專(zhuān)利名稱(chēng)：用于功率裝置的帶前饋的電流模式控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率裝置控制器，并且更具體地說(shuō)涉及利用電流模式 控制的兩回路功率裝置控制器。
背景技術(shù)：
先進(jìn)的電子電路需要先進(jìn)的電源。最新一代的電源利用具有相應(yīng) 控制電路的功率裝置，其能夠非常精確并且具有快速瞬態(tài)響應(yīng)地驅(qū)動(dòng) 功率裝置。這些控制電路能夠減少、或甚至消除傳統(tǒng)問(wèn)題，例如輸出 電壓對(duì)工作溫度或負(fù)載的依賴(lài)，控制機(jī)構(gòu)對(duì)頻率的不均勻依賴(lài)性，等等。許多功率裝置利用一個(gè)回路反饋。通常該反饋回路工作在電壓模 式控制中，感測(cè)輸出電壓，將它與參考電壓比較，并且利用產(chǎn)生的誤 差電壓去修正功率裝置的運(yùn)行，例如它的占空因數(shù)。其它設(shè)計(jì)使用兩回路控制電路。除了電壓模式控制回路之外，這 些設(shè)計(jì)還使用電流模式控制回路。該第二個(gè)回路感測(cè)輸出電流并且使 用該信息更快地控制功率裝置。然而，即使在這樣先進(jìn)的兩回路設(shè)計(jì)中，控制特性也顯示出負(fù)載 依賴(lài)性。因此，在功率裝置控制電路中尚有改善的余地。發(fā)明內(nèi)容簡(jiǎn)要地并且總體上來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施例包括用來(lái)控制在輸出端 產(chǎn)生輸出電壓的功率裝置的功率裝置控制器，所述功率裝置控制器包 括被配置為產(chǎn)生誤差電壓并且控制功率裝置的電壓模式控制回路、和 被配置為產(chǎn)生電流控制電壓并且控制功率裝置的電流模式控制回路，電流模式控制回路包括電流前饋，所述電流前饋;故配置為在電流回路 閉合的情況下通過(guò)減小誤差電壓比輸出電壓的增益的低頻部分的負(fù)載 電流依賴(lài)性來(lái)減小回路增益的負(fù)載依賴(lài)性。其它實(shí)施例包括用來(lái)控制功率裝置組的多相功率裝置控制器，所 述功率裝置在輸出端產(chǎn)生輸出電壓，所述功率裝置控制器包括被配置為產(chǎn)生誤差電壓并且控制功率裝置的共用電壓模式控制回路、和被配 置為產(chǎn)生電流控制電壓并且控制功率裝置的共用電流模式控制回路， 共用電流模式控制回路包括電流前饋，所述電流前饋被配置為減小誤 差電壓比輸出電壓的增益的低頻部分的負(fù)載電流依賴(lài)性。實(shí)施例包括用來(lái)控制在連接于電感器的輸出端產(chǎn)生輸出電壓的功 率裝置的功率裝置控制器，所述功率裝置控制器包括耦合到功率裝置 的電壓模式控制回路、耦合到電壓模式控制回路和功率裝置的電流模式控制回路、和耦合到電流模式控制回路、斜坡發(fā)生器(ramp generator)、以及感測(cè)的電感器電流的電流才莫式前々赍，所述電流才莫式 前饋被配置為根據(jù)負(fù)載電流修正斜坡發(fā)生器的斜坡電壓和電感器的被 感測(cè)的電感器電流中的至少一個(gè)的斜度。實(shí)施例也包括用來(lái)控制在輸出端產(chǎn)生輸出電壓的功率裝置的功率 裝置控制器，所述功率裝置控制器包括耦合到功率裝置、可調(diào)斜坡發(fā) 生器、被配置為感測(cè)輸出電流的電流感測(cè)器的電流模式控制回路，耦 合到電流模式控制回路、可調(diào)斜坡發(fā)生器、和電流感測(cè)器的電流模式 前饋，所述電流模式前饋被配置為根據(jù)負(fù)載電流修正斜坡發(fā)生器的斜 坡電壓和電流感測(cè)器的感測(cè)電流中的至少一個(gè)的斜度。
參考下面結(jié)合附圖的描述來(lái)更完整地理解本發(fā)明以及更多的特征 和優(yōu)點(diǎn)。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的功率裝置控制器的方塊圖。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的功率裝置控制器的實(shí)施。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電流前饋方塊。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的誤差電壓對(duì)輸出電壓傳遞函數(shù)的 負(fù)載電流依賴(lài)性。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有以及不具有前饋方塊的回路 增益的頻率依賴(lài)性。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有以及不具有前饋方塊的多個(gè) 信號(hào)形狀。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有以及不具有前饋方塊的多個(gè) 信號(hào)形狀。圖8根據(jù)小信號(hào)傳遞函數(shù)示出本發(fā)明的實(shí)施例。 圖9示出本發(fā)明的多相實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
