TWI588506B - 控制器的輸出控制方法 - Google Patents

Description

控制器的輸出控制方法

本發明係關於一種控制器的輸出控制方法，特別是一種控制器切換於不同控制模式時各回授迴路的頻寬仍相同的輸出控制方法。

電源量測單元(Source measure unir，SMU)可以透過程式化的方式，將電源供應給正在開發或進行測試的裝置。習知的電源量測單元可以監測正在開發或進行測試裝置所耗用的電壓與電流，並依據監測到的電壓與電流來調整提供的電壓或電流大小，以令提供的電壓或電流可以符合開發或測試需求，並且降低裝置燒毀的可能性。

然而，習知的電源量測單元在監測到電壓或電流到達預設門檻值時，才調整提供電壓或電流大小的方式，容易造成提供的電壓或電流有過衝（overshoot）的狀況發生。而且習知的電源量測單元在控制迴路切換時，亦會造成輸出訊號產生不連續變化的波形，進而降低電源供應的可靠度。

本發明在於提供一種控制器的輸出控制方法，藉以解決先前技術中輸出訊號波形有不連續變化的問題。

本發明所揭露的控制器的輸出控制方法，適用於控制器。控制器輸出設定參數值至功率放大器，功率放大器依據設定參數值提供驅動訊號至負載。控制器以電流回授迴路和電壓回授迴路電性連接負載。控制器的輸出控制方法具有於多個偵測時間點中的每一個偵測時間點，以電流回授迴路偵測負載上的偵測電流值，並以電壓授迴路偵測負載上的偵測電壓值。於電壓控制模式中，依據部分的偵測電壓值，產生設定參數值。於電流控制模式中，依據部分的偵測電流值，產生設定參數值。當控制器切換於電壓控制模式和電流控制模式之間時，控制器判斷於一個偵測時間點時偵測電流值與偵測電壓值之間的比例關係，並至少依據比例關係，產生設定參數值，以令電流回授迴路和電壓回授迴路的頻寬相同。

根據上述本發明所揭露的控制器的輸出控制方法，藉由於每一個偵測時間點偵測電流回授迴路上的偵測電流值和電壓回授迴路上的偵測電壓值，以在控制器切換控制模式時，可以依據偵測電流值和偵測電壓值的比例關係，產生設定參數值來控制功率放大器，以令控制器切換執行不同控制模式時各回授迴路的頻寬仍相同。如此一來，當控制器切換控制模式時，控制器輸出的電壓或電流不會產生不連續變化的波形，且可避免電壓或電流過衝的狀況。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參照圖1，圖1係根據本發明一實施例所繪示之控制器、功率放大器和負載的功能方塊圖，如圖1所示，控制器10電性連接功率放大器20，功率放大器20依據控制器10輸出的設定參數值，輸出驅動訊號至負載30。控制器10例如是現場可程式化閘陣列(Field-programmable gate array，FPGA)、複雜可程式邏輯裝置(Complex Programmable Logic Device，CPLD)或其他合適裝置。

於一個實施例中，功率放大器20的輸出端電性連接電阻40及負載30，且電阻40與負載30串聯。控制器10具有第一差動放大器11及第二差動放大器13，第一差動放大器11的第一輸入端及第二輸入端分別電性連接電阻40的兩端，與功率放大器20、負載30和電阻40構成電流回授迴路，以偵測電阻40兩端的電壓差值，並依據偵測電阻40兩端的電壓差值和電阻40的電阻值，判斷流經負載30的偵測電流值。第二差動放大器13的第一輸入端及第二輸入端分別電性連接負載30的兩端，與功率放大器20、負載30和電阻40構成電壓回授迴路，以偵測負載30兩端的電壓差值，作為負載30的偵測電壓值。

