用于功率變換器的脈沖平移調(diào)制的制作方法
【專利摘要】用于功率變換器的脈沖平移調(diào)制。本發(fā)明涉及用于功率變換器的控制方法，該功率變換器包括：切換的功率級(jí)，其被配置成根據(jù)脈沖控制信號(hào)從輸入電壓生成輸出電壓，所述脈沖控制信號(hào)用于依據(jù)電壓誤差信號(hào)來控制所述切換的功率級(jí)的切換，所述電壓誤差信號(hào)是基準(zhǔn)電壓和輸出電壓之間的差。該方法包括：生成周期斜坡信號(hào)；以及通過在所述周期斜坡信號(hào)的斜坡與所述電壓誤差信號(hào)相交(相等)以控制脈沖位置時(shí)觸發(fā)所述脈沖控制信號(hào)的脈沖來生成所述脈沖控制信號(hào)。該控制方法提供了用于控制周期中的電荷并由此控制周期中的電感電流的脈沖平移技術(shù)。與基于調(diào)節(jié)PWM控制信號(hào)的占空比的補(bǔ)償?shù)恼{(diào)制技術(shù)相對(duì)比，只是在時(shí)間上對(duì)具有額定不變的脈沖寬度的脈沖進(jìn)行平移。
【專利說明】
用于功率變換器的脈沖平移調(diào)制
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及用于功率變換器的無需補(bǔ)償?shù)拿}沖平移調(diào)制技術(shù)以及實(shí)現(xiàn)該脈沖平 移調(diào)制技術(shù)的相應(yīng)的功率變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 開關(guān)DC-DC變換器包括可切換的功率級(jí)（switchable power stage)，其中，根據(jù)開 關(guān)信號(hào)和輸入電壓生成輸出電壓。在將輸出電壓調(diào)節(jié)成基準(zhǔn)電壓的數(shù)字控制電路中生成開 關(guān)信號(hào)。圖1中示出了降壓變換器?？汕袚Q的功率級(jí)11包括由高側(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)12和 低側(cè)FET 13組成的雙開關(guān)、電感器14以及電容器15。在充電階段期間，通過開關(guān)信號(hào)導(dǎo)通高 側(cè)FET12并且截止低側(cè)FET13，以對(duì)電容器15進(jìn)行充電。在放電階段期間，截止高側(cè)FET12并 且導(dǎo)通低側(cè)FET13,以使平均電感電流與負(fù)載電流相匹配。
[0003] 開關(guān)信號(hào)被生成為如圖2的(a)所示的具有由控制器16確定的占空比的脈沖寬度 調(diào)制信號(hào)。如圖2的(b)所示，占空比的穩(wěn)態(tài)偏移（即，階躍函數(shù))導(dǎo)致電感電流斜升。如圖2的 (c)所示，占空比的單周期偏移（即，脈沖）導(dǎo)致電感電流的階躍。脈沖寬度調(diào)制通常需要通 過控制器16實(shí)現(xiàn)的補(bǔ)償。
[0004] 在電壓模式控制中，控制器16通常實(shí)現(xiàn)PID(比例、積分、微分)補(bǔ)償器，以經(jīng)由占空 比與輸入電壓相乘來調(diào)節(jié)有效(平均)輸入電壓。電壓模式控制按與電壓誤差Ve成某一比例 地調(diào)節(jié)占空比。通過與電壓誤差(kp)成正比、與電壓誤差的積分(ki)成正比并且與電壓誤 差的導(dǎo)數(shù)成正比的部分來控制占空比，從而控制有效輸入電壓。
[0005] 占空比可以根據(jù)下列控制律來確定：
[0006] 占空比=kp · ve+ki · Jvedt+kd · dve/dt
[0007] 在電壓模式控制中，發(fā)電設(shè)備的傳遞函數(shù)具有三個(gè)極點(diǎn)，一個(gè)在零點(diǎn)處、一個(gè)由電 感器引起、一個(gè)由電容器引起。每個(gè)極點(diǎn)都引入90°的相移。呈現(xiàn)出小于180°相移的任何系 統(tǒng)都是固有穩(wěn)定的，否則就需要進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償器將零點(diǎn)引入到相應(yīng)的極點(diǎn)，如同每個(gè)零點(diǎn) 將90°相移逆時(shí)針引入到極點(diǎn)。明智地選擇kp、ki和kd的值，以確保穩(wěn)定性以及適當(dāng)?shù)乃矐B(tài) 響應(yīng)。這需要設(shè)備參數(shù)的知識(shí)，如電感器的電感或電容器的電容及其等效串聯(lián)電阻。因此， 用于電壓模式控制的補(bǔ)償器需要被設(shè)計(jì)為或被調(diào)節(jié)成設(shè)備參數(shù)的實(shí)際值，以保證穩(wěn)定的控 制。該實(shí)際值可能對(duì)于用戶是未知的或者可能由于部件老化而導(dǎo)致隨時(shí)間發(fā)生漂移。因此， 需要確定它們，造成了硬件開銷。
[0008] 另選地，可以選擇固有穩(wěn)定的控制機(jī)制。只具有一個(gè)極點(diǎn)的傳遞函數(shù)是固有穩(wěn)定 的，并且因此不需要任何補(bǔ)償。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 因此，需要的是去除兩個(gè)極點(diǎn)的解決方案。利用根據(jù)獨(dú)立方法權(quán)利要求的控制方 法和根據(jù)獨(dú)立裝置權(quán)利要求的功率控制器來實(shí)現(xiàn)該解決方案。
[0010] 本發(fā)明涉及一種用于功率變換器的控制方法，該功率變換器包括:切換的功率級(jí)， 該切換的功率級(jí)被配置成根據(jù)脈沖控制信號(hào)從輸入電壓生成輸出電壓，所述脈沖控制信號(hào) 用于依據(jù)電壓誤差信號(hào)控制所述切換的功率級(jí)的切換，所述電壓誤差信號(hào)是基準(zhǔn)電壓和輸 出電壓之間的差。該方法包括以下步驟:生成周期斜坡信號(hào)；以及在所述周期斜坡信號(hào)的斜 坡與所述電壓誤差信號(hào)相交(相等）以控制脈沖位置時(shí)，通過觸發(fā)所述脈沖控制信號(hào)的脈沖 來生成所述脈沖控制信號(hào)。
[0011]在穩(wěn)態(tài)下，即，當(dāng)存在恒定電壓誤差信號(hào)時(shí)，由此生成的脈沖控制信號(hào)類似于由于 斜坡信號(hào)的周期性而產(chǎn)生的恒定頻率PWM信號(hào)。
[0012] 當(dāng)電壓誤差信號(hào)的偏移出現(xiàn)在正方向時(shí)，具有負(fù)斜率的斜坡相比于穩(wěn)態(tài)較早地相 交。因此，脈沖相比于在穩(wěn)態(tài)下觸發(fā)的脈沖被較早地觸發(fā)。因此，脈沖控制信號(hào)類似于具有 相對(duì)于穩(wěn)態(tài)脈沖在相位上向前平移的脈沖的恒定頻率PWM信號(hào)。由于脈沖在時(shí)間上被向前 平移，所以相應(yīng)的周期中的電荷以及因此產(chǎn)生的電感電流增加。
