具有可配置的補(bǔ)償器的dc-dc變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及具有可配置的補(bǔ)償器的DC-DC變換器，并且涉及為了穩(wěn)定和調(diào)節(jié)的目的的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在DC-DC變換中，通常為了穩(wěn)定和調(diào)節(jié)的目的對控制器進(jìn)行補(bǔ)償。
[0003]在圖1中示出了典型的DC-DC變換器構(gòu)造。
[0004]該DC-DC變換器構(gòu)造包括可切換的功率級11，其中，根據(jù)切換信號和輸入電壓產(chǎn)生輸出電壓。該切換信號在數(shù)字控制器16中產(chǎn)生，該數(shù)字控制器16將輸出電壓調(diào)整為基準(zhǔn)電壓。驅(qū)動(dòng)器17將切換信號轉(zhuǎn)化成用于高側(cè)開關(guān)12和低側(cè)位開關(guān)13的單獨(dú)的切換信號?？汕袚Q的功率級還包括顯示為電感和等效串聯(lián)電阻的電感器14，以及顯示為其電容和等效串聯(lián)電阻(ESR)的電容器15。在充電階段期間，通過切換信號使高側(cè)開關(guān)導(dǎo)通而使低側(cè)開關(guān)關(guān)斷，以對電容器進(jìn)行充電。在放電階段期間，使高側(cè)開關(guān)關(guān)斷而使低側(cè)開關(guān)導(dǎo)通，以使平均電感電流與負(fù)載電流匹配。
[0005]可以將切換信號生成為具有由控制規(guī)則確定的占空比的數(shù)字脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號。當(dāng)以PWM操作時(shí)，控制器16可以采用模擬或數(shù)字補(bǔ)償方案。
[0006]采用模擬補(bǔ)償器的控制器通常依賴如圖2所示的使用連接至控制器1C管腳的電阻器和電容器固定的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，其中，通過比較器21將輸出電壓V.與基準(zhǔn)電壓VREFERENC^行比較以生成誤差電壓V_P。有時(shí)補(bǔ)償部件位于1C內(nèi)部。
[0007]在DC-DC P0L模塊中，如US7432692，2008中所公開的，已經(jīng)研發(fā)了可調(diào)諧環(huán)路的概念，以通過將電阻器和電容器附接至模塊的管腳以允許環(huán)路補(bǔ)償?shù)淖兓?，從而重寫模塊制造商已經(jīng)內(nèi)部地配置的補(bǔ)償。通常由模塊用戶通過表或公式來執(zhí)行為外部部件確定適當(dāng)?shù)闹怠?br>[0008]采用如圖3所示的數(shù)字補(bǔ)償器的控制器通常使用圖形用戶界面(GUI)和通信總線，以計(jì)算適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償參數(shù)并且將這些值傳遞給控制器1C，然后這些值可以被存儲到非易失性存儲器中。
[0009]然而，模塊終端用戶可能不具有受它們支配的所需的通信總線，或者可能由于這樣的任務(wù)的復(fù)雜性而不希望使用GUI。可以采用自適應(yīng)控制器來避免這種需要，但是在自適應(yīng)控制補(bǔ)償已經(jīng)收斂之后的最終系統(tǒng)的頻率和相位特性可能是不可預(yù)測的，并且因此響應(yīng)不能被預(yù)先確定到任何合適的確定程度。
[0010]此外，控制方法可以采用不同的模式，其中，所選擇的系數(shù)根據(jù)操作模式而變化。通常，自適應(yīng)控制器在這種情況下表現(xiàn)不佳，因?yàn)樽赃m應(yīng)環(huán)路的學(xué)習(xí)被模式變化破壞。
[0011]如上所述，在DC-DC變換中，通常為了穩(wěn)定和調(diào)節(jié)的目的補(bǔ)償控制器。然而，設(shè)計(jì)在所有功率級參數(shù)值和條件下都穩(wěn)定的魯棒控制器的需求與使調(diào)節(jié)性能最大化的需求矛盾。在DC-DC P0L模塊的情況下，尤其難以確定并選擇適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償器，這是因?yàn)?br>[0012]a)當(dāng)模塊制造商確定了補(bǔ)償時(shí)，終端用戶的輸出電容通常沒有被很好地限定，以及
