自动补偿功率变换器制造技术

一种用于补偿被配置为产生经调节输出电压的功率调节器的自动补偿方法。可基于对调节器和相应滤波器的假定，通过确定用于补偿功率调节器的补偿函数的各种系数来动态地进行自动补偿。该方法可用于确定至少DC环路增益和补偿零点的位置，而无需先前了解系统各元件值。此外，可以基于实际功率变换器中各种状态变量的测量值来选择补偿参数(环路增益，零点位置)，并根据测量来调节补偿函数的各个系数。由于没有使用功率调节器的发电机模型，可消除采用系统模型来替代系统本身的任意方法中可能固有的不准确性。

【技术实现步骤摘要】
自动补偿功率变换器 本申请是申请日为2010年9月21日、中国国家申请号为201010552622. 7、题为 自动补偿功率变换器的申请的分案申请。
本专利技术涉及反馈系统的补偿，更特别地涉及在数字功率控制器中的自适应补偿。 【附图说明】 通过参照与附图一起阅读的以下详细说明，将会更彻底地理解本专利技术的前述及其 他的目的、特征以及优点。 图la示出了根据现有技术的功率调节器（降压调节器）的一种实施方式； 图lb示出了被配置成实现自动补偿的功率调节器系统的一种实施方式； 图2a示出了降压变换器的发电机模型的一种实施方式； 图2b示出了带有负载的降压变换器的发电机模型的一种实施方式； 图3示出了具有单个接近原点的极点补偿的环路增益建模的一种实施方式； 图4示出了根据一种实施方式表示单位增益频率与DC环路增益的关系的函数曲 线（对应于 Qp? = 1. 17, 2. 33,4. 60,8. 93); 图5示出了根据一种实施方式的对应于〇_ = 8.93(0(：增益=501(，4001(，7501()的 环路增益的波特图； 图6示出了根据一种实施方式的表示相位裕度与DC环路增益的关系的函数曲线 (对应于 Qp? = 1. 17,2. 33,4. 60,8. 93); 图7示出了根据一种实施方式的表示增益裕度与DC环路增益的的关系的函数曲 线（对应于 Qp? = 1. 17, 2. 33,4. 60,8. 93); 图8示出了根据一种实施方式的Qp? = 8. 93、DC增益=190K时的环路增益的波 特图； 图9示出了根据一种实施方式的Qp? = 4. 60、DC增益=360K时的环路增益的波 特图； 图10示出根据一种实施方式的Qp°w = 2. 33、DC增益=660K时的环路增益的波特 图； 图11示出了根据一种实施方式的表示DC环路增益为150K-fn'p° w = 13.45kHz、 Qp? = 8· 93、ζ。。_ = l/[2*Q?mp] = 0,1，2· 6 时的单位增益频率与比率=fn' etMP/fn'p? 的关 系的函数曲线； 图12示出了根据一种实施方式的表示DC环路增益为150K-fn'p° w = 13.45kHz、 Qp? = 8· 93、ζ= l/[2*Qramp] = 0,1，2· 6 时的相位裕度与比率=fn' ?mp/fn'p? 的关系的 函数曲线； 图13示出了根据一种实施方式的表示DC环路增益为150K-fn'p° w = 13.45kHz、 Qp? = 8· 93、ζ= l/[2*Qramp] = 0,1，2· 6 时的增益裕度与比率=fn' ?mp/fn'p? 的关系的 函数曲线； 图14示出了根据一种实施方式的表示DC环路增益为230K-fn'p° w = 13. 45kHz、 Qp? = 8· 93、ζ。。_ = l/[2*Q?mp] = 0,1，2· 6 时的单位增益频率与比率=fn' etMP/fn'p? 的关 系的函数曲线； 图15示出了根据一种实施方式的表示DC环路增益为230K-fn'p° w = 13.45kHz、 Qp? = 8· 93、ζ= l/[2*Qramp] = 0,1，2· 6 时的相位裕度与比率=fn' ?mp/fn'p? 的关系的 函数曲线； 图16示出了根据一种实施方式的表示DC环路增益为230K-fn'p° w = 13.45kHz、 Qp? = 8· 93、ζ= l/[2*Qramp] = 0,1，2· 6 时的增益裕度与比率=fn' ?mp/fn'p? 的关系的 函数曲线； 图17示出了根据一种实施方式的表示发电机在Qp°w= 1. 17-单个补偿极点接近 DC原点时的相位裕度与DC环路增益的关系的函数曲线； 图18示出了根据一种实施方式的表示发电机在Qp°w= 1. 17-单个补偿极点接近 DC原点时的增益裕度与DC环路增益的关系的函数曲线； 图19示出了根据一种实施方式的表示对应于增益因子k(k = kpm = °，kpm = 1°，kpm = 2°，kpm = 3°，kpm = 4°)的不同数值的一qp? = ι· 17、?