數字電源轉換器用的模式跟蹤與參數估計式自適應控制器的製作方法
2023-06-17 07:16:56
專利名稱：數字電源轉換器用的模式跟蹤與參數估計式自適應控制器的製作方法
數字電源轉換器用的模式跟蹤與參數估計式自適應控制器 技術領域一般來說，本公開涉及電子系統中的供電技術，具體而言，(非排 他地)涉及電子系統中的電源轉4灸器的控制器。
背景技術：
由於計算平臺中的集成電路("IC")(例如數位訊號處理器("DSP") 電路)變得更具有功率效率，所以'無疑希望電壓調節器("VR，，)或者這類 IC的供電子系統在包括輕負載在內的所有負載電平上的功率轉換期間 變得更為有能量效率。與斷續導通才莫式(DCM)結合的可變開關頻率用 來改進輕負載時的轉換器效率。這類方案可獲得改進的輕負載效率， 而對重負載效率沒有影響，但有時以穩態電壓波動和動態方面的降級 性能為代價。還提出了其它方案、如非線性控制方案，以滿足對性能 的需求，同時改進輕負載效率，4旦需要增加對DCM才莫式中的峰值電 感電流的4企測。數字控制器通常用來控制供電子系統，並與數字系統中的IC和其 它組件接口 。數字控制器具有靈活並且一般在所有負載電平上都產生 比模擬控制器更高的功率轉換效率的優點。但是，為了使一般的數字 控制器正常執行，要求檢測DCM，它還要求感測輸出電感電流並檢測 輸出電感電流的過零點。要準確檢測輸出電感電流的過零點，輸出電 感電流需要以高取樣速率取樣、轉換為數字形式並且與零進行比較。 這意味著需要高速取樣、高解析度模數轉換("ADC")以及高速比較。 所有這些引起供電子系統和整個系統的功耗、大小及成本的增加。此 外，在接通和斷開轉換器開關(在發生電感電流的過零和峰值時)的情 況下引入的開關噪聲使得更難以檢測輸出電感電流的過零點。此外，6輸出電感電流的感測電路的添加可能影響輸出電感電流的感測和取樣 值的精度，並且可能又影響數字電源轉換器的操作精度。發明內容本發明為克服上述現有技術中存在的問題構思而成。其一個目的在於提供 一種用於自適應地控制電子系統中的功率級的方法，包括如下步驟獲得所述功率級的輸入功率；獲得所述功 率級中的同步電源開關的當前佔空比；自適應地改變所述同步電源開 關的佔空比，直至得到最小輸入功率為止；以及採用對應於所述同步 電源開關的最小輸入功率的所迷佔空比。其另一目的在於提供一種用於自適應地控制電子系統中的功率級 的裝置，包括用於獲得所述功率級的輸入功率的部件；用於自適應 地改變所述同步電源開關的佔空比、直至得到最小輸入功率為止的步 驟；以及用於採用對應於所述同步電源開關的最小輸入功率的所述佔 空比的部件。
通過以下對主題的詳細描述，所公開主題的特徵和優點將變得非 常明顯，附圖包括.圖l說明具有數字控制器的電源轉換器的簡圖；圖2說明根據本申請所公開主題的一個實施例、具有數字控制器 的電源轉換器的簡圖；圖3A和圖3B說明分別通過蜂續導通模式("CCM")和通過斷續導 通模式("DCM")工作的電源轉換器200(如圖2所示)的輸出電感電流波 形；圖4是根據本申請所公開主題的一個實施例、用於自適應地控制 電源開關而無需感測輸出電感電流的一個示範性過程的流程圖；圖5說明數字電源轉換器的下位開關的佔空比與輸出電感電流的過零之間的關係；圖6示意說明根據本申請所公開主題的一個實施例、用於確定電 源轉換器的工作^f莫式的方法；以及圖7是用於跟蹤DCM模式中的峰值輸出電感電流以及控制通過 限制DCM ;f莫式中的峰值輸出電感電流來控制輸出電壓波動的一個示 範性過程的流程圖。
具體實施方式