通過(guò)參考附圖的圖1-9最好地理解本發(fā)明的實(shí)施例和它們的優(yōu) 點(diǎn)。類(lèi)似的數(shù)字用于各個(gè)附圖的類(lèi)似和相應(yīng)的部件。圖1示出功率裝置控制器100的方塊圖。功率裝置控制器100的 功能是控制功率裝置110。功率裝置100在輸出端103產(chǎn)生輸出電壓 V。。相應(yīng)的電流將被稱(chēng)作輸出電流i。、或負(fù)載電流。功率裝置控制器 100包括電壓模式控制回路120,在單回路電壓模式控制配置中所述電 壓模式控制回路120產(chǎn)生誤差電壓Ve (或出錯(cuò)(error-out )電壓)并 且控制功率裝置110。誤差電壓V?？梢杂扇魏螖?shù)量的擾動(dòng)引起，例如 在系統(tǒng)任何部分中的小幅度噪聲，包括電壓V。的變化。在兩回路電流 模式控制配置中功率裝置控制器100也可以包括電流模式控制回路 130,所述電流模式控制回路130產(chǎn)生電流控制電壓V。。以控制功率裝 置110。電流模式控制回路130包括電流前饋140,所述電流前饋140 -故配置為在電流回路閉合的情況下減小誤差電壓Ve相對(duì)于輸出電壓V。 的DC增益H。 H。= VD / 、對(duì)負(fù)載電流i。的依賴(lài)性。如相對(duì)于圖5A-D 所示，DC增益H?？梢跃哂袑捵V。本發(fā)明的實(shí)施例在低頻范圍減小H。的 i。依賴(lài)性，例如在直流狀態(tài)下。對(duì)于V。的0. 5V-30V的范圍，i。的典型范圍包括OA-100A。其它 應(yīng)用可以使用不同電流和電壓值。圖1示出功率裝置控制器100包括調(diào)制器157,所述調(diào)制器157耦 合到電壓模式控制回路120以在電壓控制端接收誤差電壓Ve并且耦合 到電流才莫式控制回路130以在電流控制端接收電流控制電壓Vcc。調(diào)制 器157輸出表示命令-占空因數(shù)(duty cycle)的功率裝置控制信號(hào)d, 與接收的誤差電壓Ve和接收的電流控制電壓Vcc對(duì)應(yīng)。在此，當(dāng)功率 裝置110中的頂部開(kāi)關(guān)接通時(shí)，占空因數(shù)d表示轉(zhuǎn)換周期內(nèi)的時(shí)間分 數(shù)，如下所描述的。調(diào)制器157通過(guò)功率裝置控制信號(hào)d控制功率裝 置110。圖2示出，在一些實(shí)施例中，電壓沖莫式控制回路120包括電壓誤 差放大器121,其從參考電壓源接收參考電壓V^并且從輸出電壓端103壓誤差放大器121輸出與參考電壓V^和輸出電壓V。 的差對(duì)應(yīng)的誤差電壓Ve。電流模式控制回路130包括電流感測(cè)器133，所述電流感測(cè)器133 凈皮配置為例如在輸出端103感測(cè)電感器電流L并且產(chǎn)生相應(yīng)的感測(cè)電 壓Vs。電流感測(cè)器可以是在輸出路徑中的小串聯(lián)電阻器。電流感測(cè)器 也可以利用電感器電感器Ll的直流電阻(DCR)、頂部開(kāi)關(guān)112或底 部開(kāi)關(guān)114的導(dǎo)通電阻、電流變壓器等。在一些實(shí)施例中，感測(cè)電壓 Vs被直接用作用于調(diào)制器157的反饋信號(hào)。然而，在峰值電流模式控制中，當(dāng)功率裝置110的占空因數(shù)超過(guò) 大約50%時(shí)，功率系統(tǒng)可能會(huì)顯示出不穩(wěn)定的行為，例如次諧波振蕩。 此外，功率裝置IIO可以在輸出端103包括輸出電感器L1。如果沒(méi)有 臨界瞬'態(tài)p向應(yīng)(critical transient response)要,乂,另卩么通常為輸 出電感器L1的電感L選擇大的值以增加系統(tǒng)效率。然而，根據(jù)沒(méi)有負(fù) 載的情況，該大的L值使電感器電流iL并且因而使感測(cè)器電壓Vs呈現(xiàn) 小的斜坡，導(dǎo)致高的噪聲靈敏度。通過(guò)包括斜坡發(fā)生器151, —些設(shè)計(jì)克服了所述的兩個(gè)問(wèn)題。斜坡 發(fā)生器151產(chǎn)生斜坡電壓VR,所述斜坡電壓、可以與感測(cè)器電壓Vs結(jié) 合。所結(jié)合的電壓具有增加的斜度，因而增加了電流模式控制回路130 的穩(wěn)定性。并且，通過(guò)結(jié)合斜坡電壓、和感測(cè)器電壓Vs,可以抑制上 述的在較大占空因數(shù)時(shí)的不穩(wěn)定性。