專利名稱：用于開關(guān)式電源的數(shù)字控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源電路，并更具體地涉及用于開關(guān)式電源電路的數(shù)字控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域中，已知開關(guān)式電源是用于把可利用的直流(DC)或交流(AC)電平電壓變換為另一DC電平電壓。降壓變換器是一種特定類型的開關(guān)式電源，它通過(guò)切換流入耦合到負(fù)載的輸出電感器的電流而有選擇性地在輸出電感器中儲(chǔ)存能量，從而向負(fù)載提供經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出電壓。它包括兩種一般由MOSFET晶體管形成的電源開關(guān)。與負(fù)載并聯(lián)耦合的濾波電容器減小輸出電流的波動(dòng)。脈寬調(diào)制(PWM)控制電路用于以交變方式控制電源開關(guān)的選通，以控制輸出電感器中電流的流動(dòng)。PWM控制電路使用在反饋環(huán)路中傳遞的反映輸出電壓和/或電流電平的信號(hào)，響應(yīng)變化的負(fù)載條件而調(diào)節(jié)作用到電源開關(guān)上的占空因數(shù)。
常規(guī)的PWM控制電路用模擬電路元件，如運(yùn)算放大器、比較器和無(wú)源元件如用于環(huán)路補(bǔ)償?shù)碾娮杵骱碗娙萜鳎约耙恍?shù)字電路元件如邏輯門和觸發(fā)器而構(gòu)成。但是，希望使用完全的數(shù)字電路來(lái)取代模擬電路元件，因?yàn)閿?shù)字電路占用更小的物理空間，消耗更少的功率并允許實(shí)現(xiàn)可編程序性特征或自適應(yīng)控制技術(shù)。常規(guī)的數(shù)字控制電路包括模擬-數(shù)字變換器(ADC)，ADC把代表受控信號(hào)(如輸出電壓(Vo))和基準(zhǔn)之差的誤差信號(hào)變換為具有n位的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字控制電路使用數(shù)字誤差信號(hào)來(lái)控制數(shù)字脈度調(diào)制器，該調(diào)制器向具有占空因數(shù)的電源開關(guān)提供控制信號(hào)，以使電源的輸出值追隨基準(zhǔn)。為了使PWM控制電路的復(fù)雜性較低，希望使數(shù)字信號(hào)的位數(shù)保持為較小的數(shù)量。然而，同時(shí)，數(shù)字信號(hào)的位數(shù)需要足夠高，以提供足夠好的分辨率來(lái)保證對(duì)輸出值的精確控制。而且，ADC需要非?？斓仨憫?yīng)變化的負(fù)載條件。目前的微處理器表現(xiàn)出提供高達(dá)20A/μs的電流轉(zhuǎn)換速率，并希望將來(lái)的微處理器達(dá)到大于350A/μs的轉(zhuǎn)換速率，由此要求電源有極快的響應(yīng)。
由于單級(jí)(即快速)ADC拓?fù)渚哂蟹浅５偷牡却龝r(shí)間(即，特定采樣在輸入和輸出之間的總延遲)，因此在電源控制電路應(yīng)用中利用它。如果標(biāo)準(zhǔn)快速ADC器件用于以所需分辨率(如5mV)來(lái)量化調(diào)節(jié)器輸出電壓的全部范圍，該器件就需要大量消耗不希望有的功率的比較器。在正常操作時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出電壓Vo保持在小窗口內(nèi)，這意味著ADC不必在整個(gè)范圍內(nèi)具有高分辨率。相應(yīng)地，“窗口”ADC拓?fù)湓试S在基準(zhǔn)電壓(Vref)追隨的相對(duì)較小的電壓范圍內(nèi)有高分辨率。由于量化窗口追隨基準(zhǔn)電壓Vref，因此，ADC產(chǎn)生的信號(hào)是電壓誤差信號(hào)。因而，窗口ADC提供ADC和誤差信號(hào)放大器的雙重功能，這導(dǎo)致進(jìn)一步減少元件和相關(guān)的功率消耗。
盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，但窗口ADC拓?fù)涞娜秉c(diǎn)是該器件會(huì)因使窗口范圍被超出的瞬間負(fù)載條件而進(jìn)入飽和狀態(tài)。例如，4-位窗口ADC具有大約5mV的最低有效位(LSB)分辨率。這意味著低至±40mV的輸出電壓誤差推動(dòng)ADC進(jìn)入飽和狀態(tài)。即使實(shí)際誤差甚至?xí)兊酶?，ADC也接著繼續(xù)反映相同的誤差信號(hào)(即最大值)，這稱作數(shù)字控制系統(tǒng)的“終結(jié)”條件。在此終結(jié)條件下反饋環(huán)路的反應(yīng)是難以預(yù)測(cè)的，因?yàn)槿鐩](méi)有關(guān)于誤差大小的準(zhǔn)確信息，數(shù)字控制系統(tǒng)就不再作為線性系統(tǒng)。此性能特別有害，因?yàn)樗鼤?huì)因過(guò)電流和/或過(guò)電壓而損壞負(fù)載，并且還損壞電源本身。
因而，提供一種用于克服現(xiàn)有技術(shù)這些和其它缺點(diǎn)的對(duì)開關(guān)式電源進(jìn)行數(shù)字控制的系統(tǒng)和方法是有利的。更具體地，提供一種具有窗口ADC拓?fù)涞膶?duì)開關(guān)式電源進(jìn)行數(shù)字控制的系統(tǒng)和方法是有利的，其中，所述窗口ADC拓?fù)湓谝蛩查g負(fù)載條件而引起的ADC飽和過(guò)程中可保持準(zhǔn)確的電壓調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有數(shù)字控制系統(tǒng)的開關(guān)式電源。更具體地，所述電源包括至少一個(gè)電源開關(guān)，該電源開關(guān)適合在電源的輸入和輸出端之間傳輸功率；以及數(shù)字控制器，該控制器適于響應(yīng)電源的輸出測(cè)量而控制至少一個(gè)電源開關(guān)的操作。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字控制器包括模擬-數(shù)字變換器，該器件提供代表輸出測(cè)量和基準(zhǔn)值之差的數(shù)字誤差信號(hào)；數(shù)字濾波器，該器件基于先前誤差信號(hào)和先前控制輸出的總和而提供數(shù)字控制輸出；誤差控制器，該器件適合在誤差條件下修改數(shù)字濾波器的操作；以及，數(shù)字脈寬調(diào)制器，該器件向電源開關(guān)提供控制信號(hào)，該控制信號(hào)具有與數(shù)字控制輸出相應(yīng)的脈沖寬度。模擬-數(shù)字變換器進(jìn)一步包括窗口快速模擬-數(shù)字變換器，其中，窗口快速模擬-數(shù)字變換器提供反映模擬-數(shù)字變換器的負(fù)飽和的HIGH(高)信號(hào)以及反映模擬-數(shù)字變換器的正飽和的LOW(低)信號(hào)。數(shù)字濾波器進(jìn)一步包括提供以下轉(zhuǎn)移函數(shù)G(z)的無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器G(z)=PWM(z)VEd(z)=C0+C1·z-1C2·z-2+...+Cn·z-n1-B1·z-1-B2·z-2-...-Bn·z-n]]>這里，PWM(z)是數(shù)字控制輸出，VEd(z)是誤差信號(hào)，C0…Cn是輸入側(cè)系數(shù)，而B1…Bn是輸出側(cè)系數(shù)。數(shù)字濾波器進(jìn)一步包括范圍限制器，如果達(dá)到范圍的上限或下限，范圍限制器就適于限幅數(shù)字控制輸出。如果達(dá)到范圍的上限或下限，范圍限制器就向誤差控制器提供限制信號(hào)。誤差控制器在誤差條件下向數(shù)字脈寬調(diào)制器提供替代的數(shù)字控制輸出，或者在誤差條件下用預(yù)定值取代至少一個(gè)先前的誤差信號(hào)和/或至少一個(gè)先前的控制輸出。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供一種用于控制至少有一個(gè)電源開關(guān)的電源的方法，該電源開關(guān)適合在電源的輸入和輸出端之間傳輸功率。