種應用中，MOSFET因其功率有效性和熱有效性，已經被廣泛應用於切換式電源(SMPS)。除了MOSFET開關之外，SMPS還包括電感器或電容器等節能元件。
電源在任何電子元件中都是一個關鍵元件，其性能可以影響電源效率、生產的安全性以及產品的性能。因此，對電源來說，必須包括一個電源監控系統，監控和/或調變其輸出。電源調變通常包括輸出電壓或電流反饋。由於許多SMPS系統(即SMPS包括電源監控或調變功能)使用電流模組調變，因此這種系統的關鍵之處在於獲得實際的電流訊息。
目前的計算應用要求SMPS系統在較高的頻率下運作，以增大頻寬。這些應用還要求SMPS系統具有較小的製備因子及很低的成本。SMPS系統製造商已經通過使用小電感器和電容器，響應了這些需求。另外，有一種降低SMPS系統工作電壓的趨勢(例如降壓直流-直流轉換器)，以獲得較高的速度操作和更好的節能。這樣一來，輸入電壓及輸出電壓之間的電壓比(VIN/VOUT)增大，節能週期(即導通時間週期D)會變得更短。這種系統中由於高開關頻率、短導通時間週期以及開關接通及斷開時產生的雜訊，使得要在這種系統中真實地感測電流訊息是一個挑戰。
正是在這樣的背景下，提出了本發明的實施例。
本發明的目的在於提出通過感測低端開關的全時電感電流監控方法，以改善現有技術中的一個或多個問題。
本發明的一個方面在於提出一種切換式電源系統，包括：一個切換式電源，包括一個高端開關及一個低端開關，串聯耦合在一起；一個輸出濾波器，包括一個電感器及一個電容器，耦合到高端及低端開關串聯的開關節點上，其中電感電流由電感器提供給負載；以及一個電感電流感測元件，耦合在低端開關上；電感電流感測元件具有一個第一輸入端，用於接收節點信號，表示開關節點處的電壓電平；一個第二輸入端，用於接收系統的輸入電壓VIN；以及一個第三輸入端，用於接收系統的輸出電壓VOUT；其中電感電流感測元件用於根據第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端，接收第一恆定直流斜率訊息、第二恆定直流斜率訊息以及谷值電流訊息，並根據第一恆定直流斜率訊息、第二恆定直流斜率訊息以及谷值電流訊息，產生輸出信號，其中輸出信號具有一 個三角波形，包括一個上升斜率及一個下降斜率，正比於電感電流的上升及下降斜率。
其中，電感電流感測元件包括：一個電流感測電路，根據節點訊息，產生感測電流，其中感測電流包括第一電流斜率及最小的電流值；一個斜率感測電路，耦合到電流感測電路上；斜率感測電路具有一個第一輸入端，用於接收來自電流感測電路的感測電流，其中斜率感測電路用於將感測電流中的第一電流斜率轉換成第一恆定直流斜率訊息；一個運算電路，耦合到斜率感測電路上；運算電路具有一個第一輸入端，用於接收來自斜率感測電路的第一恆定直流斜率訊息；一個第二輸入端，用於接收輸入電壓VIN；以及一個第三輸入端，用於接收輸出電壓VOUT；其中運算電路用於根據第一、第二及第三輸入端，產生第二恆定直流斜率訊息；以及一個電流斜率合成電路，耦合到運算電路及效率感測電路上；電流斜率合成電路具有一個第一輸入端，用於接收第一恆定直流斜率訊息；一個第二輸入端，用於接收第二恆定直流斜率訊息；以及一個第三輸入端，用於接收控制信號；其中配置電流斜率合成電路，將第一及第二恆定直流斜率訊息整合起來，根據控制信號，產生合成信號，其中合成信號具有三角波形，包括當控制信號處於第一態時的上升斜率以及當控制信號處於與第一態相反的第二態時的下降斜率，其中合成信號的上升及下降斜率分別正比於電感電流的上升及下降斜率。
其中，電感電流感測元件進一步包括一個谷值電流感測電路，耦合到電流感測電路上，谷值電流感測電路具有一個第一輸入端，用於接收來自電流感測電路的感測電流，其中谷值電流感測電路用於將感測電流中最小的電流值轉換成谷值電流訊息。
其中，每個斜率感測電路和谷值電流感測電路都具有一個採樣和保持電路。
其中，電感電流感測元件進一步包括一個加法電路，耦合到電流斜率合成電路和谷值電流感測電路上，其中配置加法電路，通過結合合成信號及谷值電流訊息，產生結合信號。
其中，電感電流感測元件進一步包括一個緩衝驅動器，耦合到加法電路上，其中配置緩衝驅動器，驅動來自加法電路的結合信號，產生輸出信號。
其中，配置運算電路，通過將第一恆定直流斜率訊息乘以((VIN-VOUT)/VOUT)，產生第二恆定直流斜率訊息。
本發明的另一個方面在於提出一種電感電流感測元件，用於檢測切換式電源中的電感電流，其中切換式電源具有一個高端開關及一個串聯在一起的低端開關，以及一個輸出濾波器，輸出濾波器包括一個電感器及一個電容器，通過高端及低端開關耦合到開關節點上，其中電感電流由電感器提供給負載；電感電流感測元件包括：一個電流感測電路，耦合到低端開關上；配置電流感測電路，感測低端開關上的電流，並產生感測電流，其中感測電流包括第一電流斜率及最小的電流值；一個斜率感測電路，耦合到電流感測電路上；斜率感測電路具有第一輸入端，用於接收來自電流感測電路的感測電流，其中配置斜率感測電路，用於將感測電流中的第一電流斜率轉換成第一恆定直流斜率訊息；一個運算電路，耦合到斜率感測電路上；運算電路具有一個第一輸入端，用於接收來自斜率感測電路的第一恆定直流斜率訊息；一個第二輸入端，用於接收SMPS的輸入電壓VIN；一個第三輸入端，用於接收SMPS的輸出電壓VOUT；其中配置運算電路，根據第一、第二及第三輸入端，產生第二恆定直流斜率訊息；以及一個電流斜率合成電路，耦合到運算電路及斜率感測電路上；電流斜率合成電路具有一個第一輸入端，用於接收第一恆定直流斜率訊息；一個第二輸入端，用於接收第二恆定直流斜率訊息，一個第三輸入端，用於接收控制信 號，其中配置電流斜率緩衝電路，通過根據控制信號，整合第一及第二恆定直流斜率訊息，其中合成信號具有三角波形，包括當控制信號處於第一態時的上升斜率以及當控制信號處於與第一態相反的第二態時的下降斜率，其中合成信號的上升及下降斜率分別正比於電感電流的上升及下降斜率。
其中，電感電流感測元件進一步包括一個谷值電流感測電路，耦合到電流溝槽的路上；谷值感測電路具有一個第一輸入端，用於接收來自電流感測電路的感測電流，其中配置谷值電流感測電路，將感測電流中最小的電流值轉換成谷值電流訊息。
其中，每個斜率感測電路和谷值電流感測電路都具有一個採樣和保持電路。
其中，電感電流感測元件進一步包括一個加法電路，耦合到電流斜率合成電路及谷值電流感測電路上，其中配置加法電路，通過結合合成信號及谷值電流訊息，產生結合信號。
其中，電感電流感測元件進一步包括一個緩衝驅動器，耦合到加法電路上，其中配置緩衝驅動器，驅動來自加法電路的結合信號，產生輸出信號，其中輸出信號具有三角波形，包括一個上升斜率及一個下降斜率，正比於電感電流的上升及下降斜率。