在本發(fā)明的實(shí)施例中，電流模式控制回路130通過(guò)修正感測(cè)器電 壓Vs和斜坡電壓VK的斜度的至少一個(gè)來(lái)產(chǎn)生電流控制電壓Vcc。這是 相當(dāng)普通的設(shè)計(jì)原理，其可以以幾種不同的方式實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中該原理通過(guò)將電流前饋140耦合到電流感測(cè)器 133和斜坡發(fā)生器151來(lái)執(zhí)行。在這樣的設(shè)計(jì)中，電流前饋140通過(guò)修 正與感測(cè)器電壓Vs有關(guān)的斜坡電壓VK的斜度來(lái)產(chǎn)生電流控制電壓Vcc。 斜度可以是上升斜度或下降斜度、或者是斜坡電壓Vk的某一段的斜度。 在其它實(shí)施例中，通過(guò)斜坡電壓Vk的峰-谷差來(lái)獲得斜度。該修正在電 流回路閉合的情況下減小了誤差電壓Ve相對(duì)于輸出電壓V。的DC增益 的負(fù)載電流依賴(lài)性。在公式中，使用符號(hào)H, V。 / Vs,這意味著減小 了 H。的i。依賴(lài)性。低頻分量可以是直流增益或H。的譜的低頻段。在一些實(shí)施例中，感測(cè)器電壓Vs和電流控制電壓Vcc都凈皮耦合到調(diào)制器157的反相端，而誤差電壓Ve被耦合到調(diào)制器157的同相端。 在其它實(shí)施例中，感測(cè)器電壓Vs和電流控制電壓Vcc被耦合到信號(hào)處 理器，然后所述信號(hào)處理器的輸出被耦合到調(diào)制器157。調(diào)制器157通過(guò)功率裝置110的占空因數(shù)控制功率裝置110。功率 裝置11G的實(shí)施例包括這樣的設(shè)計(jì)其中功率裝置110包括由輸入電 壓源117供電的功率二極管111、頂部開(kāi)關(guān)112、和底部開(kāi)關(guān)114。功 率二極管111也可以是底部開(kāi)關(guān)114的寄生二極管。功率開(kāi)關(guān)112和 114交替接通和斷開(kāi)當(dāng)頂部開(kāi)關(guān)112接通時(shí)，底部開(kāi)關(guān)114斷開(kāi)，并 且反之亦然。當(dāng)頂部開(kāi)關(guān)112 ;故接通并且底部開(kāi)關(guān)114-故斷開(kāi)時(shí)，調(diào) 制器157通過(guò)控制每個(gè)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)的時(shí)間分?jǐn)?shù)來(lái)控制占空因數(shù)d。如圖2中所示，輸出端103可以連接到負(fù)載162。負(fù)載162可以是 并聯(lián)耦合到輸出電容器的電阻器，形成有效的RC電路。圖3示出基于Fairchild (仙童)產(chǎn)品FAN5182的電流前饋140 的實(shí)施例。該實(shí)施例包括差分放大器143,所述差分放大器通過(guò)電阻器 Rl耦合到電流感測(cè)器133以接收感測(cè)器電壓Vs。差分放大器143的反 相端通過(guò)電阻器R2耦合到參考電壓VSRef。參考電壓V^也通過(guò)電阻器 R3耦合到同相端以設(shè)置差分放大器143的工作點(diǎn)。最后，反相端通過(guò) 電阻器R4耦合到差分放大器143的輸出端。在一些實(shí)施例中Rl-R2 并且R3 = R4。在其它實(shí)施例中Rl、 ...R4的值可以不同。比率R3/R1 確定差分放大器143的信號(hào)增益。差分放大器143的輸出通過(guò)電阻器 R5耦合到信號(hào)處理器或調(diào)制器157以通過(guò)端子RAMPADJ《奮正斜坡電壓 Vk的斜度?？梢岳每杀?支的函數(shù)設(shè)計(jì)電流前饋140的多個(gè)其它實(shí)施 例。圖4A-C示出功率裝置控制器100的多個(gè)小信號(hào)特性。 一般而言， 在電流回路閉合的情況下，可以由以下方程獲得誤差電壓Ve相對(duì)于輸 出電壓V。的DC增益H。對(duì)負(fù)載電流i。(或等效地是電感器電流it)的依 賴(lài)性<formula>formula see original document page 10</formula>在方程(1 )中，RO是負(fù)載162的電阻，Ri是電流感測(cè)器133的電 阻，L是電感器L1的電感，fs是功率裝置控制器100的轉(zhuǎn)換頻率，Mc表示外部斜坡參數(shù)并且d是功率裝置控制器100的占空因數(shù)。如果， 當(dāng)輸出電壓Vo基本上固定時(shí)，H。的輸出電流i。依賴(lài)性通過(guò)R。以倒數(shù)的 方式依賴(lài)于i。而產(chǎn)生(2) R。=V。/i。方程(1)的分析有助于理解DC增益H。的i。依賴(lài)性。圖4A示出設(shè)計(jì)中的DC增益H0，其不采用電流前饋140。