[0013] 當(dāng)電壓誤差信號(hào)的偏移出現(xiàn)在負(fù)方向時(shí)，具有負(fù)斜率的斜坡相比于穩(wěn)態(tài)較晚地相 交。因此，脈沖相比于在穩(wěn)態(tài)下觸發(fā)的脈沖被較晚地觸發(fā)。因此，脈沖控制信號(hào)類似于具有 相對(duì)于穩(wěn)態(tài)脈沖在相位上向后平移的脈沖的恒定頻率PWM信號(hào)。由于脈沖在時(shí)間上被向后 平移，所以相應(yīng)的周期中的電荷以及因此產(chǎn)生的電感電流減小。
[0014] 因此，該控制方法提供了用于控制周期中的電荷并由此控制周期中的電感電流的 脈沖平移技術(shù)。與基于調(diào)節(jié)PffM控制信號(hào)的占空比的補(bǔ)償?shù)恼{(diào)制技術(shù)相比，只是在時(shí)間上對(duì) 額定不變的脈沖寬度的脈沖進(jìn)行平移。
[0015] 由于脈沖控制信號(hào)的脈沖相比于穩(wěn)態(tài)僅應(yīng)在相位上被向前或向后平移，而不應(yīng)由 于穩(wěn)定性的原因被重復(fù)，所以觸發(fā)脈沖控制信號(hào)的脈沖可以包括下列步驟：當(dāng)周期斜坡信 號(hào)的斜坡之前已經(jīng)與電壓誤差信號(hào)相交時(shí)，放棄該斜坡。否則，之前已經(jīng)與電壓誤差信號(hào)相 交的斜坡可能觸發(fā)另一脈沖，例如，如果誤差電壓信號(hào)在該斜坡達(dá)到穩(wěn)態(tài)水平之前返回至 該穩(wěn)態(tài)水平，則因此會(huì)導(dǎo)致不希望的脈沖的重復(fù)。通過放棄之前已經(jīng)與電壓誤差信號(hào)相交 的斜坡，可以保證電感電流在已出現(xiàn)瞬態(tài)之后返回至其穩(wěn)態(tài)水平，因此提供穩(wěn)定的控制。
[0016] 如已經(jīng)提到的，只具有一個(gè)極點(diǎn)的傳遞函數(shù)是固有穩(wěn)定的，并且因此不需要任何 補(bǔ)償。因此，為了免除補(bǔ)償，需要去除三個(gè)極點(diǎn)中的兩個(gè)極點(diǎn)。在零處的極點(diǎn)可以通過將控 制信號(hào)（即，誤差電壓信號(hào))拆分成兩條路徑(用來設(shè)置直流電流的慢路徑（即，積分路徑)和 用于瞬態(tài)的快路徑）而在中頻到高頻處有效地去除。因?yàn)榉e分路徑的增益隨頻率下降，因 此，針對(duì)高頻率，快路徑主導(dǎo)消除極點(diǎn)。
[0017]因此，脈沖控制信號(hào)的額定脈沖寬度（即，用于連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)的脈沖寬度)可 以通過使用電壓誤差信號(hào)的慢積分路徑來確定。該方法可以包括以下步驟:通過對(duì)穩(wěn)態(tài)電 壓誤差信號(hào)進(jìn)行積分來確定脈沖控制信號(hào)的脈沖的穩(wěn)態(tài)脈沖寬度。從而確定額定脈沖寬度 以給出電壓誤差的零積分。該積分過程對(duì)噪聲不敏感，并且提供對(duì)大范圍的值和設(shè)備參數(shù) 的積分值。
[0018] 穩(wěn)態(tài)脈沖寬度可以在生成脈沖控制信號(hào)之前被確定。然后，脈沖控制信號(hào)的額定 脈沖寬度(包括任何平移的脈沖)可以被設(shè)置成由此確定的穩(wěn)態(tài)脈沖寬度。
[0019] 利用傳統(tǒng)的PffM控制，脈沖寬度被調(diào)制為電壓誤差的函數(shù)。電感電流與穩(wěn)態(tài)的脈沖 寬度偏差的積分成正比。這是針對(duì)電感器的極點(diǎn)的來源。該極點(diǎn)可以通過電流模式控制來 去除。
[0020] 另選地，電感電流可以通過如上所述的脈沖平移的技術(shù)被調(diào)節(jié)成電壓誤差。因此， 根據(jù)電壓誤差信號(hào)的快路徑確定脈沖控制信號(hào)的脈沖的位置以及根據(jù)電壓誤差信號(hào)的慢 積分路徑確定脈沖控制信號(hào)的脈沖寬度提供了無補(bǔ)償?shù)目刂品椒ǎ愣l率外，該方法 表現(xiàn)很像滯后的電流模式。該無補(bǔ)償?shù)目刂品椒ㄌ峁?不像電壓模式控制)對(duì)電壓誤差的有 界響應(yīng)。因此，該技術(shù)是魯棒的并且穩(wěn)定的。
[0021] 為了允許在周期中建立足夠的電感電流來補(bǔ)償電壓誤差的較大瞬態(tài)，可能需要將 多個(gè)脈沖平移到該周期中。解決該問題的技術(shù)是周期斜坡信號(hào)的多個(gè)斜坡的概念。
[0022] -般來說，周期斜坡信號(hào)可以通過生成具有相同斜率的多個(gè)時(shí)移電壓斜坡來生 成，其中，在處于同一水平的兩個(gè)連續(xù)的電壓斜坡之間經(jīng)過的時(shí)間是相同的。
[0023] 具體地，可以生成周期斜坡信號(hào)，使得在該周期斜坡信號(hào)的穩(wěn)態(tài)周期內(nèi)的任何時(shí) 刻都存在預(yù)定數(shù)量的斜坡。穩(wěn)態(tài)周期被定義為在針對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓誤差信號(hào)生成的處于同一水 平的脈沖控制信號(hào)的兩個(gè)連續(xù)的脈沖之間經(jīng)過的時(shí)間。利用在任何時(shí)刻出現(xiàn)的各個(gè)附加的 斜坡，相應(yīng)的周期中的電荷相比于單斜坡情況可以進(jìn)一步增加或減少。在周期中增加電荷 導(dǎo)致電感電流的增加。
[0024] 校正電壓偏差所需的最大電感電流可以用電感紋波電流Ir的倍數(shù)的增加來表示。 根據(jù)最大電感電流Ishiftmax和紋波電流Ir的增加，所需的斜坡的數(shù)量N可以從I shiftmax= IrN/2 (l-d)(其中，cK 1/2)或者Ishiftmax=IRN(其中，1/2)來確定，其中，d是脈沖控制信號(hào)的占 空比。
[0025] 所需的斜坡的數(shù)量N可以通過相等地調(diào)節(jié)所有斜坡的斜率很容易地生成。因此，生 成周期斜坡信號(hào)可以包括下列步驟:調(diào)節(jié)周期斜坡信號(hào)的所有斜坡的斜率，使得在該周期 斜坡信號(hào)的穩(wěn)態(tài)周期內(nèi)的任何時(shí)刻都存在預(yù)定數(shù)量的斜坡N。當(dāng)已經(jīng)生成多個(gè)斜坡并且出 現(xiàn)負(fù)載瞬態(tài)(導(dǎo)致電壓誤差信號(hào)從其穩(wěn)態(tài)水平到某一更高水平的瞬時(shí)偏移)時(shí)，在該時(shí)刻， 多個(gè)斜坡可能與之相交。為了允許建立高電感電流，多個(gè)脈沖需要在相位上被向前平移，但 是脈沖需要連續(xù)地出現(xiàn)，即，在時(shí)間軸上一個(gè)接一個(gè)地出現(xiàn)。
[0026] 當(dāng)誤差電壓信號(hào)與第一個(gè)斜坡相交時(shí)，觸發(fā)了脈沖控制信號(hào)的脈沖。在當(dāng)存在由 此觸發(fā)的脈沖時(shí)的時(shí)刻，另一斜坡可能相交。然后，脈沖的持續(xù)時(shí)間需要被延長(zhǎng)其額定脈沖 寬度(例如，穩(wěn)態(tài)脈沖寬度）。在當(dāng)存在由此延長(zhǎng)的脈沖時(shí)的時(shí)刻，又一斜坡可能相交。然后， 已延長(zhǎng)的脈沖的持續(xù)時(shí)間需要被再次延長(zhǎng)額定脈沖寬度(例如，穩(wěn)態(tài)脈沖寬度）。
