功率变换器的无补偿调制制造技术

本发明专利技术涉及一种用于控制功率变换器的功率级的方法，该功率变换器被配置成根据控制可切换功率级的控制律从输入电压生成输出电压。该方法包括生成用于切换该功率级的脉冲控制信号，并且相对于恒定频率时钟信号在相位上平移该脉冲控制信号。该脉冲被向前平移以增加周期中的电荷。该脉冲被向后平移以减少周期中的电荷。因此，这种电荷控制的方法不需要补偿。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于功率变换器的无需补偿的调制技术。本专利技术具体地涉及功率变换器的脉冲平移调制。
技术介绍
切换式DC-DC变换器包括可切换功率级(switchablepowerstage)，其中，根据切换信号和输入电压生成输出电压。在数字控制电路中生成切换信号，该数字控制电路将输出电压调节成基准电压。图1示出了降压变换器。可切换功率级11包括由高侧场效晶体管(FET)12与低侧FET13所组成的双开关、电感器14、以及电容器15。在充电阶段期间，通过切换信号使高侧FET12导通并且使低侧FET13截止，以对电容器15进行充电。在放电阶段期间，高侧FET12截止并且低侧FET13导通，以使平均电感电流与负载电流相匹配。该切换信号被生成为具有通过控制器16的控制律(controllaw)确定的占空比的脉宽调制信号。脉冲调制通常需要由控制器16执行的补偿。具体地，多个功率变换器包括多个功率级或者设备。那么，必须要针对每个设备确定补偿。这需要大量的工作来确定最佳补偿。近年来，自动补偿的控制器已经开始出现在市场中。另一方法是根本不需要补偿的调制技术。作为变频技术，可以将滑模控制(slidingmodecontrol)配置成是无补偿的。此外，每个设备可以在连续导通模式(CCM)或者在非连续导通模式下操作。(CCM)意味着能量转移电感器中的电流在切换周期之间基本上从来不会变为零，尽管该电流可能从正电流到负电流经过零电流。在DCM下，电流变为零，并且在切换周期的一部分期间保持在零。在如图1所示的降压衍生变换器(buckderivedconverters)中，主要缺陷是，当该降压变换器从CCM变为DCM时，其从一个控制律变换为另一个控制律。在升压和升降压衍生系统中，在CCM中存在右半平面零点，这在DCM中是不存在的。这使得更加难以用良好的动态响应来稳定这些变换器。因此DCM调节通常需要补偿，这与CCM不同。因此，从非连续导通模式到连续导通模式的过渡需要补偿的快速受控变化。因此，无补偿控制方法对于解决这个问题可能是有益的。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种用于功率变换器的功率级的有效的无补偿控制方法。具体地，本公开的目的是提供一种功率级的控制方法，该控制方法改善了从非连续到连续导通模式的过渡，反之亦然。利用根据独立方法权利要求的用于控制功率级的方法和根据独立装置权利要求的功率变换器来实现该目的。从属权利要求涉及本专利技术的进一步的方面。本专利技术涉及一种用于功率变换器的方法，该功率变换器被配置成根据控制可切换功率级的控制律从输入电压生成输出电压。该方法包括以下步骤：生成用于切换该功率级的脉冲控制信号；并且相对于恒定频率时钟信号在相位上平移该脉冲控制信号的脉冲。该脉冲被向前平移以增加周期中的电荷。该脉冲被向后平移以减少周期中的电荷。因此，这种电荷控制的方法不需要补偿。总的来说，该脉冲控制信号是循环的或者周期性的信号。脉宽调制信号是循环的脉冲控制信号。与调节PWM控制信号的占空比的基于补偿的调制技术相反，根据本专利技术，标称不变脉冲宽度的脉冲仅仅是在时间上进行了平移。该标称脉冲宽度可以通过多种方式来确定。确定标称脉冲宽度的一种方法是通过积分控制。在此，确定标称脉冲宽度以给出电压误差的零积分。该积分过程对噪声不敏感，，并且提供对大范围的值和设备参数的积分值。本专利技术的一个方面涉及附加的电荷控制。如果在周期内没有足够的空间来向前平移该脉冲，则周期中的电荷不得不另外增加。另选地，如果在周期内没有足够的空间来向后平移该脉冲，则周期中的电荷不得不另外减少。没有足够的空间意味着脉冲将进入周期脉冲控制信号的下一个循环或者周期。电荷可以通过改变脉冲控制信号的脉冲宽度来增加或减少，使得脉冲宽度的平方根据从基准电压和输出电压之间的差值得到的电压误差而改变。由于在周期内将被传递的电荷取决于电压误差以及脉冲宽度的平方，所以这是电荷控制的预测性方法。由于补偿中快速控制改变的需求被消除，该方法对于非连续导通模式特别有利的是非连续导通模式不需要补偿。具体地，该方法可以包括以下步骤：改变脉冲控制信号的脉冲宽度，使得通过下式给出所得到的可切换功率级的电容的电荷Q：Q=Vin-Vout2L(VinVout)tp2,]]>其中，Vin是输入电压，Vout是输出电压，L是可切换功率级的电感，以及tp是脉冲控制信号的脉冲宽度。