TWI533582B - 調適性整合類比控制系統補償 - Google Patents

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Description

調適性整合類比控制系統補償
本發明係關於閉合迴路類比負回饋系統，且更特定言之係關於調適對閉合迴路類比負回饋系統之操作條件的補償。
本申請案主張藉由Scott Dearborn、Terry L. Cleveland及Clifford Ellison III在2010年12月29日申請之題為「調適性整合類比控制系統補償(Adaptive Integrated Analog Control System Compensation)」之共同擁有的美國臨時專利申請案第61/427,912號的優先權，且該案特此以引用的方式併入本文中以達成所有目的。
閉合迴路類比負回饋系統用於許多應用中，例如(但不限於)電力轉換系統，該等電力轉換系統連接至能量源(例如，電壓源)且在一電力負載範圍內產生另一形式或值的能量(例如，不同電壓及電流)。閉合迴路類比負回饋系統一般針對在不同操作條件(至多為折衷)之一範圍內的操作經最佳化，且針對該等不同操作條件中之一些或大多數而言可能並非最佳的。因此，由於在類比設計中可用之選擇有限且固定，動態效能(亦即，瞬態回應等)必定為次最佳的。
在一般意義上，電力轉換系統中之電力轉換器可定義為持續地將一形式之能量轉換成另一形式之能量的裝置。在此系統執行其轉換功能之同時在其內之任何能量儲存或能量損耗通常與能量轉譯處理程序相同。存在如下許多類型之裝置：可以不同程度之成本、可靠性、複雜性及效率提供此功能。
用於電力轉換之機構可採取許多基本形式，諸如本質上為機械、電力或化學處理之彼等形式。本文之焦點將在於電力轉換器，其使用組件(包括電感器、電容器、變壓器、開關及電阻器)之受限集合以電力方式且以動態型式執行能量轉譯。此等電路組件之連接方式係藉由所要之電力轉譯來判定。電阻器引入不合需要之電力損耗。由於在大多數應用中高效率通常為優先(overriding)要求，因此在主電力控制路徑中應避免或最小化電阻性電路元件。僅在極少場合下且出於極特定之原因才將消耗電力之電阻引入至主電力控制路徑中。在輔助電路(諸如，總系統之序列、監視器及控制電子設備)中，高值電阻器為常見元件，此係因為其損耗影響通常無關緊要。
本文之此焦點在於基於電感器之DC至DC切換模式電力轉換器之動態效能。動態行為直接判定或影響切換模式電力轉換器之四個重要特性：1)回饋迴路之穩定性；2)對輸入電壓漣波之阻絕及對輸入電壓擾動之緊密相關瞬態回應；3)輸出阻抗及對負載擾動之緊密相關瞬態回應；及4)與輸入EMI濾波器之相容性。
歸因於切換模式電力轉換器之操作的複雜性，預測其動態行為及在所有操作條件下對其進行補償並非始終為易事。在無準確預測之情況下，且僅取決於建置電路及執行組件反覆直至操作令人滿意為止，工程成本可容易地逐步上升，排程可能被錯過，且最終設計解決方案很少得到最佳化。
因此，需要動態地調適對一閉合迴路負回饋系統中之操作條件的補償之能力。
根據一實施例，一種切換模式電力供應器(SMPS)可包含：至少一電力開關，其耦接至一電壓源；一電力電感器，其耦接至該至少一電力開關；一濾波電容器，其耦接至該電力電感器之一負載側，該濾波電容器提供該SMPS之一經調節電壓輸出；至少一驅動器，其耦接至該至少一電力開關；一脈衝寬度調變(PWM)產生器，其具有耦接至該至少一驅動器並控制該至少一驅動器之至少一輸出，該PWM產生器之該至少一輸出提供包含複數個脈衝之至少一PWM信號；具有一記憶體之一數位處理器；一第一運算跨導放大器(OTA)，其具有耦接至一參考電壓之一第一輸入、耦接至該SMPS之該經調節電壓輸出的一第二輸入，及用於控制該第一OTA之一跨導的一電流輸入；一第一電流數位轉類比轉換器(IDAC)，其具有耦接至該第一OTA之該電流輸入的一類比輸出、耦接至一電流參考之一電流參考輸入，及耦接至該數位處理器的數位輸入以用於控制來自該第一IDAC之該輸出之一電流值；一第