具有可配置的補償器的dc-dc變換器的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本公開涉及具有可配置的補償器的DC-DC變換器，并且涉及為了穩(wěn)定和調(diào)節(jié)的目的的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在DC-DC變換中，通常為了穩(wěn)定和調(diào)節(jié)的目的對控制器進行補償。
[0003]在圖1中示出了典型的DC-DC變換器構(gòu)造。
[0004]該DC-DC變換器構(gòu)造包括可切換的功率級11，其中，根據(jù)切換信號和輸入電壓產(chǎn)生輸出電壓。該切換信號在數(shù)字控制器16中產(chǎn)生，該數(shù)字控制器16將輸出電壓調(diào)整為基準電壓。驅(qū)動器17將切換信號轉(zhuǎn)化成用于高側(cè)開關(guān)12和低側(cè)位開關(guān)13的單獨的切換信號?？汕袚Q的功率級還包括顯示為電感和等效串聯(lián)電阻的電感器14，以及顯示為其電容和等效串聯(lián)電阻(ESR)的電容器15。在充電階段期間，通過切換信號使高側(cè)開關(guān)導通而使低側(cè)開關(guān)關(guān)斷，以對電容器進行充電。在放電階段期間，使高側(cè)開關(guān)關(guān)斷而使低側(cè)開關(guān)導通，以使平均電感電流與負載電流匹配。
[0005]可以將切換信號生成為具有由控制規(guī)則確定的占空比的數(shù)字脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號。當以PWM操作時，控制器16可以采用模擬或數(shù)字補償方案。
[0006]采用模擬補償器的控制器通常依賴如圖2所示的使用連接至控制器1C管腳的電阻器和電容器固定的補償網(wǎng)絡，其中，通過比較器21將輸出電壓V.與基準電壓VREFERENC^行比較以生成誤差電壓V_P。有時補償部件位于1C內(nèi)部。
[0007]在DC-DC P0L模塊中，如US7432692，2008中所公開的，已經(jīng)研發(fā)了可調(diào)諧環(huán)路的概念，以通過將電阻器和電容器附接至模塊的管腳以允許環(huán)路補償?shù)淖兓?，從而重寫模塊制造商已經(jīng)內(nèi)部地配置的補償。通常由模塊用戶通過表或公式來執(zhí)行為外部部件確定適當?shù)闹怠?br>[0008]采用如圖3所示的數(shù)字補償器的控制器通常使用圖形用戶界面(GUI)和通信總線，以計算適當?shù)难a償參數(shù)并且將這些值傳遞給控制器1C，然后這些值可以被存儲到非易失性存儲器中。
[0009]然而，模塊終端用戶可能不具有受它們支配的所需的通信總線，或者可能由于這樣的任務的復雜性而不希望使用GUI?？梢圆捎米赃m應控制器來避免這種需要，但是在自適應控制補償已經(jīng)收斂之后的最終系統(tǒng)的頻率和相位特性可能是不可預測的，并且因此響應不能被預先確定到任何合適的確定程度。
[0010]此外，控制方法可以采用不同的模式，其中，所選擇的系數(shù)根據(jù)操作模式而變化。通常，自適應控制器在這種情況下表現(xiàn)不佳，因為自適應環(huán)路的學習被模式變化破壞。
[0011]如上所述，在DC-DC變換中，通常為了穩(wěn)定和調(diào)節(jié)的目的補償控制器。然而，設計在所有功率級參數(shù)值和條件下都穩(wěn)定的魯棒控制器的需求與使調(diào)節(jié)性能最大化的需求矛盾。在DC-DC P0L模塊的情況下，尤其難以確定并選擇適當?shù)难a償器，這是因為
[0012]a)當模塊制造商確定了補償時，終端用戶的輸出電容通常沒有被很好地限定，以及
[0013]b) 一旦很好地限定了輸出電容，終端用戶在確定和配置正確的補償方面具有有限的方法或技能。
[0014]因此需要一種用于電源轉(zhuǎn)換器的補償器，該補償器易于配置和優(yōu)化調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本公開的目的是提供一種用于電源轉(zhuǎn)換器的補償器，該補償器易于配置和重新配置特別針對可替代的功率級參數(shù)(具體地，體電容)。利用根據(jù)獨立的裝置權(quán)利要求的控制器和根據(jù)獨立的方法權(quán)利要求的用于控制功率級的方法來實現(xiàn)該目的。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的進一步的方面。
[0016]本發(fā)明涉及一種用于根據(jù)控制規(guī)則控制功率變換器的功率級的控制器。該控制規(guī)則實現(xiàn)特定類型的補償器，并且被預先設計以針對功率級的部件的默認參數(shù)值產(chǎn)生默認功率變換器的最佳響應。
[0017]然而，功率級的該部件的實際參數(shù)值可能與默認參數(shù)值不同。因此，控制器被進一步構(gòu)造成針對功率級的部件的實際參數(shù)值改變控制規(guī)則，使得最佳響應被保持。功率級可以包括用于識別實際參數(shù)值的裝置。
