JP5550640B2 - 電力コンバータの監視および制御 - Google Patents

電力コンバータの監視および制御 Download PDF

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Description

本発明は、概して、電力コンバータに関し、特に、閉ループ電力コンバータを監視し制御するのに適した電力調節システム、デバイス、および方法に関する。
電力コンバータは、直流（“ＤＣ”）−ＤＣ、ＤＣ−交流（“ＡＣ”）、ＡＣ−ＤＣ、およびＡＣ−ＡＣ構成を含む。ＤＣ−ＤＣ電力コンバータはしばしば、例えば、マイクロ電子デバイスにおいて、調節された電力を電気負荷に提供するのに使用される。典型的な電力コンバータのフィードバックループは、安定余裕および閉ループ調節性能が、電力段パラメータにおける動作条件および許容値の予想される範囲を越えて維持されるように、控えめに設計される。
従来技術の電力調整器は、概して、電力コンバータ内で所望の電力信号を維持するように構成されている。出力電圧、出力電流、入力電圧、入力電流、インダクタ電流、およびコンデンサ電圧を含み、調節することができる様々な電力信号がある。例としては、典型的な従来技術の電力調整器は、動的負荷に供給される電圧を、公称動作負荷電圧に維持するように構成することができる。典型的な従来技術の電圧調整器（例えば、スイッチング調整器）は、動的負荷の遅い電力変化を追跡するのに効率的である場合があるが、しかしながら、電圧調整器は、速い変化を適切に追跡することができない場合がある。動的負荷の動作中、一時的電力事象が生じる場合がある。かかる一時的事象への調整が迅速になされない場合、負荷は電圧の落下またはスパイクを経験する場合があり、それがひいては負荷の性能に悪影響を及ぼす場合がある。
ここで図１を参照すると、典型的な従来技術の電圧調整器は、電力コンバータ１００およびコントローラ１２０を備える場合がある。電力コンバータ１００は、インダクタ１５０、コンデンサ１６０、または変圧器等の受動素子を備え得る。電力コンバータ１００はまた、トランジスタＱｊおよびＱｋ等のスイッチとして動作する、電力半導体デバイスを備え得る。これらトランジスタは、例えば、ＣｊおよびＣｋの、論理レベルオン／オフ信号ｃによって制御され得る。電力コンバータ１００は、その入力部で供給電圧Ｖｇから電力を受容し、その出力部で調節された電圧信号を、負荷１１０に提供するように構成される。通常、出力電圧が感知され、感知された出力電圧Ｈｖｏｕｔは基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、エラー信号ｖｅｒｒを生成する。例示的実施形態では、Ｈはフィルタである。例えば、Ｈは低域フィルタ、高域フィルタ、スケール係数等のうちの少なくとも１つであり得る。
一部の従来技術の電力コンバータでは、電力信号の厳しい調節が、コントローラ１２０を備えるフィードバックメカニズムを通して遂行される。コントローラ１２０は、アナログデジタルコンバータ１２２、補償器１２５、および変調器１２６を含んでもよい。さらに、コントローラ１２０は、エラー信号Ｖｅｒｒを受信し、電力半導体スイッチのオン／オフ状態を決定する、１つ以上の論理レベル制御信号ｃを生成するように構成され得る。
多くの周知の技術が、コントローラを設計し構築するのに使用可能である。例えば、一定周波数パルス幅変調（ＰＷＭ）システムでは、スイッチ制御信号は、スイッチング周波数に等しい一定周波数を有する一方、信号デューティ比または位相は、電力信号を調節するように調整される。他のよく知られるアプローチは、電流モードコントローラ、ヒステリシスコントローラ、スライディングモードコントローラ、パルス周波数変調に基づくコントローラ、またはこれらの技術の組み合わせに基づくコントローラを含む。コントローラは、アナログ、デジタル、または混合信号回路を使用して実現することができる。
概して、典型的な電力コンバータは、電力パラメータまたは動作点の電位の変化に対処するように、保守的な設計を有する。それゆえ、典型的な従来技術の電力コンバータシステムは、しばしば、最適な動的性能を達成しない。したがって、広い範囲の動作条件に渡り、改良された動的性能を伴う電力コンバータに対するニーズがある。
例示的実施形態によれば、デジタルコントローラは、コンパレータ、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）、デジタル補償器、監視ユニット、およびデジタル変調器を含む。コンパレータは、電力コンバータから出力信号を受信し、フィードバック信号と基準信号との間の差に少なくとも部分的に基づき、エラー信号を生成する。ＡＤＣは、エラー信号をデジタル形式に変換する。デジタル補償器は、デジタルエラー信号を処理し、制御信号を生成する。さらに、監視ユニットは、電力コンバータの位相、ゲイン、および周波数のうちの少なくとも１つを監視し、制御信号および注入信号に基づくデジタルフィードバック信号を生成する。デジタル変調器は、監視ユニットからデジタルフィードバック信号を受信し、電力コンバータのタイミングを調整するように、制御信号を電力コンバータに伝送する。
電力コンバータの電力信号を調節する例示的方法では、注入信号が、電力コンバータのデジタルコントローラの中のフィードバック経路に注入される。デジタルコントローラの監視ユニットは、デジタルコントローラのフィードバック経路における少なくとも１つのフィードバック信号をサンプリングし、電力コンバータの周波数応答と関連付けられる、測定された周波数、測定された位相、および測定されたゲインのうちの少なくとも１つを出力する。例示的方法では、測定された周波数、測定された位相、および測定されたゲインは、注入信号ならびに少なくとも１つのフィードバック信号に基づく。
電力調整器の安定余裕監視の別の例示的方法では、コントローラは、電力コンバータの電力信号および基準信号の比較に基づき、エラー信号を生成する。コントローラは、ＡＤＣを使用して、エラー信号をデジタルエラー信号に変換する。さらに、デジタル補償器は、エラー信号に基づきデジタルフィードバック信号を生成するように使用される。加えて例示的方法では、コントローラは、デジタルフィードバック信号への注入信号の注入前に、フィードバック経路におけるデジタルフィードバック信号のサンプリングに基づき、注入前信号サンプルを生成し、フィードバック経路への注入信号の注入後に、デジタルフィードバック信号のサンプリングに基づき、注入後信号サンプルを生成する。例示的方法では、コントローラは、注入前信号サンプルおよび注入後信号サンプルの比較に基づき、測定された周波数、測定されたゲイン、および測定された位相のうちの少なくとも１つを監視する。
別の例示的実施形態では、デジタルコントローラはまた、適応同調コントローラを含む。適応同調コントローラは、デジタル補償器のパラメータを調整するように、監視された位相、ゲイン、および／または周波数測定値を使用する。例示的実施形態では、適応同調コントローラは、動作測定値を基準値と比較し、調整された補償器属性を生成する。例示的実施形態では、監視された位相、ゲイン、および／または周波数は、位相余裕、ゲイン余裕、クロスオーバー周波数、ならびにゲイン余裕周波数のうちの少なくとも１つに対応する。例示的実施形態によれば、動作属性の監視および調整は、連続的に生じる。
