[發(fā)明專利]使用數(shù)字斜率補(bǔ)償用于峰值電流控制轉(zhuǎn)換器的方法及設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680004596.X
• 申請(qǐng)日: 2016-01-27
• 公開（公告）號(hào): CN107112886B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沙巴里西·卡亞那蘭曼;拉梅西·坎卡那拉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 密克羅奇普技術(shù)公司
• 主分類號(hào): H02M1/00
• 分類號(hào): H02M1/00;H02M3/07;H02M3/335
• 代理公司: 11287 北京律盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 沈錦華

混合信號(hào)集成電路(例如典型微控制器或數(shù)字信號(hào)控制器DSC)提供數(shù)字斜率補(bǔ)償來實(shí)施切換模式電力供應(yīng)器SMPS系統(tǒng)中的峰值電流控制。使用已測(cè)量的數(shù)字值的簡(jiǎn)單且快速軟件計(jì)算需要單個(gè)乘法累加指令MAC來確定將與電感器/開關(guān)電流比較以控制電力開關(guān)的斜率補(bǔ)償峰值電流參考信號(hào)ICMP。使用軟件程序來以數(shù)字形式進(jìn)行所有計(jì)算還允許許多不同應(yīng)用程序的容易可配置性以通過寫入到存儲(chǔ)器映射中的寄存器來設(shè)置斜率值且允許SMPS應(yīng)用程序可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)適或配置。整個(gè)斜率補(bǔ)償功能及PWM控制可自含于所述微控制器或DSC內(nèi)且無需外部組件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于切換模式電力供應(yīng)器(SMPS)應(yīng)用的峰值電流控制，且特定來說，本發(fā)明涉及將數(shù)字斜率補(bǔ)償用于峰值電流控制。

背景技術(shù)

峰值電流控制是在切換模式電力供應(yīng)器(SMPS)拓?fù)?例如降壓、升壓及降升壓功率轉(zhuǎn)換器)及其衍生拓?fù)渲械牧餍械目刂萍夹g(shù)，其用于改進(jìn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)、較大噪聲抑制、磁性組件中的磁通量平衡、逐循環(huán)電流限制及并聯(lián)連接的SMPS設(shè)備之間的簡(jiǎn)化負(fù)載分擔(dān)。峰值電流控制SMPS系統(tǒng)通常具有產(chǎn)生峰值電流參考信號(hào)的補(bǔ)償器。使用高速模擬比較器來比較此信號(hào)與預(yù)處理電感器/開關(guān)電流。高速模擬比較器有效地控制SMPS的脈寬調(diào)制器(PWM)。當(dāng)預(yù)處理電感器/開關(guān)電流超過峰值電流參考信號(hào)(由外部電壓補(bǔ)償器產(chǎn)生)時(shí)，切斷SMPS開關(guān)。在完成經(jīng)編程的PWM切換周期之后再次接通SMPS電力開關(guān)，借此實(shí)現(xiàn)固定頻率操作。預(yù)處理電感器/開關(guān)電流僅為由“斜率補(bǔ)償”斜坡信號(hào)修改的感測(cè)電感器/開關(guān)電流，所述“斜率補(bǔ)償”斜坡信號(hào)將向下斜率調(diào)制到電流參考值上以穩(wěn)定電力電路。需要斜率補(bǔ)償斜坡信號(hào)來實(shí)施SMPS拓?fù)渲械姆逯惦娏骺刂萍夹g(shù)，這是因?yàn)槠湓谝源笥?0％的PWM工作循環(huán)操作SMPS時(shí)消除次諧波振蕩。

具有模擬斜率補(bǔ)償?shù)臄?shù)字電壓補(bǔ)償器

峰值電流控制通常為使用線性放大器(例如模擬運(yùn)算放大器)、數(shù)字觸發(fā)器及模擬比較器來實(shí)施或通過使用專用集成電路(ASIC)來實(shí)施的模擬技術(shù)。使用微控制器來實(shí)施峰值電流控制技術(shù)的流行方法涉及：使用數(shù)字補(bǔ)償器來替換模擬補(bǔ)償器，借此產(chǎn)生“數(shù)字峰值電流參考信號(hào)”。此數(shù)字峰值電流參考信號(hào)耦合到數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)的輸入。DAC的輸出是到內(nèi)置高速模擬比較器的(負(fù))輸入。預(yù)處理電感器/開關(guān)電流(使用外部電路)通常被提供到內(nèi)置高速模擬比較器的正端子。應(yīng)注意，歸因于額外組件需求，使用外部模擬網(wǎng)絡(luò)電路來實(shí)施斜率補(bǔ)償存在可靠性問題。

上述方法的替代可為從由數(shù)字補(bǔ)償器提供的數(shù)字峰值電流參考信號(hào)連續(xù)減去數(shù)字斜坡信號(hào)。這將需要極高速地中斷數(shù)字處理器，所述速度可為轉(zhuǎn)換器的切換頻率的若干倍。此要求限制PWM切換頻率范圍且因此使此方法不適用于通常以高切換頻率運(yùn)行(尤其為使用低成本微控制器)的商用SMPS。

另一替代可為在微控制器內(nèi)提供專用核心或外圍設(shè)備，其在無中央處理單元(CPU)介入的情況下具體地執(zhí)行此數(shù)學(xué)運(yùn)算。然而，此新增的外圍設(shè)備功能會(huì)增加微控制器成本。

具有數(shù)字斜率補(bǔ)償?shù)臄?shù)字電壓補(bǔ)償器

為實(shí)施包括數(shù)字補(bǔ)償器及與模擬比較器組合的數(shù)字斜率補(bǔ)償?shù)臄?shù)字峰值電流控制解決方案，已在文獻(xiàn)中提出數(shù)種方法且已對(duì)一些方法申請(qǐng)專利。已獲得專利的方法中的一者涉及用于運(yùn)算斜率補(bǔ)償因子(Ksc)的輸入及輸出電壓的逐循環(huán)測(cè)量。數(shù)學(xué)表達(dá)式(其為Ksc的函數(shù))、測(cè)量電感器/開關(guān)電流及數(shù)字峰值電流參考用于確定數(shù)字斜率補(bǔ)償?shù)姆逯惦娏鲄⒖肌?shù)字斜率補(bǔ)償?shù)姆逯惦娏鲄⒖急惠d入到高速DAC中且其模擬輸出被應(yīng)用于高速模擬比較器的輸入。此數(shù)學(xué)表達(dá)式可能需要兩個(gè)除法指令及兩個(gè)乘法指令以及數(shù)個(gè)加減法指令，其為運(yùn)算密集型的且需要強(qiáng)大數(shù)字處理器以在PWM循環(huán)之間的短時(shí)間內(nèi)適當(dāng)?shù)貓?zhí)行。由弗蘭克·施邁瑟(Frank Schafmeister)及托拜厄斯·格羅特(Tobias Grote)于2012年10月2日發(fā)布的標(biāo)題為“用于電流模式控制的數(shù)字斜率補(bǔ)償(Digital Slope Compensationfor Current Mode Control)”的第8,278,899B2號(hào)美國(guó)專利中更完全地描述此全數(shù)字補(bǔ)償方法。

發(fā)明內(nèi)容