专利名称：针对光耦合器电流传输比变化来优化隔离式电源回路增益的利记博彩app
技术领域：
本公开涉及针对光耦合器传输比的变化来优化隔离式电源回路的增益。
背景技术：
本部分提供与本公开相关的未必是现有技术的背景信息。普遍使用隔离式电源转换器来提供两个不相关的系统(比如电源与电负载)之间的电气隔离。在许多情况下，要求隔离式电源转换器满足安全规范。因此，必须在电源转换器的电源级和控制回路中提供隔离。通常使用变换器来提供电源级隔离。经常通过光耦合器(也称为光隔离器)提供反馈控制回路中的隔离。使用光耦合器的缺点在于其电流传输比(CTR)的单元到单元的变化。电源的性能(包括电源的回路增益)与电源的光耦合器的CTR有关，但不限于此。因此，从一个光耦合器到另一个光耦合器的CTR的变化强加了约束给控制回路的设计。
发明内容
本部分提供对本公开的概述，而非对本公开的完整范围或者所有特征的全面公开。根据本公开的一个方面，提供一种优化用于隔离式开关模式电源中的数字控制器的增益调整值Kadj的方法。该电源包括光耦合器，该光耦合器具有在由最小电流传输比(CTRmin)和最大电流传输比(CTRmax)限定的范围内的电流传输比(CTRx)。该方法包括确定光耦合器的CTRx,基于所确定的光耦合器的CTRx确定最优增益调整值Kadjx,以及将该最优增益调整值Kadjx存储在数字控制器中。根据本公开的另一方面，一种隔离式开关模式电源包括具有输出端的电源电路以及用于该电源电路的控制电路。该控制电路包括数字控制器和光耦合器，该光耦合器具有在由最小电流传输比(CTRmin)和最大电流传输比(CTRmax)限定的范围内的电流传输比(CTRx)。该数字控制器具有与电源电路的输出端耦合的反馈端以及与光耦合器耦合的误差电压端。该控制电路被配置为确定当输出端耦合到已知负载时光耦合器的CTRx;基于所确定的CTRx确定最优增益调整值Kadjx ;以及存储所确定的最优增益调整值Kadjx以便以后数字控制器用于控制电源电路的工作。根据本文中提供的描述，适用本公开的其它方面和领域将变得显而易见。应当理解，本公开的各个方面可以单独地或者与一个或多个其它方面结合起来实施。还应当理解，本文中的描述和具体示例仅意在举例说明而绝非意在限制本公开的范围。
本文中描述的附图仅用于举例说明所选择的实施例而并非所有可能的实现，并且不意在限制本公开的范围。图1是根据本公开的一个示例性实施例的隔离式开关模式电源的框图。
图2是根据本公开的一个方面的方法的流程图，该方法用于优化由具有光耦合器的隔离式开关模式电源中的数字控制器使用的增益调整值Kadj。图3是用于确定光耦合器的电流传输比的测试电路的电路图。图4A至图4C分别示出了在优化样本电源单元的增益调整值之前该样本电源单元的相位裕度、增益裕度和动态频率响应。图5A至图5C分别示出了在优化样本电源单元的增益调整值之后该样本电源单元的相位裕度、增益裕度和动态频率响应。对应的附图标记在附图中的这些视图中始终表示对应的部分。
具体实施例方式现在，将参照附图对示例性实施例进行更充分的描述。提供示例性实施例是为了使本公开是透彻的，从而向本领域技术人员充分传达范围。陈述大量具体的细节(比如具体的部件、器件和方法)是为了提供对本公开的实施例的透彻理解。对于本领域技术人员而言，显然，不需要使用具体的细节，可以用许多不同的形式来实施示例性实施例，而且任何示例性实施例都不应当被视为限制本公开的范围。在一些示例性实施例中，不详细地描述公知的处理、公知的器件结构以及公知的技术。本文中使用的术语仅用于描述具体示例性实施例而不意在限制。如本文中所使用的，“一个”、“一种”和“该”这些单数形式也可以意在包括复数形式，除非上下文另有清楚表示。术语“包括”、“包含”和“具有”均是包括性的，从而说明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或其组合的存在或增加。本文中描述的方法步骤、处理和操作不应当被视为必须按照所讨论或图示的具体顺序来执行，除非被特别地确认为有执行顺序。还应当理解，可以采用另外的或替代的步骤。根据本公开的一个方面的隔离式开关模式电源被示出在图1中，其整体上用附图标记100表示。如图1中所示，电源100包括电源电路102和用于控制电源电路102的工作的控制电路106。