這轉(zhuǎn)變 成基本恒定的外部斜坡參數(shù)Mc。顯然，H。隨著i。的增加而減小。在一 些實(shí)施例中，當(dāng)i。掃過(guò)OA和15A之間的區(qū)域時(shí)，H。減小到它在i-0 時(shí)的值的大約15%。如果在方程(1)中用R。除分子和分母，則分母中的第一項(xiàng)與i。 成比例，并且包括外部斜坡參數(shù)Mc的第二項(xiàng)幾乎與i。無(wú)關(guān)。這說(shuō)明， 在大的i。下，H。隨著i。近似相反地衰減，而在小i。值下它轉(zhuǎn)向有限值。圖4B和4C示出其中電流前饋140修正斜坡電壓VK的斜度的實(shí)施 例。實(shí)施例的一般設(shè)計(jì)原理是，電流前饋140通過(guò)使外部斜坡參數(shù)Mc 依賴(lài)負(fù)載電流來(lái)減小H。的低頻分量的負(fù)載電流依賴(lài)性。在一些實(shí)施例 中這通過(guò)使方程(1 )中的分母的第二項(xiàng)中的Mc隨i。增加而減小來(lái)實(shí) 現(xiàn)。利用該修正Mc項(xiàng)能夠平衡第一項(xiàng)隨i。的增加。在一些實(shí)施例中，通過(guò)如下的因子Ki修正調(diào)制器傳遞函數(shù)Mc:(3) & = ^~~其中Ki是調(diào)制器傳遞函數(shù)Mc中的乘法因子，kff是控制電流前饋 140的強(qiáng)度的因子并且V。s是偏移電壓。顯然，在該實(shí)施例中獲得Mc對(duì) 電感器電流L的依賴(lài)性Mc隨L相反地變化。圖4B示出具有適中的kff值的實(shí)施例。在該實(shí)施例中H。對(duì)i。的依 賴(lài)性已經(jīng)被大大減小在OA到15A的i。范圍內(nèi)，H。僅衰減到它在i。 =0時(shí)的值的大約40%。圖4C示出具有大的kff值的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，H。對(duì)i。的依 賴(lài)性已經(jīng)減小為非常弱的依賴(lài)性在OA到15A的i。范圍內(nèi)，H。的變化 極小。代替地，H。在中間的i。值處顯示出緩和的最大值。在一些實(shí)施 例中，前饋結(jié)構(gòu)的目標(biāo)是通過(guò)多種實(shí)施方式將H。設(shè)計(jì)成在整個(gè)負(fù)載范 圍內(nèi)都是恒定的。在圖3的實(shí)施例中，基于Fairchild產(chǎn)品FAN5182, Mc遵循不同的形式隨輸出電流i0而減小(4) Mc二l + 5W5""其中—Vin-0.80.8-0細(xì)5(卯-Io).18.Se(Io):=(5)332.103 + 2.103 49》103.Kf12在此Vin是輸入電壓117, Se是斜i皮電壓Va的斜度，以及Sn是感 測(cè)的電感器電流L的上升斜度。在以上方程(3) 、 (4)、和(5)中 的參數(shù)的數(shù)值僅僅是為了說(shuō)明性的目的。 一些實(shí)施例具有大大超過(guò)或 低于所示值的參數(shù)。圖5A-D示出對(duì)于三個(gè)不同的輸出電流值i = 0A、 7. 5A和15A 而言在連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)中的回路增益的頻率依賴(lài)性。在實(shí)施例中， 標(biāo)繪的回路增益與DC增益H。成比例。圖5A示出在沒(méi)有電流前饋140并且因而輸出電流基本上與外部斜 坡參數(shù)Mc無(wú)關(guān)的情況下設(shè)計(jì)中的以分貝為單位的回路增益。回路增益 可以#皮定義為在閉合回路中環(huán)繞功率裝置110與控制回路120和130、 回到起始點(diǎn)跟蹤信號(hào)之后的信號(hào)增益。該起始點(diǎn)可以是例如圖2中電 壓誤差放大器121的輸出。為0A、 7.5A和15A的輸出電流值示出了回 路增益，并且所述回路增益在低頻條件下顯示出對(duì)i。相當(dāng)大的依賴(lài)性。 在一些實(shí)施例中，對(duì)于低于幾千Hz的頻率而言，在變化輸出電流i。 的情況下，回路增益可以變化大約16分貝。圖5B示出在圖5A的設(shè)計(jì)中在閉合回路中環(huán)繞功率裝置110與控 制回路120和130跟蹤信號(hào)之后的相移。在以1, 000Hz為中心的低頻 條件下，所述相移也顯示出相當(dāng)大的i。依賴(lài)性。圖5C示出具有電流前饋140并且因而輸出電流依賴(lài)于斜坡參數(shù)Mc 的實(shí)施例的回路增益。采用電流前饋140已經(jīng)基本上消除了低頻區(qū)域 中例如在大約10， 000 Hz以下的頻率處的i。依賴(lài)性。在一些實(shí)施例中， 回路增益可以在更高的頻率處顯示對(duì)i。的依賴(lài)性。然而，在這些頻率 處，回路增益的值以負(fù)分貝來(lái)表征，因此回路增益的i。