CN1378767A - 整流器中用于功率控制的压缩扩展器 - Google Patents

Abstract

一种用于整流器的动态功率控制的系统和方法,其中一个压缩扩展器被用于降低具有动态信号范围的功率系统中模拟数字转换器(ADC)的动态输入范围要求,该动态信号范围的幅度比被取样的最大信号幅度小几个数量级。本发明压缩一个模拟功率信号,然后将该信号数字化并扩展以获得具有与该模拟信号相同幅度的数字化信号,由此提供了一种比常规功率系统的价格低和复杂度小的功率控制系统。本发明可以使用算法计算功率控制电路需要的扩展值和校准值以将输出功率电平调整到希望值。

Description

整流器中用于功率控制的压缩扩展器

本发明涉及电功率控制电路领域，尤其涉及照明系统中使用的整流器中所用的动态功率控制。

常规电功率控制系统一般使用一种闭环反馈结构。这些系统的某些系统，例如数字功率控制系统，使用数字化由功率输出检测装置所提供的一个信号的模拟数字转换器(ADC)。来自ADC的数字化数据值被送到数字信号处理器(DSP)，当在ADC输出中检测到相对于参考信号有偏差时，DSP在驱动电路中采取校正功能以使输出达到期望值。为了正确地监控低幅信号中的精确变化，检测ADC必须具有高比特分辨率。

然而，当需要精确控制幅度比要被检测的最大信号小几个数量级的时变信号时，问题产生了。尤其是，对于既能线性地保持精确检测小信号，也能检测大信号的系统需要使用昂贵的ADC或者额外的可控增益级。传统用于解决该问题的方法或者是限制信号的动态范围或者限制错误检测的精确度，这两种方法都降低了功率系统的性能。

在无功率系统应用例如电话系统或滤波器中，上述问题使用压缩扩展方法被解决，其中，模拟信号的幅度被压缩然后该信号被数字化。数字化的信号然后被扩展以使最终数字信号的幅度等于模拟信号幅度，这样，使模拟数字转换对该系统来说是透明的。使用对数的模拟压缩技术尤其适合于将信号的动态范围降低到可用低价格、低比特分辨率的ADC取样的一个易管理范围。参见1997年2月IEEE transactions Circ.Syst.第二期44卷第65-85页Y.Tsividia的“外部的线性时变系统以及它们在压缩扩展信号处理器中的应用”；电信Wiley丛书1990年版第108-115页J.Bellamy的数字电话技术。同时参见Wermuth等人的美国专利US4,903,020和Gittinger的美国专利US 5,023,490。至今，压缩扩展技术还没有用在功率系统应用中。因此，本发明的目的是在功率系统中使用压缩扩展技术。

本发明提供了一种用于整流器的动态功率控制的系统和方法，其中，压缩扩展器用于减少具有动态信号范围的功率系统中模拟数字转换器(ADC)的动态输入范围要求，该动态信号范围的幅度比被取样的最大信号的幅度小几个数量级。扩展压缩器包括：一个模拟压缩器，用来从未压缩的模拟信号中产生降低了幅度的模拟信号；一个取样ADC，用来将多个压缩模拟信号的信号取样的每一个样值转换为一个数字数据值；及一个数据扩展器，用来将数字数据值数字化地扩展到与未压缩的模拟信号幅度相同的幅度。

然后，使用一种算法从扩展的数字数据值计算校正信号。校正信号使功率反馈控制电路调节功率输出电平到期望值。该控制电路可用于控制输出电流或输出电压，并提供了一种比用于此目的的常规系统成本和复杂度更低的功率控制系统。

图1表示根据本发明的压缩扩展器的一种示范性实施例。

图2表示根据本发明的电压信号压缩器的示范性实施例的电路图。

图3a表示响应现有技术的未压缩的电信号、以伏(v)为单位的数字输出电压随高分辨率ADC的模拟输入电压的函数变化的曲线图。

图3b表示根据本发明响应幅度压缩的电信号并随高分辨率ADC的模拟输入电压(v)的函数变化的数字输出电压(v)的曲线图。

本发明用于在整流器中使用用于功率控制的压缩扩展器的一种系统和方法。图1表示依据本发明的压缩扩展器10的一种示范性实施例。从功率信号中得到的模拟输入信号12输入到模拟压缩器14。压缩器14的幅度压缩的模拟输出16由模拟数字转换器(ADC)18取样，所述模数转换器(ADC)18输出数字编码信号20，该信号被输入到数字扩展部件22。

扩展部件22在数字域中扩展数据信号20产生一个数字数据信号24，该信号的幅度和输入信号12的幅度相等。扩展部件22包括具有查找表(LUT)的存储装置，其中存储多个数字数据值，每个值在幅度上与多个模拟输入信号12之一的信号幅度相等。数据信号20中多个数据值的每一个值对应于LUT中的唯一地址以定位生成数字信号24的多个数字数据值中的唯一的一个值。