本申請所公開主題的實施例，電源轉換器的數字控制器可自適應 地控制電源開關，並檢測電源轉換器的連續導通^^式("CCM")和斷續 導通模式("DCM，，)操作，而無需對輸出電感電流的即時或逐個周期的 感測和取樣。這可產生節省電子系統中的電源轉換器的功耗以及大小 和成本。另外，數字控制器可有助於部分根據經由低速感測所得到的 輸入電流來估計輸出電感值、峰值電感電流值以及關於轉換器操作的 其它信息。說明中提到所公開主題的"一個實施例，，或"實施例"表示結合該實 施例所述的具體特徵、結構或特性包含在所公開主題的至少一個實施 例中。因此，詞組"在一個實施例中"在本說明的各個位置中的出現不 一定都表示同 一個實施例。圖1說明具有數字控制器140的電源轉換器100的簡圖。電源轉 換器100包括控制電源開關110、同步電源開關U5、到電源開關110 和115的門驅動器12Q.、輸出電感器130、電源轉換器100的輸出電容 器160、電源轉換器的負載165以及向電源轉換器提供輸入電壓和/或 功率的輸入電源105。當控制電源開關IIO接通時，輸入電源105迫 4吏電流進入輸出電感器130,並對輸出電容器160充電。當輸出電感器 的電流達到其高峰值時，控制電源開關110斷開，而同步電源開關115 接通，以提供使輸步電感電流流動的閉合通路。當輸出電感電流減小 到其下峰值時，同步電源開關115斷開，而控制電源開關IIO接通。在大多數應用中，輸出電感電流在滿負載操作中從不下降到零(這被定義為連續導通模式("CCM")操作)。整體性能採用CCM通常更好，並 且它允許從給定輸入電壓和開關額走電流中得到最大輸出功率。在最大負載電流相當低的應用中，輸出電感電流可能下降到零。 在這種情況發生時，使電源轉換器100工作於斷續導通才莫式("DCM") 的設計方式中可能是有利的，也就是說，當輸出電感電流下降到零時， 同步電源開關115斷開，以防止輸出電感電流在控制電源開關110再 次接通之前下降到低於零。以斷續才莫式進行糹喿作可使得整體轉換器尺 寸較小，因為可採用更小的電感器。在低負載電流值以DCM模式工 作一般是無害的，並且甚至設計用於滿負載的CCM操作的轉換器在 負載電流減小時也變得不連續。圖3A和圖3B分別表示CCM和DCM 模式中的輸出電感電流t的波形。另外，電源轉換器100包括數字控制器140、第一模數轉換器 ("ADC，，)155、 一個或多個lt速ADC125以及門驅動器120。數字控制 器140可包括高級控制方案單元145、比較器170和一些其它組件。 雖然圖中未示出，但電源轉換器IOO還包括感測輸出電感電流並將感 測電感電流饋送到快速ADC 155的感測組件、以及感測其它數據、如 輸入電流的其它感測組件。快速ADC 155將感測電感電流從才莫擬形式 轉換為數字形式。數位化電感電流可在提供給數字控制器140中的比 較器170之前首先被放大/補償。比較器170將數位化電感電流與零比 較，以檢測電感電流的過零點。為了改進過零檢測的準確度，希望ADC 155是快速的並且具有高解析度，以及比較器170也是快速的。慢速 ADC 125可將其它感測數據、如輸入電流從模擬形式轉換為數字形式， 並將數位化數據提供給數字控制器140。數字控制器140接收數位化數據、如輸入電流和輸出電感電流， 處理這種數據，並且根據處理結果、通過高級控制方案單元145來確 定它應當將哪一個控制信號發送給門驅動器120。根據從數字控制器 所接收的控制信號，門驅動器120產生控制電源開關110的控制信號175以及同步電源開關115的控制信號180。當電源轉換器以CCM模 式工作時，控制信號175和控制信號180可彼此互補，即，當控制信 號175為高電平(即控制電源開關110接通)時，控制信號180為低電平 (即開關115斷開)；而當控制信號175為低電平(開關110斷開)時，控 制信號180為高電平(開關115"l秦通)。當電源轉換器以DCM模式工作 時，控制信號175的開關頻率可保持為與在CCM模式下相同或相似； 但控制信號180的開關頻率會改變。在DCM模式下，數字控制器檢 測輸出電感電流通過零的點，並通過門驅動器120將控制信號180變 為低電平，即使控制信號175仍然保持為低電平。控制信號175和控 制信號180的示範性波形如圖6所示，其中，波形610表示在CCM和 DCM才莫式下的控制信號175;波形620表示在CCM才莫式下的控制信 號180;波形630表示在DCM才莫式下的控制信號180。為了使電源轉換器100正確地以DCM模式工作，ADC 155須為 快速的且具有高解析度，且比較器170也須為快速的。