專利名稱：整流器中用于功率控制的壓縮擴(kuò)展器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電功率控制電路領(lǐng)域，尤其涉及照明系統(tǒng)中使用的整流器中所用的動(dòng)態(tài)功率控制。
常規(guī)電功率控制系統(tǒng)一般使用一種閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)。這些系統(tǒng)的某些系統(tǒng)，例如數(shù)字功率控制系統(tǒng)，使用數(shù)字化由功率輸出檢測裝置所提供的一個(gè)信號(hào)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。來自ADC的數(shù)字化數(shù)據(jù)值被送到數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，當(dāng)在ADC輸出中檢測到相對于參考信號(hào)有偏差時(shí)，DSP在驅(qū)動(dòng)電路中采取校正功能以使輸出達(dá)到期望值。為了正確地監(jiān)控低幅信號(hào)中的精確變化，檢測ADC必須具有高比特分辨率。
然而，當(dāng)需要精確控制幅度比要被檢測的最大信號(hào)小幾個(gè)數(shù)量級(jí)的時(shí)變信號(hào)時(shí)，問題產(chǎn)生了。尤其是，對于既能線性地保持精確檢測小信號(hào)，也能檢測大信號(hào)的系統(tǒng)需要使用昂貴的ADC或者額外的可控增益級(jí)。傳統(tǒng)用于解決該問題的方法或者是限制信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍或者限制錯(cuò)誤檢測的精確度，這兩種方法都降低了功率系統(tǒng)的性能。
在無功率系統(tǒng)應(yīng)用例如電話系統(tǒng)或?yàn)V波器中，上述問題使用壓縮擴(kuò)展方法被解決，其中，模擬信號(hào)的幅度被壓縮然后該信號(hào)被數(shù)字化。數(shù)字化的信號(hào)然后被擴(kuò)展以使最終數(shù)字信號(hào)的幅度等于模擬信號(hào)幅度，這樣，使模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換對該系統(tǒng)來說是透明的。使用對數(shù)的模擬壓縮技術(shù)尤其適合于將信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍降低到可用低價(jià)格、低比特分辨率的ADC取樣的一個(gè)易管理范圍。參見1997年2月IEEE transactions Circ.Syst.第二期44卷第65-85頁Y.Tsividia的“外部的線性時(shí)變系統(tǒng)以及它們在壓縮擴(kuò)展信號(hào)處理器中的應(yīng)用”；電信Wiley叢書1990年版第108-115頁J.Bellamy的數(shù)字電話技術(shù)。同時(shí)參見Wermuth等人的美國專利US4,903,020和Gittinger的美國專利US 5,023,490。至今，壓縮擴(kuò)展技術(shù)還沒有用在功率系統(tǒng)應(yīng)用中。因此，本發(fā)明的目的是在功率系統(tǒng)中使用壓縮擴(kuò)展技術(shù)。
本發(fā)明提供了一種用于整流器的動(dòng)態(tài)功率控制的系統(tǒng)和方法，其中，壓縮擴(kuò)展器用于減少具有動(dòng)態(tài)信號(hào)范圍的功率系統(tǒng)中模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的動(dòng)態(tài)輸入范圍要求，該動(dòng)態(tài)信號(hào)范圍的幅度比被取樣的最大信號(hào)的幅度小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。擴(kuò)展壓縮器包括一個(gè)模擬壓縮器，用來從未壓縮的模擬信號(hào)中產(chǎn)生降低了幅度的模擬信號(hào)；一個(gè)取樣ADC，用來將多個(gè)壓縮模擬信號(hào)的信號(hào)取樣的每一個(gè)樣值轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值；及一個(gè)數(shù)據(jù)擴(kuò)展器，用來將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值數(shù)字化地?cái)U(kuò)展到與未壓縮的模擬信號(hào)幅度相同的幅度。
然后，使用一種算法從擴(kuò)展的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值計(jì)算校正信號(hào)。校正信號(hào)使功率反饋控制電路調(diào)節(jié)功率輸出電平到期望值。該控制電路可用于控制輸出電流或輸出電壓，并提供了一種比用于此目的的常規(guī)系統(tǒng)成本和復(fù)雜度更低的功率控制系統(tǒng)。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的壓縮擴(kuò)展器的一種示范性實(shí)施例。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的電壓信號(hào)壓縮器的示范性實(shí)施例的電路圖。
圖3a表示響應(yīng)現(xiàn)有技術(shù)的未壓縮的電信號(hào)、以伏(v)為單位的數(shù)字輸出電壓隨高分辨率ADC的模擬輸入電壓的函數(shù)變化的曲線圖。
圖3b表示根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)幅度壓縮的電信號(hào)并隨高分辨率ADC的模擬輸入電壓(v)的函數(shù)變化的數(shù)字輸出電壓(v)的曲線圖。