其中，配置運算電路，用於通過將第一恆定直流斜率訊息乘以((VIN-VOUT)/VOUT)，產生第二恆定直流斜率訊息。
本發明的另一個方面在於提出一種用於感測切換式電源中電感電流的方法，其中切換式電源具有一個高端開關及一個串聯在一起的低端開關；以及一個輸出濾波器，輸出濾波器包括一個電感器及一個電容器，耦合到高端及低端開關形成的開關節點上，其中電感電流由電感器提供給負載；該方法包括：通過感測低端開關上的電流，產生感測電流，其中感測電流包括第一 電流斜率及最小的電流值；將感測電流中的第一電流斜率轉換成第一恆定直流斜率訊息；根據第一恆定直流斜率訊息、切換式電源的輸入電壓VIN和切換式電源的輸出電壓VOUT，產生第二恆定直流斜率訊息；並且通過依據控制信號，整合第一及第二恆定直流斜率訊息，產生合成信號，其中合成信號具有三角波形，包括當控制信號處於第一態時的上升斜率以及當控制信號處於與第一態相反的第二態時的下降斜率，其中合成信號的上升及下降斜率分別正比於電感電流的上升及下降斜率。
其中，進一步包括將感測電流中的最小電流值轉換成谷值電流訊息。
其中，將感測電流中的最小電流值轉換成谷值電流訊息，包括根據觸發信號的採樣和保持最小的電流值。
其中，將感測電流中的第一電流斜率轉換成第一恆定直流斜率訊息，包括根據觸發信號，採樣和保持第一電流斜率。
其中，進一步包括通過結合合成信號及谷值電流訊息，產生結合信號。
其中，產生第二恆定直流斜率訊息，包括將第一恆定直流斜率訊息乘以((VIN-VOUT)/VOUT)。
本發明的另一個方面在於提出一種斜率感測元件，用於感測輸入信號的斜率，並提供正比於輸入信號的輸出信號，該斜率感測元件包括：一個微分器，具有一個輸入端，用於接收具有三角波形的輸入信號，帶有至少一個斜率；其中配置微分器，利用第一電容器，通過微分輸入信號，產生微分信號；一個採樣和保持電路，具有第一輸入端，用於接收微分信號；以及第二輸入端，用於接收觸發信號；其中配置採樣和保持電路，當觸發信號接通時，通過採樣和保持微分信號，將微分信號轉換成恆定直流斜率訊息；以及一個積分器，具 有一個輸入端，用於接收恆定直流斜率訊息；其中積分器用於接收輸出信號，使用第二電容器，輸出信號的波形正比於輸入信號的波形。
其中，微分器包括一個運算轉導放大器。
其中，配置積分器，根據恆定直流斜率訊息，通過第二電容器的充電及放電，產生輸出信號。
在本發明的一個較佳地實施例中，斜率感測元件進一步包括一個運算電路，耦合到採樣和保持電路上，配置運算電路，根據恆定直流斜率訊息，產生第二恆定直流斜率訊息。
其中，積分器具有第二輸入端，用於接收第二恆定直流斜率，其中配置積分器，通過使用第二電容器，產生輸出信號，以整合恆定直流斜率訊息及第二恆定直流斜率訊息。
其中，積分器包括兩個由控制信號控制的開關，其中當控制信號處於第一態時，第一開關接通，第二開關斷開；當控制信號處於與第一態相反的第二態時，第一開關斷開，第二開關接通；其中當控制信號處於第一態時，根據恆定直流斜率訊息，第二電容器放電；當控制信號處於第二態時，根據第二恆定直流斜率訊息，第二電容器充電。
在本發明的另一個較佳地實施例中，斜率感測元件進一步包括第二微分器，利用第一電容器，產生第二微分信號；以及第二採樣和保持電路，將第二微分信號轉換成第二恆定直流斜率訊息。
其中，積分器具有第二輸入端，用於接收第二恆定直流斜率；其中配置積分器，利用第二電容器，產生輸出信號，以整合恆定直流斜率訊息及第二恆定直流斜率訊息。
其中，積分器包括兩個由控制信號控制的開關，其中當控制信號處於第一態時，第一開關接通，第二開關斷開；當控制信號處於與第一態相反 的第二態時，第一開關斷開，第二開關接通；其中當控制信號處於第一態時，根據恆定直流斜率訊息，第二電容器放電；當控制信號處於第二態時，根據第二恆定直流斜率訊息，第二電容器充電。
本發明的另一個方面在於提出一種方法，用於感測輸入信號斜率，並提供正比於輸入信號的輸出信號，該方法包括：微分具有三角波形的輸入信號，帶有至少一個斜率，通過利用第一電容器，產生微分信號；當觸發信號接通時，利用採樣和保持微分信號，將微分信號轉換成恆定直流斜率訊息；利用第二電容器，產生輸出信號，整合恆定直流斜率訊息，其中輸出信號的波形正比於輸入信號的波形。
其中，產生輸出信號，包括根據恆定直流斜率，對第二電容器充電及放電。
其中，進一步包括根據恆定直流斜率訊息，產生第二恆定直流斜率訊息。
其中，利用第二電容器，產生輸出信號，包括當控制信號處於第一態時，根據恆定直流斜率訊息，對第二電容器放電；以及當控制信號處於與第一態相反的第二態時，根據第二恆定直流斜率訊息，對第二電容器充電。
其中，進一步包括利用第一電容器，產生第二微分信號，並將第二微分信號，轉換成第二恆定直流斜率訊息。
其中，利用第二電容器，產生輸出信號，包括當控制信號處於第一態時，根據恆定直流斜率訊息，對第二電容器放電；以及當控制信號處於與第一態相反的第二態時，根據第二恆定直流斜率訊息，對第二電容器充電。
閱讀以下詳細說明的實施例並參照各種圖式，本發明的這些特點及優勢對於本領域的技術人員來說，無疑將顯而易見。
100、200‧‧‧系統
105、107‧‧‧節點
300‧‧‧電感電流感測元件
310‧‧‧LS電流感測電路
320‧‧‧斜率感測電路
330‧‧‧谷值電流感測電路
340‧‧‧運算電路
342‧‧‧減法電路
350‧‧‧電流斜率合成電路
352‧‧‧加法電路
360‧‧‧緩衝驅動器
402、404、406、408、410、412、414、416、422、424、IMON、ISS、LXf、LXfd‧‧‧信號
418‧‧‧信號、LS電流斜率訊息
420‧‧‧信號、HS電流斜率訊息
500‧‧‧降壓直流-直流轉換器
512‧‧‧ADC
520‧‧‧數位運算器
530‧‧‧DAC
600‧‧‧電流斜率感測元件
610、650、710、750、C1、CS‧‧‧電容器
620、900a‧‧‧微分器
630‧‧‧採樣和保持電路
640‧‧‧整合器
700‧‧‧元件
720‧‧‧放大器
730、730a‧‧‧採樣和保持電路
735‧‧‧上升斜率運算電路
720a‧‧‧跨導放大器
ADC‧‧‧類比到數位轉換器
D1、D2‧‧‧二極體
DAC‧‧‧數位到類比轉換器
GND‧‧‧接地
IHS_SLP‧‧‧HS電流斜率訊息
iL‧‧‧電流
ILS_SLP‧‧‧LS電流斜率訊息
IREF‧‧‧直流偏移
Is(n)‧‧‧直流電流斜率訊息
IS_VALLEY‧‧‧谷值電流訊息
ISLP‧‧‧合成信號
ISLP_F‧‧‧直流電流斜率值
