[发明专利]用于电流模式控制的数字斜率补偿

说明书

技术领域

本发明涉及用于开关式电源的数字斜率补偿装置，其中，将传感器用于感测开关式电源的模拟电感电流(inductor current)，将比较器用于根据模拟电流阈值电平和模拟电感电流的比较来生成触发信号，并将脉宽调制器用于控制开关式电源的操作，其中，所述脉宽调制器被布置为被所述比较器的触发信号触发。本发明还涉及用于开关式电源的数字斜率补偿方法，其中，感测开关式电源的模拟电感电流，生成根据模拟电流阈值电平和模拟电感电流的比较的触发信号，并由该触发信号触发脉宽调制信号以控制开关式电源的操作。 

背景技术

电流模式控制是用于开关式电源(SMPS)的常用控制方法。与电压模式控制相比，其表现出导致改善的控制环路动态的高频带宽并得到更好的线噪声抑制。随着小信号动态从二阶减小至一阶，其另外简化了外电压环路设计。 

可以将电流模式控制分类为平均电流模式和峰值电流模式。如名称所暗示的那样，平均电流模式控制调整平均电感电流。特别地，在升压(Boost)型功率因数修正(PFC)整流器中，平均电流控制保证非常低的电流失真。峰值电流模式是广泛使用的电流模式控制技术，其中，占空比(duty cycle)在电感电流达到由外电压控制器定义的阈值电平时终止。这种技术的特征在于某些固有优点，诸如简单的逐循环(cycle)电流限制和并联转换器的良好电流共享。平均与峰值电流控制的组合是过渡或边界模式控制，其中，在连续导通模式(CCM)和不连续导通模式(DCM)的边界处驱动转换器。边界模式的特性是变化的开关频率且峰值电流是平均电流的两倍大。但是需要进行额外的努力以检测零电流。 

US 7,479,778(国家半导体公司)公开了一种用于基于与电感器相关的斜率来自适应地调整开关调节器中的参数的系统。控制环路对 由具有电容器和电流源的斜坡发生器生成的斜坡信号进行响应，其中，对所述电流源和电容器中的至少一个进行调整以修改斜坡信号的斜率。通过动态地调整斜坡信号的斜率，为在工作期间可以动态地改变的一定范围的电感值提供斜率补偿。可以由包括晶体管的模拟电路或由控制电流源的DAC(DAC：数字模拟转换器)来执行调整。 

US 7,236,376(System General Corp.)公开了在电源的主侧控制输出电流。主侧开关电流的感测信号被馈送到控制器的波形检测器。波形检测器生成电流波形信号。响应于该电流波形信号而生成平均电流信号。积分器生成积分信号，其与开关信号的开关周期相关并与输出电流成比例。开关信号的脉冲宽度受到控制且可以调节电源的输出电流。 

US 7,433,599(富士通有限公司)公开了一种对光学通信系统中的传输质量退化进行补偿的自动色散补偿装置。提供了传输质量测量单元和色散补偿量控制单元。程序使得计算机能够执行接收测量结果的步骤、检测并分离传输质量退化的步骤、以及控制补偿的步骤。 

然而，在CCM中存在峰值电流模式控制的多个缺点：控制使稳定性放松，如果占空比超过50％，则导致次谐波振荡，由峰值而不是平均电流感测和噪声敏感度引起的非理想控制响应，特别是在小的电感电流波纹下。恢复稳定性的常见方法是以50％以上的占空比在峰值电流控制转换器中应用所谓的斜率补偿。随着计算能力的提高和成本的降低，DSP和基于微控制器的数字控制在SMPS应用中变得越来越重要。这种措施提供了许多益处，诸如灵活性和可编程性、导致改善的可靠性的有源和无源组件的数目的减少、可忽略或可补偿的偏移和热漂移。另外，数字控制提供实现复杂、自适应且非线性的控制方法以改善静态和动态性能的潜力。 

完全数控转换器主要计算占空比并使用集成数字脉宽调制(DPWM)发生器来控制开关。并且，包括现有技术斜率补偿的全数字峰值电流控制是基于对期望的占空比进行预先计算，其需要电感值L的准确知识。使用这些技术，不能使用上述峰值电流控制的固有优点。然而，用包括片上比较器和比较器的内部输入端处的专用集成DAC的可用微控制器，基本上可用简单的组件实现纯数字峰值电流控制。然而，数字控制中的斜率补偿的实现仍存在挑战，因为在每个开 关循环期间需要连续增大的斜坡函数。 

发明内容

本发明的目的是产生属于最初提及的技术领域的装置和方法，其提供数目减少的有源和无源组件以及改善的可靠性。 

由本发明的特征来指定本发明的解决方案。根据本发明，布置第一模数转换器，其用于将开关式电源的模拟输出电压转换成数字输出电压。布置用于将数字输出电压转换成数字电流阈值电平的装置，并且布置用于根据数字电流阈值电平生成模拟电流阈值电平的数模转换器。