用于电子变换器的功率控制模块、相关集成电路和电子变换器制造技术

本公开涉及用于电子变换器的功率控制模块、相关集成电路和电子变换器。具体地，公开了用于电子变换器的功率控制模块(280)。电子变换器包括功率级，功率级包括用于接收第一功率信号的两个输入端子以及用于提供第二功率信号的两个输出端子。电子变换器还包括被配置成根据反馈控制信号(y)控制功率级的操作的控制电路。特别地，功率控制模块(280)包括：被配置成根据反馈控制信号(y)以及表示向两个输入端子施加的电压的第一信号(v)生成参考信号(iref)的预处理模块(282a，290a)，以及被配置成根据参考信号(Iref)和表示流过两个输入端子的电流的第二信号(i)生成经修改的控制信号(w)的误差放大器(286，284a)。

【技术实现步骤摘要】

本公开的实施例涉及用于控制诸如开关模式电源之类的电子变换器的技术。
技术介绍
功率变换器是将电能从一种形式变换成另一种形式并且能够控制其从源到负载的流动的电子电路。无论能够考虑到哪种类型的功率变换器(取决于输入和输出，存在ac-dc、dc-dc、ac-ac和dc-ac功率变换器)，控制的概念在其性质方面是固有的。图1的框图示出了位于电源10(诸如电池或市电)与负载30之间的功率变换器20的总体结构。在所考虑的示例中，功率变换器20包括功率级22(有时称为“功率电路”)和控制单元24，控制单元24连接至功率级22并且基于数个电学量的测量来控制功率级22的操作。因此，功率变换器20从源10接收功率并且将电能变换成不同形式以施加至负载30。功率级22可以用很多电路拓扑结构来实现，通常包括功率半导体器件和无源部件(主要是变压器、电感器和/或电容器)的组合。在一些变换器中，功率级22可以包括使用级联或并联连接的相同或不同拓扑结构的多个变换级。控制单元24通过一个或多个传感器S1和S2接收所测量的电学量，该一个或多个传感器S1和S2监测功率级的操作条件。例如，图1中示出了耦合至功率级22的输入线路的第一组传感器S1以及耦合至功率级22的输出线路的第二组传感器S2。例如，传感器S2可以监测输出电压Vout和/或输出电流Iout，传感器S1可以监测输入电压Vin和/或输入电流Iin。然而，通常，也可以将其他量(电学量或热学量)考虑在内。基于所接收到的所测量的量，控制单元24输出控制信号，控制信号使得功率级22能够调制和控制能量流，从而有效地调节期望的电学量。现代功率变化通常基于开关模式技术，其中使用一个或多个电子开关以开关频率fSW闭合或断开功率电路22中的支路以控制能量流。开关通常是由控制单元驱动的功率半导体开关，即由控制单元输出的控制量是确定可控功率开关的断开和闭合状态的二进制(两电平)脉冲信号。功率开关可以是用于处理高功率开关操作的任意合适的半导体器件，诸如双极结型晶体管(BJT)、场效应晶体管(FET)和/或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。开关还可以包括二极管。例如，对于dc-dc变换器，控制单元24被配置成保持dc输出电压Vout和/或dc输出电流Iout恒定，即使在操作条件改变的情况下。本领域技术人员将理解，可以借助于例如整流器(诸如桥式整流器)来将ac输入功率变换成dc输入功率。例如，操作条件可以由于dc输入电压Vin的变化或者负载30所需要的功率的变化而发生变化。控制单元24确保要调节的输出量(Vout或Iout)尽可能接近预设恒定值(也称为设定点)。图2图示具有常规闭环负反馈控制设计的控制单元24。图2的控制单元包括4个主要的块：感测电路240、可选的信号调节电路242、调制器244和驱动器246。感测电路240测量要调节的量Xout，例如输出电压Vout或输出电流Iout，并且产生表示Xout的所测量的值信号x。可选地，感测电路240可以感测功率电路22中用于执行控制动作的其他电学量。所测量的值信号x然后被传输给可选的信号调节电路242。信号调节电路242处理来自于感测电路240的所测量的值信号x。特别地，信号调节电路242接收所测量的值信号x，并且基于所测量的值信号x生成控制信号y，诸如控制电压vC或控制电流iC。控制信号y是控制电压vC还是控制电流iC与要调节的量Xout是输出电压Vout还是输出电流Iout无关。例如，信号调节电路242可以包括频率补偿误差放大器，诸如I(积分)、PI(比例积分)或PID(比例积分微分)调节器。通常，这样的调节器使用被无源网络环绕的运算放大器(op-amp)来实现，无源网络也定义其在对于控制回路重要的频率范围(高达大约fSW/2)内的频率响应。调制器244接收控制信号y以及由感测电路240直接提供(并且如果需要被适当地调节)的可能的其他信号。具体地，调制器244调制量Ψ，功率级最终使用量Ψ来控制能量流。在开关模式功率级的上下文中，调制器244输出一系列低功率两电平脉冲信号qj(t)，这些信号由驱动器246来接收。例如，驱动器264可以是接收低功率输入qj(t)并且产生高功率信号Qj(t)的功率放大器和/或电平移位器。信号Qj(t)具有适于驱动功率级22的功率开关的幅度和功率水平。当变换器20的操作条件变化时，经调节的量Xout关于设定点的任何偏差产生x的变化并且然后产生控制信号y的变化。y的这一变化导致由调制器244处理的量Ψ的变化，并且这一变化趋向于平衡输入到输出能量流动。这一平衡确保了经调节的量Xout保持尽可能接近设定点。为了实现对输出量Xout的适当控制，控制系统24应当被设计成确保稳定的控制回路、良好的调节以及良好的动态性能。稳定的控制回路会使经调节的量Xout在操作条件变化之后恢复稳态值。良好的调节在变化前后的经调节的量Xout的稳态值尽可能接近设定点时满足。最后，良好的动态性能在经调节的量Xout在过渡期间没有过多地偏离设定点并且过渡本身在短时间内消失时实现。这些控制目标可以在控制回路的传递函数的特征量(诸如带宽、相位裕度和dc增益)方面来表达。这些目的可以通过作用于信号调节电路242中的误差放大器网络的频率响应(诸如设置其增益并且适当地设置其传递函数的极点和零点)来实现。这可以通过对构成附接至放大器的无源网络的电阻器和电容器的值的选择来实现。调制器244的结构或者换言之其处理的量Ψ的性质确定用于控制对输出量Xout进行调节的方法。有很多这样的方法。一组方法基于脉冲宽度调制(PWM)，并且包括诸如“占空比控制”(也称为“电压模式控制”)、“峰值电流模式控制”和“平均电流模式控制”等方法，这里仅给出最流行的方法。在占空比控制方法的情况下，量Ψ是功率开关在其间闭合的时间TON与开关周期TSW＝1/fSW之比。在峰值电流模式控制方法的情况下，量Ψ是流经能量存储磁性设备的峰值电流。在平均电流模式控制方法的情况下，量Ψ是流经能量存储磁性设备的平均电流。在这些方法的情况下，开关频率fSW通常是固定的但未必一定是固定的。除了PWM控制方法之外，还有脉冲频率调制(PFM)方法，其中开关频率fSW按照定义是可变的。在很多现有方法中，可以提及“直接频率控制”方法，其中Ψ是变换器的开关频率；以及“时移控制”方法，其中Ψ是从能量存储磁性设备中的电流的过零到功率开关的状态的下一变化的时间量。影响控制电路如何实现(特别是向调制器上传递控制信号的方式)的功率电路的另一重要特性是变换器是隔离的还是非隔离的。这一“隔离”是指变换器20的输入与输出之间电气屏障的存在。例如，图3a示出了升压变换器。通常，升压变换器包括用于接收输入电压Vin的两个输入端子以及用于提供输出电压Vout的两个输出端子。升压变换器是非隔离变换器，因为其具有用于输入和输出二者的公共的接地端子GND。如本领域技术人员公知的，正的输入端子经由电感器L和电子开关D1(通常是二极管的形式)连接至正的输出端子。另外的电子开关SW1连接在电感器L和二极管D1之间的中点与接地GND之间。最后，电容器Cout通常与输出并联连接。输入与输出之间的电连接使得这样的升压变换器简单并且成本高效，但本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电子变换器(20a)的功率控制模块(280)，所述电子变换器(20a)包括：‑功率级(22)，包括用于接收第一功率信号的两个输入端子(266a，266b；260GND1)以及用于提供第二功率信号的两个输出端子(262，GND2)，以及‑控制电路(24a)，被配置成根据反馈控制信号(y)控制所述功率级(22)的操作，其特征在于，所述功率控制模块(280)包括：‑预处理模块(282，290)，被配置成根据所述反馈控制信号(y)以及表示向所述两个输入端子(266a，266b；260GND1)施加的电压(Vin)的第一信号(v)生成参考信号(iref)，以及‑误差放大器(286，284)，被配置成根据所述参考信号(Iref)以及表示流过所述两个输入端子(266a，266b；260GND1)的电流(Iin；IP)的第二信号(i)生成经修改的控制信号(w)。

