一種用于多模式數字開關電源的控制環路系統的制作方法

文檔序號：7386863閱讀：404來源：國知局

一種用于多模式數字開關電源的控制環路系統的制作方法
【專利摘要】一種用于多模式數字開關電源的控制環路系統，包括數字采樣模塊、誤差產生模塊、狀態寄存模塊、狀態判斷模塊、誤差放大模塊、控制電壓限定模塊和多模式開關信號產生模塊，數字采樣模塊采集被控信號并轉化為數字信號Vod,狀態判斷模塊根據狀態轉變的觸發條件判斷控制環路系統需要進入的狀態值state，誤差放大器根據誤差信號e(n)產生控制量P(n),控制量P(n)進入控制電壓限定模塊，控制電壓限定模塊根據控制環路系統此時的狀態值state和P(n)，得到相應的控制電壓Vc1(n)和Vc2(n),多模式開關信號產生模塊根據Vc2(n)和狀態值state得到占空比信號，控制受控功率變換器開關管的導通。
【專利說明】一種用于多模式數字開關電源的控制環路系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及數字開關電源，尤其涉及一種用于多模式數字開關電源的控制環路系統。

【背景技術】
[0002] 隨著數字技術的發展，數字電源由于其自身的優點，越來越受到重視，在AC-DC和 DC-DC開關電源中，越來越多的控制系統采用數字方式實現，但是隨著全球能源緊缺，美國六級能效標準對電源轉換效率的要求越來越高，現在實現一個全負載范圍內都能高效率的開關電源已經迫在眉睫。在輕載時，開關損耗占了整個系統能量損耗的絕大部分，此時減少開關損耗的直接方法就是減小開關頻率，基于這樣的考慮，現在很多數字電源都采用了多模式的控制方案。在重載時，系統采用PWM控制方案，在此種模式下系統固定開關頻率，來調節占空比，在輕載時系統采用PFM控制方案，此時系統固定開關導通時間，來調節開關頻率，在PFM模式下，極輕載時開關頻率可以降得很小。
[0003] 實現一個高性能的數字多模式開關電源必然要面對下面幾個問題：
[0004] 1、如何在PFM模式下準確調整開關頻率？
[0005] 2、如何實現PWM模式和PFM模式之間平滑的切換？
[0006] 針對問題1現在已經有了一些研究方案，在一種方案里提出了一種離散調頻來實現PFM的一種控制方式，假設PWM模式的開關頻率為f sw，隨著負載的減小系統將進入PFM 工作模式，在PFM調試模式，系統將開關頻率分為^wswsw、士fsw等離散值，這樣在恒壓模式下這些開關頻率點就分別對應不同的負載點，當輸出電壓偏大時開關頻率調到下一個小的頻率點，輸出電壓偏小時開關頻率調到上一個大的頻率點，在特定的負載下，穩態時系統將在相鄰的頻率點之間進行來回的跳變，從而使得輸出電壓穩定。應用這樣的實現方式能夠有效實現PFM模式控制，提高了輕載下的電源轉換效率，但是由于頻率點之間是離散的關系，系統的動態響應會比較差，同時會導致輸出電壓的紋波會比較大。還有另一種研究方案，在該方案里系統根據輸出電壓的誤差來產生一個調頻信號，這個調頻信號是以一個脈寬的形式輸進快單元和慢單元，經過一段時間后慢單元會追趕上快單元，利用追趕時間來調整頻率。但是如果調頻信號的脈寬設置和快慢單元的追趕延遲不好控制，如果設置不好很可能導致系統崩潰。
[0007] 針對問題2現在也有了一定的研究，圖1展示了一種用于開關電源轉換器的傳統控制方案。在這一控制方案中，針對操作模式之間的轉變引入了遲滯。換句話說，一旦電源轉換器進入一種操作模式，其就必須等待控制回路穩定下來才能退出該操作模式。引入遲滯以后，控制電壓必須達到遲滯上線負載所對應的控制電壓水平，才能調到下一個模式，如圖中所示，在PWM模式下，開關電源的輸出負載必須降低到負載A點才能切換到PFM模式，在PFM模式下開關電源轉換器的負載將必須增加負載B點才能切換到PWM模式，作為結果，能夠減小由操作模式之間的轉變引起的輸出電壓紋波。但是在這個方案里遲滯的范圍不好控制，范圍過小可能起不到作用，范圍過大時，則在操作模式之間的轉變期間可能出現輸出電壓過沖或下沖，這是因為滯后可能迫使一種操作模式下的控制電壓變得高于或低于另一操作模式下的控制電壓，從而在轉變到新的操作模式之后導致控制電壓的階躍函數。圖2展示了另一種模式切換方案，在該方案里它把PWM模式和PFM模式被分隔成兩個獨立的控制區段，其中獨立地確定每個控制區段中的控制電壓范圍并且清楚地限定每個控制區段的邊界。PWM調制模式和PFM調制模式中的每個不能超出其邊界連續地操作，從而在兩個控制區段之間形成控制間隙。在該控制間隙內不允許連續操作。為了對控制間隙內的負載條件進行供給，電源在控制間隙的兩個邊界處操作。例如當負載大于Μ水平時它將一直工作在PWM模式下，當負載小于Ν點時，它將一直工作在PFM模式。當負載介于Μ和Ν之間時，系統將在兩個模式之間來回切換，切換的條件就是輸出電壓大于或小于設定的界限，但是此種方案并沒有消除兩種模式之間的來回跳變，輸出電壓還是具有一定的波動。

【發明內容】

[0008] 為克服現有技術的局限和不足，本發明提供一種用于多模式數字開關電源的控制系統，能夠實現模式之間的平滑切換。
[0009] 本發明采用以下技術方案：一種用于多模式數字開關電源的控制環路系統，其特征在于，包括數字采樣模塊、誤差產生模塊、狀態寄存模塊、狀態判斷模塊、誤差放大模塊、控制電壓限定模塊和多模式開關信號產生模塊構成的控制環路系統，該控制環路系統與受控功率變換器構成閉環；在本周期受控功率變換器開關管導通期間，多模式開關信號產生模塊根據控制環路系統上周期的狀態值statel和上周期控制電壓Vc2 (η-1)計算得到本周期開關導通時間和本周期的開關頻率，然后數字采樣模塊采集功率變換器的輸出電壓信號并將其轉化為數字信號Vod同時輸出給誤差產生模塊和狀態判斷模塊，狀態判斷模塊先把控制環路系統上周期的狀態值statel輸出至狀態寄存模塊，然后根據此時采樣的數字信號Vod和上周期控制電壓Vc2 (η-1)進行本周期第一次狀態判斷，控制環路系統得到本周期的狀態值state，誤差放大模塊根據本周期的狀態state調節內部比例系數Κρ、積分系數 Ki和上周期誤差放大模塊輸出控制量P(n-l);數字信號Vod經過誤差產生模塊產生誤差信號e(n)，數字字誤差放大模塊在內部Kp、Ki和P(n-l)調整完成之后把本周期的誤差信號 e(n)進行放大并產生本周期控制量P(n)，本周期控制量P(n)進入控制電壓限定模塊，控制電壓限定模塊根據控制環路系統本周期的狀態值state和本周期控制量Ρ (η)，得到本周期第一次輸出控制電壓Vcl (η)并將控制電壓Vcl (η)輸入到狀態判斷模塊，狀態判斷模塊根據本周期控制電壓Vcl (η)和數字采樣信號Vod進行本周期第二次狀態判斷，控制環路系統得到本周期狀態值state，由于一個開關周期之內控制環路系統的狀態只可能發生一次轉變，也就是說如果第一次狀態發生了變化，那么第二次肯定不會發生變化，出現這種情況的原因是根據狀態發生轉變的條件決定的；然后本周期第一個控制電壓Vcl (η)會重新輸入到控制電壓限定模塊，控制電壓限定模塊根據本周期控制環路系統的狀態值state得到本周期第二次輸出控制電壓Vc2 (η)，控制電壓Vc2 (η)會輸入到多模式開關信號產生模塊；多模式開關信號產生模塊接著進行的操作就是判斷本周期控制環路系統的狀態值state和上周期控制環路系統的狀態值statel是否相同，如果不同，則直接結束本周期，并產生受控功率變化器開關導通信號，使得受控功率變換器開關導通；如果相同，則根據本周期計算得到的開關頻率值，到本周期正常結束，產生受控功率變化器開關導通信號，使得受控功率變換器開關管導通；控制環路系統中：
[0010] 數字采樣模塊用于采集功率變換器的輸出電壓信號并將其轉化為數字信號Vod;
[0011] 誤差產生模塊包括一個減法器，用于將基準電壓Vref與數字采樣模塊采集得到的數字信號Vod相減得到誤差信號e(n);
[0012] 狀態寄存模塊用于在每個開關周期進行狀態判斷之前寄存上周期的控制環路系統狀態值state 1 ;
[0013] 狀態判斷模塊用于根據數字采樣模塊輸出Vod和控制電壓限定模塊的輸出控制電壓準確跳變到本周期控制環路系統的狀態值state ;
[0014] 誤差放大模塊是一個增量式的PI模塊，誤差放大模塊本周期的輸出定義為本周期控制量p(n)，它內部的比例系數Kp、積分系數Ki和上周期控制量p(n-l)受到控制環路本周期狀態值state調節；
[0015] 控制電壓限定模塊包括比較器、多路選擇器、寄存器，控制電壓限定模塊根據控制環路系統本周期狀態值state和本周期控制量Ρ (η)智能選擇輸出控制電壓，如果在一個控制環路系統狀態值state中，本周期控制量Ρ (η)高出了控制電壓限定模塊所限定的控制電壓范圍，那么輸出的控制電壓將會是所限定控制電壓范圍的上限，如果本周期控制量Ρ(η) 在控制電壓限定模塊所限定的控制電壓范圍內，那么控制電壓限定模塊直接把本周期控制量Ρ (η)當成控制電壓輸出；
[0016] 多模式開關信號產生模塊包括比較器、寄存器、RS觸發器、PWM模塊、PFM模塊、 DPWM(deepPWM)模塊、DPFM(de印PFM)模塊、DDPWM(de印DPWM)模塊，多模式開關信號產生模塊根據控制環路系統本周期狀態值state、控制環路系統上周期狀態值statel和控制電壓限定模塊輸出的控制電壓來正確產生受控功率變換器開關管的導通信號和關斷信號。
[0017] 上述在一個開關周期內控制環路系統的控制流程包括以下具體內容：
[0018] 把一個開關周期劃分為十個階段：
[0019] 第一階段：在受控功率轉換器開關管導通期間，多模式開關信號產生模塊根據控制環路系統上周期的狀態值Statel和上周期控制電壓Vc2(n_l)計算得到本周期開關導通時間和本周期的開關頻率，保證受控功率轉換器開關管的正常工作；
[0020] 第二階段：數字采樣模塊采集受控功率變換器的輸出電壓信號并將其轉化為數字信號Vod，然后同時輸出給誤差產生模塊和狀態判斷模塊；
[0021] 第三階段：狀態判斷模塊把控制環路系統上周期狀態值Statel賦給狀態寄存模塊；
[0022] 第四階段：狀態判斷模塊根據數字采樣模塊輸出Vod和上周期控制電壓Vc2(n_l) 來進行本周期第一次狀態判斷，并且把判斷后控制環路系統本周期狀態值state賦給誤差放大模塊和控制電壓限定模塊；
[0023] 第五階段：誤差產生模塊接受數字采樣模塊的輸出值Vod，并拿基準電壓Vref的值減去Vod，得到本周期誤差信號e(n);
[0024] 第六階段：誤差放大模塊根據控制環路系統本周期的狀態state調整內部比例參數Kp、積分參數Ki和上周期控制量Ρ (n-1)，調整完成之后，誤差放大模塊根據本周期誤差 e (η)進行誤差信號的放大，誤差放大模塊的輸出就是本周期控制量Ρ (η)，然后將本周期控制量P(n)輸入到控制電壓限定模塊；
[0025] 第七階段：控制電壓限定模塊根據本周期控制量P(n)和控制環路系統本周期狀態值state來進行第一次控制電壓限定，得到本周期第一個控制電壓Vcl (η);
[0026] 第八階段：狀態判斷模塊根據本周期第一個控制電壓Vcl (η)和數字采樣模塊輸出Vod進行本周期第二次狀態判斷，得到控制環路系統本周期的狀態state，然后將控制環路系統本周期狀態值state賦給多模式開關信號產生模塊和控制電壓限定模塊；
[0027] 第九階段，控制電壓限定模塊根據控制環路系統本周期的狀態值state和本周期第一個控制電壓Vcl (η)來進行第二次控制電壓的限定，得到本周期第二個控制電壓 Vc2 (η)，并將本周期第二個控制電壓Vc2 (η)賦給多模式開關信號產生模塊和狀態判斷模塊；
[0028] 第十階段，多模式開關信號產生模塊接收本周期第二個控制電壓Vc2 (η)，多模式開關信號產生模塊接著進行的操作就是判斷本周期控制環路系統的狀態值state和上周期控制環路系統的狀態值statel是否相同，如果不同，則直接結束本周期，并產生受控功率變換器開關導通信號，使得受控功率變換器開關管導通；如果相同，則根據本周期計算得到的開關頻率值，到本周期正常結束，產生受控功率變換器開關導通信號，使得受控功率變換器開關管導通，接著循環執行第一階段的操作。
[0029] 在每一個控制環路系統狀態state中，控制電壓限定模塊輸出的本周期控制電壓 Vcl (η)或Vc2 (η)都有自己的限定范圍，其限定范圍在最大值與最小值之間：
[0030] 在PWM狀態中，控制電壓的范圍是【Vc_pwm+, Vc_pwm-】；
[0031] 在PFM狀態中，控制電壓的范圍是【Vc_pfm+, Vc_pfm-】；
[0032] 在DPWM狀態中，控制電壓的范圍是【Vc_dpwm+, Vc_dpwm-】；
[0033] 在DPFM狀態中，控制電壓的范圍是【Vc_dpfm+, Vc_dpfm-】；