ISLP_F(n)‧‧‧電流斜率訊息、下降電流斜率
ISLP_R‧‧‧直流電流斜率值、電流斜率訊息
ISLP_R(n)‧‧‧電流斜率訊息、上升電流斜率
L1‧‧‧電感器
M1‧‧‧HS開關
M2‧‧‧LS開關
PWM‧‧‧脈寬調變
RDC‧‧‧電阻
RS‧‧‧電阻器
SH1、SH2‧‧‧觸發信號
SW1、SW1a、SW2、SW3‧‧‧開關
VCS、VDS、VLX‧‧‧電壓
VIN‧‧‧輸入電壓
vin(t)‧‧‧輸入電壓訊號
VMON‧‧‧電壓信號
VOUT、VSEN、VSEN(n)‧‧‧輸出電壓
VSEN_vally‧‧‧谷值電壓訊息
第1(a)圖繪示帶有電感電流感測元件的傳統的SMPS的結構示意圖；第1(b)圖繪示第1(a)圖所示的SMPS中的信號波形圖；第2圖繪示依據本發明的各個方面，帶有電感電流感測元件的SMPS系統的結構示意圖；第3圖繪示依據本發明的各個方面，電感電流感測元件的結構示意圖；第4圖繪示第3圖所示的電感電流感測元件的信號波形圖；第5(a)圖繪示一種傳統的SMPS的結構示意圖；第5(b)圖繪示帶有第5(c)圖所示的傳統的電感電流斜率感測元件的第5(a)圖所示的SMPS中的信號波形圖；第5(c)圖繪示一種傳統的電感電流斜率感測元件的結構示意圖；第6(a)圖繪示依據本發明的各個方面，電感電流斜率感測元件的結構示意圖；第6(b)圖繪示第6(a)圖所示的電感電流斜率感測元件的信號波形圖；第7(a)圖繪示依據本發明的各個方面，SMPS系統中所用的電感電流斜率感測元件的示意圖；第7(b)圖繪示第7(a)圖所示的電感電流斜率感測元件中的信號波形圖；第8圖繪示依據本發明的各個方面，SMPS系統中所用的電感電流斜率感測元件的結構示意圖；第9(a)圖及第9(b)圖繪示第6(a)圖所示的電感電流斜率感測元件中配置的微分器的結構示意圖。
在以下說明中，使用或參考與信號有關的變量，例如VIN、VOUT、iL。要注意的是，大信號是一個直流信號(或者是在一個時間點上的交流信號)，比小信號大一個或多個數量級，用於分析含有非線性零件的電路，計算這些零件的工作點(偏壓)。大信號直流量用帶有大寫下標的大寫字母表示。小信號量用帶有小寫下標的小寫字母表示。一個小信號的例子是一個交流信號，疊加在一個含有大信號的電路上。含有小信號及大信號量的總量用帶有大寫下標的小寫字母表示。
引言
如上所述，由於系統需要電源調變的電流訊息，因此實際的電流監控在電流模式運行系統中至關重要。在SMPS中已經提出了多種設計方案用於電感電流感測/監控，以監控其電流訊息。
第1(a)圖帶有電流感測元件的傳統的SMPS。SMPS系統100是一個降壓直流-直流轉換器，包括電源開關元件M1-D1、M2-D2，串聯在輸入電壓源上。電源開關元件M1-D1耦合到電壓源VIN上，電源開關元件M2-D2接地GND。電源開關元件M1-D1也稱為高端(High-Side，HS)開關，電源開關元件M2-D2也稱為低端(Low-Side，LS)開關。輸出濾波器包括一個電感器L1及一個電容器C1，連接到節點105(即相位節點或開關節點)，節點105由一對HS及LS開關製成，用於提供輸出電壓VOUT到負載。電感器L1具有一個寄生直流電阻RDC。通過HS及LS開關，輸出電感器L1交替開關，一端連接到輸入電壓VIN及接地GND。因此，通過控制器(第1(a)圖中沒有繪示)，控制HS及LS開關的接通及斷開動作，可以產生低於輸入電壓電平VIN的輸出電壓VOUT。控制器以開關頻率fSW，接通及斷開HS及LS開關。輸出電壓VOUT在電容器C1上緩衝。負載(第1(a)圖中沒 有繪示)可以耦合到輸出節點107上，電流iL可以通過電感器L1提供給負載。對於電流模式操作系統來說，必須為電源調變獲得或感測電感電流iL。
關於電感電流感測，系統100具有一個低通RC感測元件。低通RC感測元件由一個電阻器Rs與電容器Cs串聯。RC感測元件與電感器L1並聯，電感器L1具有寄生直流電阻RDC。RC感測元件濾波電感器L1上的電壓，通過電感器L1的寄生直流電阻RDC感測電流。一般來說，電容器Cs上的感測電壓VCS表示為感測輸出電壓。如第1(b)圖所示，感測電壓VCS的波形遵從電感電流iL的波形。因此，電感器感測的電流iL可以通過獲得感測電壓VCS來實現。
通常為了使直流-直流轉換器具有良好的性能，電感器L1的時間常數(L1/RDC)應遠遠大於開關時間(1/fsw)。另外，低通RC感測元件的時間常數(Rs/Cs)必須與電感器L1的時間常數一樣，用於真實感測，如下式(1)所示：
Figure TWI677175B_D0001
然而，上述RC感測方法也有一些不足。首先，由於電感器L1的寄生電阻RDC，系統會有很差的精確性或功率損耗。依據方程式(1)，寄生電阻RDC應很小，以便在高頻下工作。較小的寄生電阻RDC還有助於降低功率損耗，有利於能量效率。然而，當寄生電阻RDC很小時，其電壓波紋也很小，變得很難識別下降訊息。也就是說，電容器Cs上感測的電壓VCS太小了，很難識別。這個問題在電流極小的輕負載情況下會更嚴重。雖然，大寄生電阻RDC有助於識別下降訊息及精確地感測電流斜率，但是會引起很大的功率損耗。
另外，傳統的RC感測方法中所用的元件對溫度很敏感。替換這些元件會降低成本，並且在輕負載情況下仍然無法保證精確性。此外，寄生電阻 RDC的值有分配。因此，不可能測量寄生電阻RDC，也就沒有辦法補償它。基於寄生電阻RDC獲得的電感電流訊息，不可能是精確的。
電感電流感測元件/方法
本發明的各個方面為SMPS系統提供了一種電感電流感測元件和/或方法，僅通過LS開關的感測訊息，獲得電感電流。依據本發明的各個方面，電感電流感測訊息分為上升和下降電流斜率訊息和平均電流訊息。此處的「平均電流」是指電感電流的直流值。第1(b)圖繪示電感電流波形，由直流(平均)部分及交流(三角形)組成，交流部分的特徵在於最大電流iL_峰值(iL_peak)及最小電流iL_谷值(iL_valley)。在這種情況下，平均電流為iL(平均)=iL_谷值+△iL/2，其中△iL=iL_峰值-iL_谷值。訊息的感測及處理分開進行，合併成一個輸出信號，報告給控制器，用於調變。依據本發明的各個方面，根據應用，感測方法可以由控制器IC、驅動器IC或獨立元件配置。
