一种应用于DCDC转换器的平均电流采样电路及方法

技术领域

本发明属于DCDC转换器领域，更具体地，涉及一种应用于DCDC转换器的平均电流采样方法。

背景技术

平均电流采样技术在DCDC转换器中广泛应用，采集到的平均电流信息可以用来进行电流监测，从而上报负载电流，过流保护；在多相电源应用中，可以利用采集的单相的平均电流信息以及多相平均电流信息进行电流均衡和加减相操作；本次采用的平均电流采样技术可以很好的消除传统平均电流采集方案存在的问题：在轻负载DCM(DiscontinuousConduction Mode，非连续导通模式)状态下，平均电流信息不准确。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种应用于DCDC转换器的平均电流采样方法。

本发明采用如下的技术方案。本发明的第一方面提供了一种DCDC转换器中应用的平均电流采样电路，所述DCDC转换器的上管Hs_power_fet与下管Ls_power_fet的连接点为开关节点SW；上管Hs_power_fet的上端与VDD相连接；所述平均电流采样电路包括：RC积分采样模块、V/I变换模块、开关模块和电压信号采样模块；

所述平均电流采样电路包括：RC积分采样模块、V/I变换模块、开关模块和电压信号采样模块；

RC积分采样模块的第一端与VDD相连接，第二端与开关节点SW相连接，第三端与V/I变换模块相连接，所述RC积分采样模块用于在t

V/I变换模块的第一端与VDD相连接，第二端与所述开关模块的第一端相连接，第三端与RC积分采样模块的第三端相连接；

所述开关模块，用于在t

电压信号采样模块的一端与所述开关模块的第二端相连接，另一端接地，在电压信号采样模块获得与平均电流呈线性比例的电压信号；

其中，t

优选地，所述RC积分采样模块包括：依次相连接的电容C0、电阻R0和开关S0；电容C0的另一端作为RC积分采样模块的第一端与VDD相连接，开关S0的另一端作为RC积分采样模块的第二端与开关节点SW相连接，电容C0与电阻R0的连接点为RC积分采样模块的第三端与V/I变换模块相连接。

优选地，所述RC积分采样模块包括：依次相连接电容C0、开关S0和电阻R0，电容C0的另一端作为RC积分采样模块的第一端与VDD相连接，电阻R0的另一端作为RC积分采样模块的第二端与开关节点SW相连接，电容C0与开关S0的连接点为RC积分采样模块的第三端与V/I变换模块相连接。

优选地，所述开关模块包括：开关管J和单刀双掷开关；

单刀双掷开关设置与VDD和开关管J的栅极相连接；

所述单刀双掷开关在t1+t2期间将开关J的栅端接地，开关导通；t3期间开关J的栅端接VDD，开关关断。

优选地，V/I变换模块包括：开关管M0和运放；

开关管M0的源端经电阻R1与VDD相连接，电阻R1的一端作为V/I变换模块的第一端与VDD相连接；开关管M0的源端还与运放的输入端相连接，开关管M0的栅端与所述运放的输出端相连接，开关管M0的漏端与开关管J的源端相连接，开关管J的漏端作为V/I变换模块的第二端与电压信号采样模块相连接；

运放的另一个输入端作为V/I变换模块的第三端与RC积分采样模块的第三端相连接。

优选地，电压信号采样模块包括：并联连接的第一电压采样支路和第二电压采样支路，第一电压采样支路包括电阻R2，第二电压采样支路包括依次串联连接的电阻R3和电容C1。

本发明的第二方面提供了一种平均电流采样方法，基于所述的平均电流采样电路，其特征在于，包括以下步骤：

在t

在t

在t

采样获得电容C1两端的电压V

优选地，负载平均电流以如下公式表示，

式中：

I

R

V

优选地，电阻R3和电容C1实现的滤波频率小于1/100的SW开关频率。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中重新设计了RC积分采样模块、V/I变换模块和电压信号采样模块，解决了现有技术中比例系数非线性导致的采样结果误差大的技术问题，结构简单，易于实现，提高了平均电流的采样精度。

附图说明

图1为CCM和DCM模式下电感电流工作的波形图；

图2是现有技术中DCDC转换器中应用的平均电流采样电路；

图3是本发明提供的DCDC转换器中应用的平均电流采样电路；

图4是本发明提供的DCDC转换器中应用的平均电流采样方法波形图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。

值得注意的是，在本发明中，“打开”或“开”均表示开关导通，包括MOS开关；“关断”或“关”均表示开关非导通状态。

值得注意的是，在本发明中，CCM模式下，周期由t

更具体地，每个周期内，DCDC转换器在CCM和DCM模式下，均以t

参见图1，其示出了DCDC转换器在CCM(Continuous Conduction Mode，连续导通模式)和DCM模式下电感电流工作的波形图。DCM下负载电流I

