[发明专利]具有串行通信接口的用户可配置、效率最优化，经校准的无传感器电力/能量转换开关模式电源

说明书

相关专利申请案

本申请案主张2010年12月3日申请的特里克利夫兰(Terry Cleveland)、克利福德埃利森III(Clifford Ellison III)、斯科特迪尔伯恩(Scott Dearborn)和基斯帕祖尔(Keith Pazul)的标题为“具有串行通信接口的用户可配置、经校准的无传感器效率最优化的电力/能量转换开关模式电源(User-Configurable，Calibrated Sensorless Efficiency-Optimizing，Power/Energy Conversion Switch-Mode Power Supply with a Serial Communications Interface)”的第61/419,593号共同拥有的美国临时专利申请案的权利，且与2011年__申请的斯科特迪尔伯恩的标题为“开关模式电源中的无损电感器电流感测(Lossless Inductor Current Sensing in a Switch-Mode Power Supply)”的第__号共同拥有的美国专利申请案；2011年__申请的特里克利夫兰、克利福德埃利森III、斯科特迪尔伯恩和基斯帕祖尔的标题为“开关模式电源中的用户可配置、效率最优化经校准的无传感器电力/能量转换(User-Configurable，Efficiency-Optimizing，Calibrated Sensorless Power/Energy Conversion in a Switch-Mode Power Supply)”的第__号美国专利申请案，及2011年__申请的特里克利夫兰、克利福德埃利森III、斯科特迪尔伯恩和基斯帕祖尔的标题为“具有串行通信接口的开关模式电源中的用户可配置、效率最优化电力/能量转换(User-Configurable，Efficiency-Optimizing，Power/Energy Conversion in a Switch-Mode Power Supply With Serial Communications Interface)”的第__号美国专利申请案有关，所有申请案出于所有目的在此以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及开关模式电源，且更特定来说涉及开关模式电源(SMPS)中的效率最优化、经校准无传感器电力/能量转换。

背景技术

同步降压开关模式电力转换器是一种用于开关模式电源(SMPS)应用的常用拓扑。所述SMPS拓扑由于其高效率、小尺寸及轻重量获得更广泛的接受度。然而，随着SMPS尺寸的减小，从其散热/排热变得更有问题。即使SMPS的典型效率可为90％，但仍有由SMPS使用的能量的剩余10％变为废热。此外，仅对于单一负载条件最优化所述SMPS的高效率。然而，在现实世界的应用中，电力利用负载在宽范围中变化，且所述负载上的相关SMPS效率也在宽范围中变化。所述SMPS拓扑中的电流感测会具有挑战性且必须在设计中克服。了解或监测注入到负载中的电流可对电力转换器提供保护且可在其闭合环路控制期间改进动态效能。

SMPS中的电感器用于在切换循环的一部分期间存储能量。所述SMPS电感器的电特性(例如，电感系数及磁饱和值)可广泛变化。所述电感器特性的容许值因温度及/或电压而异，因此SMPS系统必须“超规格设计”以能对最坏情况条件最优化SMPS系统效率。此外，从一个SMPS到另一SMPS的电感器电流及不同负载电流的精确测量变得有问题。具有精确校准与多相SMPS系统的电感器相关联的电感器电流感测电路的能力将改进动态效能且对所述多相SMPS系统的多个相位转换器消除热点。此外，具有与所述SMPS系统通信的能力允许监测操作参数、执行诊断及改变操作目标。

发明内容

因此，需要更高性能电力/能量转换开关模式电源(SMPS)，其维持用于大体上所有负载条件的改进效率且能与主机系统通信使得在所述SMPS中可监测操作参数、可执行诊断且可改变操作目标。此可通过智能型脉冲宽度调制(PWM)控制器而完成，其调适SMPS系统操作参数以通过将微控制器、串行通信接口、PWM数字电路及模拟电路集成到单一集成电路中由此减少现有技术SMPS系统所需的外部连接、硅裸片面积及集成电路封装的数量而最优化效率、移除热点及隔离故障。由此容许较小的印刷电路板空间及较少的外部组件以较低成本制造且具有所述SMPS系统的改进可靠性及灵活性。