[0034] 在DDPWM狀態中，控制電壓的范圍是【Vc_ddpwm+, Vc_ddpwm-】；
[0035] 如果誤差放大器的輸出p(n)大于控制電壓的范圍，則控制電壓輸出該模式下的最大值，反之如果小于控制電壓的范圍，則控制電壓輸出為該模式下的最小值，以限制每個模式下輸出負載功率的大小，方便系統根據負載大小實現模式跳變，當模式發生變化時，控制電壓也會跳變到相應的大小，實現模式之間平滑的切換，為了防止在相應的負載點出現在兩模式之間來回切換的情況，設定相鄰高功率模式的負載范圍要和低功率模式的負載范圍有一定的重置。
[0036] 狀態判斷模塊在一個開關周期之內判斷兩次，本周期第一次狀態判斷的電平觸發源為控制電壓Vc2 (n-1)和采樣電壓Vod，本周期第二次狀態判斷的電平觸發源為控制電壓Vcl (η)和采樣電壓Vod，兩次狀態判斷分處于開關周期的不同時間段內，只有當數字采樣模塊輸出Vod和控制電壓限定模塊輸出控制電壓同時達到條件才會發生控制環路系統工作狀態state的轉變，其中的一種情況是，當控制環路系統處在低負載工作狀態值state 時，如果滿足Vod〈 = Vref- AVrefl，并且控制電壓限定模塊輸出的控制電壓達到了此時控制環路系統工作狀態值state下所限定的上限，那么控制環路系統的狀態值state將會跳變到相鄰高負載工作狀態值state。如果滿足Vod> = Vref+AVref2,并且控制電壓限定模塊輸出的控制電壓達到了此時控制環路系統工作狀態值state下所限定的下限，那么控制環路系統狀態值state將會跳變到相鄰低負載工作狀態值state。
[0037] 多模式開關信號產生模塊中PFM或DPFM模塊根據控制電壓限定模塊輸出的控制電壓準確調整PFM或DPFM控制環路系統狀態state中的開關頻率，調整方式用下面公式表 /|N ： fs = fs (1)
[0038] 式中V。為本周期控制電壓限定模塊的輸出控制電壓，Γ s為PFM或DPFM控制環路系統工作狀態下最高開關頻率，V'。為PFM/DPFM控制環路系統工作狀態下控制電壓限定模塊所限定的上限，f s為控制電壓為V。時控制環路系統產生的開關頻率。
[0039] 本發明的優點及顯著效果：
[0040] 1、本控制系統方法總體性能優越，本發明所提出的PFM算法可以根據控制電壓Vc 準確調制開關頻率，利用推算出來的開關頻率和Vc之間的關系，并結合能量相等的原則，可以準確實現模式跳變時控制電壓的跳變，保證跳變前后系統的輸入能量變化微小，通過這樣基本可以實現模式之間的平滑切換。
[0041] 2、本發明所提出的控制方法能夠有效避免在特定負載下工作模式來回跳變的情況，減小了輸出電壓在模式切換點負載附近的波動。
[0042] 3、本發明所提出的控制方法在很大程度上能夠提高系統的響應速度，在負載大范圍跳變時，可以大幅度減小輸出電壓的過沖和下沖。
[0043] 4、本發明所提出的模式跳變觸發條件能夠有效避免模式之間的錯誤切換，保證系統在正確的狀態模式工作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044] 圖1是一種引入遲滯的模式切換方案；
[0045] 圖2是一種帶有負載間隙的模式切換方案；
[0046] 圖3是本發明設計結構框圖；
[0047] 圖4是本設計發明的流程圖；
[0048] 圖5是本發明一個具體應用實例控制框圖；
[0049] 圖6是控制電壓限定模塊內部結構框圖；
[0050] 圖7是PWM模式和PFM模式中控制電壓范圍的關系圖；
[0051] 圖8是誤差放大模塊內部結構框圖；
[0052] 圖9是狀態判斷模塊實現的狀態轉移圖；
[0053] 圖10是狀態發生轉變時采樣電壓Vod的觸發條件；
[0054] 圖11是多模式開關信號產生模塊結構框圖。

【具體實施方式】
[0055] 參看圖3和圖4,本發明用于多模式數字開關電源的控制系統包括數字采樣模塊、誤差產生模塊、狀態寄存模塊、狀態判斷模塊、誤差放大模塊、控制電壓限定模塊和多模式開關信號產生模塊構成的控制環路系統，該控制環路系統與受控的功率變換器構成閉環；在本周期功率變換器開關管導通期間，多模式開關信號產生模塊根據控制環路系統上周期的狀態值statel和上周期控制電壓Vc2(n_l)計算得到本周期開關導通時間和本周期的開關頻率，然后數字采樣模塊采集受控功率變換器的輸出電壓信號并將其轉化為數字信號 Vod同時輸出給誤差產生模塊和狀態判斷模塊，狀態判斷模塊先把控制環路系統上周期的狀態值statel輸出至狀態寄存模塊，然后根據此時采樣的數字信號Vod和上周期第二個控制電壓Vc2 (n-1)進行本周期第一次狀態判斷，控制環路系統得到本周期的狀態值state，誤差放大模塊根據本周期的狀態值state調節內部比例系數Kp、積分系數Ki和上周期誤差放大輸出P (n-1);數字信號Vod經過誤差產生模塊產生誤差信號e (η)，數字誤差放大模塊在內部Kp、Ki和P(n-l)調整完成之后把本周期的誤差信號e(n)進行放大并產生本周期控制量P( n)，本周期控制量P(n)進入控制電壓限定模塊，控制電壓限定模塊根據控制環路系統本周期的狀態值state和本周期控制量Ρ (η)，得到本周期第一個控制電壓Vcl (η)并將控制電壓Vcl (η)輸入到狀態判斷模塊，狀態判斷模塊根據本周期控制電壓Vcl (η)和數字采樣信號Vod進行本周期第二次狀態判斷，控制環路系統得到本周期狀態值state，這里需要指明的一點就是一個開關周期之內控制環路系統的狀態只可能發生一次轉變，也就是說如果第一次狀態發生了變化，那么第二次肯定不會發生變化，出現這種情況的原因是根據狀態發生轉變的條件決定的；然后本周期第一個控制電壓Vcl (η)會重新輸入到控制電壓限定模塊，控制電壓限定模塊根據本周期控制環路系統的狀態state得到本周期第二個控制電壓Vc2 (η)，本周期第二個控制電壓Vc2 (η)會輸入到多模式開關信號產生模塊；多模式開關信號產生模塊接著進行的操作就是判斷本周期控制環路系統的狀態值state和上周期控制環路系統狀態值statel是否相同，如果不同，則直接結束本周期，并產生受控功率變換器開關導通信號，使得受控功率變換器開關管導通，如果相同，則根據本周期計算得到的開關頻率值，到本周期正常結束，產生外部功率變化器開關導通信號，使得受控功率變換器開關管導通。