本明細書は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
電力コンバータの電力信号を調節するように構成されるデジタルコントローラと関連付けられる監視ユニットであって、該監視ユニットは、
安定余裕モニタと、
該デジタルコントローラの中のフィードバック経路に注入信号を注入するように構成されるアナログ加算器と
を備え、
該安定余裕モニタは、該デジタルコントローラの該フィードバック経路において、少なくとも１つのフィードバック信号を測定し、
該監視ユニットは、該電力コンバータの周波数応答と関連付けられる、測定された周波数、測定された位相、および測定されたゲインのうちの少なくとも１つを出力し、
該測定された周波数、該測定された位相、および該測定されたゲインのうちの該少なくとも１つは、該少なくとも１つのフィードバック信号に基づく、監視ユニット。
（項目２）
上記安定余裕モニタは、上記注入信号が、上記フィードバック経路に注入される前に、上記少なくとも１つのフィードバック信号を測定する、項目１に記載の監視ユニット。
（項目３）
上記安定余裕モニタは、上記注入信号が、上記フィードバック経路に注入された後に、上記少なくとも１つのフィードバック信号を測定する、項目１に記載の監視ユニット。
（項目４）
上記安定余裕モニタと通信する注入振幅コントローラをさらに備え、上記注入振幅コントローラは、上記注入信号の上記振幅を設定する、項目１に記載の監視ユニット。
（項目５）
上記監視ユニットは、アナログデジタルコンバータから上記少なくとも１つのフィードバック信号を受信し、デジタル補償器へ該少なくとも１つのフィードバック信号を伝達する、項目１に記載の監視ユニット。
（項目６）
上記監視ユニットは、デジタル補償器から上記少なくとも１つのフィードバック信号を受信し、デジタル変調器へ該少なくとも１つのフィードバック信号を伝達する、項目１に記載の監視ユニット。
（項目７）
上記デジタル変調器は、パルス幅変調器、周波数変調器、または位相シフト変調器のうちの少なくとも１つである、項目６に記載の監視ユニット。
（項目８）
上記監視ユニットは、連続的または不連続的のいずれかで、上記少なくとも１つのフィードバック信号を測定する、項目１に記載の監視ユニット。
（項目９）
上記監視ユニットは、上記デジタルコントローラが、上記電力コンバータの上記電力信号を調節している間に、上記少なくとも１つのフィードバック信号を測定する、項目１に記載の監視ユニット。
（項目１０）
上記注入信号は、可変周波数信号であり、上記電力コンバータは、スイッチモード電源である、項目１に記載の監視ユニット。
（項目１１）
上記注入信号は、上記電力信号または上記少なくとも１つのフィードバック信号の振幅に対して＋／−１の最下位ビット（ＬＳＢ）の検出可能な信号変動を引き起こす、項目４に記載の監視ユニット。
（項目１２）
上記測定された周波数は、クロスオーバー周波数、ゲイン余裕周波数、および共振周波数のうちの少なくとも１つに対応する、項目１に記載の監視ユニット。
（項目１３）
上記測定された位相は、位相余裕、および共振の周囲の位相のうちの少なくとも１つに対応する、項目１に記載の監視ユニット。
（項目１４）
上記測定されたゲインは、ゲイン余裕および共振の周囲のゲインのうちの少なくとも１つに対応する、項目１に記載の監視ユニット。
（項目１５）
上記監視ユニットは、適応同調コントローラと通信し、該適応同調コントローラは、上記デジタル補償器の少なくとも１つの補償器パラメータを設定するように構成される、項目１に記載の監視ユニット。
（項目１６）
上記少なくとも１つの補償器パラメータの上記設定は、上記監視ユニットによって出力される、上記測定された位相、上記測定されたゲイン、および上記測定された周波数のうちの少なくとも１つに基づく、項目１５に記載の監視ユニット。
（項目１７）
上記監視ユニットは、上記電力コンバータの動作モードの変更を検出するように構成される、モード選択システムとさらに通信し、上記適応同調コントローラは、上記動作モードに基づく、上記少なくとも１つの補償器パラメータを設定するように構成される、項目１５に記載の監視ユニット。
（項目１８）
上記電力コンバータの上記動作モードは、連続伝導モード（ＣＣＭ）および不連続伝導モード（ＤＣＭ）のうちの少なくとも１つであり、上記適応同調コントローラは、上記動作モードに対応する、ＣＣＭパラメータセットおよびＤＣＭパラメータセットを備える、項目１７に記載の監視ユニット。
（項目１９）
上記適応同調コントローラおよび上記監視ユニットは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）制御ループ、単入力多出力制御ループ、または多入力単出力制御ループのうちの少なくとも１つの一部分を形成する、項目１５に記載の監視ユニット。
（項目２０）
電力コンバータの電力信号を調節する方法であって、該方法は、
該電力コンバータのデジタルコントローラの中のフィードバック経路に、注入信号を注入することと、
監視ユニットで、該デジタルコントローラの該フィードバック経路における少なくとも１つのフィードバック信号をサンプリングすることと、
該監視ユニットから、該電力コンバータの周波数応答と関連付けられる、測定された周波数、測定された位相、および測定されたゲインのうちの少なくとも１つを出力することと
を含み、
該測定された周波数、該測定された位相、および該測定されたゲインのうちの該少なくとも１つは、該少なくとも１つのフィードバック信号に基づく、方法。
（項目２１）
位相余裕信号、ゲイン余裕信号、ゲイン余裕周波数、およびクロスオーバー周波数信号を生成するように、上記測定された周波数、上記測定されたゲイン、および上記測定された位相のうちの上記少なくとも１つをサンプリングすることをさらに含む、項目２０に記載の方法。
（項目２２）
位相余裕エラー信号、ゲイン余裕エラー信号、ゲイン余裕周波数エラー信号、およびクロスオーバー周波数エラー信号のうちの少なくとも１つを生成することであって、該位相余裕エラー信号は、上記位相余裕信号および位相基準信号の比較に基づき、該ゲイン余裕エラー信号は、上記ゲイン余裕信号およびゲイン基準信号の比較に基づき、該ゲイン余裕周波数エラー信号は、上記ゲイン余裕周波数信号およびゲイン余裕周波数基準信号の比較に基づき、該クロスオーバー周波数エラー信号は、上記クロスオーバー周波数信号およびクロスオーバー周波数基準信号の比較に基づく、ことと、
該位相余裕エラー信号、該ゲイン余裕エラー信号、該ゲイン余裕周波数エラー信号、および該クロスオーバー周波数エラー信号のうちの少なくとも１つに基づき、上記デジタル補償器の少なくとも１つの動作属性を調整することと
をさらに含む、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
上記電力信号または上記少なくとも１つのフィードバック信号の所望の振幅変動の達成に基づき、上記注入信号振幅を生成するステップをさらに含む、項目２０に記載の方法。
（項目２４）
電力コンバータのデジタル制御の方法であって、