电源电路102包括输出端104和至少一个变换器TXl。控制电路106包括数字控制器108和光耦合器110。数字控制器108包括与输出端104耦合的反馈端112以及经由电阻器Rl与光耦合器110耦合的误差电压端114。光耦合器110具有在由最小电流传输比(CTRmin)和最大电流传输比(CTRmax)限定的范围内的电流传输比(CTRX)。此外，数字控制器108通常存储并使用本文中称为增益调整值Kadj的数据值来对电源100的回路增益进行调整。如以下进一步解释的，可以针对光耦合器110的CTRx优化由数字控制器108存储并使用的增益调整值Kadj，以改善电源100的性能。如图1中示出的，控制电路106可以进一步包括用于对电源电路102的初级侧的一个或多个电源开关(未示出)进行控制的PWM(脉宽调制)控制器116。数字控制器108可以包括内部存储器和/或外部存储器，并且还可以包括输入端，该输入端用于使用任意适合的通信总线(例如PMBus (电源管理总线)、I2C(内部集成电路总线)等)与外部编程装置118连接。应当是显而易见的，在本公开的各种应用中可以省略图1中示出的隔离式电源100的一个或多个部件。此外，在某些应用中可以包括图1中未具体示出的其它部件，比如输出电流传感器、在误差电压端114与光耦合器110之间的用于驱动光耦合器的缓冲器、在输出端104与数字控制器108之间的电压调整器件等。图2示出了根据本公开的另一方面的方法200，该方法200用于优化由具有光耦合器的隔离式开关模式电源中的数字控制器使用的增益调整值Kadj。该光耦合器具有在由最小电流传输比(CTRmin)和最大电流传输比(CTRmax)限定的范围内的电流传输比(CTRx)。方法200—般可应用于包括数字控制器和光耦合器的任意隔离式电源。这样的电源的一个示例为图1的隔离式电源100。如图2中所示，方法200包括在步骤202中确定光耦合器的CTRx ;在步骤204中基于所确定的光耦合器的CTRx确定最优增益调整值Kadjx ；以及在步骤206中将所确定的最优增益调整值Kadjx存储在数字控制器中。进一步讨论步骤202，可以用任意适合的方式来确定光耦合器的CTRX。例如，光耦合器的CTRx可以由光耦合器的制造商或供应商提供，从而得以确定。在其它情况下，可能仅CTR值的范围是已知的，例如，供应商可以指明具有相同的零件号码的光耦合器将具有落在由CTRmin和CTRmax限定的范围(含端值)内的具体的CTRX。在这种情况下，可以在将光耦合器安装在隔离式电源中之前，通过测试来确定具有该零件号码的具体的光耦合器的CTRX。或者，可以在将光耦合器安装在隔离式电源中之后，通过对电源单元和/或类似电源单元进行适当的测试来确定光耦合器的CTRX。下文描述在将光耦合器安装在电源单元中之前或之后确定具体的光耦合器的CTRx的一些示例方法。参照图2中的步骤204，可以基于(步骤202中确定的)CTRx通过计算(例如模拟)和/或测试来确定最优增益调整值Kadjx。对于本公开而言，不管电源单元的光耦合器的CTRx为多少，当由电源单元中的数字控制器存储并使用的增益调整值Kadj使得电源能够满足性能规范时，则认为该增益调整值Kadj是最优的，其中所述性能规范比如是增益裕度、相位裕度和/或动态回路响应规范。在一些实施例中，首先通过计算和/或测试确定增益调整值Kadjmx,该增益调整值KadjMX表示在电源的光耦合器的CTRx等于CTRmax的情况下使得电源能够满足性能规范的增益调整值。这样，使用以下等式来确定最优增益调整值Kadjx Kadjx = KadjMX · CTRmax+ CTRx在以任意适合的方式确定了最优增益调整值Kadjx之后，如图2的步骤206中所示，将该最优增益调整值Kadjx存储在数字控制器(必要时包括由数字控制器使用的外部存储器)中，以便以后数字控制器用来在控制隔离式电源单元中的相关电源电路。在一些实施例中，根据以下等式来确定具体电源单元中的光耦合器的CTRx
r π ητ — CTRmax ~ CTRminητ c I Kx ——V EAX ~ VEAMIN J + CY Hmin
