專利名稱：用于功率裝置的帶前饋的電流模式控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及功率裝置控制器，并且更具體地說涉及利用電流模式 控制的兩回路功率裝置控制器。
背景技術：
先進的電子電路需要先進的電源。最新一代的電源利用具有相應 控制電路的功率裝置，其能夠非常精確并且具有快速瞬態(tài)響應地驅動 功率裝置。這些控制電路能夠減少、或甚至消除傳統(tǒng)問題，例如輸出 電壓對工作溫度或負載的依賴，控制機構對頻率的不均勻依賴性，等等。許多功率裝置利用一個回路反饋。通常該反饋回路工作在電壓模 式控制中，感測輸出電壓，將它與參考電壓比較，并且利用產生的誤 差電壓去修正功率裝置的運行，例如它的占空因數(shù)。其它設計使用兩回路控制電路。除了電壓模式控制回路之外，這 些設計還使用電流模式控制回路。該第二個回路感測輸出電流并且使 用該信息更快地控制功率裝置。然而，即使在這樣先進的兩回路設計中，控制特性也顯示出負載 依賴性。因此，在功率裝置控制電路中尚有改善的余地。發(fā)明內容簡要地并且總體上來說，本發(fā)明的實施例包括用來控制在輸出端 產生輸出電壓的功率裝置的功率裝置控制器，所述功率裝置控制器包 括被配置為產生誤差電壓并且控制功率裝置的電壓模式控制回路、和 被配置為產生電流控制電壓并且控制功率裝置的電流模式控制回路，電流模式控制回路包括電流前饋，所述電流前饋;故配置為在電流回路 閉合的情況下通過減小誤差電壓比輸出電壓的增益的低頻部分的負載 電流依賴性來減小回路增益的負載依賴性。其它實施例包括用來控制功率裝置組的多相功率裝置控制器，所 述功率裝置在輸出端產生輸出電壓，所述功率裝置控制器包括被配置為產生誤差電壓并且控制功率裝置的共用電壓模式控制回路、和被配 置為產生電流控制電壓并且控制功率裝置的共用電流模式控制回路， 共用電流模式控制回路包括電流前饋，所述電流前饋被配置為減小誤 差電壓比輸出電壓的增益的低頻部分的負載電流依賴性。實施例包括用來控制在連接于電感器的輸出端產生輸出電壓的功 率裝置的功率裝置控制器，所述功率裝置控制器包括耦合到功率裝置 的電壓模式控制回路、耦合到電壓模式控制回路和功率裝置的電流模式控制回路、和耦合到電流模式控制回路、斜坡發(fā)生器(ramp generator)、以及感測的電感器電流的電流才莫式前々赍，所述電流才莫式 前饋被配置為根據負載電流修正斜坡發(fā)生器的斜坡電壓和電感器的被 感測的電感器電流中的至少一個的斜度。實施例也包括用來控制在輸出端產生輸出電壓的功率裝置的功率 裝置控制器，所述功率裝置控制器包括耦合到功率裝置、可調斜坡發(fā) 生器、被配置為感測輸出電流的電流感測器的電流模式控制回路，耦 合到電流模式控制回路、可調斜坡發(fā)生器、和電流感測器的電流模式 前饋，所述電流模式前饋被配置為根據負載電流修正斜坡發(fā)生器的斜 坡電壓和電流感測器的感測電流中的至少一個的斜度。


參考下面結合附圖的描述來更完整地理解本發(fā)明以及更多的特征 和優(yōu)點。圖1示出根據本發(fā)明的實施例的功率裝置控制器的方塊圖。圖2示出根據本發(fā)明的實施例的功率裝置控制器的實施。圖3示出根據本發(fā)明的實施例的電流前饋方塊。圖4示出根據本發(fā)明的實施例的誤差電壓對輸出電壓傳遞函數(shù)的 負載電流依賴性。圖5示出根據本發(fā)明的實施例的具有以及不具有前饋方塊的回路 增益的頻率依賴性。圖6示出根據本發(fā)明的實施例的具有以及不具有前饋方塊的多個 信號形狀。圖7示出根據本發(fā)明的實施例的具有以及不具有前饋方塊的多個 信號形狀。圖8根據小信號傳遞函數(shù)示出本發(fā)明的實施例。 圖9示出本發(fā)明的多相實施例。
具體實施方式