適応同調コントローラにて動作属性を受信するステップであって、該動作属性は、クロスオーバー周波数、ゲイン余裕周波数、位相余裕、およびゲイン余裕のうちの少なくとも１つを含む、ステップと、
調整された動作属性を生成するステップと、
該調整された動作属性をデジタル補償器に伝送するステップであって、該デジタル補償器は、該調整された動作属性に部分的に基づく、デジタルフィードバック信号を生成し、該デジタルフィードバック信号は、電力コンバータの該調節を修正する、ステップと
を含む、方法。
（項目２５）
上記電力コンバータの上記調節の修正は、該電力コンバータが電力信号を調節している間に生じる、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
上記適応同調コントローラは、上記決定された電力コンバータの動作モードに少なくとも部分的に基づき、上記調整された動作属性を生成する、項目２４に記載の方法。
本発明のこれらおよび他の特徴、側面、ならびに利点は、続く記述、添付の請求項、および付随する図面を参照することで、より良く理解することができる。
図１は、従来技術の電力コンバータを説明する。 図２は、デジタルコントローラを含む、例示的電力調整器をブロック形式で説明する。 図３Ａは、電力調整器の例示的監視ユニットを、ブロック形式で説明する。 図３Ｂは、電力調整器の別の例示的監視ユニットを、ブロック形式で説明する。 図３Ｃは、振幅コントローラを備える電力調整器の例示的監視ユニットを、ブロック形式で説明する。 図４は、電力調整器の別の例示的監視ユニットを、ブロック形式で説明する。 図５は、例示的位相検出器を説明する。 図６は、例示的注入振幅コントローラを説明する。 図７Ａおよび７Ｂは、デジタルコントローラと通信する、適応同調システムの例示的実施形態を説明する。 図７Ａおよび７Ｂは、デジタルコントローラと通信する、適応同調システムの例示的実施形態を説明する。 図８は、例示的電力調節システムにおける、例示的モード選択システムを説明する。 図９は、モード選択能力を伴う例示的適応コントローラを説明する。 図１０Ａおよび１０Ｂは、例示的モード選択システム、およびモード遷移中の検出波形のグラフ表示を説明する。 図１０Ａおよび１０Ｂは、例示的モード選択システム、およびモード遷移中の検出波形のグラフ表示を説明する。
当業者が本発明を実施することが可能であるように、例示的実施形態が十分詳細に本願に記載される一方で、他の実施形態が実現されてもよく、論理電気的およびシステム変化が、本発明の精神および範囲から逸脱することなくなされる場合があることは理解されるべきである。それゆえ、続く詳細な記述は、説明の目的のためのみに提示される。
本発明は、例えば、マイクロプロセッサ等のマイクロ電子デバイスに、調節された電力を提供するのに適する電力調節システムに関する。例示的実施形態では、調節された電力信号は、出力電圧、出力電流、入力電圧、入力電流、インダクタ電流、およびコンデンサ電圧を含む。本発明の様々な例示的実施形態によれば、本発明の電力調節システムおよび方法は、標準的なコントローラによって達成される、正確な調節および小信号の安定余裕を保ちつつ、閉ループ電力コンバータの改良された大信号および小信号の動的応答を促進するように構成される。様々な例示的実施形態では、本発明の電力調節システムおよび方法は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはあるそれらの組み合わせを使用して実装される。
本発明の様々な例示的実施形態によれば、システムおよび方法は、周波数の監視という形態で追加される機能性を備える。別の実施形態では、位相が監視される。さらなる別の実施形態では、ゲインが監視される。これら監視される属性は、特定値に対応するように使用することができる。例えば、特定値は、位相余裕、ゲイン余裕、ゲイン余裕周波数、およびクロスオーバー周波数を含んでもよい。監視される属性は、位相余裕、ゲイン余裕、ゲイン余裕周波数、およびクロスオーバー周波数と本願に記載されるが、例示的実施形態では、監視される属性はまた、共振周波数、共振の周囲の位相、共振の周囲のゲイン、および他の類似測定基準のうちの少なくとも１つに対応し得る。
さらに、例示的実施形態では、システムおよび方法はさらに、閉ループ電力コンバータの制御ループの適応同調を備える。加えて、別の例示的実施形態では、システムおよび方法は、モード選択能力をさらに含む。
（連続監視）
図２を参照すると、本発明の例示的実施形態によれば、電力調整器２００は、電力コンバータ２１０およびデジタルコントローラ２２０を備える。例示的実施形態では、電力コンバータ２１０はスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）である。別の例示的実施形態では、電力コンバータ２１０はインバータである。さらに、電力コンバータ２１０は、調節された電力出力を産生するのに適する任意のコンバータであり得る。
例示的実施形態では、デジタルコントローラ２２０は、電力コンバータ２１０の出力部と通信し、電力コンバータ２１０に制御信号入力を提供する。例えば、デジタルコントローラ２２０は、電力コンバータ２１０の出力部から出力信号Ｖｏｕｔを受信し、電力コンバータ２１０の制御信号入力部へスイッチ制御信号ｃを提供するように構成される。例示的実施形態では、スイッチ制御信号ｃは、電力コンバータ２１０の中でスイッチのオン／オフ状態を制御し、電力出力を調節する。さらに例示的実施形態では、デジタルコントローラ２２０は、電力コンバータ２１０の周波数、位相、およびゲインのうちの少なくとも１つを含む、電力調整器２００の動作属性を監視するように構成される。監視される属性は、特定値に対応するように使用できる。例えば、監視される属性は、位相余裕、ゲイン余裕、ゲイン余裕周波数、およびクロスオーバー周波数に対応し得る。
さらに、デジタルコントローラ２２０は、定常状態環境または過渡的環境において動作できる。例示的実施形態では、電力コンバータ２１０が調節中の間、動作属性は監視される。言い換えると、監視は、電力コンバータ２１０の通常操作を中断することなく、行うことができる。別の例示的実施形態では、動作属性の監視は連続的であり、電力コンバータ２１０が動作している時はいつでも行われる場合がある。さらに別の例示的実施形態では、動作属性の監視は不連続であり得る。不連続監視は、定期監視、断続的監視、または連続監視より少ない任意のものを含む。監視は、一部の典型的なシステムのように、電力コンバータ２１０の起動に制限されない。デジタルコントローラ２２０に関するさらなる詳細については、Ｊｅｆｆ Ｍｏｒｒｏｎｉ，Ｒｅｇａｎ Ｚａｎｅ，およびＤｒａｇａｎ Ｍａｋｓｉｍｏｖｉｃによって書かれた“Ａｎ Ｏｎｌｉｎｅ Ｐｈａｓｅ Ｍａｒｇｉｎ Ｍｏｎｉｔｏｒ ｆｏｒ Ｄｉｇｉｔａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ−Ｍｏｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ”を検討するものとし、それは参照することによって本願に援用される。
