CN101252311A - 数字电源转换器用的模式跟踪与参数估计式自适应控制器 - Google Patents

Abstract

一个功率级控制器可自适应地控制电源开关以及改进所述功率级的功耗的效率，并检测功率级的连续导通模式(“CCM”)和断续导通模式(“DCM”)操作，而无需对输出电感电流的即时或逐个周期地感测和取样。另外，该控制器可有助于估计输出电感值、峰值电感电流值以及关于转换器操作的其它信息。

Description

数字电源转换器用的模式跟踪与参数估计式自适应控制器

技术领域

一般来说，本公开涉及电子系统中的供电技术，具体而言，(非排他地)涉及电子系统中的电源转换器的控制器。

背景技术

由于计算平台中的集成电路(“IC”)(例如数字信号处理器(“DSP”)电路)变得更具有功率效率，所以无疑希望电压调节器(“VR”)或者这类IC的供电子系统在包括轻负载在内的所有负载电平上的功率转换期间变得更为有能量效率。与断续导通模式(DCM)结合的可变开关频率用来改进轻负载时的转换器效率。这类方案可获得改进的轻负载效率，而对重负载效率没有影响，但有时以稳态电压波动和动态方面的降级性能为代价。还提出了其它方案、如非线性控制方案，以满足对性能的需求，同时改进轻负载效率，但需要增加对DCM模式中的峰值电感电流的检测。

数字控制器通常用来控制供电子系统，并与数字系统中的IC和其它组件接口。数字控制器具有灵活并且一般在所有负载电平上都产生比模拟控制器更高的功率转换效率的优点。但是，为了使一般的数字控制器正常执行，要求检测DCM，它还要求感测输出电感电流并检测输出电感电流的过零点。要准确检测输出电感电流的过零点，输出电感电流需要以高取样速率取样、转换为数字形式并且与零进行比较。这意味着需要高速取样、高分辨率模数转换(“ADC”)以及高速比较。所有这些引起供电子系统和整个系统的功耗、大小及成本的增加。此外，在接通和断开转换器开关(在发生电感电流的过零和峰值时)的情况下引入的开关噪声使得更难以检测输出电感电流的过零点。此外，输出电感电流的感测电路的添加可能影响输出电感电流的感测和取样值的精度，并且可能又影响数字电源转换器的操作精度。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中存在的问题构思而成。

其一个目的在于提供一种用于自适应地控制电子系统中的功率级的方法，包括如下步骤：获得所述功率级的输入功率；获得所述功率级中的同步电源开关的当前占空比；自适应地改变所述同步电源开关的占空比，直至得到最小输入功率为止；以及采用对应于所述同步电源开关的最小输入功率的所述占空比。

其另一目的在于提供一种用于自适应地控制电子系统中的功率级的装置，包括：用于获得所述功率级的输入功率的部件；用于自适应地改变所述同步电源开关的占空比、直至得到最小输入功率为止的步骤；以及用于采用对应于所述同步电源开关的最小输入功率的所述占空比的部件。

附图说明

通过以下对主题的详细描述，所公开主题的特征和优点将变得非常明显，附图包括：

图1说明具有数字控制器的电源转换器的简图；

图2说明根据本申请所公开主题的一个实施例、具有数字控制器的电源转换器的简图；

图3A和图3B说明分别通过连续导通模式(“CCM”)和通过断续导通模式(“DCM”)工作的电源转换器200(如图2所示)的输出电感电流波形；

图4是根据本申请所公开主题的一个实施例、用于自适应地控制电源开关而无需感测输出电感电流的一个示范性过程的流程图；

图5说明数字电源转换器的下位开关的占空比与输出电感电流的过零之间的关系；

图6示意说明根据本申请所公开主题的一个实施例、用于确定电源转换器的工作模式的方法；以及

图7是用于跟踪DCM模式中的峰值输出电感电流以及控制通过限制DCM模式中的峰值输出电感电流来控制输出电压波动的一个示范性过程的流程图。

具体实施方式

本申请所公开主题的实施例，电源转换器的数字控制器可自适应地控制电源开关，并检测电源转换器的连续导通模式(“CCM”)和断续导通模式(“DCM”)操作，而无需对输出电感电流的即时或逐个周期的感测和取样。这可产生节省电子系统中的电源转换器的功耗以及大小和成本。另外，数字控制器可有助于部分根据经由低速感测所得到的输入电流来估计输出电感值、峰值电感电流值以及关于转换器操作的其它信息。

