CN103257664A - 切换式电源转换器的快速响应装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种切换式电源转换器的快速响应装置，包括一检测电路和一调节电路，其中，所述检测电路检测所述电源转换器的输出电压以在负载瞬时时触发快速响应；所述调节电路，用以调节所述快速响应的时间。本发明的切换式电源转换器的快速响应装置具有准确触发所述快速响应、调节电路控制所述快速响应的时间长短和避免低超或回弹情形的优点。

Description

切换式电源转换器的快速响应装置及方法

技术领域

本发明涉及一种切换式电源转换器，具体地说，是一种切换式电源转换器的快速响应装置及方法。

背景技术

图1显示传统的多相切换式电源转换器10。图2显示图1中信号的波形图。其中电源转换器10可以提供稳定的输出电压Vcore给其它的电子装置，例如CPU，在电源转换器10中，误差放大器14根据输出电压Vcore及由参考电压产生器12提供的参考电压Vref之间的差值产生误差信号Vcomp，如波形32所示，锯齿波产生器16提供锯齿波Vramp1及Vramp2，如波形28及30所示，脉宽调变(PulseWidth Modulation;PWM)比较器18根据误差信号Vcomp及锯齿波Vramp1产生信号Vpwm1，如波形34所示，当锯齿波Vramp1小于误差信号Vcomp时，信号Vpwm1为高准位，此时，通道22被打开(turnon)以提供电荷至电容C1使输出电压Vcore上升，如波26所示，PWM比较器20根据误差信号Vcomp及锯齿波Vramp2产生信号Vpwm2，如波形36所示，当锯齿波Vramp2小于误差信号Vcomp时，信号Vpwm2为高准位，此时，通道24被打开以提供电荷至电容C2使输出电压Vcore上升。

然而，现今CPU的负载电流不论是由低变高或由高变低，其变化是相当快速，变化的时间在1us之内，这与电源转换器10的切换周期相比是相当短的，如果负载瞬时出现在信号Vpwm1或Vpwm2的脉冲时，如区间t2，由于通道22或24打开，因此能缓和输出电压Vcore下降的速度，但是当负载瞬时出现在信号Vpwm1及Vpwm2的脉冲之间时，如区间t1，由于信号Vpwm1及Vpwm2均为低准位，因此输出电压Vcore将脱离控制，另外，就算负载瞬时是出现在信号Vpwm1或Vpwm2的脉冲期间，如果负载变化太大，输出电压Vcore仍然剧降，故需要快速响应(quick response)回路以在负载瞬时出现时能同时打开通道22及24。

要有良好的输出电压Vcore，就要有良好的快速响应，而要达成良好的快速响应有两个关键，一个是触发快速响应的时机，另一个是快速响应的时间长短。如果太慢触发快速响应，可能使输出电压Vcore低于规格的要求，即出现低超(undershoot)的情况；相反，如果太快触发快速响应，可能导致输出电压Vcore出现尖波(spike)。如果快速响应的时间太短，输出电压Vcore仍然会出现低超的情况，但是如果快速响应的时间太长，输出电压Vcore将上升过头而出现回弹(ringback)情况。

图3显示一种已知用以实现快速响应的适应相位校准(AdaptivePhase Alignment;APA)电路40，其包括误差放大器42根据电源转换器的输出电压Vcore及参考电压Vref之间的差值产生误差信号Vcomp，低通滤波器44滤波误差信号Vcomp产生信号V2，电流源48提供电流Iapa经电阻Rapa产生电压Vapa偏移误差信号Vcomp产生信号V1，比较器46根据信号V1及V2产生快速响应信号QR。当负载瞬时时，误差信号Vcomp将下降，信号V2也将随之下降，由于电容Capa的关系，信号V1不会立即下降，当信号V2低于信号V1时，快速响应信号QR转为高准位以触发快速响应，在快速响应期间，多相切换式电源转换器的所有通道都将被打开。由于快速响应的触发是由信号V1决定，而信号

V1=Vcomp-Iapa×Rapa                           公式1

因此，可以通过由调整在芯片外部的电阻Rapa来改变触发快速响应的时间点，例如，使用较大的电阻Rapa来延迟快速响应的触发时间，然而，在APA电路40中，快速响应的持续时间是由低通滤波器44决定，而低通滤波器44是内建在芯片中，因此无法调整快速响应的时间。

另外，快速响应的目的是为了得到良好的输出电压Vcore，APA技术利用误差信号Vcomp的信息取代输出电压Vcore来触发快速响应，然而，本领域的技术人员都清楚，误差放大器42需要补偿器来对误差信号Vcomp进行补偿，也就是说，当输出电压Vcore开始下降至误差信号Vcomp开始上升之间会有一补偿延迟，如果负载瞬时变化非常快时，这补偿延迟将导致输出电压Vcore在快速响应触发前低于规定值。

