專利名稱：用于開關(guān)式電源裝置的數(shù)字ic控制器的制作方法
用于開關(guān)式電源裝置的數(shù)字IC控制器

本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求I的前序的數(shù)字IC控制器。在此討論的IC控制器類型一般是已知的。也稱為開關(guān)式電源的開關(guān)式電源裝置(例如回掃變換器、正向變換 器或升壓控制器和降壓控制器)需要這樣一種IC控制器以便驅(qū)動(dòng)功率半導(dǎo)體例如FET或IGBT。由于IC控制器通?？刂乒β拾雽?dǎo)體的柵電壓，因此它也稱為“柵驅(qū)動(dòng)器”。功率因數(shù)校正器(PFC)也通常需要IC控制器。此外，電源裝置的電流和電壓分布旨在受在此所討論的一種控制器類型的控制。上面描述的IC控制器類型從模擬技術(shù)是充分已知的。然而，該模擬控制器類型具有一些缺點(diǎn)。特別地，由部件公差導(dǎo)致的變化在其中發(fā)生。結(jié)果，具有由模擬部件配置的控制器變得不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。此外，該模擬控制器類型在電路方面特別復(fù)雜。特別地，取決于應(yīng)用，必須提供10到30個(gè)額外的部件，當(dāng)然也必須確定這些額外的部件的尺寸。此外，僅可用更大困難實(shí)現(xiàn)功能性，例如因?yàn)楣β驶驕囟认拗贫拗戚敵鲭妷海^的“降額”。實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正器(PFC=功率因數(shù)校正器)需要例如倍增器。此外，倍增器具有必須由外部電路互連考慮在內(nèi)的電路不適宜性。此外，在產(chǎn)品壽命期間，濾波器或控制器常量中的改變經(jīng)常意味著改變電路板的布局，這是應(yīng)避免的。因此，本發(fā)明的目標(biāo)是為開關(guān)式電源裝置提供一種IC控制器，該IC控制器以一種簡(jiǎn)單方式構(gòu)造并容許快速訪問開關(guān)式電源裝置。為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，在此提出了包括權(quán)利要求I的特征的一種數(shù)字IC控制器。根據(jù)本發(fā)明的用于開關(guān)式電源的數(shù)字IC控制器包括多個(gè)輸入端和多個(gè)輸出端并也包括一個(gè)數(shù)字接口?？梢酝ㄟ^一個(gè)配置裝置來配置IC控制器，其方式為使得通過配置裝置預(yù)配置的控制器和濾波器單元以及進(jìn)一步的功能被選擇和參數(shù)化并通過數(shù)字接口傳送到IC控制器，該配置優(yōu)選被永久存儲(chǔ)在所述IC控制器中。優(yōu)選地，數(shù)字IC控制器具有以下輸入接口-實(shí)際電壓(VACTUAL)；_ 實(shí)際電流(IACTUAL);-電源系統(tǒng)電壓(VLINE);-溫度(TEMP);-用于晶體管開關(guān)邊緣的同步接口(SYNC_IN，SYNC_0UT)；-操作使能接口(ENABLE)，以及-配置接口(CONF)。此外，數(shù)字IC控制器優(yōu)選具有至少一個(gè)以下輸出接口 -功率半導(dǎo)體的柵信號(hào)(A，\A,B, \B)；-錯(cuò)誤/狀態(tài)消息(\ERR)，以及-設(shè)定點(diǎn)電流(ISETP )。在此提出的用于開關(guān)式電源裝置的數(shù)字IC控制器與這種類型的IC控制器的模擬實(shí)施方案相反有利地使之有可能通過外部配置裝置來配置IC控制器。因此，沒有必要對(duì)其進(jìn)行編程。輸入接口和輸出接口的有限數(shù)目進(jìn)一步提供了 IC控制器的一種特別簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。優(yōu)選地，IC控制器在電流模式操作中操作。此外，優(yōu)選地假定配置裝置在PC上存儲(chǔ)為計(jì)算機(jī)程序，并且這樣容許由開發(fā)者簡(jiǎn)單訪問圖形用戶接口，通過該圖像用戶接口可以用一種簡(jiǎn)單方式來改變參數(shù)。因此優(yōu)選地不對(duì)IC控制器進(jìn)行編程，而是專門可配置的，以便開發(fā)者不需要執(zhí)行IC的編程。配置裝置的簡(jiǎn)單操作足夠?qū)C控制器做出改變，特別是選擇和參數(shù)化所預(yù)配置的控制器和濾波器單元以及進(jìn)一步的功能。優(yōu)選地，IC控制器用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)式電源裝置。由開發(fā)者通過配置裝置執(zhí)行的配置設(shè)定如上所述經(jīng)數(shù)字接口被傳送到IC控制器并優(yōu)選地永久存儲(chǔ)在那里?？梢酝ㄟ^配置裝置執(zhí)行IC控制器的多樣配置。被設(shè)定的可能參數(shù)特別地為-電路類型；_開關(guān)頻率或帶寬；-PWM調(diào)制限制；-濾波器時(shí)間常數(shù)；-控制器配置，特別是時(shí)間常數(shù)；-電流和電壓的設(shè)定點(diǎn)和最大值；-關(guān)斷值；-軟起動(dòng)配置；-功率和溫度限制(降額)；-額外輸出的配置；-電源電壓監(jiān)控的配置；-消隱模式的配置。本發(fā)明參考單一附圖