说明中提到所公开主题的“一个实施例”或“实施例”表示结合该实施例所述的具体特征、结构或特性包含在所公开主题的至少一个实施例中。因此，词组“在一个实施例中”在本说明的各个位置中的出现不一定都表示同一个实施例。

图1说明具有数字控制器140的电源转换器100的简图。电源转换器100包括控制电源开关110、同步电源开关115、到电源开关110和115的门驱动器120、输出电感器130、电源转换器100的输出电容器160、电源转换器的负载165以及向电源转换器提供输入电压和/或功率的输入电源105。当控制电源开关110接通时，输入电源105迫使电流进入输出电感器130，并对输出电容器160充电。当输出电感器的电流达到其高峰值时，控制电源开关110断开，而同步电源开关115接通，以提供使输出电感电流流动的闭合通路。当输出电感电流减小到其下峰值时，同步电源开关115断开，而控制电源开关110接通。在大多数应用中，输出电感电流在满负载操作中从不下降到零(这被定义为连续导通模式(“CCM”)操作)。整体性能采用CCM通常更好，并且它允许从给定输入电压和开关额定电流中得到最大输出功率。

在最大负载电流相当低的应用中，输出电感电流可能下降到零。在这种情况发生时，使电源转换器100工作于断续导通模式(“DCM”)的设计方式中可能是有利的，也就是说，当输出电感电流下降到零时，同步电源开关115断开，以防止输出电感电流在控制电源开关110再次接通之前下降到低于零。以断续模式进行操作可使得整体转换器尺寸较小，因为可采用更小的电感器。在低负载电流值以DCM模式工作一般是无害的，并且甚至设计用于满负载的CCM操作的转换器在负载电流减小时也变得不连续。图3A和图3B分别表示CCM和DCM模式中的输出电感电流iL的波形。

另外，电源转换器100包括数字控制器140、第一模数转换器(“ADC”)155、一个或多个慢速ADC 125以及门驱动器120。数字控制器140可包括高级控制方案单元145、比较器170和一些其它组件。虽然图中未示出，但电源转换器100还包括感测输出电感电流并将感测电感电流馈送到快速ADC 155的感测组件、以及感测其它数据、如输入电流的其它感测组件。快速ADC 155将感测电感电流从模拟形式转换为数字形式。数字化电感电流可在提供给数字控制器140中的比较器170之前首先被放大/补偿。比较器170将数字化电感电流与零比较，以检测电感电流的过零点。为了改进过零检测的准确度，希望ADC155是快速的并且具有高分辨率，以及比较器170也是快速的。慢速ADC 125可将其它感测数据、如输入电流从模拟形式转换为数字形式，并将数字化数据提供给数字控制器140。

数字控制器140接收数字化数据、如输入电流和输出电感电流，处理这种数据，并且根据处理结果、通过高级控制方案单元145来确定它应当将哪一个控制信号发送给门驱动器120。根据从数字控制器所接收的控制信号，门驱动器120产生控制电源开关110的控制信号175以及同步电源开关115的控制信号180。当电源转换器以CCM模式工作时，控制信号175和控制信号180可彼此互补，即，当控制信号175为高电平(即控制电源开关110接通)时，控制信号180为低电平(即开关115断开)；而当控制信号175为低电平(开关110断开)时，控制信号180为高电平(开关115接通)。当电源转换器以DCM模式工作时，控制信号175的开关频率可保持为与在CCM模式下相同或相似；但控制信号180的开关频率会改变。在DCM模式下，数字控制器检测输出电感电流通过零的点，并通过门驱动器120将控制信号180变为低电平，即使控制信号175仍然保持为低电平。控制信号175和控制信号180的示范性波形如图6所示，其中，波形610表示在CCM和DCM模式下的控制信号175；波形620表示在CCM模式下的控制信号180；波形630表示在DCM模式下的控制信号180。

为了使电源转换器100正确地以DCM模式工作，ADC 155须为快速的且具有高分辨率，且比较器170也须为快速的。例如，对于以500kHz工作的电源转换器，具有大于10MHz带宽的、用于输出电感电流的感测组件是维持正常工作(感测实际而不是失真的电感电流信号)所需的。如果逐个周期地对这个信号瞬时取样，则必须具有5M个取样/秒或更高分辨率的12位的ADC。这类电路以功耗、成本、大小和设计复杂度的增加为代价，来为控制器提供诸如峰值电流和过零/模式信息之类的信息。另外，电源转换器中的电感值在没有附加电路时无法测量或计算。

