CN105425882A - 提高稳压器瞬态响应的方法及其稳压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及提高稳压器瞬态响应的方法及其稳压器。本发明的方法包括以下步骤：a)稳压器为负载提供电流；b)接收程序指令，并根据程序指令判断是否会引起负载电流变化；以及c)如判断结果为负载电流会发生变化，则对稳压器进行控制和调节，以保持稳压器输出电压保持恒定。本发明的稳压器包括：基准电压源和调整模块，所述调整模块输出电压给负载，还包括一判断调节模块，接收程序指令，在根据所述程序指令判断负载电流将变化时，输出一调节信号；所述调整模块接收所述调节信号，对输出电流进行调节，以使输出电压保持恒定。本发明的方法和相应的稳压器在较大幅度改善稳压器瞬态响应的同时，仅小幅增加甚至不增加芯片的功耗和面积。

Description

提高稳压器瞬态响应的方法及其稳压器

技术领域

本发明涉及稳压器技术领域，尤其涉及提高稳压器的瞬态响应技术。

背景技术

稳压器是电子技术领域被广泛应用的部件之一，几乎所有的电子电路都需要一个稳定的电压源。稳压器的作用是在输入电压发生变化或者负载电流发生变化时，使输出电压保持稳定。

稳压器大多运用反馈原理来实现对输出的稳压作用的。图1示出了常见的低压差线性稳压器的电路图。如图1所示，稳压器100包括基准电压源103、误差放大器104、反馈模块106和调整模块105。反馈模块106连接到负载101上，对稳压器的输出电压Vout的变化进行采样，将反馈给误差放大器104的输入端。通常负载电流由于某种原因产生变化时，稳压器的输出电压也会随之产生相对应的变化，经反馈模块106采样后提供给误差放大器104，误差放大器104对反馈模块106输出的反馈信号进行放大后提供给调整模块105，由放大后的反馈信号来调整调整模块105的栅极电压，抑制输出电压的变化，从而使得输出电压趋于恒定。

但当负载电流由小突然变大，或者由大突然变小，由于负载电流的跳变时间较短，稳压器的反馈环路无法快速响应此变化，因此，稳压器的输出电压会发生明显的下冲或者上冲。

随着电子电路的低功耗、高集成度要求不断增强，对稳压器的瞬态响应要求也越来越高。因此，针对稳压器的瞬态响应问题，现有技术也提出的多种改善方案。但这些方案或者是加快反馈环路的速度，以更快地响应负载变化导致输出电压的变化；或者是增大输出端的稳压电容的容量。虽然这些技术方案在提高瞬态响应方面有一定的效果，但同时往往需要大幅增加稳压器的静态功耗或者芯片面积。不符合目前低功耗、高集成度的发展趋势。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种提高稳压器瞬态响应的方法，在较大幅度改善稳压器瞬态响应的同时，小幅增加甚至不增加芯片的功耗和面积。

根据上述目的，本发明的提高稳压器瞬态响应的方法包括：

稳压器为负载提供电流；

接收程序指令，并根据程序指令判断是否会引起负载电流变化；以及

如判断结果为负载电流会发生变化，则对稳压器进行控制和调节，以使稳压器输出电压保持恒定。

在所述提高稳压器瞬态响应的方法中，所述程序指令由一微控制器提供，所述方法还包括：

所述微控制器输出的程序指令还提供给一执行模块；

所述执行模块根据程序指令控制所述负载工作。

在所述提高稳压器瞬态响应的方法中，所述微控制器输出的程序指令先提供给一时序控制模块，由所述时序控制模块输出所述程序指令以判断是否会引起负载电流变化，所述时序控制模块在经过一延时后，将所述程序指令提供给所述执行模块，所述延时长度保证在对所述稳压器进行控制和调节之后所述执行模块才接收到所述程序指令。

在所述提高稳压器瞬态响应的方法中，所述程序指令包含负载工作频率信息或工作负载信息。

本发明还提供使用上述方法的稳压器，包括：基准电压源和调整模块，所述调整模块输出电压给负载，其特征在于，还包括一判断调节模块，接收程序指令，在根据所述程序指令判断负载电流将变化时，输出一调节信号；

所述调整模块接收所述调节信号，对输出电流进行调节，以使输出电压保持恒定。

在所述稳压器中，所述程序指令由于微控制器提供，所述微控制器输出的程序指令还提供给一执行模块；所述执行模块根据程序指令控制所述负载工作。

在所述稳压器中，还包含：

一时序控制模块，接收所述微控制器的程序指令，并分别与所述判断调节模块和所述执行模块相连，以向所述判断调节模块和所述执行模块提供所述程序指令，其中，所述时序控制模块在经过一延时后，将所述程序指令提供给所述执行模块，所述延时长度保证所述判断调节模块在对所述稳压器进行调节之后所述执行模块才接收到所述程序指令。