通過參考附圖的圖1-9最好地理解本發(fā)明的實施例和它們的優(yōu) 點。類似的數(shù)字用于各個附圖的類似和相應的部件。圖1示出功率裝置控制器100的方塊圖。功率裝置控制器100的 功能是控制功率裝置110。功率裝置100在輸出端103產生輸出電壓 V。。相應的電流將被稱作輸出電流i。、或負載電流。功率裝置控制器 100包括電壓模式控制回路120,在單回路電壓模式控制配置中所述電 壓模式控制回路120產生誤差電壓Ve (或出錯(error-out )電壓)并 且控制功率裝置110。誤差電壓V?？梢杂扇魏螖?shù)量的擾動引起，例如 在系統(tǒng)任何部分中的小幅度噪聲，包括電壓V。的變化。在兩回路電流 模式控制配置中功率裝置控制器100也可以包括電流模式控制回路 130,所述電流模式控制回路130產生電流控制電壓V。。以控制功率裝 置110。電流模式控制回路130包括電流前饋140,所述電流前饋140 -故配置為在電流回路閉合的情況下減小誤差電壓Ve相對于輸出電壓V。 的DC增益H。 H。= VD / 、對負載電流i。的依賴性。如相對于圖5A-D 所示，DC增益H?？梢跃哂袑捵V。本發(fā)明的實施例在低頻范圍減小H。的 i。依賴性，例如在直流狀態(tài)下。對于V。的0. 5V-30V的范圍，i。的典型范圍包括OA-100A。其它 應用可以使用不同電流和電壓值。圖1示出功率裝置控制器100包括調制器157,所述調制器157耦 合到電壓模式控制回路120以在電壓控制端接收誤差電壓Ve并且耦合 到電流才莫式控制回路130以在電流控制端接收電流控制電壓Vcc。調制 器157輸出表示命令-占空因數(shù)(duty cycle)的功率裝置控制信號d, 與接收的誤差電壓Ve和接收的電流控制電壓Vcc對應。在此，當功率 裝置110中的頂部開關接通時，占空因數(shù)d表示轉換周期內的時間分 數(shù)，如下所描述的。調制器157通過功率裝置控制信號d控制功率裝 置110。圖2示出，在一些實施例中，電壓沖莫式控制回路120包括電壓誤 差放大器121,其從參考電壓源接收參考電壓V^并且從輸出電壓端103壓誤差放大器121輸出與參考電壓V^和輸出電壓V。 的差對應的誤差電壓Ve。電流模式控制回路130包括電流感測器133，所述電流感測器133 凈皮配置為例如在輸出端103感測電感器電流L并且產生相應的感測電 壓Vs。電流感測器可以是在輸出路徑中的小串聯(lián)電阻器。電流感測器 也可以利用電感器電感器Ll的直流電阻(DCR)、頂部開關112或底 部開關114的導通電阻、電流變壓器等。在一些實施例中，感測電壓 Vs被直接用作用于調制器157的反饋信號。然而，在峰值電流模式控制中，當功率裝置110的占空因數(shù)超過 大約50%時，功率系統(tǒng)可能會顯示出不穩(wěn)定的行為，例如次諧波振蕩。 此外，功率裝置IIO可以在輸出端103包括輸出電感器L1。如果沒有 臨界瞬'態(tài)p向應(critical transient response)要,乂,另卩么通常為輸 出電感器L1的電感L選擇大的值以增加系統(tǒng)效率。然而，根據沒有負 載的情況，該大的L值使電感器電流iL并且因而使感測器電壓Vs呈現(xiàn) 小的斜坡，導致高的噪聲靈敏度。通過包括斜坡發(fā)生器151, —些設計克服了所述的兩個問題。斜坡 發(fā)生器151產生斜坡電壓VR,所述斜坡電壓、可以與感測器電壓Vs結 合。所結合的電壓具有增加的斜度，因而增加了電流模式控制回路130 的穩(wěn)定性。并且，通過結合斜坡電壓、和感測器電壓Vs,可以抑制上 述的在較大占空因數(shù)時的不穩(wěn)定性。在本發(fā)明的實施例中，電流模式控制回路130通過修正感測器電 壓Vs和斜坡電壓VK的斜度的至少一個來產生電流控制電壓Vcc。