具有相电流估计器的开关功率转换器电流感测的制作方法_3

文档序号:8527239阅读:来源:国知局
、LSN)之间的延迟(PWM_dly)。基于PWM_on估计相电流比基于PWM更 精确。图4的波形⑷示出了过渡时间段(PWM_tr),在此期间,斜率估计器单元216和斜率 校正单元218可以被停用,且只有跟踪单元214提供反馈回路。图4的波形(e)示出了PWM 周期的剩余时间段(PWM_〇ff),其中任何瞬变都应当停息,并且与PWM_tr和PWM_on相比, 相电流跟踪是最精确的(PWM_〇n状态可以有非常大的噪音,PWM_tr状态可以有瞬时振汤)。 这样,在PWM_off状态期间可以获得相电流的负斜率的良好估计。由于输出电压(Vout)、输 入电压(Vin)和PWM占空比之间的关系由控制器200获知并可以用于相电流估计器204,因 此相电流估计器204可以将PWM_off状态期间产生的相对无噪声相电流负斜率估计值转换 为相电流的正斜率估计值,以使得有噪声的PWM_〇n状态和有瞬时振荡的PWM_tr状态不会 不利地影响正斜率估计值。
[0038] 图5示出了相电流估计器204的跟踪单元214的一个实施例。跟踪单元214向反 馈回路提供缩放后的误差反馈(Itrack)。PWM周期的每个状态(PWM_on、PWM_off和PWM_ tr)的增益(Ktrack_on/off、Ktrack_tr)可以是不同的。例如,PWM_on和PWM_off状态的 增益(Ktrack_on/off)可为小于1,而PWM_tr状态的增益(Ktrack_tr)可以接近1,这是因 为没有估计和跟踪回路应当发生。使用小增益的优点是衰减系统中的传播噪声。在一些情 况中,诸如开关速率低,其中相电流从正斜率到负斜率缓慢地变化或处于休眠模式中,跟踪 单元214自身可提供良好的跟踪响应,即斜率估计器单元216和斜率校正单元218在这样 的条件下可以停用,如果需要的话。例如,在高阻抗(HiZ)模式,并且一旦相电流低于某一 值,例如,如图10所示的被设置为低的Igc所指示的,控制器200可以切换到跟踪模式(图 5中标记为Trackjnode的信号所指示的),其中跟踪单元214保持启用,而斜率估计器单元 216和斜率校正单元218被停用。相反,如果开关功率转换器工作于高开关速率,在该速率 上相电流从正斜率快速地变化为负斜率,斜率估计器单元216和斜率校正单元218被启用。 为了这个目的,控制器200可以包括数字逻辑300,其在这些条件下产生解除激活信号(解 除激活),或者当跟踪模式信号(Track_mode)指示解除激活。
[0039] 跟踪单元302包括逻辑,用于基于PWM周期的状态和跟踪模式信号的状态来控制 MUX(多路复用器)304。跟踪单元214还包括第一乘法器306,用于在接通PWM状态(PWM_ on)期间,以第一增益值(Ktrack_on)缩放相电流估计误差(Ierror_d),其中PWM脉冲在 PWM周期的第一部分被激活,并且相电流具有如图4的波形(a)所示的正斜率(P)。相同 (或不同)的乘法器306用于在关断PWM状态(PWM_off)期间,以第二增益值(Ktrack_off) 缩放相电流估计误差(Ierror_d),其中PWM脉冲在PWM周期的第二(稍后)部分被解除激 活,并且相电流具有如图4的波形(a)所示的负斜率(N)。
[0040] 跟踪单元214还包括附加的乘法器308,用于在接通和关断PWM状态之间的过渡 PWM状态期间,以第三增益值(Ktrack_tr)缩放相电流估计误差(Ierror_d),其中相电流 从正斜率(P)转变为负斜率(N),如图4的波形(a)所示。在一个实施例中,第二增益值 (Ktrack_off)大于第一和第三增益值(Ktrack_on、Ktrack_tr),使得相电流估计误差在 PWM周期的关断PWM状态期间比接通PWM和过渡PWM状态期间以更大的值缩放,接通和过渡 PWM状态往往比PWM_off具有更多的噪声(PWM_on)和更多的瞬时振荡(PWM_tr)。