依據本發明的各個方面，SMPS系統包括一個SMPS及一個電感電流感測元件。SMPS包括一個HS開關及一個串聯的LS開關，一個含有電感器及耦合到開關節點上的電容器的輸出濾波器，開關節點由HS及LS開關構成。電感電流由電感器提供給負載。LS開關上的電感電流感測元件具有配置的第一輸入端，以接收節點信號，表示開關節點處的電壓電平，配置的第二輸入端，以接收系統的輸入電壓，以及配置的第三輸入端，以接收系統的輸出電壓。配置電感電流感測元件，以根據第一輸入端、第二及第三輸入端，獲得第一恆定直流斜率訊息、第二恆定直流斜率訊息及谷值電流訊息，根據第一恆定直流斜率訊息、第二恆定電流訊息及谷值電流訊息，產生輸出信號。輸出信號具有一個三角波形，包括一個上升斜率及一個下降斜率，與電感電流的上升及下降斜率成正比。
第2圖繪示依據本發明的各個方面，帶有電感電流感測元件的SMPS系統的結構示意圖。在本實施例中，SMPS系統200包括一個降壓直流-直流轉換器，以及一個電感電流感測元件300耦合到轉換器上。在其他實施例中，SMPS系統200中的電源可以是一個升壓直流-直流轉換器、或一個降壓及升壓直流-直流轉換器、或任意其他的SMPS。與第1(a)圖類似，第2圖所示的SMPS系統中的直流-直流轉換器包括電源開關元件M1-D1、M2-D2，串聯在輸入電壓源上。 電源開關元件M1-D1耦合到電壓源VIN，電源開關元件M2-D2接地GND。電源開關元件M1-D1也稱為高端(HS)開關，電源開關元件M2-D2也稱為低端(LS)開關。輸出濾波器包括一個電感器L1及一個電容器C1，連接到接地105(即相位節點或開關節點)上，節點105由一對HS開關及LS開關組成，用於為負載提供輸出電壓VOUT。輸出電壓VOUT在電容器C1上緩衝。負載(第2圖沒有繪示)可以耦合到輸出節點107，電流iL可以由電感器L1提供給負載。
HS及LS開關由脈寬調變(PWM)信號控制，PWM信號由控制器(圖中沒有表示出)產生。在一個實施例中，HS開關由PWM信號控制，LS開關由PWM信號的互補模式，或者PWM信號的非(NOT)信號控制。因此，當PWM信號處於第一邏輯態(例如高邏輯信號)，PWM信號的非信號處於低邏輯信號時，HS開關接通(即MOSFET M1接通)，LS開關斷開(即MOSFET M2斷開)。 此時，電流從輸入節點開始，通過HS開關，流到電感器L1。流經電感器L1的電感電流iL等於流經HS開關的HS電流iHS。當PWM信號處於第二邏輯態(例如低邏輯信號)，PWM信號的非信號處於高邏輯信號時，HS開關斷開(即MOSFET M1斷開)，LS開關接通(即MOSFET M2接通)。如第2圖所示，電流從地流經LS開關，流到電感器L1。在這段時間內，電感電流iL等於流經LS開關(M2或D2)的LS電流iLS。由於HS開關的接通時間很短，因此感測HS電流訊息雖然是可能的，但是非常困難。本發明的各個方面提出了僅僅通過感測LS開關的訊息，就 能感測電感電流的方法。因此，當HS開關接通及LS開關斷開時，根據LS開關的感測訊息，可以產生或仿真等於電感電流的HS電流訊息。當HS開關斷開並且LS開關接通時，電感電流就是LS開關的感測電流訊息。
為了感測LS電流訊息(即MOSFET M2的源極至汲極電流)，首先要獲取MOSFET M2的汲極至源極電壓VDS和導通電阻RDS_ON。MOSFET M2的汲極至源極電壓VDS等於電感電流iL的下降電壓。因此，汲源電壓VDS包括電感器L1的電流訊息。如第2圖所示，電感電流感測元件300耦合到LS開關的源極及汲極，接收汲源電壓VDS，作為電感電流感測元件300的其中一個輸入端。在一個實施例中，汲源電壓VDS可以從電壓VLX獲得，這是因為電壓VDS等於電壓VLX和接地GND之間的差。另外，輸入電壓VIN及輸出電壓VOUT的訊息也提供給電感電流感測元件300。在一個實施例中，輸出電壓VOUT的訊息可以用濾波(或平均)電壓VLX代替，這是由於濾波電壓VLX與輸出電壓VOUT幾乎一樣。
第3圖繪示電感電流感測元件300的結構示意圖。電感電流感測元件300包括一個LS電流感測電路310、一個斜率感測電路320、一個谷值電流感測電路330、一個運算電路340、一個電流斜率合成電路350以及一個緩衝驅動器360。LS電流感測電路310接收來自LS開關的汲源電壓VDS，並將其轉換成感測電流信號Iss。感測電流信號Iss包括電流斜率的訊息(例如來自△VDS/△t)以及最小電流值(例如來自汲源電壓VDS的最小電壓)。然後，來自LS電流感測電路310的感測電流信號Iss提供給斜率感測電路320和谷值電流感測電路330。
在斜率感測電路320中，感測電流信號Iss的電流斜率訊息轉換成恆定電流斜率訊息。在一個實施例中，斜率感測電路320包括一個採樣和保持電路(第3圖沒有繪示)，以產生LS電流斜率(ILS_SLP)的恆定直流訊息。谷值電流感測電路330將感測電流信號Iss中的最小電流值轉換成谷值電路訊息。在一個 實施例中，谷值電流感測電路330包括一個採樣和保持電路(第3圖沒有繪示)，以產生LS谷值電流(IS_VALLEY)的恆定直流訊息。
運算電路340接收來自斜率感測電路320、輸入電壓VIN及輸出電壓VOUT的LS電流斜率訊息ILS_SLP，作為輸入端。根據這些輸入，配置運算電路340，根據HS電流斜率及LS是電流斜率之間的關係，計算HS電流斜率訊息，如下式(2)所示：
Figure TWI677175B_D0002
對於運算電路340來說，方程式(2)可以轉換成下列方程式(3)，以計算HS電流斜率訊息：
Figure TWI677175B_D0003
 其中△iL_FALL及△iL_RISE可以分別用LS電流斜率訊息ILS_SLP、以及HS電流斜率訊息IHS_SLP代替。因此，HS電流斜率訊息IHS_SLP可以用LS電流斜率訊息ILS_SLP乘以(VIN/VOUT)，然後減去LS電流斜率訊息ILS_SLP。在一個實施例中，運算電路340包括電路(例如運算放大器)進行數值運算，將LS電流斜率訊息ILS_SLP乘以(VIN/VOUT)，然後被LS電流斜率訊息ILS_SLP減去。在另一個實施例中，配置運算電路340，進行數值運算，用LS電流斜率訊息ILS_SLP乘以(VIN/VOUT)；而減法電路342與運算電路340分開，用於從運算電路340的輸出減去LS電流斜率訊息ILS_SLP。
一旦獲得LS電流斜率訊息ILS_SLP及HS電流斜率訊息IHS_SLP之後，電流斜率合成電路350根據PWM信號整合訊息，並產生一個合成信號iSLP。當 PWM信號處於高態時，合成信號iSLP是一個含有上升斜率的三角波形，當PWM信號處於低態時，是一個下降斜率。上升斜率是基於HS電流斜率訊息IHS_SLP，下降斜率是基於LS電流斜率訊息ILS_SLP。合成信號iSLP的上升及下降斜率正比於電感電流iL的上升及下降斜率，如下式(4)所示：
Figure TWI677175B_D0004
