專利名稱：檢測電流的電路和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種檢測電流的電路和方法。更具體地講，本發(fā)明涉及這樣一種檢測電流的電路和方法，該電路和方法能夠當控制需要高電流的電流源的負載電流時通過使用開關型轉(zhuǎn)換器無損地檢測電流源的負載電流來控制電流量，并且能夠補償流入負載的電流。

背景技術：
圖1是示出現(xiàn)有技術的開關型電流控制轉(zhuǎn)換器的結構的示意性電路圖。
該傳統(tǒng)的開關型電流控制轉(zhuǎn)換器是降壓(buck)型直流(DC)轉(zhuǎn)換器，其中，電感器電容器(LC)濾波器和整流二極管D2連接到通常由金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)實現(xiàn)的開關元件Q1的一端，諸如發(fā)光二極管D3的負載與LC濾波器的電容器C2并聯(lián)。在LC濾波器中，電感器L與開關元件Q1串聯(lián)，電容器C2與電感器L并聯(lián)。
另外，差動放大器130連接到電阻器R的兩端，以檢測負載發(fā)光二極管D3的電流，并且電流誤差檢測器140連接到差動放大器130的輸出端，以檢測用于參考電流Iref的輸出電流的誤差信號。
如果來自電流誤差檢測器140的電流誤差信號被輸入到補償器110，則補償器110(根據(jù)該電流誤差信號通過柵極驅(qū)動器120驅(qū)動開關元件Q1，從而流入負載發(fā)光二極管D3的電流被控制。
帶有具有拓撲結構的電流源的現(xiàn)有技術的開關型電流控制轉(zhuǎn)換器(諸如上面提到的降壓轉(zhuǎn)換器)包括用于提供負載所需的電流的電流控制器。另外，為了控制負載電流，電流源(降壓轉(zhuǎn)換器)的開關必須被調(diào)節(jié)，并且需要用于電流控制器的電流反饋的電流檢測器。因此，電流檢測器使用電阻器來檢測電流或使用霍爾傳感器來檢測負載電流。因此，使用電阻器或霍爾傳感器來檢測電流，在將該電流與參考電流比較之后，通過控制器(補償器)來補償差。
使用電阻器檢測電流的方法的相關缺點在于，如果高電流流入負載，則電路過熱。其結果是，需要將電路冷卻的實際成本。另外，如果使用霍爾傳感器，則裝置的體積和復雜度增加，從而制造成本增加。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實施例克服上述缺點以及上面沒有提到的其它缺點。另外，本發(fā)明不需要克服上述缺點，并且本發(fā)明的示例性實施例可以不克服上述任何問題。
本發(fā)明在于解決上面提到的相關缺點并提供下面描述的特征。本發(fā)明的一方面在于提供一種檢測電流的電路和方法，該電路和方法能夠當控制需要高電流的電流源的負載電流時通過使用開關型轉(zhuǎn)換器無損地檢測電流源的負載電流來控制電流量，并且能夠補償流入負載的電流。
本發(fā)明的示例性實施例提供一種用于檢測電流的裝置，所述裝置包括RC電路，檢測與負載并聯(lián)的第一電感器的電流；LR電路，檢測與負載串聯(lián)的第二電容器的電流；減法器，計算差電流，所述差電流是在RC電路中檢測的電流和在LR電路中檢測的電流之間的差。
第一電感器的電流是流入所述第一電感器和所述第一電感器的內(nèi)部電阻的電流。
在RC電路中，彼此串聯(lián)的第一電阻器和第一電容器與第一電感器并聯(lián)，并且第一電容器的兩端連接到第一差動放大器以檢測第一電感器的電流。
使用VC1(S)＝Resr1IL1(S)來計算第一電容器的兩端的電壓，其中，Resr1是第一電感器的內(nèi)部電阻，IL1是第一電感器的電流。
第二電容器的電流是流入所述第二電容器和所述第二電容器的內(nèi)部電阻的電流。
在LR電路中，彼此串聯(lián)的第二電阻器和第二電感器與所述第二電容器并聯(lián)，并且第二電感器的兩端連接到第二差動放大器以檢測第二電容器的電流。
使用VL2(S)＝Resr2IC2來計算第二電感器的兩端的電壓，其中，Resr2是第二電容器的內(nèi)部電阻，IC2是第二電容器的電流。
所述裝置還包括電流誤差檢測器，基于減法器計算的差電流以及參考電流采產(chǎn)生誤差信號；補償器，輸出補償信號，以按照從電流誤差檢測器輸出的誤差的級別補償電流；開關部件，根據(jù)從補償器輸出的補償信號控制流入負載的電流。
在開關部件中，第一MOSFET與負載和第一電感器串聯(lián)，接地的第二MOSFET與第一MOSFET并聯(lián)。開關部件還包括柵極驅(qū)動器，根據(jù)發(fā)送的補償信號驅(qū)動第一MOSFET和第二MOSFET。
