功率變換器的無(wú)補(bǔ)償調(diào)制制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于控制功率變換器的功率級(jí)的方法，該功率變換器被配置成根據(jù)控制可切換功率級(jí)的控制律從輸入電壓生成輸出電壓。該方法包括生成用于切換該功率級(jí)的脈沖控制信號(hào)，并且相對(duì)于恒定頻率時(shí)鐘信號(hào)在相位上平移該脈沖控制信號(hào)。該脈沖被向前平移以增加周期中的電荷。該脈沖被向后平移以減少周期中的電荷。因此，這種電荷控制的方法不需要補(bǔ)償。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種用于功率變換器的無(wú)需補(bǔ)償?shù)恼{(diào)制技術(shù)。本專利技術(shù)具體地涉及功率變換器的脈沖平移調(diào)制。
技術(shù)介紹
切換式DC-DC變換器包括可切換功率級(jí)(switchablepowerstage)，其中，根據(jù)切換信號(hào)和輸入電壓生成輸出電壓。在數(shù)字控制電路中生成切換信號(hào)，該數(shù)字控制電路將輸出電壓調(diào)節(jié)成基準(zhǔn)電壓。圖1示出了降壓變換器。可切換功率級(jí)11包括由高側(cè)場(chǎng)效晶體管(FET)12與低側(cè)FET13所組成的雙開(kāi)關(guān)、電感器14、以及電容器15。在充電階段期間，通過(guò)切換信號(hào)使高側(cè)FET12導(dǎo)通并且使低側(cè)FET13截止，以對(duì)電容器15進(jìn)行充電。在放電階段期間，高側(cè)FET12截止并且低側(cè)FET13導(dǎo)通，以使平均電感電流與負(fù)載電流相匹配。該切換信號(hào)被生成為具有通過(guò)控制器16的控制律(controllaw)確定的占空比的脈寬調(diào)制信號(hào)。脈沖調(diào)制通常需要由控制器16執(zhí)行的補(bǔ)償。具體地，多個(gè)功率變換器包括多個(gè)功率級(jí)或者設(shè)備。那么，必須要針對(duì)每個(gè)設(shè)備確定補(bǔ)償。這需要大量的工作來(lái)確定最佳補(bǔ)償。近年來(lái)，自動(dòng)補(bǔ)償?shù)目刂破饕呀?jīng)開(kāi)始出現(xiàn)在市場(chǎng)中。另一方法是根本不需要補(bǔ)償?shù)恼{(diào)制技術(shù)。作為變頻技術(shù)，可以將滑模控制(slidingmodecontrol)配置成是無(wú)補(bǔ)償?shù)摹４送猓總€(gè)設(shè)備可以在連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)或者在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作。(CCM)意味著能量轉(zhuǎn)移電感器中的電流在切換周期之間基本上從來(lái)不會(huì)變?yōu)榱悖M管該電流可能從正電流到負(fù)電流經(jīng)過(guò)零電流。在DCM下，電流變?yōu)榱悖⑶以谇袚Q周期的一部分期間保持在零。在如圖1所示的降壓衍生變換器(buckderivedconverters)中，主要缺陷是，當(dāng)該降壓變換器從CCM變?yōu)镈CM時(shí)，其從一個(gè)控制律變換為另一個(gè)控制律。在升壓和升降壓衍生系統(tǒng)中，在CCM中存在右半平面零點(diǎn)，這在DCM中是不存在的。這使得更加難以用良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)來(lái)穩(wěn)定這些變換器。因此DCM調(diào)節(jié)通常需要補(bǔ)償，這與CCM不同。因此，從非連續(xù)導(dǎo)通模式到連續(xù)導(dǎo)通模式的過(guò)渡需要補(bǔ)償?shù)目焖偈芸刈兓Ｒ虼耍瑹o(wú)補(bǔ)償控制方法對(duì)于解決這個(gè)問(wèn)題可能是有益的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本公開(kāi)的目的是提供一種用于功率變換器的功率級(jí)的有效的無(wú)補(bǔ)償控制方法。具體地，本公開(kāi)的目的是提供一種功率級(jí)的控制方法，該控制方法改善了從非連續(xù)到連續(xù)導(dǎo)通模式的過(guò)渡，反之亦然。利用根據(jù)獨(dú)立方法權(quán)利要求的用于控制功率級(jí)的方法和根據(jù)獨(dú)立裝置權(quán)利要求的功率變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的。從屬權(quán)利要求涉及本專利技術(shù)的進(jìn)一步的方面。本專利技術(shù)涉及一種用于功率變換器的方法，該功率變換器被配置成根據(jù)控制可切換功率級(jí)的控制律從輸入電壓生成輸出電壓。該方法包括以下步驟：生成用于切換該功率級(jí)的脈沖控制信號(hào)；并且相對(duì)于恒定頻率時(shí)鐘信號(hào)在相位上平移該脈沖控制信號(hào)的脈沖。