專利名稱：自適應(yīng)數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及功率轉(zhuǎn)換的領(lǐng)域，并且更具體地涉及數(shù)控切換模式 DC/DC轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
存在多種切換模式DC/DC功率轉(zhuǎn)換器，其具有如下性質(zhì)由轉(zhuǎn)換器的功 率轉(zhuǎn)換級(jí)內(nèi)的可控切換裝置的平均占空比(duty cycle)來(lái)確定平均輸出電 壓對(duì)輸入電壓的比。例子包括以連續(xù)條件模式(CCM)操作的降壓(buck)、升 壓、逆降壓-升壓、正向、以及回掃(flyback)轉(zhuǎn)換器。當(dāng)功率轉(zhuǎn)換器上的負(fù) 載動(dòng)態(tài)變化時(shí)，或當(dāng)存在跟蹤具有最小輸出電壓誤差的負(fù)載中的改變的需要 時(shí)，通過(guò)連續(xù)估計(jì)輸出電壓誤差(輸出電壓誤差是原始(uncorrupted)輸出 電壓和期望輸出電壓之間的差)以及連續(xù)調(diào)整切換裝置的占空比以補(bǔ)償輸出 電壓誤差估值中的負(fù)載條件表現(xiàn)(manifest)的改變，來(lái)實(shí)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)換器的調(diào) 節(jié)。在此情況下，調(diào)節(jié)的動(dòng)作包括根據(jù)輸出電壓誤差估值來(lái)逐循環(huán)地控制切 換裝置的占空比，使得輸出電壓誤差的幅值持續(xù)最小化。
已知為脈寬調(diào)制(P麗)調(diào)節(jié)器的用于此目的的調(diào)節(jié)機(jī)制通常合并了脈寬 控制機(jī)制和占空比控制機(jī)制，其中前者生成適于實(shí)現(xiàn)由后者生成的占空比的 ON脈沖。由此，占空比控制機(jī)制合并了用于估計(jì)目標(biāo)占空比(目標(biāo)占空比 是實(shí)質(zhì)上用來(lái)實(shí)現(xiàn)期望輸出電壓的占空比)的機(jī)制。目標(biāo)占空比估計(jì)機(jī)制通 常是由輸出電壓誤差驅(qū)動(dòng)的反饋機(jī)制，但其也可能是由輸入電壓驅(qū)動(dòng)的前饋
機(jī)制，或這兩者的組合。
最常使用的脈寬控制機(jī)制性質(zhì)上是模擬的；也就是說(shuō)，它們接收代表期 望占空比的連續(xù)可變模擬信號(hào)作為輸入，并且它們輸出連續(xù)可變寬度的脈 沖。如在其他目前的模擬領(lǐng)域中，集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步已將數(shù)字:f支術(shù)的
應(yīng)用增加到功率轉(zhuǎn)換的領(lǐng)域。結(jié)果，已開(kāi)發(fā)出替代模擬P麗調(diào)節(jié)器的第一數(shù) 字PWM調(diào)節(jié)機(jī)制，并且正在商業(yè)化。這樣的機(jī)制的性質(zhì)是量化所生成的脈寬 -數(shù)字調(diào)節(jié)機(jī)制的時(shí)間分辨率的結(jié)果。如果調(diào)節(jié)機(jī)制的時(shí)間分辨率是△ t ，
則脈寬被約束到At的整數(shù)倍數(shù)。另外，跨越連續(xù)的ON和OFF脈沖的切換 循環(huán)也被約束到△t的整數(shù)倍數(shù)。
對(duì)于可能將數(shù)字PWM調(diào)節(jié)機(jī)制應(yīng)用于功率轉(zhuǎn)換器(尤其是在電池供電的 移動(dòng)應(yīng)用中采用的DC/DC轉(zhuǎn)換器)的人們而言， 一個(gè)挑戰(zhàn)是通過(guò)數(shù)字調(diào)節(jié)機(jī) 制來(lái)實(shí)現(xiàn)可接受的應(yīng)用性能的挑戰(zhàn)。脈寬的量化轉(zhuǎn)變?yōu)榱炕恼伎毡龋@約 束了任何占空比控制機(jī)制將輸出電壓波動(dòng)限制到任意的應(yīng)用專用電平的能 力。
為理解此挑戰(zhàn)的性質(zhì)，考慮電池供電的移動(dòng)應(yīng)用中的DC/DC轉(zhuǎn)換器。一 般在1MHz左右設(shè)置切換頻率，以最小化離散組件的尺寸和代價(jià)，并且最大 化轉(zhuǎn)換器的操作效率。由此，以16MHz操作的數(shù)字P観調(diào)節(jié)機(jī)制將能夠生成 0、 1/16微秒、2/16微秒、3/16微秒…16/16微秒的脈寬。假設(shè)固定切換頻 率，將采用17個(gè)瞬時(shí)占空比(包括0和1)。 一種用于調(diào)節(jié)輸出電壓的方法 將會(huì)在兩個(gè)量化的占空比之間交替， 一個(gè)小于目標(biāo)占空比，另一個(gè)大于目標(biāo) 占空比。在此概念的一個(gè)實(shí)施例(比較美國(guó)專利6677733 )中，占空比控制 機(jī)制檢查當(dāng)前的輸出電壓誤差估值，并且如果它是正的，則對(duì)于切換裝置的 下一循環(huán)，選擇較小的占空比。類似地，如果當(dāng)前的輸出電壓誤差估值是負(fù) 的，則其對(duì)于切換裝置的下一循環(huán)，選擇較大的占空比。然而，在其最佳狀 態(tài)，此占空比控制機(jī)制不能夠?qū)⑤敵鲭妷翰▌?dòng)限制在可接受的等級(jí)，在此情 況下，調(diào)節(jié)器的制造商唯一明顯的求助是改善調(diào)節(jié)機(jī)制的時(shí)間分辨率，即， 提高時(shí)鐘頻率。
即使波動(dòng)在靜態(tài)線和負(fù)載條件下可容忍，由于在存在增加的(盡管可容 忍)的波動(dòng)的情況下提供準(zhǔn)確的輸出電壓反饋的困難，在動(dòng)態(tài)負(fù)載條件下也 存在難以調(diào)節(jié)的挑戰(zhàn)。在此情況下，調(diào)節(jié)器的制造商唯一明顯的求助以最小 化波動(dòng)而不會(huì)影響動(dòng)態(tài)性能是提高時(shí)鐘頻率。
但是提高時(shí)鐘頻率來(lái)減輕量化對(duì)輸出電壓誤差(靜態(tài)和動(dòng)態(tài))的影響， 可能危及代價(jià)和效率度量。例如，數(shù)字調(diào)節(jié)機(jī)制的復(fù)雜度以及隨之而來(lái)的代 價(jià)很可能增加，也造成功率浪費(fèi)。此外，如果對(duì)提高時(shí)鐘頻率的需要妨礙了 數(shù)字調(diào)節(jié)機(jī)制與其他電子組件的集成(在基底級(jí)上)，則增加的代價(jià)和功率 浪費(fèi)將會(huì)進(jìn)一步翻倍。
很清楚，存在只為了在多種DC/DC轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)可接受的輸出電壓誤差 (靜態(tài)和動(dòng)態(tài))的目的而減輕對(duì)更高的時(shí)鐘頻率的要求的數(shù)字控制方法的需 要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供減輕對(duì)只為了在多種DC/DC轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)可接 受的輸出電壓誤差(靜態(tài)和動(dòng)態(tài))而要求更高的時(shí)鐘頻率的數(shù)字控制方法。 為此，公開(kāi)了一種數(shù)字占空比控制機(jī)制，包括用于估計(jì)輸出電壓誤差的
機(jī)制；用于估計(jì)目標(biāo)占空比的機(jī)制，新穎的占空比量化機(jī)制，用于確定用來(lái)
調(diào)節(jié)輸出電壓的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第一集合，以及新穎的 輸出電壓誤差驅(qū)動(dòng)的選擇器機(jī)制，用于通過(guò)從根據(jù)第 一集合導(dǎo)出的兩個(gè)或更
和關(guān)斷時(shí)間。
根據(jù)如下認(rèn)識(shí)得出占空比量化機(jī)制的新穎性由量化切換循環(huán)(作為連 續(xù)的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間的和的循環(huán))的序列而產(chǎn)生的輸出電壓波動(dòng)隨著可用來(lái) 生成該序列的量化切換循環(huán)的數(shù)目的增加而減少；以及，在標(biāo)稱負(fù)載條件下， 可通過(guò)逐循環(huán)地放松(現(xiàn)有技術(shù))所有切換循環(huán)為固定長(zhǎng)度的前提，來(lái)擴(kuò)展 可用的數(shù)目。例如，如果允許切換循環(huán)按照數(shù)字調(diào)節(jié)機(jī)制的時(shí)間分辨率來(lái)伸 縮，則可用的切換循環(huán)的數(shù)目增加三倍(three-fold)，同時(shí)具有相比減少輸 出電壓波動(dòng)的潛力。
根據(jù)如下認(rèn)識(shí)得出選擇器機(jī)制的新穎性，在時(shí)間量化的切換環(huán)境下，控 制切換器的反饋機(jī)制基本上限于其可在切換器的每次循環(huán)中提供的有用信 息的量。例如，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的固定頻率脈寬調(diào)制的數(shù)字調(diào)節(jié)機(jī)制可逐循環(huán)地提 供4個(gè)位那么少。在這些環(huán)境下，當(dāng)不可能(即使在穩(wěn)定狀態(tài)下)形成將輸 出電壓誤差精確地驅(qū)動(dòng)為O所需寬度的脈沖時(shí)，關(guān)鍵的是能夠按照先前引用 的現(xiàn)有技術(shù)的教導(dǎo)來(lái)在誤差改變符號(hào)時(shí)選取適合于將誤差向回驅(qū)動(dòng)到0的
量化脈沖。換言之，即時(shí)輸出誤差反饋必須可用于在時(shí)間量化的環(huán)境下高效 操作，即使其可靠性被限制到1位
當(dāng)將這些認(rèn)識(shí)組合到用于根據(jù)估計(jì)的目標(biāo)占空比來(lái)確定用于調(diào)節(jié)l命出電 壓的 一個(gè)或多個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第 一 集合的占空比量化才幾制、 以及用于通過(guò)從根據(jù)第 一集合導(dǎo)出的兩個(gè)或更多個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間 對(duì)中逐循環(huán)地選取而確定切換裝置的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的新穎的輸出電 壓誤差驅(qū)動(dòng)的選擇器機(jī)制時(shí)，可降低由于量化引起的波動(dòng)以及反饋路徑中的 延遲。為解釋后一點(diǎn)，選取導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)而不是導(dǎo)通時(shí)間，這意味