 其中(1/K1)是LS電流感測電路310的轉換增益，(1/K2)是電流斜率合成電路350的轉換增益。要注意的是，谷值電流訊息IS_VALLEY也有相同的轉換增益，如下式(5)所示：
Figure TWI677175B_D0005
加法電路352將來自電流斜率合成電路350的合成信號iSLP及來自谷值電流感測電路330的谷值電流訊息IS_VALLEY結合起來，並產生一個組合信號。然後緩衝驅動器360驅動組合信號，輸出信號IMON，如下式(6)所示。信號IMON可以輸入到開關控制器，開關控制器控制HS及LS開關的接通及斷開；
Figure TWI677175B_D0006
依據方程式(6)，信號IMON可以代表電感器L1的電感電流iL。在一個實施例中，緩衝驅動器360可以將信號IMON通過乘以電阻RMON轉換成電壓信號VMON。在本實施例中，根據下式，可以產生輸出波形。
當(0<t<DT)時，
Figure TWI677175B_D0007
當(DT<t<T)時，
Figure TWI677175B_D0008
其中PWM=H是指PWM信號處於高態(即0<t<DT)，PWM=L是指PWM信號處於低態(即DT<t<T)，所用的谷值電流訊息VS_VALLEY是谷值電流訊息上一個(n-1)訊息，所用的斜率訊息△VMON是上一個(n-1)斜率訊息。當前的(n)VMON訊息用上一個(n-1)VS_VALLEY和上一個(n-1)△VMON計算。
第4圖繪示第3圖所示的電感電流感測元件300中信號的信號波形。信號402是第2圖所示的直流-直流轉換器中電感電流iL的波形。信號404是LX節點電壓信號VLX。PWM信號406的上升及下降邊緣過程中，信號404中大的壓降，由死區時間過程中的LS二極體D2正向操作引起，正向操作斷開HS及LS開關。信號406是PWM信號，控制HS及LS開關。信號408是信號LXf，表示LS開關的導通時間。信號410是信號LXfd，表示感測時間，從信號LXf中減去前沿熄滅時間td_led。信號412及信號414是斜率感測電路320及谷值電流感測電路330中相應的採樣和保持電路的觸發信號(即第3圖所示的SH1及SH2)。信號416是信號Iss，當信號410是高態時，來自LS電流感測電路310。當相應的觸發信號412和414接通時，如第4圖波形418中所示的下降斜率訊息ILS-SLP及谷值電流訊息IS_VALLEY分別採樣和保持。採樣和保持操作通常在PWM時間結束時盡可能晚地發生，以獲得真實的訊息。
根據下降斜率訊息ILS_SLP及上述輸入電壓VIN及輸出電壓VOUT以及運算電路340，計算如第4圖信號420所示的上升斜率訊息IHS-SLP。如第4圖所示，信號418(即上升斜率信號ILS_SLP)及信號420(即上升斜率訊息IHS-SLP)是恆定直流電流。信號418及420通過電流斜率合成電路350組合在一起，電流斜率合成電路350根據PWM信號406組合訊息，並產生合成信號422(iSLP)。當PWM信號406處於高態時，合成信號422(iSLP)是一個含有上升斜率的三角波形，當 PWM信號處於低態時，合成信號422(iSLP)含有下降斜率。上升斜率是基於HS電流斜率訊息420(IHS_SLP)，下降斜率是基於LS電流斜率訊息418(ILS_SLP)。 在一個實施例中，三角波形ISLP可以通過已知的直流偏移IREF移動。信號424是含有信號422(iSLP)及谷值電流訊息(IS_VALLEY)的最終波形IMON。由於，信號IMON可以表示電感器L1的電感電流iL，因此，由第1(b)圖可以看出，例如利用方程式(6)和iL=iL_valley+△iL可以獲得電感電流iL。
電流斜率感測方法/元件
電感電流感測元件，例如第3圖所示的感測元件300，通常需要感測電流斜率。關於斜率感測，直流-直流轉換器(例如第5(a)圖所示的降壓直流-直流轉換器500)採用的傳統方法，採用類比到數位轉換器(ADC)及數位到類比轉換器(DAC)。當LS開關M2接通時，如第5(b)圖所示的電壓VLX是LX節點處的電壓。要注意的是在二極體D1及D2工作時有兩個死區時間，當HS開關M1及LS開關M2在躍遷時間時，防止交叉傳導。除了二極體工作時間之外，電壓VLX的斜率正比於電感電流斜率。因此，如第5(c)圖所示的傳統的電流感測元件/方法510使用ADC 512、數位運算器520及DAC 530，根據電壓VLX感測電流斜率。然而，在電流感測元件中使用ADC及DAC等元件相對來說很昂貴，並且在元件上會佔據很大空間，因此會增加整體設計及成本。
依據本發明的各個方面，第6(a)圖及第6(b)圖繪示一種斜率感測元件，用於感測輸入信號的斜率，並通過預定義的增益路由電容器，提供與輸入信號成正比的輸出信號。依據本發明的各個方面，斜率感測元件包括配置一個微分器，利用第一電容器微分輸入信號，配置一個採樣和保持電路，將微分信號轉換成恆定直流斜率訊息，並配置一個整合器，利用第二電容器，產生輸出信號，輸出信號的波形正比於輸入信號波形。本發明的各個方面與第6(a)圖及第 6(b)圖一起可以配置在第3圖所示的電感電流感測元件300中，尤其是LS電流感測電路310、斜率感測電路320以及電流斜率合成電路350。
第6(a)圖繪示電流斜率感測元件600的結構圖，電流斜率感測元件600包括一個電容器610、一個微分器620、一個採樣和保持電路630、一個整合器640及電容器650。第6(b)圖繪示第6(a)圖所示的電流斜率感測元件600中信號的信號波形。
電流斜率感測元件600的輸入電壓信號Vin(t)為下降電壓，如同下列方程式(8)所示：vin(t)=iL x RDS-ON (8)； 其中iL是目標電感電流，RDS-ON是相應開關的接通電阻。在第2圖所示的直流-直流轉換器例子中，電流斜率感測元件600的輸入電壓可以是相位節點處的電壓VLX，方程式(8)中的RDS-ON可以是LS開關(M2)的接通電阻。
輸入信號Vin(t)首先被微分器620中的電容器610微分，然後乘以第一階增益的K1。因此，根據下式(9)，線性電壓斜率被轉換成微分器620中的直流電流值(Is)；
Figure TWI677175B_D0009
第9(a)圖繪示微分器620的一個例子，表示電容器610。第9(a)圖所示的微分器900a是一個下降電壓斜率感測微分器，其中電流斜率感測元件600的輸入電壓(例如電壓VLX)在其下降斜率上具有一個前邊緣鋸齒波形。第9(a)圖繪示上升電壓斜率感測微分器，其中斜率感測元件600的輸入電壓在其上升斜率上具有一個後邊緣鋸齒波形。