[0041] MUX选择逻辑302基于PWM周期的当前状态,确定相电流估计误差的哪个缩放版 本被选为跟踪单元214的输出(Itrack)。例如,在当前PWM状态是PWM_on时,Itrack= Ierror_dXKtrack_on,在当前PWM状态是PWM_tr时,Itrack=Ierror_dXKtrack_tr,在 当前PWM状态是PWM_off时,Itrack=Ierror_dXKtrack_off。在HiZ模式中或在跟踪模 式信号指示时,跟踪单元214可以保持启用,斜率估计器单元216和斜率校正单元218可以 被停用,如上面所解释的。
[0042] 图6示出了相电流估计器204的斜率估计器单元216的一个实施例。斜率估计 器单元216基于监视施加到每一相102的开关的控制信号(GHN、GLN)、PWM控制信号(接 通、关断、高阻抗等)的状态、或PWM控制信号的三价输入而工作,并提供了相电流的估计值 (slope_est)。在理想的情况下,相电流估计值(Isample)是完美的,误差(Ierror_d)变为 零,并且跟踪单元214和斜率校正单元218也将不产生任何输出。实际上由于参数公差和 测量噪声,(由用户)输入不精确的L数值以及分量的非线性,相电流的估计值(采样)不 是完美的,并且跟踪单元214和斜率校正单元218试图减小误差。
[0043] 斜率估计器单元216包括逻辑400,用于基于PWM周期的状态以及跟踪模式信号 (Track_mode)的状态来控制MUX402。在接通PWM状态(PWM_on)期间,斜率估计器单元216 的输出(slope_est)对应于第一相电流的斜率估计值
【主权项】
1. 一种相电流估计器,包括; 模拟电路,可操作为通过比较开关功率转换器的相电流与代表所述相电流的估计值的 模拟值,来产生相电流估计误差;W及 数字电路,可操作为基于所述相电流估计误差和多个与所述开关功率转换器的操作相 关联的参数来修改所述相电流估计值。
2. 根据权利要求1所述的相电流估计器,其中模拟电路包括: DAC(数模转换器),可操作为将由所述数字电路产生的所述相电流估计值转换为代表 所述相电流估计值的模拟值;W及 ADC(模数转换器),可操作为将对应于代表所述相电流估计值的模拟值和所述相电流 之间的差别的模拟误差信号转换为数字误差信号,所述数字误差信号对应于由所述数字电 路分析的所述相电流估计误差。
3. 根据权利要求1所述的相电流估计器,其中所述数字电路包括: 跟踪单元,可操作为在所述开关功率转换器的PWM周期的不同PWM(脉冲宽度调制)状 态期间W不同的增益值来缩放所述相电流估计误差; 斜率估计器单元,可操作为基于所述PWM周期的所述不同PWM状态和与所述开关功率 转换器的操作相关联的电压参数,通过积分产生所述相电流的新的估计值;W及 斜率校正单元,可操作为校正所述相电流估计误差中的积分误差。
4. 根据权利要求3所述的相电流估计器,其中所述跟踪单元可操作为: 在接通PWM状态期间W第一增益值缩放所述相电流估计误差,其中PWM脉冲在所述PWM周期的第一部分被激活,并且所述相电流具有正斜率; 在关断PWM状态期间W第二增益值缩放所述相电流估计误差,其中PWM脉冲在所述PWM周期的第二部分被解除激活,并且所述相电流具有负斜率;W及 在接通和关断PWM状态之间的过渡PWM状态期间W第=增益值缩放相电流估计误差, 并且所述相电流从正斜率过渡到负斜率。
5. 根据权利要求4所述的相电流估计器,其中所述第二增益值大于所述第一增益值和 所述第=增益值,使得所述相电流估计误差在所述PWM周期的所述关断PWM状态期间比所 述PWM周期的所述接通PWM状态和所述过渡PWM状态期间W更大的值缩放。
6. 根据权利要求3所述的相电流估计器,其中如果所述开关功率转换器操作在所述相 电流从正斜率快速变化到负斜
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