Brevet FR2925167A1 — publié le 20090619

DISPOSITIF DE MESURE DE COURANT La présente invention concerne, de façon générale, la régulation en courant (ou current-mode control en anglais) en sortie d'un système fournissant une tension de sortie continue et prédéterminée à partir d'une tension d'entrée continue. Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier aspect un dispositif de mesure de courant, défini par un gain égal à une première valeur, et comprenant au moins un module d'amplification comprenant au moins une entrée de réception d'un signal de commande, une première entrée connectée à un premier potentiel, une deuxième entrée connectée à un noeud de sortie, portée à un potentiel de sortie et traversée par un courant de sortie ; un noeud de rétroaction traversé par un courant miroir lié au courant de sortie par un coefficient de proportionnalité égal au gain, et une sortie traversée par le courant miroir, le module d'amplification étant apte à porter le noeud de rétroaction à un potentiel égal au potentiel de sortie en réponse au signal de commande. L'invention s'applique notamment mais non exclusivement à un régulateur linéaire de type LDO (acronyme anglo-saxon de Low Dropout), à un convertisseur de tension de type continu-continu (ou convertisseur DC/DC) abaisseur de tension (ou buck en anglais), ou élévateur de tension (ou boost en anglais), ou à un convertisseur DC/DC abaisseur-élévateur de tension (ou buck-boost en anglais), dont les principes sont connus de l'homme du métier. De manière générale, un convertisseur DC/DC convertit une source de tension continue disponible, par exemple délivrée par une batterie, en une tension de sortie continue prédéterminée, nécessaire pour alimenter une charge, la tension de sortie continue pouvant être supérieure ou inférieure à la source de tension. Par exemple, le convertisseur DC/DC de type abaisseur de tension (ou buck) présenté en figure 1 et dont seuls les éléments nécessaires à la compréhension ont été représentés, comprend une paire de commutateurs montée entre un premier potentiel VBAT, par exemple une source d'alimentation continue, et un deuxième potentiel GND, par exemple une masse, et connectés entre eux par un noeud de sortie 20. La paire de commutateurs est par exemple composée d'un commutateur supérieur POWER MOS 1 monté entre le premier potentiel VBAT et le noeud de sortie 20, et un commutateur inférieur POWER MOS 2 monté entre le noeud de sortie 20 et le deuxième potentiel GND. Le convertisseur comprend en outre un élément inductif L en série avec un élément capacitif C couplé à une charge LOAD et montés entre le noeud de sortie 20 et le deuxième potentiel GND. Le commutateur supérieur POWER MOS 1 et le commutateur inférieur POWER MOS 2 sont par exemple des transistors de puissance de type MOS (Metal Oxyde Semiconductor) respectivement à canal P et à canal N, de faible résistance résiduelle (résistance des transistors à l'état passant), et permettent de relier alternativement l'élément inductif L au premier potentiel VBAT et au deuxième potentiel GND. Le noeud de sortie 20 est ainsi traversé par un courant de sortie IL et mis à un potentiel de sortie VLX. En commutant la circulation du courant de sortie IL traversant l'élément inductif L, le convertisseur DC/DC fournit, au noeud de connexion VOUT entre l'élément inductif L, le condensateur C et la charge LOAD, une tension de sortie supérieure ou inférieure à la source de tension. On peut ainsi définir deux modes de fonctionnement pour ce convertisseur : un premier mode de fonctionnement correspondant par exemple à un abaissement de la tension de sortie par rapport à la tension d'entrée (ou buck-mode en anglais), et un deuxième mode de fonctionnement correspondant par exemple à une élévation de la tension de sortie par rapport à la tension d'entrée (ou boost-mode en anglais). En fonction de l'information en tension et/ou en courant disponible en sortie du convertisseur, un circuit de commande, connu de l'homme du métier et non illustré ici, délivre et envoie un signal de commande aux grilles des transistors pour moduler les temps de conduction de ces transistors. Le circuit de commande ajuste un rapport cyclique d'un signal de commande envoyé à chacun des commutateurs haut et bas POWER MOS 1, POWER MOS 2 afin de maintenir la valeur de la tension de sortie constante. Le signal de commande peut par exemple être de type modulation de largeur d'impulsion ou PWM pour � pulse width modulation � en anglais. Pour réguler la tension en sortie du convertisseur DC/DC, il existe deux types de régulations : - une régulation en tension, également nommé � voltage-20 mode control �, et - une régulation en courant, également nommé � currentmode control �. Même si la régulation en tension est simple à mettre 25 en oeuvre, la régulation en courant apporte de meilleures performances. Dans la régulation en courant, la connaissance de l'information en courant traversant par exemple l'élément inductif du convertisseur est nécessaire. 