該脈沖被向前平移以增加周期中的電荷。該脈沖被向后平移以減少周期中的電荷。因此，這種電荷控制的方法不需要補(bǔ)償。總的來(lái)說(shuō)，該脈沖控制信號(hào)是循環(huán)的或者周期性的信號(hào)。脈寬調(diào)制信號(hào)是循環(huán)的脈沖控制信號(hào)。與調(diào)節(jié)PWM控制信號(hào)的占空比的基于補(bǔ)償?shù)恼{(diào)制技術(shù)相反，根據(jù)本專利技術(shù)，標(biāo)稱不變脈沖寬度的脈沖僅僅是在時(shí)間上進(jìn)行了平移。該標(biāo)稱脈沖寬度可以通過(guò)多種方式來(lái)確定。確定標(biāo)稱脈沖寬度的一種方法是通過(guò)積分控制。在此，確定標(biāo)稱脈沖寬度以給出電壓誤差的零積分。該積分過(guò)程對(duì)噪聲不敏感，，并且提供對(duì)大范圍的值和設(shè)備參數(shù)的積分值。本專利技術(shù)的一個(gè)方面涉及附加的電荷控制。如果在周期內(nèi)沒(méi)有足夠的空間來(lái)向前平移該脈沖，則周期中的電荷不得不另外增加。另選地，如果在周期內(nèi)沒(méi)有足夠的空間來(lái)向后平移該脈沖，則周期中的電荷不得不另外減少。沒(méi)有足夠的空間意味著脈沖將進(jìn)入周期脈沖控制信號(hào)的下一個(gè)循環(huán)或者周期。電荷可以通過(guò)改變脈沖控制信號(hào)的脈沖寬度來(lái)增加或減少，使得脈沖寬度的平方根據(jù)從基準(zhǔn)電壓和輸出電壓之間的差值得到的電壓誤差而改變。由于在周期內(nèi)將被傳遞的電荷取決于電壓誤差以及脈沖寬度的平方，所以這是電荷控制的預(yù)測(cè)性方法。由于補(bǔ)償中快速控制改變的需求被消除，該方法對(duì)于非連續(xù)導(dǎo)通模式特別有利的是非連續(xù)導(dǎo)通模式不需要補(bǔ)償。具體地，該方法可以包括以下步驟：改變脈沖控制信號(hào)的脈沖寬度，使得通過(guò)下式給出所得到的可切換功率級(jí)的電容的電荷Q：Q=Vin-Vout2L(VinVout)tp2,]]>其中，Vin是輸入電壓，Vout是輸出電壓，L是可切換功率級(jí)的電感，以及tp是脈沖控制信號(hào)的脈沖寬度。當(dāng)另外確定了穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tss時(shí)，該方法可以包括以下步驟：通過(guò)將穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tss增加附加的導(dǎo)通時(shí)間td來(lái)改變脈沖控制信號(hào)的脈沖寬度，使得通過(guò)下式給出可切換功率級(jí)的電容的附加的電荷Qd：Qd=Vin-Vout2L(VinVout)td[2tss-td]≈Vin-Vout2L(VinVout)tdtss.]]>該方法還包括以下步驟：在生成脈沖控制信號(hào)之前確定穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tss。本專利技術(shù)的一個(gè)方面涉及脈沖位置恢復(fù)。如果存在穩(wěn)態(tài)或者準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)電流改變，則脈沖位置可能需要被恢復(fù)。如果電流中存在穩(wěn)態(tài)偏移，則每個(gè)周期需要增加或減少電荷。這將導(dǎo)致脈沖位置的穩(wěn)態(tài)偏移。該穩(wěn)態(tài)或者甚至準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移可以被檢測(cè)到，并且如上所述脈沖寬度瞬間增加或者減小以抵消該平移。也就是說(shuō)，例如，由于需要將該穩(wěn)態(tài)脈沖位置恢復(fù)至其初始值，所以如果脈沖具有相對(duì)于其初始位置在時(shí)間上提前的穩(wěn)態(tài)位置，則該脈沖可以針對(duì)單個(gè)周期(或者甚至是多個(gè)周期)增加。因此，該方法還包括以下步驟：試圖檢測(cè)電流的穩(wěn)態(tài)或者準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移；以及當(dāng)已經(jīng)檢測(cè)到穩(wěn)態(tài)或者準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移時(shí)，調(diào)節(jié)脈沖寬度以抵消由穩(wěn)態(tài)或者準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移導(dǎo)致的脈沖平移。本專利技術(shù)還涉及一種功率變換器，該功率變換器包括切換的功率級(jí)，該切換的功率級(jí)被配置成從輸入電壓生成輸出電壓，并且通過(guò)由控制器執(zhí)行的控制律來(lái)控制。