專(zhuān)利名稱(chēng)：用于電源的多模參數(shù)分析器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)通常涉及電源，并且更具體地涉及用于電源的多模參數(shù)分析器。
背景技術(shù)：
本文提供的背景描述是為了概括地介紹本公開(kāi)的上下文的目的。目前指定的發(fā)明·人的工作(到它在該背景章節(jié)中被描述的程度)以及否則可能在提交時(shí)間時(shí)沒(méi)有被作為現(xiàn)有技術(shù)的本描述的方面即未清除也未隱含地被承認(rèn)為相對(duì)于本公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)。通常的以及特別是用于電源的反饋控制系統(tǒng)具有由未知的部件值和部件值的變化引起的性能限制和穩(wěn)定性限制。幾個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)參數(shù)(包括部件值)的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)于實(shí)現(xiàn)高速瞬態(tài)性能來(lái)說(shuō)是必要的。例如，在電源的情況下，輸出電容可能很大程度上是未知的，這是因?yàn)殡娫簇?fù)載具有與電源輸出電容并聯(lián)的電容。通常，負(fù)載電容是以被添加到負(fù)載電路的電容的形式，以便改進(jìn)高頻特性。令人遺憾的是，未知的負(fù)載電容和可能具有相當(dāng)大的公差的其它部件在電源中常常出現(xiàn)。類(lèi)似問(wèn)題可能出現(xiàn)在例如電機(jī)控制系統(tǒng)中，其中通常未以足夠的準(zhǔn)確度來(lái)了解電機(jī)扭矩常數(shù)和負(fù)載慣性，以允許對(duì)電機(jī)的高速控制。測(cè)量這些未知參數(shù)允許對(duì)它們進(jìn)行補(bǔ)
\-ZX O

發(fā)明內(nèi)容
—種系統(tǒng)包括輸入選擇模塊、乘法器選擇模塊、乘法器模塊、加法模塊、多個(gè)累加器、以及估計(jì)模塊。輸入選擇模塊基于第一組控制信號(hào)來(lái)選擇來(lái)自電源的多個(gè)輸入信號(hào)。輸入信號(hào)包括占空比信號(hào)和該電源的多個(gè)電流信號(hào)和電壓信號(hào)。乘法器選擇模塊基于第二組控制信號(hào)選擇來(lái)自正弦發(fā)生器和余弦發(fā)生器的輸入。乘法器模塊選擇性地將選擇的輸入信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)乘以來(lái)自正弦發(fā)生器和余弦發(fā)生器的輸入之一以產(chǎn)生乘積。加法模塊選擇性地將該乘積相加以產(chǎn)生和。多個(gè)累加器基于第二組控制信號(hào)來(lái)累加這些和。估計(jì)模塊產(chǎn)生第一控制信號(hào)和第二組控制信號(hào)，并且基于在多個(gè)累加器中累加的和來(lái)估計(jì)多個(gè)部件的值，該多個(gè)部件包括在該電源的輸出級(jí)中的電感、電容和電阻。一種方法包括基于第一組控制信號(hào)選擇來(lái)自電源的多個(gè)輸入信號(hào)，其中輸入信號(hào)包括占空比信號(hào)和該電源的多個(gè)電流信號(hào)和電壓信號(hào)。該方法還包括基于第二組控制信號(hào)選擇來(lái)自正弦發(fā)生器和余弦發(fā)生器的輸入。該方法還包括選擇性地將選擇的輸入信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)乘以來(lái)自正弦發(fā)生器和余弦發(fā)生器的輸入之一以產(chǎn)生乘積。該方法還包括選擇性地將該乘積相加以產(chǎn)生和，以及基于第二組控制信號(hào)在選擇的多個(gè)累加器中累加這些和。該方法還包括基于在多個(gè)累加器中累加的和來(lái)估計(jì)多個(gè)部件的值，該多個(gè)部件包括電源的輸出級(jí)中的電感、電容和電阻。根據(jù)下文提供的詳細(xì)描述，本公開(kāi)的另外的適用性領(lǐng)域?qū)⒆兊们宄?。?yīng)當(dāng)理解的是，詳細(xì)描述和特定的示例僅打算用于說(shuō)明的目的，并且不是用來(lái)限制本公開(kāi)的范圍。


根據(jù)詳細(xì)描述和附圖，將更充分地理解本公開(kāi)，在附圖中圖I是開(kāi)關(guān)電源的功能框圖；圖2A是參數(shù)分析器模塊的功能框圖；圖2B是分析模塊的功能框圖； 圖2C是描述參數(shù)分析器模塊的操作的模式的表；圖2D是描述在不同模式的參數(shù)分析器模塊的累加器中累加的值的表；圖3A-3M描述由不同模式的參數(shù)分析器模塊使用的等式；以及圖4描述開(kāi)關(guān)電源的注入?yún)⒖肌⒄伎毡群洼敵鲭妷骸?br> 具體實(shí)施例方式下面的描述本質(zhì)上僅僅是說(shuō)明性的，并且決不是用來(lái)限制本公開(kāi)、其應(yīng)用或使用。為了清楚的目的，將在附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)標(biāo)識(shí)類(lèi)似的元件。