30 Il existe dans l'art antérieur un dispositif de mesure de courant (ou current-sense circuit en anglais) générant un courant miroir proportionnel au courant traversant l'élément inductif du convertisseur. Le 35 dispositif de mesure de courant de l'art antérieur, bien qu'assurant une meilleure régulation, nécessite une grande bande passante de la part du module d'amplification faisant partie du dispositif de mesure de courant. Or, pour assurer une bonne stabilité du convertisseur, la bande passante du module d'amplification doit être augmentée et l'information en courant doit être la meilleure possible. Bien que le convertisseur présente une bande passante finie lorsqu'il fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement et avec la régulation en courant, même dans cette configuration, un problème de stabilité peut quand même survenir. La stabilité du convertisseur n'est donc pas optimale. De plus, le dispositif de mesure de courant de l'art antérieur a un gain dont la valeur est fixée par le constructeur. Il n'est donc pas possible d'ajuster le gain du dispositif de mesure de courant pour fournir une meilleure information en courant. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un dispositif de mesure de courant exempt de l'une au moins des limitations précédemment évoquées. Etant donnée la bande passante finie de l'amplificateur, l'invention propose une solution pour ajuster le gain du courant recopié. L'invention a notamment pour objectif d'améliorer la stabilité du convertisseur en augmentant l'information en courant en sortie du dispositif de mesure de courant, en proposant un dispositif de mesure de courant à gain variable. A cette fin, le dispositif de mesure de courant de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en outre un module de modification du gain, monté entre le premier potentiel et le noeud de rétroaction, et comprenant au moins une entrée de réception d'un signal d'activation, ledit module de modification du gain étant apte à faire passer le gain de la première valeur à une deuxième valeur supérieure à la première valeur en réponse au signal d'activation. Ainsi, l'information en courant est améliorée grâce à 10 l'ajustement possible de la valeur du gain du dispositif de mesure de courant. Avantageusement, la première valeur est corrélée à un premier mode de fonctionnement, la deuxième valeur est 15 corrélée à un deuxième mode de fonctionnement, et le signal d'activation est représentatif du premier ou du deuxième mode de fonctionnement. Par exemple, le premier mode de fonctionnement 20 correspond à un abaissement du potentiel de sortie par rapport au premier potentiel. Par exemple, le deuxième mode de fonctionnement correspond à une élévation du potentiel de sortie par rapport au premier potentiel. 25 La valeur du gain du dispositif de mesure de courant peut ainsi être ajustée pour fournir la meilleure compensation possible selon la configuration dans laquelle le convertisseur travaille. Par exemple, le module de modification de gain est un commutateur de gain monté entre le premier potentiel et le noeud de rétroaction, et commandé par le signal d'activation. Par exemple, le module de modification de gain est formé de plusieurs commutateurs de gain montés en 30 35 parallèles entre le premier potentiel et le noeud de rétroaction, et commandés par le signal d'activation. La valeur du gain peut ainsi être définie en 5 sélectionnant un nombre adéquat de commutateurs de gain. Selon un mode de réalisation préféré, le noeud de sortie est une sortie de tension d'un convertisseur de type continu-continu abaisseur de tension. Selon un mode de réalisation préféré, le noeud de sortie est une sortie de tension d'un convertisseur de type continu-continu élévateur de tension. 