例如，對於以 500kHz工作的電源轉換器，具有^於lOMHz帶寬的、用於輸出電感 電流的感測組件是維持正常工作(感測實際而不是失真的電感電流信 號)所需的。如果逐個周期地對這個信號瞬時取樣，則必須具有5M個 取樣/秒或更高解析度的12位的ADC。這類電路以功耗、成本、大小 和設計複雜度的增加為代價，來為控制器提供諸如峰值電流和過零/模 式信息之類的信息。另外，電源轉換器中的電感值在沒有附加電路時 無法測量或計算。圖2說明根據本申請所公開主題的一個實施例、具有數字控制器 240的電源轉換器200的筒圖。電#轉換器200包括控制電源開關210、 同步電源開關215、電源開關210和215的具有DCM/CCM能力的驅 動器220、輸出電感器230、電源轉換器200的輸出電容器260、電源 轉換器的負載265以及向電源轉換器提供輸入電壓和/或功率的輸入電 源205。電源轉換器200的這些組件對應於圖1所示的電源轉換器100 中的那些組件(例如具有DCM/CCM能力的驅動器220對應於圖1中的門驅動器120)。電源轉換器200與電源轉換器100之間的差異包括但不限於1) 電源轉換器200中沒有輸出電感電流感測；2)電源轉換器200中不需 要高速/高解析度ADC; 3)電源轉換器200中不需要高速比較器；以 及4)無需檢測電源轉換器200中的輸出電感電流的峰值。除了用於調 節的輸出電壓250之外，唯一^支感測到的信息是平均輸入電流235。 輸出電壓250和平均輸入電流235都不需要高速感測或高速/高解析度 ADC。根據數位化輸出電壓和數位化平均輸入電流，電源轉換器200 的數字控制器240採用如圖4和圖5所示的高級控制方案來;^測輸出 電感電流的過零點，並相應地對具有DCM/CCM能力的驅動器220產 生控制信號。具有DCM/CCM能力的驅動器220可產生控制電源開關 210的控制信號275和控制同步電源開關215的控制信號280。當電源 轉換器200以DCM模式工作時，控制信號280在由數字控制器240 檢測到輸出電感電流的過零點時變成低電平(甚至當控制信號275仍然 保持為低電平時)。另外，數字控制器240可根據控制信號275和控制 信號280來確定電源轉換器200是在CCM還是在DCM模式下進行操 作。此外，數字控制器240能夠估計諸如DCM峰值電感電流、輸出 電感值和臨界輸入電流之類的參數。圖3A和圖3B說明分別以CCM和DCM才莫式工作的電源轉換器 200(如圖2所示)的輸出電感電流波形。由於採用數字控制器240,因 此控制電源開關210的佔空比(D)無需感測便可得到。通過利用對感測 輸入電流Iin和D的了解，可更準確地估計轉換器參數，因為這兩個參 數與轉換器的功率損耗的效果直接相關(或者受其影響)。同步電源開 關215的佔空比(DO取決於工作模式CCM或DCM。在CCM模式中， Dlccm-1 - DCCM;而在DCM模式中，Dpdcm的值取決於作為許多電 源轉換器設計參數的函數的電感電流過零點。如圖3A和圖3B所示， DCCM表示CCM模式中的同步電源開關的"接通"時間的佔空比;Dlccm 表示CCM模式中的同步電源開關的"斷開"時間的佔空比；D卜dcm表示DCM模式中的同步電源開關的"接通，，時間的佔空比；以及DDCM表 示與輸出電感電流的上升沿對應的、同步電源開關的"斷開"時間的佔 空比。這些佔空比可用下式來估計。 CCM模式formula see original document page 12(1)formula see original document page 12 (2) DCM模式formula see original document page 12 (4)上式中，Vo是電源轉換器的^r出電壓；1。是輸出負栽電流；L。是 輸出電感器的電感；fs-DCM是DCM模式中的同步電源開關的開關頻率。 實際上，為了具有D卜ccM的更準確值，可從等式(2)的D卜ccM中減去其中，tdf和t&是控制電源開關與同步電源開關之間的下 降和上升沿空載時間的最小值，以防止重疊。