所述方法包括以下步驟接收電源的輸出測(cè)量；對(duì)輸出測(cè)量進(jìn)行采樣，以提供代表輸出測(cè)量和基準(zhǔn)值之差的數(shù)字誤差信號(hào)；基于先前誤差信號(hào)和先前控制輸出的總和而對(duì)數(shù)字誤差信號(hào)進(jìn)行濾波，以提供數(shù)字控制輸出；在誤差條件下修改濾波步驟的操作；以及向至少一個(gè)電源開關(guān)提供控制信號(hào)，該控制信號(hào)具有與數(shù)字控制輸出相應(yīng)的脈沖寬度。采樣步驟進(jìn)一步包括提供反映負(fù)飽和狀態(tài)的HIGH信號(hào)以及反映正飽和狀態(tài)的LOW信號(hào)。濾波步驟進(jìn)一步包括使用具有上述轉(zhuǎn)移函數(shù)G(z)的無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器對(duì)數(shù)字誤差信號(hào)進(jìn)行濾波。
通過(guò)以下優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域中技術(shù)人員將對(duì)用于對(duì)開關(guān)式電源進(jìn)行數(shù)字控制的系統(tǒng)和方法有更完整的理解，并可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明其它的優(yōu)點(diǎn)和目的。首先簡(jiǎn)要描述后面作為參考的附圖。


圖1示出具有數(shù)字控制電路的開關(guān)式電源；圖2示出提供高和低飽和信號(hào)的窗口快速ADC；以及圖3示出具有無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器和誤差控制器的數(shù)字控制器。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種對(duì)開關(guān)式電源進(jìn)行數(shù)字控制的方法。更具體地，本發(fā)明提供一種對(duì)具有窗口ADC拓?fù)涞拈_關(guān)式電源進(jìn)行數(shù)字控制的方法，其中，窗口ADC拓?fù)湓谝蛩查g負(fù)載條件而引起的ADC飽和過(guò)程中維持準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)。在以下詳細(xì)描述中，相同的元件編號(hào)用于描述在一個(gè)或多個(gè)附圖中示出的相同元件。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有數(shù)字控制電路的典型開關(guān)式電源10。電源10包括降壓變換器拓?fù)?，用于把輸入DC電壓Vin變換為作用到電阻性負(fù)載20(Rload)上的輸出DC電壓Vo。電源10包括一對(duì)由MOSFET器件形成的電源開關(guān)12、14。高側(cè)電源開關(guān)12的源極端子耦合到輸入電壓Vin，低側(cè)電源開關(guān)14的源極端子接地，并且，電源開關(guān)12、14的漏極端子耦合在一起，以定義相位節(jié)點(diǎn)。輸出電感器16串聯(lián)耦合在相位節(jié)點(diǎn)和提供輸出電壓Vo的端子之間，并且電容器18與電阻性負(fù)載Rload并聯(lián)耦合。各個(gè)驅(qū)動(dòng)器22、24交替地驅(qū)動(dòng)電源開關(guān)12、14的柵極端子。驅(qū)動(dòng)器22、24又受到數(shù)字控制電路30(后面描述)的控制。電源開關(guān)12、14的開和關(guān)在相位節(jié)點(diǎn)上提供具有大致成矩形的波形的中間電壓，并且，輸出電感器16和電容器18形成的濾波器把矩形波變換為基本為DC的輸出電壓Vo。
