[发明专利]高带宽恒定导通时间的PWM控制

说明书

本发明涉及高带宽恒定导通时间的PWM控制，该装置和相关方法涉及通过XFTE响应于开关频率中的瞬态的选择性贡献来对变频调制电路进行动态带宽控制。在说明性示例中，XFTE可响应于指示开关频率并从反馈控制电路接收的控制输出信号中的瞬态而生成瞬态控制信号。XFTE可以例如根据调制电路的交叉频率和开关频率之间的预定关系来生成瞬态控制信号。反馈控制电路可以例如从预定基准和控制输入信号生成控制输出信号。例如控制输出信号可以对应于通过电感器传送到负载的脉宽调制输出。本发明的优点在于可以有利地增加调制电路的有效带宽，同时保持期望的频率响应特性。

技术领域

本发明涉及可变频率调制领域，具体涉及高带宽恒定导通时间的PWM控制。

背景技术

电子设备以多种方式接收电力。例如，消费电子设备可以从墙壁插座(例如电源)或各种便携式电源(例如电池、可再生能源、发电机)接收电力。电池供电设备的工作时间取决于电池容量和平均电流消耗。电池驱动设备的制造商可能会努力降低其产品的平均电池电流，以便在电池更换或充电操作之间提供更长的设备使用时间。在一些示例中，市电供电设备的制造商可能会努力提高其产品的功率效率，以最小化热负荷和/或最大化每瓦特耗电的性能。

在一些电子设备中，输入电压电源(例如电池输入、整流电源、中间直流电源)可通过各种电压转换电路转换为不同的电压。开关电源由于其高效率而作为电压转换电路得到了广泛的应用，因此被广泛应用于各种电子设备中。

开关模式电源使用开关器件转换电压，开关器件以极低的电阻接通，以极高的电阻关闭。开关模式电源可在一段时间内对输出电感器充电，并可在随后的时间段内释放部分或全部电感器能量。输出能量可以被传送到一组输出电容器，这些电容器提供滤波以产生直流输出电压。在降压型开关电源中，稳态下的输出电压可近似为输入电压乘以一个工作周期，其中工作周期是一个通断开关的接通时间除以一个开关周期内通断开关的总接通时间和断开时间。

发明内容

本发明的装置和相关方法涉及通过交叉频率调谐引擎(XFTE)响应于开关频率中的瞬态的选择性贡献来对变频调制电路进行动态带宽控制。在一个说明性示例中，XFTE可响应于指示开关频率并从反馈控制电路接收的控制输出信号中的瞬态而生成瞬态控制信号。XFTE可以例如根据调制电路的交叉频率和开关频率之间的预定关系来生成瞬态控制信号。反馈控制电路可以例如从预定基准和控制输入信号生成控制输出信号。例如，控制输出信号可以对应于通过电感器传送到负载的脉宽调制输出。各种实施例可以有利地增加调制电路的有效带宽，同时保持期望的频率响应特性。

本发明提供的第一种可变频率调制电路，包括：

一个反馈控制电路，其被配置为从一个预定基准和一个控制输入信号两者生成一个控制输出信号，其中，所述控制输入信号对应于通过电感器传送到负载的一个脉宽调制输出；

一个频率调制电路，其被配置为响应一个频率控制输入信号，生成与至少一个开关电路的开关频率相对应的一个频率控制输出信号，其中所述开关电路被配置为生成所述脉宽调制输出；

一个交叉频率调谐引擎，包括高通滤波器和增益产生电路，并配置为响应频率控制输出信号中的一个瞬态，产生一个瞬态控制信号；以及

一个增益级电路，其被配置为将所述瞬态控制信号应用于所述控制输出信号以产生所述频率控制输入信号，

其中，交叉频率调谐引擎生成所述瞬态控制信号，以便频率控制输入信号促使频率调制电路保持所述开关频率和一个交叉频率之间的预定关系，其中所述交叉频率对应于单位增益的闭环电路的频率，所述闭环电路至少包括反馈控制电路和频率调制电路。

优选地，所述反馈控制电路包括一个补偿电路和一个滤波器电路可操作地连接，所述滤波器电路将具有至少一个截止频率的传递函数应用于补偿电路的输出，并且可操作地连接至交叉频率调谐引擎，使得滤波器电路的所述至少一个截止频率响应所述瞬态而改变，以维持所述至少一个截止频率和所述开关频率之间的预定关系。