依賴(lài)性不重要。圖5D示出圖5C的實(shí)施例中的相移。在低頻區(qū)域中例如在低于大 約1, 000 Hz的頻率處i。依賴(lài)性已經(jīng)基本上被消除。 一些實(shí)施例在更高 的頻率處可能會(huì)顯示出i。的相位依賴(lài)性。然而，通?；芈吩鲆娴闹狄载?fù)分貝來(lái)表征，因此該i。依賴(lài)性不重要。圖6A-D示出一些實(shí)施例的大信號(hào)特性。圖6A示出在圖6B中所示的負(fù)載電流階梯式上升變化期間誤差電 壓Ve的時(shí)域瞬態(tài)響應(yīng)。由于最初i。的階梯式上升(step-up)變化， 輸出電壓V。減小。在響應(yīng)中，在電壓模式控制回路120中的電壓誤差 放大器121產(chǎn)生增加的誤差電壓Ve。圖6C示出兩回路設(shè)計(jì)，其包括電流模式控制回路130。在兩回路 設(shè)計(jì)中，與負(fù)載電流i。和電感器電流L關(guān)系為Vs = itxRi的感測(cè)器 電壓Vs被加到(或以別的方式結(jié)合)斜坡電壓VR。所結(jié)合的電壓被稱(chēng) 作電流控制電壓Vcc (圖6C中的實(shí)線)(6) Vcc= VR + iLxRi在這些兩回路設(shè)計(jì)中有兩個(gè)控制通道。如果在瞬變周期過(guò)程中輸 出電壓V。下降，則其轉(zhuǎn)到增加的誤差電壓Ve。增加的誤差電壓Ve驅(qū) 動(dòng)電流才莫式控制回路130和140以增加上述的占空因數(shù)，因而抑制波 動(dòng)。圖6D示出，較大的占空因數(shù)d的結(jié)果中的一個(gè)是負(fù)載電流i。增加。 電流感測(cè)器電壓Vs = LxRi被附加到斜坡電壓V^更大的Ve轉(zhuǎn)變成增 大的電流控制電壓Vcc。由于電流控制電壓Vcc的斜度是相同的，因此 Vcc的這種增大增加了占空因數(shù)d并且因而輸送了更多的能量到V。以 將V。維持在指定的調(diào)節(jié)范圍。然而，在這樣的兩回路設(shè)計(jì)中，誤差電壓Ve不返回到它波動(dòng)前的 值，正如從向前第9個(gè)轉(zhuǎn)換周期所見(jiàn)的。此外，調(diào)整時(shí)間需要幾個(gè)轉(zhuǎn) 換周期，例如圖6C中的7個(gè)周期。圖6C和6E示出本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)修正與負(fù)載電流L相關(guān)的斜 坡電壓Vn的斜度來(lái)處理這些問(wèn)題，其在上述的兩回路設(shè)計(jì)中與負(fù)載電 流h無(wú)關(guān)。通過(guò)圖6C中的虛線示出本發(fā)明的實(shí)施例的操作模式。感測(cè)器電壓 Vs = LxRi被再次加到斜坡電壓V^以形成電流控制電壓Vcc。另外，電 流前饋140也改變斜坡電壓Vk的斜度Se: Se隨著L增加而減小。因此， 電流控制電壓Vcc達(dá)到Ve更慢。這使得功率裝置110接通得更長(zhǎng)，增 加了占空因數(shù)d和輸出電壓V。。與沒(méi)有電流前饋140的設(shè)計(jì)相比，該 附加的控制/前饋通道使Ve返回到它波動(dòng)前的值。此外，與沒(méi)有前饋的設(shè)計(jì)(7個(gè)轉(zhuǎn)換周期)相比，誤差電壓Ve回到它波動(dòng)前的值更快(圖 6C中的5個(gè)轉(zhuǎn)換周期)。該前饋方案具有很大的控制帶寬并且它能使斜坡電壓VK的斜度Se 依賴(lài)負(fù)載電流。這在沒(méi)有反饋回路起大的作用的情況下提供相應(yīng)和校 正的占空因數(shù)調(diào)制。該結(jié)果是基本恒定的回路增益并且?guī)缀跛矔r(shí)響應(yīng) 于負(fù)載電流i。的變化。最后，電流模式前饋的功能是在負(fù)載上實(shí)現(xiàn)基 本恒定的誤差電壓Ve以緩和電壓誤差放大器的轉(zhuǎn)換速率限制。圖7示出在仿真中的相同響應(yīng)特征，這次與輸出電壓V。有關(guān)。圖7 示出在有和沒(méi)有電流前饋140的情況下波動(dòng)響應(yīng)的比較。在具有電流 前饋140的實(shí)施例中，輸出電壓V。返回到它波動(dòng)前的值，并且該返回 比沒(méi)有電流前饋140的設(shè)計(jì)快。圖8根據(jù)小信號(hào)模型示出本發(fā)明的實(shí)施例。電壓模式控制回路120 接收輸出電壓V。并且將它饋送到電壓誤差放大器121中。電壓誤差放 大器121比較輸出電壓V。與參考電壓V^并且輸出誤差電壓Ve。阻抗 Z1、Z2和電阻器R2通過(guò)電壓分配調(diào)整電壓誤差放大器121的增益和相 位以及輸出電壓設(shè)定點(diǎn)。向調(diào)制器157饋送誤差電壓Ve，其在此用Fm 表示。調(diào)制器157從電流感測(cè)Fi塊接收另一輸入。