本発明の例示的実施形態によれば、電力コンバータ２１０は、１つ以上のスイッチ、インダクタ、コンデンサ、および／または変圧器を備える。スイッチは、例えば、論理レベルオン／オフ信号ｃによって制御されるスイッチとして動作する、電力半導体デバイスとして実装され得る。インダクタおよびコンデンサは、例えば、フィルタとして構成され得る。様々なタイプの電力コンバータが知られており、本発明の例示的実施形態で使用され得る。例えば、電力コンバータ２１０は、ＤＣ−ＤＣ電力コンバータを備え得る。本発明の様々な側面によれば、電力コンバータ２１０は、同期降圧コンバータ、ダイオード整流器付き降圧コンバータ、昇圧コンバータ、絶縁ハーフブリッジ、フルブリッジ、プッシュプル、または位相シフトコンバータ、Ｃｕｋコンバータ、および／あるいはその他を備え得る。
さらに、本発明の例示的実施形態により、図２を続けて参照すると、デジタルコントローラ２２０は、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２２２、閉ループ監視ユニット２２４、デジタル補償器２２５、デジタル変調器２２６、およびコンパレータ２２８を備える。コンパレータ２２８の出力部はＡＤＣ２２２の入力部と通信し、ＡＤＣ２２２の出力部はデジタル補償器２２５の入力部と通信する。さらに、デジタル補償器２２５の出力部は、今度はデジタル変調器２２６と通信する監視ユニット２２４と通信する。例示的実施形態では、ＡＤＣ２２２の出力部からデジタル変調器２２６へのフィードバック経路は、ＦＰＧＡ上に実装される。さらに、フィードバック経路は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらのある組み合わせを使用して実装され得る。
例示的実施形態では、コンパレータ２２８は、電圧コンパレータまたは差動増幅器を備える。さらに、コンパレータ２２８は、任意の標準的コンパレータを備え得る。例えば、コンパレータ２２８は、電力コンバータ２１０の出力部から出力信号を受信し、基準信号を受信し、出力信号と基準信号との間の差を表すエラー信号を出力するように構成される任意のデバイスであり得る。
さらに、例示的実施形態では、デジタル変調器２２６は、パルス幅変調器（ＰＷＭ）、パルス周波数変調器（ＰＦＭ）、周波数変調器、または位相シフト変調器のうちの少なくとも１つを備える。ＰＷＭは、変調器がスイッチング周期内で定時に変更される一方で、スイッチング周期は一定のままである変調方式を使用する。スイッチング周期に渡り定時であると定義される、用語デューティサイクルはまた、ＰＷＭ動作を記載するのに使用することもできる。反対に、パルス周波数変調は、スイッチング周期が変更される一方で、定時は固定されたままであるように構成される。例示的実施形態では、周波数変調器は、一定のデューティサイクルを維持するように、スイッチング周期および定時の両方を変更する。さらに、位相シフト変調器は、並行して動作し相互に対して位相をシフトさせる変調器をいくらでも包含し得る。
一例示的実施形態では、受信される電力信号は、電力コンバータ２１０の出力部では出力電圧Ｖｏｕｔである。さらに、受信される基準信号は基準電圧Ｖｒｅｆであり得る。例示的実施形態では、エラー信号は、ＶｏｕｔとＶｒｅｆとの間の差を表す電圧エラー信号Ｖｅｒｒであり得る。他の例示的実施形態によれば、電力コンバータ２１０から受信された電力信号は、出力電流、インダクタ電流、コンバータ入力電圧、コンバータ入力電流、またはコンバータコンデンサ電圧を備え得る。それゆえ、コンパレータ２２８は、エラー信号を生成するために、受信された電力信号を適する基準信号と比較するように構成される任意の適するコンパレータであり得る。
図３Ａを参照すると、監視ユニット２２４は、ＡＤＣ２２２からデジタル補償器２２５を介してデジタルフィードバック信号を受信し、デジタル変調器２２６へデジタルフィードバック信号を出力する。別の例示的実施形態において、図３Ｂを参照すると、監視ユニット２２４は、ＡＤＣ２２２からデジタルフィードバック信号を受信し、デジタル補償器２２５を介してデジタル変調器２２６へ、デジタルフィードバック信号を出力する。例示的実施形態では、監視ユニット２２４は安定余裕モニタ３４０を備える。別の例示的実施形態において、図３Ｃを参照すると、監視ユニット２２４はさらに、注入振幅コントローラ３２０を備える。例示的実施形態によれば、注入振幅コントローラ３２０は、入力部からデジタル補償器２２５へのデジタルフィードバック信号を受信し、注入信号Ｖｚの振幅を調整する信号を出力する。例示的実施形態では、出力信号はＡＤＣ２２２からのデジタルエラー信号のピークに基づく。別の例示的実施形態によれば、注入振幅コントローラ３２０は、デジタルコントローラ２２０において、フィードバック信号の任意の部分で、デジタルフィードバック信号を感知する。例えば、注入振幅コントローラ３２０は、ＡＤＣ２２２の前または後、あるいはデジタル補償器２２５の前または後で、フィードバック信号を感知し得る。
監視ユニット２２４は、注入信号Ｖｚをデジタルフィードバック信号に追加し、様々な動作属性を測定するように構成される。例示的実施形態では、安定余裕モニタ３４０は、位相信号および周波数信号のうちの少なくとも１つを出力する。別の実施形態では、安定余裕モニタ３４０はさらにゲイン信号を出力する。例示的実施形態によれば、安定余裕モニタ３４０は、デジタルで制御された電力コンバータ用の、オンライン設計支援としてならびに／または診断および健全性監視能力に使用され得る。別の実施形態では、安定余裕モニタ３４０は適応同調システムの一部である。
さらに、一実施形態では、注入信号Ｖｚはデジタル補償器２２５の入力信号に追加される。別の実施形態では、注入信号Ｖｚはデジタル補償器２２５の出力信号に追加される。その上、注入信号Ｖｚは、フィードバック経路の任意の部分で、デジタルフィードバック信号に注入され得る。
例示的実施形態によれば、監視ユニット２２４は、注入信号Ｖｚの点の前（Ｖｙ）および後（Ｖｘ）の両方でフィードバック経路を監視しながら、アナログ加算器３０１を介してデジタルフィードバック信号の中に注入信号Ｖｚを注入する。別の手段を記載すると、Ｖｙは、デジタル補償器２２５の出力部で取られたデジタルフィードバック信号の測定値である。Ｖｘは、デジタル変調器２２６の入力部で取られたデジタルフィードバック信号の測定値である。その上、例示的実施形態では、Ｖｚは、デジタル補償器２２５の出力が、デジタル変調器２２６の入力と実質的に類似しているが等しくはないように、ＶｙとＶｘとの間で注入される。
本願に記載の実施形態は、これまでのところ、注入信号Ｖｚの注入の前および後にフィードバック経路を監視するステップに言及しているが、Ｖｚおよび他の監視される信号に基づき、監視される信号ＶｘまたはＶｙのうちの少なくとも１つを引き出すことも可能である。例示的実施形態によれば、監視ユニット２２４は、注入信号Ｖｚの点より前（Ｖｙ）のデジタルフィードバック信号のみを監視しながら、アナログ加算器３０１を介してデジタルフィードバック信号に注入信号Ｖｚを注入する。Ｖｘのフィードバック信号の値はＶｙおよびＶｚに由来する。別の例示的実施形態では、監視ユニット２２４は、注入信号Ｖｚの点の後（Ｖｘ）のデジタルフィードバック信号のみを監視しながら、アナログ加算器３０１を介してデジタルフィードバック信号に注入信号Ｖｚを注入する。Ｖｙのフィードバック信号の値はＶｘおよびＶｚに由来する。フィードバック信号の監視は、概して、注入信号Ｖｚの前および後での監視するステップとして記載されるであろうが、しかしながら、本出願の範囲は、ＶｙまたはＶｘのいずれかを引き出すステップに及ぶことを意図している。