^ EAMAX ~ ^ EAMIN其中VEAX表示当电源耦合到已知负载并且数字控制器正在使用增益调整值Kadjmx工作时数字控制器输出(或者将输出)的误差电压(例如在图1中的端114处)；Veamin表示当电源耦合到已知负载、电源的光耦合器的CTRx等于CTRmin并且数字控制器正在使用默认增益调整值Kadj11工作时数字控制器将输出的误差电压；以及Veamax表示当电源耦合到已知负载、电源的光耦合器的CTRx等于CTRmax并且数字控制器正在使用默认增益调整值Kadj11工作数字控制器将输出的误差电压。类似于参数Kad jMX，参数VEAX、Veamin和Veamax可以通过计算(比如电路模拟)来确定。然而，这样的计算将基于多种假定，比如举例来说，输出电容的等效串联电阻(可随温度变化)、数字控制器的采样率(可具有单元到单元的变化)等。因此，优选地，可以基于对电源单元和/或类似电源单元的实际测试来确定这些值。 在一个优选实施例中，基于对样本电源单元的测试在预优化过程中确定参数VEAX、Veamin和VEMAX。然后，存储这些参数，用于以后在优化过程中使用，其中，确定用于类似电源(即与样本电源单元具有相同设计的电源)的最优增益调整值Kadjx。下文参照图3至图5描述这些过程。预优化过程开始于确定将在样本电源单元中使用的光耦合器的CTRX。这可以通过将光耦合器安装在图3中示出的示例测试电路中来完成。必要时，图3中的电压源V。。被设置为与供应商用来确定光耦合器的等级(即CTR的范围)的值相同的值。类似地，电阻器Rl的值优选地被设置为使得通过二极管的正向电流If的值与供应商用来确定光耦合器的等级的值相同。测量通过光耦合器的集电极的电流Ic。然后，可以使用以下等式来计算光耦合器的CTRx CTRx = Ic/If * 100%。接下来，将光耦合器安装在样本电源单元中。然后，测量当电源耦合到已知负载且数字控制器使用初始的或默认的增益调整值Kadj11工作时数字控制器输出的误差电压(例如在图1的电源中的端114处)。对于该示例，假定电源耦合到半负载，那么测得的误差电压为VEAiMlS。可以根据以下等式计算通过光耦合器的集电极的对应电流Ic￥_ Ic 半负载=CTRx* ( (Vea半负载 _Vcc)/Rl)。使用计算出的值，可以按照下列等式计算当电源的光耦合器的CTRx等于CTRmax(同时电源耦合到半负载)时数字控制器将输出的误差电压Veamax Veamax = ((Ic 半负载 *R1)/CTRmax)+Vcc类似地，可以按照下列等式计算当电源的光耦合器的CTRx等于CTRmin(同时电源耦合到半负载)时数字控制器将输出的误差电压Veamin:Veamin — ((Ic 半负载 *R1)/CTRmin)+Vcc接下来，(例如使用分压计)调整样本电源单元中的Rl的值，使得当电源耦合到半负载时，数字控制器输出的误差电压等于计算出的值VEAMAX。此时，样本电源单元正在使用电流传输比等于CTRmax的的光耦合器模拟其工作。现在通过波特图(bode plot)或其它适合的工具评估样本电源单元的性能。例如，样本电源单元可以具有如图4A中示出的24. 40度的相位裕度，然而，电源规范需要大于45度的相位裕度。类似地，样本电源单元可以具有如图4B中示出的-8. 07dB的增益裕度，然而，需要至少_12dB的增益裕度。此外，样本电源单元可以具有如图4C中示出的动态回路响应(即响应于阶跃载荷(step-load)状态)，该动态回路响应过冲电压上限并下冲电压下限。因此，必要时应当调整(即优化)样本电源单元中的数字控制器使用的默认增益调整值KadjD，直到满足适用的性能规范为止。该调整例如可以引起如图5A、5B和5C中示出的改善的增益裕度、相位裕度和动态回路响应。在确定了(当电源耦合到半负载并且正在使用电流传输比等于CTRmax的光耦合器模拟其工作时)满足所需规范的具体的增益调整值Kadj之后，可以将该具体的增益调整值作为KadjMX存储在样本电源单元的数字控制器中。此外，在对每个类似电源单元开始以下描述的优化过程之前还应当将参数KadjMX存储在所有其它类似电源单元中。此外，在所讨论的具体实施例中，在开始优化过程之前，应当(在每个数字控制器和/或在电源单元外部的编程装置中)存储以下参数CTRmin、CTRmax, Veamin, Veamaj^PKadjmx (如果这些参数尚未被存储的话)。这时，可以针对每个类似电源单元使用以下过程来确定最优增益调整值Kadjx。首先，确定当电源单元耦合到半负载并且数字控制器正在使用增益调整值Kad jMX工作时数字控制器输出的误差电压。然后，使用下列等式、已知的CTRmin和CTRmax的值以及在以上描述的预优化过程中确定的Veamin和Veamax的值来计算该具体电源单元中的光耦合器的CTRx
