对DC-DC变换器进行数字控制制造技术

一种电流模式受控功率变换器（１）包括：与一个电感（Ｌ１）耦接的可控开关（Ｓ３），用于通过所述电感（Ｌ１）获得周期电流（Ｉ１）。电流反馈环路（２，３，４，５）产生一个电流误差信号（ＣＥ），其是所述功率变换器（１）中的设置电流级（ＳＣ）和检测电流（ＳＥ）的电平之间的差。驱动器（９），用于在所述电流误差信号（ＣＥ）指示检测电流（ＳＥ）的电平已经达到设置电流级（ＳＣ）时切断可控开关（Ｓ３）。电压反馈环路（１０，３，７，８，５）响应功率变换器（１）的输出电压（Ｖｏｕｔ）的电平来影响设置电流级（ＳＣ）。所述电压反馈环路（１０，３，７，８，５）包括：窗口电路（１０），用于检测输出电压（Ｖｏｕｔ）是否（ｉ）在环绕标称值（Ｖｒ）的第一窗口（ＷＳ）内，（ｉｉ）在第一窗口（ＷＳ）外部，但在一大于所述第一窗口（ＷＳ）的第二窗口（ＷＬ）内，（ｉｉｉ）在第二窗口（ＷＬ）外。与所述窗口电路（１０）耦接的控制器（３）用于确定设置电流级（ＳＣ）的一个适应值，其中当检测的输出电压（Ｖｏｕｔ）在第二窗口（ＷＬ）外而不是检测的输出电压（Ｖｏｕｔ）在第二窗口（ＷＬ）内但在第一窗口（ＷＳ）外时，所述适应值较大。

【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包括窗口电路和控制器的电流模式受控功率变换器，一种包括该电流模式受控功率变换器的便携式电子装置，和一种包括所述窗口电路和控制器的集成电路。
技术介绍
US 2002/0144163A1披露了一种用于控制功率变换器的系统和方法。诸如数字信号处理器或微处理器的控制器从多个功率变换模块接收数字信息并响应该信息发送控制命令。在一个实施例中，所述控制器以公知的电流模式控制操作所述系统并执行通常已知的自适应倾斜补偿。所述控制器包括一个窗口比较器，和一个模数变换器，其用于将功率变换器的模拟输出电压变换成数字值。模数变换器将设置电压和检测电压之间的数字差向控制器传达，并且窗口比较器向所述控制器传达输入电压是否从设置电压改变了以指示一个高或低检测电压。所述控制器确定提供给负载的电压是否在可接受的范围内，如果不在，则向功率IC传送调整设置电压的命令。所述控制器可操作在PWM模式下，其中提供源电压的电源的一小部分电流与参考值进行比较。在阈值等级下，限流器会有效的关闭“高压”驱动器。需要另一个模数变换器以将检测电流变换到数字域。所述控制器可包括一个PI补偿控制器。P动作具有减小上升时间和改进稳定性的效果，I动作具有消除稳态误差的效果。PI补偿器不能对加载步骤立即做出响应。PI补偿器的输出基本上被即时偏移一个量，该量与检测的负载电流的变化成比例。当负载电流达到新的补偿值时，PI补偿器才重新开始其动作。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有改进调节性能的数字控制器。本专利技术的第一方面提供一种如权利要求1所述的电流模式受控功率变换器。本专利技术的第二方面提供一种如权利要求14中所述的便携式电子装置。本专利技术的第三方面提供一种如权利要求15中所述的集成电路。各优选实施例被定义在从属权利要求中。根据本专利技术第一方面的电流模式受控功率变换器包括一个电流反馈环路，用于产生一个电流误差信号，其是所述功率变换器中的设置电流级和检测电流的等级之间的差。一个驱动器在所述电流误差信号指示检测电流的等级已经达到设置电流级时切断一可控开关。一个电压反馈环路响应功率变换器的输出电压的等级来影响设置电流级。这种电流反馈环路、驱动器和电压反馈环路通常用在已知的电流模式受控功率变换器中。所述电压反馈环路包括窗口电路，用于检测输出电压是否(i)在环绕标称值的第一窗口内，(ii)在第一窗口外部，但在一大于所述第一窗口的第二窗口内，(iii)在第二窗口外。第二窗口大于第一窗口，所以第二窗口的电平和输出电压的标称值之间的差就大于第一窗口的电平和输出电压的标称值之间的差。因此，事实上存在五个窗口区域在第一窗口内，在第一窗口的较高电平之上但在第二窗口内，低于第一窗口的较低电平但在第二窗口内，在第二窗口的较高电平以上或在第二窗口的较低电平以下。一个控制器与所述窗口电路耦接，用于确定设置电流级的一个适应值。当检测的输出电压在第二窗口外而不是检测的输出电压在第二窗口内但在第一窗口外时，所述适应值较大。因此，设置电流的变化量取决于输出电压的实际电平在哪个窗口中。如果输出电压的实际电平与其标称值之间的差相对较大，则用于校正该偏差的设置电流的变化量将相对较大。因此，功率变换器的控制行为被改进以更好的适合从标称情形的较大偏差。所述功率变换器可以是上变换器或下变换器。在两种情况中，可使用相同的控制动作。其优点是对于功率变换器的不同布局可使用相同的电路。在如权利要求2所定义的实施例中，所述窗口电路包括四个比较器，用于将所述输出电压与四个不同的参考电平进行比较。所述参考电平中的两个具有高于标称电平的不同值；另两个参考电平具有低于标称电平的不同值。所述标称电平是在功率变换器处于稳定状态时出现的输出电压的电平，在稳定的状态下输出电压具有在第一窗口内的期望值。