[发明专利]开关模式电源中的基于模型的输出电流估计

说明书

技术领域

本技术领域一般涉及开关模式电源(SMPS)以及开关模式电源中的电流测量技术。

背景技术

电子系统正在消耗越来越多的功率，这要求有效冷却。因此，对电子系统的功率电平的准确测量正在变得越来越重要。通常通过测量电子系统中的电流来得到功率电平。

现有的电流测量技术使用具有固定量化步长的模数转换器，从而造成电流测量的不准确性，这在整个测量范围上是恒定的。

发明内容

因此，随着电流减小，具有固定量化步长的模数转换器的使用导致电流测量中的误差增加。测量不确定性在轻负载(其中将要测量低电流)时变差。为了能够控制电子系统的轻负载效率和睡眠模式，以高精度测量低电流是重要的。

目标是能够在开关模式电源中以高精度来测量输出电流、特别是低电流。

第一方面涉及一种用于准备开关模式电源的电流测量设备的方法，开关模式电源包括开关模式转换器以及用于通过控制工作周期来控制开关模式转换器以将输入电压转换成输出电压的控制器。形成模型，在模型中根据变量和一个或多个模型参数来确定转换器的输出电流，其中变量包括输入电压、输出电压和工作周期。改变变量，同时测量输出电流，以及通过回归分析根据所改变的变量和所测量的输出电流来估计一个或多个模型参数。最后，存储模型和一个或多个估计的模型参数以在开关模式电源的使用期间由电流测量设备所使用。该方法优选地由开关模式电源的生产商来执行。

因此，通过实验设计(DOE)和回归分析来确定一个或多个给定的模型参数。

这样提供的、优选地集成到控制器中的电流测量设备能够还以高精度测量来自开关模式电源的低输出电流。

改变变量，同时测量输出电流的步骤可包括：对于变量中的两个中的每个，改变变量，同时保持这两个变量中的另一个为恒定并且测量输出电流。

在一个实施例中，选择电流测量设备的测量范围，其中改变变量，同时测量输出电流的步骤包括：将变量改变成这样的极值：使得输出电流改变成所选择的测量范围的极值端。所选择的测量范围可以是开关模式电源的最大额定输出电流的大约0-40%、优选地是大约0-30%以及更优选地是大约0-20%。

由此，进一步改进电流测量的精度。

此外，如果在根据所改变的变量和所测量的输出电流来估计一个或多个模型参数的步骤中，例如通过使用库克距离和给定的阈值将变量值和输出电流值的集合识别为异常值，则在一个或多个模型参数的估计中排除这种集合。

可按照多种方式来形成模型。

在一个实施例中，所形成的模型是、、或者中的任一个，其中I_o是输出电流，D是工作周期，V_i是输入电压，V_o是输出电压，以及b₁、b₂和b₃是一个或多个模型参数。

在另一个实施例中，所形成的模型是或者，其中I_o是输出电流，D是工作周期，V_i是输入电压，V_o是输出电压，以及b₁、b₂、b₃和b₄是一个或多个模型参数。

在又一个实施例中，变量之一是温度。所形成的模型可以是或者或者，其中I_o是输出电流，T是温度，D是工作周期，V_i是输入电压，V_o是输出电压，以及b₁、b₃和b₄是一个或多个模型参数，而b₂是另外的模型参数。可在改变变量的步骤以及估计一个或多个模型参数的步骤之前在实验室中单独确定另外的模型参数，其中另外的模型参数的所确定的值用于估计一个或多个模型参数的步骤中。

在所存储的、以在开关模式电源的使用期间由电流测量设备所使用的一个或多个估计的模型参数中，可将模型参数b₁换成新的模型参数。模型参数b₁可计算或估计为，其中R_x是开关模式电源与负载之间的外部损耗电阻。

这在应用中可能是特别相关的，其中开关模式电源与负载之间的外部损耗电阻不是可忽略的，并且优选地由开关模式电源的用户来执行。

按照本公开，还提供一种电流测量设备，其包括模块和/或软件，由此电流测量设备配置用于执行第一方面的用于准备电流测量设备的方法的实施例。