佔空比D由閉環反饋補償/控制器來控制。D！在DCM和CCM模 式中是變化的，因此需要求出。實際上，跟蹤Di相當於檢測輸出電感 電流的過零瞬間350(如圖3B所示)。圖4是根據本申請所公開主題的 一個實施例的一個示範性過程400的流程圖，用於通過跟蹤以DCM 模式工作的同步電源開關的佔空比、來自適應地控制電源開關，而無需 感測輸出電感電流。根據存在接近CCM模式中的1-D的值和接近 DCM模式中的電感器過零點的最佳DW直的假設，如圖5所示，D!改 變(遞增和遞減)，直到取得最小輸入電流為止。當輸入電流為最小值 時，它表示消耗最小功率。因此，對應於最小輸入電流的Di的值表示 D:的最佳值。過程400在框405開始。在框410,輸入電流的值可從電源轉換 器的感測組件中得到。在框415,輸入電流的值變化AIh可根據從前一個取樣點到當前取樣點的D！的值變化AD《增加或減少)而計算。在框 420，輸入電流的當前取樣值和D！可作為其相應的先前取樣值被保存， 因為取樣過程這時將移動到下一個取樣點(即，下一個取樣點成為當前 取樣點)。在框425，可比較AIin的符號和AD!的符號。如果它們相同， 則可在框430進一步確定。如果Alh的符號和M^的符號不同，則可在框435進一步確定。在框430, D!的當前值與1-+ + ,)的 值進行比較。如果前者不小於後者，則表明電源轉換器可用CCM模 式工作，過程400因而移動到框450，從而等待多個開關周期以再次開始該過程。如果D！的值小於i—("+"+"/7;-,)的值，則表明電源 轉換器以DCM才莫式工作，並且尚未達到Di的最佳點；在框440， D！ 的取樣點可向前移動一個步長。在框435, DJ々當前值與^'/;，的值 (這可認為是Di的最小值)進行比較。如果D!不大於V/^-cc^，則過程 移動到框450,從而等待多個開關，期以重新開始該過程。如果D1大 於V/^-c，則在框445， D!的取樣點向後移動一個步長。 一般來說， 在最佳點附近存在超過一定次數的(如兩次)連續增、減時，過程400 即可停止，於是Di可^f支設定，直到輸入電流發生變化。D!的最佳值 可跟與其關聯的Iin—起存儲，以將它用於其它參數估計和/或用作最佳 D！的下一次搜索的起始點。圖5說明數字電源轉換器的下位開關的佔空比與輸出電感電流的 過零之間的關係。如圖所示，存在對應於Iin的最小值的Di的一個點(最佳DjlO)。由於輸入電壓通常是固定的，所以最佳L對應於最高的功耗效率。利用圖中所示的D!和Ik的關係，可按照如圖4所示的過程 來找到最佳Db應當注意，如果輸入電壓不是固定的，則應當用輸入 功率而不是輸入電流來搜索最佳Dl5它應當對應於最小輸入功率。控制電源開關(例如圖2中的210)的佔空比和同步電源開關(例如 圖2中的215)的佔空比可用來確定電源轉換器的當前工作模式是CCM 還是DCM。用於進行這種確定的一種方式如下所示用於進行這種確定的另一種方式如圖6所示。當電源轉換器(例如 圖2中的200)以CCM才莫式工作時，控制電源開關的控制信號和同步 電源開關的控制信號是互補的，如圖6中的波形610和620所示(即， 當610為高電平時，620為低電平，反之也一樣)。但是，當電源轉換 器以DCM才莫式工作時，在同步電源開關斷開的瞬間與控制電源開關 接通的瞬間之間存在間隔(圖6中表示為690)(以DCM才莫式工作的同步 電源開關的控制信號在圖6中由波形630表示)。因此，如果在控制電 源開關的控制信號與同步電源開關的控制信號之間執行邏輯"或"運 算，則在理想情況下，輸出始終為高電平，如CCM模式中的波形670 所示，以及當控制電源開關和同步開關都斷開時，在間隔690中始終 為低電平，如DCM模式中的波形680所示。如果緊臨控制電源開關 被接通前的瞬間(例如640、 650和660)對"或"運算的輸出取樣，則結 果應當對於CCM為高電平而對於DCM為低電平。因此，電源轉換器 的工作才莫式可通過緊臨控制電源開關糹皮接通前的瞬間的控制電源開關 的控制信號與同步電源開關的控制信號之間的"或"運算的輸出來確 定。 '如上所述，根據本申請中論述的主題的一個實施例，電源轉換器 能夠以自適應才莫式工作，以在CCM的同步電源開關的固定開關頻率 與DCM的同步電源開關的可變開關頻率之間進行轉換，而無需感測 瞬時輸出電感電流。降了這樣一種自適應才莫式開關方案之外，還可估 計對於電源轉換器設計和改進有用的其它參數。注意，參數估計可結 合於或獨立於(只要D！的值可通過某種方式獲得)自適應模式開關方案執行。如上所示，將D和Iin(或輸入功率)用作輸入有助於將最佳Di 的確定與改進電源轉換器的功耗的效率相聯繫，因為Iin(或輸入功率)是確定功耗的一個重要因素。類似地，將D和Iin用作輸入所估計的參數，能夠取得比採用輸出電流、輸出電感電流和/或輸入電壓作為輸入所估計的參數更準確的參數估計，且所得到的那些參數可反映在高功 耗效率下那些參數的值。可估計的一個參數是DCM模式中的峰值電感電流。該參數可用 來控制輸出電壓波動，同時使效率得到改善。Ddcm(如困3B所示)與峰 值輸出電感電流(i皿.DCM)之間的關係如下所示"new或者formula see original document page 15 (6b)在式(6b)中， 是峰值輸出電感電流的極限，它可為常數或者是負載或輸入電流的函數；DDCM-max-Iimit是對應於imax-DCM-limit的 DDCM。根據Ddcm與imax-DCM之間的^:系，通過控制i^x-DCM，可控制輸 出電壓波動。例如，i腿-DCM可設置為'咖-簡^J'D織，其中(J是用以確 定允許有多大的電感電流的常數。應當注意，當採用具有峰值電感電流跟蹤的所建議數字PSL(DigiPSL)時，在DDCM彌x-Li^t與DocM之間存在差異。在Jaber Abu國Qahouq、 Lilly Huang、 Osama Abdel-Rahman和Issa Batarseh的"改 進電池供電應用的轉換器的效率和動態性能的控制方案"(發表於正EE Industry Applications Society 41st ADnual Meeting, IAS， 2006, 2006年10 月)中描述了 DigiPSL。 DDCM是與可通過控制器得到的閉環補償器誤差信號成正比的佔空比值，而DDCM-^-Li^t是應當處於數字脈寬調製("DPWM")的輸出的最終限制佔空比，並且轉到轉換器開關以將DCM峰值電感電流限制到imax-DCM-Limit。 DDCM是應當用來調製可表示為 義-"CM-義'Ax^的、同步電源開關的開關頻率的值，其中，X可僅選為 ^^/w^A/K,或選擇為另一個線性、非線性或分段線性函數。這種 方法提供自然控制器響應，它最終將開關頻率設置成產生預期輸出電 壓調節和波動控制的值。最後，DDCM和DDCM-n^L^t在穩態中相等。圖7是用於跟蹤DCM模式中的峰值輸出電感電流以及控制通過 限制DCM才莫式中的峰值輸出電感電流來控制輸出電壓波動的一個示 範性過程700的流程圖。過程700在框710開始。在框720,確定電 源轉換器的工作才莫式。應當注意，不需要採用過程400(圖4所示)來檢 測DCM工作才莫式。電源轉換器的工作才莫式仍然可通過檢測輸出電感 電流的過零瞬間來檢測。如果工作模式為DCM,則可在框730設置同步電源開關的開關頻率。在框740, DDCM和Ih的值可從數字控制器以及從輸入電流的傳感器中得到。在框750, DDcw.L滅可根據等式(6b)通過設置^"-Dcw-^"-"Ax:M來計算。在框760, DpwM(脈寬調製的佔空比)可設置為DDCM_max_Limit。在框760後，該過程可從框720再次重複 進行。如果電源轉換器的工作模式在框72(M支確定為CCM,則同步電 源開關的開關頻率(fsw)可在框770設置為等於控制電源開關的開關頻 率fs-ccM，並且無需限制輸出電感電流。過程770可在框770之後從框 720重複進行。 '可由數字控制器根據控制電源開關和輸入電流來估計的另 一個參 數是輸出電感值L。。當電源轉4奐器以DCM才莫式工作時，它可表示為
