用于具有数字压控环路的DC‑DC转换器的前馈电路制造技术

本公开涉及用于具有数字压控环路的DC‑DC转换器的前馈电路。公开了方法、设备和系统，用于接收第一时钟信号；接收数字占空比值；使用第一时钟信号和数字占空比值生成具有多个分立阶梯的数字脉宽调制(DPWM)信号以控制开关模式电源的开关；以及使用压控电路修改DPWM信号的多个分立阶梯中的每一个的持续时间，其中，压控电路被配置为接收模拟电压输入。

【技术实现步骤摘要】
用于具有数字压控环路的DC-DC转换器的前馈电路
本公开涉及功率转换器，并且具体地，涉及用于控制开关模式电源的开关的技术。
技术介绍
一些电路可以使用功率转换器，其接收来自电源的功率输入并将功率输入转换(例如，增加或减小)为具有与功率输入的电压或电流电平不同(例如，调节)的电压或电流电平的功率输出。转换器向滤波器输出功率输出，用于为部件、电路或其他电设备供电。基于开关的功率转换器可以使用半桥电路和信号调制技术来调节功率输出的电流或电压电平。在一些示例中，功率转换器可以使用模数转换器(ADC)来改进精度以及功率输出的电压或电流电平的控制。用于改进精度以及功率输出的电压或电流电平的控制的这些ADC可以降低功率转换器的总体效率和/或增加功率转换器的物理尺寸、复杂度和/或成本。
技术实现思路
总的来说，本公开的各个示例的目的在于DC-DC转换器，包括但不限于降压、升压或者降压-升压DC转换器，其包括数字压控环路和前馈电路。本文描述的技术、设备和系统可以使用前馈电路，包括向功率转换器中的前馈部件提供模拟输入电压电平以修改数字脉宽调制(DPWM)信号的最小分辨率。DPWM信号的最小分辨率的修改可以增强转换器检测到所提供输入电压的电压电平的突然变化并对其做出反应的能力，从而通过输入信号中的波动使得输出电压的干扰最小化。在一个示例中，本公开涉及一种用于控制DC-DC功率转换器的方法，包括：接收第一时钟信号；接收数字占空比值；使用第一时钟信号和数字占空比值生成数字脉宽调制(DPWM)信号，该DPWM信号具有多个离散阶梯以控制开关模式电源的开关；以及使用压控电路来修改DPWM信号的多个离散阶梯中的每一个的持续时间，其中压控电路被配置为接收模拟电压输入。在另一示例中，本公开涉及一种开关模式电源设备，包括：开关；模数转换器(ADC)，被配置为接收反馈电压电平并输出数字反馈电压电平；控制器，被配置为接收数字反馈电压电平，基于数字反馈电压电平确定数字占空比值并输出数字占空比值；以及数字脉宽调制器，包括至少一个前馈部件，被配置为基于数字控制电路修改数字脉宽调制(DPWM)信号的多个离散阶梯中的每一个的持续时间，其中数字脉宽调制器被配置为接收第一时钟信号和数字占空比值并生成DPWM信号来控制开关，并且压控电路被配置为接收模拟电压输入。在本公开的另一示例中，涉及一种用于控制DC-DC功率转换器的系统，包括：用于基于压控电路修改数字脉宽调制(DPWM)信号的多个离散阶梯中的每一个的持续时间的装置，其中压控电路被配置为接收模拟电压输入；用于接收第一时钟信号的装置；用于基于数字反馈电压电平接收数字占空比值的装置；以及用于基于第一时钟信号和数字占空比值生成DPWM信号以控制开关模式电源的开关的装置。以下在附图和说明书中阐述本公开的技术的一个或多个示例的细节。技术的其他特征、目的和优势将从说明书和附图以及权利要求中明确得出。附图说明图1是示出根据本公开的各个示例的用于转换来自电源的功率的示例性系统的框图。图2是示出根据本公开技术的包括前馈部件的功率转换器的示例的功能框图。图3是示出利用图2的示例性前馈部件对数字脉宽调制信号的最小分辨率进行示例性修改的概念图。图4是示出根据本公开技术的包括另一示例性前馈部件的功率转换器的示例的功能框图。图5是示出图4所示DPWM206的一个示例的功能框图。图6是示出根据本公开技术的包括又一示例性前馈部件的功率转换器的示例的功能框图。图7是示出图6所示DPWM306的一个示例的功能框图。图8是示出利用图6的示例性前馈部件进行数字脉宽调制信号的最小分辨率的示例性修改的概念图。图9是示出不具有前馈电路的示例性降压转换器的特性的示图。图10是示出根据本公开技术的具有前馈电路的示例性降压转换器的特性的示图。