[0013]b) 一旦很好地限定了輸出電容，終端用戶在確定和配置正確的補(bǔ)償方面具有有限的方法或技能。
[0014]因此需要一種用于電源轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器易于配置和優(yōu)化調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本公開的目的是提供一種用于電源轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器易于配置和重新配置特別針對可替代的功率級參數(shù)(具體地，體電容)。利用根據(jù)獨(dú)立的裝置權(quán)利要求的控制器和根據(jù)獨(dú)立的方法權(quán)利要求的用于控制功率級的方法來實(shí)現(xiàn)該目的。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的進(jìn)一步的方面。
[0016]本發(fā)明涉及一種用于根據(jù)控制規(guī)則控制功率變換器的功率級的控制器。該控制規(guī)則實(shí)現(xiàn)特定類型的補(bǔ)償器，并且被預(yù)先設(shè)計(jì)以針對功率級的部件的默認(rèn)參數(shù)值產(chǎn)生默認(rèn)功率變換器的最佳響應(yīng)。
[0017]然而，功率級的該部件的實(shí)際參數(shù)值可能與默認(rèn)參數(shù)值不同。因此，控制器被進(jìn)一步構(gòu)造成針對功率級的部件的實(shí)際參數(shù)值改變控制規(guī)則，使得最佳響應(yīng)被保持。功率級可以包括用于識別實(shí)際參數(shù)值的裝置。
[0018]特別地，控制規(guī)則可以由極點(diǎn)和零點(diǎn)限定。然后，控制器可以被構(gòu)造成通過移動(dòng)極點(diǎn)來改變控制規(guī)則，使得維持默認(rèn)功率變換器與功率變換器的極點(diǎn)和零點(diǎn)之間的關(guān)系。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解相同的原理可以被應(yīng)用于控制規(guī)則的零點(diǎn)。
[0019]此外，該控制器可以被構(gòu)造成通過選擇多種類型的補(bǔ)償器中的另一種類型的補(bǔ)償器來改變控制規(guī)則?？刂破骺梢葬槍?shí)際參數(shù)值改變實(shí)現(xiàn)其它類型補(bǔ)償器的控制規(guī)則，使得對應(yīng)于其它類型的補(bǔ)償器和默認(rèn)功率變換器的最佳響應(yīng)被保持。
[0020]特別地，該控制器可以通過針對實(shí)際參數(shù)值改變多種類型補(bǔ)償器中的每種的控制規(guī)則來優(yōu)化所有的多種類型補(bǔ)償器，使得多種類型補(bǔ)償器中的每種的最佳響應(yīng)被保持。然后，產(chǎn)生整體最優(yōu)響應(yīng)的具有改變的控制規(guī)則的補(bǔ)償器類型被用于操作功率變換器。
[0021 ] 此外，可以使用戶能夠人工選擇補(bǔ)償器的類型。為了這個(gè)目的，功率變換器可以包括通信總線，該通信總線用于將選擇信號提供給控制器，控制器根據(jù)該選擇信號選擇補(bǔ)償器的類型。然而，該選擇信號也可以起源于另一個(gè)頂級的控制器。
[0022]針對多種類型控制器的默認(rèn)控制規(guī)則(S卩，控制規(guī)則系數(shù))可以被存儲在非易失性存儲器中，控制器從該非易失性存儲器恢復(fù)考慮中的控制規(guī)則。
[0023]此外，針對各種功率級類型可以優(yōu)化設(shè)計(jì)幾種默認(rèn)補(bǔ)償器(例如，高esr體電容器、各種電感器值)?？梢赃m當(dāng)?shù)剡x擇最合適的默認(rèn)補(bǔ)償器?？梢愿鶕?jù)功能調(diào)整所選擇的默認(rèn)補(bǔ)償器，使得與調(diào)整后的補(bǔ)償器和默認(rèn)功率變換器對應(yīng)的最佳響應(yīng)被保持。