如本文所述的，短語(yǔ)“A、B和C中的至少一個(gè)”應(yīng)被解釋為意指使用非排他性邏輯“或”的邏輯(A或B或C)。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以按不同的順序執(zhí)行方法中的步驟，而不改變本公開(kāi)的原理。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“模塊”可以指的是以下部件，或者可以是以下部件的部分，或者包括以下步驟專(zhuān)用集成電路(ASIC);電子電路；組合邏輯電路；現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA);處理器(共享的、專(zhuān)用的或組)；提供描述的功能的其它適當(dāng)?shù)挠布考换蚶缭谄舷到y(tǒng)中的上述部件的一些或全部的組合。術(shù)語(yǔ)“模塊”可以包括存儲(chǔ)由處理器執(zhí)行的代碼的存儲(chǔ)器(共享的、專(zhuān)用的或組)。如上文使用的術(shù)語(yǔ)“代碼”可以包括軟件、固件和/或微代碼，并且可以指的是程序、例程、功能、類(lèi)和/或?qū)ο蟆Ｈ缟衔氖褂玫男g(shù)語(yǔ)“共享的”意味著可以使用單個(gè)(共享的)處理器來(lái)執(zhí)行來(lái)自多個(gè)模塊的一些或所有代碼。此外，來(lái)自多個(gè)模塊的一些或所有代碼可以由單個(gè)(共享的)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。如上文使用的術(shù)語(yǔ)“組”意味著可以使用一組處理器或一組執(zhí)行引擎來(lái)執(zhí)行來(lái)自單個(gè)模塊的一些或所有代碼。例如，處理器的多個(gè)內(nèi)核和/或多個(gè)線(xiàn)程可以被認(rèn)為是執(zhí)行引擎。在各種實(shí)施方式中，可以在一個(gè)處理器中、在多個(gè)處理器中和在多個(gè)位置處的處理器(例如在并行處理布置中的多個(gè)服務(wù)器)中分組執(zhí)行引擎。此外，可以使用一組存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)來(lái)自單個(gè)模塊的一些或所有代碼。本文所述的裝置和方法可以由一個(gè)或多個(gè)處理器所執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)施。計(jì)算機(jī)程序包括存儲(chǔ)在非暫時(shí)的有形的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的處理器可執(zhí)行指令。計(jì)算機(jī)程序還可以包括所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。非暫時(shí)的有形的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的非限制性示例是非易失性存儲(chǔ)器、磁性存儲(chǔ)器和光學(xué)存儲(chǔ)器。本公開(kāi)涉及用于具有數(shù)字控制器的DC到DC開(kāi)關(guān)模式的電源的多用途數(shù)據(jù)獲取和分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)允許對(duì)電源的遠(yuǎn)程測(cè)試和制造中的測(cè)試。該系統(tǒng)適應(yīng)性地確定電源部件的值(例如，L、C和R)以及數(shù)字控制器的增益。該系統(tǒng)允許對(duì)電源部件的獨(dú)立測(cè)量，并且通過(guò)估計(jì)測(cè)量誤差來(lái)提高魯棒性。該系統(tǒng)使用用于測(cè)量的正弦/余弦波或方波，并且為電源參數(shù)的各種測(cè)量和分析提供多個(gè)操作模式。該系統(tǒng)提供關(guān)鍵電源參數(shù)的經(jīng)濾波的監(jiān)測(cè)和閉環(huán)操作的誤差分析。該系統(tǒng)允許經(jīng)由功率管理總線(xiàn)(PMbus)進(jìn)行電源參數(shù)的適應(yīng)性補(bǔ)償和經(jīng)濾波的回讀兩者。該系統(tǒng)使用具有信號(hào)注入和相干解調(diào)的濾波器組來(lái)測(cè)量復(fù)合的增益(complex gain)、復(fù)合的平均值和復(fù)合的平方誤差。更具體地，該系統(tǒng)包括具有用于多信號(hào)復(fù)解調(diào)的正弦查找表和余弦查找表的乘積并累加(MAC)模塊。MAC模塊用于同時(shí)監(jiān)測(cè)V-、Vin、電感器電流、占空比、估計(jì)的輸入電流和其它電源參數(shù)。此外，MAC模塊用于測(cè)量功率級(jí)部件(例如，L、C、R等)、對(duì)方波激勵(lì)的閉環(huán)響應(yīng)和開(kāi)環(huán)響應(yīng)、輸出阻抗等?，F(xiàn)在參考圖1，開(kāi)關(guān)電源100包括數(shù)字控制器模塊102和功率級(jí)模塊104。