著必須將選取分解為兩個(gè)選取導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間；并且，可實(shí)質(zhì)上即時(shí) 地采用在導(dǎo)通時(shí)間期間和在關(guān)斷時(shí)間期間測(cè)量的反饋，以調(diào)節(jié)輸出電壓。 根據(jù)本發(fā)明，提供了 一種借助于切換模式DC/DC轉(zhuǎn)換器來(lái)將輸入電壓轉(zhuǎn) 換為輸出電壓的方法；借助于包括由控制裝置導(dǎo)通和關(guān)斷的至少一個(gè)可控切 換器的功率級(jí)，來(lái)將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓，其特征在于，由于控制裝置 的時(shí)間分辨率(At)，可控切換裝置的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間這兩者都:f皮約束為 △ t的整數(shù)倍數(shù)。
此方法的中心是用于控制可控切換裝置的占空比的占空比控制才幾制，該 占空比控制裝置包括用于估計(jì)輸出電壓誤差的機(jī)制；用于估計(jì)目標(biāo)占空比 的機(jī)制；以及用于為目標(biāo)占空比估計(jì)而確定適合于控制所迷可控切換裝置的 至少一個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第一集合的占空比量化機(jī)制(DQ)，其特 征在于，彼此獨(dú)立地確定(所述第一集合中的)每個(gè)對(duì)的量化導(dǎo)通時(shí)間和關(guān) 斷時(shí)間；即，導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的和不是固定的；并且可以逐對(duì)地變化， 限于離散值的集合(Tswi) (i=l, 2， ...I),其中Tswi是At的整數(shù)倍數(shù)；以 及輸出電壓誤差驅(qū)動(dòng)的選擇器機(jī)制，用于通過(guò)逐循環(huán)地從根據(jù)所述第一集合 導(dǎo)出的且被類似地約束的、至少兩個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第二集合中 選取導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)，而確定所述可控切換裝置的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí) 間，其中按照使得輸出電壓誤差的幅值持續(xù)最小化的方式來(lái)進(jìn)行所述選取。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種切換模式DC/DC轉(zhuǎn)換器，包括
功率級(jí)，用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為至少一個(gè)輸出電壓，功率級(jí)包括至少一 個(gè)可控切換裝置；以及
控制裝置，用于導(dǎo)通和關(guān)斷所述可控切換裝置，其特征在于由于控制 裝置的時(shí)間分辨率(At)，可控切換裝置的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間這兩者都被
約束為△ t的整數(shù)倍數(shù)；以及
占空比控制機(jī)制，用于控制所述可控切換裝置的占空比，包括 用于估計(jì)輸出電壓誤差的機(jī)制；以及 用于估計(jì)目標(biāo)占空比的才幾制；以及
占空比量化機(jī)制，用于為目標(biāo)占空比估值而確定適合于控制所述可控切 換裝置的至少一個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第一集合，其特征在于，彼此 獨(dú)立地確定(所述第一集合中的)每個(gè)對(duì)的量化導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間；即， 導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的和不是固定的；并且可以逐對(duì)地變化，限于離散值的 集合(Tswi) U=l, 2, ...1)，其中Tswi是At的整數(shù)倍數(shù)；以及
輸出電壓誤差驅(qū)動(dòng)的選擇器機(jī)制，用于通過(guò)逐循環(huán)地乂人根據(jù)所述第一集 合導(dǎo)出的、至少兩個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第二集合中選取導(dǎo)通時(shí)間/ 關(guān)斷時(shí)間對(duì)，而確定所述可控切換裝置的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，其中按照使 得輸出電壓誤差的幅值持續(xù)最小化的方式來(lái)進(jìn)行選取。
在優(yōu)選實(shí)施例中，選擇器機(jī)制通過(guò)從由估計(jì)的目標(biāo)占空比索引的(集合) 的表提取的兩個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的集合中逐循環(huán)地選取導(dǎo)通時(shí)間/ 關(guān)斷時(shí)間對(duì)，來(lái)確定導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間；在輸出電壓誤差估值是正的(即，輸 出電壓高于期望輸出電壓)時(shí)選取具有較低的暗示占空比的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí) 間對(duì)，并且在輸出電壓誤差估值是負(fù)的時(shí)選取具有較高的暗示占空比的對(duì)。
在第二優(yōu)選實(shí)施例中，選擇器機(jī)制通過(guò)從選擇器機(jī)制根據(jù)由占空比量化 機(jī)制生成的三個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的集合中逐循環(huán)地選取導(dǎo)通時(shí)間/ 關(guān)斷時(shí)間對(duì)，來(lái)確定導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間；當(dāng)輸出電壓誤差估值最高時(shí)選取具有 最低的暗示占空比的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)，并且當(dāng)輸出電壓誤差估值最低時(shí) 選取具有最高的暗示占空比的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)，并且當(dāng)輸出電壓誤差估 值不是最高也不是最低時(shí)選取其余的對(duì)。
在第三優(yōu)選實(shí)施例中，選擇器機(jī)制通過(guò)從選擇器機(jī)制根據(jù)由占空比量化 機(jī)制生成的六個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的集合中逐循環(huán)地選取導(dǎo)通時(shí)間/ 關(guān)斷時(shí)間對(duì)，來(lái)確定導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間；當(dāng)輸出電壓誤差估值最高時(shí)選取具有 最低的暗示占空比的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)，并且當(dāng)輸出電壓誤差估值最低時(shí) 選取具有最高的暗示占空比的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)，并且當(dāng)輸出電壓誤差估 值是相應(yīng)的 一個(gè)中間值時(shí)選取其余的中間對(duì)中的 一個(gè)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以以包括邏輯電路和/或具有合適的軟件或固
件的微處理器的混合信號(hào)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的數(shù)字占空比控制機(jī)制。另外， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可將本發(fā)明的數(shù)字占空比控制機(jī)制應(yīng)用于任何 DC/DC轉(zhuǎn)換器拓樸，包括但不限于降壓、升壓、逆降壓-升壓、正向以及回 掃轉(zhuǎn)換器。
以下附圖和說(shuō)明公開(kāi)了本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)。


通過(guò)檢查以下附圖，可以理解本發(fā)明的各個(gè)方面和特征
圖1是圖解現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字占空比控制機(jī)制的框圖。
圖2是圖解根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字占空比控制機(jī)制的框圖。
圖3是圖解根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字占空比控制機(jī)制的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
圖4是圖解根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字占空比控制機(jī)制的第二實(shí)施例的框圖。
圖5是圖解根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字占空比控制機(jī)制的第三實(shí)施例的框圖。
圖6是由所估計(jì)的目標(biāo)占空比索引的可變頻率占空比對(duì)的表。
具體實(shí)施例方式
存在多種切換模式DC/DC功率轉(zhuǎn)換器，其具有如下性質(zhì)由轉(zhuǎn)換器的功 率轉(zhuǎn)換級(jí)內(nèi)的可控切換裝置的平均占空比(duty cycle)來(lái)確定平均輸出電 壓對(duì)輸入電壓的比。例子包括以連續(xù)條件模式(CCM)操作的降壓、升壓、逆 降壓-升壓、正向、以及回掃轉(zhuǎn)換器。當(dāng)功率轉(zhuǎn)換器上的負(fù)載動(dòng)態(tài)變化時(shí)， 或當(dāng)存在跟蹤具有最小輸出電壓誤差中的負(fù)載的改變的需要時(shí)，通過(guò)連續(xù)估 計(jì)輸出電壓誤差(輸出電壓誤差是原始輸出電壓和期望輸出電壓之間的差) 以及連續(xù)調(diào)整切換裝置的占空比以補(bǔ)償輸出電壓誤差估值中的負(fù)載條件表 現(xiàn)的改變，來(lái)實(shí)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)。在此情況下，調(diào)節(jié)的動(dòng)作包括^^艮據(jù)輸 出電壓誤差估值來(lái)逐循環(huán)地控制切換裝置的占空比，使得輸出電壓誤差的幅 值持續(xù)最小化。