本發(fā)明用于在整流器中使用用于功率控制的壓縮擴(kuò)展器的一種系統(tǒng)和方法。圖1表示依據(jù)本發(fā)明的壓縮擴(kuò)展器10的一種示范性實(shí)施例。從功率信號(hào)中得到的模擬輸入信號(hào)12輸入到模擬壓縮器14。壓縮器14的幅度壓縮的模擬輸出16由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)18取樣，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)18輸出數(shù)字編碼信號(hào)20，該信號(hào)被輸入到數(shù)字?jǐn)U展部件22。
擴(kuò)展部件22在數(shù)字域中擴(kuò)展數(shù)據(jù)信號(hào)20產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)24，該信號(hào)的幅度和輸入信號(hào)12的幅度相等。擴(kuò)展部件22包括具有查找表(LUT)的存儲(chǔ)裝置，其中存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值，每個(gè)值在幅度上與多個(gè)模擬輸入信號(hào)12之一的信號(hào)幅度相等。數(shù)據(jù)信號(hào)20中多個(gè)數(shù)據(jù)值的每一個(gè)值對應(yīng)于LUT中的唯一地址以定位生成數(shù)字信號(hào)24的多個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值中的唯一的一個(gè)值。
信號(hào)24由諸如數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或微處理器之類的數(shù)字計(jì)算裝置26處理。數(shù)字計(jì)算裝置26根據(jù)一個(gè)誤差值計(jì)算出一個(gè)校正信號(hào)28，該誤差值與相對于數(shù)字計(jì)算設(shè)備26的操作程序中的一個(gè)參考值的情況下的信號(hào)24的幅度相關(guān)。校正信號(hào)28向激勵(lì)器(未圖示)提供一個(gè)適當(dāng)?shù)囊苿?dòng)以使信號(hào)12移動(dòng)到一個(gè)新的希望值。擴(kuò)展部件22也可以合并到數(shù)字計(jì)算裝置26中作為存儲(chǔ)查找表，該表的值由數(shù)學(xué)表達(dá)式或分段線性近似算法產(chǎn)生。
壓縮擴(kuò)展器10可以用于擴(kuò)展壓縮一個(gè)檢測的電壓或一個(gè)檢測的電流信號(hào)。在用于一負(fù)載電流的示范性壓縮器中，通過一個(gè)二極管導(dǎo)通的轉(zhuǎn)移函數(shù)產(chǎn)生通過該二極管的一個(gè)對數(shù)式電壓響應(yīng)，其操作可由等式描述IDVD＝mVTlog(--+1) (1)I0其中，VD是二極管兩端的電壓(v)，m是一個(gè)常量(1＜m＜2)，VT是一個(gè)熱電壓(0.025v@25℃)，ID是通過二極管傳導(dǎo)的以安培(amps)為單位的電流，ID是飽和電流(amps)。
圖2表示一個(gè)電壓信號(hào)壓縮器的示范性電路30。與二極管32和34相關(guān)的對數(shù)轉(zhuǎn)移特性通過運(yùn)算放大器36提供輸入電壓38的壓縮以獲得壓縮的輸出電壓40。電阻器42為轉(zhuǎn)移特性的斜率提供線性控制。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的，各種可選擇的配置可以用來壓縮電壓或電流，或者同時(shí)壓縮電壓和電流。
圖3a表示在普通的高分辨率ADC響應(yīng)現(xiàn)有技術(shù)的未壓縮的電信號(hào)的情況下，數(shù)字輸出電壓(v)為模擬輸入電壓(v)的函數(shù)的曲線圖。轉(zhuǎn)移曲線44表示在沒有壓縮時(shí)，對于圖1所示的模擬輸入電壓信號(hào)12的每一步線性增長，在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC的數(shù)字輸出電壓中進(jìn)行相應(yīng)的步驟。對于示范性的模擬輸入變化值46，數(shù)字輸出電壓以一個(gè)比例量48變化。
圖3b圖示根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)于幅度壓縮電信號(hào)，高分辨率ADC的數(shù)字輸出電壓為模擬輸入電壓(v)的函數(shù)的曲線圖。轉(zhuǎn)移曲線50顯示了圖1所示的模擬輸入電壓信號(hào)12的每一線性步長增長，對于小信號(hào)來說，壓縮結(jié)果使數(shù)字輸出電壓產(chǎn)生比圖3a更大的步長。
因此，如果假定在圖3b中所示的模擬輸入變化值52和在圖3a中所示的模擬輸入變化值46幅度相等，則圖3b中所示的數(shù)字輸出變化值54明顯地大于在圖3a中所示的數(shù)字輸出變化值48。相反的，對于一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC的給定數(shù)字輸出變化值，可以以壓縮模擬信號(hào)的輸入電壓比未壓縮信號(hào)的輸入電壓的變化值小得多的方式而產(chǎn)生，和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的比特?cái)?shù)比未壓縮信號(hào)的比特?cái)?shù)減少。
因此，至此要求一個(gè)高分辨率和寬動(dòng)態(tài)范圍的ADC的功率控制可以通過結(jié)合了模擬壓縮機(jī)制和在同樣的動(dòng)態(tài)范圍上具有較低比特分辨率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化器ADC的壓縮擴(kuò)展器來實(shí)現(xiàn)。這樣就產(chǎn)生了比常規(guī)系統(tǒng)低價(jià)格和低復(fù)雜性的功率控制系統(tǒng)。