數(shù)字控制器模塊102包括參數(shù)分析器模塊106、狀態(tài)估計(jì)器模塊108、求和模塊110、占空比模塊112、以及求和模塊114、增益歸一化模塊116、插補(bǔ)器模塊118、脈沖寬度調(diào)制(PWM)模塊 140、輔助模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)模塊142、電感器電流(Iind)估計(jì)器模塊144和反饋ADC模塊146。功率級(jí)模塊104包括串聯(lián)連接到低側(cè)開(kāi)關(guān)的高側(cè)開(kāi)關(guān)(統(tǒng)稱(chēng)開(kāi)關(guān))。該開(kāi)關(guān)的串聯(lián)組合如所示出的那樣橫跨電源電壓Vin和地來(lái)連接。電感器L連接到該開(kāi)關(guān)的接合點(diǎn)，其中Rind是電感器L的電阻。電容器C和負(fù)載彼此并聯(lián)連接。電容器C和負(fù)載的并聯(lián)組合如所示出的那樣串聯(lián)連接到電感器L。功率級(jí)模塊104產(chǎn)生輸出電壓V-。至少該輸出電壓和電感器電流從功率級(jí)模塊104反饋到數(shù)字控制器模塊102。數(shù)字控制器模塊102基于該反饋來(lái)控制功率級(jí)模塊104。參數(shù)分析器模塊106分析該反饋，測(cè)量各種部件值，并且執(zhí)行對(duì)各種電源參數(shù)的適應(yīng)性補(bǔ)償。參數(shù)分析器模塊106通過(guò)在占空比確定之前將激勵(lì)信號(hào)注入求和模塊110并且通過(guò)測(cè)量電源的輸入和輸出來(lái)測(cè)量部件值?？商娲?，參數(shù)分析器模塊106通過(guò)在占空比確定之后將激勵(lì)信號(hào)注入求和模塊114并且通過(guò)測(cè)量電源的輸入和輸出來(lái)測(cè)量部件值。參數(shù)分析器模106根據(jù)噪聲來(lái)確定是否將激勵(lì)信號(hào)注入求和模塊110或求和模塊114中。狀態(tài)估計(jì)器模塊108估計(jì)功率級(jí)模塊104的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。例如，在降壓拓?fù)?buck topology)中，開(kāi)關(guān)狀態(tài)包括充電、放電和三態(tài)(tri-state)。在降壓-升壓拓?fù)?buck-boost topology)中，開(kāi)關(guān)狀態(tài)包括降壓、升壓、降壓-升壓、電感器兩端的短路、以及開(kāi)路。在包括前向、反激式(fly-back)、SEPIC、Cuk的其它拓?fù)渲?，很多其它開(kāi)關(guān)狀態(tài)是可能的。本公開(kāi)的教導(dǎo)也適用于其它控制系統(tǒng)，例如但不限于電機(jī)控制系統(tǒng)。反饋ADC模塊146向狀態(tài)估計(jì)器模塊108提供關(guān)于功率級(jí)模塊104的輸出電壓Vout的反饋。狀態(tài)估計(jì)器模塊108基于從反饋ADC模塊146接收的反饋來(lái)估計(jì)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。占空比模塊112計(jì)算對(duì)功率級(jí)模塊104的開(kāi)關(guān)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的PWM脈沖的占空比。占空比模塊112基于求和模塊110的輸出來(lái)計(jì)算占空比，求和模塊110的輸出是參數(shù)分析器模塊106、狀態(tài)估計(jì)器模塊108的輸出以及激勵(lì)信號(hào)(如果激勵(lì)信號(hào)被注入求和模塊110中)的和。如果激勵(lì)信號(hào)被注入求和模塊114中，求和模塊114將占空比模塊112的輸出與激勵(lì)信號(hào)相加。
此外，求和模塊114加上估計(jì)的電感器電流Iind的反饋，該反饋是由電感器電流估計(jì)器模塊144估計(jì)的并且由具有增益Keaneel的增益模塊128調(diào)節(jié)的。該反饋用于抵消Rdamp在輸出電壓Vtjut上的效應(yīng)，其中Rdamp=Rind+Rm，并且其中Rm是開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻。增益歸一化模塊116對(duì)求和模塊114的輸出的增益進(jìn)行歸一化。歸一化模塊116接收來(lái)自輔助ADC模塊142的輸入，輔助ADC模塊122將輸入供應(yīng)電壓Vin轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式并且將電壓前饋信息以數(shù)字格式輸出到增益歸一化模塊116。增益歸一化模塊116基于從輔助ADC模塊142接收的電壓前饋信息來(lái)歸一化求和模塊114的輸出的增益。 插補(bǔ)器模塊118對(duì)增益歸一化模塊116的輸出進(jìn)行插補(bǔ)。PWM模塊140產(chǎn)生PWM脈沖，該P(yáng)WM脈沖具有由占空比模塊116確定的、由增益歸一化模塊116歸一化并且由插補(bǔ)器模塊118插補(bǔ)的占空比。PWM脈沖根據(jù)該占空比來(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)?