[发明专利]用于电流模式控制的自适应斜率补偿

说明书

基于输入电压和占空比，针对每个开关循环来计算用于开关模式功率源转换器中的电流模式控制的自适应斜率补偿，由此将质量因子保持在恒定值。具有数字信号处理(DSP)能力的微控制器包括电压回路补偿器，并且针对每个开关循环生成所期望的电流参考。斜率计算适于开关频率、电感值、电流电路增益等。将斜率计算结果施加到脉冲数字调制(PDM)数模转换器(DAC)，与功率源开关频率相比，该PDM DAC能够以非常快的速率来改变该PDM DAC的输出电平，从而在开关时段内提供所需的电流斜率。实际电感器电流可用于与斜率参考进行比较，从而考虑负载下电感值的变化。当开关频率改变时，斜率水平自动改变。

相关专利申请

本申请要求于2018年9月7日提交的、名称为“用于电流模式控制的自适应斜率补偿(Adaptive Slope Compensation for Current Mode Control)”的由SantoshManjunath Bhandarkar和Alex Dumais共同拥有的美国临时专利申请号62/728307的优先权，并且据此以引用方式并入本文以用于所有目的。

技术领域

本公开涉及开关模式功率源，并且更具体地，涉及用于开关模式功率源中的电流模式控制的自适应斜率补偿。

背景技术

诸如降压(Buck)、升压(Boost)以及降压-升压的开关模式功率源(SMPS)拓扑结构广泛用于将电压从一个电平转换到另一电平。最为普及的控制策略中的两种策略是电流模式控制(CMC)和电压模式控制(VMC)。功率源设计者使用CMC来实现快速响应、逐个循环的电流限制(用于峰值电流模式控制)、并联的便利性以及补偿器设计的简化。存在不同形式的CMC，其中广泛地使用峰值电流模式控制(PCMC)。在PCMC电路中，电压比较器监测被转换为电压表示的电感器电流，并且将其与所生成的参考电压进行比较。当表示电感器电流的电压超过该参考电压时，PWM控制信号的接通时间被截短。

使用PCMC的主要缺点中的一个是需要斜率补偿。这一需求起因于在诸如在连续电流模式(CCM)操作和大于约40％的占空比期间的特定条件下发生的次谐波振荡。这些振荡由位于开关频率的一半处的二阶极点引起。

可通过使用外部斜率补偿网络来抑制次谐波振荡。质量(Q)因子取决于占空比和用于补偿的外部电流斜率。一般针对通常在模拟系统中处于满负载的最坏情况设计外部电流斜率。在此类设计中，质量因子随占空比的变化而连续变化。对于各种负载和输入电压条件，质量因子的这种变化影响交叉频率下的相位裕度。在一些情况下，尤其是在低负载条件下，质量因子可导致SMPS系统变得不稳定。

发明内容

因此，需要一种保持恒定的质量因子的方法，该恒定的质量因子与对SMPS的输入电压或其负载条件的变化无关。

根据实施方案，一种用于SMPS控制器中的自适应斜率补偿的方法包括：确定供电电压值；确定SMPS的输出电压值；从参考电压值减去输出电压值以产生差电压值；基于该差电压值计算参考电流值；针对每个脉冲宽度调制(PWM)占空比，根据补偿差电压值和输入电压值来计算自适应斜率，使得SMPS控制器的质量因子(Q)为约0.5至约1；将自适应斜率和补偿差电压值耦接到脉冲密度调制(PDM)数模转换器(DAC)的输入；将在PWM时段内的斜率输出从PDM DAC耦接到电压比较器的第一输入；将表示SMPS的功率电感器中的电流的电压耦接到电压比较器的第二输入；并且将来自该电压比较器的输出耦接到PWM发生器。当斜率输出小于表示功率电感器中的电流的电压时，电压比较器的输出处于第一逻辑电平，否则处于第二逻辑电平。