优选的，所述电平环绕标称电平被对称的选择。代替昂贵的ADC，只需要四个比较器。在如权利要求3所定义的一个实施例中，所述控制器包括一个具有比例部分和积分部分的PI调节器，所述两个部分在第二窗口外部而不是在第二窗口内但在第一窗口外都是较大的。所述比例动作减小了上升时间并改进了稳定性；积分动作消除了稳态误差。再者，由于在第二窗口外部的较大比例和积分动作，如果输出电压从标称值偏移的越多，电流级适应的越快。在如权利要求5所定义的一个实施例中，当输出电压等级从第一窗口内变化至其外部但仍处于第二窗口内时，所述控制器首先将比例部分和积分部分增加至一第一电平，并在一稍候时刻，如果输出电压等级仍在第一窗口外但在第二窗口内，则将积分部分增加至高于第一电平的第二电平。其优点是在没有恶化系统速度的情况下而提高了电路的静态分辨率。在如权利要求6所述的一个实施例中，在一个切换周期期间所述积分部分的小数行为改进了所述分辨率。在如权利要求7所述的一个实施例中，积分动作具有三个可能的值；电路的静态分辨率在没有恶化系统速度的情况下被进一步改进。在如权利要求8所述的一个实施例中，由于数模转换器，将检测电流与设置电流级进行比较的比较器是一个模拟电路。必须将模拟检测电流转换成数字检测电流的另一个昂贵的模数转换器是不需要的。由于需要较高的速度和精度，这种模数转换器是昂贵的。在如权利要求9所述的一个实施例中，本身是已知的倾斜补偿已经被加入以在占空因数大于1/2时防止振荡控制行为。在如权利要求10所述的一个实施例中，求均允许使用具有相对较低分辨率的数模转换器来使芯片上的区域最小化。由于是对功率变换器的若干个切换周期进行求均，所以平均电平将变得足够精确。在如权利要求11所述的一个实施例中，使用抛物线波形来执行倾斜补偿。使用这种最佳补偿，来针对电流中的子谐波振荡实际上达到无振荡行为。在如权利要求12所述的一个实施例中，可容易的将功率变换器从脉冲宽度模式切换为脉冲频率模式。一般在电流模式受控功率变换器中出现的突发模式被防止。突发模式的缺点是输出电压上的波动非常大。在如权利要求13所述的一个实施例中，获得滞后，如果负载电流只在边上变化，则滞后会防止功率变换器在脉冲宽度模式和模冲频率模式之间连续切换。可将根据本专利技术的电源例如实施在便携式电子设备中，诸如，移动电话，个人数字助理，便携式MP3，CD或DVD播放器或GPS系统。所述电源的可能应用的另一个例子是汽车DC-DC变换器应用装置。本专利技术的这些和其它方面通过此后所述的实施例将是显而易见的并将参照这样的实施例对其进行说明。附图说明在图中，图1表示电流模式受控功率变换器的一个实施例的示意框图；图2A和2B表示在电流模式受控功率变换器中出现的基本波形；图3表示在使用根据本专利技术的两个窗口的情况下的电感中的输出电压和电流的波形；图4A和4B为表示比例部分和积分部分的不同电平的例子；图5表示用于说明根据输出电压等级的控制器的状态的状态示图；图6A和6B表示用于说明从脉冲宽度模式切换为脉冲频率模式的过程的波形。具体实施例方式图1表示电流模式受控功率变换器的一个实施例的示意框图。仅借助于示例，还被称之为功率变换器1的电流模式受控功率变换器1被显示为是一个上变换器。所述上变换器包括两个开关S3和S4的主电流路径的串联排布。所述串联排布被布置在一个参考电位(借助于示例将其表示为接地)和功率变换器1的输出之间，在所述功率变换器1的输出端提供输出电压V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流模式受控功率变换器（１），包括：与一个电感（Ｌ１）耦接的可控开关（Ｓ３），用于通过所述电感（Ｌ１）获得周期电流（Ｉ１），电流反馈环路（２，３，４，５），用于产生一个电流误差信号（ＣＥ），其是所述功率变换器（１）中的设 置电流级（ＳＣ）和检测电流（ＳＥ）的电平之间的差，驱动器（９），用于在所述电流误差信号（ＣＥ）指示检测电流（ＳＥ）的电平已经达到设置电流级（ＳＣ）时切断可控开关（Ｓ３），和电压反馈环路（１０，３，７，８，５）用于响应功率变换 器（１）的输出电压（Ｖｏｕｔ）的电平来影响设置电流级（ＳＣ），其中所述电压反馈环路（１０，３，７，８，５）包括：窗口电路（１０），用于检测窗口电压（Ｖｏｕｔ）是否（ｉ）在环绕标称值（Ｖｒ）的第一窗口（ＷＳ）内，（ｉｉ）在第一窗口（Ｗ Ｓ）外部，但在一大于所述第一窗口（ＷＳ）的第二窗口（ＷＬ）内，（ｉｉｉ）在第二窗口（ＷＬ）外，和与所述窗口电路（１０）耦接的控制器（３），用于确定设置电流级（ＳＣ）的一个适应值，其中当检测的输出电压（Ｖｏｕｔ）在第二窗口（ＷＬ）外而 不是检测的输出电压（Ｖｏｕｔ）在第二窗口（ＷＬ）内但在第一窗口（ＷＳ）外时，所述适应值较大。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨利艾特CJ波斯科，兰伯特JH福尔松，利尼利厄斯斯蒂恩斯特利，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]