，F(xiàn)在參考圖2A-2C，詳細(xì)描述參數(shù)分析器模塊106。在圖2A中，參數(shù)分析器模塊106包括分析模塊120、估計(jì)模塊122、補(bǔ)償模塊124和接口模塊126。分析模塊120對(duì)反饋進(jìn)行分析并且測(cè)量如下所述的各個(gè)電源參數(shù)。估計(jì)模塊122產(chǎn)生控制分析模塊120的各個(gè)部件的操作的控制信號(hào)，并且估計(jì)如下所述的各個(gè)電源部件的值。此外，估計(jì)模塊根據(jù)正弦表158和余弦表160產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，如在2009年11月20日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 12/622，484中描述了該正弦表158和余弦表160，該專(zhuān)利申請(qǐng)通過(guò)引用被全部并入本文。估計(jì)模塊122根據(jù)噪聲來(lái)確定將激勵(lì)信號(hào)注入到求和模塊110還是求和模塊114中。補(bǔ)償模塊124基于分析模塊120和估計(jì)模塊122所執(zhí)行的分析和測(cè)量來(lái)執(zhí)行對(duì)各個(gè)電源參數(shù)(例如，增益、占空比等)的適應(yīng)性補(bǔ)償。接口模塊126將分析模塊120連接到主機(jī)130。例如，接口模塊126包括PMbus接口，該P(yáng)Mbus接口允許主機(jī)130回讀在制造期間由分析模塊120測(cè)量的電源參數(shù)。此外，接口模塊126允許主機(jī)130遠(yuǎn)程地經(jīng)由例如串口回讀電源參數(shù)?；诨刈x，主機(jī)130能夠遠(yuǎn)程地監(jiān)測(cè)、診斷和檢修及控制開(kāi)關(guān)電源100的操作。在圖2B中，分析模塊120包括輸入選擇復(fù)用器150 ;乘法器選擇復(fù)用器152 ;乘積
并累加(MAC)模塊154、多個(gè)累加器accl 156_l、acc2 156-2......和acc6 156-6 (統(tǒng)稱(chēng)為累
加器156);正弦表158 ;以及余弦表160。雖然在該示例中僅示出六個(gè)累加器156，但是取決于包括所監(jiān)測(cè)/分析的電源參數(shù)的數(shù)量和從功率級(jí)模塊104反饋到分析模塊120的信號(hào)的數(shù)量的因素，可以使用任何數(shù)量的累加器。輸入選擇復(fù)用器150接收數(shù)個(gè)輸入，包括電源信號(hào)、累加器156的輸出、以及正弦表158和余弦表160。在所示的示例中，電源信號(hào)包括從功率級(jí)模塊104和占空比模塊112接收的信號(hào)。例如，電源信號(hào)包括占空比(duty)、輸出電壓V-、電感器電流iind、負(fù)載電流il0ad>目標(biāo)電壓Vt￡ffg、電感器電壓Vind、輸出電壓誤差Vtjutem等。估計(jì)模塊122產(chǎn)生控制輸入選擇復(fù)用器150的模式信號(hào)。在所不的不例中，模式信號(hào)包括用于選擇八個(gè)模式之一的3個(gè)位，分析模塊120能夠在這些模式中工作。模式和模式信號(hào)的數(shù)量可以根據(jù)包括所監(jiān)測(cè)/分析的電源參數(shù)的數(shù)量以及反饋到分析模塊120的信號(hào)的數(shù)量的因素來(lái)變化。在圖2C中，表示出了分析模塊120能夠工作的八種模式。這八種模式被編號(hào)為0到7，并且可以使用由估計(jì)模塊122產(chǎn)生的3位模式信號(hào)來(lái)選擇。在模式0中，分析模塊120執(zhí)行經(jīng)濾波的回讀，這允許主機(jī)130同時(shí)經(jīng)由PMbus監(jiān)測(cè)關(guān)鍵的電源參數(shù)。在模式I中，分析模塊120利用誤差分析測(cè)量在測(cè)試頻率下的復(fù)合(complex)的V()ut/Vduty。在模式2中，分析模塊120測(cè)量復(fù)合的vind/iind和復(fù)合的V^iind，這允許測(cè)量L、C、Rdamp等。在模式3中，分析模塊120利用誤差分析測(cè)量復(fù)合的vind/iinnd，這允許測(cè)量L和Rdamp。在模式4中，分析模塊120利用誤差分析測(cè)量復(fù)合的veap/iind。在模式5中，分析模塊120測(cè)量復(fù)合的'JIioad和復(fù)合的VtjutAind,這允許測(cè)量功率級(jí)模塊104的輸出阻抗。在模式6中，分析模塊120測(cè)量關(guān)鍵電源信號(hào)中的所估計(jì)的紋波(ripple)。在模式7中，分析模塊120執(zhí)行瞬時(shí)誤差分析。在每種模式中，輸入選擇復(fù)用器150將選擇的電源信號(hào)輸出到乘法器選擇復(fù)用器152。此外,在每種模式中,輸入選擇復(fù)用器150向乘法器選擇復(fù)用器152輸出從累加器156以及正弦表158和余弦表160接收的輸出中的一個(gè)或多個(gè)。根據(jù)選擇的模式，估計(jì)模塊122產(chǎn)生控制乘法器選擇復(fù)用器152、累加器156以及正弦表158和余弦表160的選擇信號(hào)。