[0056] 首先數字采樣模塊采樣開關管變換器的輸出電壓等效信號，并把它轉換為數字信號Vod，得到Vod后首先要進行的操作就是把當前的狀態值輸入到狀態寄存模塊得到上周期控制環路系統狀態值statel，用來表示上一開關周期的狀態，然后把它輸入給狀態判斷模塊，狀態判斷模塊會根據內部寄存的上周期的控制電壓Vc2 (n-1)和當前Vod來判斷系統所需進入的狀態，只有當兩者均滿足觸發條件，系統才會發生狀態變化，具體的說觸發條件是這樣的：當系統工作在高負載模式時，如果此時控制電壓Vc2 (n-1)到達了該模式下的最小值，并且輸出電壓上升到了設定的值，則此時模式將調到下一個低負載模式，當系統工作在低負載模式時，如果此時控制電壓Vc2 (n-1)到達了該模式下的最大值，并且輸出電壓下降到了設定的值，則此時模式將調到下一個高負載模式。PWM模式下的控制電壓范圍是【Vc_pwm-，Vc_pwm+】，當采樣電壓Vod升到Vref+Δ Vref并且控制電壓等于Vc_pwm_時，狀態才會從PWM切換到PFM模式。當狀態發生改變時，狀態判斷模塊會把此時的控制環路狀態值state輸入到誤差放大模塊、控制電壓限定模塊，誤差放大模塊是一個增量式PI模塊，當狀態發生偏轉時，系統就會調整它的上周期輸出控制量P (n-1)，讓它跳變到本模式中所應該具有的值，這個值的確定是根據能量相等原理計算得來的，這樣做的目的就是為了實現模式之間的隔離控制，也就是各個模式之間能夠獨立地進行調制而不受上一個模式影響，除了調整上周期輸出控制量P (n-1)，系統還會根據狀態值state來調制比例系數Kp和積分系數Ki的值，目的就是為了維持系統的穩定性。數字采樣電壓Vod經過誤差產生模塊的到誤差信號e (η)，誤差信號輸進誤差放大模塊得到本周期控制量Ρ (η)，本周期控制量Ρ (η) 輸進控制電壓限定模塊，從控制電壓限定模塊得到本周期第一次輸出控制電壓Vcl (η)，控制電壓Vcl (η)輸入到狀態判斷模塊，此時需進行本周期的第二次狀態判斷，狀態判斷模塊結合此時的Vod判斷是否到達狀態轉換條件，如果達到了狀態轉換條件則系統改變狀態值 state，state會輸入到控制電壓限定模塊，控制電壓限定模塊本周期第二才輸出控制電壓 Vc2 (η)，控制電壓Vc2 (n)、state、state 1此時會輸入到多模式開關信號產生模塊，這個模塊包含了各個模式實現方式的算法，它可以式兩種模式的算法，即PWM和PFM，也可以是其它們兩個之間合適的組合。這三個信號進入此模塊后，首先判斷state是否和statel相同，如果不同，則立馬結束本周期，開關信號產生使開關導通；如果相同則按繼續本周期直到達到設定的周期，這里需要著重強調的是PFM或DPFM模式下的調頻方式，系統在調制過程中控制電壓Vc和負載之間具有一定的量化關系，我們做這樣一個假設：系統工作在PWM模式下時，在模式轉換點一個開關周期內外部電源供給受控功率變換器系統的能量可以表示為：
[0057] VV^ = * Vq * f§ (2)
[0058] 系統進入PFM后某一個負載點，單位時間內外部電源供給系統能量可以表示為：
[0059] W2 = Kt * Vc2 * fs C3)
[0060] 如果此時PFM模式下的控制電壓大小為Vc，那么對應到PWM模式下對應的傳輸能量可以表示為：W3 = Ki *碎* (4)
[0061] 根據能量相等原則此時應該具有的關系是:W2 = W3，這樣就可以得到關系：
[0062] fs = ^ (5)
[0063] 以上所列式子中，&是比例系數，它和受控功率變換器系統參數有關，V'。是切換點控制電壓限定模塊輸出的控制電壓值，f sSPWM模式下恒定的開關頻率值，兩者均為定值，這樣我們就得到了 PFM模式下開關頻率fs和Vc之間的關系。
[0064] 數字采樣模塊用于實現在數字信號的采樣，將模擬信號轉化為數字信號，可以用一個普通的ADC組成的數字信號采集電路也可以是應用拐點采樣算法組成的模塊。
[0065] 誤差產生模塊基于根據基準信號產生誤差信號的電路結構，包括一個減法器模塊 (也可以由減法器相關電路構成），用于基準電壓Vref和數字采樣模塊采集得到的數字信號相減得到誤差信號。
[0066] 誤差放大模塊包括一個算法模塊，基本結構是一個增量式的PI模塊，誤差放大模塊本周期的輸出定義為本周期控制量P(n)，和普通增量式PI模塊不同的是它內部的比例系數Kp、積分系數Ki和上周期控制量P(n-l)受到控制環路本周期狀態值state調節。基本要求是：
[0067] (1)它能夠根據本周期誤差信號e (η)和上周期控制量P (n-Ι)來調整本周期控制量Ρ (η)的大小；
[0068] (2)上周期控制量P(n-l)的大小寄存在模塊內部的一個寄存器里，它的大小受到狀態值state的影響，當模塊內部檢查到系統狀態值發生變化時，則模塊將會調整P(n-l) 到合適的大小，這樣做的目的是為了盡可能提高模式切換的平滑性；
[0069] 狀態寄存模塊包括一個寄存器，每個開關周期進行狀態判斷之前把上周期的狀態值state 1賦給狀態寄存模塊。
[0070] 控制電壓限定模塊包括比較器、多路選擇器、寄存器，控制電壓限定模塊可以根據控制環路系統本周期state和本周期控制量Ρ (η)來智能選擇輸出控制電壓，比如，在一個控制環路系統狀態值state中，如果本周期控制量Ρ (η)高出了控制電壓限定模塊所限定的控制電壓范圍，那么輸出的控制電壓將會是所限定控制電壓范圍的上限，如果本周期控制量Ρ (η)在控制電壓限定模塊所限定的控制電壓范圍內，那么控制電壓限定模塊直接把本周期控制量Ρ(η)當成控制電壓輸出。控制電壓限定模塊是一個算法模塊，根據不同的狀態值state，設定好每個state值下控制電壓的范圍，控制環路系統工作在一個狀態值 state下，當控制電壓Vc小于控制電壓下限時，控制電壓Vc將會被鉗定在這個下限，當控制電壓Vc大于上限時，控制電壓Vc將會限定在這個上限，控制電壓Vc的大小和負載的大小有關，設定好每個狀態值state下的控制電壓Vc的范圍也就設定好了每個狀態值state下的負載范圍，這樣做有助于實現各個模式之間負載范圍的交叉，防止出現在特定負載下工作模式來回切換的情況；
[0071] 狀態判斷模塊是一個算法模塊，是基于verilog有限狀態機綜合得到的模塊，狀態判斷模塊根據數字采樣模塊輸出Vod和控制電壓限定模塊的輸出控制電壓準確跳變到本周期控制環路系統的狀態值state。基本要求是：
