[发明专利]开关式电源补偿回路

说明书

提供了布置成生成用于控制开关式电源SMPS的输出电压的控制信号S_D的控制器，SMPS基于S_D和振荡参考信号S_Ref来控制它的切换。控制器包括：采样模块（150），所述采样模块以高于S_Ref的频率的频率将指示SMPS的输出电压的信号采样；滤波器模块（160），所述滤波器模块滤出所采样的信号的纹波成分以生成过滤的信号S_F；以及布置成基于S_F生成S_D的PID控制器。PID控制器包括：第一组件，所述第一组件以因子K_p来缩放S_F的样本值以生成第一组件信号；降采样模块（170‑2），所述降采样模块通过以S_Rej的频率采样基于所采样的信号的信号来生成降采样的信号S_DC；存储模块（170‑4），所述存储模块存储S_DC的值；第二组件，所述第二组件通过演算因子K_d和差异信号的积的值来生成第二组件信号，差异信号是S_F中的每个样本值和所存储的值之间的差异。PID控制器被布置使得差异信号的每个值表示基于由采样模块（150）在参考信号的周期期间所得到的相应一个或更多样本的S_F的相应值和基于由采样模块（150）在前面的周期中所得到的样本的S_DC的值之间的差异；第三组件，所述第三组件以因子K_i来缩放S_DC，并累计所缩放的、降采样的信号的值以生成第三组件信号；以及求和模块，所述求和模块通过将第一、第二和第三组件信号求和来生成S_D。

技术领域

本发明一般涉及开关式（switched mode）电源（有时被称为开关式（switch/switching mode）电源）的领域并更具体地涉及被用于调节电源的输出电压的开关式电源的反馈控制回路。

背景技术

开关式电源（SMPS）是公知类型的功率转换器，其由于它的小尺寸和重量以及高效率而具有多样范围的应用，例如在个人计算机和诸如行动电话的便携式电子装置中。SMPS通过以下操作来实现这些优势：利用切换的占空比或频率由反馈回路（也广泛地被称为“补偿回路”或“反馈电路”）调整来以高频（通常几十或几百kHz）切换一个或更多开关元件（诸如功率MOSFET）以将输入电压转换成期望的输出电压。SMPS可采取整流器（AC/DC转换器）、DC/DC转换器、变频器（AC/AC）或逆变器（DC/AC）的形式。

反馈回路典型地包括控制器，其生成（基于SMPS的输出电压并根据通过一个或更多控制定律参数来定义的控制定律）用于调节SMPS的开关元件的切换占空比或切换频率控制信号以将SMPS的输出电压保持在预确定的值的附近。例如，SMPS可包括比例积分微分（PID）控制器，其根据通过PID控制器中的P、I和D控制参数集合的值来表征的PID控制定律来调节开关元件的占空比（或切换频率，根据具体情况而定）以保持SMPS的输出电压恒定。

常规SMPS典型地利用周期性参考信号和已由它的PID控制器所生成的占空比控制信号来生成用于开启和关闭它的驱动链中的开关元件的驱动信号。在所谓的尼奎斯特采样的（Nyquist-sampled）控制器中（其中输出电压采样率和SMPS切换频率是相同的），指示占空比值的占空比控制信号在参考信号的一个周期期间使用在这个周期所得到的输出电压的样本来生成，并然后被用于控制下个周期中的开关元件的切换。常规SMPS典型地使用脉宽调制（PWM）来为开关元件生成驱动信号，其中占空比控制信号被与参考信号相比较，并且开关元件的状态在那个比较的基础上来被控制。