微分器620產生電流Is，如第6(b)圖所示。所產生的電流Is在躍遷時間內具有雜訊。然後，配置採樣和保持電路630，以獲得穩定態斜率訊息Is(n)， 如第6(b)圖所示。在採樣和保持電路630中，對信號Is採樣和保持，作為穩定態斜率訊息Is(n)的第n個訊息。第n個斜率訊息Is(n)由電容器650整合，並乘以整合器640中的第二階增益1/K2。因此，依據下式，直流電流斜率訊息Is(n)轉換成電壓信號；
Figure TWI677175B_D0010
利用方程式(9)及方程式(10)可以轉換成下式：
Figure TWI677175B_D0011
 其中，當C1=C2時，△vout=△vin/(K1×K2)。因此，利用預定義增益1/(K1×K2)，輸出電壓斜率正比於輸入電壓斜率。在一個實施例中，輸出電壓Vout(t)可以轉換成電流訊息，例如通過運算轉導放大器、電阻放大器或電阻器，並且通過特定的才看到有，被之前感測的谷值訊息(即第(n-1)個谷值訊息)水平位移。
第7(a)圖在SMPS系統中元件300等電感電流感測元件中配置的電流斜率感測元件700的一個例子，例如第2圖所示的系統200，用於感測SMPS(例如一個下降直流-直流轉換器)中的電感電流。第7(b)圖電流斜率感測元件700中的信號波形。
輸入電壓VLX是下降直流-直流轉換器的相位(或LX)節點處的電壓。輸入電壓VLX被微分器微分，微分器包括一個電容器710及運算轉導放大器720，增益為1/K1。開關SW1由表示感測時間的信號Lxfd控制。感測時間等於LS開關的接通時間，減去前邊緣空白時間。當信號Lxfd變為高時(即當電感電流下降的時間內)，開關SW1接通。當電壓VLX伴著穩定斜率開始下降時，電容器710開始通過電流為運算轉導放大器720充電。如第7(a)圖所示，運算轉導放大器 720調變其轉換的輸入電壓，等於其未轉換的輸入電壓，未轉換的輸入電壓接地。電容器710的充電電流將達到穩態中恆定的直流電流電平。線性電壓斜率轉換成運算轉導放大器720中的直流電流斜率值ISLP_F，如同下式所示：
Figure TWI677175B_D0012
然後，在採樣和保持電路730中採樣和保持電流斜率訊息，在第n個時間內，轉換成電流斜率訊息ISLP_F(n)。它是一個恆定值，如第7(b)圖所示。電流斜率訊息ISLP_F(n)用於上升斜率運算電路735，具有增益A2。在上升斜率運算電路735中，根據下述方程式(13)，按照下降電流斜率訊息ISLP_F(n)計算上升電流斜率；
Figure TWI677175B_D0013
利用下降電流斜率ISLP_F(n)及上升電流斜率ISLP_R(n)的訊息，由PWM信號控制的開關SW2及SW3可以幫助電容器750整合訊息。在一個例子中，當PWM信號處於高時，開關SW2接通，開關SW3斷開。在這個時間內，電容器750由上升電流斜率ISLP_R(n)充電。根據下式，獲得電壓VSEN_R(n)：
Figure TWI677175B_D0014
當PWM信號處於低時，開關SW2斷開，開關SW3接通。在這個時間內，電容器750由下降電流斜率ISLP_F(n)放電。根據下式(15)，獲得電壓VSEN_F(n)：
Figure TWI677175B_D0015
隨著谷值電壓訊息VSEN_VALLEY從電壓VLX感測出來之後，根據方程式(16a)及(16b)獲得最終的輸出電壓VSEN(n)。當PWM信號處於低態時：(如果(A2-1)=1/K2)
Figure TWI677175B_D0016
當PWM信號處於高態時：
Figure TWI677175B_D0017
其中VSEN_VALLEY(n-1)是從電壓VLX感測出來的第(n-1)個谷值電壓訊息，DT與HS開關的接通時間相同。利用預定義的增益(1/(K1×K2)，輸出電壓斜率正比於電感電流iL相應的斜率。因此，輸出電壓VSEN(n)(t)可以表示電感電流iL。
第8圖繪示SMPS系統中配置的電流斜率感測元件800的另一個例子，例如第2圖所示的系統200，用於SMPS中(例如下降直流-直流轉換器)感測電感電流。在第7圖中，電流斜率感測元件700根據感測的LS下降電流斜率，計算HS上升電流斜率，然後通過結合HS及LS電流斜率以及單獨的谷值電流訊息，獲得電感電流訊息。不像第7圖所示的元件700那樣，配置電流斜率感測元件800，感測LS下降電流斜率訊息以及HS上升電流斜率訊息，將感測到的訊息整合在一起，獲得電感電流訊息。由於用於感測LS下降電流斜率的部分元件800與第7圖所示的電流斜率元件700類似，關於感測LS下降電流斜率訊息零部件的詳細說明再次不再贅述，以免重複。
關於HS上升電流斜率，開關SW1a由信號LXrd控制，信號LXrd表示上升電流斜率的感測時間。感測時間等於HS開關的接通時間減去後邊緣空白時間。當信號LXfd變為高(即電感電流上升時間內)時，開關SW1a接通。上升的輸入電壓VLX被微分器微分，微分器包括一個電容器710及跨導放大器720a，跨導放大器720a轉換成直流電流斜率值ISLP_R。然後，在採樣和保持電路730a中對電流斜率訊息ISLP_R採樣並保持，在第n個時間內，轉換成電流斜率訊息ISLP_R(n)。在本實施例中，由於配置感測元件感測HS斜率訊息，因此，不需要LS斜率訊息，上升斜率運算器就能獲得HS斜率訊息。利用下降電流斜率ISLP_F(n)的訊息，上升電流斜率ISLP_R(n)及谷值電壓訊息VSEN_VALLEY從電壓V=感測，開關SW2和SW3由PWM信號控制，有助於使訊息和電容器750整合在一起，產生輸出電壓VSEN(n)，如第7圖所示。
儘管本發明關於某些較佳的版本已經做了詳細的敘述，但是仍可能存在各種不同的修正、變化和等效情況。因此，本發明的範圍不應由上述說明決定，與之相反，本發明的範圍應參照所附的申請專利範圍及其全部等效內容。任何可選件(無論首選與否)，都可與其他任何可選件(無論首選與否)組合。在申請專利範圍中，除非特別聲明，否則不定冠詞「一個」或「一種」都指下文內容中的一個或多個項目的數量。除非用「意思是」明確指出限定功能，否則所附的申請專利範圍並不應認為是意義-加-功能的局限。

Claims (34)