二運算跨導放大器(OTA)，其具有耦接至該第二OTA之一輸出的一第一輸入、耦接至該SMPS之該經調節電壓輸出之一共同點的一第二輸入，及用於控制該第二OTA之一跨導的一電流輸入；一第二電流數位轉類比轉換器(IDAC)，其具有耦接至該第二OTA之該電流輸入的一類比輸出、耦接至該電流參考之一電流參考輸入，及耦接至該數位處理器的數位輸入以用於控制來自該第二IDAC之該輸出之一電流值；一第一電容器，其耦接於該第一OTA之該輸出與該第二OTA之該輸出之間；及一第二電容器，其耦接於該第一OTA之該輸出與該SMPS之該經調節電壓輸出的該共同點之間；其中該數位處理器藉由經由該第一IDAC及該第二IDAC改變該第一OTA及該第二OTA之該等跨導而最佳化該SMPS的類比負回饋操作。
根據另一實施例，該至少一電力開關為至少一電力電晶體。根據另一實施例，該至少一電力電晶體為至少一電力金屬氧化物半導體(MOS)場效電晶體(FET)。根據另一實施例，一通信介面耦接至該數位處理器。根據另一實施例，該數位處理器及該記憶體包含一微控制器。根據另一實施例，該數位處理器係選自由以下各者組成之群：一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一可程式化邏輯陣列(PLA)及一特殊應用積體電路(ASIC)。
根據另一實施例，一種切換模式電力供應器(SMPS)可包含：一第一電力開關，其耦接至一電壓源；一第二電力開關，其耦接於該第一電力開關與一電壓源回線(voltage source return)之間；一電力電感器，其耦接至該第一電力開關及該第二電力開關；一濾波電容器，其耦接至該電力電感器之一負載側，該濾波電容器提供該SMPS之一經調節電壓輸出；一第一驅動器，其耦接至該第一電力開關；一第二驅動器，其耦接至該第二電力開關；一脈衝寬度調變(PWM)產生器，其分別具有耦接至該第一驅動器及該第二驅動器並控制該第一驅動器及該第二驅動器之第一輸出及第二輸出，該PWM產生器之該第一輸出及該第二輸出提供各自包含複數個脈衝之第一PWM信號及第二PWM信號；具有一記憶體之一數位處理器；一第一運算跨導放大器(OTA)，其具有耦接至一參考電壓之一第一輸入、耦接至該SMPS之該經調節電壓輸出的一第二輸入，及用於控制該第一OTA之一跨導的一電流輸入；一第一電流數位至類比轉換器(IDAC)，其具有耦接至該第一OTA之該電流輸入的一類比輸出、耦接至一電流參考之一電流參考輸入，及耦接至該數位處理器的數位輸入以用於控制來自該第一IDAC之該輸出之一電流值；一第二運算跨導放大器(OTA)，其具有耦接至該第二OTA之一輸出的一第一輸入、耦接至該SMPS之該經調節電壓輸出之一共同點的一第二輸入，及用於控制該第二OTA之一跨導之一電流輸入；一第二電流數位至類比轉換器(IDAC)，其具有耦接至該第二OTA之該電流輸入的一類比輸出、耦接至該電流參考之一電流參考輸入，及耦接至該數位處理器的數位輸入以用於控制來自該第二IDAC之該輸出之一電流值；一第一電容器，其耦接於該第一OTA之該輸出與該第二OTA之該輸出之間；及一第二電容器，其耦接於該第一OTA之該輸出與該SMPS之該經調節電壓輸出的該共同點之間；其中該數位處理器藉由經由該第一IDAC及該第二IDAC改變該第一OTA及該第二OTA之該等跨導而最佳化該SMPS的類比負回饋操作。
根據另一實施例，該第一電力開關及該第二電力開關為電力電晶體。根據另一實施例，該等電力電晶體為電力金屬氧化物半導體(MOS)場效電晶體(FET)。根據另一實施例，一通信介面耦接至該數位處理器。根據另一實施例，該數位處理器及該記憶體包含一微控制器。根據另一實施例，該數位處理器係選自由以下各者組成之群：一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一可程式化邏輯陣列(PLA)及一特殊應用積體電路(ASIC)。
