数控降压-升压调节器制造技术

本发明专利技术涉及数控降压‑升压调节器。数控降压升压调节器包括H桥电路，其包括被配置成接收输入电压信号并基于该输入电压信号和向其提供的开关信号来生成输出电压信号的多个开关。控制器响应于输出电压信号的值而生成脉宽调制（PWM）控制值，并且量化器/映射器接收PWM控制值，并且如果PWM控制值在PWM控制值的预定范围之外，则提供到映射PWM控制值的第一映射，并且如果PWM控制值在预定范围内，则生成到映射PWM控制值的第二映射。数字脉宽调制器被配置成基于映射PWM控制值而生成开关信号且将生成的开关信号提供给H桥电路。

【技术实现步骤摘要】
数控降压-升压调节器本申请是下述申请的分案申请：专利技术名称：数控降压-升压调节器，申请日：2013年4月19日，申请号：201310137532.5。相关申请引用本申请要求2012年4月20日提交的题为“DigitallyControlledBuck-BoostRegulator”的美国临时专利申请号61/636,130的优先权，其内容通过引用特此整体地结合。
技术介绍
降压-升压转换器电路允许转换器在三个不同模式中的一个下进行操作：（1）降压模式（VOUT<VIN），（2）升压模式（VOUT>VIN），以及（3）降压-升压模式（VOUT≈VIN）。在其中输入电压可以在宽范围内改变的应用中，可以采用此类转换器作为调压器。在此类转换器中存在的某些挑战是在所有操作模式上使效率最优化以及以无缝方式在各种模式（即降压/升压/降压-升压）之间转移，其中，几乎不存在对输出电压质量的影响。
技术实现思路
在本公开的一个实施例中，数控降压升压调节器包括H桥电路，其包括被配置成接收输入电压信号并基于该输入电压信号和向其提供的开关信号来生成输出电压信号的多个开关。该调节器还包括被配置成响应于输出电压信号的值而生成脉宽调制（PWM）控制值的控制器以及被配置成接收PWM控制值并生成所映射PWM控制值并且被配置成响应于此而输出所映射PWM值的量化器。该调节器还包括被配置成基于所映射PWM值而生成开关信号并将所生成的开关信号提供给H桥电路的数字脉宽调制器。在本公开的另一实施例中，数控降压升压调节器包括：H桥电路，其包括被配置成接收输入电压信号并基于该输入电压信号和向其提供的开关信号来生成输出电压信号的多个开关；以及被配置成响应于输出电压信号的值而生成脉宽调制（PWM）控制值的控制器。该调节器还包括量化器，其被配置成接收PWM控制值并生成用于在PWM控制值的预定范围之外的PWM控制值的第一映射，并且生成用于在预定范围内的PWM控制值的第二、不同映射，并被配置成响应于此而输出所映射PWM值。该调节器还包括被配置成基于所映射PWM值而生成开关信号并将所生成的开关信号提供给H桥电路的数字脉宽调制器。控制降压-升压调节器的方法包括：基于调节器的反馈输出电压而生成脉宽调制（PWM）控制值，并且确定PWM控制值是否在预定值范围内。该方法还包括：如果PWM控制值在预定值范围之外，则基于第一映射函数将PWM控制值映射到所映射PWM控制值；并且如果PWM控制值在预定值范围内，则基于第二、不同映射函数将PWM控制值映射到所映射PWM控制值。该方法还包括基于所映射PWM控制值来计算占空因数并确定是降压操作模式还是升压操作模式。附图说明图1是图示出根据本公开的一个实施例的数控降压-升压转换器的电路示意图。图2A—2C是图1的H桥电路的电路示意图，其中，分别地图示出降压模式（图2A）、升压模式（图2B）和旁路模式（图2C）下的开关方案；以及图3是图示出根据本公开的另一个实施例的以数字方式控制降压-升压转换器的方法的流程图。图4是图示出根据本公开的实施例的采用数控调节器的便携式设备的方框级图。具体实施方式现在将参考附图来描述本公开，其中，相同的参考标号自始至终用来指示相同的元件，并且其中，所图示的结构和设备不一定按比例描绘。