图2说明根据本申请所公开主题的一个实施例、具有数字控制器240的电源转换器200的简图。电源转换器200包括控制电源开关210、同步电源开关215、电源开关210和215的具有DCM/CCM能力的驱动器220、输出电感器230、电源转换器200的输出电容器260、电源转换器的负载265以及向电源转换器提供输入电压和/或功率的输入电源205。电源转换器200的这些组件对应于图1所示的电源转换器100中的那些组件(例如具有DCM/CCM能力的驱动器220对应于图1中的门驱动器120)。

电源转换器200与电源转换器100之间的差异包括但不限于：1)电源转换器200中没有输出电感电流感测；2)电源转换器200中不需要高速/高分辨率ADC；3)电源转换器200中不需要高速比较器；以及4)无需检测电源转换器200中的输出电感电流的峰值。除了用于调节的输出电压250之外，唯一被感测到的信息是平均输入电流235。输出电压250和平均输入电流235都不需要高速感测或高速/高分辨率ADC。根据数字化输出电压和数字化平均输入电流，电源转换器200的数字控制器240采用如图4和图5所示的高级控制方案来检测输出电感电流的过零点，并相应地对具有DCM/CCM能力的驱动器220产生控制信号。具有DCM/CCM能力的驱动器220可产生控制电源开关210的控制信号275和控制同步电源开关215的控制信号280。当电源转换器200以DCM模式工作时，控制信号280在由数字控制器240检测到输出电感电流的过零点时变成低电平(甚至当控制信号275仍然保持为低电平时)。另外，数字控制器240可根据控制信号275和控制信号280来确定电源转换器200是在CCM还是在DCM模式下进行操作。此外，数字控制器240能够估计诸如DCM峰值电感电流、输出电感值和临界输入电流之类的参数。

图3A和图3B说明分别以CCM和DCM模式工作的电源转换器200(如图2所示)的输出电感电流波形。由于采用数字控制器240，因此控制电源开关210的占空比(D)无需感测便可得到。通过利用对感测输入电流I_in和D的了解，可更准确地估计转换器参数，因为这两个参数与转换器的功率损耗的效果直接相关(或者受其影响)。同步电源开关215的占空比(D₁)取决于工作模式CCM或DCM。在CCM模式中，D_1-CCM≈1-D_CCM；而在DCM模式中，D_1-DCM的值取决于作为许多电源转换器设计参数的函数的电感电流过零点。如图3A和图3B所示，D_CCM表示CCM模式中的同步电源开关的“接通”时间的占空比；D_1-CCM表示CCM模式中的同步电源开关的“断开”时间的占空比；D_1-DCM表示DCM模式中的同步电源开关的“接通”时间的占空比；以及D_DCM表示与输出电感电流的上升沿对应的、同步电源开关的“断开”时间的占空比。这些占空比可用下式来估计。

CCM模式：

D_CCM≈V_o/V_in                                   (1)

D_1-CCM≈1-(V_o/V_in)＝1-D_CCM                     (2)

DCM模式：

$D_{\mathrm{DCM}}\≈D_{1-\mathrm{DCM}}\·[V_o/(V_{\mathrm{in}}-V_o)]$

$\≈\sqrt{[(2\·L_o\·I_o\·V_o\·f_{s-\mathrm{DCM}})/(V_{\mathrm{in}}\·(V_{\mathrm{in}}-V_o))]}---\left(3\right)$

$D_{1-\mathrm{DCM}}\≈\sqrt{[(2\·L_o\·I_o\·f_{s-\mathrm{DCM}})/(V_{\mathrm{in}}-V_o)]}\·(\sqrt{V_{\mathrm{in}}/V_o}-\sqrt{V_o/V_{\mathrm{in}}})---\left(4\right)$

上式中，V₀是电源转换器的输出电压；I_o是输出负载电流；L_o是输出电感器的电感；f_s-DCM是DCM模式中的同步电源开关的开关频率。实际上，为了具有D_1-CCM的更准确值，可从等式(2)的D_1-CCM中减去(t_df+t_dr)/T_s-CCM，其中，t_df和t_dr是控制电源开关与同步电源开关之间的下降和上升沿空载时间的最小值，以防止重叠。

