用于统一伺服系统中的多个控制模式的动态操纵配置技术方案

本发明专利技术公开系统和方法，该系统和方法提供控制功率电子装置(例如，功率变换器)的操作的具有多个子控制输入的控制电路。多个子控制输入中的每个从包括反馈电路的单独子控制电路中输出，该反馈电路具有连接到公用控制节点的输入。公用控制节点耦合到控制器(例如，PWM控制器)的输入。子控制电路中的每个的输出由相应的开关(例如，二极管、晶体管等)耦合到公用控制节点，以便子控制电路中的每个可以选择性地耦合到公用控制节点，以将控制信号提供到控制器。由于反馈补偿电路中的每个的部件在调节电压而非更高电源电压下偏压，因此，控制电路可以以最小的延迟在控制模式之间切换。

Dynamic manipulation configuration for multiple control modes in a unified servo system

The invention discloses a system and method providing a control circuit with multiple sub control inputs to control the operation of a power electronic device (for example, a power converter). Each of the plurality of sub control inputs is output from a single child control circuit including a feedback circuit that has an input connected to the common control node. The common control node is coupled to the input of the controller (for example, the PWM controller). Each sub control circuit in the output from the corresponding switch (e.g., diodes, transistors) coupled to a common control node, so that each sub control circuit may be selectively coupled to a common control node, the control signal to the controller to provide. Since each component of the feedback compensation circuit is biased at a regulated voltage rather than a higher supply voltage, the control circuit may be switched between the control modes with minimal delay.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及用于功率电子装置的控制系统。
技术介绍
一般而言，电源/变换器应用要求电源在被各种电极限(例如，电压、电流、功率、电阻和电导)限制的明确定义的操作区域内操作。电源的操作可以被控制在操作区域内操作，以保护电源、保护耦合到电源的负载，或者用于一些所需的控制效果。根据应用，电源可以(例如)被要求提供不超过指定电流极限的恒定功率输出。此外，一些电源应用要求电源能够有效地在操作模式之间切换。例如，一些电源可以在提供恒定电源到提供恒定电流之间切换。图1示出DC/DC功率变换器10的简化示意图。功率变换器10通过重复断开和闭合电源开关12进行操作。开关12可以是(例如)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在一些实施方案中，闭合开关12致使电流从直流(DC)输入源14流过可磁化部分16的绕组(例如，变压器的初级绕组，电感器)。在一个示例中，开关12的端子之间出现粗糙DC电压。在另一示例中，交流(AC)线电压可以(例如)由桥式整流器(未示出)和相关联的平滑电容器(未示出)进行整流，以将经过整流和平滑的粗糙DC电压提供到开关的端子。当开关12闭合时，流过可磁化部分16的电流可以致使能量存储在可磁化部分中。开关12随后断开。当开关12断开时，存储在可磁化部分16中的能量通过整流器与输出滤波器20(例如，二极管和电容器)转移到功率变换器的输出节点18。电流可以使输出滤波器20充电。