[0024]本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于根據(jù)控制規(guī)則控制功率變換器的功率級的方法，該控制規(guī)則實(shí)現(xiàn)特定類型的補(bǔ)償器。該方法包括提供被預(yù)先設(shè)計(jì)以針對功率級的部件的默認(rèn)參數(shù)值產(chǎn)生默認(rèn)功率變換器的最佳響應(yīng)的控制規(guī)則；確定該級的部件的實(shí)際參數(shù)值；以及針對功率級的部件的實(shí)際參數(shù)值改變控制規(guī)則，使得最佳響應(yīng)被保持。
[0025]該方法的一個(gè)方面涉及改變控制規(guī)則。這可以通過選擇多種類型的補(bǔ)償器中的另一種類型的補(bǔ)償器并且針對功率級的部件的實(shí)際參數(shù)值改變實(shí)現(xiàn)其它類型的補(bǔ)償器的控制規(guī)則，使得其它類型補(bǔ)償器的最佳響應(yīng)被保持來實(shí)現(xiàn)。
[0026]該方法還可以包括使多種類型的補(bǔ)償器中的一種類型的補(bǔ)償器和相應(yīng)的控制規(guī)則優(yōu)化。
[0027]因此，本發(fā)明提供:一種用于控制功率變換器的功率級的控制器，該控制器能夠通過使用數(shù)字通信總線或者如果需要的話不使用數(shù)字通信總線而簡單地從多種預(yù)先設(shè)計(jì)的補(bǔ)償器中選擇和/或根據(jù)功能調(diào)整所述補(bǔ)償器來配置；以及一種用于確定、配置和存儲預(yù)先設(shè)計(jì)的補(bǔ)償器使得在功率變換器的很寬的范圍內(nèi)采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償器的方法。
【附圖說明】
[0028]將參照附圖，其中
[0029]圖1示出了處于降壓(buck)拓?fù)涞牡湫虳C-DC變換器；
[0030]圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；
[0031]圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)的典型數(shù)字補(bǔ)償器；
[0032]圖4示出了具有變化的電容C的示例性系統(tǒng)的波特圖；
[0033]圖5示出了針對默認(rèn)功率變換器(實(shí)線)和具有增加的電容的實(shí)際功率變換器(虛線)的開環(huán)增益和功率級增益；
[0034]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的默認(rèn)補(bǔ)償器(實(shí)線)和實(shí)際補(bǔ)償器(虛線)的波特圖；以及
[0035]圖7示出了默認(rèn)功率變換器環(huán)路增益/相位(實(shí)線)和實(shí)際功率變換器(虛線)的波特圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]出于示例的原因，將關(guān)于PID實(shí)施方式來描述本發(fā)明，雖然應(yīng)該明白相同的原理也能夠在任何其它實(shí)施方式中被等效地實(shí)現(xiàn)。將比例、積分和微分增益分別標(biāo)識為Kp、KjP
Kdo
[0037]重新參照如圖1所示的降壓(buck)變換器，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的是，應(yīng)該針對最關(guān)鍵的部件和參數(shù)值執(zhí)行控制器的補(bǔ)償，以便保證變換器在所有條件下的穩(wěn)定性。輸出體電容C通常是已知的具有最小確定性的部件值或參數(shù)，并且因此使用其作為示例，將針對變換器中期望電容的最小值來設(shè)計(jì)補(bǔ)償。
[0038]在圖4中示出這樣的系統(tǒng)的開環(huán)增益的波特圖(實(shí)線)。圖4的虛線示出了在該示例中當(dāng)電容C以6倍的系數(shù)變化時(shí)，環(huán)路響應(yīng)顯著地變化。
[0039]鑒于補(bǔ)償器被設(shè)計(jì)為使原始系統(tǒng)的響應(yīng)