控制器10切換地執行於電壓控制模式和電流控制模式，且於多個偵測時間點偵測負載30的偵測電流值和偵測電壓值。於電壓控制模式中，控制器10依據部分的偵測電壓值來產生設定參數值。於電流控制模式中，控制器10依據部分的偵測電流值來產生設定參數值。換言之，控制器10在每一個偵測時間點偵測負載30的偵測電流值和偵測電壓值時，亦於每一個偵測時間點依據偵測電流值或偵測電壓值產生設定參數值。

在一個實際的例子中，當控制器10執行電壓控制模式時，控制器10是依據當前的偵測電壓值和前一個偵測時間點偵測到的偵測電壓值來產生設定參數值。當控制器10執行電流控制模式時，控制器10是依據當前的偵測電流值和前一個偵測時間點偵測到的偵測電流值來產生設定參數值。於其他實施例中，控制器10更可以依據前一個偵測時間點的設定參數值來決定當前偵測時間點的設定參數值，本實施例不予限制。

於本實施例中，控制器10於每一個偵測時間點比較第一比例值及第二比例值，並依據第一比例值和第二比例值的大小關係，選擇性地切換於電壓控制模式和電流控制模式其中之一。第一比例值關聯於當前偵測時間點的偵測電流值與預設電流值的比值，第二比例值關聯於當前偵測時間點的偵測電壓值與預設電壓值的比值。

於一個實施例中，第一比例值是偵測電流值與初始電流值的差值相對於預設電流值與初始電流值差值的比值，第二比例值是偵測電壓值與初始電壓值的差值相對於預設電壓值與初始電壓值差值的比值。換言之，控制器10偵測負載30的電流值和電壓值變化，並依據電流值變化相對於預設電流值的完成度和電壓值變化相對於預設電壓值的完成度，來決定控制器10執行電壓控制模式或電流控制模式。例如當第一比例值大於第二比例值時，控制器10執行電流控制模式。當第二比例值大於第一比例值時，控制器10執行電壓控制模式。

當控制器10切換於電壓控制模式和電流控制模式之間時，控制器10判斷於偵測電流值與偵測電壓值之間的比例關係，並至少依據比例關係，產生設定參數值。也就是說，例如在控制器10執行電壓控制模式中的一個偵測時間點，第一比例值大於第二比例值。控制器10切換至電流控制模式，並判斷於第一比例值和第二比例值大小關係改變的偵測時間點，偵測電流值和偵測電壓值的比例關係。控制器10依據比例關係產生設定參數值，使得控制器10在切換至電流控制模式時的電流回授迴路與電壓回授迴路的頻寬相同。如此一來，控制器10不論以電流回授迴路上的偵測電流值作為產生設定參數值的依據，或以電壓回授迴路上的偵測電壓值作為產生設定參數值的依據，控制器10在切換控制模式時，會以偵測電壓值和偵測電流值的比例關係，使電流回授迴路與電壓回授迴路的頻寬相同，據以令控制器10和功率放大器20輸出至負載30的訊號連續，而不會有不連續的輸出波形或過衝的狀況發生，進而提升電源供應的可靠度。

於其他實施例中，控制器10亦可以直接依據負載30的電流值和電壓值大小，來決定執行電壓控制模式或電流控制模式。又或者，控制器10依據電流值與頻寬的乘積和電壓值與頻寬的乘積，來決定執行電壓控制模式或電流控制模式，本實施例不予限制。

在一個具體例子中，請參照圖2，圖2係根據本發明另一實施例所繪示之控制器、功率放大器和負載的功能方塊圖，如圖所示，控制器10具有模式選擇單元15和控制單元17。控制器10於多個偵測時間點負載30的偵測電流值和偵測電壓值，其中於第K偵測時間點偵測負載30的偵測電流值為If _k和偵測電壓值為Vf _k，並於第K偵測時間點比較第一比例值Iloop及第二比例值Vloop的大小關係。