[0027] 因此，該方法可以包括下列步驟:對(duì)于在存在脈沖控制信號(hào)的脈沖時(shí)的時(shí)刻與電 壓誤差信號(hào)相交的周期斜坡信號(hào)的每個(gè)附加的斜坡，將該脈沖控制的脈沖的持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng) 額定脈沖寬度，而不是觸發(fā)脈沖控制信號(hào)的脈沖。
[0028] 如果存在電流中的穩(wěn)態(tài)偏移，則每個(gè)周期需要增加或減少電荷。這將導(dǎo)致脈沖位 置的穩(wěn)態(tài)偏移。該穩(wěn)態(tài)或者甚至準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移可以被檢測(cè)，并且如上所述脈沖寬度瞬間增大 或減小以抵消該平移。
[0029] 也就是說，例如，由于需要將穩(wěn)態(tài)脈沖位置恢復(fù)至其原始值，所以如果脈沖相對(duì)于 其原始位置具有在時(shí)間上提前的穩(wěn)態(tài)位置，則該脈沖可以針對(duì)單個(gè)周期（或者甚至多個(gè)周 期)增加。
[0030] 因此，該方法還可以包括下列步驟:嘗試檢測(cè)電流的穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移；以及當(dāng)已 檢測(cè)到穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移時(shí)，調(diào)節(jié)脈沖寬度以抵消由穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移產(chǎn)生的脈沖平移。
[0031] 此外，功率變換器可以在連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)下或者在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作。 CCM意味著能量轉(zhuǎn)移電感器中的電流在開關(guān)周期之間基本上從來不會(huì)變?yōu)榱?，盡管該電流 可能從正電流過渡到負(fù)電流地跨過零電流。在DCM下，在開關(guān)周期的一部分期間，電流變?yōu)?零并且保持在零。
[0032] 到目前為止所描述的控制方法解決了CCM。然而，可以通過電荷模式控制的方法增 強(qiáng)為DCM以進(jìn)一步調(diào)節(jié)脈沖控制的額定脈沖寬度。在電荷模式控制系統(tǒng)中，控制方法將每周 期的電荷調(diào)節(jié)為電壓誤差的函數(shù)。相比于電壓模式控制，電荷模式控制將系統(tǒng)的階次降低 二。因此，僅需要比例增益項(xiàng)。電荷Q與電壓誤差Ve成正比，并且比例常數(shù)是kp。電荷控制方 程通過下面的等式給出：Q = kp · Ve。
[0033] 電荷Q與脈沖寬度的平方成正比：
其中K是常數(shù)。因此，：
[0034] 因此，可以通過改變脈沖控制信號(hào)的脈沖寬度來增加或減少電荷，使得脈沖寬度 的平方根據(jù)電壓誤差而改變。由于將在周期中傳遞的電荷取決于電壓誤差以及脈沖寬度的 平方，所以這是電荷控制的預(yù)測(cè)性方法。與傳統(tǒng)的電荷模式控制（其中，當(dāng)電荷被傳遞時(shí)對(duì) 其進(jìn)行測(cè)量，并且當(dāng)所測(cè)量的電荷等于所需的值時(shí)脈沖將被終止)相比，通過該預(yù)測(cè)性方 法，通過系統(tǒng)參數(shù)和規(guī)劃的脈沖寬度來預(yù)測(cè)將被傳遞的電荷。因此，除了用來終止如通過該 預(yù)測(cè)性方法所預(yù)測(cè)的脈沖的先驗(yàn)決定外，無需測(cè)量電荷并且無需快速做出關(guān)于終止脈沖的 決定。
[0035] 具體地，該方法可以包括下列步驟:改變脈沖控制信號(hào)的脈沖寬度，使得可切換的 功率級(jí)的電容的所得到的電荷Q通過下式給出
[0036]
[0037]其中，Vin是輸入電壓，Vciut是輸出電壓，L是該可切換的功率級(jí)的電感，并且t P是該 脈沖控制信號(hào)的脈沖寬度。
[0038] 當(dāng)另外確定了穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tss時(shí)，該方法可以包括下列步驟:通過將穩(wěn)態(tài)脈沖寬 度tss增大附加的持續(xù)時(shí)間td來改變脈沖控制信號(hào)的脈沖寬度，使得通過下式給出該可切換 的功率級(jí)的電容的附加的電荷Qd
[0039]
[0040] 在如圖1所示的降壓衍生變換器(buck derived converters)中，主要作用是，當(dāng) 該降壓衍生變換器從CCM改變至DCM時(shí)，其從一個(gè)控制律過渡到另一個(gè)控制律。在升壓以及 升降壓衍生系統(tǒng)中，在CCM中存在右半平面零點(diǎn)，這在DCM中是不存在的。這使得更難以穩(wěn)定 這些具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的變換器。與CCM不同，由于DCM調(diào)節(jié)通常需要補(bǔ)償，因此從非連續(xù) 到連續(xù)導(dǎo)通模式的過渡需要補(bǔ)償?shù)目焖偈芸刈兓?。由于上述所提出的方法是無補(bǔ)償?shù)模?此其能解除該問題。
[0041] 本發(fā)明還涉及一種功率變換器，該功率變換器包括切換的功率級(jí)，該切換的功率 級(jí)被配置成從輸入電壓生成輸出電壓；以及控制器，該控制器被配置成依據(jù)電壓誤差信號(hào) 生成用于切換所述切換的功率級(jí)的脈沖控制信號(hào)。所述電壓誤差信號(hào)是基準(zhǔn)電壓和輸出電 壓之間的差?？刂破鞅慌渲贸缮芍芷谛逼滦盘?hào)。該控制器進(jìn)一步被配置成通過當(dāng)周期斜 坡信號(hào)的斜坡與電壓誤差信號(hào)相交(相等）以控制脈沖位置時(shí)觸發(fā)脈沖控制信號(hào)的脈沖來 生成脈沖控制信號(hào)。
【附圖說明】
[0042] 將參照以下附圖，其中
[0043] 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)開關(guān)降壓變換器；
[0044]圖2的（a)、（b)、（c)示出了示出在現(xiàn)有技術(shù)的電壓模式控制下操作的可切換的功 率級(jí)的電感電流和PWM開關(guān)信號(hào)的圖，其中，（a)表示穩(wěn)態(tài)，（b)表示占空比的穩(wěn)態(tài)偏移(階躍 函數(shù))導(dǎo)致電流的斜坡，（c)表示占空比的一個(gè)周期(脈沖)偏移導(dǎo)致電流的階躍；
[0045]圖3的（a)、（b)、（c)示出了示出以脈沖平移電荷控制的無補(bǔ)償方法操作的可切換 的功率級(jí)的電感電流和脈沖寬度調(diào)制(PWM)開關(guān)信號(hào)的圖，其中，（a)表示穩(wěn)態(tài)，（b)表示脈 沖提前增加周期中的電荷，（c)表示脈沖延遲減少周期中的電荷；