图11是示出不具有前馈电路的示例性升压转换器的特性的示图。图12是示出根据本公开技术的具有前馈电路的示例性升压转换器的特性的示图。图13是示出根据本公开示例的前馈控制的示例性技术的流程图。具体实施方式在一些应用中，基于开关的功率转换器(以下称为“功率转换器”或简称为“转换器”)可以接收功率输入并将功率输入转换(例如，增加(step-up)或降低(step-down))为例如具有与功率输入的电压或电流电平不同(例如，调节)的电压或电流电平的功率输出，以将功率输出提供给用于为负载(例如，设备)供电的滤波器。如本文所述，术语“增加(step-up)”表示被配置为接收具有第一电压电平的输入功率信号并输出具有大于第一电压电平的第二电压电平的功率信号的功率转换器。此外，如本文所述，术语“降低(step-down)”表示被配置为接收具有第一电压电平的输入功率信号并输出具有小于第一电压电平的第二电压电平的功率信号的功率转换器。在任一种情况下，根据一种或多种调制技术，功率转换器可以具有以功率转换器控制的功率级结构(例如，单相或多相半桥结构等)布置的一个或多个开关(例如，基于MOS功率开关晶体管的开关、基于氮化镓(GaN)的开关或者其他类型的开关器件)，以改变功率输出的电流或电压电平。单相半桥可以包括在切换节点处耦合至低侧开关的高侧开关，而多相半桥可以包括在切换节点处耦合至多个低侧开关的多个高侧开关。功率转换器可以包括一个或多个门驱动器和控制逻辑以使用调制技术控制功率级的一个或多个开关(例如，接通和断开)。功率级的开关的这种调制可以根据脉冲密度调制(PDM)、脉宽调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)或另一适当调制技术来进行操作。通过使用调制技术控制功率级的开关，功率转换器可以调节由功率转换器输出的功率的电流或电压电平。这些功率转换器可以使用反馈电路和技术，用于执行电流感测和/或电压感测来得到关于功率输出的电流或电压电平的信息。功率转换器可以使用利用反馈电路和技术接收的信息来提高功率输出的精度。例如，功率转换器可以使用反馈信息来在特定的容限或阈值窗内包含功率输出的电压或电流电平，用于满足负载的功率要求。这些功率转换器可以使用电流感测作为反馈电路和技术的一个示例，以确定输出至负载的功率的实时电流电平。如果功率转换器确定电流电平不满足负载的功率要求，则功率转换器可以调整或改变功率转换器如何控制功率开关，从而调整或改变功率输出的电流电平直到功率输出的电流电平包含在容限窗内并满足与负载的功率要求相关联的电流电平为止。在一些示例中，用于DC-DC转换器的数字压控环路比数字电流控制环路更加令人满意，因为数字压控环路要求减小的面积来实施，因为数字压控环路可以仅使用模数转换器(ADC)、数字比例-积分-微分(PID)控制器和数字脉宽调制器。不同于数字电流控制环路，数字压控环路不要求临时(interim)数模转换器(IDAC)或附加的ADC。然而，与数字电流控制环路相比，传统的数字压控环路缺乏良好的线拒绝(linerejection)能力，这对于DC-DC转换器来说是重要的要求。在一些示例中，功率转换器可以使用前馈电路和技术，用于执行电压感测来得到关于输入电压的电压电平的信息。功率转换器可以使用利用前馈电路和技术接收的信息以提高功率输出的精度。例如，功率转换器可以使用前馈信息来在特定的容限或阈值窗内包含功率输出的电压电平，用于满足负载的功率要求。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制DC‑DC功率转换器的方法，包括：接收第一时钟信号；接收数字占空比值；使用所述第一时钟信号和所述数字占空比值生成具有多个分立阶梯的数字脉宽调制(DPWM)信号以控制开关模式电源的开关；以及使用压控电路修改所述DPWM信号的多个分立阶梯中的每一个的持续时间，其中所述压控电路被配置为接收模拟电压输入。

【技术特征摘要】
