用于開關模式功率轉換器的數(shù)字控制器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于電功率轉換器的控制器，具體地，涉及用于開關模式電功率轉換器的數(shù)字控制器。
【背景技術】
[0002]包括開關模式的功率轉換器的功率轉換器可被用作針對諸如電池的具有特定電流和/或電壓要求的負載的驅(qū)動。在開關模式功率轉換器的操作期間，一個或多個開關被用來控制輸出功率。一般地，某一形式的控制器被用來控制這些開關的操作。當設計用于開關模式功率轉換器的控制器時，一般期望最大化功率轉換器的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]總體地，本公開中所描述的技術與使用跨耦合到功率轉換器的輸出的負載(例如電池)的電壓來確定用于控制功率轉換器的電流控制回路的基準電流相關。例如，控制器可基于跨耦合到功率轉換器的輸出的電池的電壓和基準電壓值來確定基準電流值?？刂破骺呻S后基于基準電流值和正被供應到電池的電流來確定閾值。在一些示例中，控制器可隨后將基于閾值的控制信號輸出到功率轉換器。
[0004]在一個示例中，方法包括接收電壓值，將電壓值與基準電壓值比較以確定(deltavoltage)差量電壓值，基于差量電壓值確定基準電流值，接收電流值，將電流值與基準電流值比較以確定差量電流值，以及基于差量電流值確定閾值，其中閾值用來限定控制功率轉換器的控制信號。
[0005]在另一示例中，電路包括第一模擬數(shù)字轉換器，其配置為將模擬電壓轉換成數(shù)字電壓值；第一減法器，其配置為從數(shù)字電壓值中減去基準電壓以確定差量電壓值；積分器，其配置為對差量電壓值加以積分以確定基準電流值；第二模擬數(shù)字轉換器，其配置為將接收自功率轉換器的模擬電流采樣轉換成數(shù)字電流值；第二減法器，其配置為從數(shù)字電流值中減去基準電流值以確定差量電流值；控制器，其被配置為基于差量電流值確定閾值；以及數(shù)字脈寬調(diào)制器，其配置為將基于閾值的控制信號輸出到功率轉換器。
[0006]在另一示例中，設備包括用于接收電壓值的裝置、用于將電壓值與基準電壓值比較以確定差量電壓值的裝置、用于基于差量電壓值確定基準電流值的裝置、用于接收電流值的裝置、用于將電流值與基準電流值比較以確定差量電流值的裝置、以及用于基于差量電流值確定閾值的裝置，其中閾值用來限定控制功率轉換器的控制信號。
[0007]在下面的附圖和描述中闡述了本發(fā)明的一個或多個實施例的細節(jié)。本發(fā)明的其他特征、對象和優(yōu)點從描述和附圖中以及從權利要求中將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0008]圖1是根據(jù)本公開的一個或多個技術的示出用于控制開關模式功率轉換器的示例系統(tǒng)的不意圖。
[0009]圖2是根據(jù)本公開的一個或多個技術的示出控制開關模式功率轉換器的示例控制器細節(jié)的框圖。
[0010]圖3是根據(jù)本公開的一個或多個技術的示出用于控制開關模式功率轉換器的示例系統(tǒng)的細節(jié)的框圖。
[0011]圖4是根據(jù)本公開的一個或多個技術的示出用于控制開關模式功率轉換器的示例系統(tǒng)細節(jié)的框圖。
[0012]圖5是根據(jù)本公開的一個或多個技術的示出控制開關模式功率轉換器的示例控制器細節(jié)的框圖。
[0013]圖6是根據(jù)本公開的一個或多個技術的示出控制開關模式功率轉換器的示例控制器細節(jié)的框圖。
[0014]圖7是根據(jù)本公開的一個或多個技術的示出控制開關模式功率轉換器的示例控制器細節(jié)的框圖。