該控制器被配置成生成用于切換該功率級(jí)的脈沖控制信號(hào)，并且相對(duì)于恒定頻率時(shí)鐘信號(hào)在相位上平移脈沖控制信號(hào)的脈沖。該控制器將脈沖向前平移以增加周期中的電荷。該控制器將脈沖向后平移以減少周期中的電荷。附圖說(shuō)明參考附圖，其中：圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的切換降壓變換器；圖2示出了以脈沖平移電荷控制的無(wú)補(bǔ)償方法操作的可切換功率級(jí)的電感電流和脈寬調(diào)制(PWM)切換信號(hào)的圖；圖3示出了在DCM下操作的可切換功率級(jí)的電感電流和脈寬調(diào)制(PWM)切換信號(hào)的圖；以及圖4示出了當(dāng)另行確定穩(wěn)態(tài)占空比時(shí)在DCM下操作的可切換功率級(jí)的電感電流和脈寬調(diào)制(PWM)切換信號(hào)的圖。具體實(shí)施方式圖1所示本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于功率變換器的控制方法，所述功率變換器被配置成根據(jù)控制可切換功率級(jí)的控制律從輸入電壓生成輸出電壓，所述方法包括以下步驟：生成用于切換所述功率級(jí)的脈沖控制信號(hào)；以及相對(duì)于恒定頻率時(shí)鐘信號(hào)在相位上平移所述脈沖控制信號(hào)的脈沖。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】2013.09.30 US 61/884,2441.一種用于功率變換器的控制方法，所述功率變換器被配置成根據(jù)控制可切換
功率級(jí)的控制律從輸入電壓生成輸出電壓，所述方法包括以下步驟：
生成用于切換所述功率級(jí)的脈沖控制信號(hào)；以及
相對(duì)于恒定頻率時(shí)鐘信號(hào)在相位上平移所述脈沖控制信號(hào)的脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，平移所述脈沖控制信號(hào)的脈沖的步驟包
括向前平移所述脈沖以增加周期中的電荷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，平移所述脈沖控制信號(hào)的脈沖的步驟包
括向后平移所述脈沖以減少周期中的電荷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括以下步驟：
改變所述脈沖控制信號(hào)的脈沖寬度，使得所述脈沖寬度的平方根據(jù)從基準(zhǔn)電壓與
所述輸出電壓之間的差值獲得的電壓誤差而改變，以進(jìn)一步增加或減少周期中的電
荷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，所述方法包括以下步驟：
改變所述脈沖控制信號(hào)的所述脈沖寬度，使得通過(guò)下面等式給出所得到的周期的
電荷Q：
Q=Vin-Vout2L(VinVout)tp2,]]>其中，Vin是所述輸入電壓，Vout是所述輸出電壓，L是所述可切換功率級(jí)的電感，
以及tp是所述脈沖控制信號(hào)的所述脈沖寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，所述方法包括以下步驟：
通過(guò)將穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tss增加附加的導(dǎo)通時(shí)間td來(lái)改變所述脈沖控制信號(hào)的所述
脈沖寬度，使得當(dāng)另外確定了所述穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tss時(shí)，通過(guò)下面等式給出周期的附
加的電荷Qd：
Qd=Vin-Vout2L(VinVout)tdtss.]]>7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，該方法還包括以下步驟：
在生成所述脈沖控制信號(hào)之前確定所述穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tss。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，所述方法還包括以下步驟：
試圖檢測(cè)電流中的穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移；以及
當(dāng)已經(jīng)檢測(cè)到穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移時(shí)，調(diào)節(jié)所述脈沖寬...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：C·楊，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：微電子中心德累斯頓有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：德國(guó);DE