根據又一實施例，一種使用具有可以數位方式選擇之參數之一閉合迴路類比負回饋電路的電力轉換系統可包含：一第一運算跨導放大器(OTA)，其具有耦接至一參考電壓之一第一輸入、耦接至該電力轉換系統之一輸出電壓的一第二輸入，及用於控制該第一OTA之一跨導的一電流輸入；一第一電流數位轉類比轉換器(IDAC)，其具有耦接至該第一OTA之該電流輸入的一類比輸出、耦接至一電流參考之一電流參考輸入，及耦接至一數位處理器的數位輸入以用於控制來自該第一IDAC之該輸出之一電流值；一第二運算跨導放大器(OTA)，其具有耦接至該第二OTA之一輸出的一第一輸入、耦接至一電壓供應共同點之一第二輸入，及用於控制該第二OTA之一跨導的一電流輸入；一第二電流數位轉類比轉換器(IDAC)，其具有耦接至該第二OTA之該電流輸入的一類比輸出、耦接至該電流參考之一電流參考輸入，及耦接至該數位處理器的數位輸入以用於控制來自該第二IDAC之該輸出之一電流值；一第一電容器，其耦接於該第一OTA之該輸出與該第二OTA之該輸出之間；及一第二電容器，其耦接於該第一OTA之該輸出與該電壓供應共同點之間；其中該數位處理器藉由經由該第一IDAC及該第二IDAC改變該第一OTA及該第二OTA之該等跨導而最佳化該電力轉換系統的類比負回饋操作。
根據該系統之另一實施例，一通信介面耦接至該數位處理器。根據該系統之另一實施例，該數位處理器及該記憶體包含一微控制器。根據該系統之另一實施例，該數位處理器係選自由以下各者組成之群：一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一可程式化邏輯陣列(PLA)及一特殊應用積體電路(ASIC)。
根據再一實施例，一種用於使用具有可以數位方式選擇之參數之一閉合迴路類比負回饋電路來進行電力轉換的方法可包含以下步驟：控制一第一運算跨導放大器(OTA)之一跨導，該第一OTA具有耦接至一參考電壓之一第一輸入、耦接至一電力轉換系統之一輸出電壓的一第二輸入；控制一第一電流數位轉類比轉換器(IDAC)之一電流值，該第一IDAC具有耦接至該第一OTA之電流輸入的一類比輸出，及耦接至一電流參考之一電流參考輸入；控制一第二運算跨導放大器(OTA)之一跨導，該第二OTA具有耦接至該第二OTA之一輸出的一第一輸入、耦接至一電壓供應共同點之一第二輸入；控制一第二電流數位轉類比轉換器(IDAC)之一電流值，該第二IDAC具有耦接至該第二OTA之電流輸入的一類比輸出、耦接至該電流參考之一電流參考輸入；在該第一OTA之該輸出與該第二OTA之該輸出之間耦接一第一電容器；及在該第一OTA之該輸出與該電壓供應共同點之間耦接一第二電容器；及藉由經由該第一IDAC及該第二IDAC改變該第一OTA及該第二OTA之該等跨導而最佳化該電力轉換系統的類比負回饋。
根據該方法之另一實施例，藉由一數位處理器及一記憶體來控制該第一OTA及該第二OTA之該跨導以及該第一IDAC及該第二IDAC之該等電流值。根據該方法之另一實施例，該數位處理器及該記憶體包含一微控制器。根據該方法之另一實施例，該數位處理器係選自由以下各者組成之群：一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一可程式化邏輯陣列(PLA)及一特殊應用積體電路(ASIC)。
儘管本發明易受各種修改及替代性形式影響，但已在圖式中展示其特定實例實施例且在本文中對其加以詳細描述。然而，應理解，本文中對特定實例實施例之描述並不意欲將本發明限於本文中所揭示之特定形式，而相反地，本發明意欲涵蓋如藉由所附申請專利範圍所定義之所有修改及等效物。
藉由參考結合隨附圖式所考慮之以下描述，可獲取對本發明之更完整的理解。
負回饋系統具有動態地調適閉合迴路之補償的能力，其在操作期間改良動態效能。此能力亦產生具有改良之可靠性及效能的高整合之較小設計。根據本發明之教示，藉由使用具有數位輔助之純類比控制迴路，提供了與數位設計解決方案之靈活性結合的類比設計解決方案之速度及簡單性。調適補償允許系統在所有DC操作點處準確地預測並調整：(1)轉換器對抗閉合迴路振盪之穩定性邊限；及(2)對輸入電壓及/或輸出電流中之擾動的頻域及時域回應。
