用于开关模式功率转换器的数字控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于电功率转换器的控制器，具体地，涉及用于开关模式电功率转换器的数字控制器。
【背景技术】
[0002]包括开关模式的功率转换器的功率转换器可被用作针对诸如电池的具有特定电流和/或电压要求的负载的驱动。在开关模式功率转换器的操作期间，一个或多个开关被用来控制输出功率。一般地，某一形式的控制器被用来控制这些开关的操作。当设计用于开关模式功率转换器的控制器时，一般期望最大化功率转换器的效率。
【发明内容】
[0003]总体地，本公开中所描述的技术与使用跨耦合到功率转换器的输出的负载(例如电池)的电压来确定用于控制功率转换器的电流控制回路的基准电流相关。例如，控制器可基于跨耦合到功率转换器的输出的电池的电压和基准电压值来确定基准电流值。控制器可随后基于基准电流值和正被供应到电池的电流来确定阈值。在一些示例中，控制器可随后将基于阈值的控制信号输出到功率转换器。
[0004]在一个示例中，方法包括接收电压值，将电压值与基准电压值比较以确定(deltavoltage)差量电压值，基于差量电压值确定基准电流值，接收电流值，将电流值与基准电流值比较以确定差量电流值，以及基于差量电流值确定阈值，其中阈值用来限定控制功率转换器的控制信号。
[0005]在另一示例中，电路包括第一模拟数字转换器，其配置为将模拟电压转换成数字电压值；第一减法器，其配置为从数字电压值中减去基准电压以确定差量电压值；积分器，其配置为对差量电压值加以积分以确定基准电流值；第二模拟数字转换器，其配置为将接收自功率转换器的模拟电流采样转换成数字电流值；第二减法器，其配置为从数字电流值中减去基准电流值以确定差量电流值；控制器，其被配置为基于差量电流值确定阈值；以及数字脉宽调制器，其配置为将基于阈值的控制信号输出到功率转换器。
[0006]在另一示例中，设备包括用于接收电压值的装置、用于将电压值与基准电压值比较以确定差量电压值的装置、用于基于差量电压值确定基准电流值的装置、用于接收电流值的装置、用于将电流值与基准电流值比较以确定差量电流值的装置、以及用于基于差量电流值确定阈值的装置，其中阈值用来限定控制功率转换器的控制信号。
[0007]在下面的附图和描述中阐述了本发明的一个或多个实施例的细节。本发明的其他特征、对象和优点从描述和附图中以及从权利要求中将是显而易见的。
【附图说明】
[0008]图1是根据本公开的一个或多个技术的示出用于控制开关模式功率转换器的示例系统的不意图。
[0009]图2是根据本公开的一个或多个技术的示出控制开关模式功率转换器的示例控制器细节的框图。
[0010]图3是根据本公开的一个或多个技术的示出用于控制开关模式功率转换器的示例系统的细节的框图。
[0011]图4是根据本公开的一个或多个技术的示出用于控制开关模式功率转换器的示例系统细节的框图。
[0012]图5是根据本公开的一个或多个技术的示出控制开关模式功率转换器的示例控制器细节的框图。
[0013]图6是根据本公开的一个或多个技术的示出控制开关模式功率转换器的示例控制器细节的框图。
[0014]图7是根据本公开的一个或多个技术的示出控制开关模式功率转换器的示例控制器细节的框图。
[0015]图8是根据本公开的一个或多个技术的示出用于开关模式的功率转换器的控制器的示例操作的流程图。
【具体实施方式】
[0016]开关模式功率转换器(SMPC)是包括一个或多个开关以将电功率从电源转换并传输到负载的电子电源。SMPC的一些示例包括降压、升压、降压-升压、反激和库克(Cuk)。功率转换通过调整用来控制开关的状态的控制信号的占空比来实现。控制信号的占空比越高，越多功率被传输到负载。典型地，控制信号由模拟或数字控制器生成。
[0017]在一些示例中，附连到SMPC的负载可包括一个或多个电池。在这类示例中，SMPC可将电池充电。典型地，供给到电池的功率量在整个充电过程中不是恒定的。为了满足电池充电的要求，一些SMPC控制器利用两个单独的充电阶段，每个充电阶段由单独的回路控制。这些阶段典型地称为恒定电流阶段和恒定电压阶段。电压控制回路基于电池电压和基准电压之间的差来确定其占空比。电流控制回路基于电池充电电流和预确定的基准电流之间的差来确定其占空比。控制回路中的每一个输出一个占空比并且两个占空比中的较小者被用来确定驱动SMPC的控制信号。两个单独的控制回路在整个充电过程中工作，即使SMPC未运行在相应的充电阶段(例如，在恒定电流阶段期间电压控制回路是有效的)也如此。
[0018]根据本公开的技术，数字控制器可利用跨耦合到功率转换器的输出的负载所测量的电压，以确定用于控制功率转换器的电流控制回路的基准电流。本公开的各方面可提供一个或多个优点。例如，本公开的技术可消除对实现两个单独的控制回路的需求。此外，本公开的技术可提供更高效的功率转移以及降低的功率损耗。
[0019]图1是根据本公开的一个或多个技术示出用于控制开关模式的功率转换器的示例系统100的示意图。系统100包括控制器2、功率转换器4以及负载6。控制器2的示例可包括但不限于包括一个或多个微处理器，一个或多个微处理器包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或者任何其他等同的集成或离散逻辑电路以及这类部件的任何组合。