例示的実施形態によれば、測定される動作属性はＶｙおよびＶｘの比較に部分的に基づく。さらに、一実施形態では、注入信号ＶｚはＶｙおよびＶｘの比較にも部分的に基づく。別の実施形態では、注入信号Ｖｚはまた、注入振幅コントローラ３２０からの出力にも部分的に基づく。注入信号Ｖｚは、Ｖｙ、Ｖｘ、および／あるいは位相、振幅、周波数、またはそれらの任意の組み合わせ等、注入振幅コントローラ３２０の出力の様々な属性に基づき得る。
例示的実施形態では、注入信号Ｖｚは、フィードバック経路の中のデジタルフィードバック信号に対する比較においては小さく、注入される時はＶｏｕｔの小さい変動のみを引き起こす。別の例示的実施形態では、注入信号Ｖｚは、フィードバック経路の中のデジタルフィードバック信号に対する比較においては大きいが、Ｖｏｕｔの小さい変動のみを引き起こす。それゆえ、監視ユニット２２４は、電力コンバータの出力に対して最小限の影響しか及ぼさないように構成される。例示的実施形態では、注入信号Ｖｚの振幅は、最小限の検出可能な＋／−１の最下位ビット（ＬＳＢ）出力信号変動を達成し、それにより、出力電圧リップルへの注入信号Ｖｚの影響を最小限に抑える。
例示的実施形態において、図６を参照すると、注入振幅コントローラ３２０は、ピーク検出器６０２および積分補償器６０４を備える。その上、注入振幅コントローラ３２０は、Ｖｅｒｒ等、感知されたフィードバック信号に基づき、信号の振幅を制御するのに適する任意の構成を備え得る。例示的実施形態では、注入振幅コントローラ３２０は、量子化出力電圧エラーＶｅｒｒを受信し、ピーク検出器６０２を通して通過させる。積分補償器６０４は、ピーク検出器出力電圧エラーＶｐを所望の大きさの注入信号Ｖｐ＿ｒｅｆと比較し、電圧の大きさのエラー信号Ｖｐ＿ｒｅｆを出力する。例示的実施形態では、注入信号Ｖｚの振幅は、注入信号Ｖｚが所望の出力信号変動に到達する、または実質的に到達するまで、積分補償器使用して調整される。例示的実施形態では、注入信号Ｖｚの振幅は、出力信号Ｖｏｕｔの最小限の検出可能な＋／−１の最下位ビット（ＬＳＢ）変動を達成し、それにより、出力電圧リップルへの注入信号Ｖｚの影響を最小限に抑える。さらに、例示的実施形態では、注入振幅コントローラ３２０は、注入信号Ｖｚの周波数の変化にもかかわらず、＋／−１のＬＳＢ変動を維持する。その上、注入信号Ｖｚの振幅は、出力電圧Ｖｏｕｔの任意の所望の数のＬＳＢの検出可能な電圧リップルを引き起こすように設定され得る。別の例示的実施形態では、注入信号Ｖｚの振幅は、フィードバック経路の中のフィードバック信号の＋／−１のＬＳＢの検出可能な電圧リップルを引き起こす。
安定余裕を監視し測定するための例示的実施形態により、図４を参照すると、安定余裕モニタ３４０は位相余裕モニタ４００を備える。位相余裕モニタ４００は、注入発生器４０１、２つの帯域通過フィルタ４０２、２つのピーク検出器４０３、積分補償器４０４、および位相検出器４０５を備え得る。その上、位相余裕モニタ４００は、当業者に知られているであろう通り、位相余裕および／またはクロスオーバー周波数それぞれと比較するために、位相ならびに／あるいは周波数を監視するように構成される、任意の適する部品組立部を備え得る。例示的実施形態では、位相余裕モニタ４００は、基本周波数ｆ１を伴う矩形波信号である、第１の注入信号Ｖｚ１を出力する。
一例示的実施形態では、位相余裕モニタ４００は帯域通過フィルタ４０２を備える。一実施形態では、帯域通過フィルタ４０２は、注入信号周波数と等しい通過帯域を伴う、２次デジタルフィルタである。その上、帯域通過フィルタ４０２は、当業者に知られているであろう通り、任意の適する帯域通過フィルタであり得る。例示的実施形態では、帯域通過フィルタ４０２は、注入信号周波数がほぼ中心となる通過帯域を伴う、高いＱ係数フィルタである。それゆえ、帯域通過フィルタ４０２は、ほぼ所望のフィルタの中心を維持するように調整可能である。例示的実施形態では、帯域通過フィルタ４０２は、フィードバック信号の望まれない周波数成分全て、または実質的に全てを取り除く等、矩形波注入信号を使用する影響を減少させるのに使用される。
さらに、例示的実施形態によれば、積分補償器４０４は、２つのピーク検出値を受信するように構成される。例えば、第１のピーク検出値｜｜Ｖｘ（ｆ１）｜｜は、注入信号Ｖｚが追加された後の、デジタルフィードバック信号の中の点を表す。さらなる例では、第２のピーク検出値｜｜Ｖｙ（ｆ１）｜｜は、注入信号Ｖｚが追加される前の、デジタルフィードバック信号の中の点を表す。これら２つのピーク検出値｜｜Ｖｘ（ｆ１）｜｜、｜｜Ｖｙ（ｆ１）｜｜は、それらの間のエラーを発見するために比較される。積分補償器４０４は、注入周波数信号ｆ１を出力するように構成される。例示的実施形態では、注入周波数信号ｆ１は、２つのピーク検出値間にエラーは全くないか、またはエラーが減少するように調整され、その結果、クロスオーバー周波数が、注入周波数信号ｆ１と等しいか、またはほぼ等しくなる。
注入発生器４０１は、積分補償器４０４から信号を受信し得る。例示的実施形態によれば、注入発生器４０１は、カウンタおよびコンパレータを備える。例示的実施形態では、注入発生器４０１は、入力として周波数信号を受信し、周波数信号のカウント値まで数える、高周波数クロックを使用する。例示的実施形態では、矩形波信号は、カウンタおよび周波数信号のカウント値を使用して、所望の注入周波数で生成される。カウンタの値がカウント値より下である時、注入発生器４０１の出力は高い。カウンタの値がカウント値より大きい時、注入発生器４０１の出力は低い。別の例示的実施形態では、注入発生器４０１の出力は、カウンタの値がカウント値より下の場合には低く、カウント値がそのカウント値より大きい場合には高い。
例示的実施形態では、注入発生器４０１は、５０％のデューティサイクル、すなわち、積分補償器４０４により提供される周波数信号によって、調整された周波数である矩形波変動を生み出す。一実施形態では、矩形波信号は、システムクロックおよびコンパレータを使用して生成される。
別の例示的実施形態では、位相監視および測定はまた、位相検出を含む。例示的実施形態では、位相余裕モニタ４００は位相検出器４０５を備える。一実施形態では、図５を参照すると、位相検出器４０５は、２つのデジタル継電器５０２、および有効なパルスを生成するＸＯＲゲート５０４を備え、２つの入力信号の位相の間に直接的関係を提供する。別の実施形態では、位相検出器４０５はまた、異なるレベルで有効なパルスの期間を測定するカウンタ５０６を含んでもよい。その上、位相検出器４０５は、当業者に知られているような任意の適する構成を備え得る。位相検出器４０５は、２つの信号を受信し、２つの入力信号間の位相差を表す信号を出力するように構成される。
位相および周波数に加え、電力コンバータ２１０のゲインもまた監視され得る。ゲインを監視し測定するための例示的実施形態において、図４を参照すると、安定余裕モニタ３４０はゲイン余裕モニタ４５０を備える。例示的実施形態では、ゲイン余裕モニタ４５０は、注入発生器４５１、２つの帯域通過フィルタ４５２、２つのピーク検出器４５３、積分コンパレータ４５４、位相検出器４５５、および大きさ計算機４５６を備える。その上、ゲイン余裕モニタ４５０は、当業者に知られているであろう通り、ゲインを監視するように構成される、任意の適する部品組立部を備え得る。