本公开通过消除降压-升压操作模式并采用具有数字脉宽调制器（PWM）的数字控制环路以保证从降压至升压模式的过渡为无缝而使效率最优化并提供降压-升压转换器中的无缝模式切换。此外，本公开的降压-升压转换器有利地完全消除了降压-升压操作模式，因此避免了其中H桥驱动电路中的全部四个开关正在被动态地开关的操作模式。图1图示出DC-DC调节器，诸如根据本公开的一个实施例的降压-升压转换器100。转换器100包括H桥式驱动电路102，其包括在图中标记为A、B、C和D的、驱动诸如线圈的电感负载的四个开关。在降压操作模式下，接收到的输入电压VIN大于输出电压VOUT。在此类操作中，开关C在整个降压模式期间以静态方式关断（即打开）且开关D开启（即闭合），而开关A和B按照PWM时段被动态地开关，如图2A中所图示。针对25%的占空因数，例如，开关A被闭合且开关B打开达到PWM时段的25%，并且然后它们切换并且A打开且B被闭合达到PWM时段的剩余75%。在此整个时间期间，开关C关断，而开关D开启。仍参考图1的H桥驱动电路102，在升压操作模式下，接收到的输入电压VIN小于输出电压VOUT。在此类操作中，开关A在整个升压模式期间以静态方式开启（即闭合）且开关B关断（即打开），而开关C和D按照PWM时段被动态地开关，如图2B中所图示。例如，针对25%的占空因数，开关C开启，开关D关断达到PWM时段的25%，并且然后开关C关断且开关D开启达到PWM时段的剩余75%。在此整个时间期间，开关A开启而开关B关断。再次参考图1，还可以在避免任何动态开关的高效旁路模式下驱动H桥驱动电路102。在此类旁路模式下，开关B和C被静态地保持关断，并且开关A和D被静态地保持开启，导致输入电压VIN经由线圈被直接耦合到输出端，如图2C中所图示。在这种情况下，输出电压VOUT近似输入电压VIN，并且由于未执行开关A、B、C和D的动态开关，避免了与之相关联的动态损耗。如下面将更全面地认识到的，本专利技术将先前把调节器置于降压-升压模式的PWM控制值映射到生成旁路模式的一个或多个值，因此完全避免降压-升压操作模式。虽然图1图示出用以实现DC-DC转换器的H桥驱动电路102，但可以采用其他类型的DC-DC转换器电路，诸如Dickson电荷泵和开关电容器DC-DC转换器。可以采用采取输入电压并基于该输入电压根据向其提供的开关信号来提供输出电压的任何电路，并且预期所有此类变化落在本公开的范围内。如图1中所图示，输出电压VOUT被反馈到模数转换器104（数字控制环路）以生成数字化输出电压值106。控制器108接收数字化输出电压值106，并生成基于VOUT/VIN的PWM控制值（PIDOUT）110。也就是说，控制器108采取数字化输出电压值106，并且将其连同输入电压VIN的数字值一起用来计算PWM控制值（PIDOUT）110。例如，在一个实施例中如下计算稳态（或平均）PWM控制值（PIDOUT）110：VOUT/VIN=(100–PIDOUT)/100，针对PIDOUT>0（降压模式），以及VOUT/VIN=100/(100+PIDOUT)，针对PIDOUT<0（升压模式）。对于降压模式（VIN>VOUT）而言，并且因此：PIDOUT=100–100(VOUT/VIN)，因此，对于降压模式而言，PIDOUT>0，以及对于升压模式（VOUT>VIN）而言，并且因此：PIDOUT=100(VIN/VOUT)-100，因此，对于升压模式而言，PIDOUT<0。应认识到的是，在本公开的一个实施例中，控制器108包括PID（比例积分微分）控制器或PI控制器。在这种背景下，实际上不执行以上计算，而是替代地反馈输出电压VOUT并且响应于此而生成误差信号，并且PID控制器108执行控制算法以使误差最小化。然而，在稳态背景下，PIDOUT值将近似为了帮助认识本公开的控制而提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控调节器，包括：DC‑DC转换器电路，被配置成接收输入电压信号，并且基于该输入电压信号和向其提供的开关信号而生成输出电压信号；控制器，被配置成响应于输出电压信号的值而生成脉宽调制（PWM）控制值；量化器，被配置成接收PWM控制值并生成映射PWM控制值；以及数字脉宽调制器，被配置成基于所述映射PWM值而生成开关信号，并将所生成开关信号提供给DC‑DC转换器电路。