在恒定电压(CV)模式下的稳态操作中，开关12可以迅速地切换到断开和闭合，并且以这样的方式使得输出滤波器20上的输出电压VOUT在输出节点18处保持基本上恒定。功率变换器10包括控制器22，所述控制器控制开关12的断开和闭合。例如，控制器22可以采取脉冲宽度调制(PWM)控制器的形式。功率变换器10在利用伺服反馈控制的两个控制模式下操作：恒定电压(CV)模式和恒定电流(CC)模式。在CV操作模式下，输出电压VOUT由电压感测电路24(例如，电阻分压器)感测。电压感测电路24的输出节点26耦合到电压控制放大器28的反相输入端子。电压控制放大器28可以耦合到正电源和负电源(例如，VCC和接地、+VCC和–VCC等)。电压控制放大器28将电压感测电路的输出节点26处的电压与耦合到非反相输入端子的参考电压VREF1进行比较，并且在节点29处将比较的结果输出到电压控制放大器28的输出端子上(VEA)。反馈补偿电路30耦合在电压控制放大器28的反相输入端子与输出端子之间。反馈补偿电路30包括串联连接在一起的补偿或反馈电容器32和反馈电阻器34。如果电压控制放大器28反相输入的比较低于它的非反相输入(即，VOUT低于调节)，那么放大器28的输出电压将增加到公用控制节点38处的所需电压，以维持VOUT的调节。如果放大器28反相输入的比较大于它的非反相输入(即，VOUT高于调节)，那么放大器28的输出电压将降低到公用控制节点38处的所需电压，以维持VOUT的调节。在这两种情况下，公用控制节点38处的这个误差电压(VCONTROL)表明输出节点18处的输出电压VOUT。上拉电阻器36为放大器28提供源电流。控制器22的输入耦合到公用控制节点38，并且基于所接收的误差电压，控制器控制开关12的开/关工作周期，以调整输出电压VOUT。在CC操作模式下，由功率变换器10供应的电流IOUT被电流感测电路42(例如，感测电阻器)感测。电流感测电路42的输出节点44上的电压由电流控制放大器46感测。电流控制放大器46可以耦合到正电源和负电源(例如，VCC和接地、+VCC和–VCC等)。反馈补偿电路48耦合在电压控制放大器46的反相输入端子与节点47处的输出端子(VCA)之间。反馈补偿电路48包括串联连接在一起的补偿或反馈电容器50和反馈电阻器52。如果由电流感测电流42输出的电压大于预定值，那么电流控制放大器46致使其输出端子上的电压减少到公用控制节点38处所需的相对低电压(VCONTROL)，以维持输出负载IOUT的预定极限。上拉电阻器36为放大器46提供源电流。因此，由控制器22感测的电压表明输出电流IOUT的幅度。基于公用控制节点38电压，控制器控制开关12的开/关工作周期，以调整输出电流IOUT。在此示例中，阻流二极管40和54被配置成使得选择最小误差信号并且将它提供到控制器22。因此，二极管可以被称为处于“ORed”或“ORing”配置。功率变换器10在CV模式或CC模式下操作，取决于负载条件。在一个示例中，如果输出电流超出指定电流(例如，短路或其他过电流条件)，那么功率变换器10在恒定电流模式下操作。否则，功率变换器10在恒定电压模式下操作。因此，在此示例中，CC模式充当限流器，以保护功率变换器的一个或多个部件，诸如，开关在图1的功率变换器10中，在操作模式之间过渡时(例如，从CV过渡到CC模式)，可以出现不合需要的瞬变。具体而言，在输出节点18处的短路条件下，可以出现可损坏开关12或其他电路的高瞬变输入电流。此外，在功率变换器10的启动期间，尤其是在将功率传递到电容负载时，可以出现过量输入电流纹波和输出电压纹波。
技术实现思路
回顾图1的示意图，揭露了两个控制模式之间的过渡导致上述瞬变的原因。当在CV模式时，电压控制放大器28的输出电压处于相对低调节点(例如，几伏)。不在控制中的电流控制放大器46的输出电压非常接近正电源轨VCC(例如，五伏)。当控制从电压控制放大器28切换到电流控制放大器46时，例如，电流控制放大器的输出电压必须从接近VCC向下摆动到低得多的调节点电压。这个“摆动”被若干因素延迟。一个相对次要的因素是运算放大器在它的极限(例如，接近+VCC轨)下工作的固有延迟。另一相对次要的因素是运算放大器的有效转换速率。相对主要因素是当控制在模式之间切换之后使局部反馈电容器32和50充电或放电到相应放大器28和46的新输出电压所需的时间。在一些示例中，使反馈电容器32和50放电可以需要若干时钟周期(例如，550kHz开关频率下的50个时钟周期或更多)，从而导致控制模式之间的切换出现明显延迟，造成应用于一个或多个部件(诸如，开关12)的不可控制的能量的延长周期。这个延迟可以导致高瞬变输入电流和电压(例如，漏电压)，从而可能会损坏开关12或功率变换器10的其他部件。