數(shù)字控制電路30從電源10的輸出部分接收反饋信號(hào)。如圖1所示，反饋信號(hào)對(duì)應(yīng)于輸出電壓Vo，盡管應(yīng)該理解，反饋信號(hào)可替換地(或另外)對(duì)應(yīng)于電阻性負(fù)載Rload抽取的輸出電流或?qū)?yīng)于其它任何代表被數(shù)字控制電路30控制的參數(shù)的信號(hào)。反饋路徑進(jìn)一步包括分壓器(未示出)，所述分壓器把檢測(cè)的輸出電壓Vo減小到有代表性的電壓電平。數(shù)字控制電路30提供具有占空因數(shù)的脈寬調(diào)制波形，其中，控制占空因數(shù)來(lái)把輸出電壓Vo(或輸出電流)調(diào)節(jié)到期望水平。即使示出的典型電源10具有降壓變換器拓?fù)?，但?yīng)該理解，使用數(shù)字控制電路30的電源10的反饋環(huán)路控制同樣應(yīng)用到其它已知的電源拓?fù)?，如在隔離和非隔離配置中的升壓和降壓-升壓變換器，并可應(yīng)用到不同的控制策略，如已知的電壓模式、電流模式、電荷模式和/或平均電流模式控制器。
更具體地，數(shù)字控制電路30包括模擬-數(shù)字變換器(ADC)32、數(shù)字控制器34和數(shù)字脈寬調(diào)制器(DPWM)36。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，ADC 32進(jìn)一步包括接收反饋信號(hào)(即輸出電壓Vo)和電壓基準(zhǔn)(Ref)作為輸入的窗口快速ADC。ADC 32產(chǎn)生與輸入(Ref-Vo)之差相應(yīng)的電壓誤差信號(hào)(VEdk)的數(shù)字表示。數(shù)字控制器34具有把電壓誤差信號(hào)VEdk變換為提供給DPWM 36的數(shù)字輸出的轉(zhuǎn)移函數(shù)G(z)，數(shù)字控制器34把該信號(hào)變換為具有成比例脈沖寬度的波形(PWMk)。如以上所討論地，DPWM 36產(chǎn)生的脈沖調(diào)制波型PWMk通過(guò)各個(gè)驅(qū)動(dòng)器22、24耦合到電源開關(guān)12、14的柵極端子。
圖2示出用于數(shù)字控制電路30中的窗口快速ADC 40。如以上所討論地，ADC 40接收電壓基準(zhǔn)Ref和輸出電壓Vo作為輸入。電壓基準(zhǔn)作用到梯形電阻器的中心，梯形電阻器包括在基準(zhǔn)電壓端與連接到正電源電壓(VDD)的電流源之間串聯(lián)的電阻器42A、42B、42C、42D以及在基準(zhǔn)電壓端與接地的電流源之間串聯(lián)的電阻器44A、44B、44C、44D。每一個(gè)電阻器都具有相同的電阻值，與電流源一起確定在電壓基準(zhǔn)Ref之上和之下范圍的多個(gè)相同間隔的電壓增量(如5mV)。可以選擇電阻值和/或電流源的大小，以確定ADC 40的LSB分辨率。比較器陣列連接到梯形電阻器，包括多個(gè)正極側(cè)比較器46A、46B、46C、46D以及多個(gè)負(fù)極側(cè)比較器48A、48B、48C、48D。正極側(cè)比較器46A、46B、46C、46D每一個(gè)都具有連接到輸出電壓Vo的非反相輸入端、以及連接到各個(gè)電阻器42A、42B、42C、42D的反相輸入端。同樣，負(fù)極側(cè)比較器48A、48B、48C每一個(gè)都具有連接到輸出電壓Vo的非反相輸入端、以及連接到各個(gè)電阻器44A、44B、44C、44D的反相輸入端。負(fù)極側(cè)比較器48D具有接地的非反相輸入端、以及連接到輸出電壓Vo的反相輸入端。應(yīng)該理解，可包括更大量的電阻器和比較器，以增加電壓增量的數(shù)量，并因而增加ADC 40的范圍；并且，圖2中所示有限數(shù)量的電阻器和比較器僅用于示范目的。
ADC 40進(jìn)一步包括耦合到比較器46A、46B、46C、48A、48B、48C輸出端的邏輯器件52。邏輯器件52接收比較器輸出，并提供代表電壓誤差VEdk的多位(如4位)并行輸出。例如，超出基準(zhǔn)電壓Ref一個(gè)電壓增量(如5mV)的輸出電壓Vo使比較器46B、46A、48A、48B和48C的輸出變高，同時(shí)，比較器46C、46D和48D的輸出保持較低。邏輯器件52把這解釋為邏輯電平9(或二進(jìn)制1001)，并且產(chǎn)生相關(guān)的電壓誤差信號(hào)VEdk。應(yīng)該理解，電壓基準(zhǔn)Ref是可變的，以便移動(dòng)ADC 40的窗口。如果輸出電壓Vo超過(guò)梯形電阻器的最高電壓增量，比較器46D的輸出端就提供HIGH飽和信號(hào)。相似地，如果輸出電壓Vo低于梯形電阻器的最低電壓增量，比較器48D的輸出端就提供LOW飽和信號(hào)。