位相余裕モニタ４００と同様に、ゲイン余裕モニタ４５０は、入力信号ＶｙおよびＶｘを受信する。例示的実施形態では、ゲイン余裕モニタ４５０は、基本周波数ｆ２を伴う矩形波信号である、第２の注入信号Ｖｚ２を出力する。さらに、注入信号は正弦信号または任意の可変周波数信号であり得る。例示的実施形態では、周波数ｆ２は、Ｖｘ（ｆ２）とＶｙ（ｆ２）との間の位相シフトが、１８０°と等しい、または実質的に等しくなるまでに調整される。周波数ｆ２は、フィードバックおよび積分補償器４５４を使用して調整される。ｆ２が１８０°位相シフトと等しい、または実質的に等しくなる時、周波数はｆ１８０またはゲイン余裕周波数と呼ばれ得る。１８０°位相シフトは、Ｖｙ（ｆ２）のピーク値およびＶｘ（ｆ２）のピーク値の比率を比較することによって、ゲインの評価を提供する。さらなる詳細については、Ｊｅｆｆ Ｍｏｒｒｏｎｉ，Ｒｅｇａｎ Ｚａｎｅ，およびＤｒａｇａｎ Ｍａｋｓｉｍｏｖｉｃによって書かれた“Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｇａｉｎ Ｍａｒｇｉｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｔｏ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ”を検討するものとし、それは参照することによって本願に援用される。
例示的実施形態によれば、第２の注入信号Ｖｚ２は、注入信号Ｖｚを形成するように、第１の注入信号Ｖｚ１と組み合わせられる。注入信号Ｖｚ１およびＶｚ２の注入は、別々または同時のいずれかで生じることができる。別の実施形態では、帯域通過フィルタは、Ｖｘ（ｆ２）およびＶｙ（ｆ２）から注入信号Ｖｚ１を十分に除去するのに使用される。同様に、帯域通過フィルタ４０２は、Ｖｘ（ｆ１）およびＶｙ（ｆ１）から注入信号Ｖｚ２を十分に除去するのに使用される。
さらに、一例示的実施形態において、図２を一時的に参照すると、電力調整器２００は軽量されたＤＣ調節を有している。出力電圧のＤＣ値は、周期振動およびデジタル補償器２２５の組み合わせを通してデジタル変調器２２６に対応する分解能を伴う、ゼロエラービンの近くまたは中心にある。ゼロエラービンは、ＡＤＣ２２２へのアナログエラー入力の範囲であって、その範囲に渡って、ＡＤＣ２２２が、有限分解能を伴うＡＤＣ２２２のため、エラーをゼロと測定する。
（適応同調）
例示的実施形態では、適応同調コントローラは、コントローラにより提供される測定された動作属性を基準値と比較し、調整された動作属性を生成する。例示的実施形態では、適応同調コントローラは、一時的事象に対して調節されるように、電力コンバータの電力出力に影響を及ぼすことができる。例示的実施形態では、位相、ゲイン、および周波数を含む測定された動作属性は、位相余裕、ゲイン余裕、クロスオーバー周波数、およびゲイン余裕周波数のうちの少なくとも１つに対応する。
図４を参照すると、クロスオーバー周波数は、Ｖｘ（ｆ１）およびＶｙ（ｆ１）の大きさが等しい注入周波数ｆ１として定義されている。さらに、ｆ１が、Ｖｘ（ｆ１）およびＶｙ（ｆ１）の大きさが等しいようである時、位相余裕は、信号Ｖｙ（ｆ１）とＶｘ（ｆ１）との間の位相シフトとして定義される。図４をさらに参照すると、ゲイン余裕は、Ｖｘ（ｆ２）およびＶｙ（ｆ２）の大きさの比率として定義される一方、注入周波数ｆ２は、Ｖｘ（ｆ２）とＶｙ（ｆ２）との間に１８０°位相シフトがあるようになる。さらに、ゲイン余裕周波数ｆ１８０は、Ｖｘ（ｆ２）とＶｙ（ｆ２）との間に１８０°位相シフトがある、注入周波数ｆ２として定義される。
例示的実施形態において、図７Ａを参照すると、デジタルコントローラは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）制御ループを使用する、適応同調コントローラ７１０を備える。他の例示的実施形態では、適応同調コントローラ７１０は、単入力多出力制御ループまたは多入力単出力制御ループを使用し得る。例示的実施形態では、適応同調コントローラ７１０は、入力として、注入周波数ｆ１、位相φ、ゲインＧ、および注入周波数ｆ２（図示せず）のうちの少なくとも１つを受信する。入力は、例えば、監視ユニット２２４から提供され得る。しかしながら、入力を提供する他のシステムおよび方法が使用され得る。
例示的実施形態では、図７Ｂを参照すると、適応同調コントローラ７１０はさらにサンプラ７１５を備える。サンプラ７１５は、注入周波数ｆ１、位相φ、ゲインＧ、ゲイン余裕周波数ｆ２（図示せず）のうちの少なくとも１つをサンプリングする。例示的実施形態では、サンプラ７１５のサンプリング率は、監視ユニット２２４の出力がそれらの定常状態値に十分落ち着いているようである。例示的実施形態では、これらの定常状態値は、クロスオーバー周波数ｆｃ、位相余裕φｍ、ゲイン余裕ＧＭ、およびゲイン余裕周波数ｆ１８０に対応する。
適応同調コントローラ７１０はまた、ゲイン余裕基準信号ＧＭ＿ｒｅｆ、位相余裕基準信号φｍ＿ｒｅｆ、クロスオーバー周波数基準信号ｆｃ＿ｒｅｆ、ゲイン余裕周波数基準信号ｆ１８０＿ｒｅｆ（図示せず）のうちの少なくとも１つを受信する。例示的実施形態により、図７Ｂを引き続き参照すると、入力は、関連基準信号と比較される。比較により、クロスオーバー周波数エラー信号ｆｃ＿ｅｒｒｏｒ、位相余裕エラー信号φｍ＿ｅｒｒｏｒ、ゲイン余裕周波数エラー信号ｆ１８０＿ｅｒｒｏｒ（図示せず）、およびゲイン余裕エラー信号ＧＭ＿ｅｒｒｏｒ等のエラー信号を生成する。
例示的実施形態では、適応同調コントローラ７１０は、測定されるクロスオーバー周波数および／または位相余裕が、等しいまたは実質的に等しい、所望の値を目標とするまでに、デジタル補償器２２５のパラメータのうちの少なくとも１つを合わせる。別の実施形態では、適応同調コントローラ７１０は連続的に、デジタル補償器２２５のパラメータを合わせる。さらに別の例示的実施形態では、適応同調コントローラ７１０は、電力コンバータ２１０が非定常状態の条件にある間、機能することができる。一実施形態では、出力電圧擾乱は、出力電圧ＤＣ調節レベルの１％より少ない。例えば、１％の許容値を伴う５ＶのＤＣ調節電圧は、５０ｍＶ以下の出力電圧擾乱という結果になる。別の実施形態では、出力電圧擾乱はまた、出力電圧ＤＣ調節の０−５％の範囲の中であり得る。
監視ユニット２２４によって提供される測定された安定余裕は、エラー値を決定するように基準値と比較され得る。例示的実施形態では、監視ユニット２２４の出力は、位相余裕φｍ、ゲイン余裕ＧＭ、ゲイン余裕周波数ｆ１８０、およびクロスオーバー周波数ｆｃのうちの少なくとも１つである。出力信号は、次いで、基準値φｍ＿ｒｅｆ、ＧＭ＿ｒｅｆ、ｆ１８０＿ｒｅｆ、およびｆｃ＿ｒｅｆとそれぞれ比較される。比較により、適応コントローラへの入力である、システムのクロスオーバー周波数エラー信号ｆｃ＿ｅｒｒｏｒ、ゲイン余裕エラー信号ＧＭ＿ｅｒｒｏｒ、ゲイン余裕周波数エラー信号ｆ１８０＿ｅｒｒｏｒ、および位相余裕エラー信号φｍ＿ｅｒｒｏｒを決定する。