占空比D由闭环反馈补偿/控制器来控制。D₁在DCM和CCM模式中是变化的，因此需要求出。实际上，跟踪D₁相当于检测输出电感电流的过零瞬间350(如图3B所示)。图4是根据本申请所公开主题的一个实施例的一个示范性过程400的流程图，用于通过跟踪以DCM模式工作的同步电源开关的占空比来自适应地控制电源开关，而无需感测输出电感电流。根据存在接近CCM模式中的1-D的值和接近DCM模式中的电感器过零点的最佳D₁值的假设，如图5所示，D₁改变(递增和递减)，直到取得最小输入电流为止。当输入电流为最小值时，它表示消耗最小功率。因此，对应于最小输入电流的D₁的值表示D₁的最佳值。

过程400在框405开始。在框410，输入电流的值可从电源转换器的感测组件中得到。在框415，输入电流的值变化ΔI_in可根据从前一个取样点到当前取样点的D₁的值变化ΔD₁(增加或减少)而计算。在框420，输入电流的当前取样值和D₁可作为其相应的先前取样值被保存，因为取样过程这时将移动到下一个取样点(即，下一个取样点成为当前取样点)。在框425，可比较ΔI_in的符号和ΔD₁的符号。如果它们相同，则可在框430进一步确定。如果ΔI_in的符号和ΔD₁的符号不同，则可在框435进一步确定。在框430，D₁的当前值与1-(D+(t_df+t_dr)/T_s-CCM)的值进行比较。如果前者不小于后者，则表明电源转换器可用CCM模式工作，过程400因而移动到框450，从而等待多个开关周期以再次开始该过程。如果D₁的值小于1-(D+(t_df+t_dr)/T_s-CCM)的值，则表明电源转换器以DCM模式工作，并且尚未达到D₁的最佳点；在框440，D₁的取样点可向前移动一个步长。在框435，D₁的当前值与t_df/T_s-CCM的值(这可认为是D₁的最小值)进行比较。如果D₁不大于t_df/T_s-CCM，则过程移动到框450，从而等待多个开关周期以重新开始该过程。如果D1大于t_df/T_s-CCM，则在框445，D₁的取样点向后移动一个步长。一般来说，在最佳点附近存在超过一定次数的(如两次)连续增、减时，过程400即可停止，于是D₁可被设定，直到输入电流发生变化。D₁的最佳值可跟与其关联的I_in一起存储，以将它用于其它参数估计和/或用作最佳D₁的下一次搜索的起始点。

图5说明数字电源转换器的下位开关的占空比与输出电感电流的过零之间的关系。如图所示，存在对应于I_in的最小值的D₁的一个点(最佳D₁510)。由于输入电压通常是固定的，所以最佳I_in对应于最高的功耗效率。利用图中所示的D₁和I_in的关系，可按照如图4所示的过程来找到最佳D₁。应当注意，如果输入电压不是固定的，则应当用输入功率而不是输入电流来搜索最佳D₁，它应当对应于最小输入功率。

控制电源开关(例如图2中的210)的占空比和同步电源开关(例如图2中的215)的占空比可用来确定电源转换器的当前工作模式是CCM还是DCM。用于进行这种确定的一种方式如下所示：

$\left\{\begin{array}{cc}1-D>D_1& \⇒\mathrm{DCM}\\ \mathrm{Otherwise}& \⇒\mathrm{CCM}\end{array}\right.---\left(5\right)$

用于进行这种确定的另一种方式如图6所示。当电源转换器(例如图2中的200)以CCM模式工作时，控制电源开关的控制信号和同步电源开关的控制信号是互补的，如图6中的波形610和620所示(即，当610为高电平时，620为低电平，反之也一样)。但是，当电源转换器以DCM模式工作时，在同步电源开关断开的瞬间与控制电源开关接通的瞬间之间存在间隔(图6中表示为690)(以DCM模式工作的同步电源开关的控制信号在图6中由波形630表示)。因此，如果在控制电源开关的控制信号与同步电源开关的控制信号之间执行逻辑“或”运算，则在理想情况下，输出始终为高电平，如CCM模式中的波形670所示，以及当控制电源开关和同步开关都断开时，在间隔690中始终为低电平，如DCM模式中的波形680所示。如果紧临控制电源开关被接通前的瞬间(例如640、650和660)对“或”运算的输出取样，则结果应当对于CCM为高电平而对于DCM为低电平。因此，电源转换器的工作模式可通过紧临控制电源开关被接通前的瞬间的控制电源开关的控制信号与同步电源开关的控制信号之间的“或”运算的输出来确定。