圖3示出具有數(shù)字濾波器和誤差控制器62的數(shù)字控制器。數(shù)字濾波器進(jìn)一步包括無(wú)限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器，IIR濾波器從先前的電壓誤差輸入VEdk和先前的輸出PWM′k產(chǎn)生輸出PWM′k。如以上所討論地，ADC 40提供電壓誤差輸入VEdk。數(shù)字濾波器輸出PWM′k提供給數(shù)字脈寬調(diào)制器(DPWM)36，DPWM 36向電源開關(guān)提供脈寬調(diào)制控制信號(hào)(PWMk)。
IIR濾波器以框圖形式示出，并且包括第一多個(gè)延遲寄存器72、74、…、76(每一個(gè)都標(biāo)記為z-1)；具有系數(shù)71、73、…、77(標(biāo)記為C0、C1、…、Cn)的第一多個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算符(乘法器)；第二多個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算符(加法器)92、94、96；第二多個(gè)延遲寄存器82、84、…、86(每一個(gè)都標(biāo)記為z-1)；以及具有系數(shù)83、87(標(biāo)記為B1、…、Bn)的第三多個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算符(乘法器)。每一個(gè)第一多個(gè)延遲寄存器72、74、76保留電壓誤差VEdk的先前采樣，并接著由系數(shù)71、73、77中的對(duì)應(yīng)一個(gè)加權(quán)。同樣，每一個(gè)第二多個(gè)延遲寄存器82、84、86保留輸出PWM′k的先前采樣，并接著由系數(shù)83、87中的對(duì)應(yīng)一個(gè)加權(quán)。加法器92、94和96把加權(quán)的輸入和輸出采樣結(jié)合在一起。應(yīng)該理解，可在IIR濾波器中包括更大量的延遲寄存器和系數(shù)，并且圖3中所示的有限數(shù)量?jī)H用于示范目的。圖3所示的數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)是以下轉(zhuǎn)移函數(shù)G(z)的典型實(shí)施G(z)=PWM(z)VEd(z)=C0+C1·z-1+C2·z-2+...+Cn·z-n1-B1·z-1-B2·z-2-...-Bn·z-n]]>誤差控制器62接收反映ADC 40和數(shù)字濾波器的誤差條件的多個(gè)輸入信號(hào)。具體地，誤差控制器62分別從ADC 40接收反映輸出電壓Vo高于和低于ADC電壓窗口的HIGH和LOW飽和信號(hào)。每一個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算符(加法器)92、94、96向誤差控制器62提供反映數(shù)學(xué)運(yùn)算符溢出條件(即進(jìn)位)的溢出信號(hào)。數(shù)字濾波器進(jìn)一步包括范圍限制器81，如果輸出PWM′k達(dá)到范圍上限或下限，范圍限制器81就限幅輸出PWM′k。在此情況下，范圍限制器81向誤差控制器62提供相應(yīng)的限制信號(hào)。