這是 相當普通的設計原理，其可以以幾種不同的方式實現(xiàn)。在一些實施例中該原理通過將電流前饋140耦合到電流感測器 133和斜坡發(fā)生器151來執(zhí)行。在這樣的設計中，電流前饋140通過修 正與感測器電壓Vs有關的斜坡電壓VK的斜度來產生電流控制電壓Vcc。 斜度可以是上升斜度或下降斜度、或者是斜坡電壓Vk的某一段的斜度。 在其它實施例中，通過斜坡電壓Vk的峰-谷差來獲得斜度。該修正在電 流回路閉合的情況下減小了誤差電壓Ve相對于輸出電壓V。的DC增益 的負載電流依賴性。在公式中，使用符號H, V。 / Vs,這意味著減小 了 H。的i。依賴性。低頻分量可以是直流增益或H。的譜的低頻段。在一些實施例中，感測器電壓Vs和電流控制電壓Vcc都凈皮耦合到調制器157的反相端，而誤差電壓Ve被耦合到調制器157的同相端。 在其它實施例中，感測器電壓Vs和電流控制電壓Vcc被耦合到信號處 理器，然后所述信號處理器的輸出被耦合到調制器157。調制器157通過功率裝置110的占空因數(shù)控制功率裝置110。功率 裝置11G的實施例包括這樣的設計其中功率裝置110包括由輸入電 壓源117供電的功率二極管111、頂部開關112、和底部開關114。功 率二極管111也可以是底部開關114的寄生二極管。功率開關112和 114交替接通和斷開當頂部開關112接通時，底部開關114斷開，并 且反之亦然。當頂部開關112 ;故接通并且底部開關114-故斷開時，調 制器157通過控制每個轉換周期內的時間分數(shù)來控制占空因數(shù)d。如圖2中所示，輸出端103可以連接到負載162。負載162可以是 并聯(lián)耦合到輸出電容器的電阻器，形成有效的RC電路。圖3示出基于Fairchild (仙童)產品FAN5182的電流前饋140 的實施例。該實施例包括差分放大器143,所述差分放大器通過電阻器 Rl耦合到電流感測器133以接收感測器電壓Vs。差分放大器143的反 相端通過電阻器R2耦合到參考電壓VSRef。參考電壓V^也通過電阻器 R3耦合到同相端以設置差分放大器143的工作點。最后，反相端通過 電阻器R4耦合到差分放大器143的輸出端。在一些實施例中Rl-R2 并且R3 = R4。在其它實施例中Rl、 ...R4的值可以不同。比率R3/R1 確定差分放大器143的信號增益。差分放大器143的輸出通過電阻器 R5耦合到信號處理器或調制器157以通過端子RAMPADJ《奮正斜坡電壓 Vk的斜度?？梢岳每杀?支的函數(shù)設計電流前饋140的多個其它實施 例。圖4A-C示出功率裝置控制器100的多個小信號特性。 一般而言， 在電流回路閉合的情況下，可以由以下方程獲得誤差電壓Ve相對于輸 出電壓V。的DC增益H。對負載電流i。(或等效地是電感器電流it)的依 賴性<formula>formula see original document page 10</formula>在方程(1 )中，RO是負載162的電阻，Ri是電流感測器133的電 阻，L是電感器L1的電感，fs是功率裝置控制器100的轉換頻率，Mc表示外部斜坡參數(shù)并且d是功率裝置控制器100的占空因數(shù)。如果， 當輸出電壓Vo基本上固定時，H。的輸出電流i。依賴性通過R。以倒數(shù)的 方式依賴于i。而產生(2) R。=V。/i。方程(1)的分析有助于理解DC增益H。的i。依賴性。圖4A示出設計中的DC增益H0，其不采用電流前饋140。這轉變 成基本恒定的外部斜坡參數(shù)Mc。顯然，H。隨著i。的增加而減小。在一 些實施例中，當i。掃過OA和15A之間的區(qū)域時，H。減小到它在i-0 時的值的大約15%。如果在方程(1)中用R。