τρ >> l 时相位裕度与比率=fn'?mp/fn' p°w的关系的函数曲线； 图20示出了根据一种实施方式的表示对应于增益因子k(k = kpm = °，kpm = 1°，kpm = 2°，kpm = 3°，kpm = 4°)的不同数值的一qp? = ι· 17、?τρ >> l 时增益裕度与比率=fn'?mp/fn' p°w的关系的函数曲线； 图21示出了根据一种实施方式的表示对应于增益因子k(k = kpm = °，kpm = 1°，kpm = 2°，kpm = 3°，kpm = 4°)的不同数值的一Qp〇w = 1· 17、Q?mp >> 1 时单位增益 vs.比率=fn，comp/ fn'p°w的函数曲线；以及 图22示出了根据一组实施方式的实现自动补偿的方法的流程图。 虽然本专利技术允许进行多种修正和替换形式，但通过图示实施例示出特定实施方 式，且将在下文中对这些实施例详细描述。但是，应当注意，此处的图示和详细说明意图不 在于将本专利技术限制于所述的特定形式，而是相反，本专利技术覆盖落入所附权利要求所限定的 本专利技术精神和范围的所有修改、等价方案以及替代方案。注意，标题仅用于组织的目的，不 用于限制或解释说明书或权利要求。此外，注意通篇使用的单词可表示许可的意思（即 可能，能够），而不是强制的意思（即必须）。 【具体实施方式】 诸如微处理器和图形处理器的商用集成电路的快速发展和增加的功耗在功率输 送至1C以及从1C散出废热方面已形成了新的重要问题。目前，电源设计相比前些年远为 重要和困难。大电流/低电压1C要求非常清洁和稳定的DC电源。该电源必须能够输送非 常快的电流瞬态。到这些负载的电子路径也必须具有低电阻和电感（1. 5V的电源在60Amps 下在25πιΩ的电阻两端将完全压降）。 通常，DC电源设计为将AC线路电压转换为一个或多个DC输出，这些输出将贯穿 一个系统发送至负载点（P0L)。但是，贯穿系统发送大电流信号是不现实的。为了克服该困 难，为了减小通过系统分配大电流信号的负面影响，已经采用了一种在适度的电压和电流 电平下分配功率的替换方法。并非将AC电源电压电平转换为中心位置的各个负载所需的 DC电压电平，而是典型地转换为合理的DC电压并传送至负载点（POL)，并在负载点本 地转换为所需的低电压。这样的技术称之为分布式电源结构，或DPA。 在许多电压分配系统中，仅仅将系统周围的电源分散至多个P0L是不够的。通常 监测和控制综合电子系统以确保最高的可靠性和性能。在DPA系统中典型实现的功能（电 源特征）包括供电时序、热交换能力、斜坡控制、电压编程、负载监控、追踪、温度监控、风扇 速度控制、相位控制、电流共享、开关频率可编程性以及开关时钟同步等等。还存在电源系 统可能需要的其他功能。例如，温度测量的单个点、门的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制功率变换器的方法，所述方法包括：初始化补偿函数的一个或多个系数，其中所述一个或多个系数确定由所述补偿函数定义的环路增益和补偿零点的各自位置；在所述初始化之后，根据至少所述补偿函数来操作所述功率变换器，功率调节器生成经调节输出电压；在所述功率变换器的操作期间测量所述功率变换器的一个或多个状态变量；基于所测量的一个或多个状态变量获得经调节输出电压的额定稳态值；基于所获得的经调节输出电压的至少一个额定稳态值来确定第一输出阈值；调节所述补偿函数的所述一个或多个系数中的至少第一系数直到所述经调节输出电压超过所述第一输出阈值；以及调节所述补偿函数的所述一个或多个系数中的至少第一系数直到所述经调节输出电压达到所述第一输出阈值。

【技术特征摘要】
2009.09.21 US 61/244,187;2010.08.05 US 61/370,965;1. 一种用于控制功率变换器的方法，所述方法包括： 初始化补偿函数的一个或多个系数，其中所述一个或多个系数确定由所述补偿函数定 义的环路增益和补偿零点的各自位置； 在所述初始化之后，根据至少所述补偿函数来操作所述功率变换器，功率调节器生成 经调节输出电压； 在所述功率变换器的操作期间测量所述功率变换器的一个或多个状态变量； 基于所测量的一个或多个状态变量获得经调节输出电压的额定稳态值； 基于所获得的经调节输出电压的至少一个额定稳态值来确定第一输出阈值； 调节所述补偿函数的所述一个或多个系数中的至少第一系数直到所述经调节输出电 压超过所述第一输出阈值；以及 调节所述补偿函数的所述一个或多个系数中的至少第一系数直到所述经调节输出电 压达到所述第一输出阈值。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量功率变换器的一个或多个状态变 量包括测量所述经调节输出电压的峰值-峰值偏移； 其中所述经调节输出电压的额定稳态值包括所述经调节输出电压的额定峰值-峰值 纹波值；以及 其中所述经调节输出电压的至少一个额定稳态值是所述经调节输出电压的额定峰 值-峰值纹波值。