[0046]圖4的(a)、（b)示出了示出以CCM脈沖平移調(diào)制操作的可切換的功率級(jí)的電感電流 和PffM開關(guān)信號(hào)的圖，其中，（a)表示穩(wěn)態(tài)，（b)表示脈沖提前增加周期中的電荷；
[0047] 圖5示出了配置成通過CCM和DCM脈沖平移調(diào)制生成脈沖控制信號(hào)的控制器的框 圖；
[0048] 圖6示出了示出斜坡信號(hào)、針對(duì)穩(wěn)態(tài)脈沖位置調(diào)制的脈沖控制信號(hào)以及電感電流 的圖；
[0049]圖7示出了示出斜坡信號(hào)、針對(duì)單斜坡脈沖位置調(diào)制的脈沖控制信號(hào)以及電感電 流的圖；
[0050] 圖8示出了示出斜坡信號(hào)、針對(duì)兩斜坡脈沖位置調(diào)制的脈沖控制信號(hào)以及電感電 流的圖；
[0051] 圖9示出了示出斜坡信號(hào)、針對(duì)三斜坡脈沖位置調(diào)制的脈沖控制信號(hào)以及電感電 流的圖；
[0052]圖10示出了示出斜坡信號(hào)、針對(duì)四斜坡脈沖位置調(diào)制的脈沖控制信號(hào)以及電感電 流的圖；
[0053]圖11示出了示出斜坡信號(hào)、針對(duì)五斜坡脈沖位置調(diào)制的脈沖控制信號(hào)以及電感電 流的圖；
[0054]圖12示出了示出斜坡信號(hào)、針對(duì)六斜坡脈沖位置調(diào)制的脈沖控制信號(hào)以及電感電 流的圖；
[0055] 圖13示出了示出負(fù)載瞬態(tài)的電感電流的圖；
[0056] 圖14示出了示出針對(duì)斜坡數(shù)量對(duì)電感電流進(jìn)行比較的圖；
[0057] 圖15示出了示出在DCM下操作的可切換的功率級(jí)的電感電流和脈沖控制信號(hào)的 圖；以及
[0058] 圖16示出了示出在具有預(yù)先確定的穩(wěn)態(tài)占空比的DCM下操作的可切換的功率級(jí)的 電感電流和脈沖控制信號(hào)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059] 如圖1所示的功率變換器以電荷控制的無補(bǔ)償方法來操作?？刂破?6生成用于切 換可切換的功率級(jí)的PWM控制信號(hào)，其中，脈沖控制信號(hào)被轉(zhuǎn)發(fā)至高側(cè)FET 12，并且控制信 號(hào)的互補(bǔ)信號(hào)(complement)被轉(zhuǎn)發(fā)至低側(cè)FET 13?？刂破?6生成脈沖控制信號(hào)，該脈沖控 制信號(hào)類似于如圖3的(a)所示的用于穩(wěn)態(tài)的恒定頻率PffM控制信號(hào)。
[0060] 當(dāng)負(fù)載瞬態(tài)出現(xiàn)時(shí)，控制器生成類似具有如圖3的(b)和圖3的（c)所示的相比于穩(wěn) 態(tài)脈沖31在相位上平移的脈沖32、33的恒定頻率PffM控制信號(hào)的脈沖控制信號(hào)。垂直的虛線 表示周期的邊界。
[0061] 如圖3的(b)所示，為了增加周期中的電荷，控制器16將脈沖32提前。與表示針對(duì)在 時(shí)間上向前平移的脈沖的電感電流的實(shí)線相比較，虛線表示針對(duì)恒定頻率控制信號(hào)的電感 電流。
[0062]如圖3的（c)所示，為了減少周期中的電荷，控制器16延遲脈沖33。與表示針對(duì)在時(shí) 間上向后平移的脈沖的電感電流的實(shí)線相比較，虛線表示針對(duì)恒定頻率控制信號(hào)的電感電 流。通過虛線和實(shí)線界定的面積與周期中電荷的改變成正比。
[0063] 圖4示出了如圖4的(a)所示的穩(wěn)態(tài)與如圖4的（b)所示的負(fù)載瞬態(tài)之間的比較。具 有穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tss的脈沖被提前了 td以增加由垂直的點(diǎn)線表示的周期中的電荷。這導(dǎo)致如 通過下面的等式所給出的電感電流的增加 Δ I : Δ I = tdVcmt/L，其中，Vciut是輸出電壓，并且L 是電感器的電感。
[0064] 在圖5中示出了用于確定脈沖控制信號(hào)的控制器51的框圖。脈沖控制信號(hào)的每個(gè) 脈沖都通過其脈沖位置和脈沖寬度來限定。脈沖位置控制塊52確定脈沖位置并且將其傳遞 到脈沖發(fā)生器54。脈沖寬度控制塊53確定額定脈沖寬度并且將其傳遞到脈沖發(fā)生器54。該 脈沖發(fā)生器54基于脈沖位置并且基于額定脈沖寬度生成脈沖控制信號(hào)。
[0065]由誤差放大器510生成的電壓誤差在用于CCM的包括濾波器59和積分器55的慢控 制路徑中被處理以確定穩(wěn)態(tài)脈沖寬度，并且也在用于DCM的包括濾波器59和DCM脈沖寬度控 制塊58的快控制路徑中被處理。
[0066]濾波器59將電壓誤差信號(hào)Ve劃分成被積分器55積分以確定穩(wěn)態(tài)脈沖寬度t ss的穩(wěn) 態(tài)部分Ve,ss以及被DCM脈沖寬度控制塊58處理以生成附加的持續(xù)時(shí)間td的動(dòng)態(tài)部分V e,d，該 附加的持續(xù)時(shí)間td被相加到穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tss以確定針對(duì)DCM的總脈沖寬度。將電壓誤差信 號(hào)V e3拆分成穩(wěn)態(tài)部分Ve3,ss和動(dòng)態(tài)部分Ve^消除了在電壓模式控制的情況下將會(huì)出現(xiàn)的零點(diǎn) 處的極點(diǎn)。當(dāng)通過慢路徑設(shè)置穩(wěn)態(tài)脈沖寬度時(shí)，小信號(hào)控制變成簡(jiǎn)單的線性控制。
[0067]脈沖位置控制塊52被連接到誤差放大器510的輸出和斜坡發(fā)生器56,并且處理電 壓誤差信號(hào)I以確定脈沖位置，將進(jìn)一步結(jié)合圖6至圖14對(duì)其進(jìn)行描述。
[0068] 圖6指的是穩(wěn)態(tài)脈沖位置調(diào)制。圖6(頂部)示出了穩(wěn)定電壓誤差Ve3rr = Vss和由斜坡 發(fā)生器56生成（圖5)的包括具有相同的斜率的多個(gè)時(shí)移電壓斜坡的周期斜坡信號(hào)，其中，在 處于同一水平（例如，穩(wěn)定電壓誤差的水平）的兩個(gè)連續(xù)電壓斜坡之間經(jīng)過的時(shí)間是相同 的。如圖6(中部)所示，脈沖位置控制塊52(圖5)通過當(dāng)周期斜坡信號(hào)的斜坡與如由垂直的 虛線表示的電壓誤差信號(hào)相交(相等）時(shí)觸發(fā)脈沖控制信號(hào)的脈沖來確定脈沖控制信號(hào)的 脈沖位置。脈沖控制信號(hào)的額定脈沖寬度是通過積分器55(圖5)確定的穩(wěn)態(tài)脈沖寬度。圖6 (底部)示出了得到的電感電流，該電感電流是具有紋波的穩(wěn)態(tài)電流。