除分子和分母，則分母中的第一項與i。 成比例，并且包括外部斜坡參數(shù)Mc的第二項幾乎與i。無關。這說明， 在大的i。下，H。隨著i。近似相反地衰減，而在小i。值下它轉向有限值。圖4B和4C示出其中電流前饋140修正斜坡電壓VK的斜度的實施 例。實施例的一般設計原理是，電流前饋140通過使外部斜坡參數(shù)Mc 依賴負載電流來減小H。的低頻分量的負載電流依賴性。在一些實施例 中這通過使方程(1 )中的分母的第二項中的Mc隨i。增加而減小來實 現(xiàn)。利用該修正Mc項能夠平衡第一項隨i。的增加。在一些實施例中，通過如下的因子Ki修正調制器傳遞函數(shù)Mc:(3) & = ^~~其中Ki是調制器傳遞函數(shù)Mc中的乘法因子，kff是控制電流前饋 140的強度的因子并且V。s是偏移電壓。顯然，在該實施例中獲得Mc對 電感器電流L的依賴性Mc隨L相反地變化。圖4B示出具有適中的kff值的實施例。在該實施例中H。對i。的依 賴性已經被大大減小在OA到15A的i。范圍內，H。僅衰減到它在i。 =0時的值的大約40%。圖4C示出具有大的kff值的實施例。在該實施例中，H。對i。的依 賴性已經減小為非常弱的依賴性在OA到15A的i。范圍內，H。的變化 極小。代替地，H。在中間的i。值處顯示出緩和的最大值。在一些實施 例中，前饋結構的目標是通過多種實施方式將H。設計成在整個負載范 圍內都是恒定的。在圖3的實施例中，基于Fairchild產品FAN5182, Mc遵循不同的形式隨輸出電流i0而減小(4) Mc二l + 5W5""其中—Vin-0.80.8-0細5(卯-Io).18.Se(Io):=(5)332.103 + 2.103 49》103.Kf12在此Vin是輸入電壓117, Se是斜i皮電壓Va的斜度，以及Sn是感 測的電感器電流L的上升斜度。在以上方程(3) 、 (4)、和(5)中 的參數(shù)的數(shù)值僅僅是為了說明性的目的。 一些實施例具有大大超過或 低于所示值的參數(shù)。圖5A-D示出對于三個不同的輸出電流值i = 0A、 7. 5A和15A 而言在連續(xù)導電模式(CCM)中的回路增益的頻率依賴性。在實施例中， 標繪的回路增益與DC增益H。成比例。圖5A示出在沒有電流前饋140并且因而輸出電流基本上與外部斜 坡參數(shù)Mc無關的情況下設計中的以分貝為單位的回路增益?；芈吩鲆?可以#皮定義為在閉合回路中環(huán)繞功率裝置110與控制回路120和130、 回到起始點跟蹤信號之后的信號增益。該起始點可以是例如圖2中電 壓誤差放大器121的輸出。為0A、 7.5A和15A的輸出電流值示出了回 路增益，并且所述回路增益在低頻條件下顯示出對i。相當大的依賴性。 在一些實施例中，對于低于幾千Hz的頻率而言，在變化輸出電流i。 的情況下，回路增益可以變化大約16分貝。圖5B示出在圖5A的設計中在閉合回路中環(huán)繞功率裝置110與控 制回路120和130跟蹤信號之后的相移。在以1, 000Hz為中心的低頻 條件下，所述相移也顯示出相當大的i。依賴性。圖5C示出具有電流前饋140并且因而輸出電流依賴于斜坡參數(shù)Mc 的實施例的回路增益。采用電流前饋140已經基本上消除了低頻區(qū)域 中例如在大約10， 000 Hz以下的頻率處的i。依賴性。在一些實施例中， 回路增益可以在更高的頻率處顯示對i。的依賴性。然而，在這些頻率 處，回路增益的值以負分貝來表征，因此回路增益的i。依賴性不重要。圖5D示出圖5C的實施例中的相移。在低頻區(qū)域中例如在低于大 約1, 000 Hz的頻率處i。依賴性已經基本上被消除。 一些實施例在更高 的頻率處可能會顯示出i。的相位依賴性。然而，通?；芈吩鲆娴闹狄载摲重悂肀碚?，因此該i。