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或者
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計算L。所需的所有數據(即，Dhm、 DDCM、 V。、 Ih、 fs.DCM)可通過數字控制器或傳感器來獲得。可估計的又一個參數是臨界輸入電流I"rit，它被定義為緊臨輸出瞬時電感電流過零前的最小輸入電流，以允許DCM操作。Iin-erit可用下式獲得2.V乂—冊 (8)=《'(1 - "^ccj^) ' Z)ccw式中，"^/(n;ccJ對於給定設計在固定和可變輸入電壓上是常數，並且一經確定後就無需重新計算。一旦用式(7a)來計算出Lo，就可根據從CCM操作得到的信息用式(8)計算臨界輸入電流值Werit。
Im-crit可用作CCM和DCM工作才莫式的分界點。這提供了另 一個確定電源轉換器是以CCM還是以DCM模式 工作的方式。可任選的方式是，在轉換器加電後不久儀計算一次L。和Iin.erit來 校準控制器，從而無需繼續計算Iin-crit。如果輸入電壓是固定的，則這 是筒單的。如果輸入電壓改變，則可重新計算Iin-礎。式(8)中的且在不 同輸入電壓下通常幾乎是常數，並且不需要重新計算。 一旦Iin-erit可得 到，Dldcm就可用式(7b)來估計。應當注意，無需感測Vin的^f直，因為它們可從下式(9)和(10)算出y = K . ("cmA—dcm) f Q、 "-/xvw = v j乙-簡三T^ (10)輸入電壓的變化可根據佔空比的變化檢測到。此外，諸如DCM模式中的負載電流(Io.dcm)、 CCM模式中的負載電流(IO-ccm)、A々。-,(-^掘-CCW-4。-min-固)、CCM模式中的最大輸出電感電流(7"-)以及CCM才莫式中的最小輸出電感電流(Vi-cm)之類 的其它參數也可通過如下的等式獲得formula see original document page 18雖然參照圖1-7的框圖和流程圖描述了所公開主題的示範性實施 例，但是，本領域技術人員易於理解，也可採用許多另外的方法來實 現所公開的主題。例如，可改變流程圖中步驟框的執行順序，並且/或 者可改變、消除或組合所述框圖/流程圖中步驟框的一部分內容。在前面的說明中，描述了所公開主題的各個方面。為便於闡述， 說明了具體數量、系統和配置，以透徹地了解本主題。但是，獲益於 本公開的本領域技術人員明白，即使沒有這些具體細節也可實施本主 題。在一些其它示例中，將眾所周知的特徵、組件或衝莫塊作了省略、 筒化、組合或者分離，以凸顯所公開的主題。所公開主題的各實施例可通過硬體、固件或它們的組合來實現， 並且可參照或結合程序代碼來描述，所述程序代碼包括例如指令、函 數、過程、數據結構、邏輯、應用程式以及一項設計的才莫擬、仿真和 製作的設計呈現或格式，它們在被機器訪問時使機器執行任務、定義 抽象數據類型或低級硬體上下文或者產生結果。對於模擬，程序代碼可代表採用實質上提供預期所設計硬體執行 方式的模型的硬體描迷語言或另一種功能描述語言的硬體。程序代碼 可為彙編或機器語言或可編譯和/或解釋的數據。此外，本領域通常提到的是採取動作或產生結果的一種或另一種形式的軟體。這類表達只 是一種說明程序代碼由計算機運行而使處理器進行動作或產生結果的筒化方式。程序代碼可存儲在例如易失性和/或非易失性存儲器中，例如存儲 裝置和/或關聯機器可讀或機器可訪問々某體，其中包括固態存儲器、硬 盤驅動器、軟盤、光存儲、磁帶、閃速存儲器、存儲棒、數字視頻光碟、數字通用光碟(DVD)等，以及^者如機器可訪問的生物狀態保存存 儲器(biological state preserving storage )之類的一些更4爭異的4某體。才/L 器可讀媒體可包括用於存儲、發送或接收機器可讀形式的信息的任何 機制，々某體可包括對程序代碼進行編碼的電、光、聲或其它形式的傳 播信號或載波可通過其中的有形i某體，例如天線、光纖、通信接口等。 