混合信號(類比及數位)積體電路裝置可用以實施閉合迴路負回饋系統中之具有數位輔助的類比控制迴路。根據本發明之教示，可根據不同操作條件動態地調適閉合迴路負回饋系統中之補償，藉此改良在此等不同操作條件下的系統之動態效能。此允許在使用完全整合設計時具有改良之動態效能。此尤其有利於穩健的電力供應器設計，例如切換模式電力供應器(SMPS)，其具有增加之可靠性及將易於滿足高要求系統之要求的瞬態回應。另外，電力供應器之電力傳動組件(power train component)的較少超邊限設計產生較不昂貴之較小產品。
現參看圖式，示意性地說明特定實例實施例之細節。在該等圖式中，相同元件將藉由相同數字表示，且類似元件將藉由相同數字以不同小寫字母字尾表示。
參看圖1，描繪基本電壓調節器系統之示意性方塊圖。電力系統102，例如基本切換模式電力轉換器，其中未受控電壓源(或電流源，或電力源)之輸入施加至電力系統102之輸入端，以期望輸出端處之電壓(或電流，或電力)將受到極好的控制。控制輸出之基礎為將其與某一形式之參考進行比較，且該輸出與該參考之間的任何偏差成為誤差。在回饋控制系統中，使用負回饋來將此誤差減小至可接受值，如該系統要求儘可能接近0。通常需要快速地減小該誤差，但回饋控制固有地存在系統回應與系統穩定性之間的折衷。回饋網路愈具回應性，則不穩定風險變得愈大。
此時，應提及，存在另一控制方法-前饋。藉由前饋控制，回應於輸入變化或擾動而直接產生控制信號。前饋不如回饋準確，此係因為不涉及輸出感測，然而，不存在延遲來等待產生輸出誤差信號，且前饋控制無法引起不穩定性。應清楚，前饋控制通常不足以作為用於電壓調節器之唯一控制方法，但其常常與回饋一起使用以改良調節器對動態輸入變化的回應。
參看圖2，描繪圖1中所展示之電壓調節器系統之更詳細的示意性方塊圖。已將電力系統102分成兩個區塊：1)電力電路206，及2)控制電路208。電力電路206處置該電力系統之負載電流，且通常為大型、穩健的，且經受寬的溫度波動。藉由定義，其切換功能為大信號現象，在大多數穩定性分析中通常僅模擬成具有作用時間循環的雙態開關。輸出濾波器(未圖示)亦被視為電力電路206之一部分，但可將其視為線性區塊。控制電路208通常將由增益區塊、誤差放大器及脈衝寬度調變器構成，其用以界定電力開關的作用時間循環。根據本發明之教示，控制電路208經最佳化以回應電力系統102中之干擾，同時維持所要的輸出電壓VOUT。
參看圖3，描繪根據本發明之一特定實例實施例的實施為同步降壓切換模式電力供應器(SMPS)之圖2中所展示之電路的示意圖。該SMPS之電力電路206自電源320(例如，電池)接收電力(電壓及電流)，且包含電力電感器312、分別之高電力開關316及低電力開關318(例如，電力場效電晶體)；及用於平滑化來自所要直流(DC)輸出之交流(AC)漣波的負載電容器310。如下文中更完整地描述，電力電路206連接至控制電路208且受控制電路208控制。
使用具有斜率補償之峰值電流模式控制的同步降壓轉換器之轉移函數可導出為：
其中KFB為電壓回饋增益，且γ為歸因於斜率補償斜坡之增益因子。此增加之斜坡亦具有減小電壓迴路及電流迴路兩者之增益(例如，電流至電壓增益)的效應，藉此f S 為轉換器切換頻率，D為作用時間循環，且R S 為有效電流感測電阻。C為輸出電容，R為輸出負載，且s為自時域至頻域之拉普拉斯(Laplace)變換。K EA (s)為頻域中之誤差放大器轉移函數。
該轉移函數具有主導低頻極點：
及另一較高頻率極點：
該系統本質上為一階的，且歸因於斜率補償斜坡之增益因子為：
其中m1為電感器電流上升斜率：
m2為電感器電流下降斜率：
且m3為增加之穩定化斜坡。可見，與輸入電壓相關聯之增益區塊趨向於0，因為：
γ=(1-D)
在理論上，其對應於零音訊敏感度。此暗示「最佳」斜率補償斜坡：
其與D無關，且大於先前所論述之最小要求。若假定應用此最佳量之斜率補償，則轉移函數減小至：
儘管如此
調適性補償