誤差控制器62使用這些輸入信號(hào)來(lái)改變數(shù)字濾波器的操作，以便提高數(shù)字濾波器對(duì)變化負(fù)載條件的響應(yīng)。誤差控制器62耦合到第一多個(gè)延遲寄存器72、74、76和第二多個(gè)延遲寄存器82、84、86中的每一個(gè)，以便能重置和/或預(yù)置在其中儲(chǔ)存的數(shù)值。如在本文中所使用的，“重置”指把數(shù)值設(shè)定為初始值(如零)，而“預(yù)置”指把數(shù)值設(shè)定為另一預(yù)定的數(shù)字。具體地，誤差控制器62可用改變電源性能的預(yù)定值來(lái)取代電壓誤差VEdk和輸出PWM′k的先前采樣。數(shù)字控制器進(jìn)一步包括多路復(fù)用器64，它能在PWM′k輸出信號(hào)和誤差控制器62提供的預(yù)定輸出信號(hào)之間進(jìn)行選擇。誤差控制器62提供的選擇信號(hào)確定哪個(gè)信號(hào)通過(guò)多路復(fù)用器64。當(dāng)ADC 40進(jìn)入HIGH或LOW飽和時(shí)，誤差控制器62通過(guò)控制多路復(fù)用器64而設(shè)定PWM′k信號(hào)為特定的預(yù)定值(或部分取決于先前采樣的數(shù)值序列)。為了從此條件平滑地恢復(fù)，誤差控制器還可通過(guò)重新裝入第一多個(gè)延遲寄存器72、74、76和第二多個(gè)延遲寄存器82、84、86而改變延遲的輸入和輸出采樣。這在ADC 40從飽和恢復(fù)時(shí)保證反饋環(huán)路的受控性能。
例如，如果ADC 40經(jīng)歷正飽和，即，LOW信號(hào)從低狀態(tài)改變?yōu)楦郀顟B(tài)，PWM′k采樣就可重置為零，以幫助減小誤差。通過(guò)重置PWM′k采樣為零，傳輸給電源10的高側(cè)電源開關(guān)12的脈沖寬度變?yōu)榱?，有效地切斷向電阻性?fù)載20的供電(參見圖1)。為了從此狀態(tài)平滑地恢復(fù)，采樣PWM′k-1、PWM′k-2、…、PWM′k-n也可重置為零或預(yù)置為另一數(shù)值，以允許平滑恢復(fù)。同樣，如果ADC 40經(jīng)歷負(fù)飽和，即HIGH信號(hào)從低狀態(tài)改變?yōu)楦郀顟B(tài)，PWM′k采樣就預(yù)置為最大值，增加傳輸給高側(cè)電源開關(guān)12的脈沖寬度，以減小誤差。而且，當(dāng)數(shù)字濾波器發(fā)生內(nèi)部數(shù)值溢出時(shí)，誤差控制器62可采取措施防止電源的電源開關(guān)的不受控制的命令，如改變數(shù)字濾波器的輸入和輸出采樣。
因而，已經(jīng)描述對(duì)開關(guān)式電源進(jìn)行數(shù)字控制的方法的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域中技術(shù)人員應(yīng)該清楚，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的一些優(yōu)點(diǎn)。還應(yīng)該明白，在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)，可對(duì)本發(fā)明作出各種變更、改變和替代實(shí)施例。本發(fā)明由以下權(quán)利要求進(jìn)一步定義。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)式電源，包括至少一個(gè)電源開關(guān)，該電源開關(guān)適合在所述電源的輸入和輸出端之間傳輸功率；以及數(shù)字控制器，該控制器適于響應(yīng)所述電源的輸出測(cè)量而控制所述至少一個(gè)電源開關(guān)的操作，所述數(shù)字控制器包括模擬-數(shù)字變換器，該器件提供代表所述輸出測(cè)量和基準(zhǔn)值之差的數(shù)字誤差信號(hào)；數(shù)字濾波器，該器件基于當(dāng)前和先前誤差信號(hào)與先前控制輸出的總和而提供數(shù)字控制輸出；誤差控制器，該器件適合在誤差條件下修改所述數(shù)字濾波器的操作；以及數(shù)字脈寬調(diào)制器，該器件向所述至少一個(gè)電源開關(guān)提供控制信號(hào)，所述控制信號(hào)具有與所述數(shù)字控制輸出相應(yīng)的脈沖寬度。
2.如權(quán)利要求1所述的電源，其中，所述模擬-數(shù)字變換器進(jìn)一步包括窗口快速模擬-數(shù)字變換器。