[0069] 圖7至圖12指的是利用具有每穩(wěn)態(tài)周期預(yù)定義數(shù)量的斜坡的周期斜坡信號(hào)的脈沖 平移調(diào)制。圖7至圖12(頂部)示出了穩(wěn)定電壓誤差和周期斜坡信號(hào)。垂直虛線表示如圖7至 圖12(中部)所示的穩(wěn)態(tài)(虛線)脈沖何時(shí)將被觸發(fā)，并且兩條連續(xù)的垂直線代表(穩(wěn)態(tài))周期 的邊界。圖7至圖12(頂部)示出了（粗線）負(fù)載瞬態(tài)的電壓誤差信號(hào)，并且圖7至圖12(中部） 示出了得到的(實(shí)線)脈沖控制信號(hào)以及相比較的(虛線)穩(wěn)態(tài)脈沖控制信號(hào)。圖7至圖12(底 部)示出了相比于(虛線)穩(wěn)態(tài)電感電流的得到的動(dòng)態(tài)(實(shí)線）電感電流。
[0070] 圖7指的是利用具有每穩(wěn)態(tài)周期一個(gè)斜坡的周期斜坡信號(hào)的脈沖平移調(diào)制。斜坡 71觸發(fā)脈沖77。斜坡72觸發(fā)脈沖78。隨后，出現(xiàn)電壓誤差的上移。斜坡73觸發(fā)脈沖79。與斜坡 73將會(huì)觸發(fā)穩(wěn)態(tài)脈沖710的穩(wěn)態(tài)相比較，可以觀察到，與穩(wěn)態(tài)電壓誤差相比較，由于斜坡73 較早地與電壓誤差相交，所以穩(wěn)態(tài)脈沖710在時(shí)間上被向前平移到脈沖79的位置。這將電感 電流從穩(wěn)態(tài)電感電流增加至動(dòng)態(tài)電感電流。相同情況也適用于穩(wěn)態(tài)脈沖712,與穩(wěn)態(tài)電壓誤 差相比較，由于斜坡74較早地與電壓誤差相交，所以穩(wěn)態(tài)脈沖712在時(shí)間上被向前平移到脈 沖711的位置。隨后出現(xiàn)電壓誤差的下移。由于脈沖僅在時(shí)間上平移，因此如可以觀察到的， 對(duì)于由斜坡74和75界定的周期，允許電感電流返回至其穩(wěn)態(tài)水平。由于電壓誤差返回至其 穩(wěn)態(tài)水平，所以由斜坡75觸發(fā)的脈沖713和由斜坡76觸發(fā)的脈沖714對(duì)應(yīng)于它們的穩(wěn)態(tài)對(duì)應(yīng) 部分。
[0071] 可以觀察到，穩(wěn)態(tài)脈沖可以在時(shí)間上被向前平移至前面的穩(wěn)態(tài)周期的后半段中。 因此，具有每周期單個(gè)斜坡的斜坡信號(hào)允許額外脈沖在周期的后半段中開始。電流的最大 變化為+/-l/2*(l_d)*紋波電流，其中，d是額定占空比。
[0072] 圖8指的是利用具有每穩(wěn)態(tài)周期兩個(gè)斜坡的周期斜坡信號(hào)的脈沖平移調(diào)制。斜坡 81觸發(fā)脈沖87。斜坡82觸發(fā)脈沖88。然而，在該時(shí)刻，出現(xiàn)電壓誤差的瞬態(tài)，并且在相同的時(shí) 亥IJ，斜坡83將會(huì)觸發(fā)另一脈沖。由于脈沖88已經(jīng)存在，所以代替在該時(shí)刻觸發(fā)另一脈沖，僅 將脈沖88的持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)了額定脈沖寬度（即，穩(wěn)態(tài)脈沖寬度）。因此，得到的脈沖88的脈沖 寬度是穩(wěn)態(tài)脈沖寬度的兩倍。因此，在脈沖89的位置處的穩(wěn)態(tài)脈沖（由于與脈沖89重疊而未 示出）被向前平移至由斜坡82和83界定的穩(wěn)態(tài)周期的前半段中。斜坡84觸發(fā)脈沖89。因此， 在脈沖810的位置處的穩(wěn)態(tài)脈沖（由于與脈沖810重疊而未示出）被向前平移至脈沖89的位 置。
[0073]然后，斜坡85觸發(fā)脈沖810。因此，穩(wěn)態(tài)脈沖811在時(shí)間上被向前平移至脈沖810的 位置。然后誤差電壓返回至其穩(wěn)態(tài)水平。雖然斜坡85在穩(wěn)態(tài)水平與誤差電壓再次相交，但其 不觸發(fā)另一脈沖。由于斜坡85已經(jīng)觸發(fā)了脈沖（即，脈沖810)，所以從那時(shí)起該斜坡被放棄。 否則其將會(huì)在穩(wěn)態(tài)脈沖811的位置處觸發(fā)脈沖，由于該脈沖將會(huì)阻止電感電流返回至其穩(wěn) 態(tài)水平，所以這是所不希望的。與如圖7所示的單斜坡方法相比較，可以觀察到，所得到的動(dòng) 態(tài)電感電流達(dá)到更高的水平。由于電壓誤差已經(jīng)返回至其穩(wěn)態(tài)水平，因此由斜坡86觸發(fā)的 脈沖812對(duì)應(yīng)于其穩(wěn)態(tài)對(duì)應(yīng)部分。
[0074]可以觀察到，穩(wěn)態(tài)脈沖可以在時(shí)間上被向前平移至前面的穩(wěn)態(tài)周期的前半段中。 因此，具有每周期兩個(gè)斜坡的斜坡信號(hào)允許額外脈沖在周期中的任何位置處開始。電流的 最大變化為+/ _l/(l_d)*紋波電流，其中，d是額定占空比。
[0075]圖9指的是利用具有每穩(wěn)態(tài)周期三個(gè)斜坡的周期斜坡信號(hào)的脈沖平移調(diào)制。斜坡 91觸發(fā)脈沖97。斜坡92觸發(fā)脈沖98。然而，在該時(shí)刻，出現(xiàn)電壓誤差的瞬態(tài)，并且在相同的時(shí) 亥IJ，斜坡93將會(huì)觸發(fā)另一脈沖。由于脈沖98已經(jīng)存在，所以代替在該時(shí)刻觸發(fā)另一脈沖，僅 將脈沖88的持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)了額定脈沖寬度（即，穩(wěn)態(tài)脈沖寬度）。因此，得到的脈沖98的脈沖 寬度現(xiàn)在是穩(wěn)態(tài)脈沖寬度的兩倍。在由此延長(zhǎng)的脈沖98仍然存在的情況下，斜坡94與電壓 誤差相交。代替在該時(shí)刻觸發(fā)另一脈沖，將延長(zhǎng)的脈沖98再次延長(zhǎng)，所以脈沖98的總脈沖寬 度變成額定脈沖寬度(即，穩(wěn)態(tài)脈沖寬度)的三倍。
[0076]因此，穩(wěn)態(tài)脈沖99和911在時(shí)間上已經(jīng)被向前平移以生成脈沖98,從而，進(jìn)入由斜 坡92和93界定的穩(wěn)態(tài)周期中。因此，具有每周期三個(gè)斜坡的斜坡信號(hào)允許在周期中的任何 位置處的額外脈沖以及在周期的后半段中的額外脈沖。與圖8示出兩個(gè)斜坡的情況的圖8相 比較，電感電流可以達(dá)到甚至更高的水平。
[0077]斜坡95觸發(fā)對(duì)應(yīng)于穩(wěn)態(tài)脈沖912的脈沖910,該穩(wěn)態(tài)脈沖912在時(shí)間上被向前平移 至脈沖910的位置。然后，誤差電壓返回至其穩(wěn)態(tài)水平。雖然斜坡95在穩(wěn)態(tài)水平與誤差電壓 再次相交，但其不觸發(fā)另一脈沖。由于斜坡95已經(jīng)觸發(fā)了脈沖（即脈沖910)，所以從那時(shí)起 該斜坡被放棄，以保證該控制方法的穩(wěn)定性。由于電壓誤差信號(hào)已經(jīng)返回至其穩(wěn)態(tài)水平，因 此由斜坡96觸發(fā)的脈沖913對(duì)應(yīng)于其穩(wěn)態(tài)對(duì)應(yīng)部分。