[0072] (1)本模塊所示狀態判斷算法受外部兩個量的影響：控制電壓Vc和數字采樣電壓 Vod的影響；
[0073] (2)在一個特定的工作模式下，系統發生模式轉變必須是控制電壓Vc和數字采樣電壓Vod同時滿足轉變條件；
[0074] (3)模式轉變的條件從兩方面來敘述：由高負載模式切向低負載模式和由低負載模式切向高負載模式，由高負載模式切向低負載模式條件為：1)控制電壓Vc必須等于本周期工作模式下控制電壓的下限；2)數字采樣電壓Vod必須高出基準電壓Vref特定的大小；由低負載模式切向高負載模式：1)控制電壓Vc必須等于本周期工作模式下控制電壓的上限；2)數字采樣電壓Vod必須低于基準電壓Vref特定的大小；
[0075] 多模式開關信號產生模塊包括比較器、寄存器、RS觸發器、PWM模塊、PFM模塊、 DPWM(de印PWM)模塊、DPFM(de印PFM)模塊、DDPWM(de印DPWM)模塊。多模式開關信號產生豐旲塊能夠根據控制環路系統本周期狀態state、控制環路系統上周期狀態state 1和控制電壓限定模塊輸出的控制電壓來正確產生外部功率變換器開關管的導通信號和關斷信號。多模式開關信號產生模塊是一個算法模塊，基本要求是：
[0076] (1)本模塊包含調整脈沖寬度模塊和調整脈沖頻率模塊，調整脈沖寬度模塊包括 PWM模塊、DPWM模塊和DDPWM模塊，調整脈沖頻率模塊包括PFM模塊和DPFM模塊，系統根據此時的狀態值state選擇哪一個模塊工作；
[0077] (2)本模塊具有立即結束本周期的功能，在開關周期的第十階段，如果檢查到狀態值state和statel不同，那就說明在本開關周期內模式發生了變化，此時本模塊會立即結束本周期，開啟下一個開關周期，這樣做的目的是為了提高系統的動態響應速度；
[0078] (3)無論是調整脈沖寬度模塊工作還是調整脈沖頻率模塊工作，它們的出發點都是根據控制電壓Vc的值；
[0079] (4)調整脈沖寬度模塊采用現在通用的算法，而調整脈沖頻率模塊所包含調整開關頻率算法從能量相等的角度出發，并經過公式推導得到了開關頻fs和控制電壓Vc之間的關系，如下式：
[0080] fs = fs (6)
[0081] ν'。是切換點控制電壓限定模塊輸出的控制電壓值，f' sSPWM模式下恒定的開關頻率值，兩者均為定值，這樣我們就得到了 PFM模式下開關頻率fs和Vc之間的關系。
[0082] 圖5是本發明的一個應用實例，圖示受控功率變換器是一個原邊反饋反激變換器，首先外部交流電源經過整流橋300變成直流電壓，直流電壓加在穩壓電容301的兩端，穩壓電容301 -端接大地，另一端接變壓器原邊繞組302的上端，原邊繞組的下端接mos開關管317的漏極，開關管317的柵極接控制器產生的占空比信號duty，開關管源極接一個電流采樣電阻316,電流采樣電阻316的另一端接大地，副邊繞組303的同名端和原邊繞組的同名端相反，副邊繞組303的上端接續流二極管304的陽極，續流二極管的陰極同時接上儲能電容305和負載306的上端，儲能電容305和負載306的下端相連并接到副邊繞組 303的下端，輔助繞組307的同名端和副邊繞組303同名端方向相同，輔助繞組307的的上端接電壓采樣穩壓電阻模塊308,下端和電壓采樣穩壓電阻模塊308下端相連并同時接大地，分壓模塊308內部有兩個分壓電阻，分別為R1和R2, R1和R2串聯，并且R2 -端接地，一端接Rl，R1另一端接輔助繞組上端，數字采樣模塊采集R2兩端電壓值，并轉化為數字電壓信號Vod，數字電壓信號Vod同時輸進減法器模塊310的負端和狀態判斷模塊312,在狀態判斷模塊312根據Vod進行狀態判斷之前，首先將控制環路系統上周期狀態statel賦給狀態寄存模塊313,狀態寄存模塊將控制環路系統上周期狀態statel賦給多模式開關信號產生模塊315,然后狀態判斷模塊312根據數字采樣模塊輸出Vod和上周期第二個控制電壓Vc2 (n-1)進行第一次狀態判斷，得到控制環路系統本周期第一個狀態state，然后狀態判斷模塊312把state分別賦給控制電壓限定模塊314和誤差放大模塊311，誤差放大器模塊311在本實施例中是一個增量式PI模塊（詳細信息會在圖8中講述），誤差放大器模塊 311會根據控制環路系統本周期的狀態state改變內部的比例系數Kp、積分系數Ki和上一周期控制量P (n-1)的值，減法器模塊310的輸出信號是誤差信號e (η)，誤差信號e (η)在上述動作完成之后輸入到誤差放大器模塊311，誤差放大模塊311會根據此時的Kp、Ki和 P(n-l)的值進行誤差信號的放大，進而得到本周期控制量P(n)，控制量P(n)會輸入到控制電壓限定模塊314,控制電壓限定模塊314會根據控制環路系統本周期狀態state和控制量Ρ (η)的值得到控制環路系統本周期第一個控制電壓Vcl (η)(詳細會在圖6中介紹），本周期第一個控制電壓Vcl (η)首先輸入到狀態判斷模塊312進行本周期的第二次狀態判斷，狀態判斷模塊根據本周期第一個控制電壓Vcl (η)和數字采樣模塊輸出Vod進行本周期第二次狀態判斷，得到控制環路系統本周期第二個狀態值state，這里需要說明的是在一個開關周期內控制環路系統的狀態值state最多發生一次轉變，出現這種情況的原因和轉變條件有關。狀態判斷模塊312把控制環路系統本周期的二個狀態state輸入到多模式開關信號產生模塊315和控制電壓限定模塊314,控制電壓限定模塊314會根據控制環路系統本周期第二個狀態state和本周期第一個控制電壓Vcl (η)(此時的控制電壓Vcl (η)相當于控制量Ρ (η)的作用）來得到本周期第二個控制電壓Vc2 (η)，控制電壓Vc2 (η)會輸入到多模式開關信號產生模塊315和狀態判斷模塊312,多模式開關信號產生模塊315還會采樣電流采樣電阻316兩端電壓Vs用來產生占空比信號duty，占空比信號duty會輸入到開關管 317的柵極用來控制功率變換器。