選擇信號(hào)允許一個(gè)或多個(gè)累加器156以及正弦表158和余弦表160的輸出被輸入到輸入選擇復(fù)用器150。此外，根據(jù)選擇的模式，選擇信號(hào)允許乘法器選擇復(fù)用器152向MAC模塊154輸出與選擇的模式有關(guān)的信號(hào)。MAC模塊154包括乘法器154-1和加法器154_2。乘法器154-1將乘法器選擇復(fù)·用器152的多個(gè)輸出相乘,該多個(gè)輸出包括下列中的一個(gè)或多個(gè)電源信號(hào)、累加器156的一個(gè)或多個(gè)輸出、以及正弦表158和余弦表160。加法器154-2將乘法器154-1的輸出與乘法器選擇復(fù)用器152的一個(gè)或多個(gè)輸出相加。加法器154-2的輸出(即，MAC模塊154的輸出)被輸入到由選擇信號(hào)選擇的一個(gè)或多個(gè)累加器156。在圖2D中，表示出了在每個(gè)模式中在累加器156中累加的值。在累加器156中累加的值是基于在每個(gè)模式中由MAC模塊154產(chǎn)生的輸出。根據(jù)選擇的模式,在累加器156中累加的值可以被估計(jì)模塊122利用來(lái)測(cè)量各種電源參數(shù)，執(zhí)行誤差分析等。例如，在模式0中，為了允許經(jīng)由PMbus對(duì)電源信號(hào)的平均值的經(jīng)濾波的回讀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在累加器accl 156-1中累加占空比；在累加器acc2 156_2中累加V()Ut ;在累加器acc3 156-3中累加iind ;在累加器acc4 156-4中累加占空比和iind的乘積；在累加器acc5156-5中累加Vin ；以及在累加器acc6 156-6中累加ilMd。在模式I中，為了測(cè)量功率級(jí)模塊104的傳遞函數(shù)，在累加器accl 156-1中累加(vduty - vtarg) sin ;在累加器 acc2 156-2 中累加(vduty - vtarg) cos ;在累加器 acc3 156-3 中累力口(vQUt - vtarg) sin ;在累加器 acc4156-4 中累加(vQUt - vtarg) cos ;在累加器 acc5 156-5 中累加(Vduty - Vtarg)2 ;以及在累加器 acc6 156-6 中累加(vQUt - Vtarg)2。在模式2中，為了測(cè)量功率級(jí)模塊104的復(fù)阻抗，在累加器accl 156_1中累加(Vduty _ vtarg) sin ;在累加器 acc2156-2 中累加(vduty - vtarg) cos ;在累加器 acc3 156-3 中累加iind*sin ;在累加器acc4 156-4中累加iind*cos ;在累加器acc5 156-5中累加(Vduty -vtarg) sin ;以及在累加器 acc6 156-6 中累加(vduty - vtarg) cos。在模式3中，為了測(cè)量功率級(jí)模塊104的電感L和Rdanip，在累加器accll56_l中累力口(vduty - Vout) sin ;在累加器 acc2 156-2 中累加(vduty - vout) cos ;在累加器 acc3 156-3 中累加iind*sin ;在累加器acc4 156-4中累加iind*cos ;在累加器acc5 156-5中累加iind2 ;以及在累加器acc6 156-6中累加(vduty - V(Mt)2。在模式4中，為了測(cè)量功率級(jí)模塊104的電容C和Reap，在累加器accll56_l中累加 iind*sin ;在累加器acc2 156-2 中累加 iind*cos ;在累加器acc3156_3 中累加(vQUt - Vtarg)sin;在累加器acc4 156-4中累加(Vrat - vtarg) cos ;在累加器acc5 156-5中累加iind2 ;以及在累加器 acc6 156-6 中累加(Vduty-Vtarg)2。在模式5中，為了分析和測(cè)量功率級(jí)模塊104的輸出阻抗(例如，Zwt)，在累加器accl 156-1 中累加 iind*sin ;在累加器 acc2 156-2 中累加 iind*cos ;在累加器 acc3 156-3中累加(vQUt - vtarg) sin ;在累加器 acc4 156-4 中累加(vQUt - vtarg) cos ;在累加器 acc5156-5中累加ilMd*sin ;以及在累加器acc6 156-6中累加ilMd*cos。在模式6中，為了分析功率級(jí)模塊104中的紋波，在累加器accl 156_1中累加vin;在累加器acc2 156-2中累加占空比；在累加器acc3 156-3中累加Vtjutaipple的絕對(duì)值；在累加器acc4 156-4中累加iind ;在累加器acc5 156-5中累加iin(Wpple的絕對(duì)值；以及在累加器 acc6 156-6 中累加(vQUt - Vtarg)2。在模式7中，為了分析功率級(jí)模塊104中的瞬時(shí)誤差，在累加器accll56_l中累加iind2 ;在累加器acc2 156-2 中累加(vQUt - Vtarg)2 ;在累加器acc3156_3 中累加(vduty - Vtarg)2 ；在累加器 acc4 156-4 中累加(vQUt-vtarg_paout)2 (即，(vQUt-vemd)2);在累加器 acc5 156-5 中累加(Vtjut - Vtarg)的絕對(duì)值；以及在累加器acc6 156-6中累加(ilMd - iind)2。