[0078] 圖10指的是利用具有每穩(wěn)態(tài)周期四個(gè)斜坡的周期斜坡信號(hào)的脈沖平移調(diào)制。斜坡 101觸發(fā)脈沖107。斜坡102觸發(fā)脈沖108。然而，在該時(shí)刻，出現(xiàn)電壓誤差的瞬態(tài)，并且在相同 的時(shí)刻，斜坡103和斜坡104將會(huì)各自觸發(fā)另一脈沖。由于脈沖108已經(jīng)存在，所以代替在該 時(shí)刻觸發(fā)兩個(gè)其它脈沖，僅將脈沖108的持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)了額定脈沖寬度的兩倍（即，穩(wěn)態(tài)脈 沖寬度的兩倍）。因此，得到的脈沖108的脈沖寬度現(xiàn)在是穩(wěn)態(tài)脈沖寬度的三倍。
[0079] 因此，在脈沖109和1010的位置處的穩(wěn)態(tài)脈沖（由于與脈沖109和1010重疊而未示 出）被向前平移至脈沖108的位置，從而，進(jìn)入由斜坡102和103界定的穩(wěn)態(tài)周期中。因此，具 有每周期四個(gè)斜坡的斜坡信號(hào)允許在周期中任何位置處的兩個(gè)額外脈沖。與示出三個(gè)斜坡 的情況的圖9相比較，電感電流可以達(dá)到甚至更高的水平。
[0080] 斜坡104觸發(fā)在時(shí)間上被向前平移至脈沖109的位置的脈沖。斜坡105觸發(fā)對(duì)應(yīng)于 穩(wěn)態(tài)脈沖1011的脈沖，該穩(wěn)態(tài)脈沖1011在時(shí)間上被向前平移至脈沖109的位置。斜坡106觸 發(fā)對(duì)應(yīng)于穩(wěn)態(tài)脈沖1012的脈沖，該穩(wěn)態(tài)脈沖1012在時(shí)間上被向前平移至脈沖1010的位置。 然后誤差電壓信號(hào)返回至其穩(wěn)態(tài)水平。雖然斜坡105在穩(wěn)態(tài)水平與誤差電壓信號(hào)再次相交， 但其不觸發(fā)另一脈沖。由于斜坡105之前已經(jīng)與電壓誤差信號(hào)相交以擴(kuò)展脈沖108的脈沖寬 度，因此從那時(shí)起該斜坡被放棄，以保證該控制方法的穩(wěn)定性。雖然斜坡106在穩(wěn)態(tài)水平與 誤差電壓再次相交，但其不觸發(fā)另一脈沖。由于斜坡106已經(jīng)觸發(fā)了脈沖（即脈沖1010)，所 以從那時(shí)起該斜坡也被放棄，以保證該控制方法的穩(wěn)定性。
[0081] 圖11指的是利用具有每穩(wěn)態(tài)周期五個(gè)斜坡的周期斜坡信號(hào)的脈沖平移調(diào)制。斜坡 111觸發(fā)脈沖119。斜坡112觸發(fā)脈沖1110。然而，在該時(shí)刻，出現(xiàn)電壓誤差的瞬態(tài)，并且在相 同的時(shí)刻，斜坡113和斜坡114將會(huì)各自觸發(fā)另一脈沖。由于已經(jīng)存在脈沖1110,所以代替在 該時(shí)刻觸發(fā)兩個(gè)其它脈沖，僅將脈沖1110的持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)了額定脈沖寬度的兩倍（即，穩(wěn)態(tài) 脈沖寬度的兩倍）。因此，得到的脈沖111 〇的脈沖寬度現(xiàn)在是穩(wěn)態(tài)脈沖寬度的三倍。然而，在 由此延長(zhǎng)的脈沖1110仍然存在的時(shí)刻，斜坡114與電壓誤差信號(hào)相交。這導(dǎo)致將脈沖1110的 脈沖寬度又一次擴(kuò)展了額定脈沖寬度(即，穩(wěn)態(tài)脈沖寬度）。最終，脈沖Ilio的脈沖寬度是穩(wěn) 態(tài)脈沖寬度的四倍。
[0082] 因此，穩(wěn)態(tài)脈沖1111、1113和1114被向前平移至脈沖1110的位置，從而，進(jìn)入由斜 坡112和113界定的穩(wěn)態(tài)周期中。因此，具有每周期四個(gè)斜坡的斜坡信號(hào)允許在周期中任何 位置處的兩個(gè)額外脈沖加上在周期的后半段中的額外脈沖。與示出四個(gè)斜坡的情況的圖10 相比較，電感電流可以達(dá)到甚至更高的水平。
[0083] 斜坡104觸發(fā)在時(shí)間上被向前平移至脈沖109的位置的脈沖。斜坡116觸發(fā)對(duì)應(yīng)于 穩(wěn)態(tài)脈沖1115的脈沖，該穩(wěn)態(tài)脈沖1115在時(shí)間上被向前平移至脈沖1112的位置。然后誤差 電壓信號(hào)返回至其穩(wěn)態(tài)水平。雖然斜坡115和斜坡116在穩(wěn)態(tài)水平與誤差電壓信號(hào)再次相 交，但它們不各自觸發(fā)另一脈沖。由于斜坡115和116之前已經(jīng)與電壓誤差信號(hào)相交，所以從 那時(shí)起這些斜坡被放棄，以保證該控制方法的穩(wěn)定性。由于電壓誤差信號(hào)已經(jīng)返回至其穩(wěn) 態(tài)水平，所以由斜坡117觸發(fā)的脈沖1116和由斜坡118觸發(fā)的脈沖1117對(duì)應(yīng)于它們的穩(wěn)態(tài)對(duì) 應(yīng)部分。
[0084] 圖12指的是利用具有每穩(wěn)態(tài)周期六個(gè)斜坡的周期斜坡信號(hào)的脈沖平移調(diào)制。斜坡 121觸發(fā)脈沖129。斜坡122觸發(fā)脈沖1210。然而，在該時(shí)刻，出現(xiàn)電壓誤差的瞬態(tài)，并且在相 同的時(shí)刻，斜坡123、124和125將會(huì)各自觸發(fā)另一脈沖。由于脈沖1210已經(jīng)存在，所以代替在 該時(shí)刻觸發(fā)三個(gè)其它脈沖，僅將脈沖1210的持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)了額定脈沖寬度的三倍（即，穩(wěn)態(tài) 脈沖寬度的三倍）。因此，得到的脈沖1210的脈沖寬度現(xiàn)在是穩(wěn)態(tài)脈沖寬度的四倍。然而，在 由此延長(zhǎng)的脈沖1210仍然存在的時(shí)刻，斜坡126與電壓誤差信號(hào)相交。這導(dǎo)致將脈沖1210的 脈沖寬度又一次擴(kuò)展了額定脈沖寬度(即，穩(wěn)態(tài)脈沖寬度）。最終，脈沖1210的脈沖寬度是穩(wěn) 態(tài)脈沖寬度的五倍。
[0085]因此，穩(wěn)態(tài)脈沖1211、在脈沖1212的位置處的穩(wěn)態(tài)脈沖（因?yàn)槠渑c脈沖1212重疊而 未示出）以及穩(wěn)態(tài)脈沖1213和1214被向前平移至脈沖1210的位置，從而，進(jìn)入由斜坡122和 123界定的穩(wěn)態(tài)周期中。因此，具有每周期五個(gè)斜坡的斜坡信號(hào)允許在周期中任何位置處的 三個(gè)額外脈沖。與示出五個(gè)斜坡的情況的圖11相比較，電感電流可以達(dá)到甚至更高的水平。 [0086]斜坡127觸發(fā)對(duì)應(yīng)于穩(wěn)態(tài)脈沖1215的脈沖1212，該穩(wěn)態(tài)脈沖1215在時(shí)間上被向前 平移至脈沖1212的位置。然后誤差電壓信號(hào)返回至其穩(wěn)態(tài)水平。雖然斜坡125、126和127在 穩(wěn)態(tài)水平與誤差電壓信號(hào)再次相交，但它們不各自觸發(fā)另一脈沖。由于斜坡125、126和127 之前已經(jīng)與電壓誤差信號(hào)相交，所以從那時(shí)起這些斜坡被放棄，以保證該控制方法的穩(wěn)定 性。由于電壓誤差信號(hào)已經(jīng)返回至其穩(wěn)態(tài)水平，所以由斜坡128觸發(fā)的脈沖1216對(duì)應(yīng)于其穩(wěn) 態(tài)對(duì)應(yīng)部分。