15 Selon un autre mode de réalisation préféré, le noeud de sortie est une sortie de tension d'un convertisseur de type continu-continu abaisseur-élévateur de tension. Selon un autre mode de réalisation préféré, le noeud 20 de sortie est une sortie de tension d'un régulateur linéaire. Le dispositif de mesure de courant peut en outre comprendre un module de détection du premier ou du 25 deuxième mode de fonctionnement générant le signal d'activation. Ainsi, la valeur du gain du dispositif de mesure de courant peut être ajustée automatiquement pour fournir la 30 meilleure compensation possible selon la configuration dans laquelle le convertisseur travaille. De préférence, le module d'amplification comprend : - des premier et deuxième commutateurs connectés entre 35 eux par le noeud de rétroaction, le premier commutateur étant commandé par le signal de commande et étant monté entre le premier potentiel et le noeud de rétroaction, le 10 deuxième commutateur étant monté entre le noeud de rétroaction et la sortie, et - un amplificateur commandant le deuxième commutateur, et comprenant une entrée positive connectée à la deuxième entrée, et une entrée négative connectée au noeud de rétroaction. L'invention concerne également un procédé de mesure de courant comprenant au moins des étapes de : - réception d'un signal de commande ; - réception d'un potentiel de sortie ; - réception d'un courant de sortie ; -génération, à un noeud de rétroaction, d'un courant miroir lié au courant de sortie par un coefficient de 15 proportionnalité égal au gain ; et -génération, au noeud de rétroaction, d'un potentiel égal au potentiel de sortie, en réponse au signal de commande. Le procédé est principalement caractérisé en ce qu'il comprend en outre des étapes de : 20 - réception d'un signal d'activation ; et - modification du gain en réponse au signal d'activation, faisant passer le gain d'une première valeur à une deuxième valeur supérieure à la première valeur. 25 Avantageusement, la première valeur est corrélée à un premier mode de fonctionnement, la deuxième valeur est corrélée à un deuxième mode de fonctionnement, et le signal d'activation est représentatif du premier ou du deuxième mode de fonctionnement. 30 De préférence, le procédé comprend en outre une étape de détection du premier ou du deuxième mode de fonctionnement, et une étape de génération du signal d'activation. 35 L'invention a également pour objet un convertisseur de tension comprenant au moins le dispositif décrit précédemment. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation préféré de l'invention, faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : - la figure 1 présente un schéma d'un dispositif de mesure de courant connu de l'art antérieur couplé à un convertisseur DC/DC, et - la figure 2 présente un schéma d'un dispositif de mesure de courant selon l'invention dans une application particulière et couplé au convertisseur DC/DC de la figure 1. Un exemple d'un dispositif de mesure de courant (ou current-sense circuit en anglais) de l'art antérieur est illustré en figure 1. Ce dispositif de mesure de courant, couplé au convertisseur présenté précédemment, utilise la technique du miroir de courant. Le principe étant de recopier le potentiel de sortie VLX présent au noeud de sortie 20 à l'aide d'un amplificateur AMP traditionnel connu de l'homme du métier, pour obtenir un courant proportionnel au courant de sortie IL, et par conséquent une information en courant représentative du courant de sortie IL. Cette information en courant est ensuite exploitée par exemple par le circuit de commande pour générer le signal de commande pour la régulation. Le dispositif de mesure de courant comprend par exemple un module d'amplification 1 comprenant par exemple un premier commutateur SENSE MOS 1 et un deuxième commutateur SENSE MOS 2 connectés entre eux par un noeud de rétroaction 13, et montés en série entre le premier potentiel VBAT et une sortie 14 connectée par exemple à une entrée du circuit de commande. Le premier commutateur SENSE MOS 1 est monté entre le premier potentiel VBAT et le noeud de rétroaction 13, et le deuxième commutateur SENSE MOS 2 est monté entre le noeud de rétroaction 13 et la sortie 14. Le dispositif de mesure comprend également un amplificateur AMP dont une entrée positive (ou entrée non inverseuse) est, par exemple, connectée au noeud de sortie 10, et une entrée négative (ou entrée inverseuse) connectée au noeud de rétroaction 13. Les premier et deuxieme commutateurs