[0015]圖8是根據(jù)本公開的一個或多個技術的示出用于開關模式的功率轉換器的控制器的示例操作的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]開關模式功率轉換器(SMPC)是包括一個或多個開關以將電功率從電源轉換并傳輸?shù)截撦d的電子電源。SMPC的一些示例包括降壓、升壓、降壓-升壓、反激和庫克(Cuk)。功率轉換通過調(diào)整用來控制開關的狀態(tài)的控制信號的占空比來實現(xiàn)?？刂菩盘柕恼伎毡仍礁?，越多功率被傳輸?shù)截撦d。典型地，控制信號由模擬或數(shù)字控制器生成。
[0017]在一些示例中，附連到SMPC的負載可包括一個或多個電池。在這類示例中，SMPC可將電池充電。典型地，供給到電池的功率量在整個充電過程中不是恒定的。為了滿足電池充電的要求，一些SMPC控制器利用兩個單獨的充電階段，每個充電階段由單獨的回路控制。這些階段典型地稱為恒定電流階段和恒定電壓階段。電壓控制回路基于電池電壓和基準電壓之間的差來確定其占空比。電流控制回路基于電池充電電流和預確定的基準電流之間的差來確定其占空比?？刂苹芈分械拿恳粋€輸出一個占空比并且兩個占空比中的較小者被用來確定驅(qū)動SMPC的控制信號。兩個單獨的控制回路在整個充電過程中工作，即使SMPC未運行在相應的充電階段(例如，在恒定電流階段期間電壓控制回路是有效的)也如此。
[0018]根據(jù)本公開的技術，數(shù)字控制器可利用跨耦合到功率轉換器的輸出的負載所測量的電壓，以確定用于控制功率轉換器的電流控制回路的基準電流。本公開的各方面可提供一個或多個優(yōu)點。例如，本公開的技術可消除對實現(xiàn)兩個單獨的控制回路的需求。此外，本公開的技術可提供更高效的功率轉移以及降低的功率損耗。
[0019]圖1是根據(jù)本公開的一個或多個技術示出用于控制開關模式的功率轉換器的示例系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng)100包括控制器2、功率轉換器4以及負載6?？刂破?的示例可包括但不限于包括一個或多個微處理器，一個或多個微處理器包括一個或多個微處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、或者任何其他等同的集成或離散邏輯電路以及這類部件的任何組合。
[0020]如圖1中所示，控制器2可包括I/O設備8。在一些示例中，I/O設備8配置為接收一個或多個輸入信號和/或生成一個或多個輸出信號。如圖1所不，I/O設備8的不例可包括一個或多個模擬數(shù)字轉換器、一個或多個數(shù)字脈寬調(diào)制(DPWM)生成器、一個或多個通用輸入/輸出(GP1)、或多個總線接口 (例如，12(:、臥町、5?1、1^1隊1汕&、和/或〇八的和/或配置為接收輸入或生成輸出的任何其他類型的設備。I/O設備8可從系統(tǒng)100的諸如功率轉換器4和/或負載6的其他部件接收信號。此外，I/O設備8可將信號輸出到系統(tǒng)100的諸如功率轉換器4和/或負載6的其他部件。
[0021]在一些示例中，控制器2包括I/O模塊10。I/O模塊10可實施一個或多個功能以接收諸如電信號的輸入，并將這類輸入發(fā)送到與控制器2相關聯(lián)的其他部件，諸如基準電流模塊12和差量電流模塊14。I/O模塊10還可從諸如控制信號模塊16的與控制器2相關聯(lián)的部件接收數(shù)據(jù)。使用該數(shù)據(jù)，I/O模塊10可能使諸如I/O設備8的與控制器2相關聯(lián)的其他部件基于數(shù)據(jù)來提供輸出。例如，I/O模塊10可從控制信號模塊16接收數(shù)據(jù)，使I/O設備8將控制信號輸出到功率轉換器4。
[0022]在一些示例中，控制器2包括基準電流模塊12?；鶞孰娏髂K12可包括功能性以在控制器2上執(zhí)行操作的任何變形。例如，基準電流模塊12可從諸如I/O模塊10的控制器2的其他部件接收諸如電壓值的數(shù)據(jù)?；鶞孰娏髂K12還可包括功能性以處理所接收的數(shù)據(jù)并將結果發(fā)送到諸如差量電流模塊14的控制器2的其他部件。例如，基準電流模塊12可處理接收自I/O模塊10的電壓值以確定基準電流值?；鶞孰娏髂K12可隨后將被確定的基準電流值發(fā)送到差量電流模塊14。625234