如藉由轉移函數所展示，該系統本質上為一階的，其中主導極點係藉由輸出電容器及輸出負載來判定。增益受有效電流感測電阻及回饋增益影響。因此，最佳補償隨操作條件而變化。在下文中，以下術語係針對穩定性分析而定義：增益邊限為在相位達到180時在單位增益(0 dB)與實際增益之間的差。較佳值為-6 dB至-12 dB。
相位邊限為在增益達到單位增益時在180與實際相位之間的差。較佳值為45至60。
穩定性準則為通常使用的來自上文兩個定義之導出物，即若增益回應之斜率隨著其跨越單位增益軸線不超過-6 dB/倍頻程，則相位邊限將大於45且系統將為穩定的。
參看圖4，描繪對類比控制迴路中之誤差放大器之先前技術補償的示意圖。此誤差放大器之轉移函數為：
參看圖5，描繪對類比控制迴路中之誤差放大器之另一先前技術補償的示意圖。此誤差放大器之轉移函數為：
圖4及圖5描繪對類比控制迴路中之誤差放大器之固定補償。該補償無法適應不同操作條件。根據本發明之教示，根據不同操作條件來調適補償以便提供最佳穩定性及動態效能。
參看圖6，描繪根據本發明之教示的用於同步降壓轉換器之調適性類比補償電路的示意圖。圖6中所展示之成比例-整體補償之轉移函數為：
根據本發明之教示，用以滿足本文中所定義之增益邊限、相位邊限及穩定性準則的調適性補償程序如下：針對增益，調整C1
其中單位增益為：
針對零值，調整R1
該零值置於主導極點之頂部，該主導極點係藉由輸出電容器及輸出負載判定。該零值提供增加之低頻增益及「零」DC誤差。該零值可適應於不同操作條件。
針對極點，調整R2
該極點置於該零值之頂部，該零值係藉由輸出電容器及輸出電容器等效串聯電阻ESR判定。該極點消除該ESR之引導效應。以此方式，動態補償適應電力轉換電路之操作條件。
參看圖7，描繪根據本發明之一特定實例實施例之調適性類比控制迴路誤差放大器的示意圖。誤差放大器702包含第一運算跨導放大器(OTA)704、第二OTA 706、第一電流數位轉類比轉換器(IDAC)708及第二IDAC 710。電容器C2及C3被包括但不可控制。第一OTA 704之跨導係藉由來自第一IDAC 708之恆定電流輸出而控制。第一IDAC 708之類比電流輸出係藉由具有記憶體之數位處理器462(圖8)經由第一IDAC 708之數位輸入而控制，第一IDAC 708之數位輸入耦接至數位處理器462的數位輸出。第二OTA706之跨導係藉由來自第二IDAC 710之恆定電流輸出而控制。第二IDAC 710之類比電流輸出係藉由具有記憶體之數位處理器462(圖8)經由第二IDAC 710之數位輸入而控制，第二IDAC 710之數位輸入耦接至數位處理器462的數位輸出。第一OTA 704及第二OTA 706各自包含差分電壓輸入、電流輸出，及用於控制其跨導之電流輸入。IDAC 708及710亦耦接至電流參考IREF。該數位處理器可為例如(但不限於)微控制器、微處理器、數位信號處理器(DSP)、可程式化邏輯陣列(PLA)、特殊應用積體電路(ASIC)等。
第一OTA 704及第一IDAC 708控制誤差放大器702之增益。第二OTA 706及第二IDAC 710控制誤差放大器702之零值的置放。可針對不同操作條件來調適系統增益邊限及相位邊限。以此方式，根據本發明之教示，數位處理器462可控制閉合迴路系統之增益邊限、相位邊限及穩定性。
圖8說明根據本發明之該特定實例實施例的利用圖7之調適性類比控制迴路誤差放大器之控制電路的示意性方塊圖。控制電路208連接至圖3中所展示之電力電路206，且可包含：具有記憶體之數位處理器462(例如，微控制器)；藉由功能區塊464所表示之具有無作用帶邏輯(dead band logic)的高切換驅動器及低切換驅動器、偏壓產生器、電流及電壓參考電路466；欠壓及過壓偵測器456、PWM產生器458、過電流偵測器454、圖7中所展示之誤差放大器702、電力電感器電流量測電路450，及視情況，通信介面460。通信介面460可耦接至具有記憶體之數位處理器462，且用以監視該具有記憶體之數位處理器的操作及/或改變其參數。
