An Inductor Current Estimator for Digitally Controlled Synchronous Buck Converter

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作者
Rajat Channappanavar,Santanu Mishra,Rajeev Kumar Singh
出处
期刊:IEEE Transactions on Power Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:34 (5): 4883-4894 被引量:10
标识
DOI:10.1109/tpel.2018.2863958
摘要

Inductor current is an important feedback parameter in synchronous buck converters (SBCs). It is used for overcurrent protection, current sharing among interleaved modules, and current-mode feedback regulation, among others. While implementing a digital controller, inductor current is sensed and fed into the controller through a high sampling frequency analog to digital converter (ADC). As the switching frequency of the converter becomes higher, the need for an even higher sampling frequency ADC also goes up, which is a distinct disadvantage in terms of the overall cost. This paper discusses a simple current estimation technique that avoids use of any expensive current sensor and high sampling frequency ADCs. The paper shows that in a buck converter, inductor current can be estimated by tracking the width of the switch node voltage. Implementation and limitations of the proposed current estimation scheme are discussed in detail. The proposed method is validated using a 3.3 V-15 A SBC prototype and results show the estimation technique is accurate within 5% with a converter switching frequency of 800 kHz. In order to prove the effectiveness of the technique in feedback regulation, the current estimation technique is used to implement average current mode and hysteretic current mode control on a SBC. To prove the effectiveness of the proposed current estimation scheme, it is used in closed-loop control of the SBC to verify the dynamic responses, such as start-up transient, step change in load, and reference.

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