[0083] 圖6是實施例中控制電壓限定模塊結構框圖（附圖標記400)，控制環路系統本周期狀態state輸入到控制電壓限定模塊400內部一個寄存器407,內部寄存器的輸出分別接到開關1、2、3、4、5,在不同的state下，開關1、2、3、4、5中只會有一個導通，開關1導通則選通PWM限定模塊401，開關2導通則選通PFM限定模塊，開關3導通則選通DPWM限定模塊，開關4導通則選通DPFM限定模塊，開關5導通則選通DDPWM限定模塊，本周期控制量Ρ (η) 和本周期控制電壓Vcl (η)輸入到內部二選一模塊406,本周期第一次電壓限定時二選一模塊406選擇本周期控制量Ρ(η)作為輸出，第二次電壓限定時選擇本周期控制電壓Vcl (η) 作為輸出，二選一模塊406的輸出分別接到PWM限定模塊401、PFM限定模塊、DPWM限定模塊403、DPFM限定模塊404、DDPWM限定模塊405,在PWM限定模塊401中，比較器輸出ab為 10時，該模塊輸出為限定上限Vc_pwm+,比較器輸出為01時，輸出為限定下限Vc_pwm-，比較器輸出ab為11時，模塊401直接輸出二選一模塊406的輸出。在PFM限定模塊402中，比較器輸出ab為10時，該模塊輸出為限定上限Vc_pfm+，比較器輸出為01時，輸出為限定下限Vc_pfm-，比較器輸出ab為11時，模塊401直接輸出二選一模塊406的輸出。在DPWM 限定模塊403中，比較器輸出ab為10時，該模塊輸出為限定上限Vc_dpwm+，比較器輸出為〇1時，輸出為限定下限Vc_dpwm-，比較器輸出ab為11時，模塊401直接輸出二選一模塊 406的輸出。在DPFM限定模塊401中，比較器輸出ab為10時，該模塊輸出為限定上限Vc_ dpfm+,比較器輸出為01時，輸出為限定下限Vc_dpfm-，比較器輸出ab為11時，模塊401 直接輸出二選一模塊406的輸出。在DDPWM限定模塊401中，比較器輸出ab為10時，該模塊輸出為限定上限Vc_ddpwm+,比較器輸出為01時，輸出為限定下限Vc_ddpwm-，比較器輸出ab為11時，模塊401直接輸出二選一模塊406的輸出，任何時刻只有一個限定模塊起作用，保證輸出的控制電壓Vc不會出現沖突。在設定模塊401、模塊402、模塊403、模塊404、模塊405內部控制電壓上下限時，應保證相鄰控制環路系統狀態state之間存在負載范圍的交疊。
[0084] 圖7展示了 PWM模式和PFM模式之間的控制電壓范圍之間的關系，在設置控制電壓范圍時，PWM模式和PFM模式負載范圍存在交疊區域。
[0085] 圖8是一個實施例中誤差放大模塊500內部結構圖，模塊500內部包含一個數字 PI模塊501和一個寄存器模塊502,模塊501是一個增量式數字PI模塊，與普通增量式PI 模塊不同的是，模塊501內部的比例參數Kp、積分參數Ki和上周期控制量P(n-l)受到模塊 502的控制，當控制環路系統狀態態由PWM變為PFM，上周期控制量P(n-l)跳變為Vc_pfm+ ; 當控制環路系統狀態態由PFM變為DPWM，上周期控制量P(n-l)跳變為Vc_dpwm+ ;當控制環路系統狀態態由DPWM變為DPFM，上周期控制量P(n-l)跳變為Vc_dpfm+ ;當控制環路系統狀態態由DPFM變為DDPWM，上周期控制量P(n-l)跳變為Vc_ddpwm+ ;當控制環路系統狀態態由DDPWM變為DPFM，上周期控制量P(n-l)跳變為Vc_dpfm-;當控制環路系統狀態態由 DPFM變為DPWM，上周期控制量P(n-l)跳變為Vc_dpwm-;當控制環路系統狀態態由DPWM變為PFM，上周期控制量Ρ (n-1)跳變為Vc_pfm-;當控制環路系統狀態態由PWM變為PFM，上周期控制量P(n-l)跳變為Vc_pwm-。比例參數Kp和積分參數Ki的調節和控制環路系統穩定性相關。
[0086] 圖9是實施例中狀態判斷模塊所實現的狀態轉移圖，狀態轉移模塊的功能就是根據數字采樣模塊309的輸出Vod和控制電壓限定模塊的輸出控制電壓Vc來進行控制環路系統的狀態跳變，當控制環路系統狀態state處在PWM時，如果滿足條件Vc = Vc_ pwm_&&Vod> = (Vref+ Λ Vref)，那么控制環路系統狀態state將會有PWM切向PFM，否則將維持在PWM ;當控制環路系統狀態state處在PFM時，如果滿足條件Vc = Vc_pfm-&&Vod> =(Vref+ Λ Vref)，那么控制環路系統狀態state將會有PFM切向DPWM，如果滿足條件Vc =Vc_pfm+&&Vod〈 = (Vref- Λ Vref)，那么控制環路系統狀態state將會有PFM切向PWM，上述兩個條件都不滿足時，控制環路系統狀態state將會維持在PFM不變；當控制環路系統狀態state處在DPWM時，如果滿足條件Vc = Vc_dpwm_&&Vod> = (Vref+Δ Vref)，那么控制環路系統狀態state將會有DPWM切向DPFM，如果滿足條件Vc = Vc_dpwm+&&Vod〈= (Vref- Λ Vref)，那么控制環路系統狀態state將會有DPWM切向PFM，上述兩個條件都不滿足時，控制環路系統狀態state將會維持在DPWM不變；當控制環路系統狀態state處在DPFM時，如果滿足條件Vc = Vc_dpfm-&&Vod> = (Vref+ Λ Vref)，那么控制環路系統狀態 state 將會有 DPFM 切向 DDPWM，如果滿足條件 Vc = Vc_dpfm+&&Vod〈 = (Vref- Λ Vref)，那么控制環路系統狀態state將會有DPFM切向DPWM，上述兩個條件都不滿足時，控制環路系統狀態state將會維持在DPFM不變；當控制環路系統狀態state處在DDPWM時，如果滿足條件Vc = Vc_ddpwm+&&Vod〈 = (Vref-Δ Vref)，那么控制環路系統狀態state將會有DDPWM 切向DPFM，否則將維持在DDPWM。
[0087] 圖10以一種示意圖的形式展示了狀態判斷模塊中狀態發生跳變時的數字采樣電壓Vod的觸發條件，只有當數字采樣電壓Vod>= (Vref+Δ Vref)或Vod〈= (Vref-Δ Vref) 時，控制環路系統的狀態值才有可能發生轉變。