[0020]如图1中所示，控制器2可包括I/O设备8。在一些示例中，I/O设备8配置为接收一个或多个输入信号和/或生成一个或多个输出信号。如图1所不，I/O设备8的不例可包括一个或多个模拟数字转换器、一个或多个数字脉宽调制(DPWM)生成器、一个或多个通用输入/输出(GP1)、或多个总线接口 (例如，12(:、臥町、5?1、1^1队1汕&、和/或〇八的和/或配置为接收输入或生成输出的任何其他类型的设备。I/O设备8可从系统100的诸如功率转换器4和/或负载6的其他部件接收信号。此外，I/O设备8可将信号输出到系统100的诸如功率转换器4和/或负载6的其他部件。
[0021]在一些示例中，控制器2包括I/O模块10。I/O模块10可实施一个或多个功能以接收诸如电信号的输入，并将这类输入发送到与控制器2相关联的其他部件，诸如基准电流模块12和差量电流模块14。I/O模块10还可从诸如控制信号模块16的与控制器2相关联的部件接收数据。使用该数据，I/O模块10可能使诸如I/O设备8的与控制器2相关联的其他部件基于数据来提供输出。例如，I/O模块10可从控制信号模块16接收数据，使I/O设备8将控制信号输出到功率转换器4。
[0022]在一些示例中，控制器2包括基准电流模块12。基准电流模块12可包括功能性以在控制器2上执行操作的任何变形。例如，基准电流模块12可从诸如I/O模块10的控制器2的其他部件接收诸如电压值的数据。基准电流模块12还可包括功能性以处理所接收的数据并将结果发送到诸如差量电流模块14的控制器2的其他部件。例如，基准电流模块12可处理接收自I/O模块10的电压值以确定基准电流值。基准电流模块12可随后将被确定的基准电流值发送到差量电流模块14。625234
[0023]在一些示例中，控制器2包括差量电流模块14。差量电流模块14可包括功能性以在控制器2执行操作的任何变形。例如，差量电流模块14可从诸如基准电流模块12或I/O模块10的控制器2的其他部件接收诸如基准电流值或电流值的数据。差量电流模块14还可包括功能性以处理所接收的数据并将结果发送到诸如信号控制模块16的控制器2的其他部件。例如，差量电流模块14可处理接收自基准电流模块12的基准电流值以及接收自I/O模块10的电流值，以确定差量电流值。差量电流模块14可随后将被确定的差量电流值发送到控制信号模块16。
[0024]在一些示例中，控制器2包括控制信号模块16。控制信号模块16可包括功能性以在控制器2执行操作的任何变形。例如，控制信号模块16可从诸如差量电流模块14的控制器2的其他部件接收诸如差量电流值的数据。控制信号模块16还可包括功能性以处理所接收的数据并将结果发送到诸如I/O模块10的控制器2的其他部件。例如，控制信号模块可处理接收来自差量电流模块12的差量电流值以确定阈值。控制信号模块16可随后将被确定的阈值发送到I/O模块10。I/O模块10可随后使I/O设备8基于阈值生成输出。
[0025]系统100可包括功率转换器4。如图1所示，功率转换器4可耦合到诸如控制器2和负载6的系统100的其他部件。在一些示例中，功率转换器4被配置为从诸如控制器2的系统100的其他部件接收诸如控制信号的输入。功率转换器4可被配置为将诸如电功率的输出提供到诸如负载6的系统100的其他部件。在一些示例中，功率转换器4被配置为响应于从系统100的其他部件所接收的输入来将输出提供到系统100的其他部件。例如，功率转换器4可响应于从控制器2所接收的控制信号来将功率提供到负载6。在一些示例中，功率转换器4可被配置为将诸如(模拟或数字的)电压或电流信号的信号发送到系统100的其他部件。例如，功率转换器4可被配置为将电压采样和/或电流采样发送到控制器2。功率转换器4的示例包括开关模式功率转换器，诸如降压、升压、降压-升压、反激、库克、或可提供电功率的任何其他类型的设备。
[0026]系统100可包括负载6。如图1所示，负载6可耦合到系统100的其他部件，包括功率转换器4和控制器2。在一些示例中，负载6可包括一个或多个电池、一个或多个计算设备、使用电功率的任何其他设备或其的任意组合。其中负载6包括电池，电池可包括多个元(cell)。负载6可被配置为从诸如功率转换器4的系统100的其他部件接收诸如电功率的输入。此外，负载6可被配置为将输出提供到系统100的其他部件。例如，负载6可被配置为将(模拟或数字的)电压采样提供到控制器2。负载6的示例可包括计算机(例如，平板或膝上型计算机)、移动计算设备(例如，“智能电话”、或个人数字助理)、电池(例如，镍-镉、铅-酸、镍-金属氢化物、镍-锌、银氧化物、锂离子、或任何其他类型的可再充电电池)或其的任意组合。
[0027]本公开的技术可改进开关模式功率转换器的控制器的效率和优化。使用本公开的技术，开关模式功率转换器的控制器可利用至少两个嵌套控制回路来限定用于功率转换器的控制信号，而非实现两个单独的控制回路来限定控制信号。控制器可在电压控制回路内实现电流控制回路，使得电压回路限定由电流控制回路所使用的基准电流。换句话说，电压控制回路可称为外部回路，