【技术特征摘要】
2015.12.21 IT 1020150000860301.一种用于电子变换器(20a)的功率控制模块(280)，所述电子变换器(20a)包括：-功率级(22)，包括用于接收第一功率信号的两个输入端子(266a，266b；260GND1)以及用于提供第二功率信号的两个输出端子(262，GND2)，以及-控制电路(24a)，被配置成根据反馈控制信号(y)控制所述功率级(22)的操作，其特征在于，所述功率控制模块(280)包括：-预处理模块(282，290)，被配置成根据所述反馈控制信号(y)以及表示向所述两个输入端子(266a，266b；260GND1)施加的电压(Vin)的第一信号(v)生成参考信号(iref)，以及-误差放大器(286，284)，被配置成根据所述参考信号(Iref)以及表示流过所述两个输入端子(266a，266b；260GND1)的电流(Iin；IP)的第二信号(i)生成经修改的控制信号(w)。2.根据权利要求1所述的功率控制模块(280)，其特征在于，所述预处理模块(282，290)包括：-被配置成向所述反馈控制信号(y)施加偏移(y0)的加法器(290)。3.根据权利要求1或权利要求2所述的功率控制模块(280)，其特征在于，所述预处理模块(282，290)包括：-被配置成通过将所述反馈控制信号(y)除以所述第一信号(v)来计算所述参考信号(iref)的除法器(282)。4.根据权利要求1或2所述的功率控制模块(280)，其特征在于，所述误差放大器(286，284)至少包括积分部件。5.根据权利要求3所述的功率控制模块(280)，其特征在于，所述误差放大器(286，284)包括：-运算放大器(286)，以及-用于所述运算放大器(286)的反馈网络(288)，所述反馈网络(288)包括至少一个电容器(CINT)。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·阿德拉格纳，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利;IT