現(xiàn)在參考圖3A-3M，詳細(xì)描述在每個(gè)模式中由分析模塊120和估計(jì)模塊122執(zhí)行的功能。在模式0中，分析模塊120計(jì)算并且在累加器156中累加電源參數(shù)的平均值以允許經(jīng)由PMbus監(jiān)測(cè)電源參數(shù)。例如，在圖3A中，分析模塊120使用所示等式計(jì)算平均占空比并且在累加器accl 156-1中累加該平均占空比。分析模塊120使用所示等式計(jì)算平均輸出電壓并且在累加器acc2 156-2中累加該平均輸出電壓。分析模塊120使用所示等式計(jì)算平均電感器電流并在累加器acc3 156-3中累加該平均電感器電流。分析模塊120使用所示等式計(jì)算近似的平均輸入電流并在累加器acc4 156-4中累加該近似的平均輸入電流。分析模塊120使用所示等式計(jì)算平均輸入電壓并在累加器acc5 156-5中累加該平均輸入電壓。分析模塊120使用所示等式計(jì)算平均負(fù)載電流并在累加器acc6 156-6中累加該平均負(fù)載電流。電源參數(shù)的同時(shí)讀取將由于動(dòng)態(tài)負(fù)載事件所致的誤差最小化。在圖3A-3M中，符號(hào)“[”表示復(fù)用器。相應(yīng)地，在圖3A中，例如，電感器電流(Icot)可以是所測(cè)量的電感器電流(dcradc，如由DCR感測(cè)ADC所報(bào)告的)或內(nèi)部電流模型(iind)。Lcff adc是觀(guān)測(cè)負(fù)載電流前饋電壓的ADC。Lcffadc是總電流的近似。在模式I中，分析模塊120和估計(jì)模塊122測(cè)量功率級(jí)模塊104的傳遞函數(shù)。例如，分析模塊120測(cè)量來(lái)自正弦突發(fā)激勵(lì)的復(fù)合的占空比和復(fù)合的V-。測(cè)量的準(zhǔn)確度取決于時(shí)間、振幅和噪聲。延遲(delay)用于使正弦變動(dòng)幅度(sine st印)穩(wěn)定。誤差分析用于確保測(cè)量質(zhì)量。例如，在圖3B中，在累加器156中累加由分析模塊120根據(jù)所示等式做出的測(cè)量結(jié)果。在圖3C中，在累加器156中累加的測(cè)量結(jié)果由估計(jì)模塊122使用來(lái)利用所示等式計(jì)算傳遞函數(shù)。在圖3C中，Tramp表示對(duì)延遲的校正,該延遲包括由于模數(shù)轉(zhuǎn)換、計(jì)算、PWM和切換所致的延遲。W1和W2被選擇以?xún)?yōu)化準(zhǔn)確度?？梢允褂脗鬟f函數(shù)來(lái)實(shí)施用于功率級(jí)模塊104的Bode圖以指示功率級(jí)模塊104的性能。在模式2中，分析模塊120和估計(jì)模塊122測(cè)量功率級(jí)模塊104的復(fù)阻抗。具體地，分析模塊120測(cè)量來(lái)自正弦突發(fā)激勵(lì)的復(fù)合的電感器電壓、復(fù)合的電感器電流和復(fù)合的輸出電壓。在圖3D中，由分析模塊120做出的測(cè)量結(jié)果在如所示的累加器156中累加，并且由估計(jì)模塊122使用來(lái)利用圖3E所示的等式計(jì)算復(fù)阻抗。此外，可以由估計(jì)模塊122根據(jù)復(fù)阻抗使用圖3E所示的等式來(lái)確定L、C、Rdamp和Rmp的值。未執(zhí)行誤差分析。在模式3中，分析模塊120和估計(jì)模塊122測(cè)量功率級(jí)模塊104的電感L和Rdamp。具體地，分析模塊120測(cè)量來(lái)自正弦突發(fā)激勵(lì)的復(fù)合的電感器電壓和復(fù)合的電感器電流。在圖3F中，由分析模塊120做出的測(cè)量結(jié)果在如所示的累加器156中累加，并且由估計(jì)模塊122使用來(lái)利用圖3G所示的等式計(jì)算電感L和Rdamp。使用誤差分析以確保測(cè)量質(zhì)量。Rdafflp可以被用于計(jì)算功率級(jí)模塊104中的損耗。這是測(cè)量電感L和Rdamp的優(yōu)選方法。在模式4中，分析模塊120和估計(jì)模塊122測(cè)量功率級(jí)模塊104的電容C和Reap。具體地，分析模塊120測(cè)量來(lái)自正弦突發(fā)激勵(lì)的復(fù)合的電感器電壓和復(fù)合的輸出電壓。在圖3H中，由分析模塊120做出的測(cè)量結(jié)果在如所示的累加器156中累加，并由估計(jì)模塊122使用來(lái)利用圖31所示的等式計(jì)算電容C和Rmp。使用誤差分析來(lái)確保測(cè)量質(zhì)量。這是測(cè)量電容C和Rmp的優(yōu)選方法?！?br> 在模式5中，分析模塊120和估計(jì)模塊122測(cè)量功率級(jí)模塊104的輸出阻抗。具體地，估計(jì)模塊122測(cè)量來(lái)自AC負(fù)載的輸出阻抗Zout。估計(jì)模塊122還測(cè)量來(lái)自正弦突發(fā)激勵(lì)的負(fù)載阻抗Zload。在圖3J中，由分析模塊120做出的測(cè)量結(jié)果在如所示的累加器156中累加，并由估計(jì)模塊122使用來(lái)利用圖3K所示的等式計(jì)算Zwt和ZlMd。