如上所述，根据本申请中论述的主题的一个实施例，电源转换器能够以自适应模式工作，以在CCM的同步电源开关的固定开关频率与DCM的同步电源开关的可变开关频率之间进行转换，而无需感测瞬时输出电感电流。除了这样一种自适应模式开关方案之外，还可估计对于电源转换器设计和改进有用的其它参数。注意，参数估计可结合于或独立于(只要D₁的值可通过某种方式获得)自适应模式开关方案执行。如上所示，将D和I_in(或输入功率)用作输入有助于将最佳D₁的确定与改进电源转换器的功耗的效率相联系，因为I_in(或输入功率)是确定功耗的一个重要因素。类似地，将D和I_in用作输入所估计的参数，能够取得比采用输出电流、输出电感电流和/或输入电压作为输入所估计的参数更准确的参数估计，且所得到的那些参数可反映在高功耗效率下那些参数的值。

可估计的一个参数是DCM模式中的峰值电感电流。该参数可用来控制输出电压波动，同时使效率得到改善。D_DCM(如图3B所示)与峰值输出电感电流(i_max-DCM)之间的关系如下所示：

$i_{\max -\mathrm{DCM}}\≅\frac{2\·I_{\mathrm{in}}}{D_{\mathrm{DCM}}}---\left(6a\right)$

或者

$D_{\mathrm{DCM}-\max -\mathrm{Limit}}\≅\frac{2\·I_{\mathrm{in}}}{i_{\max -\mathrm{DCM}-\mathrm{Limit}}}---\left(6b\right)$

在式(6b)中，i_{max-DCM-limit}是峰值输出电感电流的极限，它可为常数或者是负载或输入电流的函数；D_{DCM-max-limit}是对应于i_{max-DCM-limit}的D_DCM。根据D_DCM与i_max-DCM之间的关系，通过控制i_max-DCM，可控制输出电压波动。例如，i_max-DCM可设置为i_max-DCM＝σ·D_DCM，其中σ是用以确定允许有多大的电感电流的常数。

应当注意，当采用具有峰值电感电流跟踪的所建议数字PSL(DigiPSL)时，在D_{DCM-max-Limit}与D_DCM之间存在差异。在JaberAbu-Qahouq、Lilly Huang、Osama Abdel-Rahman和Issa Batarseh的“改进电池供电应用的转换器的效率和动态性能的控制方案”(发表于IEEEIndustry Applications Society 41^st Annual Meeting，IAS’2006，2006年10月)中描述了DigiPSL。D_DCM是与可通过控制器得到的闭环补偿器误差信号成正比的占空比值，而D_{DCM-max-Limit}是应当处于数字脉宽调制(“DPWM”)的输出的最终限制占空比，并且转到转换器开关以将DCM峰值电感电流限制到i_{max-DCM-Limit}。D_DCM是应当用来调制可表示为f_s-DCM＝λ·D_DCM的、同步电源开关的开关频率的值，其中，λ可仅选为λ≈f_s-CCM·V_in/V_o，或选择为另一个线性、非线性或分段线性函数。这种方法提供自然控制器响应，它最终将开关频率设置成产生预期输出电压调节和波动控制的值。最后，D_DCM和D_{DCM-max-Limit}在稳态中相等。

图7是用于跟踪DCM模式中的峰值输出电感电流以及控制通过限制DCM模式中的峰值输出电感电流来控制输出电压波动的一个示范性过程700的流程图。过程700在框710开始。在框720，确定电源转换器的工作模式。应当注意，不需要采用过程400(图4所示)来检测DCM工作模式。电源转换器的工作模式仍然可通过检测输出电感电流的过零瞬间来检测。如果工作模式为DCM，则可在框730设置同步电源开关的开关频率。在框740，D_DCM和I_in的值可从数字控制器以及从输入电流的传感器中得到。在框750，D_{DCM-max-Limit}可根据等式(6b)通过设置i_{max-DCM-limit}＝σ·D_DCM来计算。在框760，D_PWM(脉宽调制的占空比)可设置为D_{DCM-max-Limit}。在框760后，该过程可从框720再次重复进行。如果电源转换器的工作模式在框720被确定为CCM，则同步电源开关的开关频率(f_sw)可在框770设置为等于控制电源开关的开关频率f_s-CCM，并且无需限制输出电感电流。过程770可在框770之后从框720重复进行。