  1. 一種切換式電源系統，包括：一切換式電源，包括：一高端開關及一低端開關，串聯耦合在一起；以及一輸出濾波器，包括一電感器及一電容器，耦合到該高端開關及該低端開關串聯的一開關節點上，其中一電感電流由該電感器提供給負載；以及一電感電流感測元件，耦合在該低端開關上，該電感電流感測元件具有：一第一輸入端，用於接收一節點信號，表示該開關節點處的電壓電平；一第二輸入端，用於接收系統的一輸入電壓VIN；以及一第三輸入端，用於接收系統的一輸出電壓VOUT；其中該電感電流感測元件用於根據該第一輸入端、該第二輸入端及該第三輸入端，接收一第一恆定直流斜率訊息、一第二恆定直流斜率訊息以及一谷值電流訊息，並根據該第一恆定直流斜率訊息、該第二恆定直流斜率訊息以及該谷值電流訊息，產生一輸出信號，其中該輸出信號具有一三角波形，包括一上升斜率及一下降斜率，正比於該電感電流的該上升斜率及該下降斜率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該電感電流感測元件包括：一電流感測電路，根據一節點訊息，產生一感測電流，其中該感測電流包括一第一電流斜率及一最小的電流值；一斜率感測電路，耦合到該電流感測電路上，該斜率感測電路具有一斜率感測電路第一輸入端，用於接收來自該電流感測電路的該感測電流，其中該斜率感測電路用於將該感測電流中的該第一電流斜率轉換成該第一恆定直流斜率訊息；一運算電路，耦合到該斜率感測電路上，該運算電路具有：一運算電路第一輸入端，用於接收來自該斜率感測電路的該第一恆定直流斜率訊息；一運算電路第二輸入端，用於接收該輸入電壓VIN；以及一運算電路第三輸入端，用於接收一輸出電壓VOUT；其中該運算電路用於根據該運算電路第一、第二及第三輸入端，產生該第二恆定直流斜率訊息；以及一電流斜率合成電路，耦合到該運算電路及一效率感測電路上，該電流斜率合成電路具有：一電流斜率合成電路第一輸入端，用於接收該第一恆定直流斜率訊息；一電流斜率合成電路第二輸入端，用於接收該第二恆定直流斜率訊息；以及一電流斜率合成電路第三輸入端，用於接收一控制信號；其中配置該電流斜率合成電路，將該第一及第二恆定直流斜率訊息整合起來，根據該控制信號，產生一合成信號，其中該合成信號具有一三角波形，包括當該控制信號處於一第一態時的該上升斜率以及當該控制信號處於與該第一態相反的一第二態時的該下降斜率，其中該合成信號的該上升斜率及該下降斜率分別正比於該電感電流的該上升斜率及該下降斜率。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的系統，進一步包括一谷值電流感測電路，耦合到該電流感測電路上，該谷值電流感測電路具有一谷值電流感測電路第一輸入端，用於接收來自該電流感測電路的該感測電流，其中該谷值電流感測電路用於將該感測電流中該最小的電流值轉換成該谷值電流訊息。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的系統，每個該斜率感測電路及該谷值電流感測電路都具有一採樣和保持電路。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的系統，進一步包括一加法電路，耦合到該電流斜率合成電路及一谷值電流感測電路上，其中配置該加法電路，通過結合該合成信號及該谷值電流訊息，產生一結合信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的系統，進一步包括一緩衝驅動器，耦合到該加法電路上，其中配置該緩衝驅動器，驅動來自該加法電路的該結合信號，產生該輸出信號。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的系統，其中配置該運算電路，藉由將該第一恆定直流斜率訊息乘以((VIN-VOUT)/VOUT)，產生該第二恆定直流斜率訊息。
  8. 一種電感電流感測元件，用於檢測一切換式電源中的一電感電流，其中該切換式電源具有一高端開關及串聯在一起的一低端開關，以及一輸出濾波器，該輸出濾波器包括一電感器及一電容器，通過該高端開關及該低端開關耦合到一開關節點上，其中該電感電流由該電感器提供給負載，該電感電流感測元件包括：一電流感測電路，耦合到該低端開關上，該電流感測電路係配置以感測該低端開關上的電流，並產生一感測電流，其中該感測電流包括一第一電流斜率及一最小的電流值；一斜率感測電路，耦合到該電流感測電路上，該斜率感測電路具有一第一輸入端，用於接收來自該電流感測電路的該感測電流，其中該斜率感測電路係配置以將該感測電流中的該第一電流斜率轉換成一第一恆定直流斜率訊息；一運算電路，耦合到該斜率感測電路上，該運算電路具有：一運算電路第一輸入端，用於接收來自該斜率感測電路的該第一恆定直流斜率訊息；一第二輸入端，用於接收一SMPS的一輸入電壓VIN；一第三輸入端，用於接收該SMPS的一輸出電壓VOUT；其中配置該運算電路，根據該運算電路第一輸入端、該第二和第三輸入端，產生該第二恆定直流斜率訊息；以及一電流斜率合成電路，耦合到該運算電路及該斜率感測電路上，該電流斜率合成電路具有：一電流斜率合成電路第一輸入端，用於接收該第一恆定直流斜率訊息；一電流斜率合成電路第二輸入端，用於接收該第二恆定直流斜率訊息；一電流斜率合成電路第三輸入端，用於接收一控制信號；以及一電流斜率緩衝電路，配置以根據該控制信號，整合該第一及第二恆定直流斜率訊息以產生一合成信號，其中該合成信號具有一三角波形，包括當該控制信號處於一第一態時的一上升斜率以及當該控制信號處於與該第一態相反的一第二態時的一下降斜率，其中該合成信號的該上升斜率及該下降斜率分別正比於該電感電流的該上升及該下降斜率。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的元件，進一步包括一谷值電流感測電路，耦合到一電流溝槽的路徑上，該谷值電流感測電路具有一谷值電流感測電路第一輸入端，用於接收來自該電流感測電路的該感測電流，其中配置該谷值電流感測電路，將該感測電流中該最小的電流值轉換成一谷值電流訊息。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的元件，其中每個該斜率感測電路及該谷值電流感測電路都具有一採樣和保持電路。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的元件，進一步包括一加法電路，耦合到該電流斜率合成電路及該谷值電流感測電路上，其中配置該加法電路，通過結合該合成信號及該谷值電流訊息，產生一結合信號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的元件，進一步包括一緩衝驅動器，耦合到該加法電路上，其中配置該緩衝驅動器，驅動來自該加法電路的該結合信號，產生一輸出信號，其中該輸出信號具有該三角波形，包括該上升斜率及該下降斜率，正比於該電感電流的該上升斜率及該下降斜率。
  13. 如申請專利範圍第8項所述的元件，配置該運算電路，用於藉由將該第一恆定直流斜率訊息乘以((VIN-VOUT)/VOUT)，產生該第二恆定直流斜率訊息。