因此已知的快速响应装置存在着上述种种不便和问题。

发明内容

本发明的目的，在于提出一种可以准确触发快速响应而且能调节快速响应的时间的切换式电源转换器的快速响应装置及方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种切换式电源转换器的快速响应装置，包括一检测电路和一调节电路，其中：

所述检测电路检测所述电源转换器的输出电压以在负载瞬时时触发快速响应；

所述调节电路调节所述快速响应的时间。

本发明的切换式电源转换器的快速响应装置还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的切换式电源转换器的快速响应装置，其中所述检测电路包括：

一偏移电路，偏移所述输出电压产生一偏移电压；

一比较器，比较所述偏移电压及一参考电压，在所述偏移电压低于所述参考电压时触发所述快速响应。

前述的切换式电源转换器的快速响应装置，其中所述参考电压等于所述电源转换器于稳态时的所述输出电压。

前述的切换式电源转换器的快速响应装置，其中所述调节电路包括：

一电容；

一电流源，在所述快速响应被触发时对所述电容充电，当所述电容上的电压达到一临界值时，结束所述快速响应。

前述的切换式电源转换器的快速响应装置，其中所述电容为可变电容。

前述的切换式电源转换器的快速响应装置，其中所述电流源为可变电流源。

前述的切换式电源转换器的快速响应装置，其中所述临界值是可变的。

前述的切换式电源转换器的快速响应装置，其中更包括一正反器输出一信号，所述信号在所述快速响应被触发时由第一逻辑状态转为第二逻辑状态，在所述电容上的电压达到所述临界值时，所述信号由所述第二逻辑状态转为所述第一逻辑状态以结束所述快速响应。

一种切换式电源转换器的快速响应方法，其特征在于，包括下列步骤：

第一步骤：检测所述电源转换器的输出电压以在负载瞬时时触发快速响应；

第二步骤：调节所述快速响应的时间。

本发明的切换式电源转换器的快速响应方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的切换式电源转换器的快速响应方法，其中所述检测所述输出电压以在负载瞬时时触发快速响应的步骤包括：

第一步骤：偏移所述输出电压产生一偏移电压；

第二步骤：比较所述偏移电压及一参考电压，在所述偏移电压低于所述参考电压时，触发所述快速响应。

前述的切换式电源转换器的快速响应方法，其中更包括设定所述参考电压等于所述电源转换器于稳态时的所述输出电压。

前述的切换式电源转换器的快速响应方法，其中所述调节所述快速响应的时间的步骤包括：

第一步骤：在所述快速响应被触发时，提供一电流对一电容充电；

第二步骤：在所述电容上的电压大于一临界值时，结束所述快速响应。

前述的切换式电源转换器的快速响应方法，其中还包括调节所述电流以调节所述快速响应的时间。

前述的切换式电源转换器的快速响应方法，其中所述更包括改变所述电容的电容值以调节所述快速响应的时间。

前述的切换式电源转换器的快速响应方法，其中更包括改变所述临界值以调节所述快速响应的时间。

采用上述技术方案后，本发明的切换式电源转换器的快速响应装置具有以下优点：

1.能准确触发所述快速响应。

2.能调节电路能控制所述快速响应的时间长短。

3.避免低超或回弹的情形。

附图说明

图1显示传统的多相切换式电源转换器；

图2显示图1中信号的波形图；

图3显示一种已知用以实现快速响应的适应相位校准电路；

图4显示本发明应用在切换式电源转换器的快速响应装置；

图5显示图4中电压检测电路的实施例；

图6显示图4中快速响应时间调节电路的实施例；

图7显示图6中信号的波形图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。

现请参阅图4，图4显示本发明应用在切换式电源转换器的快速响应装置，所述电源转换器包括多个信道54以提供输出电压Vcore，所述快速响应装置包括电压检测电路50直接检测输出电压Vcore以判断是否发生负载瞬时，在输出电压Vcore低于一临界值时，所述电压测电路50送出快速响应信号Vqr，快速响应时间调节电路52调节快速响应信号Vqr的工作时间产生快速响应信号QR打开多个信道54中的至少一个。图5显示图4中电压检测电路的实施例，其包括偏移电路5002用以偏移输出电压Vcore产生偏移电压Vcf，所述偏移电路5002包括电流源5004提供电流I1至电阻R以产生电压Vofs=I1×R，故偏移电压Vcf=Vcore+Vofs，比较器5006比较偏移电压Vcf及参考电压Vref产生信号Vqr，其中，所述参考电压Vref等于所述电源转换器处于稳态时的输出电压Vcore，假设电压Vofs>0，则在稳态时偏移电压Vcf大于参考电压Vref，故信号Vqr为低准位，当发生负载瞬时时，输出电压Vcore下降，当输出电压Vcore下降的量大于电压Vofs时，偏移电压Vcf将低于参考电压Vref，故信号Vqr将转为高准位以触发快速响应，偏移电路5002中的电阻R或电流源5004可以放置在芯片的外部以供使用者改变电阻值或电流I1的大小，进而调节电压Vofs以控制触发快速响应的时间点。