3.如權(quán)利要求2所述的電源，其中，所述窗口快速模擬-數(shù)字變換器提供反映所述模擬-數(shù)字變換器的負(fù)飽和的高信號(hào)以及反映所述模擬-數(shù)字變換器的正飽和的低信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的電源，其中，所述數(shù)字濾波器進(jìn)一步包括無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器。
5.如權(quán)利要求4所述的電源，其中，所述無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器提供以下轉(zhuǎn)移函數(shù)G(z)G(z)=PWM(z)VEd(z)=C0+C1·z-1+C2·z-2+...+Cn·z-n1-B1·z-1-B2·z-2-...-Bn·z-n]]>其中，PWM(z)是數(shù)字控制輸出，VEd(z)是誤差信號(hào)，C0...Cn是輸入側(cè)系數(shù)，而B1...Bn是輸出側(cè)系數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的電源，其中，所述數(shù)字濾波器進(jìn)一步包括范圍限制器，如果達(dá)到范圍的上限或下限，所述范圍限制器就適于限幅所述數(shù)字控制輸出。
7.如權(quán)利要求6所述的電源，其中，如果達(dá)到所述范圍的上限或下限，所述范圍限制器就向所述誤差控制器提供限制信號(hào)。
8.如權(quán)利要求1所述的電源，其中，所述數(shù)字控制器進(jìn)一步包括耦合到所述誤差控制器和所述數(shù)字濾波器的多路復(fù)用器，所述誤差控制器向所述多路復(fù)用器提供替代的數(shù)字控制輸出，在所述誤差條件下，所述數(shù)字控制輸出傳遞到所述數(shù)字脈寬調(diào)制器。
9.如權(quán)利要求1所述的電源，其中，在所述誤差條件下，所述誤差控制器進(jìn)一步適合用預(yù)定值預(yù)置至少一個(gè)所述先前誤差信號(hào)。
10.如權(quán)利要求1所述的電源，其中，在所述誤差條件下，所述誤差控制器進(jìn)一步適合用預(yù)定值預(yù)置至少一個(gè)所述先前控制輸出。
11.如權(quán)利要求1所述的電源，其中，在所述誤差條件下，所述誤差控制器進(jìn)一步適合把至少一個(gè)所述先前誤差信號(hào)重置為初始值。
12.如權(quán)利要求1所述的電源，其中，在所述誤差條件下，所述誤差控制器進(jìn)一步適合把至少一個(gè)所述先前控制輸出重置為初始值。
13.如權(quán)利要求1所述的電源，其中，所述誤差條件進(jìn)一步包括所述模擬-數(shù)字變換器的飽和。
14.如權(quán)利要求1所述的電源，其中，所述誤差條件進(jìn)一步包括所述數(shù)字濾波器的數(shù)學(xué)溢出。
15.一種用于控制包括至少一個(gè)電源開關(guān)的開關(guān)式電源的方法，該電源開關(guān)適合在所述電源的輸入和輸出端之間傳輸功率，所述方法包括接收所述電源的輸出測(cè)量；對(duì)所述輸出測(cè)量進(jìn)行采樣，以提供代表所述輸出測(cè)量和基準(zhǔn)值之差的數(shù)字誤差信號(hào)；基于當(dāng)前和先前誤差信號(hào)與先前控制輸出的總和而對(duì)所述數(shù)字誤差信號(hào)進(jìn)行濾波，以提供數(shù)字控制輸出；在誤差條件下修改所述濾波步驟的操作；以及向所述至少一個(gè)電源開關(guān)提供控制信號(hào)，所述控制信號(hào)具有與所述數(shù)字控制輸出相應(yīng)的脈沖寬度。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述采樣步驟進(jìn)一步包括提供反映負(fù)飽和狀態(tài)的高信號(hào)以及反映正飽和狀態(tài)的低信號(hào)。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，濾波步驟進(jìn)一步包括使用無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器對(duì)所述數(shù)字誤差信號(hào)進(jìn)行濾波。