第一MOSFET和第二MOSFET每個被嵌入了體二極管，體二極管被反向并聯(lián)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于檢測電流的方法，該方法包括檢測連接到負載的第一電感器的電流；檢測連接到負載的第二電容器的電流；計算差電流，所述差電流是檢測的第一電感器的電流和檢測的第二電容器的電流之間的差。
第一電感器的電流是流入所述第一電感器和所述第一電感器的內(nèi)部電阻的電流。
在檢測第一電感器的電流的步驟中，通過RC電路檢測第一電感器的電流，在所述RC電路中，彼此串聯(lián)的第一電阻器和第一電容器與第一電感器并聯(lián)，并且第一電容器的兩端連接到第一差動放大器以檢測第一電感器的電流。
使用VC1(S)＝Resr1IL1(S)來計算第一電容器的兩端的電壓，其中，Resr1是第一電感器的內(nèi)部電阻，IL1是第一電感器的電流。
第二電容器的電流是流入所述第二電容器和所述第二電容器的內(nèi)部電阻的電流。
在檢測第二電容器的電流的步驟中，通過電感器電阻器(LR)電路檢測第二電容器的電流，在所述LR電路中，彼此串聯(lián)的第二電阻器和第二電感器與所述第二電容器并聯(lián)，并且第二電感器的兩端連接到第二差動放大器以檢測第二電容器的電流。
使用VL2(S)＝Resr2IC2來計算第二電感器的兩端的電壓，其中，Resr2是第二電容器的內(nèi)部電阻，IC2是第二電容器的電流。
所述方法還包括基于差電流和參考電流輸出電流誤差信號；輸出補償信號，以按照電流誤差信號的大小來補償流入負載的電流；根據(jù)補償信號控制流入負載的電流。
通過根據(jù)補償信號驅(qū)動第一MOSFET和第二MOSFET來控制電流，第一MOSFET與負載和第一電感器串聯(lián)，第二MOSFET與第一MOSFET并聯(lián)。



通過結合附圖，從下面的示例性實施例的描述中，本發(fā)明這些和/或其它方面將會變得清楚，并且更易于理解，其中 圖1是示出現(xiàn)有技術的開關型電流控制轉(zhuǎn)換器的結構的示意性電路圖； 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的電流檢測電路的結構的示意性電路圖； 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的電流檢測方法的流程圖。

具體實施例方式 現(xiàn)在將詳細描述本發(fā)明的示例性實施例，其示例在附圖中示出，其中，相同的標號始終表示相同的部件。下面通過參照附圖來描述這些示例性實施例以解釋本發(fā)明。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的電流檢測電路的結構的示意性電路圖。
根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的電流檢測電路200包括RC電路210，檢測與負載202串聯(lián)的第一電感器L1中的電流；LR電路220，檢測與負載202并聯(lián)的第二電容器C2中的電流；以及減法器230，計算從RC電路210檢測的電流和從LR電路220檢測的電流之間的差。
另外，電流檢測電路200還包括電流誤差檢測器240，在從減法器230輸出的差電流和參考電流Iref之間存在電流差異(誤差)的情況下輸出電流誤差信號；補償器250，輸出補償信號，以按照從電流誤差檢測器240輸出的電流誤差的級別補償流入負載202的電流；以及開關部件260，根據(jù)補償器250輸出的補償信號控制流入負載202的電流。
在開關部件260中，第一MOSFET Q1與負載202和第一電感器L1串聯(lián)，接地的第二MOSFET Q2與第一MOSFET Q1并聯(lián)。開關部件260還包括柵極驅(qū)動器262，根據(jù)發(fā)送的補償信號驅(qū)動第一MOSFET Q1和第二MOSFETQ2。
第一MOSFET Q1和第二MOSFET Q2是每個分別嵌入了體二極管(D1和D4)的開關元件，體二極管被反向并聯(lián)。
第一電感器L1的電流指的是流經(jīng)第一電感器L1和第一電感器L1的內(nèi)部電阻Resr1的電流。
在RC電路210中，彼此串聯(lián)的第一電阻器R1和第一電容器C1與第一電感器L1并聯(lián)，第一差動放大器DiffAmp1連接到第一電容器C1的兩端，以檢測第一電感器L1的電流。
可使用等式1計算第一電容器C1的兩端的電壓VC1。