功能區塊464之高切換驅動器及低切換驅動器耦接至高電力開關316及低電力開關318並控制其何時接通及斷開。另外，功能區塊464之無作用帶邏輯防止高電力開關316及 低電力開關318同時接通，較佳地，存在無作用帶，高電力開關316及低電力開關318兩者在該無作用帶中斷開。PWM產生器458控制電力電感器312何時耦接至電源320並自電源320充電，以及耦接並充電多久。
誤差放大器702量測輸出電壓+VSEN，且將其與來自電壓參考電路466之參考電壓VREF進行比較。來自誤差放大器702之誤差信號(表示所要電壓(Vref)與實際SMPS輸出電壓之間的差)施加至PWM產生器458之誤差輸入，其中PWM產生器458調整其脈衝波形輸出以最小化彼差(閉合迴路回饋，參見圖1至圖3)。過電流偵測器454監視至電力電感器312之電流，且欠壓及過壓偵測器456監視至SMPS之輸入電壓，以發現不合需要(例如，異常)之情形，例如電感器電流超過容許設計極限、輸入電壓高於或低於設計操作輸入電壓範圍。電力電感器電流量測電路450量測SMPS電力電感器電流。預期且在本發明之範疇內，可使用用於量測通過電力電感器312之電流的任何方法及/或電路，且一般熟習SMPS系統之設計的技術者及具有本發明之益處者將理解實施此電流量測電路的方式。在藉由Scott Dearborn在2010年12月3日申請之共同擁有的美國專利申請案第12/959,837號中更完整地描述了各種電感器電流量測電路，且該案以引用的方式併入本文中以達成所有目的。
儘管已藉由參考本發明之實例實施例描繪、描述並定義了本發明的實施例，但此等參考並不暗示對本發明之限制，且無此限制將被推斷出。如一般熟習相關技術者及具有本發明之益處者將想到，所揭示之標的物能夠在形式及功能上具有大量修改、變更及等效物。本發明之所描繪及描述之實施例僅為實例，且並非本發明之範疇的詳盡內容。
102．．．電力系統
206．．．電力電路
208．．．控制電路
310．．．負載電容器
312．．．電力電感器
316．．．高電力開關
318．．．低電力開關
320．．．電源
450．．．電力電感器電流量測電路
454．．．過電流偵測器
456．．．欠壓及過壓偵測器
458．．．PWM產生器
460．．．通信介面
462．．．具有記憶體之數位處理器
464．．．功能區塊/具有無作用帶邏輯之高切換驅動器及低切換驅動器
466．．．偏壓產生器、電流及電壓參考電路
702．．．誤差放大器
704．．．第一運算跨導放大器(OTA)
706．．．第二OTA
708．．．第一電流數位轉類比轉換器(IDAC)
710．．．第二IDAC
C2．．．電容器
C3．．．電容器
圖1說明基本電壓調節器系統之示意性方塊圖；
圖2說明圖1中所展示之電壓調節器系統之更詳細的示意性方塊圖；
圖3說明實施為同步降壓切換模式電力供應器(SMPS)之圖2中所展示之電路的示意圖；
圖4說明對類比控制迴路中之誤差放大器之先前技術補償的示意圖；
圖5說明對類比控制迴路中之誤差放大器之另一先前技術補償的示意圖；
圖6說明根據本發明之教示之調適性類比控制迴路誤差放大器的示意圖；
圖7說明根據本發明之一特定實例實施例之調適性類比控制迴路誤差放大器的示意圖；及
圖8說明根據本發明之該特定實例實施例的利用圖7之調適性類比控制迴路誤差放大器之控制電路的示意性方塊圖。
206．．．電力電路
208．．．控制電路
310．．．負載電容器
312．．．電力電感器
316．．．高電力開關
318．．．低電力開關
320．．．電源

Claims (20)

  1. 一種切換模式電力供應器(SMPS)，其包含：至少一電力開關，其耦接至一電壓源；一電力電感器，其耦接至該至少一電力開關；一濾波電容器，其耦接至該電力電感器之一負載側，該濾波電容器提供該SMPS之一經調節電壓輸出；至少一驅動器，其耦接至該至少一電力開關；一脈衝寬度調變(PWM)產生器，其具有耦接至該至少一驅動器並控制該至少一驅動器之至少一輸出，該PWM產生器之該至少一輸出提供包含複數個脈衝的至少一PWM信號；具有一記憶體之一數位處理器；一第一運算跨導放大器(OTA)，其具有耦接至一參考電壓之一第一輸入、耦接至該SMPS之該經調節電壓輸出的一第二輸入，及用於控制該第一OTA之一跨導的一電流輸入；一第一電流數位轉類比轉換器(IDAC)，其具有耦接至該第一OTA之該電流輸入的一類比輸出、耦接至一電流參考之一電流參考輸入，及耦接至該數位處理器的數位輸入以用於控制來自該第一IDAC之該輸出之一電流值；一第二運算跨導放大器(OTA)，其具有耦接至該第二OTA之一輸出的一第一輸入、耦接至該SMPS之該經調節電壓輸出之一共同點的一第二輸入，及用於控制該第二OTA之一跨導的一電流輸入； 