Γ n /^rTO _ CTRmax CTRmin “， τ/ \ , /^rTOCI Kx —~^EAX ~ VEAMIN J + CY Hmin
^ EAMAX ~ ^ EAMIN接下来，使用下列等式来计算用于该具体电源单元的最优增益调整值Kadjx:Kadjx = KadjMX · CTRmax +CTRx。
最后，将该最优增益调整值Kadjx存储在该具体电源单元的数字控制器中。这可能包括关停该电源单元；使电源单元在其引导加载(bootload)模式下工作；用用于该具体单元的最优增益调整值Kadjx来替换先前存储的增益调整值Kadjmx ；以及关停电源单元以退出引导加载模式。然后可以对下一类似电源单元重复该优化过程。再参照图1，数字控制器108可以被配置成(例如通过软件)执行图2的方法200，以使得针对光耦合器110的具体CTRx来优化数字控制器的增益调整值Kadj。取决于所使用的具体方法，数字控制器108可以存储要用于执行图2的方法200的一个或多个参数。这样的参数可以包括例如以上讨论的参数CTRMIN、CTRmx、VEAMIN、VEAmx和Kadjmx。可以通过外部命令信号或触发机制(例如，电源的在开关PSON上的两个连续触发器)来触发数字控制器108执行该方法。或者，可以由电源单元外部的编程装置(比如，图1中示出的编程装置118)来执行图2的方法200，该电源单元外部的编程装置可以确定用于每个电源单元的最优增益调整值Kadjx，然后将这样的值存储在数字控制器中。在这种情况下，编程装置可以存储要用于执行图2的方法200的一个或多个参数，这些参数可以包括以上讨论的参数CTRmin、CTRjkx、Veamin> Veamax 和 Kadjmx。为了示例和说明提供了以上对实施例的描述。该描述不意在是排他性的或限制本公开。尽管没有特别示出或描述，但具体实施例的各个部分或特征通常不限于该具体实施例，而是必要时可互换并且可以在选择的实施例中使用。还可以用许多方式变化具体实施例的各个部分或特征。这样的变化不应当被视作背离本公开，并且所有这样的修改意在包含在本公开的范围内。
权利要求
1.一种优化用于隔离式开关模式电源中的数字控制器的增益调整值Kadj的方法，所述电源包括光稱合器，所述光稱合器具有在由最小电流传输比CTRmin和最大电流传输比CTRmax限定的范围内的电流传输比CTRx，所述方法包括 确定所述光耦合器的CTRx ； 基于所确定的所述光耦合器的CTRx确定最优增益调整值Kadjx ；以及 将所述最优增益调整值Kadjx存储在所述数字控制器中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述光耦合器的CTRx包括确定当所述电源耦合到已知负载并且所述数字控制器正在使用与CTRmax关联的增益调整值KadjMX工作时所述数字控制器输出的误差电压VEAX。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述光耦合器的CTRx包括基于所确定的误差电压Veax和存储的参数来计算所述光耦合器的CTRX。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述存储的参数包括KadjMX、CTRmin,CTRmax、与CTRmin关联的误差电压Veamin和与CTRmax关联的误差电压VEAMAX。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括基于耦合到所述已知负载的类似电源单元中的光耦合器的电流传输比和所述类似电源单元中的数字控制器输出的误差电压来确定Veamin 和 Veamax, 并存储Veamin和V_)i。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括在将所述类似电源单元中的光耦合器安装在所述类似电源单元中之前确定所述类似电源单元中的光耦合器的电流传输比。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定所述类似电源单元中的光耦合器的电流传输比包括使用测试电路。