適応同調コントローラ７１０のＭＩＭＯ補償器Ｓ（ｚ）によって記載される式等、一連の式を使用して、デジタル補償器２２５の１つ以上のパラメータは、基準値φｍ＿ｒｅｆ、ＧＭ＿ｒｅｆ、ｆ１８０＿ｒｅｆ、およびｆｃ＿ｒｅｆが、測定された安定余裕φｍ、ＧＭ、ｆ１８０およびｆｃに合致する、または実質的に合致するまで調整される。さらなる詳細については、Ｊｅｆｆ Ｍｏｒｒｏｎｉ，Ｒｅｇａｎ Ｚａｎｅ，およびＤｒａｇａｎ Ｍａｋｓｉｍｏｖｉｃによって書かれた“Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｔｕｎｉｎｇ ｏｆ Ｄｉｇｉｔａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｓｗｉｔｈｃｈｅｄ Ｍｏｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｄｅｓｉｒｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｍａｒｇｉｎ”を検討するものとし、それは参照することによって本願に援用される。
適応同調を実装する利点は、システムパラメータの幅広いバリエーションにもかかわらず、安定余裕を維持する能力である。別の例示的実施形態では、適応同調システムは、ほぼ一定して、システムの動的性能（例えば、立ち上がり時間、安定時間、オーバーシュート）を維持するように構成される。さらに別の例示的実施形態では、適応同調システムは、典型的な電力コンバータより、擾乱および過渡に良く応答するように構成される。適応同調システムは自動的に、従来技術のシステムより速く調整されることができ、システムにより控えめな余裕をもたらす結果になる。
（モード選択）
例示的実施形態により、図８を参照すると、デジタルコントローラはさらにモード選択システム８０１を備える。モード選択システム８０１は、コンバータ動作モードの変化に自動的に調整されるように構成される。例えば、モード選択システム８０１は、連続伝導モード（ＣＣＭ）および不連続伝導モード（ＤＣＭ）からの切り替えを促進し得る。例示的実施形態では、モード選択システム８０１は、モードコンパレータ回路８１０およびモード検出回路８２０を備える。
図１０Ａおよび１０Ｂを参照すると、図８に示すＤＣ−ＤＣコンバータに適用されるモードコンパレータ回路８１０の例示的実施形態では、切り替えられたノード電圧は、接地と比較され、高電圧モードまたは低電圧モードを出力する。モードコンパレータ回路８１０のモード信号は、モード検出回路８２０に伝送される。例示的実施形態では、モード検出回路８２０は、デジタル変調器２２６の立ち上がりの直前に、モード信号をサンプリングする。その上、例示的実施形態によれば、この瞬間モード信号が高い場合、電力コンバータ２１０はＤＣＭで動作している。この瞬間モード信号がこの瞬間低い場合、電力コンバータ２１０はＣＣＭで動作している。加えて、モードを検出する様々な適切な方法が、当業者に知られているように使用され得る。
別の例示的実施形態では、モード検出回路８２０はさらに、モード検出においてヒステリシスの形式を提供するように構成される、デバウンサ論理回路を備える。これは、電力コンバータ２１０が、定常状態動作に落ち着く前に、ＤＣＭまたはＣＣＭへ、あるいはＤＣＭまたはＣＣＭから変動する場合に有益である。例示的実施形態では、モード検出回路８２０の出力は、動作モードの変化の時、ある数のサイクルの間ラッチする。例えば、モード検出回路８２０の出力は、動作モードの変化に応じて、６サイクルの間維持され得る。サイクル周期の間に生じる場合がある、この除去モードは変動する。
さらに、例示的実施形態において、図９を参照すると、適応同調コントローラ９１０は、デジタルコントローラがモード選択システム８０１を備える場合に修正される。適応同調コントローラ９１０は、前に記載する通り、適応同調コントローラ７１０に類似する。例示的実施形態では、修正された適応同調コントローラ９１０は、明確な２セットの補償器パラメータを維持する。例示的方法では、パラメータの妥当なセットは、モード選択システム８０１からのモード信号９０１に基づき、デジタル補償器２２５にロードされる。言い換えると、コンバータがＣＣＭで動作している場合、次いで、ＣＣＭ補償器パラメータがデジタル補償器２２５にロードされる。例えば、デジタル補償器パラメータは、ＣＣＭ動作に特定の値、およびＤＣＭ動作に特定の値を含んでもよい。別の例示的実施形態では、ゲイン余裕パラメータも、ＣＣＭおよびＤＣＭ動作に対して特異的である。
ＭＩＭＯ補償器Ｓ（ｚ）の記述に戻って参照すると、例示的実施形態では、Ｓ（ｚ）は、必要に応じて、ＣＣＭ動作転送行列ＳＣＣＭ（ｚ）、またはＤＣＭ動作転送行列ＳＤＣＭ（ｚ）と置き換えられる。例示的実施形態では、他の適する転送行列は、他のモードでされ得る。例示的方法によれば、転送行列は、動作の対応するモードの間に、安定余裕エラーを処理するのに使用される。例えば、ＳＣＣＭ（ｚ）はＣＣＭの間に使用される一方、ＳＤＣＭ（ｚ）の出力は変化しないままである。デジタルコントローラ変化モードに応じて、デジタル補償器２２５のパラメータは、デジタル補償器２２５の出力が動作の正しいモードに対応するように、適応同調コントローラ９１０によってスイッチされる。さらなる詳細については、Ｊｅｆｆ Ｍｏｒｒｏｎｉ，Ｌｕｃａ Ｃｏｒｒａｄｉｎｉ，Ｒｅｇａｎ Ｚａｎｅ，およびＤｒａｇａｎ Ｍａｋｓｉｍｏｖｉｃによって書かれた“Ｒｏｂｕｓｔ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｔｕｎｉｎｇ ｏｆ Ｄｉｇｉｔａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｍｏｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ”を検討するものとし、それは参照することによって本願に援用される。
本願に示し記載する特定の実装は、その最善のモードを含む本発明の実施形態を説明し、任意の点においても本発明の範囲を制限することを意図しないことは理解されるべきである。実際、簡潔にするために、信号処理、データ伝送、シグナリング、およびネットワーク制御のための従来の技術、ならびにシステム（およびシステムの個々の動作部品の構成要素）の他の機能的側面は、本願に詳細には記載されていない場合がある。さらに、本願に包含する様々な図面に示す接続している線は、様々な要素間の例示的機能関係および／または物理的結合を表すことを意図している。多くの代替または追加の機能関係または物理的接続は、実際の電力調整器システムに存在する場合がある。
本発明は、例示的実施形態を参照の上、上に記載されている。しかしながら、本開示を読んでいる当業者は、本発明の範囲から逸脱しない範囲で、実施形態に変更または修正がなされることを認識するであろう。これらの変更または修正は、続く請求項に示す通り、本発明の範囲内であると意図されている。

Claims (22)

  1. 電力コンバータの電力信号を調節するように構成されるデジタルコントローラと関連付けられる監視ユニットであって、該監視ユニットは、
    安定余裕モニタと、
    該デジタルコントローラの中のフィードバック経路に注入信号を注入するように構成される加算器と