已知P麗調(diào)節(jié)器的用于此目的的調(diào)節(jié)機(jī)制通常合并了脈寬控制機(jī)制和占 空比控制機(jī)制，其中前者生成適于實(shí)現(xiàn)有后者生成的占空比的ON脈沖。由 此，占空比控制機(jī)制合并了用于估計(jì)目標(biāo)占空比(目標(biāo)占空比是實(shí)質(zhì)上用來(lái) 實(shí)現(xiàn)期望輸出電壓的占空比)的機(jī)制。目標(biāo)占空比估計(jì)機(jī)制通常是由輸出電 壓誤差驅(qū)動(dòng)的反饋機(jī)制，但其也可能是由輸入電壓驅(qū)動(dòng)的前饋機(jī)制，或這兩
者的組合。
最常使用的脈寬控制機(jī)制性質(zhì)上是模擬的；也就是說(shuō)，它們接收代表期
望占空比的連續(xù)可變模擬信號(hào)作為輸入，并且它們輸出連續(xù)可變寬度的脈 沖。如在其他目前的模擬領(lǐng)域中，集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步已將數(shù)字技術(shù)的 應(yīng)用增加到功率轉(zhuǎn)換的領(lǐng)域。結(jié)果，已開(kāi)發(fā)出替代模擬p畫(huà)調(diào)節(jié)器的第一數(shù)
字PWM調(diào)節(jié)機(jī)制，并且正在商業(yè)化。這樣的機(jī)制的性質(zhì)是量化所生成的脈寬 -數(shù)字調(diào)節(jié)機(jī)制的時(shí)間分辨率的結(jié)果。如果調(diào)節(jié)機(jī)制的時(shí)間分辨率是A t, 則脈寬被約束到厶t的整數(shù)倍數(shù)。另外，跨越連續(xù)的ON和OFF脈沖的切換 循環(huán)也被約束到△t的整數(shù)倍數(shù)。
圖1描述了現(xiàn)有技術(shù)的切換模式DC/DC功率轉(zhuǎn)換器(比較美國(guó)專利 6677733 ),其包括功率級(jí)IOO，用于將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換為輸出電壓Vout; 固定頻率控制裝置150，用于導(dǎo)通和關(guān)斷功率級(jí)IOO中包括的可控切換裝置 110;以及占空比控制機(jī)制200,用于控制切換裝置110的占空比。
因?yàn)榭刂蒲b置150是固定頻率控制裝置，所以其以固定間隔Tsw來(lái)導(dǎo)通 切換裝置110?？刂蒲b置150通過(guò)逐循環(huán)地將輸入的占空比轉(zhuǎn)變(如果需要) 為導(dǎo)通(ON)時(shí)間，來(lái)關(guān)斷切換裝置110。
占空比控制機(jī)制包括輸出電壓誤差估計(jì)器230,是用于根據(jù)輸出電壓 誤差信號(hào)生成原始輸出電壓誤差的機(jī)制；以及輸出電壓誤差驅(qū)動(dòng)的占空比選 擇器250,用于以將輸出電壓誤差的幅值持續(xù)最小化的方式來(lái)確定切換裝置 110的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間。
在數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式中，輸出電壓誤差估計(jì)器經(jīng)常采用對(duì)輸出電壓誤差信號(hào) 進(jìn)行操作的數(shù)字PID(比例微積分)濾波器的形式。PID濾波器提供了對(duì)改善 信噪比的延遲進(jìn)行折衷的可能性。當(dāng)必須最小化延遲時(shí)，經(jīng)由二進(jìn)制比較器 導(dǎo)出的二值輸出電壓誤差估值可能是合適的。這是輸出電壓誤差估計(jì)器230 的性質(zhì)。在占空比控制機(jī)制200中，由占空比選擇器250在每個(gè)切換循環(huán)的 結(jié)尾處對(duì)輸出電壓誤差的估值進(jìn)行采樣，并且采用該值來(lái)選擇下一切換循環(huán) 的占空比，由此確定切換裝置110的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間(times)。
因此，占空比選4奪器250逐循環(huán)地選取Dmin和Dmax ( Dmin和Dmax已被
指定為橫跨特定于應(yīng)用的輸入電壓的范圍)；當(dāng)輸出電壓誤差估值為正時(shí)
(即，原始輸出電壓高于期望輸出電壓)選取Dmin,并且當(dāng)輸出電壓誤差 估值為負(fù)時(shí)選取Dmax。
盡管上述占空比控制機(jī)制的簡(jiǎn)單性具有吸引力，但是如果輸入電壓的范
圍過(guò)寬，并且由此帶來(lái)Dmin和Dmax的范圍過(guò)寬，則占空比量化帶來(lái)的輸出 電壓波動(dòng)可能變得不能容忍。
圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的切換模式DC/DC功率轉(zhuǎn)換器，其包括功率級(jí) 101,用于將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換為輸出電壓Vout;控制裝置151,用于導(dǎo)通 和關(guān)斷功率級(jí)101中包括的可控切換裝置112;以及占空比控制機(jī)制201, 用于控制占空比切換裝置111。
控制裝置151的特征還在于，由于控制裝置的時(shí)間分辨率At,可控切換 裝置的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間都被約束為At的整數(shù)倍數(shù)。因?yàn)榭刂蒲b置151不是 固定頻率的控制裝置，所以其必須輸入導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，以導(dǎo)通和關(guān)斷 切換裝置111。
占空比控制機(jī)制包括目標(biāo)占空比估計(jì)器/輸出電壓誤差估計(jì)器231，是 用于根據(jù)輸出電壓誤差信號(hào)或輸入電壓信號(hào)或兩者的組合來(lái)估計(jì)目標(biāo)占空 比DT和原始輸出電壓誤差VE的機(jī)制；可變頻率占空比量化器221，用于為 目標(biāo)占空比估計(jì)而確定在目標(biāo)占空比DT附近的適合于控制切換裝置111的 至少一個(gè)量化占空比的第一集合(DQj, j=l,2， ...J)等；以及輸出電壓誤差 驅(qū)動(dòng)的占空比選擇器211,用于通過(guò)根據(jù)占空比的第一集合DQj生成至少兩 個(gè)量化占空比的第二集合(DQk, k=l，2，...K，以從最低到最高排序)、并且 從該占空比的第二集合DQk逐循環(huán)地選取占空比(及其相應(yīng)的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān) 斷時(shí)間對(duì))，來(lái)確定切換裝置111的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，其中所述選取是按照 使得輸出電壓誤差的幅值持續(xù)最小化的方式。
在數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式中，目標(biāo)占空比估計(jì)器231經(jīng)常采取對(duì)輸出電壓誤差信 號(hào)進(jìn)行操作的數(shù)字PID(比例微積分)濾波器的形式。根據(jù)本發(fā)明，替代輸出 電壓誤差信號(hào)，或者除了輸出電壓誤差信號(hào)之外，濾波器可以對(duì)輸入電壓信 號(hào)進(jìn)行操作。類似地，經(jīng)常將輸出電壓誤差估計(jì)器231實(shí)現(xiàn)為PID濾波器。 PID濾波器提供了對(duì)改善信噪比的延遲進(jìn)行折衷的可能性。當(dāng)必須最小化延 遲時(shí)，即以有限可靠性的輸出電壓誤差估計(jì)的代價(jià)，經(jīng)由二進(jìn)制或三進(jìn)制比 較器導(dǎo)出的二值或三值輸出電壓誤差估計(jì)也是簡(jiǎn)單有效的。這是輸出電壓誤 差估計(jì)器231的性質(zhì)。另外，在占空比控制機(jī)制201中，輸出電壓誤差驅(qū)動(dòng) 的占空比選擇器211基于在導(dǎo)通時(shí)間或關(guān)斷時(shí)間或這兩者期間獲得的輸出 電壓誤差估值的采樣來(lái)選取占空比。
在占空比選擇器211基于在導(dǎo)通時(shí)間期間進(jìn)行的輸出電壓誤差估值的采 樣來(lái)選取占空比的情況下，由占空比選擇器211在切換循環(huán)已經(jīng)開(kāi)始之后但 在確定占空比的選取之前對(duì)輸出電壓誤差的估值進(jìn)行采樣，并且(由占空比 選擇器211)實(shí)時(shí)采用以實(shí)現(xiàn)在所選取的占空比中暗示的的關(guān)斷。對(duì)于降壓 轉(zhuǎn)換器，其中輸出電壓誤差漂移關(guān)于平均值對(duì)稱，可通過(guò)對(duì)二進(jìn)制或三進(jìn)制
比較器采樣而直接導(dǎo)出輸出電壓誤差估值?？筛鶕?jù)DQ1和DQK的導(dǎo)通時(shí)間來(lái) 確定理想的誤差采樣時(shí)間；具體地，相對(duì)于切換循環(huán)的開(kāi)始的采樣時(shí)間是 1/4(0N1+0NK),舍入(如有必要)到最接近的At的倍數(shù)。必須與集合DQj 的改變一樣頻繁地進(jìn)行采樣時(shí)間的計(jì)算。
對(duì)于升壓轉(zhuǎn)換器，其中輸出電壓誤差漂移關(guān)于平均值不對(duì)稱，輸出電壓 誤差估值的導(dǎo)出不是那么直接的。在此情況下，最容易根據(jù)誤差電壓的兩個(gè) 二值采樣來(lái)構(gòu)造二值或三值輸出電壓誤差估值，其中兩個(gè)采樣在時(shí)間上是分 離的，但被指定為使得在穩(wěn)定狀態(tài)下， 一個(gè)采樣一般會(huì)是正的，而另一個(gè)是 負(fù)的。例如，可能在關(guān)斷時(shí)間(在切換循環(huán)開(kāi)始之前)之后的1/4(0FF1+0FFK) 進(jìn)行第一采樣，而在下一個(gè)導(dǎo)通時(shí)間(標(biāo)記切換循環(huán)的開(kāi)始)之后的1/4 (0N1 + ONK)進(jìn)行第二采樣，使得能夠構(gòu)造輸出電壓誤差估值，并且實(shí)時(shí)選取占空比 以實(shí)現(xiàn)在所選的占空比中暗示的關(guān)斷。如果這兩個(gè)采樣都是正的，則誤差估 值是正的；如果兩個(gè)采樣都是負(fù)的，則誤差估值是負(fù)的。如果一個(gè)采樣是正 的且另一個(gè)是負(fù)的，則誤差估值在三值估計(jì)的情況下是O,而在二值估計(jì)的 情況下是前一個(gè)值，而不改變。
電壓誤差估值的采樣來(lái)選取占空比的情況下，在切換循環(huán)已經(jīng)開(kāi)始之后但在 已確定關(guān)斷時(shí)間之前，由占空比選擇器211對(duì)輸出電壓誤差的估值采樣一 次，并且在關(guān)斷時(shí)間之后但在最終確定占空比以及其暗示的導(dǎo)通時(shí)間之前再 次采樣。占空比選擇器211采用第一采樣來(lái)限制占空比的選取，如此確定關(guān) 斷時(shí)間；并且采用第二采樣來(lái)最終選取占空比，如此確定導(dǎo)通時(shí)間，標(biāo)記切 換循環(huán)的結(jié)尾。在采樣時(shí)立即實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)選擇，以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)在所選占空比中