一第二電流數位轉類比轉換器(IDAC)，其具有耦接至該第二OTA之該電流輸入的一類比輸出、耦接至該電流參考之一電流參考輸入，及耦接至該數位處理器的數位輸入以用於控制來自該第二IDAC之該輸出之一電流值；一第一電容器，其耦接於該第一OTA之該輸出與該第二OTA之該輸出之間；及一第二電容器，其耦接於該第一OTA之該輸出與該SMPS之該經調節電壓輸出的該共同點之間；其中該數位處理器藉由經由該第一IDAC及該第二IDAC改變該第一OTA及該第二OTA之該等跨導而最佳化該SMPS的類比負回饋操作。
  2. 如請求項1之SMPS，其中該至少一電力開關為至少一電力電晶體。
  3. 如請求項2之SMPS，其中該至少一電力電晶體為至少一電力金屬氧化物半導體(MOS)場效電晶體(FET)。
  4. 如請求項1之SMPS，其進一步包含耦接至該數位處理器之一通信介面。
  5. 如請求項1之SMPS，其中該數位處理器及該記憶體包含一微控制器。
  6. 如請求項1之SMPS，其中該數位處理器係選自由以下各者組成之群：一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一可程式化邏輯陣列(PLA)及一特殊應用積體電路(ASIC)。
  7. 一種切換模式電力供應器(SMPS)，其包含： 一第一電力開關，其耦接至一電壓源；一第二電力開關，其耦接於該第一電力開關與一電壓源回線之間；一電力電感器，其耦接至該第一電力開關及該第二電力開關；一濾波電容器，其耦接至該電力電感器之一負載側，該濾波電容器提供該SMPS之一經調節電壓輸出；一第一驅動器，其耦接至該第一電力開關；一第二驅動器，其耦接至該第二電力開關；一脈衝寬度調變(PWM)產生器，其分別具有耦接至該第一驅動器及該第二驅動器並控制該第一驅動器及該第二驅動器之第一輸出及第二輸出，該PWM產生器之該第一輸出及該第二輸出提供各自包含複數個脈衝的第一PWM信號及第二PWM信號；具有一記憶體之一數位處理器；一第一運算跨導放大器(OTA)，其具有耦接至一參考電壓之一第一輸入、耦接至該SMPS之該經調節電壓輸出的一第二輸入，及用於控制該第一OTA之一跨導的一電流輸入；一第一電流數位轉類比轉換器(IDAC)，其具有耦接至該第一OTA之該電流輸入的一類比輸出、耦接至一電流參考之一電流參考輸入，及耦接至該數位處理器的數位輸入以用於控制來自該第一IDAC之該輸出之一電流值；一第二運算跨導放大器(OTA)，其具有耦接至該第二 OTA之一輸出的一第一輸入、耦接至該SMPS之該經調節電壓輸出之一共同點的一第二輸入，及用於控制該第二OTA之一跨導的一電流輸入；一第二電流數位轉類比轉換器(IDAC)，其具有耦接至該第二OTA之該電流輸入的一類比輸出、耦接至該電流參考之一電流參考輸入，及耦接至該數位處理器的數位輸入以用於控制來自該第二IDAC之該輸出之一電流值；一第一電容器，其耦接於該第一OTA之該輸出與該第二OTA之該輸出之間；及一第二電容器，其耦接於該第一OTA之該輸出與該SMPS之該經調節電壓輸出的該共同點之間；其中該數位處理器藉由經由該第一IDAC及該第二IDAC改變該第一OTA及該第二OTA之該等跨導而最佳化該SMPS的類比負回饋操作。
  8. 如請求項7之SMPS，其中該第一電力開關及該第二電力開關為電力電晶體。
  9. 如請求項8之SMPS，其中該等電力電晶體為電力金屬氧化物半導體(MOS)場效電晶體(FET)。
  10. 如請求項7之SMPS，其進一步包含耦接至該數位處理器之一通信介面。