[0088] 圖11展示了一個實施例中多模式開關信號產生模塊600的結構框圖，外部輸入的本周期第二個控制電壓Vc2 (η)分別輸入到了 P麗模塊、PFM模塊、DPWM模塊、DPFM模塊和 DDPWM模塊，控制環路系統本周期狀態state輸入到了內部state模塊610，PWM模塊604和 state模塊610通過開關模塊612相連，PFM模塊605和state模塊610通過開關模塊613 相連，DPWM模塊606和state模塊610通過開關模塊614相連，DPFM模塊607和state模塊610通過開關模塊615相連，DDPWM模塊608和state模塊610通過開關模塊616相連，內部state模塊610同時輸入到內部判斷模塊611，內部判斷模塊611的另外一個輸入為上周期控制環路狀態statel，PWM模塊604有兩個輸出信號，一個輸出信號為本周期第二個控制電壓Vc2 (η)，此信號輸入到DAC模塊601，另外一個輸出信號是一個具有固定頻率 Π 的脈沖信號CLK_SET，此信號用于RS觸發器模塊603置位；PFM模塊605有兩個輸出信號，一個輸出信號為PFM狀態下控制電壓的上限Vc_pfm+,此信號輸入到DAC模塊601，另外一個輸出信號是一個具有可變頻率的脈沖信號CLK_SET，此信號用于RS觸發器模塊603 置位，不妨設脈沖頻率為f2,根據本發明所述的調頻公式則有：.式中f' 2 是PFM狀態下CLK_SET的最高頻率；DPWM模塊606有兩個輸出信號，一個輸出信號為本周期第二個控制電壓Vc2 (η)，此信號輸入到DAC模塊601，另外一個輸出信號是一個具有固定頻率f 3的脈沖信號CLK_SET，此信號用于RS觸發器模塊603置位；DPFM模塊607有兩個輸出信號，一個輸出信號為DPFM狀態下控制電壓的上限Vc_dpfm+,此信號輸入到DAC模塊 601，另外一個輸出信號是一個具有可變頻率的脈沖信號CLK_SET，此信號用于RS觸發器模塊603置位，不妨設脈沖頻率為f4,根據本發明所述的調頻公式則有：，式中Γ 4是0--11狀態下CLK_SET的最高頻率；DDPWM模塊604有兩個輸出信號，一個輸出信號為本周期第二個控制電壓Vc2(n)，此信號輸入到DAC模塊601，另外一個輸出信號是一個具有固定頻率f5的脈沖信號CLK_SET，此信號用于RS觸發器模塊603置位；根據開關控制環路系統本周期狀態state，開關612、613、614、615、616只能有一個導通，也就是說PWM模塊604、PFM模塊605、DPWM模塊606、DPFM模塊607和DDPWM模塊608只能同時有一個工作，任何時刻只能有一個模塊的輸出信號起作用。DAC模塊601的輸出接到比較器模塊602 的負端，比較器模塊602的正端接的是外部輸入的采樣信號Vs，在外部功率變換器開關管導通期間，采樣信號Vs是不斷增大的，當采樣信號Vs大于DAC模塊601的輸出信號時，t匕較器模塊602的輸出信號發生偏轉，產生CLK_REST信號，使得RS觸發器模塊603復位。多模式開關信號產生模塊600內部還有一個裝變模塊609,如果判斷模塊611檢查到控制環路系統本周期狀態state和上周期狀態statel不同，那么轉變模塊609將直接產生CLK_SET 信號，使得RS觸發器模塊603置位。
【權利要求】
1. 一種用于多模式數字開關電源的控制環路系統，其特征在于，包括數字采樣模塊、誤差產生模塊、狀態寄存模塊、狀態判斷模塊、誤差放大模塊、控制電壓限定模塊和多模式開關信號產生模塊構成的控制環路系統，該控制環路系統與受控功率變換器構成閉環；在本周期受控功率變換器開關管導通期間，多模式開關信號產生模塊根據控制環路系統上周期的狀態值Statel和上周期控制電壓Vc2(n_l)計算得到本周期開關導通時間和本周期的開關頻率，然后數字采樣模塊采集功率變換器的輸出電壓信號并將其轉化為數字信號Vod 同時輸出給誤差產生模塊和狀態判斷模塊，狀態判斷模塊先把控制環路系統上周期的狀態值statel輸出至狀態寄存模塊，然后根據此時采樣的數字信號Vod和上周期控制電壓 Vc2 (n-1)進行本周期第一次狀態判斷，控制環路系統得到本周期的狀態值state，誤差放大模塊根據本周期的狀態state調節內部比例系數Kp、積分系數Ki和上周期誤差放大模塊的輸出控制量P (n-1);數字信號Vod經過誤差產生模塊產生誤差信號e (η)，誤差放大模塊在內部Kp、Ki和P(n-l)調整完成之后把本周期的誤差信號e(n)進行放大并產生本周期控制量P( n)，本周期控制量P(n)進入控制電壓限定模塊，控制電壓限定模塊根據控制環路系統本周期的狀態值state和本周期控制量Ρ (η)，得到本周期第一次輸出控制電壓Vcl (η) 并將控制電壓Vcl (η)輸入到狀態判斷模塊，狀態判斷模塊根據本周期控制電壓Vcl (η)和數字采樣信號Vod進行本周期第二次狀態判斷，控制環路系統得到本周期狀態值state，由于一個開關周期之內控制環路系統的狀態只可能發生一次轉變，也就是說如果第一次狀態發生了變化，那么第二次肯定不會發生變化，出現這種情況的原因是根據狀態發生轉變的條件決定的；然后本周期第一個控制電壓Vcl (η)會重新輸入到控制電壓限定模塊，控制電壓限定模塊根據本周期控制環路系統的狀態值state得到本周期第二次輸出控制電壓 Vc2 (η)，控制電壓Vc2 (η)會輸入到多模式開關信號產生模塊；多模式開關信號產生模塊接著進行的操作就是判斷本周期控制環路系統的狀態值state和上周期控制環路系統的狀態值statel是否相同，如果不同，則直接結束本周期，并產生受控功率變化器開關導通信號，使得受控功率變換器開關導通；如果相同，則根據本周期計算得到的開關頻率值，到本周期正常結束，產生受控功率變化器開關導通信號，使得受控功率變換器開關管導通；控制環路系統中：數字采樣模塊用于采集功率變換器的輸出電壓信號并將其轉化為數字信號Vod ; 誤差產生模塊包括一個減法器，用于將基準電壓Vref與數字采樣模塊采集得到的數字信號Vod相減得到誤差信號e (η); 狀態寄存模塊用于在每個開關周期進行狀態判斷之前寄存上周期的控制環路系統狀態值 statel ; 狀態判斷模塊用于根據數字采樣模塊輸出Vod和控制電壓限定模塊的輸出控制電壓準確跳變到本周期控制環路系統的狀態值state ; 誤差放大模塊是一個增量式的PI模塊，誤差放大模塊本周期的輸出定義為本周期控制量P(n)，它內部的比例系數Kp、積分系數Ki和上周期控制量P(n-l)受到控制環路本周期狀態值state調節；控制電壓限定模塊包括比較器、多路選擇器、寄存器，控制電壓限定模塊根據控制環路系統本周期狀態值state和本周期控制量Ρ (η)智能選擇輸出控制電壓，如果在一個控制環路系統狀態值state中，本周期控制量Ρ(η)高與控制電壓限定模塊所限定的控制電壓范圍，那么輸出的控制電壓將會是所限定控制電壓范圍的上限，如果在一個控制環路系統狀態值state中，本周期控制量P(n)低于控制電壓限定模塊所限定的控制電壓范圍，那么輸出的控制電壓將會是所限定控制電壓范圍的下限，如果本周期控制量P(n)在控制電壓限定模塊所限定的控制電壓范圍內，那么控制電壓限定模塊直接把本周期控制量P(n)當成控制電壓輸出；多模式開關信號產生模塊包括比較器、寄存器、RS觸發器、PWM模塊、PFM模塊、DPWM模塊、DPFM模塊、DDPWM模塊，多模式開關信號產生模塊根據控制環路系統本周期狀態state、控制環路系統上周期狀態值statel和控制電壓限定模塊輸出的控制電壓來正確產生受控功率變換器開關管的導通信號和關斷信號。