時(shí)間。相對(duì)于切換循環(huán)的開(kāi)始的第一采樣時(shí)間是1/4(0N1+0N1Q舍入(如有 必要)到最接近的At的倍數(shù)；相對(duì)于切換循環(huán)的開(kāi)始的第二采樣時(shí)間是 1/4(0FF1+0FFK)舍入(如有必要)到最接近的At的倍數(shù)。必須和集合DQj
的改變一樣頻繁地進(jìn)行采樣時(shí)間的計(jì)算。
因此，占空比選擇器211逐循環(huán)地根據(jù)集合DQk (以及其相應(yīng)的導(dǎo)通時(shí) 間/關(guān)斷時(shí)間對(duì))選取占空比；當(dāng)總輸出電壓誤差估值最高時(shí)選取DQ1,當(dāng) 總輸出電壓誤差估值最低時(shí)選取DQK，并且當(dāng)總輸出電壓誤差估值是相應(yīng)的 中間值之一時(shí)選取其余的中間占空比中的一個(gè)。
由可變頻率占空比量化器221經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于給定值D丁 的集合DQj的確定，第一步驟是列舉DT附近的量化占空比，而第二步驟是 從列舉的可能值中選擇DQj。通過(guò)生成量化的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的集合 而實(shí)現(xiàn)量化占空比的系統(tǒng)列舉，量化的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的特點(diǎn)是彼此 獨(dú)立地確定(集合中的)每一對(duì)的量化導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間;即，導(dǎo)通時(shí)間和關(guān) 斷時(shí)間的和不是固定的；并且可以逐對(duì)地變化，限于離散值的集合(Tswi) (i-l， 2， ...I),其中Tswi是At的整數(shù)倍數(shù)。此量化對(duì)的集合被普通地 (trivially)變換為量化占空比的集合。更多的切換循環(huán)可能值轉(zhuǎn)化為更多 的占空比可能值，使得可以選擇更接近DT (使得量化帶來(lái)的輸出電壓波動(dòng) 最小化的臨界因子)的占空比DQj?；趯?duì)DT的接近度，從所列舉的可能 值中選擇集合DQj。如果J-l,則選取作為最接近但小于DT的占空比的DQ1 (或DQ)。如果J=2,則選取作為最接近地內(nèi)括了 (bracket)DT的占空比的 DQ1和DQ2。如果J-3，則選取總體內(nèi)括了 DT并且最接近DT的三個(gè)占空比 所組成的集合DQj。
由占空比選擇器211經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)從第一集合DQj確定占空比的 第二集合DQk,第一步驟是集合DQj的擴(kuò)展，而第二步驟是從集合DQj的擴(kuò) 展中選擇DQk。從集合DQj到XDQj (j-l，2，…J)的擴(kuò)展提供量化占空比的 全面的(comprehensive)集合，根據(jù)其，可選擇有效工作集合DQk。可以以 各種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展?？赏ㄟ^(guò)設(shè)置XDQj=(m+(j-2))/n來(lái)執(zhí)行非常簡(jiǎn)單的擴(kuò) 展，其中DQl-m/n。為提供更精細(xì)的分辨率，可如下設(shè)置XDQj:
集合XDQj的元素?cái)?shù)目JJ應(yīng)該足夠大，使得集合中的最大占空比大到足 以補(bǔ)償高負(fù)栽處的寄生效應(yīng)。必須與DQj的改變一樣頻繁地進(jìn)行XDQj的計(jì)
并且 或者 并且
XDQj=(m+(j-3)/2)/n XDQj=(m+a-4)/2)/(n-l) XDQj=(m+(j-3)/2)/n
如果j是奇數(shù) 如果j是偶數(shù), 如果j是奇數(shù) 如果j是偶數(shù)。 算。
可靜態(tài)地或動(dòng)態(tài)地確定占空比的工作集合DQk;也就是說(shuō)，DQk可以是 XDQj的規(guī)定子集，或者可將其動(dòng)態(tài)地"映射"到由負(fù)載確定的、XDQj的總 體連續(xù)的子集。在任一情況下，由占空比選擇器的邏輯來(lái)確定此子集中的元 素?cái)?shù)目K。在占空比選擇器211基于在導(dǎo)通時(shí)間或關(guān)斷時(shí)間期間進(jìn)行的輸出 電壓誤差估值的二進(jìn)制或三進(jìn)制采樣而選取占空比的情況下，元素?cái)?shù)目K是 2或3;在占空比選擇器211基于在導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間這兩者期間進(jìn)行的 輸出電壓誤差估值的二進(jìn)制或三進(jìn)制采樣而選取占空比的情況下，元素?cái)?shù)目 K的范圍從4到9。在b2的情況下，XDQj的規(guī)定子集，即XDQ1和XDQJJ， 可能生成不能容忍的輸出電壓波動(dòng)。這可能是寄生效應(yīng)的人為結(jié)果 (artifact),迫使在高負(fù)載處比在低負(fù)載處有高得多的占空比。為進(jìn)行補(bǔ)償， 用于動(dòng)態(tài)確定DQk的機(jī)制是有用的。
一種用來(lái)在K=2的情況下動(dòng)態(tài)確定占空比的工作集合的簡(jiǎn)單而有效的機(jī) 制是對(duì)連續(xù)的DQ1或DQ2的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且當(dāng)它超出規(guī)定閾值時(shí)，通過(guò) 在XDQj中"滑動(dòng)"或重定位DQk，向上或向下調(diào)整DQ1和DQ2?？商鎿Q地， 可使用在窗口中DQ1超出DQ2的計(jì)數(shù)、或DQ2超出DQ1的計(jì)數(shù)來(lái)調(diào)整DQ1和 DQ2。這兩個(gè)機(jī)制可適用于其他K值。
采用可變頻率占空比量化、相同循環(huán)輸出電壓反饋、以及動(dòng)態(tài)確定占空 比的工作集合以補(bǔ)償依賴于負(fù)載的寄生效應(yīng)，這以最小的計(jì)算代價(jià)顯著地改 善了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。盡管上述占空比控制機(jī)制具有性質(zhì)上與現(xiàn)有技術(shù)的占 空比控制機(jī)制的相似的暗示的性能限制，但是基本上降低了占空比量化對(duì)性 能的影響，而沒(méi)有帶來(lái)應(yīng)用依賴性。
圖3描述了根據(jù)本發(fā)明的切換模式DC/DC功率轉(zhuǎn)換器，包括功率級(jí)102, 用于將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換為輸出電壓Vout;控制裝置152，用于導(dǎo)通和關(guān)斷 在功率級(jí)102中包括的可控切換裝置112;以及占空比控制機(jī)制202，用于 控制切換裝置112的占空比。
控制裝置152的特征還在于，由于控制裝置的時(shí)間分辨率At，可控切換 裝置的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間這兩者都被約束到At的整數(shù)倍數(shù)。因?yàn)榭刂蒲b置 152不是固定頻率的控制裝置，所以其必須輸入導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，以導(dǎo) 通和關(guān)斷切換裝置112。
占空比控制機(jī)制包括目標(biāo)占空比估計(jì)器/輸出電壓誤差估計(jì)器232，是
用于根據(jù)輸出電壓誤差信號(hào)或輸入電壓信號(hào)或兩者的組合來(lái)估計(jì)目標(biāo)占空
比DT和原始輸出電壓誤差VE的機(jī)制；以及輸出電壓誤差驅(qū)動(dòng)的占空比選擇 器252,用于通過(guò)根據(jù)從由估計(jì)的目標(biāo)占空比DT索引的占空比對(duì)表242中 提取的量化占空比(內(nèi)括了 DT的DQmin和DQmax),逐循環(huán)地選取量化占空 比(及其相應(yīng)的量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì))，來(lái)確定切換裝置112的導(dǎo)通和 關(guān)斷時(shí)間；選取是按照使得輸出電壓誤差的幅值持續(xù)最小化的方式。
在數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式中，目標(biāo)占空比估計(jì)器232經(jīng)常采取對(duì)輸出電源誤差信 號(hào)進(jìn)行操作的數(shù)字PID(比例微積分)濾波器的形式。根據(jù)本發(fā)明，替代輸出 電壓誤差信號(hào)，或者除了輸出電壓誤差信號(hào)之外，濾波器可以對(duì)輸入電壓信 號(hào)進(jìn)行操作。類似地，經(jīng)常將輸出電壓誤差估計(jì)器232實(shí)現(xiàn)為PID濾波器。 PID濾波器提供了對(duì)延遲進(jìn)行折衷的可能性以改善信噪比。當(dāng)必須最小化延 遲時(shí)，經(jīng)由二進(jìn)制比較器導(dǎo)出的二值輸出電壓誤差估計(jì)是簡(jiǎn)單有效的。這是 輸出電壓誤差估計(jì)器232的性質(zhì)。另外，在占空比控制機(jī)制202中，占空比 選擇器252在切換循環(huán)已經(jīng)開(kāi)始之后但在已確定占空比的選取之前對(duì)輸出 電壓誤差進(jìn)行采樣，并且(由占空比選擇器252 )實(shí)時(shí)采用以實(shí)現(xiàn)所選取的 占空比中暗示的關(guān)斷。
對(duì)于降壓轉(zhuǎn)換器，其中輸出電壓誤差漂移關(guān)于平均值對(duì)稱，可通過(guò)對(duì)二 進(jìn)制比較器采樣而直接導(dǎo)出輸出電壓誤差估值?？筛鶕?jù)DQfflin和DQraax的導(dǎo) 通時(shí)間來(lái)確定理想的誤差采樣時(shí)間；具體地，相對(duì)于切換循環(huán)的開(kāi)始的采樣 時(shí)間是1/4 (ONmin+ONmax)，舍入(如有必要)到最接近的△ t的倍數(shù)。必須 與DQ的改變一樣頻繁地進(jìn)行采樣時(shí)間的計(jì)算；但可通過(guò)將采樣時(shí)間并入表 242來(lái)整體避免該計(jì)算。
對(duì)于升壓轉(zhuǎn)換器，其中輸出電壓誤差漂移關(guān)于平均值不對(duì)稱，輸出電壓 誤差估值的導(dǎo)出不是那么直接的。在此情況下，最容易根據(jù)誤差電壓的兩個(gè) 二值采樣來(lái)構(gòu)造二值輸出電壓誤差估值，其中兩個(gè)采樣在時(shí)間上是分離的， 但被指定為使得在穩(wěn)定狀態(tài)下， 一個(gè)采樣一般會(huì)是正的，而另一個(gè)是負(fù)的。 例如，可在關(guān)斷時(shí)間(在切換循環(huán)開(kāi)始之前)之后的1/4(0FFmin+0FFmax) 進(jìn)行第一采樣，而在下一導(dǎo)通時(shí)間(標(biāo)記切換循環(huán)的開(kāi)始)之后的 1/4(0Nmin+0Nmax)進(jìn)行第二采樣，使得能夠構(gòu)造輸出電壓誤差估值，并且實(shí) 時(shí)選取占空比以實(shí)現(xiàn)所選的占空比中暗示的關(guān)斷。如果這兩個(gè)采樣都是正 的，則誤差估值是正的；如果兩個(gè)采樣都是負(fù)的，則誤差估值是負(fù)的。如果一個(gè)采樣是正的且另一個(gè)是負(fù)的，則誤差估值是前一個(gè)值，而不改變。