  11. 如請求項7之SMPS，其中該數位處理器及該記憶體包含一微控制器。
  12. 如請求項7之SMPS，其中該數位處理器係選自由以下各者組成之群：一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、 一可程式化邏輯陣列(PLA)及一特殊應用積體電路(ASIC)。
  13. 一種使用具有可以數位方式選擇之參數之一閉合迴路類比負回饋電路的電力轉換系統，該系統包含：具有一記憶體之一數位處理器；一第一運算跨導放大器(OTA)，其具有耦接至一參考電壓之一第一輸入、耦接至該電力轉換系統之一輸出電壓的一第二輸入，及用於控制該第一OTA之一跨導的一電流輸入；一第一電流數位轉類比轉換器(IDAC)，其具有耦接至該第一OTA之該電流輸入的一類比輸出、耦接至一電流參考之一電流參考輸入，及耦接至該數位處理器的數位輸入以用於控制來自該第一IDAC之該輸出之一電流值；一第二運算跨導放大器(OTA)，其具有耦接至該第二OTA之一輸出的一第一輸入、耦接至一電壓供應共同點之一第二輸入，及用於控制該第二OTA之一跨導的一電流輸入；一第二電流數位轉類比轉換器(IDAC)，其具有耦接至該第二OTA之該電流輸入的一類比輸出、耦接至該電流參考之一電流參考輸入，及耦接至該數位處理器的數位輸入以用於控制來自該第二IDAC之該輸出之一電流值；一第一電容器，其耦接於該第一OTA之該輸出與該第二OTA之該輸出之間；及一第二電容器，其耦接於該第一OTA之該輸出與該電 壓供應共同點之間；其中該數位處理器藉由經由該第一IDAC及該第二IDAC改變該第一OTA及該第二OTA之該等跨導而最佳化該電力轉換系統的類比負回饋操作。
  14. 如請求項13之電力轉換系統，其進一步包含耦接至該數位處理器之一通信介面。
  15. 如請求項13之電力轉換系統，其中該數位處理器及該記憶體包含一微控制器。
  16. 如請求項13之電力轉換系統，其中該數位處理器係選自由以下各者組成之群：一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一可程式化邏輯陣列(PLA)及一特殊應用積體電路(ASIC)。
  17. 一種用於使用具有可以數位方式選擇之參數之一閉合迴路類比負回饋電路來進行電力轉換的方法，該方法包含以下步驟：控制一第一運算跨導放大器(OTA)之一跨導，該第一OTA具有耦接至一參考電壓之一第一輸入、耦接至一電力轉換系統之一輸出電壓的一第二輸入；控制一第一電流數位轉類比轉換器(IDAC)之一電流值，該第一IDAC具有耦接至該第一OTA之電流輸入的一類比輸出，及耦接至一電流參考之一電流參考輸入；控制一第二運算跨導放大器(OTA)之一跨導，該第二OTA具有耦接至該第二OTA之一輸出的一第一輸入、耦接至一電壓供應共同點之一第二輸入； 控制一第二電流數位轉類比轉換器(IDAC)之一電流值，該第二IDAC具有耦接至該第二OTA之電流輸入的一類比輸出、耦接至該電流參考之一電流參考輸入；在該第一OTA之該輸出與該第二OTA之該輸出之間耦接一第一電容器；及在該第一OTA之該輸出與該電壓供應共同點之間耦接一第二電容器；及藉由經由該第一IDAC及該第二IDAC改變該第一OTA及該第二OTA之該等跨導而最佳化該電力轉換系統的類比負回饋。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包含以下步驟：藉由一數位處理器及一記憶體來控制該第一OTA及該第二OTA之該等跨導以及該第一IDAC及該第二IDAC之該等電流值。
  19. 如請求項18之方法，其中該數位處理器及該記憶體包含一微控制器。
  20. 如請求項18之方法，其中該數位處理器係選自由以下各者組成之群：一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一可程式化邏輯陣列(PLA)及一特殊應用積體電路(ASIC)。
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