[0018]特別地，控制規(guī)則可以由極點和零點限定。然后，控制器可以被構(gòu)造成通過移動極點來改變控制規(guī)則，使得維持默認功率變換器與功率變換器的極點和零點之間的關(guān)系。本領域技術(shù)人員將會理解相同的原理可以被應用于控制規(guī)則的零點。
[0019]此外，該控制器可以被構(gòu)造成通過選擇多種類型的補償器中的另一種類型的補償器來改變控制規(guī)則?？刂破骺梢葬槍嶋H參數(shù)值改變實現(xiàn)其它類型補償器的控制規(guī)則，使得對應于其它類型的補償器和默認功率變換器的最佳響應被保持。
[0020]特別地，該控制器可以通過針對實際參數(shù)值改變多種類型補償器中的每種的控制規(guī)則來優(yōu)化所有的多種類型補償器，使得多種類型補償器中的每種的最佳響應被保持。然后，產(chǎn)生整體最優(yōu)響應的具有改變的控制規(guī)則的補償器類型被用于操作功率變換器。
[0021 ] 此外，可以使用戶能夠人工選擇補償器的類型。為了這個目的，功率變換器可以包括通信總線，該通信總線用于將選擇信號提供給控制器，控制器根據(jù)該選擇信號選擇補償器的類型。然而，該選擇信號也可以起源于另一個頂級的控制器。
[0022]針對多種類型控制器的默認控制規(guī)則(S卩，控制規(guī)則系數(shù))可以被存儲在非易失性存儲器中，控制器從該非易失性存儲器恢復考慮中的控制規(guī)則。
[0023]此外，針對各種功率級類型可以優(yōu)化設計幾種默認補償器(例如，高esr體電容器、各種電感器值)?？梢赃m當?shù)剡x擇最合適的默認補償器?？梢愿鶕?jù)功能調(diào)整所選擇的默認補償器，使得與調(diào)整后的補償器和默認功率變換器對應的最佳響應被保持。
[0024]本發(fā)明進一步涉及一種用于根據(jù)控制規(guī)則控制功率變換器的功率級的方法，該控制規(guī)則實現(xiàn)特定類型的補償器。該方法包括提供被預先設計以針對功率級的部件的默認參數(shù)值產(chǎn)生默認功率變換器的最佳響應的控制規(guī)則；確定該級的部件的實際參數(shù)值；以及針對功率級的部件的實際參數(shù)值改變控制規(guī)則，使得最佳響應被保持。
[0025]該方法的一個方面涉及改變控制規(guī)則。這可以通過選擇多種類型的補償器中的另一種類型的補償器并且針對功率級的部件的實際參數(shù)值改變實現(xiàn)其它類型的補償器的控制規(guī)則，使得其它類型補償器的最佳響應被保持來實現(xiàn)。
[0026]該方法還可以包括使多種類型的補償器中的一種類型的補償器和相應的控制規(guī)則優(yōu)化。
[0027]因此，本發(fā)明提供:一種用于控制功率變換器的功率級的控制器，該控制器能夠通過使用數(shù)字通信總線或者如果需要的話不使用數(shù)字通信總線而簡單地從多種預先設計的補償器中選擇和/或根據(jù)功能調(diào)整所述補償器來配置；以及一種用于確定、配置和存儲預先設計的補償器使得在功率變換器的很寬的范圍內(nèi)采用適當?shù)难a償器的方法。
【附圖說明】
[0028]將參照附圖，其中
[0029]圖1示出了處于降壓(buck)拓撲的典型DC-DC變換器；
[0030]圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的補償網(wǎng)絡；
[0031]圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)的典型數(shù)字補償器；
[0032]圖4示出了具有變化的電容C的示例性系統(tǒng)的波特圖；
[0033]圖5示出了針對默認功率變換器(實線)和具有增加的電容的實際功率變換器(虛線)的開環(huán)增益和功率級增益；
[0034]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的默認補償器(實線)和實際補償器(虛線)的波特圖；以及
[0035]圖7示出了默認功率變換器環(huán)路增益/相位(實線)和實際功率變換器(虛線)的波特圖。
【具體實施方式】
[0036]出于示例的原因，將關(guān)于PID實施方式來描述本發(fā)明，雖然應該明白相同的原理也能夠在任何其它實施方式中被等效地實現(xiàn)。將比例、積分和微分增益分別標識為Kp、KjP
Kdo
[0037]重新參照如圖1所示的降壓(buck)變換器，本領域技術(shù)人員已知的是，應該針對最關(guān)鍵的部件和參數(shù)值執(zhí)行控制器的補償，以便保證變換器在所有條件下的穩(wěn)定性。輸出體電容C通常是已知的具有最小確定性的部件值或參數(shù)，并且因此使用其作為示例，將針對變換器中期望電容的最小值來設計補償。
[0038]在圖4中示出這樣的系統(tǒng)的開環(huán)增益的波特圖(實線)。圖4的虛線示出了在該示例中當電容C以6倍的系數(shù)變化時，環(huán)路響應顯著地變化。
[0039]鑒于補償器被設計為使原始系統(tǒng)的響應