[等式1] VC1(S)＝Resr1IL1(S) 其中，Resr1是第一電感器L1的內(nèi)部電阻，IL1是第一電感器L1的電流。
第二電容器C2的電流指的是流經(jīng)第二電容器C2和第二電容器C2的內(nèi)部電阻Resr2的電流。
在LR電路220中，彼此串聯(lián)的第二電阻器R2和第二電感器L2與第二電容器C2并聯(lián)，第二差動放大器DiffAmp 2連接到第二電感器L2的兩端，以檢測第二電容器C2的電流。
可使用等式2計算第二電感器L2的兩端的電壓VL2。
[等式2] VC2(S)＝Resr2IC2 其中，Resr2是第二電容器C2的內(nèi)部電阻，IC2是第二電容器C2的電流。
現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的電流檢測電路的操作。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的電流檢測方法的流程圖。
根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的電流源轉(zhuǎn)換器使用同步降壓轉(zhuǎn)換器，并且該電流源轉(zhuǎn)換器在降壓轉(zhuǎn)換器的LC濾波器的一端包括RC電路210，在降壓轉(zhuǎn)換器的LC濾波器的另一端包括LR電路220，以檢測負載電流。
通過從流入降壓轉(zhuǎn)換器的第一電感器L1的電流減去第二電容器C2的輸出的紋波電流，來測量流入負載202的電流。
為此，檢測與負載202串聯(lián)的第一電感器L1的電流(S310)。
即，使用RC電路210的第一電容器C1的電壓來檢測降壓轉(zhuǎn)換器的電感電流。在第一電感器L1的電流和RC電路210的第一電容器C1的電壓之間進行運算的函數(shù)可由下面的等式3表示。
[等式3] 第一電容器C1的電壓導致諸如根據(jù)下面的等式4的電阻電流感測的效果，所以按照等式1那樣通過第一電感器L1的電流來間接檢測第一電容器C1的電壓。
[等式4] 使用LR電路220的電感器L2的電壓來檢測電容器的輸出的紋波電流，使用減法器23(來計算流入負載202的電流。為了對在與參考電流Iref接近的負載電流中檢測的電流差進行補償，補償器250使用柵極驅(qū)動器262驅(qū)動MOSFET。
為此，檢測與負載202并聯(lián)的第二電容器C2的電流(S320)。
即，使用連接到第二電容器C2的LR電路220的第二電感器L2的電壓來檢測第二電容器C2的電流，第二電容器C2的電流和第二電感器L2的電壓之間的函數(shù)可由下面的等式5表示。
[等式5] 等式5的LR電路220的第二電感器L2的電壓表示了根據(jù)下面的條件的第二電容器C2的紋波電流。
在顯示了第二電容器C2的電流和第二電感器L2的電壓之間的函數(shù)的等式5中，如果等式6中的條件被滿足，則可按照等式2那樣根據(jù)電阻電流感測來檢測第二電感器L2的電壓。
[等式6] 因此，計算差電流，所述差電流是根據(jù)上述處理檢測的RC電路210的電流和LR電路220的電流之間的差(S330)。
即，通過從使用等式1計算的RC電路210的檢測的電流減去使用等式2計算的LR電路220的檢測的電流來計算所換算的差。
隨后，電流誤差檢測器240使用檢測的負載電流信號和參考電流信號Iref輸出電流誤差信號(S340)。
從電流誤差檢測器240輸出的電流誤差信號被發(fā)送到諸如電流控制器的補償器250，以執(zhí)行脈沖寬度調(diào)制(PWM)操作。補償器250基于發(fā)送的電流誤差信號產(chǎn)生補償信號，以按照電流誤差的級別補償流入負載202的電流，并且輸出補償信號以調(diào)整開關部件260的占空比(S350)。
在開關部件260中，柵極驅(qū)動器262根據(jù)從補償器250發(fā)送的補償信號驅(qū)動第一MOSFET Q1和第二MOSFET Q2，從而電流根據(jù)補償信號流動。因此，開關部件260根據(jù)補償信號控制流入負載202的電流(S360)。
當檢測具有高電流的電流源的負載電流時，與使用電阻器檢測電流的現(xiàn)有技術的方法相比，本發(fā)明減小了對整個電路的損壞。與這種現(xiàn)有技術的方法相比，本發(fā)明還降低了產(chǎn)生的熱量。另外，本發(fā)明提高了電流源裝置的整體效率，并降低了制造成本。
雖然參照本發(fā)明的特定示例性實施例顯示和描述了本發(fā)明，但是本領域技術人員應該理解，在不脫離由權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對其進行形式和細節(jié)的各種改變。