2.根據權利要求1所述用于多模式數字開關電源的控制環路系統，其特征在于，在一個開關周期內控制環路系統的控制流程包括以下具體內容：把一個開關周期劃分為十個階段：第一階段：在受控功率轉換器開關管導通期間，多模式開關信號產生模塊根據控制環路系統上周期的狀態值statel和上周期控制電壓Vc2(n_l)計算得到本周期開關導通時間和本周期的開關頻率，保證受控功率轉換器開關管的正常工作；第二階段：數字采樣模塊采集受控功率變換器的輸出電壓信號并將其轉化為數字信號 Vod，然后同時輸出給誤差產生模塊和狀態判斷模塊；第三階段：狀態判斷模塊把控制環路系統上周期狀態值statel賦給狀態寄存模塊；第四階段：狀態判斷模塊根據數字采樣模塊輸出Vod和上周期控制電壓Vc2(n-1)來進行本周期第一次狀態判斷，并且把判斷后控制環路系統本周期狀態值state賦給誤差放大模塊和控制電壓限定模塊；第五階段：誤差產生模塊接受數字采樣模塊的輸出值Vod，并拿基準電壓Vref的值減去Vod，得到本周期誤差信號e (η); 第六階段：誤差放大模塊根據控制環路系統本周期的狀態state調整內部比例參數 Kp、積分參數Ki和上周期控制量P (n-1)，調整完成之后，誤差放大模塊根據本周期誤差 e (η)進行誤差信號的放大，誤差放大模塊的輸出就是本周期控制量Ρ (η)，然后將本周期控制量Ρ(η)輸入到控制電壓限定模塊；第七階段：控制電壓限定模塊根據本周期控制量Ρ(η)和控制環路系統本周期狀態值 state來進行第一次控制電壓限定，得到本周期第一個控制電壓Vcl (η); 第八階段：狀態判斷模塊根據本周期第一個控制電壓Vcl (η)和數字采樣模塊輸出Vod 進行本周期第二次狀態判斷，得到控制環路系統本周期的狀態state，然后將控制環路系統本周期狀態值state賦給多模式開關信號產生模塊和控制電壓限定模塊；第九階段，控制電壓限定模塊根據控制環路系統本周期的狀態值state和本周期第一個控制電壓Vcl (η)來進行第二次控制電壓的限定，得到本周期第二個控制電壓Vc2 (η)，并將本周期第二個控制電壓Vc2 (η)賦給多模式開關信號產生模塊和狀態判斷模塊；第十階段，多模式開關信號產生模塊接收本周期第二個控制電壓Vc2 (η)，多模式開關信號產生模塊接著進行的操作就是判斷本周期控制環路系統的狀態值state和上周期控制環路系統的狀態值statel是否相同，如果不同，則直接結束本周期，并產生受控功率變換器開關導通信號，使得受控功率變換器開關管導通；如果相同，則根據本周期計算得到的開關頻率值，到本周期正常結束，產生受控功率變換器開關導通信號，使得受控功率變換器開關管導通，接著循環執行第一階段的操作。
3. 根據權利要求2所述用于多模式數字開關電源的控制環路系統，其特征在于，在每一個控制環路系統狀態state中，控制電壓限定模塊輸出的本周期控制電壓Vcl (η)或 Vc2 (η)都有自己的限定范圍，其限定范圍在最大值與最小值之間：在PWM狀態中，控制電壓的范圍是【Vc_pwm+, Vc_pwm-】；在PFM狀態中，控制電壓的范圍是【Vc_pfm+, Vc_pfm-】；在DPWM狀態中，控制電壓的范圍是【Vc_dpwm+, Vc_dpwm_】；在DPFM狀態中，控制電壓的范圍是【Vc_dpfm+, Vc_dpfm-】；在DDPWM狀態中，控制電壓的范圍是【Vc_ddpwm+, Vc_ddpwm_】；如果誤差放大器的輸出ρ (η)大于控制電壓的范圍，貝U控制電壓輸出該模式下的最大值，反之如果小于控制電壓的范圍，則控制電壓輸出為該模式下的最小值，以限制每個模式下輸出負載功率的大小，方便系統根據負載大小實現模式跳變，當模式發生變化時，控制電壓也會跳變到相應的大小，實現模式之間平滑的切換，為了防止在相應的負載點出現在兩模式之間來回切換的情況，設定相鄰的高功率模式的負載范圍要和低功率模式的負載范圍有一定的重置。
4. 根據權利要求2所述用于多模式數字開關電源的控制環路系統，其特征在于，狀態判斷模塊在一個開關周期之內判斷兩次，本周期第一次狀態判斷的電平觸發源為控制電壓 Vc2(n-1)和采樣電壓Vod，本周期第二次狀態判斷的電平觸發源為控制電壓Vcl(n)和采樣電壓Vod，兩次狀態判斷分處于開關周期的不同時間段內，只有當數字采樣模塊輸出Vod和控制電壓限定模塊輸出控制電壓同時達到條件才會發生控制環路系統工作狀態state的轉變，其中的一種情況是，當控制環路系統處在低負載工作狀態值state時，如果滿足Vod〈 = Vref- ΛVrefl，并且控制電壓限定模塊輸出的控制電壓達到了此時控制環路系統工作狀態值state下所限定的上限，那么控制環路系統的狀態值state將會跳變到相鄰高負載工作狀態值8〖 &仏。如果滿足￥〇(1> = ￥1'#+八##2，并且控制電壓限定模塊輸出的控制電壓達到了此時控制環路系統工作狀態值state下所限定的下限，那么控制環路系統狀態值 state將會跳變到相鄰低負載工作狀態值state。
5. 根據權利要求2所述用于多模式數字開關電源的控制環路系統，其特征在于，多模式開關信號產生模塊中PFM或DPFM模塊根據控制電壓限定模塊輸出的控制電壓準確調整 PFM或DPFM控制環路系統狀態state中的開關頻率，調整方式用下面公式表示： fs = fs (1 ) 式中V。為本周期控制電壓限定模塊的輸出控制電壓，f' s為PFM或DPFM控制環路系統工作狀態下最高開關頻率，V'。為PFM/DPFM控制環路系統工作狀態下控制電壓限定模塊所限定的上限，fs是控制電壓為V。時控制環路系統產生的開關頻率。
【文檔編號】H02M1/08GK104092359SQ201410366636
【公開日】2014年10月8日申請日期:2014年7月29日優先權日:2014年7月29日
【發明者】徐申, 程松林, 范獻軍, 錢欽松, 孫偉鋒, 陸生禮, 時龍興申請人:東南大學

完整全部詳細技術資料下載