電感器電流iL被耦 合到電流感測(cè)和取樣增益F i,表示從感測(cè)的電感器電流iL到感測(cè)器電 壓Vs的傳遞函數(shù)。產(chǎn)生的感測(cè)器電壓Vs被耦合到信號(hào)處理器158,其 例如通過(guò)添加Ve和Vs來(lái)結(jié)合它們并且然后將結(jié)合的信號(hào)耦合到調(diào)制 器157。在其它實(shí)施例中，感測(cè)器電壓Vs和誤差電壓Ve被分別耦合到 調(diào)制器157。電流前饋140由前饋傳遞函數(shù)Ki表示。Ki可以是例如以上由方程 (3)給出的傳遞函數(shù)。前饋傳遞函數(shù)Ki可以根據(jù)具體實(shí)施例采取多 種不同的形式。Ki的典型特征是，它隨著電感器電流L增加而減小外 部斜坡Vk或Vs。調(diào)制器157傳遞輸入的誤差電壓Ve和感測(cè)器電壓Vs的組合以及 前饋信號(hào)到占空因數(shù)d。該傳遞通過(guò)調(diào)制器傳遞函數(shù)Fm獲得。在方程 U)的符號(hào)中，調(diào)制器傳遞函數(shù)Fm對(duì)應(yīng)于外部斜坡參數(shù)Mc。 Fm可以 與斜坡電壓VR + Vs的峰-谷值相反地相關(guān)。本實(shí)施例也包括斜坡發(fā)生器151的斜坡電壓VR,隱含在上述調(diào)制器傳遞函數(shù)Fm中。在一些實(shí)施例中，前饋傳遞函數(shù)Ki以乘法方式修正調(diào)制器傳遞函 數(shù)Fm。 Ki隨著負(fù)載電流iO增加而減小使得調(diào)制器傳遞函數(shù)Fm也隨著 負(fù)載電流i0增加而減小。該特征減小了誤差電壓Ve相對(duì)于輸出電壓 V。的DC增益的負(fù)載電流依賴(lài)性。占空因數(shù)信號(hào)d被耦合到濾波器F2,表示開(kāi)環(huán)占空因數(shù)-輸出電壓 V。的傳遞函數(shù)。濾波器F2表示功率裝置IIO和輸出電路的其它元件， 包括電感器L1、輸出電容器、和負(fù)載162。濾波器F2的輸出是完成信 號(hào)跟蹤周期的輸出電壓V。。另外的濾波器表示以下傳遞路徑濾波器Fl表示開(kāi)環(huán)輸入電壓Vin-輸出電壓V。的傳遞函數(shù)； 濾波器F3表示開(kāi)環(huán)輸入電壓Vin-電感器電流it的傳遞函數(shù)； 濾波器F4表示開(kāi)環(huán)占空因數(shù)d-電感器電流it的傳遞函數(shù)； 濾波器F5表示開(kāi)環(huán)輸出電流i。-電感器電流it的傳遞函數(shù)；以及 濾波器Zp表示與輸出電壓V。和輸出電流i。有關(guān)的開(kāi)環(huán)輸出阻抗。 圖9示出用來(lái)控制一組功率裝置210-1， ... 210-n的多相功率裝 置控制器200。多相功率裝置控制器200包括n個(gè)單獨(dú)模塊210-1，... 210-n和幾個(gè)共用模塊。這些包括共用電壓模式控制回路220、共用電 流控制回路230、共用電流前饋240和共用斜坡發(fā)生器251。功率裝置 210在輸出端產(chǎn)生輸出電壓V。。輸出電壓V。被耦合到共用電壓模式控 制回路220,所述共用電壓模式控制回路220產(chǎn)生誤差電壓Ve以控制 功率裝置210。然后誤差電壓Ve被耦合到各模塊201的調(diào)制器 257-1， ... 257-n。多相功率控制器200也包括共用電流模式控制回路230以產(chǎn)生電 流控制電壓Vcc來(lái)控制功率裝置210。共用電流模式控制回路230包括 共用電流前饋240，所述共用電流前饋240被配置為減小誤差電壓Ve 相對(duì)于輸出電壓V。的增益的低頻分量的負(fù)載電流依賴(lài)性。調(diào)制器257被耦合到共用電壓模式控制回路220以接收誤差電壓 Ve,并且被耦合到共用電流模式控制回路230以接收電流控制電壓 Vcc。共用電壓模式控制回路220包括共用電壓誤差放大器221,所述共 用電壓誤差放大器221被配置為從參考電壓源接收參考電壓V^并且從輸出電壓端接收輸出電壓V。。共用電壓誤差放大器221被配置為輸出 與參考電壓和輸出電壓V。的差相對(duì)應(yīng)的誤差電壓Ve。共用電流模式控制回路230包括被配置為產(chǎn)生斜坡電壓的共用斜 坡發(fā)生器251和一組電流感測(cè)器233-1， ... 233-n。電流感測(cè)器233 被配置為在多個(gè)位置感測(cè)負(fù)載電流并且產(chǎn)生相應(yīng)的感測(cè)器電壓 Vs—1，…Vs—n。共用電流前饋240被耦合到電流感測(cè)器233和共用斜坡發(fā)生器 251。共用電流前饋240被配置為通過(guò)修正與感測(cè)器電壓Vs有關(guān)的斜 坡電壓VK來(lái)產(chǎn)生電流控制電壓Vcc。共用電流模式控制回路230被配置為單獨(dú)地為功率裝置210產(chǎn)生 負(fù)載相關(guān)的斜坡。