在下面更詳細(xì)解釋。附圖示出了一個(gè)純示例性電源裝置I的示意圖示。該電源裝置類型的功能是充分已知的，并將因此不在本情況下更詳細(xì)解釋。關(guān)鍵是為驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件2特別是在此被實(shí)現(xiàn)為MOSFET的功率半導(dǎo)體，必須通過一個(gè)合適IC控制器3來影響驅(qū)動(dòng)。為此目的，IC控制器3的輸出端A1、B1、A2、B2被連接到電源裝置I的功率半導(dǎo)體或(MOS) FET的柵極端子的輸入端。IC控制器3是可通過配置裝置5配置的一個(gè)數(shù)字IC控制器。因此，不同于慣例情況，IC控制器3不通過編程語言被編程，而是根據(jù)應(yīng)用所期望的改變可通過配置裝置5來簡(jiǎn)單執(zhí)行。這可由用戶例如通過圖形用戶接口(GUI)實(shí)現(xiàn)。在此情況下，配置裝置5被優(yōu)選實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)媒體上。通過配置裝置5，所預(yù)配置的控制器和濾波器單元以及進(jìn)一步的功能可被選擇和參數(shù)化。IC控制器3優(yōu)選以電流模式操作。通過在此實(shí)現(xiàn)為例如FET的四個(gè)開關(guān)元件2或Al、BI、A2、B2，提供了一種開關(guān)式電源裝置。當(dāng)然還可為電源裝置I提供僅一個(gè)或兩個(gè)或多于四個(gè)功率半導(dǎo)體2。原則上，根據(jù)本發(fā)明的IC控制器3實(shí)際上可以隨意與許多開關(guān)元 件相互作用。開關(guān)元件2的計(jì)時(shí)通過IC控制器3來控制。這樣，有可能的是在電源裝置中調(diào)節(jié)電流和電壓分布。通過配置裝置5執(zhí)行的配置設(shè)定經(jīng)數(shù)字接口(例如SDI (串行外圍接口)或JTAG (聯(lián)合測(cè)試行為組聯(lián)合測(cè)試行為組)等等)被優(yōu)選傳送到IC控制器。配置設(shè)定然后被優(yōu)選永久存儲(chǔ)在IC控制器3中。與微控制器相反，根據(jù)本發(fā)明的IC控制器因此不被編程，而僅是所預(yù)配置的控制器和濾波器單元以及進(jìn)一步的功能性被選擇和參數(shù)化并隨后傳送到IC控制器。配置可含有例如電路類型的選擇。后者可以是例如升壓控制器、降壓控制器、回掃變換器、PFC、SEPIC或正向變換器。取決于選擇什么類型的變換器，IC控制器3的輸入端和輸出端的合適配置可然后通過配置裝置5被自動(dòng)執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明的IC控制器3可因此與任何所期望的電源相互作用。此外，可提供一種相移驅(qū)動(dòng)，即并聯(lián)電感支路的相位偏移驅(qū)動(dòng)，特別是在驅(qū)動(dòng)升壓控制器、降壓控制器和PFC時(shí)?？赡芷谕拈_關(guān)頻率或帶寬或擴(kuò)展頻譜的配置也是可設(shè)想的。此外，可以選擇PWM調(diào)制限制DMIN、DMAX，并且可以在上下開關(guān)元件2之間提供空載時(shí) 間。濾波器時(shí)間常數(shù)的選擇和設(shè)定或在中值濾波器中為模擬信號(hào)連接的可能性是此外可設(shè)想的。此外，可執(zhí)行控制器7的配置，該控制器可以是例如P、PI或PID控制器?？刂破饔锌赡芫哂械屯V波器行為。如果提供了一個(gè)電位絕緣9，如在圖中所展示，那么可以為起動(dòng)或外部控制額外地提供電壓控制器7的時(shí)間常數(shù)橋接。此外，可執(zhí)行電流和電壓的設(shè)定點(diǎn)和最大值與關(guān)斷值的配置，特別在過壓和過流的情況下。此外，可實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)配置或可提供線路和溫度限制。此外，例如用于狀態(tài)消息的額外輸出或用于將涌流限制器橋接的繼電器輸出的安裝是可設(shè)想的。此外，電源電壓監(jiān)控(特別地還是接通和斷開滯后的監(jiān)控的配置)是可設(shè)想的。還可在IC控制器中執(zhí)行消隱模式的配置，以便抑制在晶體管開關(guān)瞬間的模擬值的采樣。附圖明確了 IC控制器3具有用于以下參數(shù)的輸入受控可變實(shí)際電壓VACTUAL ；從屬受控可變實(shí)際電流IACTUAL ;用于PFC的電源系統(tǒng)電壓；VLINE ;溫度TEMP ;晶體管開關(guān)邊緣的同步SYNC_IN和SYNC_0UT ;操作使能ENABLE，以及用于配置接口的輸入C0NF，其還可以實(shí)現(xiàn)為多線形式。