【技术特征摘要】
2012.04.20 US 61/636130;2013.03.12 US 13/7949021.一种数控调节器，包括：DC-DC转换器电路，被配置成接收输入电压信号，并且基于该输入电压信号和向其提供的开关信号而生成输出电压信号；控制器，被配置成响应于输出电压信号的值而生成脉宽调制（PWM）控制值；量化器，被配置成接收PWM控制值并生成映射PWM控制值；以及数字脉宽调制器，被配置成基于所述映射PWM值而生成开关信号，并将所生成开关信号提供给DC-DC转换器电路。2.权利要求1的数控调节器，其中，所述量化器被配置成将落在第一阈值与第二阈值之间的多个PWM控制值映射到第一单个映射PWM值。3.权利要求2的数控调节器，其中，对于小于第一阈值且大于第三阈值的PWM控制值而言，PWM控制值被映射到第二单个映射值，并且其中，对于大于第二阈值且小于第四阈值的PWM控制值而言，PWM控制值被映射到第三单个映射值，其中，第一单个映射值、第二单个映射值以及第三单个映射值相互不同。4.权利要求2的数控调节器，其中，所述第一阈值和所述第二阈值关于零对称且具有相同的绝对值。5.权利要求2的数控调节器，其中，所述DC-DC转换器电路包括H桥电路，其包括被配置成接收开关信号的多个开关，并且其中，所述数字脉宽调制器被配置成在接收到第一单个映射PWM值时生成为静态的开关信号，将H桥电路置于旁路模式，其中，输出电压信号基本上等于输入电压信号。6.权利要求5的数控调节器，其中，H桥电路包括：第一开关元件，被耦合在输入电压节点与第一负载节点之间；第二开关元件，被耦合在第一负载节点与参考电位节点之间；第三开关元件，被耦合在输出电压节点与第二负载节点之间；第四开关元件，被耦合在第二负载节点与参考电位节点之间，其中，负载被配置成耦合在第一和第二负载节点之间；以及其中在旁路模式下，第一开关元件和第三开关元件被静态地闭合，并且第二开关元件和第四开关元件静态地打开，以通过负载将输入电压节点耦合到输出电压节点。7.权利要求2的数控调节器，其中，对于小于第一阈值的PWM控制值而言，量化器还被配置成输出指示升压模式的模式信号状态，并且其中，对于大于第二阈值的PWM控制值而言，量化器被配置成输出指示降压模式的模式信号状态。8.权利要求3的数控调节器，还包括：噪声成形器电路，被配置成从量化器接收误差信号，该误差信号具有与接收PWM控制值到第一、第二或第三单个映射PWM值中的一个的映射相对应的量值和符号，并被配置成基于所述第一、第二或第三单个映射PWM值中的一个而生成补偿信号，并将补偿信号提供给控制器。9.权利要求8的数控调节器，其中，所述控制器还被配置成采用来自噪声成形器电路的补偿信号以及输出电压信号的值来生成PWM控制值。10.一种数控调节器，包括：DC-DC转换器电路，被配置成接收输入电压信号，并且基于该输入电压信号和向其提供的开关信号而生成输出电压信号；控制器，被配置成响应于输出电压信号的值而生成脉宽调制（PWM）控制值；量化器，被配置成接收PWM控制值并生成用于在PWM控制值的预定范围之外的PWM控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：D赫比森，
申请(专利权)人：英特尔移动通信有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE