[發(fā)明專(zhuān)利]開(kāi)關(guān)模式電源的電壓前饋補(bǔ)償和電壓反饋補(bǔ)償

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280069579.6
• 申請(qǐng)日: 2012-02-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104106203B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬格納斯·卡爾松;安德斯·卡爾曼;喬納斯·馬爾伯格;弗雷德里克·威爾多
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 瑞典愛(ài)立信有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02M1/08
• 分類(lèi)號(hào): H02M1/08;H02M1/14
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 穆童

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及開(kāi)關(guān)模式電源(switched mode power supply)(有時(shí)也被稱(chēng)為開(kāi)關(guān)模式電源(switch mode power supply)或開(kāi)關(guān)模式電源(switching mode power supply))的領(lǐng)域，并且更具體地涉及一種用于開(kāi)關(guān)模式電源的數(shù)字控制單元，該數(shù)字控制單元提供對(duì)輸入電壓瞬變的改進(jìn)的響應(yīng)。

背景技術(shù)

開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)是憑借尺寸小和重量輕以及高效率而具有多種應(yīng)用的公知類(lèi)型的電源轉(zhuǎn)換器。例如，SMPS被廣泛用于個(gè)人計(jì)算機(jī)和便攜式電子設(shè)備，例如手機(jī)。SMPS通過(guò)在高頻(通常幾十到幾百kHz)切換開(kāi)關(guān)元件(如功率MOSFET)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)，其中利用反饋信號(hào)對(duì)切換的頻率或占空比進(jìn)行調(diào)整，以將輸入電壓轉(zhuǎn)換成期望的輸出電壓。

SMPS可以采用整流器(AC/DC轉(zhuǎn)換器)、DC/DC轉(zhuǎn)換器、變頻器(AC/AC)或逆變器(DC/AC)的形式。

在大多數(shù)SMPS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，輸出信號(hào)的電壓V_out與輸入信號(hào)的電壓V_in直接成正比：

V_out∝DV_in 等式1

在上面的等式1中，D是切換的占空比。

為了最小化實(shí)際輸出電壓與期望的輸出電壓之間的差異，通常根據(jù)反饋信號(hào)而控制占空比，其中反饋信號(hào)是所測(cè)量的輸出電壓與期望的輸出電壓之間的誤差信號(hào)。誤差信號(hào)被反饋到控制占空比的反饋補(bǔ)償器，使得所測(cè)量的輸出電壓被調(diào)整到期望的輸出電壓。

優(yōu)選的是，SMPS的輸出信號(hào)在所有條件下保持在其期望的電壓電平。然而，由于輸入信號(hào)的瞬變，難以維持期望的輸出電壓電平。

瞬變是SMPS的輸入信號(hào)中的變化。輸入信號(hào)的瞬變可以使輸出電壓電平幾乎立即發(fā)生變化。

在已知的SMPS設(shè)計(jì)中，只有SMPS的輸出濾波器中的慣性會(huì)降低這種影響。此外，反饋到反饋補(bǔ)償器的誤差信號(hào)通常在改變占空比時(shí)太慢，所以在輸出電壓上引入大的瞬變。

由輸入瞬變導(dǎo)致的問(wèn)題的一種已知的解決方案是將前饋補(bǔ)償器102與反饋補(bǔ)償器101級(jí)聯(lián)，如圖1所示。

在圖1所示的級(jí)聯(lián)或串聯(lián)布置中，反饋補(bǔ)償器101計(jì)算SMPS(圖1未示出)的占空比。前饋補(bǔ)償器102(與反饋補(bǔ)償器分離)計(jì)算并應(yīng)用前饋補(bǔ)償來(lái)調(diào)整已由反饋單元101計(jì)算的占空比。

基于圖1的布置的已知的前饋系統(tǒng)在以下公開(kāi)：

Calderone、L.Pinola、V.Varoli，“Optimal feed-forward compensation for PWM DC/DC converters with“l(fā)inear”and“quadratic”conversion ratio，IEEE trans，Power Electron.，vol.7，No.2，pp 349-355，Apr.1992。

B.Arbetter和D.Marksimovic，“Feedforward Pulse Width Modulators for Switching Power Converters”，IEEE trans，Power Electron.，vol.12，no.2，pp361-368，Mar.1997。

M.K.Kazimierczuk、A.J.Edstron，“Open-loop peak voltage feedforward control of PWM Buck converter”，IEEE trans.Circuits and Systems I，vol.47，No.5，pp.740-746，May 2000。

J.-P.Sjoroos、T.Suntio、J.Kyyra、K.Kostov，“Dynamic performance of buck converter with input voltage feedforward control”，European Conference on Power Electronics andApplications，2005。

由數(shù)字控制單元200控制的SMPS 100示于圖2中。

SMPS 100的輸入和輸出信號(hào)的電壓由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)202和203采樣并轉(zhuǎn)換成數(shù)字采樣。

邏輯單元204和205用于將采樣變換成適合由數(shù)字控制單元處理并適合進(jìn)行噪聲濾波的形式。