第一比例值Iloop及第二比例值Vloop分別例如是：

其中V _start是負載30上的初始電壓值，I _start是負載30上的初始電流值，Vcmd是預設電壓值，Icmd是預設電流值。當於第K偵測時間點時，第二比例值Vloop大於第一比例值Iloop，控制器10執行電壓控制模式。控制器10依據第K偵測時間點的偵測電壓值Vf _k、第K-1偵測時間點偵測到的偵測電壓值Vf _k-1和第K-1偵測時間點的設定參數值Y _k-1，來產生設定參數值Y _k。

其中T為相鄰兩個偵測時間點的時間差，KI_v為模式選擇單元15操作於電壓控制模式下的增益。功率放大器20接收到控制器10輸出的設定參數值Y_k，並依據設定參數值Y_k輸出驅動訊號至負載30。此時，電壓回授迴路的頻寬GBW_v為：

其中G_AMP為功率放大器20的增益，V_RL為負載30兩端的電壓差，V_RS為電阻40兩端的電壓差，β_V為第二差動放大器13的增益。當控制器10執行電壓控制模式的每一個偵測時間點，控制器10皆會依據前一個偵測時間點的設定參數值和偵測電壓值以及當前偵測時間點的偵測電壓值來產生設定參數值。換言之，控制器10以電壓回授迴路作為主控迴路時，控制器10以電壓回授迴路的偵測電壓值來提供設定參數值給功率放大器20，使得負載30上的偵測電壓值往預設電壓值靠近。

當於第K+1偵測時間點，第一比例值Iloop大於第二比例值Vloop，控制器10切換執行電流控制模式。此時，為了讓控制器10和功率放大器20輸出的訊號連續，設計使電壓回授迴路的頻寬GBW_v和電流回授迴路的頻寬GBW_I相等。

其中KI_I為模式選擇單元15操作於電流控制模式下的增益，β_I為第一差動放大器11的增益。當電壓回授迴路的頻寬GBW_v和電流回授迴路的頻寬GBW_I相等時，控制器10判斷於第K+1偵測時間點的偵測電流值If_k+1與偵測電壓值Vf_k+1之間的比例關係，可以依據比例關係進一步地取得模式選擇單元15操作於電流控制模式和電流控制模式下的增益比值：GBW_I=GBW_V KI _I ．If _k+1=KI_V．Vf _k+1

控制器10再依據模式選擇單元15操作於電流控制模式和電流控制模式下的增益比值、第K偵測時間點的偵測電壓值Vf _k和偵測電流值If _k、第K+1偵測時間點偵測到的偵測電壓值Vf _k+1和偵測電流值If _k+1、第K偵測時間點的設定參數值Y _k，產生設定參數值Y _k+1。

換言之，在控制器10進行控制模式的切換時，當控制器10依據偵測電流值If _k+1與偵測電壓值Vf _k+1之間的比例關係產生設定參數值Y _k+1時，電流回授迴路上的頻寬會等於電壓回授迴路上的頻寬，使得控制器10切換不同控制模式時，控制器10輸出的電壓或電流不會產生不連續變化的波形，且可避免電壓或電流過衝的狀況。

在控制器10切換執行電流控制模式後的下一個偵測時間點第K+2偵測時間點。控制器10執行電流控制模式，控制器10依據第K+2偵測時間點的偵測電流值If _k+2、第K+1偵測時間點偵測到的偵測電流值If _k+1和第K+1偵測時間點的設定參數值Y _k+1，來產生設定參數值Y _k+2。

於前述的實施例中，KI _I和KI _V分別為模式選擇單元15操作於電流控制模式和電流控制模式下的增益，而控制單元17從模式選擇單元15接收每一個偵測時間點所偵測到的偵測電流值和偵測電壓值，並依據模式選擇單元15判斷執行的控制模式，以增益KI _I、增益KI _V、時間差T、前一個偵測時間點的設定參數值、偵測電流值或偵測電壓值來產生設定參數值，但不以此為限。於所屬技術領域具有通常知識者可依實際狀況設計模式選擇單元15和控制單元17所執行的內容，本實施例不予限制。