此外，IC控制器具有用于以下參數(shù)的輸出針對(duì)開關(guān)元件7具有提高的驅(qū)動(dòng)功率的柵信號(hào)，其通常是大約2安培用于開關(guān)元件2-相變量的A，\A，B, \B，可提供額外的輸出C，C\ ;用于將涌流限制器橋接的繼電器輸出REL，以及錯(cuò)誤或狀態(tài)消息輸出\ERR。用于錯(cuò)誤或狀態(tài)消息的輸出可以實(shí)現(xiàn)為多線形式。將輸出實(shí)施為一條總線也是可設(shè)想的，該總線可以是以下類型中的一個(gè)I2C、CAN。最終，還為以模擬形式優(yōu)選實(shí)現(xiàn)并用于控制器發(fā)展的設(shè)定點(diǎn)電流預(yù)定ISETP提供一個(gè)輸出?？偟膩碚f，顯然本發(fā)明有利地披露了一種數(shù)字IC控制器，該IC控制器可以特別簡(jiǎn)單并成本有效地生產(chǎn)，并在開發(fā)者方面無需編程行為的情況下容許對(duì)IC控制器進(jìn)行配置。此外由有限數(shù)目的輸入和輸出確保IC控制器的簡(jiǎn)單構(gòu)造。通過上面描述的輸入和輸出，任何所期望的開關(guān)式電源裝置可通過根據(jù)本發(fā)明的IC控制器被驅(qū)動(dòng)。此外，眾多配置設(shè)定可在IC控制器上被執(zhí)行。參考號(hào)列表I電源裝置2開關(guān)元件
3 IC控制器5配置裝置7控制器9電位絕緣權(quán)利要求
1.一種用于開關(guān)式電源(I)的數(shù)字IC控制器(3)，包括多個(gè)輸入端并包括多個(gè)輸出端并也包括一個(gè)數(shù)字接口，其中可以通過一個(gè)配置裝置(5)來配置該IC控制器(3)，其方式為使得通過該配置裝置(5)預(yù)配置的控制器和濾波器單元以及進(jìn)一步功能被選擇和參數(shù)化并通過該數(shù)字接口被傳送到該IC控制器(3)。
2.如權(quán)利要求I所述的數(shù)字IC控制器，其特征在于這些配置永久存儲(chǔ)在該IC控制器⑶中。
3.如權(quán)利要求I或2所述的數(shù)字IC控制器，其特征在于它具有以下輸入接口 -實(shí)際電壓(VACTUAL)； -實(shí)際電流(IACTUAL)； -電源系統(tǒng)電壓(VLINE)； -溫度(TEMP)； -用于晶體管開關(guān)邊緣的同步接口(SYNC_IN，SYNC_OUT)； -操作使能接口(ENABLE)，以及 -配置接口(CONF)。
4.如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的數(shù)字IC控制器，其特征在于它具有以下輸出接n -功率半導(dǎo)體(A，\A, B，\B)的柵信號(hào)； -錯(cuò)誤/狀態(tài)消息(\ERR)，以及 -設(shè)定點(diǎn)電流(I SETP )。
5.如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的數(shù)字IC控制器，其特征在于它以“電流模式”操作。
6.如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的數(shù)字IC控制器，其特征在于該配置裝置(5)在PC上被存儲(chǔ)為計(jì)算機(jī)程序。
7.如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的數(shù)字IC控制器，其特征在于它專門可配置。
8.如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的數(shù)字IC控制器，其特征在于它用來驅(qū)動(dòng)一個(gè)開關(guān)式電源裝置。
9.如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的數(shù)字IC控制器，其特征在于該配置裝置(5)允許配置以下參數(shù)中的至少一個(gè) -電路類型； -開關(guān)頻率或帶寬； -PWM調(diào)制限制； -濾波器時(shí)間常數(shù)； -控制器配置，特別是時(shí)間常數(shù)； -電流和電壓的設(shè)定點(diǎn)和最大值； -關(guān)斷值； -軟起動(dòng)配置； -功率和溫度降額； _額外輸出的配置； -電源電壓監(jiān)控的配置； -消隱模式的配置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于一種開關(guān)式電源(1)的數(shù)字IC控制器，包括多個(gè)輸入端和多個(gè)輸出端以及一個(gè)數(shù)字接口?？梢允褂门渲醚b置(5)來配置IC控制器(3)，其方式為使得通過配置裝置(5)預(yù)配置的控制器單元和濾波器單元以及其它功能被選擇和參數(shù)化并使用數(shù)字接口傳送IC控制器(3)。
文檔編號(hào)H02M3/157GK102714461SQ201080060591
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者?？啤ど碃? 馬丁·弗朗茨 申請(qǐng)人:愛爾伯電子醫(yī)療設(shè)備公司