圖3K所示的絕對(duì)值是紋波測(cè)量結(jié)果。在模式6中，分析模塊120和估計(jì)模塊122分析和測(cè)量功率級(jí)模塊104中的紋波。具體地，分析模塊120分析在不使用注入的情況下的電壓和電流紋波。分析模塊120使用圖3L所示的等式來(lái)分析紋波。估計(jì)模塊122估計(jì)紋波的量。在模式7中，分析模塊120和估計(jì)模塊122分析瞬時(shí)誤差性能。具體地，分析模塊120和/或估計(jì)模塊122注入方波命令或干擾，并測(cè)量輸出電壓誤差和補(bǔ)償該干擾所需的控制的量。這允許反復(fù)的補(bǔ)償器優(yōu)化。分析模塊120使用圖3M所示的等式來(lái)分析瞬時(shí)誤差性能。估計(jì)模塊122估計(jì)瞬時(shí)誤差。例如，對(duì)于AC和DC優(yōu)化，在累加器acc2 156-2中累加的值被加到預(yù)定的權(quán)重與在累加器acc3 156_3、acc4 156-4和acc6 156-6之一中累加的值的乘積上。在累加器acc3156-3中累加的值度量當(dāng)激勵(lì)信號(hào)在占空比模塊112之后的求和模塊114處被注入時(shí)所需的控制的量。在累加器acc4 156-4中累加的值度量當(dāng)激勵(lì)信號(hào)在占空比模塊112之前的求和模塊110處被注入時(shí)的電壓轉(zhuǎn)變誤差。在累加器acc6 156-6中累加的值用于負(fù)載變動(dòng)幅度優(yōu)化(load step optimization)?；谟煞治瞿K120和估計(jì)模塊122進(jìn)行的分析和估計(jì)，補(bǔ)償模塊124補(bǔ)償部件的值以及電源的其它參數(shù)(例如，占空比、增益等)的值。分析、估計(jì)和補(bǔ)償被適應(yīng)性地執(zhí)行。此外，分析和估計(jì)可以被同時(shí)監(jiān)測(cè)。在圖4中，示出了注入的激勵(lì)信號(hào)、占空比和輸出電壓的曲線(xiàn)。注入的激勵(lì)信號(hào)可以是如在本示例或方波中所示的正弦/余弦信號(hào)。根據(jù)噪聲，激勵(lì)信號(hào)可以在占空比模塊112之前的求和模塊110處或在占空比模塊112之后的求和模塊114被注入?？梢砸愿鞣N形式實(shí)施本公開(kāi)的廣泛教導(dǎo)。因此，雖然本公開(kāi)包括特定的示例，本公開(kāi)的真實(shí)范圍不應(yīng)被如此限制，因?yàn)閷?duì)有技術(shù)的從業(yè)者來(lái)說(shuō)在研究附圖、說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求之后其它變型將變得明顯。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括 輸入選擇模塊，其基于第一組控制信號(hào)來(lái)選擇來(lái)自電源的多個(gè)輸入信號(hào)，其中所述多個(gè)輸入信號(hào)包括占空比信號(hào)和所述電源的多個(gè)電流信號(hào)和電壓信號(hào)； 乘法器選擇模塊，其基于第二組控制信號(hào)來(lái)選擇來(lái)自正弦發(fā)生器和余弦發(fā)生器的輸A ； 乘法器模塊，其選擇性地將選擇的輸入信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)乘以來(lái)自所述正弦發(fā)生器和所述余弦發(fā)生器的所述輸入之一以產(chǎn)生乘積； 加法模塊，其選擇性地將所述乘積相加以產(chǎn)生和； 多個(gè)累加器，其基于所述第二組控制信號(hào)來(lái)累加所述和；以及估計(jì)模塊，其產(chǎn)生所述第一組控制信號(hào)和所述第二組控制信號(hào)，并且所述估計(jì)模塊基于在所述多個(gè)累加器中累加的所述和來(lái)估計(jì)多個(gè)部件的值，所述多個(gè)部件包括在所述電源的輸出級(jí)中的電感、電容和電阻。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述估計(jì)模塊基于在所述多個(gè)累加器中累加的所述和來(lái)估計(jì)在所述電源的所述多個(gè)電流信號(hào)和電壓信號(hào)中的紋波的量。
3.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述估計(jì)模塊基于在所述多個(gè)累加器中累加的所述和來(lái)估計(jì)在所述電源的所述部件的所估計(jì)的值中的誤差。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括補(bǔ)償模塊，所述補(bǔ)償模塊基于所估計(jì)的誤差來(lái)調(diào)節(jié)所述電源的多個(gè)參數(shù)的值，所述電源的所述多個(gè)參數(shù)包括所述電源的占空比和增益。
5.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，還包括接口模塊，所述接口模塊允許遠(yuǎn)程主機(jī)讀取所述電源的所述部件的所估計(jì)的值。
6.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，還包括 功率級(jí)模塊，其包括多個(gè)開(kāi)關(guān)和所述電源的所述部件，其中所述開(kāi)關(guān)以一占空比驅(qū)動(dòng)所述部件；以及 占空比模塊，其產(chǎn)生具有所述占空比的PWM脈沖， 其中，所述估計(jì)模塊基于所述電源的所述部件的所估計(jì)的值來(lái)估計(jì)并且設(shè)定所述占空比。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述估計(jì)模塊根據(jù)噪聲將激勵(lì)信號(hào)注入到位于所述估計(jì)模塊與所述占空比模塊之間或所述占空比模塊與所述功率級(jí)模塊之間的信號(hào)路徑中，并且所述估計(jì)模塊基于所述電源響應(yīng)于所述激勵(lì)信號(hào)而生成的所述電流信號(hào)和電壓信號(hào)來(lái)估計(jì)所述部件的所述值。
8.一種方法，包括 基于第一組控制信號(hào)來(lái)選擇來(lái)自電源的多個(gè)輸入信號(hào)，其中所述多個(gè)輸入信號(hào)包括占空比信號(hào)和所述電源的多個(gè)電流信號(hào)和電壓信號(hào)； 基于第二組控制信號(hào)來(lái)選擇來(lái)自正弦發(fā)生器和余弦發(fā)生器的輸入； 選擇性地將選擇的輸入信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)乘以來(lái)自所述正弦發(fā)生器和所述余弦發(fā)生器的所述輸入之一以產(chǎn)生乘積； 選擇性地將所述乘積相加以產(chǎn)生和； 基于所述第二組控制信號(hào)在選擇的多個(gè)累加器中累加所述和；以及 基于在所述多個(gè)累加器中累加的所述和來(lái)估計(jì)多個(gè)部件的值，所述多個(gè)部件包括在所述電源的輸出級(jí)中的電感、電容和電阻。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括基于在所述多個(gè)累加器中累加的所述和來(lái)估計(jì)在所述電源的所述多個(gè)電流信號(hào)和電壓信號(hào)中的紋波的量。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括基于在所述多個(gè)累加器中累加的所述和來(lái)估計(jì)在所述電源的所述部件的所估計(jì)的所述值中的誤差。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括基于所估計(jì)的誤差來(lái)調(diào)節(jié)所述電源的多個(gè)參數(shù)的值，所述電源的所述多個(gè)參數(shù)包括所述電源的占空比和增益。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括允許遠(yuǎn)程主機(jī)經(jīng)由所述遠(yuǎn)程主機(jī)與所述電源之間的接口來(lái)讀取所述電源的所述部件的所估計(jì)的值。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括 產(chǎn)生具有一占空比的PWM脈沖； 使用所述PWM脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)在所述電源的功率級(jí)中的多個(gè)開(kāi)關(guān)；以及 基于所述電源的所述部件的所估計(jì)的值來(lái)估計(jì)并且設(shè)定所述占空比。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括 根據(jù)噪聲將激勵(lì)信號(hào)注入到位于估計(jì)所述電源的所述部件的所述值的估計(jì)模塊與產(chǎn)生所述占空比的占空比模塊之間或所述占空比模塊與所述功率級(jí)之間的信號(hào)路徑中；以及 基于所述電源響應(yīng)于所述激勵(lì)信號(hào)而生成的所述電流信號(hào)和電壓信號(hào)來(lái)估計(jì)所述部件的所述值。
全文摘要
一種系統(tǒng)包括輸入選擇模塊、乘法器選擇模塊、乘法器模塊、加法模塊、多個(gè)累加器、以及估計(jì)模塊。輸入選擇模塊選擇輸入信號(hào)，該輸入信號(hào)包括占空比信號(hào)和電源的多個(gè)電流信號(hào)和電壓信號(hào)。乘法器選擇模塊選擇來(lái)自正弦發(fā)生器和余弦發(fā)生器的輸入。乘法器模塊將選擇的輸入信號(hào)乘以來(lái)自正弦發(fā)生器和余弦發(fā)生器的輸入以產(chǎn)生乘積。加法模塊將乘積相加以產(chǎn)生和。多個(gè)累加器累加所述和。估計(jì)模塊基于在多個(gè)累加器中累加的和來(lái)估計(jì)多個(gè)部件的值，所述多個(gè)部件包括電源的電感、電容和電阻。
文檔編號(hào)G01R27/02GK102955072SQ201210305800
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者P·W·萊瑟姆二世, M·基埃德, S·昌德拉斯, S·G·金立, A·費(fèi)克特 申請(qǐng)人:馬克西姆綜合產(chǎn)品公司