依賴性不重要。圖6A-D示出一些實施例的大信號特性。圖6A示出在圖6B中所示的負載電流階梯式上升變化期間誤差電 壓Ve的時域瞬態(tài)響應。由于最初i。的階梯式上升(step-up)變化， 輸出電壓V。減小。在響應中，在電壓模式控制回路120中的電壓誤差 放大器121產生增加的誤差電壓Ve。圖6C示出兩回路設計，其包括電流模式控制回路130。在兩回路 設計中，與負載電流i。和電感器電流L關系為Vs = itxRi的感測器 電壓Vs被加到(或以別的方式結合)斜坡電壓VR。所結合的電壓被稱 作電流控制電壓Vcc (圖6C中的實線)(6) Vcc= VR + iLxRi在這些兩回路設計中有兩個控制通道。如果在瞬變周期過程中輸 出電壓V。下降，則其轉到增加的誤差電壓Ve。增加的誤差電壓Ve驅 動電流才莫式控制回路130和140以增加上述的占空因數(shù)，因而抑制波 動。圖6D示出，較大的占空因數(shù)d的結果中的一個是負載電流i。增加。 電流感測器電壓Vs = LxRi被附加到斜坡電壓V^更大的Ve轉變成增 大的電流控制電壓Vcc。由于電流控制電壓Vcc的斜度是相同的，因此 Vcc的這種增大增加了占空因數(shù)d并且因而輸送了更多的能量到V。以 將V。維持在指定的調節(jié)范圍。然而，在這樣的兩回路設計中，誤差電壓Ve不返回到它波動前的 值，正如從向前第9個轉換周期所見的。此外，調整時間需要幾個轉 換周期，例如圖6C中的7個周期。圖6C和6E示出本發(fā)明的實施例通過修正與負載電流L相關的斜 坡電壓Vn的斜度來處理這些問題，其在上述的兩回路設計中與負載電 流h無關。通過圖6C中的虛線示出本發(fā)明的實施例的操作模式。感測器電壓 Vs = LxRi被再次加到斜坡電壓V^以形成電流控制電壓Vcc。另外，電 流前饋140也改變斜坡電壓Vk的斜度Se: Se隨著L增加而減小。因此， 電流控制電壓Vcc達到Ve更慢。這使得功率裝置110接通得更長，增 加了占空因數(shù)d和輸出電壓V。。與沒有電流前饋140的設計相比，該 附加的控制/前饋通道使Ve返回到它波動前的值。此外，與沒有前饋的設計(7個轉換周期)相比，誤差電壓Ve回到它波動前的值更快(圖 6C中的5個轉換周期)。該前饋方案具有很大的控制帶寬并且它能使斜坡電壓VK的斜度Se 依賴負載電流。這在沒有反饋回路起大的作用的情況下提供相應和校 正的占空因數(shù)調制。該結果是基本恒定的回路增益并且?guī)缀跛矔r響應 于負載電流i。的變化。最后，電流模式前饋的功能是在負載上實現(xiàn)基 本恒定的誤差電壓Ve以緩和電壓誤差放大器的轉換速率限制。圖7示出在仿真中的相同響應特征，這次與輸出電壓V。有關。圖7 示出在有和沒有電流前饋140的情況下波動響應的比較。在具有電流 前饋140的實施例中，輸出電壓V。返回到它波動前的值，并且該返回 比沒有電流前饋140的設計快。圖8根據小信號模型示出本發(fā)明的實施例。電壓模式控制回路120 接收輸出電壓V。并且將它饋送到電壓誤差放大器121中。電壓誤差放 大器121比較輸出電壓V。與參考電壓V^并且輸出誤差電壓Ve。阻抗 Z1、Z2和電阻器R2通過電壓分配調整電壓誤差放大器121的增益和相 位以及輸出電壓設定點。向調制器157饋送誤差電壓Ve，其在此用Fm 表示。調制器157從電流感測Fi塊接收另一輸入。電感器電流iL被耦 合到電流感測和取樣增益F i,表示從感測的電感器電流iL到感測器電 壓Vs的傳遞函數(shù)。產生的感測器電壓Vs被耦合到信號處理器158,其 例如通過添加Ve和Vs來結合它們并且然后將結合的信號耦合到調制 器157。在其它實施例中，感測器電壓Vs和誤差電壓Ve被分別耦合到 調制器157。電流前饋140由前饋傳遞函數(shù)Ki表示。