当另外确定了稳态脉冲宽度tss时，该方法可以包括以下步骤：通过将稳态脉冲宽度tss增加附加的导通时间td来改变脉冲控制信号的脉冲宽度，使得通过下式给出可切换功率级的电容的附加的电荷Qd：Qd=Vin-Vout2L(VinVout)td[2tss-td]≈Vin-Vout2L(VinVout)tdtss.]]>该方法还包括以下步骤：在生成脉冲控制信号之前确定稳态脉冲宽度tss。本专利技术的一个方面涉及脉冲位置恢复。如果存在稳态或者准稳态电流改变，则脉冲位置可能需要被恢复。如果电流中存在稳态偏移，则每个周期需要增加或减少电荷。这将导致脉冲位置的稳态偏移。该稳态或者甚至准稳态偏移可以被检测到，并且如上所述脉冲宽度瞬间增加或者减小以抵消该平移。也就是说，例如，由于需要将该稳态脉冲位置恢复至其初始值，所以如果脉冲具有相对于其初始位置在时间上提前的稳态位置，则该脉冲可以针对单个周期(或者甚至是多个周期)增加。因此，该方法还包括以下步骤：试图检测电流的稳态或者准稳态偏移；以及当已经检测到稳态或者准稳态偏移时，调节脉冲宽度以抵消由稳态或者准稳态偏移导致的脉冲平移。本专利技术还涉及一种功率变换器，该功率变换器包括切换的功率级，该切换的功率级被配置成从输入电压生成输出电压，并且通过由控制器执行的控制律来控制。该控制器被配置成生成用于切换该功率级的脉冲控制信号，并且相对于恒定频率时钟信号在相位上平移脉冲控制信号的脉冲。该控制器将脉冲向前平移以增加周期中的电荷。该控制器将脉冲向后平移以减少周期中的电荷。附图说明参考附图，其中：图1示出了现有技术的切换降压变换器；图2示出了以脉冲平移电荷控制的无补偿方法操作的可切换功率级的电感电流和脉宽调制(PWM)切换信号的图；图3示出了在DCM下操作的可切换功率级的电感电流和脉宽调制(PWM)切换信号的图；以及图4示出了当另行确定稳态占空比时在DCM下操作的可切换功率级的电感电流和脉宽调制(PWM)切换信号的图。具体实施方式图1所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于功率变换器的控制方法，所述功率变换器被配置成根据控制可切换功率级的控制律从输入电压生成输出电压，所述方法包括以下步骤：生成用于切换所述功率级的脉冲控制信号；以及相对于恒定频率时钟信号在相位上平移所述脉冲控制信号的脉冲。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.30 US 61/884,2441.一种用于功率变换器的控制方法，所述功率变换器被配置成根据控制可切换
功率级的控制律从输入电压生成输出电压，所述方法包括以下步骤：
生成用于切换所述功率级的脉冲控制信号；以及
相对于恒定频率时钟信号在相位上平移所述脉冲控制信号的脉冲。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，平移所述脉冲控制信号的脉冲的步骤包
括向前平移所述脉冲以增加周期中的电荷。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，平移所述脉冲控制信号的脉冲的步骤包
括向后平移所述脉冲以减少周期中的电荷。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
改变所述脉冲控制信号的脉冲宽度，使得所述脉冲宽度的平方根据从基准电压与
所述输出电压之间的差值获得的电压误差而改变，以进一步增加或减少周期中的电
荷。
5.根据权利要求4所述的方法，所述方法包括以下步骤：
改变所述脉冲控制信号的所述脉冲宽度，使得通过下面等式给出所得到的周期的
电荷Q：
Q=Vin-Vout2L(VinVout)tp2,]]>其中，Vin是所述输入电压，Vout是所述输出电压，L是所述可切换功率级的电感，
以及tp是所述脉冲控制信号的所述脉冲宽度。
6.根据权利要求4所述的方法，所述方法包括以下步骤：
通过将稳态脉冲宽度tss增加附加的导通时间td来改变所述脉冲控制信号的所述
脉冲宽度，使得当另外确定了所述稳态脉冲宽度tss时，通过下面等式给出周期的附
加的电荷Qd：
Qd=Vin-Vout2L(VinVout)tdtss.]]>7.根据权利要求4所述的方法，该方法还包括以下步骤：
在生成所述脉冲控制信号之前确定所述稳态脉冲宽度tss。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
试图检测电流中的稳态或准稳态偏移；以及
当已经检测到稳态或准稳态偏移时，调节所述脉冲宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·杨，
申请(专利权)人：微电子中心德累斯顿有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE