CN104426338A - 等效串联电感消除的系统和方法 - Google Patents

等效串联电感消除的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104426338A
CN104426338A CN201310757421.4A CN201310757421A CN104426338A CN 104426338 A CN104426338 A CN 104426338A CN 201310757421 A CN201310757421 A CN 201310757421A CN 104426338 A CN104426338 A CN 104426338A
Authority
CN
China
Prior art keywords
output
node
voltage
equivalent series
series inductance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310757421.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104426338B (zh
Inventor
R·S·A·菲尔布里克
E·陈
G·卢夫
R·J·帕里克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Intersil Americas LLC
Original Assignee
Intersil Americas LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Intersil Americas LLC filed Critical Intersil Americas LLC
Publication of CN104426338A publication Critical patent/CN104426338A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104426338B publication Critical patent/CN104426338B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/575—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices characterised by the feedback circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0016—Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/1566—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators with means for compensating against rapid load changes, e.g. with auxiliary current source, with dual mode control or with inductance variation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

一种用于调节器的等效串联电感(ESL)消除电路，该调节器通过衰减输出电压上产生的方波纹波电压的幅值来调节反馈电压。调节器包括输出电感器和输出电容器，其中电容器具有ESL，其与导致方波电压纹波的输出电感器形成电感分压器。ESL消除电路可包括第一和第二电流源和耦合在输出节点和调节节点之间的电阻器装置，该调节节点进一步耦合到调节器的反馈输入。第一电流源施加与输出电压成比例的电流到调节节点。第二电流源基于脉冲控制信号的状态选择性地施加正比于调节器的输入电压的电流。

Description

等效串联电感消除的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年8月29日提交的美国临时申请序列号No.61/871，597的利益，为了所有的意图和目的，其通过整体引用被包含在此。
附图说明
参考以下描述以及附图将能更好地理解本发明的益处、特征以及优点，在附图中
图1是一个配置有电源的计算机系统的简化框图，该电源包括根据本发明的实施例的利用ESL消除实现的调节器；
图2是图1的调节器的简化示意框图，其示为根据一个实施例实现的降压型DC-DC开关模式调节器；
图3是绘制PWM信号、负载电流ILD、输出电压VOUT以及电感电流IL与时间关系的时序图，其阐明当没有图2的ESL消除电路工作时输出处对负载瞬态的常规响应；
图4是绘制在包括图2的ESL消除电路工作的情况下，响应于输出处的负载瞬态，PWM信号、输出电压VOUT、调节后的输出电压VOUTADJ和电感电流IL的时序图；
图5是一个根据本发明的实施例实现的图2的ESL消除电路的示意图；
图6是本发明可选实施例的简化示意框图，用于提供校正电流以在图2的调节节点处相对于VOUT调节VOUTADJ；
图7是描绘图5的电阻的一个实施例的框图，被实现为可调电阻或通过存储器编程的可编程电阻；以及
图8是阐明在图2的调节器的输出部分和反馈输入之间提供的ESL消除电路的可选实施例的简化示意框图。
详细说明
单相和多个相(多相)调节器可被设计用于对负载瞬态的单周期响应。瞬态响应可以被调谐成为受限的输出滤波。由于开关频率FSW的提高，以及由于输出电感器L的电感值和输出电容器的电容值均减少，实现对负载瞬态的单周期响应有更大的挑战。特别是，输出电容器的等效串联特性，如输出电容器的等效串联电感(ESL)和等效串联电阻(ESR)，导致输出电压上的方波电压纹波，其导致瞬态响应增加至大于一个周期。输出电容器的等效串联电感与输出物理输出电感器形成电感分配器，其导致由相节点的开关引起的叠加至输出电压上的方波。
常规的替代，如增加输出滤波(即，增加输出电容器的大小)和/或提供对瞬态时间更慢的响应会导致不利。更大的电容器增加成本以及更难包含到集成电路中。期望快的响应以保持输出电压需求或满足输出特性规范。
图1是配置有电源101的计算机系统100简化框图，该电源101包括本发明的实施例以ESL消除实现的调节器103。电源101产生一个或多个供电电压，其通过连接系统105给计算机系统100的其他系统装置提供功率。连接系统105可以是总线系统或开关系统或一套导体或类似物。在图示的实施例中，计算机系统100包括处理器107和外围系统109，两者都耦合在连接系统105以从电源101接收供电电压。在图示的实施例中，外围系统109可以包括系统存储器111(例如，包括RAM(随机存取)和ROM(只读)存储其类型装置和存储器控制器和类似物的任何组合)和输入/输出(I/O)系统113的任意组合，输入/输出系统可以包括系统控制器或类似物，例如图形控制器，中断控制器，键盘和鼠标控制器，系统存储装置控制器(例如，用于硬盘驱动和类似物的控制器)，等等。图示的系统仅仅是示意性的，因为许多处理器系统和支持装置可以是如本领域技术人员所知的那样集成到处理芯片上。
图2是调节器103的简化示意框图，其示出为根据一个实施例实施的降压型DC-DC开关模式调节器。调节器103包括产生并提供脉冲宽度调制(PWM)信号到驱动器203的调制器201。驱动器203提供上栅极驱动信号UG至上开关01的栅极端子，并提供下栅极驱动信号LG至下开关Q2的栅极端点。在图示的实施例中，电子开关Q1和Q2显示为FET或MOS型装置，例如本领域技术人员所知的一对N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。可使用的其他类型的电子开关装置可包括其他类型的FET以及类似物，以及其他类型的晶体管，例如双极结型晶体管(BJT)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及类似物，等等。开关Q1具有连接在输入电压VIN和相节点205之间的漏极和源极端子，以及开关Q2具有连接在相节点205和地(GND)之间的漏极和源极端子。相节点205产生相电压VPH。
相节点205被耦合至输出电感器L一端，该电感器的另一端与产生输出电压VOUT的输出节点207耦合。输出电容器C耦合输出节点207和地之间。等效串联电路209显示为耦合在输出节点207和电容C的一端之间。等效串联电路209包括与等效串联电阻ESR串联耦合的等效串联电感ESL。ESL和ESR不是物理装置，但能表示物理电容器C的串联电感和电阻。本公开主要解决ESL的不利影响。负载211显示为耦合在输出节点207和GND之间，并在工作的过程中产生负载电流ILD。
VOUT被反馈到ESL消除电路213的输入，ESL消除电路213具有输出，其在调节节点214上提供经调节的输出电压VOUTADJ至误差放大器(EA)215的输入。参考电压VREF被提供给EA215的另外一个输入，EA215提供补偿(COMP)电压至调制器201的输入。在常规配置中，VOUT可能被直接反馈或通过反馈电路(没有示出)可能被包括以反馈其指示的成比例反馈信号。例如，反馈分压器(如串联耦合在输出节点207和接地之间的电阻形成中间结)可能被包括以感测作为反馈信号提供的VOUT(如通过反馈分压器的中间结提供)。
在工作中，EA215放大VREF和VOUTADJ之差并产生提供给调制器201的COMP信号。调制器201接收COMP并调节PWM信号的占空比以控制VOUT的电压电平，其中PWM被提供至驱动器203的输入。驱动器203可选的导通或关断开关Q1和Q2以切换位于VIN和GND之间的输出电感L的一端以将VIN转换为由PWM控制的VOUT。通常，当PWM处于第一电平时，例如断言为高，在周期的功率部分期间，驱动器203关断Q2并导通Q1以将VIN耦合至相节点205。当PWM切换状态时，例如当其变低时，在剩下的周期的至少一部分期间，驱动器203关断Q1然后导通Q2以将相节点205耦合至GND。虽然并未示出，在驱动器203中控制电路或类似物确保开关Q1和Q2中同一时间仅有一个导通。在PWM接下来的周期中操作以这样的方式重复。
电感L产生电感电流IL以为负载211提供负载电流ILD以及给输出电容器C充电。为了闭合回路和产生PWM以如本领域技术人员所知的那样控制输出，VOUT(或者与其成比例的电平)被反馈至EA215。
图3是描绘PWM信号、负载电流ILD、输出电压VOUT、电感电流IL与时间关系的时序图，其图示了在没有ESL消除电路213的操作的情况下，对输出端负载瞬态的示例性响应。就是说，操作被示出，仿佛ESL消除电路213被去除或不起作用，因此VOUT被感测是没有调节的。PWM周期在瞬态负载后被编号示出(周期1-5)。负载电流ILD初始是低的而且相对稳定，然后如301所示响应于负载211要求突然升高而跳变为高。VOUT的输出电压经历303瞬时变低然后回到高点。然后由于不具有ESL电路213的调节器103的工作，VOUT降低至低电平然后是最终被拉回至其正常工作电平。
工作期间，作为输出电容器C的ESL的结果，在305处所示的方波叠加至VOUT。调节器103如所期望的在周期1的第一PWM脉冲内相对快速的响应于负载瞬态。虽然不具备ESL消除电路213，被叠加至VOUT的方波305也被反馈至误差放大器215和调制器201。组合后的信号在被反馈至调节器103的VOUT上引起306所示高峰。调节器103检测高脉冲306，使其再次快速响应并提前终止PWM脉冲。
当PWM变回低时，VOUT下跌相应的引起调节器103在PWM信号上产生另外的脉冲，该脉冲开始第二PWM周期2。在PWM的开关工作期间电感电流IL在斜坡降低和斜坡升高之间反转，但在PWM的单独周期中并不响应于负载瞬态而恢复。如图所示，电感电流IL经历一如307所示的额外的开关周期，并且直到PWM周期2才恢复。
通常期望PWM具有高开关频率(FSW)，同时减小输出电感器L和输出电容器C的尺寸。开关频率的升高与输出滤波器(LC)的尺寸的降低的组合限制图3所示的单周期响应。输出电容器C的ESL与输出电感器L形成电感分配器，其响应于相节点205的电压开关，该相节点的电压开关导致305所示的方波被叠加至与开关周期重合的VOUT。被叠加方波的幅值通过人为终止初始的PWM脉冲来阻止切换，因此增加调节器103对负载瞬态的整体响应时间。
图4是当包括ESL消除电路213的操作时，描绘PWM信号、输出电压VOUT、调节输出电压VOUTADJ和电感电流IL响应于输出处的负载瞬态的时序图。PWM周期再次在负载瞬态后被编号示出(周期1-4)。在这种情况下，ESL消除电路213调节输出电压VOUT以提供VOUTADJ，从而充分消除由在输出电感和ESL之间的电感分压器引起的方波电压的纹波，并且能实现单周期响应。如图所示，ESL消除电路213用于充分消减如409所示的反馈的VOUT或VOUTADJ上方波的幅值。
在工作过程中，作为输出电容器C的ESL的结果，403所示的方波，与方波305相似，仍然可以被叠加到VOUT上。调节器103再次如期望的那样在周期1中第一个PWM脉冲内相对快速的响应瞬间负载，使得方波405形成了一个与峰值306相似的高峰值406。然而，在这种情况下，ESL消除电路213从显示在反馈信号的VOUTADJ上充分消除了具有峰值406的叠加的方波405，VOUTADJ被反馈而不是VOUT。如此，在第一周期1中的初始的PWM脉冲没有提前被终止。因此，响应于负载瞬态，如407所示，电感电流IL在单一PWM的周期内持续地斜坡增长，且因此在第一开关周期中响应，示为PWM周期1。在这种情况下，响应于负载瞬态，电感电流IL在单一PWM周期内得以恢复。
图5是根据本发明的一个实施例的ESL消除电路213的示意图。产生VOUT的节点207被耦合至电阻器501的一端，电阻器的另一端耦合至产生VOUTADJ的节点214。电流源503耦合至提供源电压VSRC的电压源和节点214之间，并提供电流gm1·VOUT至节点214。单刀单掷(SPST)开关505的一个开关端被耦合至节点214，另一个开关端被耦合至另一电流源507的一端。开关505可以以任何合适的方式实现，如包含晶体管装置或类似的装置。电流源507的另一端被耦合至GND，且其通过开关505(当闭合时)提供电流gm2·VIN至GND。开关505具有接收PWM信号的控制端。
电阻器装置501被示出具有电阻值RADJ，表明其可以被调节。在一个实施例中，对于给定的实施方案，电阻值RADJ的的值选择基于增益值以提供叠加至VOUT的方波的所需的衰减水平。一旦被选择并相应地被调节，电阻器装置501的电阻不发生改变而替代的是具有静态的电阻值。另一个实施例中，针对给定的实施方案，可调电阻器被使用并且被调节。一旦被调节，其阻值在工作过程中保持不被修改。
在一个实施例中，PWM在功率部分期间变高，在此期间驱动器203导通O1以将相节点205耦合至输出电感器L。这样的话，当PWM变高时，它也闭合开关505，以及当PWM变低时，它打开开关505。值gm1是第一跨导增益以及gm2是第二跨导增益。因此，电流源503产生与输出电压VOUT乘以跨导增益gm1成比例的电流，电流源507产生与输入电压VIN乘以跨导增益gm2成比例的电流。在一个实施例中，gm1＝gm2＝gm，其中增益是相等的。可选的，跨导增益gm1和gm2可以是不同的或被调节，以获得减小被叠加至VOUT的方波幅值的期望结果。
在工作中，电流源503持续提供与输出电压VOUT成比例的电流gm1·VOUT至节点214，而电流源507仅当开关505闭合时从节点214汲取或吸收电流gm2·VIN。参照图4，正好在响应于负载瞬态的电压瞬态303之后PWM变高，因此当上开关Q1被闭合时电感电流IL升高。由于相电压VPH升高至VIN，当开关Q1被导通时VOUT跳高。输出电感L和ESL之间的电感分配器引起VOUT相应的升高。
然而，当PWM变高，开关505也被闭合，因此额外的电流gm2·VIN被从节点214引出以得到施加至节点214的组合电流gm1·VOUT-gm2·VIN。组合电流升高或降低流过电阻器装置501的电流，因此升高或降低相对于VOUT的VOUTADJ。假设gm1＝gm2并且其中VIN＞VOUT的降压配置，组合电流gm1·VOUT-gm2·VIN从节点214引出电流，因此如图4所示VOUTADJ相对于VOUT降低。加到VOUT的方波在VOUTADJ上衰减。当PWM变回低时，Q1被关断以及Q2被导通，因此IL斜坡下降并且开关505被打开。电流gm2·VIN被移除并且仅电流gm1·VOUT被加上，其相对于VOUT升高电压VOUTADJ。因此，方波的高电平被减小并且方波低电平被提高。
如405所示，VOUT方波被在VOUTADJ上大幅消减。由于VOUTADJ是VOUT的平滑版本，调节器103对负载瞬态的响应迅速对瞬态事件响应，例如在一个PWM周期内。电感电流IL持续在斜坡上升和下降之间跳转，但是响应于如图4所示升高的负载电平而处在高电流水平。
图6是提供矫正电流以相对于节点214上的VOUT调节VOUTADJ的可选实施例简化示意框图。电流源503和507每个可以通过具有接收必要电压的输入的跨导放大器实现，VIN或VOUT。在某些配置中，调制器201已经包括接收VOUT并提供电流gm1·VOUT的第一跨导放大器603和接收VIN并提供电流m2·VIN的第二跨导放大器607。不是使用单独的电流源或放大器或类似物再产生这些电流，而是第一电流镜(CM)605被提供以镜像gm1·VOUT至节点214中并且第二电流镜609被提供以通过开关507来自节点214的镜像gm2·VIN。
图7是描述电阻器装置501的一实施例的框图，其实施为可调或可编程电阻器且通过存储器编程。在这种情况下，RADJ的电阻值被选为一可编程电阻器701的一部分，其具有基于选择输入的可编程的值。可编程的电阻器701可按模拟或数字的方式实现。为了特定实现，确定RADJ的值使得方波衰减的程度最大化。注意，还可以调节gm1和/或gm2(或单独增益gm)以获得理想的衰减。一旦RADJ被确定，RSEL的值被提供给或被维持在可编程电阻器701的选择输入。可编程存储器(MEM)703或类似物可以用于提供RSEL值。MEM703可用RAM或ROM或类似物来实现。在可替代的实施例中，为了提供或者调节RSEL以获得理想的RADJ的值，MEM703可以实施为一个或更多的可编程熔丝或用其替代。
图8是描述在调节器103的输出部分和反馈输入之间提供的ESL消除电路的可替换实施例的简化示意框图。调节器103包括与前面描述相似的部分，除了ESL消除电路213被耦合在输出节点207和误差放大器215的反馈输入之间的输出反馈电路809替代。在这种情况下，不同的ESL消除电路805被插入在相节点209和RGND连接之间，RGND被反馈以调节误差放大器215的参考输入。操作相类似，除了消除是发生在反馈感测电压的另一极。
在一些配置中，调节器103包括远程接地感测或“Kelvin”接地连接801。电阻接地(RGND)连接形成在输出电容器C在801处的接地端。电阻GWI显示为耦合在801和表示地线阻抗的GND之间。RGND连接被传送至加法器807的一个输入端，加法器另一个输入端接收电压VDAC并且在其输出端提供前面描述的参考电压VREF。VDAC被编程以提供VREF目标级的电压电平。RGND连接提供相对于输出电容器的更加精确的接地参考。该远程接地连接弥补了连接到负载的低侧连接的损耗并且具有反转功能。如果RGND变高，则具有向VOUT变低一样的反馈效果。
ESL消除电路805包括两个电阻器R1和R2。R1插在节点801和节点803之间，其中RGND从节点803传送至加法器805。R2耦合在相节点205和节点803之间。这种方法与ESL消除电路213有相似的效果，具有小的DC偏移。在这种情况下，当VPH(相节点205)为高的时候电压只是被减去。当VPH低时，其具有几乎和远程接地同样的电压，因此具有很小的效果。峰-峰电压可以与为了消除叠加在VOUT上的电感分配器的方波的第一种方法相同。此外，为了DC的精度可以进行额外的调节。
在此所述的ESL消除系统和方法能减小输出滤波器和提高(加快)负载瞬态性能。这使具有运行处理器变得更快并更有效的能力。
参考以上描述以及附图将能更好地理解本发明的益处、特征以及优点。给出描述以使本领域技术人员能在特定应用及其需求的背景下作出和利用所提供的本发明。然而，优选实施例的多种修改对本领域技术人员将会是明显的，而且可将本文所限定的一般原理应用于其它实施例。因此，本发明不旨在受限于本文中示出和描述的特定实施例，而应被给予与本文中披露的原理和新颖特征一致的最宽范围。
虽然已参考本发明的某些优选版本相当详细地描述了本发明，但可构想其它可能的版本和变型。本领域普通技术人员应当理解，他们能容易地利用所公开的理念和特定实施例作为基础来设计或修改其它结构以提供本发明的相同目的，这不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.用于调节器的等效串联电感消除电路，包括耦合到位于输出节点的输出电容器的输出电感，其中输出电容器具有等效串联电感，其中为了控制输入电压变换至产生在输出节点上的输出电压，调节器使脉冲控制信号在无效状态和有效状态之间转换，以及其中所述等效串联电感消除电路包括：
耦合在输出节点和调节节点之间的电阻器装置，其中所述调节节点进一步耦合到调节器的输出电压反馈输入；
第一电流源，产生与调节器的输出电压成比例的第一电流，其中所述第一电流被提供给所述调节节点；
第二电流源，产生与调节器的输入电压成比例的第二电流；以及
响应于脉冲控制信号的开关，其将所述第二电流源耦合到所述调节节点，使得当脉冲控制信号处于有效状态时从所述调节节点吸收所述第二电流，以及当所述脉冲控制信号处于非有效状态时从所述调节节点断开所述第二电流源。
2.如权利要求1所述的等效串联电感消除电路，其特征在于，所述第一电流源包括第一跨导放大器以及其中所述第二电流源包括第二跨导放大器。
3.如权利要求2所述的等效串联电感消除电路，其特征在于，所述第一和第二跨导放大器中至少一个的增益被调节以衰减由输出电容器的等效串联电感引起的叠加至输出节点的方波的幅值。
4.如权利要求2所述的等效串联电感消除电路，进一步包括：
耦合至所述第一跨导放大器的第一电流镜，其将所述第一电流镜像至所述调节节点；以及
耦合至所述第二跨导放大器的第二电流镜，其通过所述开关将第二电流镜像至所述调节节点。
5.如权利要求1所述的等效串联电感消除电路，其特征在于，所述第一和第二电流源的增益被调节以衰减由输出电容器的等效串联电感引起的叠加至输出节点的方波电压纹波的幅值。
6.如权利要求1所述的等效串联电感消除电路，其特征在于，所述电阻器装置包括可调电阻。
7.如权利要求1所述的等效串联电感消除电路，其特征在于，所述电阻器装置具有电阻值，所述电阻值被选择以衰减由输出电容器的等效串联电感引起的被叠加至输出节点上的方波电压纹波。
8.如权利要求1所述的等效串联电感消除电路，其特征在于，所述电阻器装置包括通过存储器装置编程的可编程电阻器。
9.一电子装置，包括：
调节器，包括：
耦合至输出节点的输出电感器；
开关电路，耦合至所述输出电感并响应于脉冲控制信号来将输入电压转换为所述输出节点上的输出电压；
输出电容器，耦合至位于所述输出节点处的所述输出电感器，其中所述输出电容器具有等效串联电感，形成产生叠加至所述输出电压的方波电压纹波的电感分配器；
接收经调节的反馈电压的调节节点；
反馈控制电路，具有耦合至所述调节节点的输入并且具有提供所述脉冲控制信号的输出；以及
等效串联电感消除电路，耦合在所述输出电感器和所述调节节点之间，所述等效串联电感消除电路衰减提供至所述反馈控制电路的所述输入的所述方波电压纹波的幅值。
10.如权利要求9所述的电子装置，进一步包括处理器和耦合至所述调节器的存储器。
11.如权利要求9所述的电子装置，其特征在于，所述等效串联电感消除电路包括：
耦合在所述输出节点和所述调节节点之间的电阻器装置；
第一电流源，产生与所述调节器的所述输出电压成比例的第一电流，其中所述第一电流被提供至所述调节节点；
第二电流源，产生与所述调节器的所述输入电压成比例的第二电流；以及
开关，响应于所述脉冲控制信号，所述开关将所述第二电流源耦合至所述调节节点以当所述脉冲控制信号处于有效状态时从所述调节节点吸收所述第二电流，以及当所述脉冲控制信号处于无效状态时所述开关从所述调节节点断开所述第二电流源。
12.如权利要求11所述的电子装置，其特征在于，所述第一电流源包括第一跨导放大器并且其中所述第二电流源包括第二跨导放大器。
13.如权利要求12所述的电子装置，进一步包括：
耦合至所述第一跨导放大器的第一电流镜，其将所述第一电流镜像至所述调节节点；以及
耦合至所述第二跨导放大器的第二电流镜，其通过所述开关将所述第二电流镜像至所述调节节点。
14.如权利要求11所述的电子装置，其特征在于，所述第一和第二电流源中至少一个的增益被调节以衰减所述方波电压纹波的幅值。
15.如权利要求11所述的电子装置，其特征在于，所述电阻器装置包括可调电阻器。
16.如权利要求11所述的电子装置，其特征在于，所述电阻器装置具有电阻值，其被选择以衰减所述方波电压纹波的幅值。
17.如权利要求9所述的电子装置，其特征在于，
所述开关电路被耦合至位于相节点的所述输出电感器；
其中所述输出电容器被耦合在Kelvin接地连接；
其中所述反馈控制电路包括误差放大器；以及
其中所述等效串联电感消除电路包括：
耦合在所述Kelvin接地连接和所述调节节点之间的第一电阻器；
耦合在所述相节点和所述调节节点之间的第二电阻器；
加法器，具有接收参考电压的第一输入，耦合至所述调节节点的第二输入，以及提供经调节的参考电压至所述误差放大器的第一输入的输出，其中所述误差放大器具有接收指示所述输出电压的反馈电压的第二输入。
18.一种能够消除调节器的输出电容器的等效串联电感的方法，该调节器包括耦合至位于输出节点的输出电容器的输出电感器，其中，为了控制输入电压转换为产生在输出节点上的输出电压，调节器使得脉冲控制信号在有效和无效状态之间转换，所述方法包括：
将电阻器装置耦合在输出节点和调节节点之间，所述调节节点被耦合至调节器的输出电压反馈输入；
提供与调节器的输出电压成比例的第一电流至调节节点；
产生与调节器的输入电压成比例的第二电流；以及
施加第二电流以当脉冲控制信号处于有效状态时从调节节点吸收电流，以及否则当脉冲控制信号处于无效状态时从调节节点隔离第二电流。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括选择电阻器装置的阻值以衰减产生在输出节点上的方波电压纹波的幅值，所述方波电压纹波是由位于输出电感器和输出电容器的等效串联电感之间的电感分压器导致的。
20.如权利要求18所述的方法，进一步包括选择第一和第二电流中的每个的幅值以衰减产生在输出节点上的方波电压纹波的幅值，该方波电压纹波是由位于输出电感器和输出电容器的等效串联电感之间的电感分压器导致的。
CN201310757421.4A 2013-08-29 2013-12-19 等效串联电感消除的系统和方法 Expired - Fee Related CN104426338B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361871597P 2013-08-29 2013-08-29
US61/871,597 2013-08-29
US14/087,638 2013-11-22
US14/087,638 US9190907B2 (en) 2013-08-29 2013-11-22 System and method of equivalent series inductance cancellation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104426338A true CN104426338A (zh) 2015-03-18
CN104426338B CN104426338B (zh) 2018-02-02

Family

ID=52582297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310757421.4A Expired - Fee Related CN104426338B (zh) 2013-08-29 2013-12-19 等效串联电感消除的系统和方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9190907B2 (zh)
KR (1) KR20150026718A (zh)
CN (1) CN104426338B (zh)
TW (1) TWI603174B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114389451A (zh) * 2020-10-21 2022-04-22 圣邦微电子（北京）股份有限公司 开关变换器及其控制电路和控制方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9190907B2 (en) * 2013-08-29 2015-11-17 Intersil Americas LLC System and method of equivalent series inductance cancellation
TWI550379B (zh) * 2014-03-14 2016-09-21 瑞昱半導體股份有限公司 漣波控制切換式穩壓器以及漣波控制切換式穩壓方法
US9685864B2 (en) * 2015-03-31 2017-06-20 Qualcomm Incorporated Switching regulator circuits and methods with reconfigurable inductance
US9602001B1 (en) * 2015-11-06 2017-03-21 National Cheng Kung University Buck converter with a variable-gain feedback circuit for transient responses optimization
US10187050B2 (en) 2017-04-12 2019-01-22 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Method and apparatus for balancing current and power
US11023631B2 (en) 2017-09-25 2021-06-01 Rezonent Corporation Reduced-power dynamic data circuits with wide-band energy recovery
US10454455B2 (en) 2017-09-25 2019-10-22 Rezonent Corporation Reduced-power electronic circuits with wide-band energy recovery using non-interfering topologies
US10109517B1 (en) 2018-01-10 2018-10-23 Lam Research Corporation Rotational indexer with additional rotational axes
US11502594B2 (en) * 2020-05-19 2022-11-15 Analog Devices International Unlimited Company Switched-mode power converter with ripple attenuation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050040799A1 (en) * 2003-08-22 2005-02-24 Dialog Semiconductor Gmbh Frequency compensation scheme for low drop out voltage regulators using adaptive bias
CN101145732A (zh) * 2006-09-11 2008-03-19 麦奎尔有限公司 使用固定接通时间控制的降压调节器中的纹波产生
US20080174289A1 (en) * 2006-11-13 2008-07-24 Decicon, Inc. (A California Corporation) Fast low dropout voltage regulator circuit
CN102201735A (zh) * 2010-03-26 2011-09-28 英特赛尔美国股份有限公司 具有相电流共享的多相开关调整器
CN102237797A (zh) * 2010-04-22 2011-11-09 英特赛尔美国股份有限公司 用于检测和补偿开关模式电源的主动输出滤波器的系统和方法
CN102334078A (zh) * 2008-11-21 2012-01-25 L&L建筑公司 电源/转换器中组件值估计的方法和系统

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7928715B2 (en) * 2008-04-22 2011-04-19 Seiko Instruments Inc. Switching regulator
TWI415484B (zh) * 2009-01-20 2013-11-11 Green Solution Tech Co Ltd 具有噪音防止之轉換電路及轉換控制器
US8698463B2 (en) * 2008-12-29 2014-04-15 Enpirion, Inc. Power converter with a dynamically configurable controller based on a power conversion mode
US8264270B2 (en) * 2009-05-05 2012-09-11 City University Of Hong Kong Method and apparatus to provide active cancellation of the effects of the parasitic elements in capacitors
CA2751915C (en) * 2011-09-09 2020-03-31 Queen's University At Kingston Methods and circuits for improving the dynamic response of a dc-dc converter
US9112413B2 (en) * 2012-08-10 2015-08-18 Texas Instruments Incorporated Switched mode assisted linear regulator with AC coupling with capacitive charge control
US10013003B2 (en) * 2012-11-16 2018-07-03 Linear Technology Corporation Feed forward current mode switching regulator with improved transient response
US9190907B2 (en) * 2013-08-29 2015-11-17 Intersil Americas LLC System and method of equivalent series inductance cancellation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050040799A1 (en) * 2003-08-22 2005-02-24 Dialog Semiconductor Gmbh Frequency compensation scheme for low drop out voltage regulators using adaptive bias
CN101145732A (zh) * 2006-09-11 2008-03-19 麦奎尔有限公司 使用固定接通时间控制的降压调节器中的纹波产生
US20080174289A1 (en) * 2006-11-13 2008-07-24 Decicon, Inc. (A California Corporation) Fast low dropout voltage regulator circuit
CN102334078A (zh) * 2008-11-21 2012-01-25 L&L建筑公司 电源/转换器中组件值估计的方法和系统
CN102201735A (zh) * 2010-03-26 2011-09-28 英特赛尔美国股份有限公司 具有相电流共享的多相开关调整器
CN102237797A (zh) * 2010-04-22 2011-11-09 英特赛尔美国股份有限公司 用于检测和补偿开关模式电源的主动输出滤波器的系统和方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114389451A (zh) * 2020-10-21 2022-04-22 圣邦微电子（北京）股份有限公司 开关变换器及其控制电路和控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9190907B2 (en) 2015-11-17
TWI603174B (zh) 2017-10-21
CN104426338B (zh) 2018-02-02
US20150061632A1 (en) 2015-03-05
TW201508438A (zh) 2015-03-01
KR20150026718A (ko) 2015-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104426338A (zh) 等效串联电感消除的系统和方法
US9991782B2 (en) Control of conversion ratios of a power source block and bidirectional active filter
US8598857B2 (en) Methods and apparatus for a multiphase power regulator
EP3210288B1 (en) Circuits and methods providing three-level signals at a synchronous buck converter
US7482793B2 (en) Ripple generation in buck regulator using fixed on-time control to enable the use of output capacitor having any ESR
CN101753024B (zh) 用于改进调压器的瞬态响应的pwm时钟发生系统和方法
CN105450024B (zh) 多级放大器
US10044273B2 (en) Multi-phase switching converter
US9515550B2 (en) Inductor current zero-crossing detection method and circuit and switching power supply thereof
CN109391147B (zh) 降压电压转换器
US9086708B2 (en) High slew rate switching regulator circuits and methods
EP1754120A2 (en) Dc-dc regulator with switching frequency responsive to load
US9042135B2 (en) Methods and apparatuses for a soft-start function with auto-disable
US20140210266A1 (en) Switching regulator circuits and methods
US20110227547A1 (en) Sensing capacitor for constant on-time and constant off-time switching regulators
WO2018079532A1 (ja) Ｄｃｄｃコンバータ
US10686377B1 (en) Start-up method and apparatus for boost converters
CN104038053A (zh) 用于直流电压调节器的精密输出控制
CN109067177B (zh) 同步直流开关电源和用于同步直流开关电源的控制器芯片
TWI605673B (zh) 切換式電容直流對直流電源轉換器電路及使用其輸出電壓之方法
Subasinghage et al. Design of an efficiency improved dual-output DC-DC converter utilizing a supercapacitor circulation technique
JP2010015471A (ja) レギュレータ装置およびそれを備える電子機器
CN105406696A (zh) 用以使电流模式切换转换器稳定的前馈回路
EP1389359B1 (de) Gleichspannungswandler mit schaltregler
JP7132303B2 (ja) Ｄｃ－ｄｃレギュレータにおける負荷ダンプトランジェントの軽減のためのインダクタ電流シャント

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180202

Termination date: 20201219