程序代碼可通過分組、'串行數據、並行數據、傳播信號等形式來發送， 並且可採用壓縮或加密格式。程序代碼可通過在諸如移動或固定計算機、個人數字助理、機頂 盒、蜂窩電話和尋呼機之類的可編程機器或者各包括處理器、處理器 可讀的易失性和/或非易失i存儲器、至少一個輸入裝置和/或一個或多 個輸出裝置的其它電子裝置上運行的程序來實現。程序代碼可應用於 由輸入裝置所輸入的數據，以執行所描述的實施例並產生輸出信息。 輸出信息可施加到 一個或多個輸出裝置上。本領域技術人員可以理解， 所公開主題的實施例可採用各種計算機系統配置來實施，其中包括多 處理器或多核處理器系統、微型計算機、大型計算機以及實際上可嵌 入任何裝置的遍及型(pervasive)或微型計算機或處理器。所公開主 題的實施例還可在分布式計算環境中實施，在這些環境中，任務可由 通過通信網絡連結的遠程處理裝置來執行。雖然操作可描述為順序過程,但是， 一些操作實質上可並行、同 時和/或在分布式環境中^l行，其中的程序代碼本地和/或遠程存儲可供 單或多處理器機器訪問。另外，在一些實施例中，操作的順序可重新 排列而不背離所公開主題的精神。程序代碼可由嵌入式控制器使用或 與其結合。雖然參照說明性實施例描述了所/>開主題，^f旦這種描述不應當理解為限制性的。本領域技術人員明白，所公開主題所涉及的本主題的題的範圍內。
權利要求
1.一種用於自適應地控制電子系統中的功率級的方法，包括如下步驟獲得所述功率級的輸入功率；獲得所述功率級中的同步電源開關的當前佔空比；自適應地改變所述同步電源開關的佔空比，直至得到最小輸入功率為止；以及採用對應於所述同步電源開關的最小輸入功率的所述佔空比。
2. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，獲得所述輸入功率的 步驟包括感測所述輸入電流並將所感測的輸入電流數位化。
3. 如權利要求l所迷的方法，其特徵在於，獲得所述同步電源開 關的當前佔空比的步驟包括至少部分地根據所述功率級中的控制電 源開關的開關頻率來計算所述同步電源開關的當前佔空比。
4. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，自適應地改變所述同 步電源開關的佔空比、直至得到最d、輸入功率為止的步驟包括增加或減小所述同步電源開關的佔空比；以及 檢查所述輸入功率是否因所述同步電源開關的佔空比的增加或減 小而減小。
5. 如權利要求4所述的方法，其特徵在於，自適應地改變所述同 步電源開關的佔空比、直,至得到最d、輸入功率為止的步驟還包括如果所述輸入功率沒有因所述同步電源開關的佔空比的增加或減 小而減小，則確定所述功率級是以連續導通才莫式("CCM")還是以斷續 導通模式("DCM")工作；以及如果所述功率級以CCM^t式工作，則再次自適應地改變所述同步 電源開關的佔空比，直至在等4爭預定數量的開關周期後得到所述最小 輸入功率為止。
6. 如權利要求5所述的方法，其特徵在於，自適應地改變所述同步電源開關的佔空比、直至得到最小輸入功率為止的步驟還包括如果所述功率級以DCM才莫式工作，則以相反方向改變所述同步電 源開關的佔空比，直至得到最小輸入功率為止。
7. 如權利要求5所述的方法，其特徵在於，自適應地改變所述同 步電源開關的佔空比、直至得到最小輸入功率為止的步驟還包括如果所述輸入功率因所述同步電源開關的佔空比的增加或減小而 減小，則確定所述同步電源開關的佔空比是否大於最小值；以及如果所述佔空比不大於最小值，則再次自適應地改變所述同步電 源開關的佔空比，直至在等待預定數量的開關周期後得到所述最小輸 入功率為止。 '
8. 如權利要求7所述的方法，其特徵在於，自適應地改變所述同 步電源開關的佔空比、直至得到最小輸入功率為止的步驟還包括如果所述佔空比大於最小值，則在與先前變化相同的方向上保持 改變所述同步電源開關的佔空比，直至得到所述最小輸入功率為止。