Ki可以是例如以上由方程 (3)給出的傳遞函數(shù)。前饋傳遞函數(shù)Ki可以根據具體實施例采取多 種不同的形式。Ki的典型特征是，它隨著電感器電流L增加而減小外 部斜坡Vk或Vs。調制器157傳遞輸入的誤差電壓Ve和感測器電壓Vs的組合以及 前饋信號到占空因數(shù)d。該傳遞通過調制器傳遞函數(shù)Fm獲得。在方程 U)的符號中，調制器傳遞函數(shù)Fm對應于外部斜坡參數(shù)Mc。 Fm可以 與斜坡電壓VR + Vs的峰-谷值相反地相關。本實施例也包括斜坡發(fā)生器151的斜坡電壓VR,隱含在上述調制器傳遞函數(shù)Fm中。在一些實施例中，前饋傳遞函數(shù)Ki以乘法方式修正調制器傳遞函 數(shù)Fm。 Ki隨著負載電流iO增加而減小使得調制器傳遞函數(shù)Fm也隨著 負載電流i0增加而減小。該特征減小了誤差電壓Ve相對于輸出電壓 V。的DC增益的負載電流依賴性。占空因數(shù)信號d被耦合到濾波器F2,表示開環(huán)占空因數(shù)-輸出電壓 V。的傳遞函數(shù)。濾波器F2表示功率裝置IIO和輸出電路的其它元件， 包括電感器L1、輸出電容器、和負載162。濾波器F2的輸出是完成信 號跟蹤周期的輸出電壓V。。另外的濾波器表示以下傳遞路徑濾波器Fl表示開環(huán)輸入電壓Vin-輸出電壓V。的傳遞函數(shù)； 濾波器F3表示開環(huán)輸入電壓Vin-電感器電流it的傳遞函數(shù)； 濾波器F4表示開環(huán)占空因數(shù)d-電感器電流it的傳遞函數(shù)； 濾波器F5表示開環(huán)輸出電流i。-電感器電流it的傳遞函數(shù)；以及 濾波器Zp表示與輸出電壓V。和輸出電流i。有關的開環(huán)輸出阻抗。 圖9示出用來控制一組功率裝置210-1， ... 210-n的多相功率裝 置控制器200。多相功率裝置控制器200包括n個單獨模塊210-1，... 210-n和幾個共用模塊。這些包括共用電壓模式控制回路220、共用電 流控制回路230、共用電流前饋240和共用斜坡發(fā)生器251。功率裝置 210在輸出端產生輸出電壓V。。輸出電壓V。被耦合到共用電壓模式控 制回路220,所述共用電壓模式控制回路220產生誤差電壓Ve以控制 功率裝置210。然后誤差電壓Ve被耦合到各模塊201的調制器 257-1， ... 257-n。多相功率控制器200也包括共用電流模式控制回路230以產生電 流控制電壓Vcc來控制功率裝置210。共用電流模式控制回路230包括 共用電流前饋240，所述共用電流前饋240被配置為減小誤差電壓Ve 相對于輸出電壓V。的增益的低頻分量的負載電流依賴性。調制器257被耦合到共用電壓模式控制回路220以接收誤差電壓 Ve,并且被耦合到共用電流模式控制回路230以接收電流控制電壓 Vcc。共用電壓模式控制回路220包括共用電壓誤差放大器221,所述共 用電壓誤差放大器221被配置為從參考電壓源接收參考電壓V^并且從輸出電壓端接收輸出電壓V。。共用電壓誤差放大器221被配置為輸出 與參考電壓和輸出電壓V。的差相對應的誤差電壓Ve。共用電流模式控制回路230包括被配置為產生斜坡電壓的共用斜 坡發(fā)生器251和一組電流感測器233-1， ... 233-n。電流感測器233 被配置為在多個位置感測負載電流并且產生相應的感測器電壓 Vs—1，…Vs—n。共用電流前饋240被耦合到電流感測器233和共用斜坡發(fā)生器 251。共用電流前饋240被配置為通過修正與感測器電壓Vs有關的斜 坡電壓VK來產生電流控制電壓Vcc。共用電流模式控制回路230被配置為單獨地為功率裝置210產生 負載相關的斜坡。求和/求平均節(jié)點226對全部單獨的感測器電壓Vs-1， ... Vs-n求 和或求平均并且利用該信息來編程V K為負載電流相關的。