信号24由诸如数字信号处理器(DSP)或微处理器之类的数字计算装置26处理。数字计算装置26根据一个误差值计算出一个校正信号28，该误差值与相对于数字计算设备26的操作程序中的一个参考值的情况下的信号24的幅度相关。校正信号28向激励器(未图示)提供一个适当的移动以使信号12移动到一个新的希望值。扩展部件22也可以合并到数字计算装置26中作为存储查找表，该表的值由数学表达式或分段线性近似算法产生。

压缩扩展器10可以用于扩展压缩一个检测的电压或一个检测的电流信号。在用于一负载电流的示范性压缩器中，通过一个二极管导通的转移函数产生通过该二极管的一个对数式电压响应，其操作可由等式描述：I_DV_D＝mV_Tlog(--+1)     (1)I₀

其中，V_D是二极管两端的电压(v)，m是一个常量(1＜m＜2)，V_T是一个热电压(0.025v@25℃)，I_D是通过二极管传导的以安培(amps)为单位的电流，I_D是饱和电流(amps)。

图2表示一个电压信号压缩器的示范性电路30。与二极管32和34相关的对数转移特性通过运算放大器36提供输入电压38的压缩以获得压缩的输出电压40。电阻器42为转移特性的斜率提供线性控制。如本领域的技术人员所公知的，各种可选择的配置可以用来压缩电压或电流，或者同时压缩电压和电流。

图3a表示在普通的高分辨率ADC响应现有技术的未压缩的电信号的情况下，数字输出电压(v)为模拟输入电压(v)的函数的曲线图。转移曲线44表示在没有压缩时，对于图1所示的模拟输入电压信号12的每一步线性增长，在模拟数字转换器ADC的数字输出电压中进行相应的步骤。对于示范性的模拟输入变化值46，数字输出电压以一个比例量48变化。

图3b图示根据本发明响应于幅度压缩电信号，高分辨率ADC的数字输出电压为模拟输入电压(v)的函数的曲线图。转移曲线50显示了图1所示的模拟输入电压信号12的每一线性步长增长，对于小信号来说，压缩结果使数字输出电压产生比图3a更大的步长。

因此，如果假定在图3b中所示的模拟输入变化值52和在图3a中所示的模拟输入变化值46幅度相等，则图3b中所示的数字输出变化值54明显地大于在图3a中所示的数字输出变化值48。相反的，对于一个模拟数字转换器ADC的给定数字输出变化值，可以以压缩模拟信号的输入电压比未压缩信号的输入电压的变化值小得多的方式而产生，和模拟数字转换器的比特数比未压缩信号的比特数减少。

因此，至此要求一个高分辨率和宽动态范围的ADC的功率控制可以通过结合了模拟压缩机制和在同样的动态范围上具有较低比特分辨率的模拟数字转化器ADC的压缩扩展器来实现。这样就产生了比常规系统低价格和低复杂性的功率控制系统。

鉴于上述的描述，对本发明的可选实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是很明显的。因此，这一描述被解释成仅是说明性的，并用于教导本领域的技术人员执行本发明的最佳方式的目的。在基本上不脱离本发明精神的情况下可以进行结构细节上的修改，并保留在权利要求范围内的各种修改的排它使用。

Claims (10)

1.一种用于动态功率控制的系统，包括：

一个电信号模拟检测装置；

一个压缩扩展装置；

一个校正信号计算装置，和

一个电信号校正装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其中该压缩扩展装置包括：

一个模拟信号压缩装置(14)

一个模拟数字转换器(ADC)(18)，和

一个数字信号扩展装置(22)。

3.根据权利要求2所述的系统，其中该模拟信号压缩装置(14)是一个增大小的模拟信号的幅度和减小大的模拟信号幅度的电路。

4.根据权利要求2所述的系统，其中该模拟信号压缩装置(14)是一个二极管。

5.根据权利要求2所述的系统，其中该模拟信号压缩装置(14)包括连接到一个运算放大器(36)的多个二极管(32，34)。

6.根据权利要求2所述的系统，其中该数字信号扩展装置(22)包括一个电路，用于将来自模拟数字转换器ADC(18)的一个压缩数字数据信号(20)转换成一个扩展数字数据信号(24)，该扩展数字数据信号的幅度与来自模拟检测装置的信号(12)的幅度相等。

7.根据权利要求2所述的系统，其中该数字信号扩展装置(22)包括具有查找表的一个存储装置，该表存储了多个扩展数字数据信号值，每一个数字数据值与一个来自模拟检测装置的信号(12)的幅度值相同。

8.根据权利要求7所述的系统，其中来自ADC(18)的数字输出信号对应于存储装置中多个存储单元中的唯一存储单元，该存储装置中存储一个相应的扩展数字数据值。

9.根据权利要求2所述的系统，其中该数字信号扩展装置(22)包括具有一个查找表的一个数字信号处理器或微处理器。

10.根据权利要求2所述的系统，其中该数字信号扩展装置(22)是存储在诸如数字信号处理器(DSP)或微处理器的数字计算装置(26)中的一个线性近似算法。

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