不管降壓或升壓，占空比選擇器252逐循環(huán)地選取DQmin和DQmax (及 其相應(yīng)的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì))，其中已從通過(guò)DT索引的表242中提取了 DQmin和DQmax;當(dāng)輸出電壓誤差是正的時(shí)(即，原始輸出電壓高于期望輸 出電壓)選取DQmin，并且當(dāng)輸出電壓誤差估值是負(fù)的時(shí)選取DQmax。
在圖6中描述了占空比對(duì)的表242的內(nèi)容和構(gòu)造。對(duì)于給定的DT值， DQmin和DQmax的確定是兩個(gè)步驟的處理，第一步驟是列舉DT附近的量化 占空比，第二步驟是從列舉的可能值中選擇DQmin和DQmax。通過(guò)生成量化 的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的集合而實(shí)現(xiàn)量化占空比的系統(tǒng)列舉，其中所述量 化的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的特點(diǎn)是彼此獨(dú)立地確定(集合中的)每一對(duì)的 量化導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間；即，導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的和不是固定的；并且可以 逐對(duì)地變化，限于離散值的集合(Tswi) (i=l, 2, ...I),其中Tswi是At 的整數(shù)倍數(shù)。此量化對(duì)的集合被普通地變換為量化占空比的集合。更多的切 換循環(huán)可能值轉(zhuǎn)化為更多的占空比可能值，使得更容易選才奪接近在DT(使 得量化帶來(lái)的輸出電壓波動(dòng)最小化的臨界因子)兩側(cè)的占空比。 一種選取 DQmin和DQmax的方法是搜索DT附近的量化占空比的空間，并且選取DT兩 側(cè)的最接近者。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，當(dāng)所選的占空比一個(gè)接近DT而另一個(gè)相對(duì) 遠(yuǎn)離時(shí)，這些選取可能有問(wèn)題(關(guān)于輸出電壓波動(dòng))。在那種情況下，優(yōu)選 的是丟棄較接近者，而選取在作為被丟棄的占空比的DT的同一 "側(cè)，，上的 第二 (或第三)接近的占空比。 一旦確定了 DQmin和DQmax，則普通地導(dǎo)出 相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)指定的(ON, OFF)min和(0N， OFF)max。
為估計(jì)表242的大小，考慮具有20MHz時(shí)鐘的占空比控制機(jī)制控制具有 1. 25MHz (每標(biāo)稱切換循環(huán)16個(gè)時(shí)鐘)的標(biāo)稱切換頻率的功率級(jí)的例子，其 中允許切換循環(huán)距離標(biāo)稱值變化±1時(shí)鐘周期。如果相對(duì)于與DQmin相關(guān)聯(lián) 的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間來(lái)編碼與DQmax相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，則所得到的表 可組織為12 x 128。
上述占空比控制機(jī)制的簡(jiǎn)單性具有吸引力。具有可用的占空比對(duì)的表的
計(jì)算優(yōu)勢(shì)在于適量的不經(jīng)常存取的存儲(chǔ)器的代價(jià)。但是可變頻率占空比聯(lián)合 和相同循環(huán)輸出電壓反饋的組合顯著地改善了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。盡管上述占
空比控制機(jī)制具有性質(zhì)上與現(xiàn)有技術(shù)的占空比控制機(jī)制的相似的暗示的性 能限制，但是基本上降低了占空比量化對(duì)性能的影響，而沒(méi)有帶來(lái)應(yīng)用依賴性。
圖4描述了根據(jù)本發(fā)明的切換模式DC/DC功率轉(zhuǎn)換器，包括功率級(jí)103， 用于將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換為輸出電壓Vout;控制裝置153，用于導(dǎo)通和關(guān)斷 在功率級(jí)103中包括的可控切換裝置113;以及占空比控制機(jī)制203,用于 控制切換裝置113的占空比。
控制裝置153的特征還在于，由于控制裝置的時(shí)間分辨率At,可控切換 裝置的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間這兩者都被約束到At的整數(shù)倍數(shù)。因?yàn)榭刂蒲b置 153不是固定頻率的控制裝置，所以其必須輸入導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，以導(dǎo) 通和關(guān)斷切換裝置113。
占空比控制機(jī)制包括目標(biāo)占空比估計(jì)器/輸出電壓誤差估計(jì)器233,是 用于根據(jù)輸出電壓誤差信號(hào)或輸入電壓信號(hào)或兩者的組合來(lái)估計(jì)目標(biāo)占空 比DT和原始輸出電壓誤差VE的機(jī)制；可變頻率占空比量化器223,用于確 定最接近目標(biāo)占空比估值DT的量化占空比DQ;以及輸出電壓誤差驅(qū)動(dòng)的占 空比選^^器213，用于通過(guò)為每個(gè)DQ值生成三個(gè)量化占空比的集合(DQmin, DQ， DQmax，從最低到最高排序)、并且逐循環(huán)地選取DQmin或DQ或DQmax (及其相應(yīng)的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì))，來(lái)確定切換裝置113的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí) 間，其中選取是按照使得輸出電壓誤差的幅值持續(xù)最小化的方式。
在數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式中，目標(biāo)占空比估計(jì)器233經(jīng)常采取對(duì)輸出電源誤差信 號(hào)進(jìn)行搡作的數(shù)字PID(比例微積分)濾波器的形式。根據(jù)本發(fā)明，替代輸出 電壓誤差信號(hào)，或者除了輸出電壓誤差信號(hào)之外，濾波器可以對(duì)輸入電壓信 號(hào)進(jìn)行操作。類似地，經(jīng)常將輸出電壓誤差估計(jì)器233實(shí)現(xiàn)為PID濾波器。 PID濾波器提供了對(duì)延遲進(jìn)行折衷的可能性以改善信噪比。當(dāng)必須最小化延 遲、并且動(dòng)態(tài)響應(yīng)較重要時(shí)，經(jīng)由三進(jìn)制比較器(具有死區(qū)的二進(jìn)制比較器) 導(dǎo)出的三值輸出電壓誤差估計(jì)是簡(jiǎn)單有效的。這是輸出電壓誤差估計(jì)器233 的性質(zhì)。另外，在占空比控制機(jī)制203中，占空比選擇器213在切換循環(huán)已 經(jīng)開(kāi)始之后但在已確定占空比的選取之前對(duì)輸出電壓誤差的估值進(jìn)行采樣， 并且(由占空比選擇器213 )實(shí)時(shí)采用以實(shí)現(xiàn)所選取的占空比中暗示的關(guān)斷。
對(duì)于降壓轉(zhuǎn)換器，其中輸出電壓誤差漂移關(guān)于平均值對(duì)稱，可通過(guò)對(duì)三 進(jìn)制比較器采樣而直接導(dǎo)出輸出電壓誤差估值?？筛鶕?jù)DQmin和DQmax的導(dǎo) 通時(shí)間來(lái)確定理想的誤差采樣時(shí)間；具體地，相對(duì)于切換循環(huán)的開(kāi)始的采樣 時(shí)間是1/4 (0Nmin+0Nmax),舍入(如有必要)到最接近的△ t的倍數(shù)。必須
與DQ的改變一樣頻繁地進(jìn)行采樣時(shí)間的計(jì)算。
(注意到，也可根據(jù)在時(shí)間上分離、但被指定為使得在穩(wěn)定狀態(tài)下一個(gè) 采樣一般會(huì)是正的而另一是負(fù)的的兩個(gè)二值誤差采樣來(lái)構(gòu)造三值輸出電壓 誤差估值。)
對(duì)于升壓轉(zhuǎn)換器，其中輸出電壓誤差漂移關(guān)于平均值不對(duì)稱，輸出電壓 誤差估值的導(dǎo)出不是那么直接的。在此情況下，最容易根據(jù)誤差電壓的兩個(gè) 二值采樣來(lái)構(gòu)造三值輸出電壓誤差估值，其中兩個(gè)采樣在時(shí)間上是分離的， 但被指定為使得在穩(wěn)定狀態(tài)下， 一個(gè)采樣一般會(huì)是正的，而另一個(gè)是負(fù)的。
例如，可在關(guān)斷時(shí)間(在切換循環(huán)開(kāi)始之前)之后的1/M(0FFmin+0FFmax) 進(jìn)行第一采樣，而在下一導(dǎo)通時(shí)間(標(biāo)記切換循環(huán)的開(kāi)始)之后的 1/4(0Nmin+0Nmax)進(jìn)行第二采樣，使得能夠構(gòu)造輸出電壓誤差估值，并且實(shí) 時(shí)選取占空比以實(shí)現(xiàn)所選的占空比中暗示的關(guān)斷。如果這兩個(gè)采樣都是正 的，則誤差估值是正的；如果兩個(gè)采樣都是負(fù)的，則誤差估值是負(fù)的。如果 一個(gè)采樣是正的且另一個(gè)是負(fù)的，則誤差估值是O (不正也不負(fù))。
不管降壓或升壓，占空比選擇器213逐循環(huán)地選取DQmin或DQ或DQmax
(及其相應(yīng)的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì))；當(dāng)輸出電壓誤差是正的時(shí)(即，原始 輸出電壓高于期望輸出電壓)選取DQmin，當(dāng)輸出電壓誤差估值是負(fù)的時(shí)選 取DQmax,并且當(dāng)輸出電壓誤差估值是G (不正也不負(fù))時(shí)選取DQ。
由可變頻率占空比量化器223經(jīng)由兩個(gè)步驟的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)確定對(duì)于給定 的DT值的DQ，第一步驟是列舉DT附近的量化占空比，第二步驟是從列舉 的可能值中選擇DQ。通過(guò)生成量化的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的集合而實(shí)現(xiàn)量 化占空比的系統(tǒng)列舉，其中所述量化的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的特點(diǎn)是彼此 獨(dú)立地確定(集合中的)每一對(duì)的量化導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間；即，導(dǎo)通時(shí)間和關(guān) 斷時(shí)間的和不是固定的；并且可以逐對(duì)地變化，限于離散值的集合(Tswi)