盡管已經詳細描述了本發(fā)明和它的優(yōu)點，但是應當理解的是，在 不脫離由所附權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在其中 可以進行多種變化、替代、和改變。即，在本申請中包括的討論旨在 起基本描述的作用。應當理解的是，具體討論不能明確地描述所有可 能的實施例；隱含了多種供選方案。也不可能充分說明本發(fā)明的總的 特性，并且不能明確地示出每個特征或元件可以怎樣實際表示廣泛的 功能或表示多種多樣的可替換或等效元件。另外，這些被隱含地包括 在本公開中。在用裝置取向術語描述本發(fā)明的地方，裝置的每個元件 隱含地執(zhí)行功能。描述或術語都不打算限制權利要求的范圍。
權利要求
1.一種功率裝置控制器，用來控制在輸出端產生輸出電壓的功率裝置，所述功率裝置控制器包括電壓模式控制回路，所述電壓模式控制回路被配置為產生誤差電壓并且控制功率裝置；以及電流模式控制回路，所述電流模式控制回路被配置為產生電流控制電壓；以及控制功率裝置；所述電流模式控制回路包括電流前饋，所述電流前饋被配置為通過在電流回路閉合的情況下減小誤差電壓相對于輸出電壓的增益的低頻分量的負載電流依賴性來減小回路增益的負載依賴性。
2. 如權利要求1所述的功率裝置控制器，所述電壓模式控制回路 包括電壓誤差放大器，所述電壓誤差放大器被配置為 從參考電壓源接收參考電壓；并且 從輸出電壓端接收輸出電壓； 電壓誤差放大器被配置為輸出與參考電壓和輸出電壓的差相對應 的誤差電壓。
3. 如權利要求2所述的功率裝置控制器，包括 調制器，所述調制器耦合到電壓才莫式控制回路以在電壓控制端接收誤差電壓；并且耦合到電流模式控制回路以在電流控制端接收電流控制電壓；所述調制器被配置為輸出與接收的誤差電壓和接收的電流控制電 壓對應的功率裝置控制信號。
4. 如權利要求3所述的功率裝置控制器，電流模式控制回路包括 斜坡發(fā)生器，所述斜坡發(fā)生器被配置為產生斜坡電壓；和 電流感測器，所述電流感測器^^皮配置為感測負載電流；并且 產生相應的感測器電壓。
5. 如權利要求4所述的功率裝置控制器，其中電流模式控制回路被配置為通過修正感測器電流和斜坡電壓中的 至少一個的斜度來產生電流控制電壓。
6. 如權利要求5所述的功率裝置控制器，其中電流前饋被耦合到 電流感測器和斜坡發(fā)生器；其中電流前饋被配置為通過修正與感測器 電壓有關的斜坡電壓的斜度來產生電流控制電壓。
7. 如權利要求6所述的功率裝置控制器，其中 電流前銷"故配置為修正與感測器電壓有關的斜坡電壓的斜度以便 通過在電流回路閉合的情況下減小誤差電壓相對于輸出電壓的增 益的低頻分量的負載電流依賴性來減小回路增益的負載依賴性。
8. 如權利要求4所述的功率裝置控制器，所述電流前饋包括 耦合到電流感測器的差分放大器，所述差分放大器被配置為輸出放大的感測器電流到斜坡發(fā)生器。
9. 如權利要求4所述的功率裝置控制器，其中調制器^皮耦合到電流前饋以接收電流控制電壓并且被耦合到電流 感測器以接收感測器電壓。
10. 如權利要求3所述的功率裝置控制器，其中 調制器被配置為通過以功率裝置控制電壓控制功率裝置的占空因數(shù)來控制功率裝置。
11. 如權利要求3所述的功率裝置控制器，電流前饋通過修正調 制器的傳遞函數(shù)為隨負載電流的增加而減小以在電流回路閉合的情況 下減小誤差電壓相對于輸出電壓增益的低頻分量的負載電流依賴性。
12. 如權利要求1所述的功率裝置控制器，其中電流模式控制回路被配置為在負載瞬態(tài)響應期間在輸出電壓波動 之后使誤差電壓基本返回到它波動前的值。