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述第一输出阈值包括将所述第 一输出阈值设定为所获得的经调节输出电压的额定峰值-峰值纹波值。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始化所述一个或多个系数包括给所 述一个或多个系数赋值，从而实现下述情况中的一个或多个： 接近原点的单个补偿极点；以及 低DC (直流）环路增益。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个系数还包括第三系数； 其中所述调节至少所述第一系数包括增大所述第一系数和所述第二系数；以及 其中所述调节至少所述第二系数包括增大所述第三系数。6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括： 在所述增大所述第一系数和所述第二系数期间保持所述第三系数不变。7. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括： 调节所述第一系数和所述第二系数，从而使所述第一、第二和第三系数之和在所述增 大第三系数期间保持不变。8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述调节所述第一系数和所述第二系数包 括： 保持所述第一系数等于所述第二系数；以及 当所述经调节输出电压超过所述第一输出阈值时，保持所述第一、第二和第三系数之 和等于与所述第一系数和所述第二系数的当前和相对应的值。9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量所述功率变换器的一个或多个状 态变量包括测量以下一个或多个值： 所述经调节输出电压； 在调节所述输出电压时由所述功率变换器使用的一个或多个控制信号的各个值；或 响应于所述经调节输出电压生成的电感器电流。10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个系数附加地确定由所述补 偿函数定义的补偿极点的各自位置。11. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环路增益是DC(直流）环路增益。12. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一输出阈值对应于所述功率变换器 可实现的最小稳定经调节输出电压纹波。13. -种用于控制功率变换器的方法，所述方法包括： 初始化补偿函数的环路增益系数、补偿频率系数和补偿品质因数系数； 基于所述环路增益系数、所述补偿频率系数和所述补偿品质因数系数获得单位增益频 率； 在所述初始化之后，根据至少所述补偿函数来操作所述功率变换器，功率调节器生成 经调节的输出电压； 在所述功率变换器的操作期间，指示所述经调节输出电压的峰值-峰值偏移何时超过 第一预定阈值，以及指示所述经调节输出电压何时达到所述第一预定阈值； 获得经调节环路增益系数，包括调节所述环路增益系数直到所述经调节输出电压的峰 值-峰值偏移超过所述第一预定阈值的所述指示；以及 获得经调节补偿频率系数，包括调节所述补偿频率系数直到所述经调节输出电压达到 所述第一预定阈值的所述指示。14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括在调节所述补偿频率系数之前调 节所述补偿品质因数系数直到获得指定的补偿衰减因子值。15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所获得的所指定的补偿衰减因子值基本 为零。16. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述调节所述补偿频率系数期间保持 所述保持品质因子系数不变。17. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述调节所述环路增益系数包括增大所 述环路增益系数。18. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述调节所述补偿频率系数包括减小所 述补偿频率系数。19. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一预定阈值对应于测...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·L·贝克，D·伊安诺普洛斯，
申请(专利权)人：英特赛尔美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US