再请参阅图6和图7，图6显示图4中快速响应时间调节电路的实施例，图7显示图6中信号的波形图。实现快速响应时间调节电路52的方式有很多种，其中之一就是利用模拟单击电路。如图6所示，所述正反器5202的输入端C接收来自电压检测电路50的信号Vqr，或非门5204根据信号Vqr及正反器5202输出端Q上的信号SL1产生信号SL2，所述反相器5206将信号SL2反相产生快速响应信号QR，正反器5202的输出端QB送出信号Vg切换开关5208以控制电容C的充放电，电流源5210提供电流I2对电容C充电，反相器5212及5214根据电容C上的电压Vc产生信号SL3，或非门5218根据信号SL3及电源开关信号Power_on_reset产生信号SL4，信号SL4经反相器5216反相后产生重置信号Sreset重置正反器5202。如图7所示，所述波形60为快速响应信号Vqr，波形62为信号Vg，波形64为电压Vc，波形66为重置信号Sreset，波形68为快速响应信号QR。在电源开启后，如果正反器5202的输入端C上的信号Vqr转为高准位时，如波形60及时间t1所示，快速响应信号QR将转为高准位以触发快速响应，如波形68所示，而信号Vg将转为低准位以关闭(turn off)开关5208，如波形62所示，因此电容C上的电压Vc开始上升，如波形64所示，在电压Vc上升期间，由于信号SL1维持在高准位，因此快速响应信号QR也维持在高准位，当电压Vc达到反相器5212内所预定的目标值Vtrip时，如时间t2所示，反相器5212将送出低准位的信号，因而使重置信号Sreset转为高准位以重置正反器5202，如波形66所示，因此信号SL1转为低准位使得快速响应信号QR也转为低准位以结束快速响应，同时信号Vg也转为高准位以打开开关5208以使电容C放电。由图6及图7可以很明显的看出，快速响应的时间

Δt=(C×Vtrip)/I2                           公式2

从公式2可知，改变电容C、电流I2及目标值Vtrip可以调节快速响应的时间Δt，因此可以通过从外部调整电容C、电流I2及目标值Vtrip其中至少一个来改变快速响应的时间Δt。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

组件符号说明

10    电源转换器

12    参考电压产生器

14    误差放大器

16    锯齿波产生器

18    PWM比较器

20    PWM比较器

22    通道

24    通道

26    输出电压Vcore的波形

28    锯齿波Vramp1的波形

30    锯齿波Vramp2的波形

32    误差信号Vcomp的波形

34    信号Vpwm1的波形

36    信号Vpwm1的波形

40    适应相位校准电路

42    误差放大器

44    低通滤波器

46    比较器

48    电流源

50    电压检测电路

5002  偏移电路

5004  电流源

5006  比较器

52    快速响应时间调节电路

5202  正反器

5204  或非门

5206  反相器

5208  开关

5210  电流源

5212  反相器

5214  反相器

5216  反相器

5218  或非门

54    通道

60    快速响应信号Vqr的波形

62    信号Vg的波形

64    电压Vc的波形

66    重置信号Sreset的波形

68    快速响应信号QR的波形

Claims (6)

1.一种切换式电源转换器的快速响应装置，包括一检测电路和一调节电路，其特征在于：

所述检测电路检测所述电源转换器的输出电压以在负载瞬时时触发快速响应；

所述调节电路调节所述快速响应的时间。

2.如权利要求1所述的快速响应装置，其特征在于，所述检测电路包括：

一偏移电路，偏移所述输出电压产生一偏移电压；

一比较器，比较所述偏移电压及一参考电压，在所述偏移电压低于所述参考电压时触发所述快速响应。

3.如权利要求2所述的快速响应装置，其特征在于，所述参考电压等于所述电源转换器于稳态时的所述输出电压。

4.一种切换式电源转换器的快速响应方法，其特征在于，包括下列步骤：

第一步骤：检测所述电源转换器的输出电压以在负载瞬时时触发快速响应；

第二步骤：调节所述快速响应的时间。

5.如权利要求4所述的快速响应方法，其特征在于，所述检测所述输出电压以在负载瞬时时触发快速响应的步骤包括：

第一步骤：偏移所述输出电压产生一偏移电压；

第二步骤：比较所述偏移电压及一参考电压，在所述偏移电压低于所述参考电压时，触发所述快速响应。

6.如权利要求5所述的快速响应方法，其特征在于，更包括设定所述参考电压等于所述电源转换器于稳态时的所述输出电压。

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