降压开关模式电力转换器大信号瞬时响应优化器制造技术

通过使用与固定频率脉宽调制PWM控制器组合的滞后控制用于提供稳健控制且优化对降压或降压衍生开关模式电力供应器SMPS系统拓扑中的干扰的响应来改进开关模式电力供应器SMPS对干扰的响应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及开关模式电力供应器，且更特定来说，涉及通过使用降压开关模式电力供应器(SMPS)的与脉宽调制(PWM)控制组合的滞后控制来改进所述SMPS的大信号瞬时响应。
技术介绍
任何负反馈控制系统中的对干扰的最佳响应是用滞后控制来实现的。然而，许多系统无法容忍存在于经严格滞后控制的系统中的可变频率或增加的涟波。现有技术已实施多种控制技术，例如双重边缘调制或增加控制系统的带宽，但是使用这些控制技术并不能优化对大干扰的响应。此外，在所述系统的正常操作期间使用这些控制技术一般导致减少的相位裕度及稳定性问题。需要用以改进SMPS系统对干扰的响应的较好方式。
技术实现思路
因此，期望通过使用与固定频率脉宽调制(PWM)控制组合的滞后控制用于提供稳健控制且优化对降压或降压衍生SMPS系统拓扑中的干扰的响应来优化所述SMPS系统对干扰的响应。根据本专利技术的特定实例实施例，一种使用与脉宽调制(PWM)控制组合的滞后控制的开关模式电力供应器(SMPS)控制器包括滞后控制电路，其具有耦合到参考电压的第一输入、稱合到表不开关模式电力供应器(SMPS)的负载侧输出电压的反馈电压的第二输入、用于控制高侧滞后需求的第一输出及用于控制低侧滞后停用的第二输出；PWM误差产生器，其具有耦合到所述参考电压的第三输入、耦合到所述反馈电压的第四输入、耦合到电流感测电路的第五输入及用于控制PWM需求的第三输出；及电力电路驱动器，其具有高侧(HS)电力控制输出及低侧(LS)电力控制输出，所述HS及LS电力控制输出适于驱动开关模式电力供应器(SMPS)的电力开关，所述PWM误差产生器的所述第三输出耦合到所述电力电路驱动器以用于控制其，且所述滞后控制电路的所述第一及第二输出耦合到所述电力电路驱动器以用于进一步控制其；所述PWM误差产生器第三输出控制所述电力电路驱动器以使所述反馈电压大体上等于所述参考电压，除非所述反馈电压与所述参考电压之间的差异大于至少预定值，其中如果所述反馈电压大于所述参考电压达至少所述预定值，那么所述滞后控制电路强制所述HS及LS电力控制输出到断开状态，如果所述反馈电压小于所述参考电压达至少所述预定值，那么所述滞后控制电路控制所述HS及LS电力控制输出的工作周期以便将所述参考电压与所述反馈电压之间的所述差异控制到小于所述预定值，且其后，所述PWM误差产生器将额外地控制所述HS及LS电力控制输出以便在某一时段内强制所述参考电压与所述反馈电压之间的所述差异到大体上O。根据本专利技术的另一特定实例实施例，一种用于使用与脉宽调制(PWM)控制组合的滞后控制来控制开关模式电力供应器(SMPS)的方法包括用滞后控制电路及PWM误差产生器确定参考电压与反馈电压之间的电压差异，所述反馈电压表示开关模式电力供应器(SMPS)的输出电压；当所述电压差异小于预定值时，用所述PWM误差产生器控制所述SMPS的电力开关，及当所述电压差异等于或大于所述预定值时，用所述滞后控制电路控制所述SMPS的电力开关，直到所述PWM误差产生器有时间来将所述电压差异减少到小于所述预定值。其中，所述用所述滞后控制电路及所述PWM误差产生器控制所述SMPS的电力开关的步骤包括a)确定所述反馈电压是否大于所述参考电压达至少所述预定值，且如果是，那么b)用所述滞后控制电路强制所述SMPS的电力开关到断开状态；c)确定所述反馈电压是否小于所述参考电压达至少所述预定值，且如果是，那么d)用所述滞后控制电路控制所述电力开关的工作周期，使得将所述参考电压与所述反馈电压之间的差异维持在小于所述预定值，且其后，e)用所述PWM误差产生器额外地控制所述电力开关以便在某一时段内强制所述参考电压与所述反馈电压之间的差异到大体上O ;及f)返回到步骤a)。附图说明本专利技术的较完整理解可通过参考结合附图所作的以下描述来获取，附图中图1说明基本调节器系统的示意性框图；图2说明图1所示的一般电力调节器的更详细示意性框图；图3说明根据本专利技术的教示的控制电路的示意性框图；图4说明根据本专利技术的特定实例实施例的图3所示的控制电路的详细实施方案的示意图；图5说明根据本专利技术的教示的通过分别在图3及4中所示的控制电路控制的同步降压SMPS电力电路的示意图；图6说明仅使用PWM控制回路的SMPS对包括负载的明显增加的干扰的响应的图表;图7说明图6所示的图表的扩大时间轴；图8说明使用与所述PWM控制回路组合的快速外部滞后控制的SMPS对包括负载的明显增加的干扰的响应的图表；图9说明图8所示的图表的扩大时间轴；图10说明仅使用PWM控制回路的SMPS对包括负载的明显减少的干扰的响应的图表;图11说明图10所示的图表的扩大时间轴；图12说明使用与PWM控制回路组合的快速外部滞后控制的SMPS对包括负载的明显减少的干扰的响应的图表；及图13说明图12所示的图表的扩大时间轴。