(i = l, 2， ...1)，其中Tswi是At的整數(shù)倍數(shù)。此量化對(duì)的集合被普通地 變換為量化占空比的集合。更多的切換循環(huán)可能值轉(zhuǎn)化為更多的占空比可能 值，使得可以選擇更接近DT (使得量化帶來(lái)的輸出電壓波動(dòng)最小化的臨界 因子)的占空比。將DQ選取為最接近但小于DT的占空比，并且普通地導(dǎo)出
其相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)閉時(shí)間對(duì)。
由占空比選擇器213實(shí)現(xiàn)DQmin和DQmax的確定。當(dāng)多個(gè)選項(xiàng)可用時(shí)， 簡(jiǎn)單的且代價(jià)高效的選項(xiàng)是
設(shè)置:
<formula>formula see original document page 21</formula>并且
<formula>formula see original document page 21</formula>如上所述，三值輸出電壓誤差估值通過(guò)將ONq調(diào)整了-1、 0或+l個(gè)時(shí)鐘， 來(lái)確定導(dǎo)通時(shí)間。通過(guò)在相反方向上調(diào)整OFFq而暗示地確定關(guān)閉時(shí)間。這 些值允許轉(zhuǎn)換器以適量的輸出電壓波動(dòng)為代價(jià)來(lái)有效地響應(yīng)線和負(fù)載條件 的改變。
第二個(gè)簡(jiǎn)單且代價(jià)高效的選項(xiàng)是
設(shè)置 并且 <formula>formula see original document page 21</formula>
如上所述，三值輸出電壓誤差估值通過(guò)將ONq調(diào)整了-l、 0或+l個(gè)時(shí)鐘， 來(lái)確定導(dǎo)通時(shí)間。通過(guò)將OFFq調(diào)整O、 0或-1來(lái)確定關(guān)閉時(shí)間。這些值允 許轉(zhuǎn)換器以增加對(duì)線和負(fù)載條件的改變的靈敏度為代價(jià)來(lái)減少輸出電壓波 動(dòng)。
上述占空比控制機(jī)制的簡(jiǎn)單性具有吸引力。此外，相同循環(huán)、三值輸出 電壓反饋的應(yīng)用顯著改善了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。盡管上述占空比控制機(jī)制具有 性質(zhì)上與現(xiàn)有技術(shù)的占空比控制機(jī)制的相似的暗示的性能限制，但是基本上 降低了占空比量化對(duì)性能的影響，而沒(méi)有帶來(lái)應(yīng)用依賴性。
圖5描述了根據(jù)本發(fā)明的切換模式DC/DC功率轉(zhuǎn)換器，包括功率級(jí)104， 用于將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換為輸出電壓Vout;控制裝置154，用于導(dǎo)通和關(guān)斷 在功率級(jí)104中包括的可控切換裝置114;以及占空比控制機(jī)制204,用于 控制切換裝置114的占空比。
控制裝置154的特征還在于，由于控制裝置的時(shí)間分辨率At,可控切換 裝置的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間這兩者都被約束到At的整數(shù)倍數(shù)。因?yàn)榭刂蒲b置 154不是固定頻率的控制裝置，所以其必須輸入導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，以導(dǎo) 通和關(guān)斷切換裝置114。
占空比控制機(jī)制包括目標(biāo)占空比估計(jì)器/輸出電壓誤差估計(jì)器234，是 用于根據(jù)輸出電壓誤差信號(hào)或輸入電壓信號(hào)或兩者的組合來(lái)估計(jì)目標(biāo)占空
比DT和原始輸出電壓誤差VE的機(jī)制；可變頻率占空比量化器224,用于確 定最接近目標(biāo)占空比估值DT的量化占空比DQ;以及輸出電壓誤差驅(qū)動(dòng)的占 空比選擇器214,用于通過(guò)為每個(gè)DQ值生成六個(gè)量化占空比的集合(DQmin、 DQmn、 DQn、 DQx、 DQmx和DQmax,從最低到最高排序)、并且逐循環(huán)地選取 DQmin或DQmn或DQn或DQx或DQmx或DQmax(及其相應(yīng)的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí) 間對(duì))，來(lái)確定切換裝置114的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，其中選取是按照使得輸出 電壓誤差的幅值持續(xù)最小化的方式。
在數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式中，目標(biāo)占空比估計(jì)器234經(jīng)常采取對(duì)輸出電源誤差信 號(hào)進(jìn)行操作的數(shù)字PID(比例微積分)濾波器的形式。根據(jù)本發(fā)明，替代輸出 電壓誤差信號(hào)，或者除了輸出電壓誤差信號(hào)之外，濾波器可以對(duì)輸入電壓信 號(hào)進(jìn)行操作。類似地，經(jīng)常將輸出電壓誤差估計(jì)器234實(shí)現(xiàn)為PID濾波器。 PID濾波器提供了對(duì)延遲進(jìn)行折衷的可能性以改善信噪比。當(dāng)必須最小化延 遲、并且靜態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)都重要時(shí)，從多個(gè)采樣導(dǎo)出的更精確的輸出電壓誤 差估計(jì)是適當(dāng)?shù)摹＿@是輸出電壓誤差估計(jì)器234的性質(zhì)。另外，在占空比控 制機(jī)制204中，在切換循環(huán)已經(jīng)開(kāi)始之后但在已確定關(guān)斷時(shí)間之前，由占空 比選擇器214經(jīng)由三進(jìn)制比較器對(duì)輸出電壓誤差的估值采樣一次，并且在關(guān) 斷時(shí)間之后但在最終確定占空比以及其暗示的導(dǎo)通時(shí)間之前，經(jīng)由二進(jìn)制比 較器再次采樣。占空比選擇器214采用第一采樣來(lái)限制占空比的選取，如此 確定關(guān)斷時(shí)間；并且采用第二采樣來(lái)最終選取占空比，如此確定導(dǎo)通時(shí)間， 標(biāo)記切換循環(huán)的結(jié)尾。在采樣后立即實(shí)時(shí)進(jìn)行這兩個(gè)選擇，以實(shí)現(xiàn)在所選占 空比中暗示的關(guān)斷和導(dǎo)通。
對(duì)于降壓轉(zhuǎn)換器，其中輸出電壓誤差漂移關(guān)于平均值對(duì)稱，可通過(guò)對(duì)三 進(jìn)制比較器采樣而直接導(dǎo)出輸出電壓誤差估值?？筛鶕?jù)DQmin和DQmax的導(dǎo) 通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間來(lái)確定理想的誤差采樣時(shí)間；具體地，相對(duì)于切換循環(huán)的 開(kāi)始的采樣時(shí)間是1/4 (ONmin+ONmax)，舍入(如有必要)到最接近的△ t的 倍數(shù)。必須與DQ的改變一樣頻繁地進(jìn)行采樣時(shí)間的計(jì)算。
(這里注意到，也可根據(jù)在時(shí)間上分離、但被指定為使得在穩(wěn)定狀態(tài)下 一個(gè)采樣一般會(huì)是正的而另 一是負(fù)的的兩個(gè)二值誤差采樣來(lái)構(gòu)造三值輸出 電壓誤差估值。另外，注意到，在使用兩個(gè)二值采樣來(lái)獲得三值輸出電壓誤 差估值的情況下，三值估計(jì)可被調(diào)度為當(dāng)DT〉. 5時(shí)在切換導(dǎo)通期間，并且當(dāng) DT<. 5時(shí)在切換關(guān)閉期間。在此情況下，二值估計(jì)將會(huì)被調(diào)度為當(dāng)DK. 5時(shí)
在切換導(dǎo)通期間，并當(dāng)DT>. 5時(shí)在切換關(guān)閉期間。)
對(duì)于升壓轉(zhuǎn)換器，其中輸出電壓誤差漂移關(guān)于平均值不對(duì)稱，輸出電壓 誤差估值的導(dǎo)出不是那么直接的。在此情況下，最容易根據(jù)誤差電壓的兩個(gè) 二值采樣來(lái)構(gòu)造三值輸出電壓誤差估值，其中兩個(gè)采樣在時(shí)間上是分離的， 但被指定為使得在穩(wěn)定狀態(tài)下， 一個(gè)采樣一般會(huì)是正的，而另一個(gè)是負(fù)的。
例如，可在關(guān)斷時(shí)間(在切換循環(huán)開(kāi)始之前)之后的1/4 (OFFmin+OFFmax) 進(jìn)行第一采樣，而在下一導(dǎo)通時(shí)間(標(biāo)記切換循環(huán)的開(kāi)始)之后的 1/4(0Nmin+0Nmax)進(jìn)行第二采樣，使得能夠構(gòu)造輸出電壓誤差估值，并且實(shí) 時(shí)選取占空比以實(shí)現(xiàn)所選的占空比中暗示的關(guān)斷。如果這兩個(gè)采樣都是正 的，則誤差估值是正的；如果兩個(gè)采樣都是負(fù)的，則誤差估值是負(fù)的。如果 一個(gè)采樣是正的且另一個(gè)是負(fù)的，則誤差估值是0 (不正也不負(fù))。
因此，占空比選擇器214逐循環(huán)地選取DQmin、 DQmn、 DQn、 DQx、 DQmx 或DQmax (及其相應(yīng)的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì))；當(dāng)總輸出電壓誤差估值最高 時(shí)選取DQmin，當(dāng)總輸出電壓誤差估值最低時(shí)選取DQmax，并且當(dāng)總輸出電 壓誤差估值是相應(yīng)的中間值之一時(shí)選取其余的中間占空比。
由可變頻率占空比量化器223經(jīng)由兩個(gè)步驟的處理來(lái)確定對(duì)于給定的DT 值的DQ，第一步驟是列舉DT附近的量化占空比，第二步驟是從列舉的可能 值中選擇DQ 。通過(guò)生成量化的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的集合而實(shí)現(xiàn)量化占空 比的系統(tǒng)列舉，其中所述量化的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的特點(diǎn)是彼此獨(dú)立地 確定(集合中的)每一對(duì)的量化導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間；即，導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間 的和不是固定的；并且可以逐對(duì)地變化，限于離散值的集合(Tswi) (i=l， 2， ...I),其中Tswi是At的整數(shù)倍數(shù)。此量化對(duì)的集合被普通地變換為量 化占空比的集合。更多的切換循環(huán)可能值轉(zhuǎn)化為更多的占空比可能值，使得 可以選擇更接近DT (使得量化帶來(lái)的輸出電壓波動(dòng)最小化的臨界因子)的 占空比。將DQ選取為最接近但小于DT的占空比，并且普通地導(dǎo)出其相關(guān)聯(lián) 的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)閉時(shí)間對(duì)。