进入周期稳定后，电容C0两端的电压不变，维持到V0，电阻R0右端在开上管Hs_power_fet时接通的开关节点SW平均电压可表示I

V

V

可以看到，CCM模式下，电容C0上稳定的平均电压是正比于负载电流I

DCM模式下，上下管全关时，电阻右端接到VDD(参考地)，所以有：

V

注：DCM开上的平均电感电流和负载电流关系满足

DCM下，此方案采集的V0电压，比例系数

如图3所示，本发明的实施例1提供了一种DCDC转换器中应用的平均电流采样电路，DCDC转换器的上管Hs_power_fet与下管Ls_power_fet的连接点为开关节点SW，经电感L与负载相连接；上管Hs_power_fet的上端与VDD相连接。

所述平均电流采样电路包括：RC积分采样模块、V/I变换模块、开关模块和电压信号采样模块。

参见图3中的虚线框，RC积分采样模块的第一端与VDD相连接，第二端与开关节点SW相连接，第三端与V/I变换模块相连接。每个周期内，RC积分采样模块的第三端的电压维持不变。

在进一步优选但非限制性的实施方式中，所述RC积分采样模块包括：依次相连接的电容C0、电阻R0和开关S0；电容C0的另一端作为RC积分采样模块的第一端与VDD相连接，开关S0的另一端作为RC积分采样模块的第二端与开关节点SW相连接，电容C0与电阻R0的连接点为RC积分采样模块的第三端与V/I变换模块相连接。

可以理解的是，也可以将电容C0、开关S0和电阻R0依次相连接，电容C0的另一端仍然作为RC积分采样模块的第一端与VDD相连接，电阻R0的另一端作为RC积分采样模块的第二端与开关节点SW相连接，电容C0与开关S0的连接点为RC积分采样模块的第三端与V/I变换模块相连接。

V/I变换模块第一端与VDD相连接，第二端与所述开关模块的第一端相连接，第三端与RC积分采样模块相连接。每个周期内，V/I变换模块的第一端与第二端之间在t

所述开关模块，用于在t

在进一步优选但非限制性的实施方式中，V/I变换模块包括：开关管M0和运放。开关管M0的源端经电阻R1与VDD相连接，即电阻R1的一端作为V/I变换模块的第一端与VDD相连接；开关管M0的源端还与运放的输入端相连接，开关管M0的栅端与所述运放的输出端相连接，开关管M0的漏端与开关管J的源端相连接，开关管J的漏端与电压信号采样模块相连接；运放的另一个输入端作为V/I变换模块的第三端与RC积分采样模块的第三端相连接。

电压信号采样模块的一端与开关管J的漏端相连接，另一端接地。

在进一步优选但非限制性的实施方式中，电压信号采样模块包括：并联连接的第一电压采样支路和第二电压采样支路。第一电压采样支路包括电阻R2，第二电压采样支路包括依次串联连接的电阻R3和电容C1。

电压信号采样模块两端的平均电压，更进一步地，第一电压采样支路两端的平均电压，或电阻R2两端的平均电压，经过R3C1滤波之后得到电容C1两端的电压V2，进入周期稳定后，V2保持稳定，按照比例系数折算后，即负载平均电流。采样获得电压信号采样模块第二电压采样支路电容C1两端的电压，即获得负载平均电流。

在本发明的进一步优选但非限制的实施方式中，负载平均电流以如下公式表示，

式中：

I

V

本发明的实施例2提供了一种DCDC转换器中应用的平均电流采样方法，所述方法基于本发明的实施例1提供的一种DCDC转换器中应用的平均电流采样电路。所述方法包括以下步骤：

每个周期内，DCDC转换器在CCM和DCM模式下，均以t

每个周期内，在t

在t

值得注意的是，上述关于t

在DCM模式下，在t

值得注意的是，经过以上记载可知，在t

V0＝I

式中：

I

R

V0表示稳定后RC积分采样模块第三端的电压，即电容C0两端的电压。

继续参考图4，电压信号采样模块两端电压V1的波形为一个方波电压，电压信号采样模块两端电压V1在第二电压采样支路经过电阻R3和电容C1滤波，得到滤波后电压V2，V2在t

式中：

表示电压信号采样模块两端电压V1平均值。

第一电压采样支路的电流I

式中：

表示第一电压采样支路的电流I

由此，滤波后电压V2进一步以如下公式表示，

对于CCM模式，t

滤波后电压V2以如下公式表示，

对于DCM模式，上管Hs_power_fet平均电流I

滤波后电压V2以如下公式表示，

由此得到，CCM结果和DCM一致比例系数一致

在本发明进一步优选但非限制性的实施方式中，R3C1滤波频率小于1/100的SW开关频率，使得滤波后电压平滑。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中重新设计了RC积分采样模块、V/I变换模块和电压信号采样模块，解决了现有技术中比例系数非线性导致的采样结果误差大的技术问题，结构简单，易于实现，提高了平均电流的采样精度。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。