[0087]當(dāng)比較圖6至圖12中的斜坡的斜率時(shí)，可以觀察到，在穩(wěn)態(tài)周期內(nèi)的任何時(shí)刻的遞 增數(shù)量的斜坡可以通過相應(yīng)地減小斜率來生成。
[0088]圖13示出了針對(duì)最小延遲系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)校正電壓偏差所需的最大電流，該最 大電流通過下面的等式給出= /s[i+W]，其中，Is是供電電流。例如，如果輸入電壓是 12伏特，輸出電壓是1伏特并且紋波電流Ir是最大負(fù)載(供電）電流的30%，則50%的負(fù)載階 躍將需要峰值電感電流，該峰值電感電流將是紋波電流的2.15倍。
[0089] 圖14示出了依據(jù)斜坡的數(shù)量可以達(dá)到的電感電流的對(duì)比，其中，字母S后面的整數(shù) 表示周期斜坡信號(hào)的每周期斜坡的數(shù)量。根據(jù)電感電流按照紋波電流Ir的的多個(gè)倍數(shù)而從 其穩(wěn)態(tài)水平的最大偏差I(lǐng)shif tmax，可以從Ishiftmax= IrN/2(1-c〇(其中，cK 1/2)或者Ishiftmax = IrN(其中，d 2 1/2)確定達(dá)到校正電壓偏差所要求的最大電感電流需要的斜坡的數(shù)量N，其 中，d是脈沖控制信號(hào)的占空比。
[0090] 現(xiàn)在返回至圖5,可以觀察到，控制器包括布置在脈沖位置控制塊52和脈沖寬度控 制塊53之間的脈沖位置抵消器(pulses position neutralizer)57?，F(xiàn)在參照?qǐng)D4,可以觀 察到，電壓誤差的穩(wěn)態(tài)偏移導(dǎo)致針對(duì)每個(gè)脈沖的電流中的穩(wěn)態(tài)偏移，該電流的穩(wěn)態(tài)偏移通 過下面的等式給出△ I = tdVQUt/L。脈沖位置抵消器57嘗試檢測(cè)電流中的任何穩(wěn)態(tài)偏移并且 通過根據(jù)V ssitss+ktd-K其中，k是常數(shù))增加穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tss來抵消這些穩(wěn)態(tài)偏移。
[0091] 如已經(jīng)指出的，功率變換器可以以CCM或DCM來操作。CCM意味著能量轉(zhuǎn)移電感器中 的電流在開關(guān)周期之間基本上從來不會(huì)變?yōu)榱?，盡管其在從正電流過渡到負(fù)電流或者從負(fù) 電流過渡到正電流時(shí)可能暫時(shí)通過零。在DCM中，在開關(guān)周期的大部分時(shí)間內(nèi)電流會(huì)變?yōu)?零。
[0092] 圖15和圖16指的是DCM脈沖寬度控制塊的操作。在CCM下，額定脈沖寬度是穩(wěn)態(tài)脈 沖寬度，該寬度可能隨時(shí)間慢慢被調(diào)節(jié)以校正電流中的任何穩(wěn)態(tài)偏移。在DCM下，脈沖寬度 被動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)，以增加或減少周期中的電荷。
[0093] 作為電荷模式控制的預(yù)測(cè)方法，DCM脈沖寬度控制塊58 (圖5)改變脈沖控制信號(hào)的 脈沖寬度，使得所得到的周期中的電荷Q通過下面的等式給出
實(shí)中， 在圖14中示出了脈沖控制信號(hào)的總脈沖寬度知對(duì)比得到的電感電流。
[0094]由于積分器55 (圖5)確定了穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tss，所以DCM脈沖寬度控制塊58 (圖5)僅 需要確定如圖16中通過虛線表示的附加的持續(xù)(on)時(shí)間td，以增大穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tss，使得 得到如通過給出的周期中的附加的電荷 Qd 〇
[0095] 圖16中還示出了對(duì)電感電流的影響?？梢杂^察到，周期中的電荷增加到與由電感 電流的虛線和實(shí)線界定的面積成正比的程度。
[0096] 在DCM下，由于不需要補(bǔ)償，所以該方法減少了另外用于補(bǔ)償所需的時(shí)間和精力。 因此，該方法尤其改善了從DCM到CCM的過渡，并因此得到更魯棒的功率變換器。
[0097] 現(xiàn)在返回參照?qǐng)D5,控制器的基礎(chǔ)架構(gòu)可以是全數(shù)字的，這需要連接到誤差放大器 510的輸出的快速模擬到數(shù)字變換器。另選地，該基礎(chǔ)架構(gòu)可以以混合信號(hào)來實(shí)現(xiàn)，這僅需 要連接到誤差放大器510的輸出端的慢速模擬到數(shù)字變換器。具體地，脈沖位置控制塊52和 DCM脈沖寬度控制塊58可以模擬地實(shí)現(xiàn)。
[0098] 然而，模擬/數(shù)字邊界可以被任意繪制以優(yōu)化性能、成本等。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于功率變換器的控制方法，所述功率變換器包括:切換的功率級(jí)，所述切換的 功率級(jí)被配置成根據(jù)脈沖控制信號(hào)從輸入電壓生成輸出電壓，所述脈沖控制信號(hào)用于根據(jù) 電壓誤差信號(hào)來控制所述切換的功率級(jí)的切換，所述電壓誤差信號(hào)是基準(zhǔn)電壓與所述輸出 電壓之間的差，所述方法包括W下步驟： 生成周期斜坡信號(hào)； 通過在所述周期斜坡信號(hào)的斜坡與所述電壓誤差信號(hào)相交W控制脈沖位置時(shí)觸發(fā)所 述脈沖控制信號(hào)的脈沖，來生成所述脈沖控制信號(hào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其中，觸發(fā)所述脈沖控制信號(hào)的脈沖包括W下步 驟： 當(dāng)所述周期斜坡信號(hào)的斜坡之前已經(jīng)與所述電壓誤差信號(hào)相交時(shí)，放棄所述斜坡。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，所述控制方法包括W下步驟： 通過對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓誤差信號(hào)進(jìn)行積分來確定所述脈沖控制信號(hào)的脈沖的穩(wěn)態(tài)脈沖寬度。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其中，確定所述穩(wěn)態(tài)脈沖寬度包括W下步驟： 在生成所述脈沖控制信號(hào)之前，確定所述穩(wěn)態(tài)脈沖寬度；W及 將所述脈沖控制信號(hào)的額定脈沖寬度設(shè)置成所述穩(wěn)態(tài)脈沖寬度。