權利要求
1.一種用于檢測電流的裝置，所述裝置包括
第一電路，檢測連接到負載的第一電感器的電流；
第二電路，檢測連接到負載的第二電容器的電流；
減法器，計算差電流，所述差電流是在第一電路中檢測的電流和在第二電路中檢測的電流之間的電流差。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，第二電容器的電流是流入所述第二電容器和所述第二電容器的內(nèi)部電阻的電流。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，在第二電路中，第二電阻器和第二電感器彼此串聯(lián)，第二電阻器和第二電感器與第二電容器并聯(lián)，并且第二電感器的兩端連接到第二差動放大器以檢測第二電容器的電流。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其中，使用VL2(S)＝Resr2IC2來計算第二電感器的兩端的電壓，其中，Resr2是第二電容器的內(nèi)部電阻，IC2是第二電容器的電流。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，還包括
電流誤差檢測器，基于減法器計算的差電流以及參考電流來產(chǎn)生誤差信號；
補償器，輸出補償信號，以按照從電流誤差檢測器輸出的誤差的級別補償流入負載的電流；
開關部件，根據(jù)從補償器輸出的補償信號控制流入負載的電流。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其中，如果在差電流和參考電流之間存在電流差異，則電流誤差檢測器產(chǎn)生誤差信號。
7.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其中，從電流誤差檢測器輸出的誤差的級別指示差電流和參考電流之間的電流差異。
8.一種用于檢測電流的方法，包括
檢測連接到負載的第一電感器的電流；
檢測連接到負載的第二電容器的電流；
計算差電流，所述差電流是檢測的第一電感器的電流和檢測的第二電容器的電流之間的電流差。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，第二電容器的電流是流入所述第二電容器和所述第二電容器的內(nèi)部電阻的電流。
10.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，在檢測第二電容器的電流的步驟中，通過電感器電阻器電路檢測第二電容器的電流，在所述電感器電阻器電路中，第二電阻器和第二電感器彼此串聯(lián)，第二電阻器和第二電感器與所述第二電容器并聯(lián)，并且第二電感器的兩端連接到第二差動放大器以檢測所述第二電客器的電流。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，使用VL2(S)＝Resr2IC2來計算第二電感器的兩端的電壓，其中，Resr2是第二電容器的內(nèi)部電阻，IC2是第二電容器的電流。
12.根據(jù)權利要求8所述的方法，還包括
基于差電流和參考電流輸出電流誤差信號；
輸出補償信號，以按照電流誤差信號中指示的誤差的級別補償流入負載的電流；
根據(jù)補償信號控制流入負載的電流。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，如果在差電流和參考電流之間存在電流差異，則輸出電流誤差信號。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中，電流誤差信號中指示的誤差的級別表示差電流和參考電流之間的電流差異。
全文摘要
提供一種檢測電流的電路和方法，該電路和方法能夠當控制需要高電流的電流源的負載電流時通過使用開關型轉(zhuǎn)換器檢測電流源的負載電流來控制電流量，并且能夠補償流入負載的電流。因此，當檢測具有高電流的電流源的負載電流時，與使用電阻器檢測電流的現(xiàn)有技術的方法相比，本發(fā)明減小了對整個電路的損壞，與這種現(xiàn)有技術的方法相比降低了產(chǎn)生的熱量，并且提高了電流源裝置的整體效率并降低了制造成本。
文檔編號H02M3/156GK101119068SQ20071013594
公開日2008年2月6日 申請日期2007年3月13日 優(yōu)先權日2006年8月2日
發(fā)明者李承約 申請人:三星電子株式會社