由占空比選擇器213實(shí)現(xiàn)DQmin和DQmax的確定。當(dāng)多個(gè)選項(xiàng)可用時(shí)， 筒單的且代價(jià)高效的選項(xiàng)是
設(shè)置 并且
ONmin=ONq-l x △ t 0FFmin=0FFq+2 x △ t
ONmn=ONq-1 x △ t OFFmn=OFFq
ONn=ONq ONx=ONq
ONmx=ONq+l x △ t
OFFn=OFFq+l x At OFFx=OFFq-l x △ t OFFmx=OFFq 0FFmax=0FFq—2 x △ t
ONmax=ONq+l x △ t
如上所述，三值輸出電壓誤差估值通過(guò)將ONq調(diào)整了-1、 0或+l個(gè)時(shí)鐘， 來(lái)確定導(dǎo)通時(shí)間。其次，二值估值通過(guò)根據(jù)兩次估計(jì)的值來(lái)將OFFq調(diào)整了 +2、 +1、 0、 -1或-2個(gè)時(shí)鐘，確定關(guān)閉時(shí)間。這些值允許轉(zhuǎn)換器有效地響應(yīng) 線和負(fù)載條件的改變，并且限制穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出電壓波動(dòng)。
上述占空比控制機(jī)制的簡(jiǎn)單性具有吸引力。此外，相同循環(huán)內(nèi)兩次輸出 電壓反饋的使用顯著改善了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。盡管上述占空比控制機(jī)制具有 性質(zhì)上與現(xiàn)有技術(shù)的占空比控制機(jī)制的相似的暗示的性能限制，但是基本上 降低了占空比量化對(duì)性能的影響，而沒(méi)有帶來(lái)應(yīng)用依賴性。
盡管前述(執(zhí)行P聰范例的)占空比控制機(jī)制能夠提供有效的輸出電壓 調(diào)節(jié)，同時(shí)功率轉(zhuǎn)換器以持續(xù)傳導(dǎo)(conduction)模式來(lái)操作，但在輕微負(fù)載 下提供高效操作經(jīng)常需要添加低功率或功率節(jié)省控制機(jī)制，用于當(dāng)功率轉(zhuǎn)換 器轉(zhuǎn)變?yōu)榉浅掷m(xù)傳導(dǎo)模式時(shí)調(diào)節(jié)輸出電壓。用于在非持續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)下進(jìn) 行調(diào)節(jié)的機(jī)制通常執(zhí)行脈沖頻率調(diào)制(PFM)范例，其中在固定時(shí)段內(nèi)導(dǎo)通可控 切換器，不管輸出電壓誤差估值何時(shí)落到規(guī)定閾值之下。在此情況下，有必 要設(shè)計(jì)一種用來(lái)檢測(cè)進(jìn)入和脫離DCM的轉(zhuǎn)變的機(jī)制，并且實(shí)現(xiàn)從一個(gè)占空比 控制機(jī)制向另 一 個(gè)的平滑轉(zhuǎn)變。這樣的機(jī)制必須處理負(fù)載中突然以及逐步的 改變。
負(fù)載的突然恢復(fù)(從低負(fù)載狀態(tài))對(duì)電源穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)者提出了更嚴(yán)重 的挑戰(zhàn)。在降壓轉(zhuǎn)換器的情況下，例如， 一般在輸出電壓的(沖擊帶來(lái)的) 下降觸發(fā)了閾值檢測(cè)機(jī)制(可能恰好是用來(lái)在PFM模式下導(dǎo)通切換器的機(jī)制) 時(shí)檢測(cè)沖擊(slam)。然后，可通過(guò)保持切換器導(dǎo)通直到在轉(zhuǎn)換器中存儲(chǔ)的能 量足夠提供期望輸出電壓上的新負(fù)載(經(jīng)由P畫(huà)占空比控制機(jī)制)，直接實(shí)現(xiàn) 從PFM到PWM的轉(zhuǎn)變。
然而，在升壓轉(zhuǎn)換器的情況下，由于升壓拓樸的回掃特性，從沖擊恢復(fù) 稍有點(diǎn)復(fù)雜。切換器不能在電容器中存儲(chǔ)的能量足以提供新負(fù)載之前保持導(dǎo) 通，而必須進(jìn)行循環(huán)。在此情況下的一種實(shí)現(xiàn)從PFM到P麗的轉(zhuǎn)變的方法是
在檢測(cè)到?jīng)_擊時(shí)立即切換到PWM,同時(shí)占空比的序列(從上)收斂到由P麗 占空比控制機(jī)制生成的占空比的工作集合DQk。
權(quán)利要求
1、一種產(chǎn)生至少一個(gè)輸出電壓(Vout)的切換模式DC/DC轉(zhuǎn)換器，包括至少一個(gè)功率級(jí)(PS)，用于將輸入電壓(Vin)轉(zhuǎn)換為輸出電壓(Vout)，每個(gè)功率級(jí)包括至少一個(gè)可控切換裝置(CS)；以及控制裝置(CD)，用于導(dǎo)通和關(guān)斷所述可控切換裝置(CS)，其特征在于由于所述控制裝置的時(shí)間分辨率Δt，所述可控切換裝置(CS)的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間這兩者都被約束為Δt的整數(shù)倍數(shù)；以及占空比控制機(jī)制(DC)，用于控制所述可控切換裝置的占空比，包括用于估計(jì)輸出電壓誤差的機(jī)制，所述輸出電壓誤差是原始輸出電壓與期望輸出電壓(Vdo)之間的差；以及用于估計(jì)目標(biāo)占空比的機(jī)制，所述目標(biāo)占空比是實(shí)質(zhì)用來(lái)實(shí)現(xiàn)期望輸出電壓(Vdo)的占空比；以及占空比量化機(jī)制(DQ)，用于為目標(biāo)占空比估值而確定適合于控制所述可控切換裝置的至少一個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第一集合，其特征在于(所述第一集合中的)每個(gè)對(duì)的量化導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的和被約束為離散值的集合{Tswi}(i＝1、2、...I)，其中I是正整數(shù)，并且Tswi是Δt的整數(shù)倍數(shù)；以及選擇器機(jī)制(SM)，用于通過(guò)逐循環(huán)地從根據(jù)所述第一集合導(dǎo)出的且被類似地約束的、至少兩個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第二集合中選取導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)，而確定所述可控切換裝置的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，其中按照使得輸出電壓誤差的幅值持續(xù)最小化的方式來(lái)進(jìn)行所述選取。
2、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換器是降壓轉(zhuǎn)換器。
3、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換器是多相降壓轉(zhuǎn)換器。
4、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換器是升壓轉(zhuǎn)換器。
5、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換器是逆降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。
6、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換器是上下轉(zhuǎn)換器。
7、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換器是正向轉(zhuǎn)換器。
8、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換器是回掃轉(zhuǎn)換器。
9、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換器是包括至少兩個(gè)可控切 換裝置的多輸出轉(zhuǎn)換器。
10、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述用于估計(jì)目標(biāo)占空比的才幾制采用涉及輸入電壓(Vin)的算法。
11、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述用于估計(jì)目標(biāo)占空比的機(jī)制采 用涉及輸出電壓(Vout)的算法。
12、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述占空比量化機(jī)制(DQ)在確定 是否要將預(yù)期的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)包括在為所估計(jì)的目標(biāo)占空比確定的 至少一個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的所述第一集合中時(shí)，考慮所述所估計(jì)的 目標(biāo)占空比和由所述預(yù)期的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)所暗示的占空比之間的差。
13、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述占空比量化機(jī)制(DQ)在確定是 否要將預(yù)期的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)包括在為所估計(jì)的目標(biāo)占空比確定的至 少一個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的所述第一集合中時(shí)，考慮在所迷所估計(jì)的 目標(biāo)占空比和由所述預(yù)期的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)所暗示的占空比之間的差 相對(duì)于在所述所估計(jì)的目標(biāo)占空比和由每個(gè)其他所述預(yù)期的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷 時(shí)間對(duì)所暗示的占空比之間的差。
14、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述占空比量化機(jī)制(DQ)通過(guò)存取 通過(guò)目標(biāo)占空比估值索引的(集合)的表來(lái)為所述目標(biāo)占空比估值確定至少 一個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第 一集合。