[0023]在一些示例中，控制器2包括差量電流模塊14。差量電流模塊14可包括功能性以在控制器2執(zhí)行操作的任何變形。例如，差量電流模塊14可從諸如基準電流模塊12或I/O模塊10的控制器2的其他部件接收諸如基準電流值或電流值的數(shù)據(jù)。差量電流模塊14還可包括功能性以處理所接收的數(shù)據(jù)并將結果發(fā)送到諸如信號控制模塊16的控制器2的其他部件。例如，差量電流模塊14可處理接收自基準電流模塊12的基準電流值以及接收自I/O模塊10的電流值，以確定差量電流值。差量電流模塊14可隨后將被確定的差量電流值發(fā)送到控制信號模塊16。
[0024]在一些示例中，控制器2包括控制信號模塊16?？刂菩盘柲K16可包括功能性以在控制器2執(zhí)行操作的任何變形。例如，控制信號模塊16可從諸如差量電流模塊14的控制器2的其他部件接收諸如差量電流值的數(shù)據(jù)?？刂菩盘柲K16還可包括功能性以處理所接收的數(shù)據(jù)并將結果發(fā)送到諸如I/O模塊10的控制器2的其他部件。例如，控制信號模塊可處理接收來自差量電流模塊12的差量電流值以確定閾值?？刂菩盘柲K16可隨后將被確定的閾值發(fā)送到I/O模塊10。I/O模塊10可隨后使I/O設備8基于閾值生成輸出。
[0025]系統(tǒng)100可包括功率轉換器4。如圖1所示，功率轉換器4可耦合到諸如控制器2和負載6的系統(tǒng)100的其他部件。在一些示例中，功率轉換器4被配置為從諸如控制器2的系統(tǒng)100的其他部件接收諸如控制信號的輸入。功率轉換器4可被配置為將諸如電功率的輸出提供到諸如負載6的系統(tǒng)100的其他部件。在一些示例中，功率轉換器4被配置為響應于從系統(tǒng)100的其他部件所接收的輸入來將輸出提供到系統(tǒng)100的其他部件。例如，功率轉換器4可響應于從控制器2所接收的控制信號來將功率提供到負載6。在一些示例中，功率轉換器4可被配置為將諸如(模擬或數(shù)字的)電壓或電流信號的信號發(fā)送到系統(tǒng)100的其他部件。例如，功率轉換器4可被配置為將電壓采樣和/或電流采樣發(fā)送到控制器2。功率轉換器4的示例包括開關模式功率轉換器，諸如降壓、升壓、降壓-升壓、反激、庫克、或可提供電功率的任何其他類型的設備。
[0026]系統(tǒng)100可包括負載6。如圖1所示，負載6可耦合到系統(tǒng)100的其他部件，包括功率轉換器4和控制器2。在一些示例中，負載6可包括一個或多個電池、一個或多個計算設備、使用電功率的任何其他設備或其的任意組合。其中負載6包括電池，電池可包括多個元(cell)。負載6可被配置為從諸如功率轉換器4的系統(tǒng)100的其他部件接收諸如電功率的輸入。此外，負載6可被配置為將輸出提供到系統(tǒng)100的其他部件。例如，負載6可被配置為將(模擬或數(shù)字的)電壓采樣提供到控制器2。負載6的示例可包括計算機(例如，平板或膝上型計算機)、移動計算設備(例如，“智能電話”、或個人數(shù)字助理)、電池(例如，鎳-鎘、鉛-酸、鎳-金屬氫化物、鎳-鋅、銀氧化物、鋰離子、或任何其他類型的可再充電電池)或其的任意組合。
[0027]本公開的技術可改進開關模式功率轉換器的控制器的效率和優(yōu)化。使用本公開的技術，開關模式功率轉換器的控制器可利用至少兩個嵌套控制回路來限定用于功率轉換器的控制信號，而非實現(xiàn)兩個單獨的控制回路來限定控制信號?？刂破骺稍陔妷嚎刂苹芈穬?nèi)實現(xiàn)電流控制回路，使得電壓回路限定由電流控制回路所使用的基準電流。換句話說，電壓控制回路可稱為外部回路，