可由数字控制器根据控制电源开关和输入电流来估计的另一个参数是输出电感值L_o。当电源转换器以DCM模式工作时，它可表示为：

$L_o\≅\frac{D_{1-\mathrm{DCM}}\·D_{\mathrm{DCM}}\·V_o}{2\·I_{\mathrm{in}}\·f_{s-\mathrm{DCM}}}---\left(7a\right)$

或者

$D_{1-\mathrm{DCM}}\≅\frac{2\·L_o\·I_{\mathrm{in}}\·f_{s-\mathrm{DCM}}}{D_{\mathrm{DCM}}\·V_o}---\left(7b\right)$

计算L_o所需的所有数据(即，D_1-DCM、D_DCM、V_o、I_in、f_s-DCM)可通过数字控制器或传感器来获得。

可估计的又一个参数是临界输入电流I_in-crit，它被定义为紧临输出瞬时电感电流过零前的最小输入电流，以允许DCM操作。I_in-crit可用下式获得：

$I_{\mathrm{in}-\mathrm{crit}.}\≅\frac{V_o\·(1-D_{\mathrm{CCM}})\·D_{\mathrm{CCM}}}{2\·L_o\·f_{s-\mathrm{CCM}}}---\left(8\right)$

$\≅\mathrm{\ξ}\·(1-D_{\mathrm{CCM}})\·D_{\mathrm{CCM}}$

式中，ξ＝V_o/(2·L_o·f_s-CCM)对于给定设计在固定和可变输入电压上是常数，并且一经确定后就无需重新计算。

一旦用式(7a)来计算出L₀，就可根据从CCM操作得到的信息用式(8)计算临界输入电流值I_in-crit。I_in-crit可用作CCM和DCM工作模式的分界点。这提供了另一个确定电源转换器是以CCM还是以DCM模式工作的方式。

可任选的方式是，在转换器加电后不久仅计算一次L₀和I_in-crit来校准控制器，从而无需继续计算I_in-crit。如果输入电压是固定的，则这是简单的。如果输入电压改变，则可重新计算I_in-crit。式(8)中的ξ在不同输入电压下通常几乎是常数，并且不需要重新计算。一旦I_in-crit可得到，D_1-DCM就可用式(7b)来估计。

应当注意，无需感测V_in的值，因为它们可从下式(9)和(10)算出：

$V_{\mathrm{in}-\mathrm{DCM}}\≅\frac{V_o\·(D_{\mathrm{DCM}}+D_{1-\mathrm{DCM}})}{D_{\mathrm{DCM}}}---\left(9\right)$

$V_{\mathrm{in}-\mathrm{CCM}}\≅\frac{V_o}{D_{\mathrm{CCM}}}---\left(10\right)$

输入电压的变化可根据占空比的变化检测到。

此外，诸如DCM模式中的负载电流(I_0-DCM)、CCM模式中的负载电流(I_0-CCM)、 $\mathrm{\Δ}{I}_{L_o-\mathrm{CCM}}(=I_{L_o-\max -\mathrm{CCM}}-I_{L_o-\min -\mathrm{CCM}}),$ CCM模式中的最大输出电感电流(I_Lo-max-CCM)以及CCM模式中的最小输出电感电流(I_Lo-min-CCM)之类的其它参数也可通过如下的等式获得：

$I_{o-\mathrm{DCM}}\≅\frac{I_{\mathrm{in}}\·(D_{\mathrm{DCM}}+D_{1-\mathrm{DCM}})}{D_{\mathrm{DCM}}}---\left(11\right)$

$I_{o-\mathrm{CCM}}\≅\frac{I_{\mathrm{in}}}{D_{\mathrm{CCM}}}---\left(12\right)$

$\mathrm{\Δ}{I}_{L_o-\mathrm{CCM}}\≅\frac{(1-D_{\mathrm{CCM}})\·V_o}{L_o\·f_{s-\mathrm{CCM}}}---\left(13\right)$

$I_{L_o-\max -\mathrm{CCM}}\≅\mathrm{\Δ}{I}_{L-\mathrm{CCM}}+\frac{I_{\mathrm{in}}}{D_{\mathrm{CCM}}}---\left(14\right)$

$I_{L_o-\min -\mathrm{CCM}}\≅\mathrm{\Δ}{I}_{L-\mathrm{CCM}}-\frac{I_{\mathrm{in}}}{D_{\mathrm{CCM}}}---\left(15\right)$

虽然参照图1-7的框图和流程图描述了所公开主题的示范性实施例，但是，本领域技术人员易于理解，也可采用许多另外的方法来实现所公开的主题。例如，可改变流程图中步骤框的执行顺序，并且/或者可改变、消除或组合所述框图/流程图中步骤框的一部分内容。

在前面的说明中，描述了所公开主题的各个方面。为便于阐述，说明了具体数量、系统和配置，以透彻地了解本主题。但是，获益于本公开的本领域技术人员明白，即使没有这些具体细节也可实施本主题。在一些其它示例中，将众所周知的特征、组件或模块作了省略、简化、组合或者分离，以凸显所公开的主题。

所公开主题的各实施例可通过硬件、固件或它们的组合来实现，并且可参照或结合程序代码来描述，所述程序代码包括例如指令、函数、过程、数据结构、逻辑、应用程序以及一项设计的模拟、仿真和制作的设计呈现或格式，它们在被机器访问时使机器执行任务、定义抽象数据类型或低级硬件上下文或者产生结果。

对于模拟，程序代码可代表采用实质上提供预期所设计硬件执行方式的模型的硬件描述语言或另一种功能描述语言的硬件。程序代码可为汇编或机器语言或可编译和/或解释的数据。此外，本领域通常提到的是采取动作或产生结果的一种或另一种形式的软件。这类表达只是一种说明程序代码由计算机运行而使处理器进行动作或产生结果的简化方式。

程序代码可存储在例如易失性和/或非易失性存储器中，例如存储装置和/或关联机器可读或机器可访问媒体，其中包括固态存储器、硬盘驱动器、软盘、光存储、磁带、闪速存储器、存储棒、数字视频光盘、数字通用光盘(DVD)等，以及诸如机器可访问的生物状态保存存储器(biological state preserving storage)之类的一些更特异的媒体。机器可读媒体可包括用于存储、发送或接收机器可读形式的信息的任何机制，媒体可包括对程序代码进行编码的电、光、声或其它形式的传播信号或载波可通过其中的有形媒体，例如天线、光纤、通信接口等。程序代码可通过分组、串行数据、并行数据、传播信号等形式来发送，并且可采用压缩或加密格式。

程序代码可通过在诸如移动或固定计算机、个人数字助理、机顶盒、蜂窝电话和寻呼机之类的可编程机器或者各包括处理器、处理器可读的易失性和/或非易失性存储器、至少一个输入装置和/或一个或多个输出装置的其它电子装置上运行的程序来实现。程序代码可应用于由输入装置所输入的数据，以执行所描述的实施例并产生输出信息。输出信息可施加到一个或多个输出装置上。本领域技术人员可以理解，所公开主题的实施例可采用各种计算机系统配置来实施，其中包括多处理器或多核处理器系统、微型计算机、大型计算机以及实际上可嵌入任何装置的遍及型(pervasive)或微型计算机或处理器。所公开主题的实施例还可在分布式计算环境中实施，在这些环境中，任务可由通过通信网络链接的远程处理装置来执行。

虽然操作可描述为顺序过程，但是，一些操作实质上可并行、同时和/或在分布式环境中执行，其中的程序代码本地和/或远程存储可供单或多处理器机器访问。另外，在一些实施例中，操作的顺序可重新排列而不背离所公开主题的精神。程序代码可由嵌入式控制器使用或与其结合。

虽然参照说明性实施例描述了所公开主题，但这种描述不应当理解为限制性的。本领域技术人员明白，所公开主题所涉及的本主题的说明性实施例的各种修改以及本主题的其它实施例被认为在所公开主题的范围内。

Claims (18)

1.一种用于自适应地控制电子系统中的功率级的方法，包括如下步骤：

获得所述功率级的输入功率；

获得所述功率级中的同步电源开关的当前占空比；

自适应地改变所述同步电源开关的占空比，直至得到最小输入功率为止；以及

采用对应于所述同步电源开关的最小输入功率的所述占空比。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获得所述输入功率的步骤包括：感测所述输入电流并将所感测的输入电流数字化。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获得所述同步电源开关的当前占空比的步骤包括：至少部分地根据所述功率级中的控制电源开关的开关频率来计算所述同步电源开关的当前占空比。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，自适应地改变所述同步电源开关的占空比、直至得到最小输入功率为止的步骤包括：