15、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中至少兩個(gè)導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的 所述第二集合是正好j(j-l、 2、…J)對(duì)的集合，按照它們暗示的占空比從最 低到最高排序；以及其中輸出電壓誤差估值是j值的，并且從最高到最低排序；以及 其中選擇器機(jī)制(SM)在當(dāng)前輸出電壓誤差估值是最高時(shí)選取具有最低的 暗示占空比的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)，并且在當(dāng)前輸出電壓誤差估值是最低時(shí) 選取具有最高的暗示占空比的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)，并且在當(dāng)前輸出電壓誤 差是相應(yīng)的中間值中的 一個(gè)時(shí)選取其余的中間對(duì)中的 一對(duì)。
16、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中生成當(dāng)前輸出電壓誤差估值，并且 從至少兩個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第二集合中選取導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間 對(duì)，這在切換循環(huán)已開(kāi)始之后、且在所選對(duì)中暗示的關(guān)斷時(shí)間之前進(jìn)行。
17、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中生成當(dāng)前輸出電壓誤差估值，并且 從至少兩個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第二集合中選取導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間 對(duì)，這在切換循環(huán)已開(kāi)始之后、且在所選對(duì)中暗示的關(guān)斷時(shí)間之后進(jìn)行。
18、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中至少兩個(gè)導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的 所述第二集合是正好2對(duì)的集合，按照它們暗示的占空比從低到高排序；以 及其中輸出電壓誤差估值是二值的高和低；以及其中選擇器機(jī)制(SM)在當(dāng)前輸出電壓誤差估值是高時(shí)選取具有低的暗示 占空比的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)，并且在當(dāng)前輸出電壓誤差估值是低時(shí)選取具 有高的暗示占空比的導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)。
19、 如權(quán)利要求18所述的方法，其中生成當(dāng)前輸出電壓誤差估值，并且 選取導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)，這在切換循環(huán)已開(kāi)始之后、且在所選對(duì)中暗示的 關(guān)斷時(shí)間之前進(jìn)行。
20、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所估計(jì)的輸出電壓誤差是二進(jìn)制比 較器的輸出。
21、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中動(dòng)態(tài)地調(diào)整至少兩個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間 /關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第二集合，以補(bǔ)償依賴于負(fù)載的寄生效應(yīng)。
22、 如權(quán)利要求21所述的方法，其中被采用來(lái)調(diào)整至少兩個(gè)量化導(dǎo)通時(shí) 間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第二集合的機(jī)制采用至少一個(gè)計(jì)數(shù)器和至少一個(gè)比較器。
23、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中通過(guò)選擇器機(jī)制(SM)約束至少兩個(gè) 量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第二集合，以防止過(guò)量的電磁干擾(EMI)。
24、 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述約束采取如下要求的形式由 所述導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)暗示的切換循環(huán)中的最長(zhǎng)者與最短者最多有nxAt(n=l、 2、 .，.N)的不同。
25、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中以微處理器上的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)用于估 計(jì)輸出電壓誤差的機(jī)制的功能性中的一些。
26、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中以微處理器上的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)用于估 計(jì)目標(biāo)占空比的機(jī)制的 一 些功能性。
27、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中以微處理器上的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)占空比 量化機(jī)制(DQ)的一些功能性。
28、 如權(quán)利要求31所述的方法，其中以微處理器上的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇器 機(jī)制(SM)的一些功能性。
29、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述選擇器機(jī)制還操作來(lái)確保按照 標(biāo)準(zhǔn)多相方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多相降壓轉(zhuǎn)換器的每相的排序。
30、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述選擇器機(jī)制還操作來(lái)確保不會(huì) 同時(shí)導(dǎo)通可控切換裝置。
31、 一種借助于切換模式DC/DC轉(zhuǎn)換器來(lái)將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓的 方法；借助于包括由控制裝置(CD)導(dǎo)通和關(guān)斷的至少一個(gè)可控切換裝置(CS) 的功率級(jí)(PS),來(lái)將輸入電壓(Vin)轉(zhuǎn)換為輸出電壓(Vout)，其特征在于由于所述控制裝置的時(shí)間分辨率A t,所述可控切換裝置(CS)的導(dǎo)通時(shí)間 和關(guān)斷時(shí)間這兩者都被約束為At的整數(shù)倍數(shù)；以及占空比控制機(jī)制(DC),用于控制所述可控切換裝置的占空比，包4舌用于估計(jì)輸出電壓誤差的機(jī)制，所述輸出電壓誤差是原始輸出電壓與期 望輸出電壓(Vdo)之間的差；以及用于估計(jì)目標(biāo)占空比的機(jī)制，所述目標(biāo)占空比是實(shí)質(zhì)用來(lái)實(shí)現(xiàn)期望輸出 電壓(Vdo)的占空比；以及占空比量化機(jī)制(DQ)，用于為目標(biāo)占空比估計(jì)而確定適合于控制所述可 控切換裝置的至少 一個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第 一集合，其特;f正在于 (所述第一集合中的)每個(gè)對(duì)的量化導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的和被約束為離散 值的集合(Tswi) (i=l、 2、 ...I),其中I是正整數(shù)，并且Tswi是At的整數(shù) 倍數(shù)；以及選擇器機(jī)制(SM)，用于通過(guò)逐循環(huán)地從根據(jù)所述第一集合導(dǎo)出的且被類 似地約束的、至少兩個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第二集合中選取導(dǎo)通時(shí)間 /關(guān)斷時(shí)間對(duì)，而確定所述可控切換裝置的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，其中4安照使 得輸出電壓誤差的幅值持續(xù)最小化的方式來(lái)進(jìn)行所述選取。
全文摘要
一種數(shù)控DC/DC轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)切換模式功率級(jí)，用于將輸入電壓(Vin)轉(zhuǎn)換為輸出電壓(Vout)；功率級(jí)包括由具有時(shí)間分辨率△t的控制裝置導(dǎo)通和關(guān)斷的至少一個(gè)可控切換裝置。轉(zhuǎn)換器還包括占空比控制機(jī)制，用于控制可控切換裝置的占空比，占空比控制機(jī)制包括用于估計(jì)輸出電壓誤差的機(jī)制；用于估計(jì)目標(biāo)占空比的機(jī)制；以及占空比量化機(jī)制，用于為目標(biāo)占空比估計(jì)而確定適合于控制可控切換裝置的量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第一集合；以及選擇器機(jī)制，用于通過(guò)逐循環(huán)地從根據(jù)所述第一集合導(dǎo)出的、至少兩個(gè)量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第二集合中選取導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)，而確定所述可控切換裝置的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，其中按照使得輸出電壓誤差的幅值持續(xù)最小化的方式來(lái)進(jìn)行選取。為補(bǔ)償依賴于負(fù)載的寄生效應(yīng)，持續(xù)地調(diào)整量化導(dǎo)通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間對(duì)的第二集合，以確保在所有負(fù)載水平上的最優(yōu)性能。
文檔編號(hào)G05F1/618GK101111811SQ200580047575
公開(kāi)日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月8日
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