9. 如權利要求5所述的方法，其特徵在於，確定所述功率級是以 連續導通才莫式("CCM")還是以斷續導通^t式("DCM")工作的步驟包 括根據控制電源開關的佔空比的值和所述同步電源開關的佔空比的 值來確定所述功率級的工作模式。
10. 如權利要求5所述的方法，其特徵在於，確定所述功率級是 以連續導通模式("CCM")還是以斷續導通模式("DCM")工作的步驟 包括根據控制電源開關的控制信號與所述同步電源開關的控制信號 之間的"或"運算來確定所述功率級的工作才莫式。
11. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述功率級包括電 源轉換器。
12. —種用於自適應地控制電子系統中的功率級的裝置，包括 用於獲得所述功率級的輸入功率的部件；用於自適應地改變所述同步電源開關的佔空比、直至得到最小輸 入功率為止的部件；以及用於採用對應於所述同步電源開關的最小輸入功率的所述佔空比 的部件。
13. 如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，用於獲得輸入功率 的所述部件包括用於感測所述輸入電流的部件以及將所述感測輸入電 流數位化的部件。
14. 如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，用於自適應地改變 所述同步電源開關的佔空比的部件包括用於至少部分根據所述功率 級中的控制電源開關的開關頻率來計算所述同步電源開關的當前佔空 比的部件。-
15. 如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，用於自適應地改變 所述同步電源開關的佔空比的部件包括用於增加或減小所述同步電源開關的佔空比的部件；用於檢查所述輸入功率是否因所述同步電源開關的佔空比的增加 或減小而減小的部件；在所述輸入功率沒有因所述同步電源開關的佔空比的增加或減小 而減小時，用於確定所述功率級是以連續導通鬥莫式("CCM")還是以斷 續導通沖莫式("DCM")工作的部件；在所述功率級以CCM才莫式工作時，用於再次自適應地改變所述同 步電源開關的佔空比、直至在等待預定數量的開關周期之後得到所述 最小輸入功率為止的部件；以及在所述功率級以DCM才莫式工作時，用於以相反方向改變所述同步 電源開關的佔空比、直至得到最小輸入功率為止的部件。
16. 如權利要求15所述的裝置，其特徵在於，用於自適應地改變 所述同步電源開關的佔空比的部件還包括在所述輸入功率因所述同步電源開關的佔空比的增加或減小而減 小時，用於確定所述同步電源開關的佔空比是否大於最小值的部件；在所述佔空比不大於最小值時，用於再次自適應地改變所述同步 電源開關的佔空比，直至在等待預定數量的開關周期後得到所述最小輸入功率為止，以及在所迷佔空比大於最小值時，用於在與先前變化相同的方向上保 持改變所述同步電源開關的佔空比、直至得到所述最小輸入功率為止 的部件。
17. 如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，還包括用於通過控 制電源開關的控制信號與所述同步電源開關的控制信號之間的"或" 運算來確定所述功率級的工作才莫式來確定所述功率級是以連續導通模 式("CCM，，)還是以斷續導通模式("DCM")工作的部件。
18. 如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述功率級包括電 源轉換器。
全文摘要
一個功率級控制器可自適應地控制電源開關以及改進所述功率級的功耗的效率，並檢測功率級的連續導通模式(「CCM」)和斷續導通模式(「DCM」)操作，而無需對輸出電感電流的即時或逐個周期地感測和取樣。另外，該控制器可有助於估計輸出電感值、峰值電感電流值以及關於轉換器操作的其它信息。
文檔編號H02M3/155GK101252311SQ20081008113
公開日2008年8月27日 申請日期2008年2月22日 優先權日2007年2月23日
發明者J·卡霍克, L·黃 申請人:英特爾公司