求和/求平均節(jié)點(diǎn)226對(duì)全部單獨(dú)的感測(cè)器電壓Vs-1， ... Vs-n求 和或求平均并且利用該信息來(lái)編程V K為負(fù)載電流相關(guān)的。盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明和它的優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，在 不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在其中 可以進(jìn)行多種變化、替代、和改變。即，在本申請(qǐng)中包括的討論旨在 起基本描述的作用。應(yīng)當(dāng)理解的是，具體討論不能明確地描述所有可 能的實(shí)施例；隱含了多種供選方案。也不可能充分說(shuō)明本發(fā)明的總的 特性，并且不能明確地示出每個(gè)特征或元件可以怎樣實(shí)際表示廣泛的 功能或表示多種多樣的可替換或等效元件。另外，這些被隱含地包括 在本公開(kāi)中。在用裝置取向術(shù)語(yǔ)描述本發(fā)明的地方，裝置的每個(gè)元件 隱含地執(zhí)行功能。描述或術(shù)語(yǔ)都不打算限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種功率裝置控制器，用來(lái)控制在輸出端產(chǎn)生輸出電壓的功率裝置，所述功率裝置控制器包括電壓模式控制回路，所述電壓模式控制回路被配置為產(chǎn)生誤差電壓并且控制功率裝置；以及電流模式控制回路，所述電流模式控制回路被配置為產(chǎn)生電流控制電壓；以及控制功率裝置；所述電流模式控制回路包括電流前饋，所述電流前饋被配置為通過(guò)在電流回路閉合的情況下減小誤差電壓相對(duì)于輸出電壓的增益的低頻分量的負(fù)載電流依賴(lài)性來(lái)減小回路增益的負(fù)載依賴(lài)性。
2. 如權(quán)利要求1所述的功率裝置控制器，所述電壓模式控制回路 包括電壓誤差放大器，所述電壓誤差放大器被配置為 從參考電壓源接收參考電壓；并且 從輸出電壓端接收輸出電壓； 電壓誤差放大器被配置為輸出與參考電壓和輸出電壓的差相對(duì)應(yīng) 的誤差電壓。
3. 如權(quán)利要求2所述的功率裝置控制器，包括 調(diào)制器，所述調(diào)制器耦合到電壓才莫式控制回路以在電壓控制端接收誤差電壓；并且耦合到電流模式控制回路以在電流控制端接收電流控制電壓；所述調(diào)制器被配置為輸出與接收的誤差電壓和接收的電流控制電 壓對(duì)應(yīng)的功率裝置控制信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求3所述的功率裝置控制器，電流模式控制回路包括 斜坡發(fā)生器，所述斜坡發(fā)生器被配置為產(chǎn)生斜坡電壓；和 電流感測(cè)器，所述電流感測(cè)器^^皮配置為感測(cè)負(fù)載電流；并且 產(chǎn)生相應(yīng)的感測(cè)器電壓。
5. 如權(quán)利要求4所述的功率裝置控制器，其中電流模式控制回路被配置為通過(guò)修正感測(cè)器電流和斜坡電壓中的 至少一個(gè)的斜度來(lái)產(chǎn)生電流控制電壓。
6. 如權(quán)利要求5所述的功率裝置控制器，其中電流前饋被耦合到 電流感測(cè)器和斜坡發(fā)生器；其中電流前饋被配置為通過(guò)修正與感測(cè)器 電壓有關(guān)的斜坡電壓的斜度來(lái)產(chǎn)生電流控制電壓。
7. 如權(quán)利要求6所述的功率裝置控制器，其中 電流前銷(xiāo)"故配置為修正與感測(cè)器電壓有關(guān)的斜坡電壓的斜度以便 通過(guò)在電流回路閉合的情況下減小誤差電壓相對(duì)于輸出電壓的增 益的低頻分量的負(fù)載電流依賴(lài)性來(lái)減小回路增益的負(fù)載依賴(lài)性。
8. 如權(quán)利要求4所述的功率裝置控制器，所述電流前饋包括 耦合到電流感測(cè)器的差分放大器，所述差分放大器被配置為輸出放大的感測(cè)器電流到斜坡發(fā)生器。
9. 如權(quán)利要求4所述的功率裝置控制器，其中調(diào)制器^皮耦合到電流前饋以接收電流控制電壓并且被耦合到電流 感測(cè)器以接收感測(cè)器電壓。
10. 如權(quán)利要求3所述的功率裝置控制器，其中 調(diào)制器被配置為通過(guò)以功率裝置控制電壓控制功率裝置的占空因數(shù)來(lái)控制功率裝置。
11. 如權(quán)利要求3所述的功率裝置控制器，電流前饋通過(guò)修正調(diào) 制器的傳遞函數(shù)為隨負(fù)載電流的增加而減小以在電流回路閉合的情況 下減小誤差電壓相對(duì)于輸出電壓增益的低頻分量的負(fù)載電流依賴(lài)性。
12. 如權(quán)利要求1所述的功率裝置控制器，其中電流模式控制回路被配置為在負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)期間在輸出電壓波動(dòng) 之后使誤差電壓基本返回到它波動(dòng)前的值。