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述濾波步驟進(jìn)一步包括根據(jù)以下轉(zhuǎn)移函數(shù)G(z)對(duì)所述數(shù)字誤差信號(hào)進(jìn)行濾波G(z)=PWM(z)VEd(z)=C0+C1·z-1+C2·z-2+...+Cn·z-n1-B1·z-1-B2·z-2-...-Bn·z-n]]>其中，PWM(z)是數(shù)字控制輸出，VEd(z)是誤差信號(hào)，C0...Cn是輸入側(cè)系數(shù)，而B1...Bn是輸出側(cè)系數(shù)。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述濾波步驟進(jìn)一步包括如果達(dá)到范圍的上限或下限，就限幅所述數(shù)字控制輸出。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述濾波步驟進(jìn)一步包括提供指示達(dá)到所述范圍上限或下限的限制信號(hào)。
21.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括在所述誤差條件下，提供替代的數(shù)字控制輸出。
22.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述修改步驟進(jìn)一步包括在所述誤差條件下，用預(yù)定值預(yù)置至少一個(gè)所述先前誤差信號(hào)。
23.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述修改步驟進(jìn)一步包括在所述誤差條件下，用預(yù)定值預(yù)置至少一個(gè)所述先前控制輸出。
24.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述修改步驟進(jìn)一步包括在所述誤差條件下，把至少一個(gè)所述先前誤差信號(hào)或至少一個(gè)所述先前控制輸出重置為初始值。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于開關(guān)式電源的數(shù)字控制系統(tǒng)和方法，其中電源包括至少一個(gè)電源開關(guān)，該電源開關(guān)適合在電源的輸入和輸出端之間傳輸功率；以及數(shù)字控制器，該控制器適于根據(jù)電源的輸出測(cè)量而控制至少一個(gè)電源開關(guān)的操作。數(shù)字控制器包括模擬－數(shù)字變換器，該器件提供代表輸出測(cè)量和基準(zhǔn)值之差的數(shù)字誤差信號(hào)；數(shù)字濾波器，該器件基于先前誤差信號(hào)和先前控制輸出的總和而提供數(shù)字控制輸出；誤差控制器，該器件適合在誤差條件下修改數(shù)字濾波器的操作；以及，數(shù)字脈寬調(diào)制器，該器件向電源開關(guān)提供控制信號(hào)，該控制信號(hào)具有與數(shù)字控制輸出相應(yīng)的脈沖寬度。用于控制電源的方法包括以下步驟接收電源的輸出測(cè)量；對(duì)輸出測(cè)量進(jìn)行采樣，以提供代表輸出測(cè)量和基準(zhǔn)值之差的數(shù)字誤差信號(hào)；基于先前誤差信號(hào)和先前控制輸出的總和而對(duì)數(shù)字誤差信號(hào)進(jìn)行濾波，以提供數(shù)字控制輸出；在誤差條件下修改濾波步驟的操作；以及向至少一個(gè)電源開關(guān)提供控制信號(hào)，該控制信號(hào)具有與數(shù)字控制輸出相應(yīng)的脈沖寬度。
文檔編號(hào)H02M3/157GK1706091SQ200480000008
公開日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2004年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月10日
發(fā)明者阿蘭·沙皮伊 申請(qǐng)人:大動(dòng)力有限公司