鑒于上述的描述，對本發(fā)明的可選實(shí)施例的各種修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很明顯的。因此，這一描述被解釋成僅是說明性的，并用于教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式的目的。在基本上不脫離本發(fā)明精神的情況下可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)上的修改，并保留在權(quán)利要求范圍內(nèi)的各種修改的排它使用。
權(quán)利要求
1.一種用于動(dòng)態(tài)功率控制的系統(tǒng)，包括一個(gè)電信號(hào)模擬檢測裝置；一個(gè)壓縮擴(kuò)展裝置；一個(gè)校正信號(hào)計(jì)算裝置，和一個(gè)電信號(hào)校正裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該壓縮擴(kuò)展裝置包括一個(gè)模擬信號(hào)壓縮裝置(14)一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)(18)，和一個(gè)數(shù)字信號(hào)擴(kuò)展裝置(22)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中該模擬信號(hào)壓縮裝置(14)是一個(gè)增大小的模擬信號(hào)的幅度和減小大的模擬信號(hào)幅度的電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中該模擬信號(hào)壓縮裝置(14)是一個(gè)二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中該模擬信號(hào)壓縮裝置(14)包括連接到一個(gè)運(yùn)算放大器(36)的多個(gè)二極管(32，34)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中該數(shù)字信號(hào)擴(kuò)展裝置(22)包括一個(gè)電路，用于將來自模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC(18)的一個(gè)壓縮數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)(20)轉(zhuǎn)換成一個(gè)擴(kuò)展數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)(24)，該擴(kuò)展數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的幅度與來自模擬檢測裝置的信號(hào)(12)的幅度相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中該數(shù)字信號(hào)擴(kuò)展裝置(22)包括具有查找表的一個(gè)存儲(chǔ)裝置，該表存儲(chǔ)了多個(gè)擴(kuò)展數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)值，每一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值與一個(gè)來自模擬檢測裝置的信號(hào)(12)的幅度值相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中來自ADC(18)的數(shù)字輸出信號(hào)對應(yīng)于存儲(chǔ)裝置中多個(gè)存儲(chǔ)單元中的唯一存儲(chǔ)單元，該存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)一個(gè)相應(yīng)的擴(kuò)展數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中該數(shù)字信號(hào)擴(kuò)展裝置(22)包括具有一個(gè)查找表的一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器或微處理器。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中該數(shù)字信號(hào)擴(kuò)展裝置(22)是存儲(chǔ)在諸如數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或微處理器的數(shù)字計(jì)算裝置(26)中的一個(gè)線性近似算法。
全文摘要
一種用于整流器的動(dòng)態(tài)功率控制的系統(tǒng)和方法,其中一個(gè)壓縮擴(kuò)展器被用于降低具有動(dòng)態(tài)信號(hào)范圍的功率系統(tǒng)中模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的動(dòng)態(tài)輸入范圍要求,該動(dòng)態(tài)信號(hào)范圍的幅度比被取樣的最大信號(hào)幅度小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。本發(fā)明壓縮一個(gè)模擬功率信號(hào),然后將該信號(hào)數(shù)字化并擴(kuò)展以獲得具有與該模擬信號(hào)相同幅度的數(shù)字化信號(hào),由此提供了一種比常規(guī)功率系統(tǒng)的價(jià)格低和復(fù)雜度小的功率控制系統(tǒng)。本發(fā)明可以使用算法計(jì)算功率控制電路需要的擴(kuò)展值和校準(zhǔn)值以將輸出功率電平調(diào)整到希望值。
文檔編號(hào)H03M1/12GK1378767SQ00804055
公開日2002年11月6日 申請日期2000年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月22日
發(fā)明者B·R·維萊特 申請人:皇家菲利浦電子有限公司