    を備え、
    該安定余裕モニタは、該デジタルコントローラの該フィードバック経路において、少なくとも１つのフィードバック信号を測定し、
    該監視ユニットは、該電力コンバータの周波数応答と関連付けられる、位相余裕信号、ゲイン余裕信号、ゲイン余裕周波数信号、およびクロスオーバー周波数信号のうちの少なくとも１つを出力し、
    該位相余裕信号、該ゲイン余裕信号、該ゲイン余裕周波数信号、および該クロスオーバー周波数信号のうちの該少なくとも１つは、該少なくとも１つのフィードバック信号に基づく、監視ユニット。
  2. 前記安定余裕モニタは、前記注入信号が、前記フィードバック経路に注入される前に、前記少なくとも１つのフィードバック信号を測定する、請求項１に記載の監視ユニット。
  3. 前記安定余裕モニタは、前記注入信号が、前記フィードバック経路に注入された後に、前記少なくとも１つのフィードバック信号を測定する、請求項１に記載の監視ユニット。
  4. 前記安定余裕モニタと通信する注入振幅コントローラをさらに備え、前記注入振幅コントローラは、前記注入信号の振幅を設定する、請求項１に記載の監視ユニット。
  5. 前記監視ユニットは、アナログデジタルコンバータから前記少なくとも１つのフィードバック信号を受信し、デジタル補償器へ該少なくとも１つのフィードバック信号を伝達する、請求項１に記載の監視ユニット。
  6. 前記監視ユニットは、デジタル補償器から前記少なくとも１つのフィードバック信号を受信し、デジタル変調器へ該少なくとも１つのフィードバック信号を伝達する、請求項１に記載の監視ユニット。
  7. 前記デジタル変調器は、パルス幅変調器、周波数変調器、または位相シフト変調器のうちの少なくとも１つである、請求項６に記載の監視ユニット。
  8. 前記監視ユニットは、連続的または不連続的のいずれかで、前記少なくとも１つのフィードバック信号を測定する、請求項１に記載の監視ユニット。
  9. 前記監視ユニットは、前記デジタルコントローラが、前記電力コンバータの前記電力信号を調節している間に、前記少なくとも１つのフィードバック信号を測定する、請求項１に記載の監視ユニット。
  10. 前記注入信号は、可変周波数信号であり、前記電力コンバータは、スイッチモード電源である、請求項１に記載の監視ユニット。
  11. 前記注入信号は、前記電力信号または前記少なくとも１つのフィードバック信号の振幅に対して＋／−１の最下位ビット（ＬＳＢ）の検出可能な信号変動を引き起こす、請求項４に記載の監視ユニット。
  12. 前記監視ユニットは、適応同調コントローラと通信し、該適応同調コントローラは、デジタル補償器の少なくとも１つの補償器パラメータを設定するように構成される、請求項１に記載の監視ユニット。
  13. 前記少なくとも１つの補償器パラメータの前記設定は、前記監視ユニットによって出力される、前記位相余裕信号、前記ゲイン余裕信号、前記ゲイン余裕周波数信号、および前記クロスオーバー周波数信号のうちの少なくとも１つに基づく、請求項１２に記載の監視ユニット。
  14. 前記監視ユニットは、前記電力コンバータの動作モードの変更を検出するように構成される、モード選択システムとさらに通信し、前記適応同調コントローラは、前記動作モードに基づいて前記少なくとも１つの補償器パラメータを設定するように構成される、請求項１２に記載の監視ユニット。
  15. 前記電力コンバータの前記動作モードは、連続伝導モード（ＣＣＭ）および不連続伝導モード（ＤＣＭ）のうちの少なくとも１つであり、前記適応同調コントローラは、前記動作モードに対応する、ＣＣＭパラメータセットおよびＤＣＭパラメータセットを備える、請求項１４に記載の監視ユニット。
  16. 前記適応同調コントローラおよび前記監視ユニットは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）制御ループ、単入力多出力制御ループ、または多入力単出力制御ループのうちの少なくとも１つの一部分を形成する、請求項１２に記載の監視ユニット。
  17. 電力コンバータの電力信号を調節する方法であって、該方法は、
    該電力コンバータのデジタルコントローラの中のフィードバック経路に、注入信号を注入することと、
    監視ユニットで、該デジタルコントローラの該フィードバック経路における少なくとも１つのフィードバック信号をサンプリングすることと、
    該監視ユニットから、該電力コンバータの周波数応答と関連付けられる、位相余裕信号、ゲイン余裕信号、ゲイン余裕周波数信号、およびクロスオーバー周波数信号のうちの少なくとも１つを出力することと
    を含み、
    該位相余裕信号、該ゲイン余裕信号、該ゲイン余裕周波数信号、および該クロスオーバー周波数信号のうちの該少なくとも１つは、該少なくとも１つのフィードバック信号に基づく、方法。
  18. 位相余裕エラー信号、ゲイン余裕エラー信号、ゲイン余裕周波数エラー信号、およびクロスオーバー周波数エラー信号のうちの少なくとも１つを生成することであって、該位相余裕エラー信号は、前記位相余裕信号および位相基準信号の比較に基づき、該ゲイン余裕エラー信号は、前記ゲイン余裕信号およびゲイン基準信号の比較に基づき、該ゲイン余裕周波数エラー信号は、前記ゲイン余裕周波数信号およびゲイン余裕周波数基準信号の比較に基づき、該クロスオーバー周波数エラー信号は、前記クロスオーバー周波数信号およびクロスオーバー周波数基準信号の比較に基づく、ことと、
    該位相余裕エラー信号、該ゲイン余裕エラー信号、該ゲイン余裕周波数エラー信号、および該クロスオーバー周波数エラー信号のうちの該少なくとも１つに基づき、前記デジタル補償器の少なくとも１つの動作属性を調整することと
    をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記電力信号または前記少なくとも１つのフィードバック信号の所望の振幅変動の達成に基づき、前記注入信号の振幅を生成することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
  20. 電力コンバータのデジタル制御の方法であって、
    適応同調コントローラにて動作属性を受信することであって、該動作属性は、クロスオーバー周波数、ゲイン余裕周波数、位相余裕、およびゲイン余裕のうちの少なくとも１つを含む、ことと、
    調整された動作属性を生成することと、
    該調整された動作属性をデジタル補償器に伝送することであって、該デジタル補償器は、該調整された動作属性に部分的に基づく、デジタルフィードバック信号を生成し、該デジタルフィードバック信号は、電力コンバータの調節を修正する、ことと
    を含む、方法。
  21. 前記電力コンバータの前記調節の修正は、該電力コンバータが電力信号を調節している間に生じる、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記適応同調コントローラは、前記決定された電力コンバータの動作モードに少なくとも部分的に基づき、前記調整された動作属性を生成する、請求項２０に記載の方法。
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