13. 如權(quán)利要求12所述的功率裝置控制器，其中電流模式控制回路被配置為在輸出電壓波動(dòng)之后使誤差電壓比單 獨(dú)的電壓模式控制回路更快地返回到它波動(dòng)前的值。
14. 如權(quán)利要求1所述的功率裝置控制器，其中
15. —種多相功率裝置控制器，用來(lái)控制一組功率裝置，所述功 率裝置在輸出端產(chǎn)生輸出電壓，所述功率裝置控制器包括共用電壓模式控制回路，所述共用電壓模式控制回路被配置為產(chǎn) 生誤差電壓并且控制功率裝置；以及共用電流模式控制回路，所述共用電流模式控制回路被配置為產(chǎn) 生電流控制電壓并且控制功率裝置，所述共用電流模式控制回路包括電流前饋，所述電流前饋被配置為在電流回路閉合的情況下減小 誤差電壓相對(duì)于輸出電壓的回路增益或增益的低頻分量的負(fù)載電流依 賴(lài)性。
16. 如權(quán)利要求15所述的多相功率裝置控制器，包括 一組調(diào)制器，所述調(diào)制器組被耦合到共用電壓模式控制回路以接收誤差電壓并且被耦合到共用電流模式控制回路以接收電流控制電壓。
17. 如權(quán)利要求15所述的多相功率裝置控制器，所述共用電壓模 式控制回路包括共用電壓誤差放大器，所述共用電壓誤差放大器被配置為從參考電壓源接收參考電壓；并且從輸出電壓端接收輸出電壓； 所述共用電壓誤差放大器被配置為輸出與參考電壓和輸出電壓的 差對(duì)應(yīng)的誤差電壓。
18. 如權(quán)利要求15所述的多相功率裝置控制器，所述共用電流模 式控制回路包括斜坡發(fā)生器，所述斜坡發(fā)生器被配置為產(chǎn)生斜坡電壓； 一組電流感測(cè)器，其被配置為感測(cè)負(fù)載電流；并且產(chǎn)生相應(yīng)的感測(cè)器電壓；以及 求和-求平均節(jié)點(diǎn)，所述求和-求平均節(jié)點(diǎn)被配置為對(duì)感測(cè)器電壓 求和或求平均。
19. 如權(quán)利要求18所述的多相功率裝置控制器，其中 所述共用電流前饋被耦合到電流感測(cè)器和斜坡發(fā)生器，其中 所述共用電流前饋被配置為通過(guò)修正與感測(cè)器電壓有關(guān)的斜坡電壓來(lái)產(chǎn)生電流控制電壓。
20. 如權(quán)利要求15所述的多相功率裝置控制器，其中 所述共用電流模式控制回路被配置為一個(gè)一個(gè)單獨(dú)地為輸出電壓產(chǎn)生負(fù)載電流相關(guān)的斜坡。
21. —種用來(lái)控制功率裝置的功率裝置控制器，所述功率裝置在 連接到電感器的輸出端產(chǎn)生輸出電壓，所述功率裝置控制器包括耦合到功率裝置的電壓模式控制回路；耦合到電壓模式控制回路和功率裝置的電流模式控制回路；以及 電流模式前饋，所述電流模式前饋耦合到電流模式控制回路、斜 坡發(fā)生器、和電感器電流感測(cè)器，并且所述電流模式前饋被配置為根 據(jù)負(fù)載電流修正斜坡發(fā)生器的斜坡電壓和感測(cè)的電感器的電感器電流 中的至少一個(gè)的斜度。
22. —種用來(lái)控制功率裝置的功率裝置控制器，所述功率裝置在 輸出端產(chǎn)生輸出電壓，所述功率裝置控制器包括耦合到功率裝置的電流模式控制回路； 可調(diào)整的斜坡發(fā)生器；電流感測(cè)器，所述電流感測(cè)器被配置為感測(cè)輸出電流； 電流才莫式前饋，所述電流才莫式前饋耦合到電流才莫式控制回路、可 調(diào)整的斜坡發(fā)生器、和電流感測(cè)器，并且所述電流模式前饋被配置為 根據(jù)負(fù)載電流修正斜坡發(fā)生器的斜坡電壓和電流感測(cè)器的感測(cè)的電流 中的至少一個(gè)的斜度。
全文摘要
一種功率裝置控制器，包括電壓模式控制回路以產(chǎn)生誤差電壓并且控制功率裝置以及包括電流模式控制回路以產(chǎn)生電流控制電壓并且控制功率裝置。電流模式控制回路包括電流前饋以通過(guò)在電流回路閉合的情況下減小誤差電壓相對(duì)于輸出電壓的增益的低頻分量的負(fù)載電流依賴(lài)性來(lái)減小回路增益的負(fù)載依賴(lài)性。用來(lái)控制幾個(gè)功率裝置的多相功率裝置控制器包括共用電壓模式控制回路以產(chǎn)生誤差電壓以及共用電流模式控制回路以產(chǎn)生電流控制電壓，共用電流模式控制回路包括電流前饋以減小回路增益的低頻分量的負(fù)載電流依賴(lài)性。
文檔編號(hào)G05F1/56GK101273318SQ200680035132
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2006年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
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