此外，為了方便說明，前述實施例中，在第K+1偵測時間點，判斷第一比例值Iloop大於第二比例值Vloop時，控制器10即依據偵測電流值If _k+1與偵測電壓值Vf _k+1之間的比例關係，產生設定參數值Y _k+1。在其他實施例中，控制器10亦可以在第K+1偵測時間點，判斷第一比例值Iloop大於第二比例值Vloop時，仍操作於電壓控制模式，並以第K偵測時間點的設定參數值Y _k和偵測電壓值Vf _k以及第K+1偵測時間點的偵測電壓值Vf _k+1來產生設定參數值Y _k+1。而於下一個偵測時間點第K+2偵測時間點時，才切換控制器10的控制模式，並依據偵測電流值If _k+2與偵測電壓值Vf _k+2之間的比例關係，產生設定參數值Y _k+2。於第K+3偵測時間點操作於電流控制模式，以第K+2偵測時間點的設定參數值Y _k+2和偵測電流值If _k+2以及第K+3偵測時間點的偵測電流值If _k+3來產生設定參數值Y _k+3。

為了更清楚地說明控制器10的輸出控制方法，請一併參照圖1與圖3，圖3係根據本發明再一實施例所繪示之輸出控制方法的步驟流程圖。如圖所示，於一個偵測時間點，控制器10執行步驟S501，以電流回授迴路偵測負載30上的偵測電流值，並以電壓回授迴路偵測負載30上的偵測電壓值。控制器10執行步驟S503，判斷第一比例值和第二比例值的大小關係是否改變，其中第一比例值關聯於當前偵測時間點的偵測電流值與預設電流值的比值，第二比例值關聯於當前偵測時間點的偵測電壓值與預設電壓值的比值。

當第一比例值和第二比例值的大小關係改變時，控制器10執行步驟S505，控制器10切換至電壓控制模式或電流控制模式，且判斷偵測電流值與偵測電壓值之間的比例關係，並至少依據比例關係，產生設定參數值。當第一比例值和第二比例值的大小關係未改變時，控制器10執行步驟S507，控制器10判斷第一比例值是否大於第二比例值。當第一比例值大於第二比例值時，控制器10執行步驟S509，控制器10操作於電流控制模式，依據前一個偵測時間點偵測到的偵測電流值和當前偵測時間點偵測到的偵測電流值，產生設定參數值。當第一比例值不大於第二比例值時，控制器10執行步驟S511，控制器10操作於電壓控制模式，依據前一個偵測時間點偵測到的偵測電壓值和當前偵測時間點偵測到的偵測電壓值，產生設定參數值。

當控制器10於此偵測時間點執行前述步驟S501至步驟S511後，控制器10於下一個偵測時間點又回到步驟S501，重新執行步驟S501至步驟S511。於本實施例中，藉由當第一比例值和第二比例值的大小關係改變時，控制器10依據偵測電流值與偵測電壓值的比例關係來產生設定參數值的方式，可以使得控制器10在進行控制模式的切換時，電流回授迴路與電壓回授迴路的頻寬相同，可令控制器10和功率放大器20輸出至負載30的訊號連續，不會有不連續波形或波形過衝的狀況發生，使得控制器10和功率放大器20提供驅動訊號可靠度提升。

綜合以上所述，本發明實施例提供一種控制器的輸出控制方法，藉由於每一個偵測時間點偵測電流回授迴路上的偵測電流值和電壓回授迴路上的偵測電壓值，使得控制器在切換控制模式時，可以依據偵測電流值和偵測電壓值的比例關係，產生設定參數值來控制功率放大器，以令電流回授迴路和電壓回授迴路在控制器切換執行不同控制模式時頻寬相同，進而使得控制器輸出的電壓或電流不會產生不連續變化的波形和過衝的狀況，據以提升控制器和功率放大器提供驅動訊號至負載的可靠度。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

10‧‧‧控制器

11‧‧‧第一差動放大器

13‧‧‧第二差動放大器

15‧‧‧模式選擇單元

17‧‧‧控制單元

20‧‧‧功率放大器

30‧‧‧負載

40‧‧‧電阻

圖1係根據本發明一實施例所繪示之控制器、功率放大器和負載的功能方塊圖。 圖2係根據本發明另一實施例所繪示之控制器、功率放大器和負載的功能方塊圖。 圖3係根據本發明再一實施例所繪示之輸出控制方法的步驟流程圖。

10‧‧‧控制器

11‧‧‧第一差動放大器

13‧‧‧第二差動放大器

20‧‧‧功率放大器

30‧‧‧負載

40‧‧‧電阻

Claims (8)

1. 一種控制器的輸出控制方法，適用於一控制器，該控制器輸出一設定參數值至一功率放大器，該功率放大器依據該設定參數值提供一驅動訊號至一負載，該控制器以一電壓回授迴路和一電流回授迴路與該負載電性連接，該控制器的輸出控制方法包括：於多個偵測時間點中的每一該偵測時間點，以該電流回授迴路偵測該負載上的一偵測電流值，並以該電壓回授迴路偵測該負載上的一偵測電壓值；於一電壓控制模式中，依據部分的該些偵測電壓值，產生該設定參數值；於一電流控制模式中，依據部分的該些偵測電流值，產生該設定參數值；以及當該控制器切換於該電壓控制模式和該電流控制模式之間時，該控制器判斷於該些偵測時間點其中之一時該偵測電流值與該偵測電壓值之間的一比例關係，並至少依據該比例關係，產生該設定參數值，以令該電壓回授迴路和該電流回授迴路的頻寬相同。
2. 如請求項1所述之控制器的輸出控制方法，更包括於每一該偵測時間點，比較一第一比例值和一第二比例值，該第一比例值關聯於該偵測時間點的該偵測電流值與一預設電流值，該第二比例值關聯於該偵測時間點的該偵測電壓值與一預設電壓值，依據該第一比例值和該第二比例值的大小關係，選擇性地切換於該電壓控制模式或該電流控制模式。
3. 如請求項2所述之控制器的輸出控制方法，其中於該第一比例值大於該第二比例值時，該控制器執行該電流控制模式，於該第二比例值大於該第一比例值時，該控制器執行該電壓控制模式。
4. 如請求項3所述之控制器的輸出控制方法，其中當該控制器切換於該電壓控制模式和該電流控制模式之間時，該控制器依據於該第一比例值和該第二比例值改變大小關係的該偵測時間點，該偵測電流值與該偵測電壓值之間的該比例關係，產生該設定參數值。
5. 如請求項4所述之控制器的輸出控制方法，其中更依據於該第一比例值和該第二比例值改變大小關係的該偵測時間點的該偵測電流值、該偵測電壓值及前一個偵測時間點的該偵測電流值和該偵測電壓值，產生該設定參數值。
6. 如請求項5所述之控制器的輸出控制方法，其中於依據部分的該些偵測電壓值產生該設定參數值的步驟中，包括於每一該偵測時間點，依據該偵測時間點的該偵測電壓值與前一個偵測時間點的該偵測電壓值產生該設定參數值。
7. 如請求項6所述之控制器的輸出控制方法，其中於依據部分的該些偵測電流值產生該設定參數值的步驟中，包括於每一該偵測時間點，依據該偵測時間點的該偵測電流值與前一個偵測時間點的該偵測電流值產生該設定參數值。
8. 如請求項7所述之控制器的輸出控制方法，其中於每一該偵測時間點產生該設定參數值的步驟中，更依據前一個偵測時間點的該設定參數值產生該偵測時間點的該設定參數值。