  14. 一種用於感測一切換式電源中之一電感電流的方法，其中該切換式電源具有：一高端開關及串聯在一起的一低端開關；以及一輸出濾波器，該輸出濾波器包括一電感器及一電容器，耦合到該高端開關及該低端開關形成的一開關節點上，其中該電感電流由該電感器提供給負載，該方法包括：藉由感測該低端開關上的電流，產生一感測電流，其中該感測電流包括一第一電流斜率及一最小的電流值；將該感測電流中的該第一電流斜率轉換成一第一恆定直流斜率訊息；根據該第一恆定直流斜率訊息、該切換式電源的一輸入電壓VIN及該切換式電源的一輸出電壓VOUT，產生一第二恆定直流斜率訊息；以及藉由依據一控制信號，整合該第一及第二恆定直流斜率訊息，產生一合成信號，其中該合成信號具有一三角波形，包括當該控制信號處於一第一態時的一上升斜率以及當該控制信號處於與該第一態相反的一第二態時的一下降斜率，其中該合成信號的該上升斜率及該下降斜率分別正比於該電感電流的該上升斜率及該下降斜率。
  15. 如專利申請範圍第14項所述的方法，進一步包括將該感測電流中的該最小電流值轉換成一谷值電流訊息。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的方法，其中將該感測電流中的該最小電流值轉換成該谷值電流訊息之步驟，包括根據一觸發信號的採樣及保持該最小的電流值。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的方法，其中將該感測電流中的一第一電流斜率轉換成該第一恆定直流斜率訊息之步驟，包括根據一觸發信號，採樣及保持該第一電流斜率。
  18. 如申請專利範圍第15項所述的方法，進一步包括通過結合該合成信號及該谷值電流訊息，產生一結合信號。
  19. 如申請專利範圍第14項所述的方法，其中產生該第二恆定直流斜率訊息之步驟，包括將該第一恆定直流斜率訊息乘以((VIN-VOUT)/VOUT)。
  20. 一種斜率感測元件，用於感測一輸入信號的斜率，並提供正比於該輸入信號的一輸出信號，該斜率感測元件包括：一微分器，具有一輸入端，用於接收具有一三角波形的該輸入信號，帶有至少一個斜率，其中該微分器係配置以利用一第一電容器，通過微分該輸入信號，產生一微分信號；一採樣和保持電路，具有：一第一輸入端，用於接收該微分信號；以及一第二輸入端，用於接收一觸發信號；其中該採樣和保持電路係配置以當該觸發信號接通時，通過採樣和保持該微分信號，將該微分信號轉換成一恆定直流斜率訊息；以及一積分器，具有一輸入端，用於接收該恆定直流斜率訊息，其中該積分器用於接收該輸出信號，使用一第二電容器，該輸出信號的波形正比於該輸入信號的波形。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的元件，其中該微分器包括一運算轉導放大器。
  22. 如申請專利範圍第20項所述的元件，其中該積分器係配置以根據該恆定直流斜率訊息，藉由該第二電容器的充電及放電，產生該輸出信號。
  23. 如申請專利範圍第20項所述的元件，進一步包括一運算電路，耦合到該採樣和保持電路上，配置該運算電路，根據該恆定直流斜率訊息，產生一第二恆定直流斜率訊息。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的元件，其中該積分器具有一積分器第二輸入端，用於接收該第二恆定直流斜率訊息，其中該積分器係配置以藉由使用該第二電容器，產生該輸出信號，以整合該恆定直流斜率訊息及該第二恆定直流斜率訊息。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的元件，其中該積分器包括兩個由一控制信號控制的開關，其中當該控制信號處於一第一態時，一第一開關接通，一第二開關斷開；當該控制信號處於與該第一態相反的一第二態時，該第一開關斷開，該第二開關接通；其中當該控制信號處於該第一態時，根據該恆定直流斜率訊息，使該第二電容器放電；當該控制信號處於該第二態時，根據該第二恆定直流斜率訊息，使該第二電容器充電。
  26. 如申請專利範圍第20項所述的元件，進一步包含包括一第二微分器，利用一第一電容器，產生一第二微分信號；以及一第二採樣和保持電路，將該第二微分信號轉換成一第二恆定直流斜率訊息。
  27. 如申請專利範圍第26項所述的元件，其中該積分器具有一第二輸入端，用於接收該第二恆定直流斜率；其中該積分器係配置以利用一第二電容器，產生該輸出信號，以整合該恆定直流斜率訊息及該第二恆定直流斜率訊息。
  28. 如申請專利範圍第27項所述的元件，其中該積分器包括兩個由一控制信號控制的開關，其中當該控制信號處於一第一態時，一第一開關接通，一第二開關斷開；當該控制信號處於與該第一態相反的一第二態時，該第一開關斷開，該第二開關接通；其中當該控制信號處於該第一態時，根據該恆定直流斜率訊息，使該第二電容器放電；當該控制信號處於該第二態時，根據該第二恆定直流斜率訊息，使該第二電容器充電。
  29. 一種用於感測輸入信號斜率並提供正比於輸入信號的輸出信號的方法，包括：微分具有一三角波形的一輸入信號，帶有至少一個斜率，通過利用一第一電容器，產生一微分信號；當一觸發信號接通時，利用採樣和保持該微分信號，將該微分信號轉換成一恆定直流斜率訊息；以及利用一第二電容器，產生一輸出信號，以整合該恆定直流斜率訊息，其中該輸出信號的波形正比於該輸入信號的波形。
  30. 如專利申請範圍第29項所述的方法，其中產生該輸出信號之步驟，包括根據該恆定直流斜率，對該第二電容器充電及放電。
  31. 如申請專利範圍第29項所述的方法，進一步包括根據該恆定直流斜率訊息，產生一第二恆定直流斜率訊息。
  32. 如申請專利範圍第31項所述的方法，其中利用該第二電容器，產生該輸出信號之步驟，包括當一控制信號處於一第一態時，根據該恆定直流斜率訊息，對該第二電容器放電；以及當該控制信號處於與該第一態相反的一第二態時，根據該第二恆定直流斜率訊息，對該第二電容器充電。
  33. 如申請專利範圍第29項所述的方法，進一步包括利用該第一電容器，產生一第二微分信號，並將該第二微分信號，轉換成一第二恆定直流斜率訊息。
  34. 如申請專利範圍第33項所述的方法，其中利用該第二電容器，產生該輸出信號之步驟，包括當一控制信號處於一第一態時，根據該恆定直流斜率訊息，對該第二電容器放電；以及當該控制信號處於與該第一態相反的一第二態時，根據該第二恆定直流斜率訊息，對該第二電容器充電。
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