8.根据权利要求5、6或7所述的方法，还包括通过确定当所述类似电源单元正在使用电流传输比等于CTRmaJ^光耦合器模拟其工作时满足所述类似电源单元中的性能规范的增益调整值Kadj，来确定Kadj^，并存储KadjMX。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，确定所述最优增益调整值Kadjx包括基于所确定的CTRx和另外的存储的参数来计算所述最优增益调整值Kadjx。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，用于计算所述最优增益调整值Kadjx的所述另外的存储的参数包括参数CTRmax和KadjMX。
11.根据权利要求9或10所述的方法，还包括将所确定的所述最优增益调整值Kadjx存储在所述数字控制器中。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述最优增益调整值Kadjx的确定和存储由所述数字控制器执行。
13.根据前述权利要求之一所述的方法，还包括将参数CTRmin、CTRmax,Kadjmx, Veamin和Veamax存储在所述数字控制器中。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述最优增益调整值Kadjx的确定和存储由所述开关模式电源外部的编程装置执行。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括将参数CTRmin、CTRmax,KadjMX、Veamin和Veamax存储在所述开关模式电源外部的编程装置中。
16.一种隔离式开关模式电源，包括数字控制器和光耦合器，所述光耦合器具有在由最小电流传输比CTRmin和最大电流传输比CTRmax限定的范围内的电流传输比CTRx，所述数字控制器被配置为执行权利要求1至4、9和10之一所述的方法。
17.—种隔离式开关模式电源,包括 具有输出端的电源电路；以及 用于所述电源电路的控制电路，所述控制电路包括数字控制器和光耦合器，所述光耦合器具有在由最小电流传输比CTRmin和最大电流传输比CTRmax限定的范围内的电流传输比CTRx，所述数字控制器具有与所述电源电路的输出端耦合的反馈端以及与所述光耦合器耦合的误差电压端，所述控制电路被配置为确定当所述输出端耦合到已知负载时所述光耦合器的CTRx ;基于所确定的CTRx确定最优增益调整值Kadjx ；以及存储所确定的最优增益调整值Kadjx以便以后所述数字控制器用于控制所述电源电路的工作。
18.根据权利要求17所述的隔离式开关模式电源，其中，所述数字控制器被配置为使用存储器中存储的参数来确定所述光耦合器的CTRx和所述最优增益调整值Kadjx。
19.根据权利要求18所述的隔离式开关模式电源，其中，所述存储器中存储的参数包括CTRminXTRmax、与CTRmax关联的增益调整值KadjMX、与CTRmin关联的误差电压Veamin以及与CTRmax关联的误差电 Veamax °
全文摘要
公开了针对光耦合器传输比变化来优化隔离式电源回路增益。一种优化用于隔离式开关模式电源中的数字控制器的增益调整值Kadj的方法。该电源包括光耦合器，该光耦合器具有在由最小电流传输比(CTRMIN)和最大电流传输比(CTRMAX)限定的范围内的电流传输比(CTRX)。该方法包括确定光耦合器的CTRX；基于所确定的光耦合器的CTRX确定最优增益调整值KadjX；以及将该最优增益调整值KadjX存储在数字控制器中。该方法可以由数字控制器或者电源外部的编程装置来执行。
文档编号H02M1/00GK103036395SQ201110460358
公开日2013年4月10日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年9月30日
发明者安东尼奥·雷梅蒂奥·索列诺, 乔纳森·罗斯·贝尔纳多·福尼 申请人:雅达电子国际有限公司