虽然本专利技术可能有多种修改及替代形式，但其特定实例实施例已展示在图式中并在本文中予以详细描述。然而，应理解，本文对特定实例实施例的描述并非旨在将本专利技术限制为本文所揭示的特别形式，而是恰恰相反，本专利技术将涵盖如所附权利要求书所界定的所有修改及等效物。具体实施例方式现在参考图式，示意性地说明特定实例实施例的细节。在图式中相同元件将由相同数字表示，且相似元件将由具有不同小写字母后缀的相同数字表示。在一般意义上，电力转换器可界定为在连续基础上将一种形式的能量转换成另一种形式的能量的装置。当此电力系统正在执行其转换功能时其内的任何能量存储或损失通常等同于能量转化过程。存在许多类型的装置，其可提供具有不同程度的成本、可靠性、复杂性及效率的此功能。用于电力转换的机制可采取许多基本形式，例如本质上为机械、电学或化学处理的那些形式。本文将集中于电学地且以动态方式执行能量转化的电力转换器，其使用一组有限组件(所述组件包括电感器、电容器、变压器、开关及电阻器)。怎样连接这些电路组件是由所需的电力转化来确定的。电阻器引入不合需要的电力损失。由于高效率在大多数应用中通常是最重要的需求，所以在主电力控制路径中应避免或最小化电阻性电路元件。仅在极少的场合中且针对非常特定的原因，才将消耗电力的电阻引入所述主电力控制路径中。在辅助电路(例如，整个系统的序列、监视器及控制电子器件)中，高值电阻器是常见的，这是因为其损失作用通常并不明显。参考图1，其描绘基本调节器系统的示意性框图。电力系统102(例如，基本开关模式电力转换器)，其中未经控制的电压(或电流或电力)源的输入被施加到电力系统102的输入以期望输出处的电压(或电流或电力)将被很好地控制。控制所述输出的基础是某种形式的参考，且所述输出与所述参考之间的任何偏离成为误差。在经反馈控制的系统中，负反馈用于将此误差减少到可接受的值，接近于所述系统所要求的零。通常期望快速减少所述误差，但是反馈控制固有地具有系统响应与系统稳定性之间的权衡。反馈网络的响应越多，不稳定性的风险就变得越大。在这点上，应提及存在另一种控制方法-前馈。用前馈控制，控制信号是响应于输入变化或扰动而直接形成。相较于反馈，前馈较不精确，这是因为不涉及输出感测，然而，没有等待形成输出误差信号的延迟，且前馈控制不会引起不稳定性。应清楚，前馈控制通常不足以作为用于电压调节器的仅有控制方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.19 US 12/839,0121.一种使用与脉宽调制PWM控制组合的滞后控制的开关模式电力供应器SMPS控制器，所述控制器包括: 滞后控制电路，其具有耦合到参考电压的第一输入、耦合到表示开关模式电力供应器SMPS的负载侧输出电压的反馈电压的第二输入、用于控制高侧滞后需求的第一输出及用于控制低侧滞后停用的第二输出； PWM误差产生器，其具有耦合到所述参考电压的第三输入、耦合到所述反馈电压的第四输入、耦合到电流感测电路的第五输入及用于控制PWM需求的第三输出 '及 电力电路驱动器，其具有高侧HS电力控制输出及低侧LS电力控制输出，所述HS及LS电力控制输出适于驱动开关模式电力供应器SMPS的电力开关,所述PWM误差产生器的所述第三输出耦合到所述电力电路驱动器以用于控制其，且所述滞后控制电路的所述第一及第二输出耦合到所述电力电路驱动器以用于进一步控制其； 所述PWM误差产生器第三输出控制所述电力电路驱动器以使所述反馈电压大体上等于所述参考电压，除非所述反馈电压与所述参考电压之间的差异大于至少预定值，其中如果所述反馈电压大于所述参考电压达至少所述预定值，那么所述滞后控制电路强制所述HS及LS电力控制输出到断开状态， 如果所述反馈电压小于所述参考电压达至少所述预定值，那么所述滞后控制电路控制所述HS及LS电力控制输出的工作周期以便将所述参考电压与所述反馈电压之间的所述差异控制到小于所述预定值，且 其后，所述PWM误差产生器将额外地控制所述HS及LS电力控制输出以便在某一时段内强制所述参考电压与所述反馈电压之间的所述差异到大体上O。2.根据权利要求1所述的SMPS控制器，其中当所述参考电压与所述反馈电压之间的所述差异大体上为O时，所述PWM误差产生器基于在所述PWM误差产生器的所述第五输入处所接收的电流值而控制所述HS及LS电力控制输出。3.根据权利要求1所述的SMPS控制器，其中所述SMPS的所述电力开关是电力场效应晶体管。4.根据权利要求1所述的SMPS控制器，其中所述电流感测电路包括: 电流/电压转换器，其具有耦合到位于所述SMPS的电源侧上的电流传感器的输入 '及 电压输出，其耦合到所述PWM误差产生器的所述第五输入。5.根据权利要求1所述的SMPS控制器，其中所述滞...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特·迪尔伯恩，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：
国别省市：