增加或减小所述同步电源开关的占空比；以及

检查所述输入功率是否因所述同步电源开关的占空比的增加或减小而减小。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，自适应地改变所述同步电源开关的占空比、直至得到最小输入功率为止的步骤还包括：

如果所述输入功率没有因所述同步电源开关的占空比的增加或减小而减小，则确定所述功率级是以连续导通模式(“CCM”)还是以断续导通模式(“DCM”)工作；以及

如果所述功率级以CCM模式工作，则再次自适应地改变所述同步电源开关的占空比，直至在等待预定数量的开关周期后得到所述最小输入功率为止。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，自适应地改变所述同步电源开关的占空比、直至得到最小输入功率为止的步骤还包括：

如果所述功率级以DCM模式工作，则以相反方向改变所述同步电源开关的占空比，直至得到最小输入功率为止。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，自适应地改变所述同步电源开关的占空比、直至得到最小输入功率为止的步骤还包括：

如果所述输入功率因所述同步电源开关的占空比的增加或减小而减小，则确定所述同步电源开关的占空比是否大于最小值；以及

如果所述占空比不大于最小值，则再次自适应地改变所述同步电源开关的占空比，直至在等待预定数量的开关周期后得到所述最小输入功率为止。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，自适应地改变所述同步电源开关的占空比、直至得到最小输入功率为止的步骤还包括：

如果所述占空比大于最小值，则在与先前变化相同的方向上保持改变所述同步电源开关的占空比，直至得到所述最小输入功率为止。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，确定所述功率级是以连续导通模式(“CCM”)还是以断续导通模式(“DCM”)工作的步骤包括：根据控制电源开关的占空比的值和所述同步电源开关的占空比的值来确定所述功率级的工作模式。

10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，确定所述功率级是以连续导通模式(“CCM”)还是以断续导通模式(“DCM”)工作的步骤包括：根据控制电源开关的控制信号与所述同步电源开关的控制信号之间的“或”运算来确定所述功率级的工作模式。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率级包括电源转换器。

12.一种用于自适应地控制电子系统中的功率级的装置，包括：

用于获得所述功率级的输入功率的部件；

用于自适应地改变所述同步电源开关的占空比、直至得到最小输入功率为止的部件；以及

用于采用对应于所述同步电源开关的最小输入功率的所述占空比的部件。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，用于获得输入功率的所述部件包括用于感测所述输入电流的部件以及将所述感测输入电流数字化的部件。

14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，用于自适应地改变所述同步电源开关的占空比的部件包括：用于至少部分根据所述功率级中的控制电源开关的开关频率来计算所述同步电源开关的当前占空比的部件。

15.如权利要求12所述的装置，其特征在于，用于自适应地改变所述同步电源开关的占空比的部件包括：

用于增加或减小所述同步电源开关的占空比的部件；

用于检查所述输入功率是否因所述同步电源开关的占空比的增加或减小而减小的部件；

在所述输入功率没有因所述同步电源开关的占空比的增加或减小而减小时，用于确定所述功率级是以连续导通模式(“CCM”)还是以断续导通模式(“DCM”)工作的部件；

在所述功率级以CCM模式工作时，用于再次自适应地改变所述同步电源开关的占空比、直至在等待预定数量的开关周期之后得到所述最小输入功率为止的部件；以及

在所述功率级以DCM模式工作时，用于以相反方向改变所述同步电源开关的占空比、直至得到最小输入功率为止的部件。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，用于自适应地改变所述同步电源开关的占空比的部件还包括：

在所述输入功率因所述同步电源开关的占空比的增加或减小而减小时，用于确定所述同步电源开关的占空比是否大于最小值的部件；

在所述占空比不大于最小值时，用于再次自适应地改变所述同步电源开关的占空比，直至在等待预定数量的开关周期后得到所述最小输入功率为止，以及

在所述占空比大于最小值时，用于在与先前变化相同的方向上保持改变所述同步电源开关的占空比、直至得到所述最小输入功率为止的部件。

17.如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括用于通过控制电源开关的控制信号与所述同步电源开关的控制信号之间的“或”运算来确定所述功率级的工作模式来确定所述功率级是以连续导通模式(“CCM”)还是以断续导通模式(“DCM”)工作的部件。

18.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述功率级包括电源转换器。

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