13. 如權利要求12所述的功率裝置控制器，其中電流模式控制回路被配置為在輸出電壓波動之后使誤差電壓比單 獨的電壓模式控制回路更快地返回到它波動前的值。
14. 如權利要求1所述的功率裝置控制器，其中
15. —種多相功率裝置控制器，用來控制一組功率裝置，所述功 率裝置在輸出端產生輸出電壓，所述功率裝置控制器包括共用電壓模式控制回路，所述共用電壓模式控制回路被配置為產 生誤差電壓并且控制功率裝置；以及共用電流模式控制回路，所述共用電流模式控制回路被配置為產 生電流控制電壓并且控制功率裝置，所述共用電流模式控制回路包括電流前饋，所述電流前饋被配置為在電流回路閉合的情況下減小 誤差電壓相對于輸出電壓的回路增益或增益的低頻分量的負載電流依 賴性。
16. 如權利要求15所述的多相功率裝置控制器，包括 一組調制器，所述調制器組被耦合到共用電壓模式控制回路以接收誤差電壓并且被耦合到共用電流模式控制回路以接收電流控制電壓。
17. 如權利要求15所述的多相功率裝置控制器，所述共用電壓模 式控制回路包括共用電壓誤差放大器，所述共用電壓誤差放大器被配置為從參考電壓源接收參考電壓；并且從輸出電壓端接收輸出電壓； 所述共用電壓誤差放大器被配置為輸出與參考電壓和輸出電壓的 差對應的誤差電壓。
18. 如權利要求15所述的多相功率裝置控制器，所述共用電流模 式控制回路包括斜坡發(fā)生器，所述斜坡發(fā)生器被配置為產生斜坡電壓； 一組電流感測器，其被配置為感測負載電流；并且產生相應的感測器電壓；以及 求和-求平均節(jié)點，所述求和-求平均節(jié)點被配置為對感測器電壓 求和或求平均。
19. 如權利要求18所述的多相功率裝置控制器，其中 所述共用電流前饋被耦合到電流感測器和斜坡發(fā)生器，其中 所述共用電流前饋被配置為通過修正與感測器電壓有關的斜坡電壓來產生電流控制電壓。
20. 如權利要求15所述的多相功率裝置控制器，其中 所述共用電流模式控制回路被配置為一個一個單獨地為輸出電壓產生負載電流相關的斜坡。
21. —種用來控制功率裝置的功率裝置控制器，所述功率裝置在 連接到電感器的輸出端產生輸出電壓，所述功率裝置控制器包括耦合到功率裝置的電壓模式控制回路；耦合到電壓模式控制回路和功率裝置的電流模式控制回路；以及 電流模式前饋，所述電流模式前饋耦合到電流模式控制回路、斜 坡發(fā)生器、和電感器電流感測器，并且所述電流模式前饋被配置為根 據負載電流修正斜坡發(fā)生器的斜坡電壓和感測的電感器的電感器電流 中的至少一個的斜度。
22. —種用來控制功率裝置的功率裝置控制器，所述功率裝置在 輸出端產生輸出電壓，所述功率裝置控制器包括耦合到功率裝置的電流模式控制回路； 可調整的斜坡發(fā)生器；電流感測器，所述電流感測器被配置為感測輸出電流； 電流才莫式前饋，所述電流才莫式前饋耦合到電流才莫式控制回路、可 調整的斜坡發(fā)生器、和電流感測器，并且所述電流模式前饋被配置為 根據負載電流修正斜坡發(fā)生器的斜坡電壓和電流感測器的感測的電流 中的至少一個的斜度。
全文摘要
一種功率裝置控制器，包括電壓模式控制回路以產生誤差電壓并且控制功率裝置以及包括電流模式控制回路以產生電流控制電壓并且控制功率裝置。電流模式控制回路包括電流前饋以通過在電流回路閉合的情況下減小誤差電壓相對于輸出電壓的增益的低頻分量的負載電流依賴性來減小回路增益的負載依賴性。用來控制幾個功率裝置的多相功率裝置控制器包括共用電壓模式控制回路以產生誤差電壓以及共用電流模式控制回路以產生電流控制電壓，共用電流模式控制回路包括電流前饋以減小回路增益的低頻分量的負載電流依賴性。
文檔編號G05F1/56GK101273318SQ200680035132
公開日2008年9月24日 申請日期2006年7月19日 優(yōu)先權日2005年7月22日
發(fā)明者Y·郭 申請人:美國快捷半導體有限公司