SENSE MOS 1, SENSE MOS 2 sont par exemple des transistors de type MOS à canal P de faible puissance par rapport aux commutateurs supérieur et inférieur POWER MOS 1, POWER MOS 2, et sont commandés respectivement par le signal de commande et un signal généré à une sortie de l'amplificateur AMP. Dans cette configuration, le premier commutateur SENSE MOS 1 et le commutateur supérieur POWER MOS 1 ont le même comportement, et l'amplificateur AMP met le noeud de rétroaction 20 à un potentiel égal au potentiel présent à l'entrée positive, soit le potentiel de sortie VLX. Le module d'amplification 2 génère au noeud de rétroaction 20 un courant miroir IL' lié au courant de sortie IL par un coefficient de proportionnalité égal au gain du dispositif de mesure de courant. Ce gain est défini par l'inverse d'un ratio de taille existant entre les commutateurs du convertisseur et les commutateurs du dispositif de mesure de courant. Par exemple, dans le deuxième mode de fonctionnement, s'il existe un premier ratio de taille RATIO1 entre le commutateur supérieur POWER MOS 1 et le premier commutateur SENSE MOS 1, le courant miroir IL' est alors égal au rapport du courant de sortie sur le premier ratio RATIO1, soit IL'=IL/RATI01, et le gain est égale à une première valeur (1/RATI01) fixée. Ce courant miroir IL' est ensuite envoyé à l'entrée du circuit de commande, via le deuxième commutateur SENSE MOS 2. En fonction du signal de commande reçu, le convertisseur peut se mettre dans le premier ou le deuxième mode de fonctionnement. La figure 2 présente un schéma d'un dispositif de mesure de courant selon l'invention dans une application particulière et couplé au convertisseur DC/DC de la figure 1, sur laquelle figure, en plus des éléments du convertisseur et du module d'amplification déjà présentés précédemment, un module de modification de gain 3 monté entre le premier potentiel VBAT et le noeud de rétroaction 13, et comprenant au moins une entrée de réception 30 d'un signal d'activation, le module de modification de gain 3 étant apte à faire passer le gain de la première valeur à une deuxième valeur supérieure à la première valeur, en réponse au signal d'activation. Ce module de modification de gain est, par exemple, un commutateur de gain SENSE MOS 3, par exemple un transistor de type MOS à canal P de faible puissance par rapport aux commutateurs supérieur POWER MOS 1, et commandé sur sa grille par le signal d'activation. Dans cette configuration, lorsque le convertisseur fonctionne par exemple selon le deuxième mode de fonctionnement, et lorsque le commutateur de gain SENSÉ MOS 3 est activé, c'est-à-dire en conduction, le gain du dispositif de mesure de courant est égale à une deuxième valeur, de préférence supérieure à la première valeur, définie par l'inverse d'un deuxième ratio de taille RATIO2 existant entre le commutateur supérieur POWER MOS 1 et l'ensemble formé par le premier commutateur SENSE MOS 1 et le commutateur de gain SENSE MOS 3. Le courant miroir IL' est alors augmenté et est égal au rapport du courant de sortie IL sur le deuxième ratio RATIO2, soit IL'=IL/RATIO2. Bien entendu, le module de modification de gain 3 peut être formé de plusieurs commutateurs de gain commandés par le signal d'activation, pour donner au gain différentes valeurs selon les conditions de fonctionnement du convertisseur. Le signal d'activation peut être généré par un module de détection, représenté par l'interrupteur 4 sur la figure 2, par exemple du deuxième mode de fonctionnement, pour activer de manière automatique et selon une configuration particulière le module de modification de gain. La valeur du gain du dispositif de mesure de courant selon l'invention étant ajustable en fonction du mode de fonctionnement du convertisseur, la stabilité du convertisseur couplé au dispositif de mesure de courant selon l'invention peut ainsi être améliorée, en particulier lorsque le convertisseur fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement. La description faite ci-dessus s'applique bien évidement au régulateur linéaire et au convertisseur 20 continu-continu. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de courant, défini par un gain égal à une première valeur, et comprenant au moins un module d'amplification (1) comprenant au moins : - une entrée de réception (10) d'un signal de commande, - une première entrée (11) connectée à un premier potentiel (VBAT) ; - une deuxième entrée (12) connectée à un noeud de sortie (20) portée à un potentiel de sortie (VLX) et traversée par un courant de sortie (IL) ; -un noeud de rétroaction (13) traversé par un courant miroir (IL') lié au courant de sortie (IL) par un coefficient de proportionnalité égal au gain, et - une sortie (14) traversée par le courant miroir (IL'), le module d'amplification (1) étant apte à porter le noeud de rétroaction (13) à un potentiel égal au potentiel de 20 sortie (VLX) en réponse au signal de commande, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un module de modification du gain (3), monté entre le premier potentiel (VBAT) et le noeud de rétroaction (13), et comprenant au moins une entrée de réception (30) d'un 25 signal d'activation, ledit module de modification du gain (3) étant apte à faire passer le gain de la première valeur à une deuxième valeur supérieure à la première valeur en réponse au signal d'activation. 30 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la première valeur est corrélée à un premier mode de fonctionnement, la deuxième valeur est corrélée à un deuxième mode de fonctionnement, et le signal d'activation est représentatif du premier ou du deuxième 35 mode de fonctionnement. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le module de modification de gain (3) est un commutateur de gain monté entre le premier potentiel (VBAT) et le noeud de rétroaction (13), et commandé par le signal d'activation. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le module de modification de gain (3) est formé de plusieurs commutateurs de gain montés en parallèles entre le premier potentiel (VBAT) et le noeud de rétroaction (13), et commandés par le signal d'activation. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le noeud de sortie (20) est une sortie de tension d'un convertisseur de type continu-continu élévateur de tension. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le noeud de sortie (20) est une sortie de tension d'un convertisseur de type continu-continu abaisseur-élévateur de tension. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le noeud de sortie (20) est une sortie de 25 tension d'un régulateur linéaire. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le dispositif de mesure de courant comprend en outre un moyen de détection du premier ou du 30 deuxième mode de fonctionnement générant le signal d'activation. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le module d'amplification (1) comprend : 35 - des premier et deuxième commutateurs (SENSÉ MOS 1, SENSÉ MOS 2) connectés entre eux par le noeud de rétroaction (13), le premier commutateur (SENSE MOS 1)étant commandé par le signal de commande et étant monté entre le premier potentiel (VBAT) et le noeud de rétroaction (13), le deuxième commutateur (SENSÉ Mos 2) étant monté entre le noeud de rétroaction (13) et la sortie (14), et - un amplificateur (AMP) commandant le deuxième commutateur (SENSÉ MOS 2), et comprenant une entrée positive connectée à la deuxième entrée (12), et une entrée négative connectée au noeud de rétroaction (13). 10. Procédé de mesure de courant comprenant au moins des étapes de : réception d'un signal de commande ; réception d'un potentiel de sortie (VLX) réception d'un courant de sortie (IL) ; génération, à un noeud de rétroaction (13), d'un courant miroir (IL') lié au courant de sortie (IL) par un coefficient de proportionnalité égal au gain ; et - génération, au noeud de rétroaction (13), d'un potentiel égal au potentiel de sortie (VLX), en réponse au signal de commande ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre des étapes de . réception d'un signal d'activation ; et modification du gain en réponse au signal d'activation, faisant passer le gain d'une première valeur à une deuxième valeur supérieure à la première valeur. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la première valeur est corrélée à un premier mode de fonctionnement, la deuxième valeur est corrélée à un deuxième mode de fonctionnement, et le signal d'activation est représentatif du premier ou du deuxième mode de fonctionnement. 12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, dans lequel le procédé comprend en outre une étape dedétection du premier ou du deuxième mode de fonctionnement, et une étape de génération du signal d'activation. 13. Convertisseur de tension comprenant au moins le dispositif selon l'une des revendications 1 à 9.10