用来控制功率电子装置的操作的控制电路可以被概括为包括：公用控制节点；第一子控制电路，其包括：第一放大器，该第一放大器包括第一输入、第二输入和输出；第一电容反馈电路，该第一电容反馈电路包括耦合到公用控制节点的输入和耦合到第一放大器的第一输入的输出；和第一开关，该第一开关包括第一端子和第二端子，第一端子耦合到第一放大器的输出并且第二端子耦合到公用控制节点；以及第二子控制电路，其包括：第二放大器，该第二放大器包括第一输入、第二输入和输出；第二电容反馈电路，该第二电容反馈电路包括耦合到公用控制节点的输入和耦合到第二放大器的第一输入的输出；和第二开关，该第二开关包括第一端子和第二端子，第一端子耦合到第二放大器的输出并且第二端子耦合到公用控制节点。控制电路还可以包括耦合到第一放大器的第二输入的第一参考电压源；以及耦合到第二放大器的第二输入的第二参考电压源。第一参考电压源可以提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来控制功率电子装置的操作的控制电路，所述控制电路包括：公用控制节点；第一子控制电路，其包括：第一放大器，所述第一放大器包括第一输入、第二输入和输出；第一电容反馈电路，所述第一电容反馈电路包括直接连接到所述公用控制节点的输入和耦合到所述第一放大器的第一输入的输出；和第一开关，所述第一开关包括第一端子和第二端子，所述第一端子耦合到所述第一放大器的输出并且所述第二端子耦合到所述公用控制节点；以及第二子控制电路，其包括：第二放大器，所述第二放大器包括第一输入、第二输入和输出；第二电容反馈电路，所述第二电容反馈电路包括直接连接到所述公用控制节点的输入和耦合到所述第二放大器的第一输入的输出；和第二开关，所述第二开关包括第一端子和第二端子，所述第一端子耦合到所述第二放大器的输出并且所述第二端子耦合到所述公用控制节点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.17 US 14/333,7051.一种用来控制功率电子装置的操作的控制电路，所述控制电路包括：公用控制节点；第一子控制电路，其包括：第一放大器，所述第一放大器包括第一输入、第二输入和输出；第一电容反馈电路，所述第一电容反馈电路包括直接连接到所述公用控制节点的输入和耦合到所述第一放大器的第一输入的输出；和第一开关，所述第一开关包括第一端子和第二端子，所述第一端子耦合到所述第一放大器的输出并且所述第二端子耦合到所述公用控制节点；以及第二子控制电路，其包括：第二放大器，所述第二放大器包括第一输入、第二输入和输出；第二电容反馈电路，所述第二电容反馈电路包括直接连接到所述公用控制节点的输入和耦合到所述第二放大器的第一输入的输出；和第二开关，所述第二开关包括第一端子和第二端子，所述第一端子耦合到所述第二放大器的输出并且所述第二端子耦合到所述公用控制节点。2.根据权利要求1所述的控制电路，其还包括：耦合到所述第一放大器的第二输入的第一参考电压源；以及耦合到所述第二放大器的第二输入的第二参考电压源。3.根据权利要求2所述的控制电路，其中所述第一参考电压源提供表明所述功率电子装置的参考输出电压的电压，并且所述第二参考电压源提供表明所述功率电子装置的参考输出电流的电压。4.根据权利要求1所述的控制电路，其还包括：包括控制输入的控制器，所述控制输入电耦合到所述公用控制节点。5.根据权利要求1所述的控制电路，其还包括：电压感测电路，所述电压感测电路包括表明所述功率电子装置的输出电压的输出，所述输出耦合到所述第一放大器的第一输入；以及电流感测电路，所述电流感测电路包括表明所述功率电子装置的输出电流的输出，所述输出耦合到所述第二放大器的第一输入。6.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述第一开关采取第一二极管的形式，并且所述第二开关采取第二二极管的形式。7.根据权利要求6所述的控制电路，其中所述第一开关的第一端子包括所述第一二极管的阴极并且所述第一开关的第二端子包括所述第一二极管的阳极，以及所述第二开关的第一端子包括所述第二二极管的阴极并且所述第二开关的第二端子包括所述第二二极管的阳极。8.根据权利要求1所述的控制电路，其还包括：第三子控制电路，其包括：第三放大器，所述第三放大器包括第一输入、第二输入和输出；第三电容反馈电路，所述第三电容反馈电路包括直接连接到所述公用控制节点的输入和耦合到所述第三放大器的第一输入的输出；和第三开关，所述第三开关包括第一端子和第二端子，所述第一端子耦合到所述第三放大器的输出并且所述第二端子耦合到所述公用控制节点。9.一种用来控制功率电子装置的操作的控制电路，所述控制电路包括：公用控制节点；第一子控制电路，其包括：第一前馈控制部分，所述第一前馈控制部分包括第一前...

【专利技术属性】
技术研发人员：库温·拉姆，索万·桑，阮科，
申请(专利权)人：克兰电子公司，
类型：发明
国别省市：美国;US