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其中，生成周期斜坡信號(hào)包括W下步驟： 生成具有相同斜率的多個(gè)時(shí)移電壓斜坡，其中，在處于同一水平的兩個(gè)連續(xù)的電壓斜 坡之間經(jīng)過的時(shí)間是相同的。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其中，生成周期斜坡信號(hào)包括W下步驟： 生成所述周期斜坡信號(hào)，使得在所述周期斜坡信號(hào)的穩(wěn)態(tài)周期內(nèi)的任何時(shí)刻都存在預(yù) 定數(shù)量的斜坡，其中，所述穩(wěn)態(tài)周期被定義為在針對(duì)所述穩(wěn)態(tài)電壓誤差信號(hào)生成的處于同 一水平的所述脈沖控制信號(hào)的兩個(gè)連續(xù)的脈沖之間經(jīng)過的時(shí)間。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其中，生成所述周期斜坡信號(hào)包括W下步驟： 調(diào)節(jié)所述周期斜坡信號(hào)的所有斜坡的斜率，使得在所述周期斜坡信號(hào)的所述穩(wěn)態(tài)周期 內(nèi)的任何時(shí)刻都存在所述預(yù)定數(shù)量的斜坡。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，所述控制方法包括W下步驟： 針對(duì)在所述脈沖控制信號(hào)的脈沖存在的時(shí)刻與所述電壓誤差信號(hào)相交的所述周期斜 坡信號(hào)的每個(gè)附加的斜坡，將所述脈沖控制信號(hào)的脈沖的持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)額定脈沖寬度，而 不是觸發(fā)所述脈沖控制信號(hào)的脈沖。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，所述控制方法還包括W下步驟： 嘗試檢測(cè)電流中的穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移；W及 當(dāng)檢測(cè)到穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移時(shí)，調(diào)節(jié)所述額定脈沖寬度W抵消由穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移導(dǎo) 致的脈沖平移。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，所述控制方法還包括W下步驟： 改變所述脈沖控制信號(hào)的脈沖寬度，使得所述脈沖寬度的平方依據(jù)電壓誤差得出將在 周期中傳遞的電荷，其中，將在周期中傳遞的所述電荷取決于所述電壓誤差W及所述脈沖 寬度的平方。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制方法，所述控制方法包括W下步驟： 改變所述脈沖控制信號(hào)的所述脈沖寬度，使得通過下面等式給出所得到的周期的電荷 Q其中，Vin是所述輸入電壓，Vcut是所述輸出電壓，L是所述切換的功率級(jí)的電感，并且tp 是所述脈沖控制信號(hào)的脈沖寬度。12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制方法，所述控制方法包括W下步驟： 通過將穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tss增加附加的持續(xù)時(shí)間td來改變所述脈沖控制信號(hào)的脈沖寬度， 使得當(dāng)另外確定了所述穩(wěn)態(tài)脈沖葡度tss時(shí)，通過下面等式給出周期的附加的電荷QdD13. -種功率變換器，所述功率變換器包括： 切換的功率級(jí)，所述切換的功率級(jí)被配置成根據(jù)輸入電壓生成輸出電壓；W及 控制器，所述控制器被配置成根據(jù)電壓誤差信號(hào)生成用于切換所述切換的功率級(jí)的脈 沖控制信號(hào)，所述電壓誤差信號(hào)是基準(zhǔn)電壓與所述輸出電壓之間的差； 其中，所述控制器被配置成生成周期斜坡信號(hào)，并且其中，所述控制器被配置成通過在 所述周期斜坡信號(hào)的斜坡等于所述電壓誤差信號(hào)W控制脈沖位置時(shí)觸發(fā)所述脈沖控制信 號(hào)的脈沖，來生成所述脈沖控制信號(hào)。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的功率變換器，其中，所述控制器包括： 濾波器，所述濾波器被配置成將所述電壓誤差信號(hào)劃分成穩(wěn)態(tài)部分和動(dòng)態(tài)部分； 積分器，所述積分器被配置成對(duì)所述電壓誤差信號(hào)的所述穩(wěn)態(tài)部分進(jìn)行積分，W確定 穩(wěn)態(tài)脈沖寬度； 非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)脈沖寬度控制塊，所述非連續(xù)導(dǎo)通模式脈沖寬度控制塊被配置 成借助于預(yù)測(cè)性電荷模式控制來確定所述脈沖的附加的持續(xù)時(shí)間； 脈沖寬度控制塊，所述脈沖寬度控制塊被連接到所述積分器和所述非連續(xù)導(dǎo)通模式脈 沖寬度控制塊，所述脈沖寬度控制塊被配置成基于所述穩(wěn)態(tài)脈沖寬度和所述附加的持續(xù)時(shí) 間來確定脈沖寬度； 斜坡發(fā)生器，所述斜坡發(fā)生器被配置成生成所述周期斜坡信號(hào)； 脈沖位置控制塊，所述脈沖位置控制塊被配置成通過在所述周期斜坡信號(hào)的斜坡等于 所述電壓誤差信號(hào)時(shí)觸發(fā)脈沖來確定脈沖位置;W及 脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器被連接到所述脈沖寬度控制塊和所述脈沖位置控制塊， 所述脈沖發(fā)生器被配置成基于所述脈沖寬度和所述脈沖位置來生成所述脈沖控制信號(hào)。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的功率變換器，其中，所述控制器還包括： 脈沖位置抵消器，所述脈沖位置抵消器被連接在所述脈沖位置控制塊和所述脈沖寬度 控制塊之間，并且所述脈沖位置抵消器被配置成嘗試檢測(cè)電流中的穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移，并 且在已檢測(cè)到穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移時(shí)，調(diào)節(jié)所述額定脈沖寬度W抵消由穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)偏移導(dǎo) 致的脈沖平移。
【文檔編號(hào)】H02M7/5395GK105915097SQ201610094834
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年2月19日
【發(fā)明人】C·楊
【申請(qǐng)人】微電子中心德累斯頓有限公司