[发明专利]应用于电源的数字补偿器

说明书

本申请为分案申请，其原申请是2011年5月23日进入中国国家阶段、国际申请日为2009年11月20日的国际专利申请PCT/US2009/065260，该原申请的中国国家申请号是200980146646.8，发明名称为“应用于电源的数字补偿器”。

技术领域

本发明主要涉及电源控制和一些类似装置。

背景技术

电源，特别是降压调节器，是现有技术当中很重要的组成部分。这些装置主要由两部分构成，电力电子设备和控制器。控制器的作用在于使得电力电子设备的运行满足负载的系统要求。不论是电力电子设备部分还是控制器都需要被设计成满足电气规范和成本方面的要求目标。基于摩尔定律关于数码电子产品成本减少的理论，目前的趋势是将数码电子产品应用于控制器当中。

一个有效控制器的关键需求特性是：快速设定时间、低直流误差、可调输出阻抗、电流限制，以及稳定性。

具备上述所列特性的高性能数字补偿控制器是很有必要的。

数字补偿器通常作为PID或带有额外滤波的PID来实现，这些是一般的旧有模拟设计的数字实现方法。

目前有三种普遍方法用于电流感应。第一种方法是测量一个或多个功率场效应晶体管的压降以及利用功率场效应晶体管（FET）的导通电阻来计算感应电流。这种方法有很大限制。首先，功率FET的导通电阻公差大并具有温度依赖性。第二，FET上的电压非常小，难以精确测量。

图2显示了与电感串联的感应电阻的第二种方法。测量感应电阻两端的电压，然后确定电流。这种方法的限制在于需要一电感串联的外部功率电阻。这种电阻降低了供电效率并且增加了成本。为了提高效率，电阻的阻值可以降低，但是这样会导致由于噪声而引起的测量的复杂化。

如图3所示，第三种方法是利用一外部RC网络来模拟电感及其串联等效电阻，Rdc。这种方法的一个困难之处在于电感的串联电阻与温度相关，并且可能不清楚。此外，由于FET的快速开关及其噪声，其他的一些实际限制也会产生。

所有上述方法都会有噪声灵敏度的问题，并且，在上述两个例子中，还会有参数不确定性问题。同时，对于补偿而言，所需要的并不是实际电感电流，而是在一个PWM周期内的电感电流的平均值。在连续传导的过程中，由于功率FET产生的脉宽调制驱动信号，电感电流具有类三角形波形。所有这些方法都不能提供实际的平均电感电流。

因此需要一种能够减少组件成本、降低噪声灵敏度、参数稳定并能提供一个PWM周期的平均电感电流的方法。

发明内容

在一个实施例中，本发明的系统包括一混合信号状态估计器，和平均电感电流估计器，以及占空比计算器。在一个实例中，平均电感估计器包括利用平均开关电压和平均输出电压来获得平均电感电流的估计值。在另一个实例中，测量值被用于调整估计值。在一测量值被用于调整估计值的实施例中，带有预设极点分布的低通滤波器被用来校正混杂问题。

在一个实施例中，混合信号状态估计器同时包括一高动态范围DAC和一低动态范围ADC。所述混合信号状态估计器的其他实施例也公开了。

占空比计算的实施例也公开了。

附图说明

为了更好地理解本发明，以及其他和更进一步的需求，附图和详细说明将作为参考，所附权利要求将指出其保护范围。

图1显示了本发明一实施例的方框图；

图2阐明了一用于电流感应的常规方法；

图3阐明了另一用于电流感应的常规方法；

图4a、4b是本发明的一个系统的原理图，该系统包括一电流估计器的实施例；

图5显示了本发明电流估计器的一实施例的方框图；

图6a、6b显示了本发明电流估计器的另一实施例的方框图；

图7显示了本发明电流估计器的又一实施例的方框图；

图8是一多分辨率ADC的原理图解表示；

图9是一多分辨率ADC的一个实施例的原理方框图表示；

图10是本发明系统组件的一个实施例的原理方框图表示；

图11是本发明数字补偿器的实施例的原理方框图表示；以及

图12-18是本发明系统的一个实施例的示范性结果的原理图解表示。

具体实施方式