2015.11.02 US 14/930,3591.一种用于控制DC-DC功率转换器的方法，包括：接收第一时钟信号；接收数字占空比值；使用所述第一时钟信号和所述数字占空比值生成具有多个分立阶梯的数字脉宽调制(DPWM)信号以控制开关模式电源的开关；以及使用压控电路修改所述DPWM信号的多个分立阶梯中的每一个的持续时间，其中所述压控电路被配置为接收模拟电压输入。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述压控电路包括可变延迟线，所述可变延迟线被配置为修改所述DPWM信号的多个分立阶梯中的每一个的持续时间。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：通过修改所述可变延迟线的持续时间来修改所述DPWM信号的多个分立阶梯中的每一个的持续时间。4.根据权利要求1所述的方法，其中压控振荡器生成所述第一时钟信号，并且其中所述压控振荡器的频率取决于所述压控电路。5.根据权利要求4所述的方法，其中使用所述压控电路修改所述DPWM信号的多个分立阶梯中的每一个的持续时间包括：计数所述DPWM信号的多个分立阶梯中的每一个；基于所述第一时钟信号的第一时钟边缘设置所述DPWM信号；当所述DPWM信号的多个分立阶梯中的每一个的计数等于所述数字占空比值时，清除所述DPWM信号；以及基于所述第一时钟信号的第二边缘，清除所述DPWM信号的多个分立阶梯的计数。6.根据权利要求4所述的方法，其中使用所述压控电路修改所述DPWM信号的多个分立阶梯中的每一个的持续时间包括：计数所述DPWM信号的多个分立阶梯中的每一个；响应于接收到所述第一时钟信号的第一时钟边缘，设置所述DPWM信号；响应于接收到所述第一时钟信号的第二边缘，清除所述DPWM信号的多个分立阶梯的计数；响应于所述DPWM信号的多个分立阶梯的计数等于所述数字占空比值的多个最高有效位的值，触发延迟线；以及响应于触发所述延迟线，清除所述DPWM信号；其中通过与所述数字占空比值的多个最低有效位相对应的多个延迟元件来确定所述延迟线的持续时间。7.根据权利要求1所述的方法，其中使用压控电路修改所述DPWM信号的多个分立阶梯中的每一个的持续时间包括：响应于接收到所述第一时钟信号的第一时钟边缘，设置所述DPWM信号；触发延迟线；以及响应于触发所述延迟线，清除所述DPWM信号；其中通过与所述数字占空比值的值相对应的多个延迟元件来确定所述延迟线的持续时间。8.根据权利要求1所述的方法，其中使用压控电路修改所述DPWM信号的多个分立阶梯中的每一个的持续时间包括：生成参考电流作为所述压控电路的函数；基于所述第一时钟信号的第一时钟边缘设置所述DPWM信号；以及基于所述数字占空比值和所述参考电流延迟所述DPWM信号的清除。9.根据权利要求8所述的方法，其中生成所述参考电流作为所述压控电路的函数包括：通过将来自延迟线的输出与校准时钟进行比较来生成电压；增加来自相位检测器的电压；通过将所述压控电路和所述相位检测器的所增加的电压相加到一起来生成参考电压；过滤所述参考电压；以及将所述参考电压转换为所述参考电流。10.一种开关模式电源设备，包括：开关；模数转换器(ADC)，被配置为：接收反馈电压电平，和输出数字反馈电压电平；控制器，被配置为：接收所述数字反馈电压电平，基于所述数字反馈电压电平确定数字占空比值，和输出所述数字占空比值；以及数字脉宽调制器，包括至少一个前馈部件，被配置为基于压控电路修改数字脉宽调制(DPWM)信号的多个分立阶梯中的每一个的持续时间，其中所述数字脉宽调制器被配置为：接收第一时钟信号和所述数字占空比值，并且生成所述DPWM信号来控制所述开关，以及其中所述压控电路被配置为接收模拟电压输入。11.根据权利要求10所述的设备，其中所述压控电路包括连接在模拟电源与所述至少一个前馈部件之间的压控振荡器，其中所述压控振荡器被配置为生成所述第一时钟信号并将所述第一时钟信号提供给所述至少一个前馈部件，其中所述压控振荡器的频率是所述模拟电源的电压的函数。12.根据权利要求11所述的设备，其中所述至少一个前馈部件包括：计数器，被配置为在接收到所述第一时钟信号的第一时钟边缘时开始所述DPWM信号的多个分立阶梯中...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·伯纳唐，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE