[发明专利]确定SMPS中的输出电压或电流

说明书

技术领域

本发明涉及确定电源电路中的输出电压或电流，更具体来说，本发明涉及一种确定包括电压输入端和至少一个开关元件的电源电路中的所述值的设备和方法，其中所述开关元件在操作中根据接连的开关循环而被开关。

背景技术

使用根据接连的开关循环而被开关的开关元件的用于把输入电压变换成输出电压和/或电流以便驱动负载的电源电路被称作开关模式电源(SMPS)。已经知道SMPS的许多不同的拓扑，其中包括非谐振拓扑和谐振拓扑，在所述非谐振拓扑中，所述开关频率远离所述电路中的谐振元件的谐振频率，在所述谐振拓扑中，所述开关频率接近谐振元件的谐振频率。

在所述SMPS电路的操作期间，例如出于信息目的而期望能够获得关于所述输出电流和/或电压的信息，以便实现控制或者用于其他目的。例如可以通过直接感测所述电学值来直接明了地获得该信息。为了获得数字值以用于进一步的处理(例如控制应用)，需要通过A/D变换器来变换所感测到的值。在操作于高开关频率下的SMPS电路中，需要非常快速的A/D变换器来达到相应的时间分辨率。

US 2005/0265058 A1描述了一种用于调节谐振逆变器的系统和方法。高频谐振逆变器包括半桥，其把DC输入电压变换成方波AC输出以便驱动谐振回路，所述谐振回路包括一个谐振电感器和两个谐振电容器。通过调节所述半桥的中点电压与所述电感器电流或电感器电压之间的相位角来控制所述逆变器。通过传感器来感测所述电感器电压或电流，并且通过比较器将其与参考值进行比较。所述参考值可以是地电势。由数字控制器检测所述电感器电压或电流的过零，并且从所述过零计算获得所述逆变器的所期望的相位和占空比所需要的时间延迟。这一部分可以被视为关于逆变器电压与电流之间的相位角的第一控制环路。把通过公共传感器测量的输出电压和电流馈送到调节电路，该调节电路从而可以通过向所述第一控制环路施加适当的相位角来控制输出功率、输出电流或输出电压。

因此，US 2005/0265058 A1描述了直接数字相位控制，但是对于负载处的电流和电压仍然采用传统的感测和控制。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种按照适用于高带宽应用的方式确定输出电压和/或输出电流的设备和方法。

本发明的该目的是通过根据权利要求1的设备和根据权利要求12的方法实现的。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。

在根据本发明的设备和方法中，在确定输出电压和/或输出电流时不进行直接感测并且不使用ADC。相反，通过把所述电源电路内的不同于将要确定的该值的一个或多个电学值与参考值进行比较而生成二进制比较器信号。如此监控的电学值包括所述电路内的电压和/或电流信号或者是从这样的值导出的，其被选择成在每一个所述接连的开关循环内都有改变，并且所述参考值被选择成使得所述电学值在每一个循环期间至少有一次等于该参考值。所述二进制比较器信号通过其二进制值表明所述不断改变的电学值是高于还是低于所述参考值及其时间。

根据本发明的设备和方法，通过考虑所述二进制比较器信号中的至少一个改变时刻以及确定与该改变相关的定时信息来评估该比较器信号。正如下面将进一步解释的那样，所述定时信息可以是关于至少一个改变时刻在固定的开关区间(interval)内的出现，即在所述开关元件的开关时刻与所述改变时刻之间的定时区间的持续时间。或者也可以获得其他定时信息，比如所述比较器信号中的几个改变时刻的相对定时或者已定义时刻之间的更为复杂的时间区间。

根据本发明，从所述定时信息确定所述输出电压或输出电流。这优选地可以在数字计算单元中实施。正如下面将示出的那样，获得所期望的值所必需的计算可以从关于所述电源电路的拓扑、组件和操作的知识当中得到，并且可以按照简单且直接明了的方式产生所述电学输出值。

因此，本发明不再需要单独感测所述输出值。本发明特别不再需要A/D变换器，而是使用一个或多个比较器以作为更加便宜且快得多的组件。从而有可能在输出端处得到高带宽电流和/或电压测量，并且可以直接作为数字值得到其结果。

所述电学输出(电压和/或电流)可以是DC或AC。对于所述输出值所确定的数量优选地是时间平均值，至少是一个开关循环的持续时间内的时间平均值。