在所述稳压器中，所述程序指令包含负载工作频率指令，所述执行模块为时钟频率选择器。

在所述稳压器中，所述程序指令包含工作负载信息。

在所述稳压器中，还包含误差放大器和反馈模块。

在所述稳压器中，所述判断调节模块包括：

控制器，接收所述程序指令；

运放，所述运放的输出受所述控制器发生翻转；

电容器，与所述运放的输出端相连；以及

电容器阵列，与所述电容器相连；

所述运放的输出通过所述电容器和所述电容器阵列的分压后，输出所述调节信号。

在所述稳压器中，所述电容器阵列包括多个并列的电容器，所述多个并列的电容器的数量与所述负载数量相对应。

在所述稳压器中所述电容器阵列中的多个并列的电容器分别串接有开关；所述控制器根据所述程序指令中的工作负载信息控制所述开关的断开或闭合。

附图说明

图1示出现有技术中常见的低压差线性稳压器的电路图；

图2示出了本发明的稳压器的电路框图；

图3示出了本发明的提高稳压器瞬态响应的方法的流程图；

图4示出了程序指令中包含负载工作频率信息时的实施例；

图5示出了程序指令中包含工作负载信息时的实施例。

具体实施方式

下面将结合附图详细描述本发明的实施例。

首先，请参见图2，图2示出了本发明的稳压器电路框图。如图2所示，本发明的稳压器21与现有技术的结构基本类似，包括有基准电压源、误差放大器、反馈模块和调整模块211。为清楚起见，在图2中，没有图示出与本发明无关的部件，例如，基准电压源、误差放大器和反馈模块。本发明在此基础上，增加了判断调节模块212和时序控制模块213。

稳压器21中的调整模块211输出经稳压的电压Vout，向负载22提供电压源。时序控制模块213连接到微控制器24上，接收微控制器24输出的程序指令。微控制器24输出的程序指令用于控制负载22的工作。因此，程序指令中包含了负载的各种工作信息。例如，负载的工作频率；运行的负载的数量等。稳压器21中的时序控制模块213接收程序指令后，将程序指令分别提供给判断调节模块212和执行模块23，判断调节模块212根据程序指令中包含的会引起负载电流变化的信息，判断负载电流是否将发生变化，如果判断结果是负载电流将发生变化，则输出一调节信号。该调节信号提供给调整模块211，由调整模块211根据调节信号对输出电压进行调节，以使输出电压保持恒定。时序控制模块213接收到程序指令后，将程序指令进行延时，然后把程序指令提供给执行模块23，由执行模块23控制负载22的工作。时序控制模块213对程序指令的延时长度一般要保证判断调节模块212在对稳压器21进行调节之后，执行模块23才接收到程序指令。这样可以保证在负载的工作状态(工作电流)变化之前，稳压器21已完成了输出电流的调整，以适应负载工作电流的变化，从而提高稳压器的瞬态响应，消除背景技术中提到的在负载电流突变时稳压器输出电压发生下冲或上冲的现象。

在上述实施例中，虽然独立地示出了时序控制模块213和执行模块23，但应当理解，时序控制模块213和执行模块23的功能也可以通过由微控制器24来实现，上述的实施例并不应当理解成将这些模块限制为独立实现的。

此外，在本发明的另一个实施例中，可以省略上述的时序控制模块213。微控制器24输出的程序指令，通过一寄存器(图中未示出)分别输出到判断调节模块212和执行模块23，判断调节模块212和执行模块23同时工作，这种结构与现有技术相比，也可以改善稳压器的瞬态响应。

图3示出了图2所示的稳压器中提高其瞬态响应的方法的流程图。请参见图3，在流程开始时，在步骤31，稳压器21为负载提供电流，负载正常工作。在步骤32，判断调节模块212从微控制器24接收程序指令，该程序指令可以通过时序控制模块213提供，也可以直接从微控制器24获得。

然后判断调节模块212根据程序指令中包含的会引起负载电流变化的信息，判断负载电流是否将发生变化。如果在步骤33判断结果为负载电流不会发生变化，则流程返回到步骤32，继续接收下一条程序指令。如果在步骤33判断结果为负载电流会发生变化，则流程进入到步骤34，判断调节模块212输出一调节信号，提供给调整模块211，由调整模块211根据调节信号对输出电压进行调节，以使输出电压保持恒定。

图4示出了上述程序指令中包含负载工作频率信息时的实施例。如图4所示，时序控制模块413接收程序指令，然后，将程序指令提供给时钟频率选择器43。时钟频率选择器43的两个输入端分别接收高频时钟信号和低频时钟信号。程序指令中包含了负载工作频率信息，因此，时钟频率选择器43根据程序指令中的负载工作频率信息从两个输入端中选择一个时钟频率提供给负载42。这里的负载42可以是存储器，或者大规模数字电路。本领域技术人员可以理解，随着负载工作频率的变化，负载电流也会变化。工作频率越高，负载电流越大，工作频率越低，负载电流越小。当负载工作频率变化时，负载工作电流也会相应地变化。

时序控制模块413把程序指令提供给判断调节模块412，判断调节模块412则根据程序指令中包含的负载工作频率信息产生调节信号，并提供给调整模块411。调整模块411则根据调节信号(负载工作频率)调节输出电流，以在负载电流发生变化之前，完成对稳压器输出电流的调整，从而减轻负载电流变化对稳压器输出电压的影响。

在程序指令传输的时序上，将时序控制模块413接收到程序指令的时间点记为T0，时钟频率选择器43接收到程序指令的时间点记为T1，判断调节模块411输出调整信号的时间点记为T2。时间点T0在T1和T2之前，时序控制模块413可以通过提供程序指令以延迟的方式来调整时间点T1和T2的先后。在本实施例中，将时间点T1调整到时间点T2之后。提供延时的技术手段可以通过数字电路的设计加以实现，这些技术手段对于本领域技术人员来说，都是容易实现的，在此不再赘述。

图5示出了上述程序指令中包含工作负载信息时的实施例。如图5所示，该实施例的稳压器包括基准电压源503、误差放大器504、调整模块505、反馈模块506和判断调节模块512。调整模块505的输出连接到负载52。判断调节模块512包括控制器5A、运放5B、电容器C2和电容器阵列C1。

控制器5A获得程序指令，该程序指令中包含工作负载信息，例如，下一时刻哪些负载工作，哪些负载不工作。控制器5A根据程序指令中的工作负载信息控制运放5B的输出Vctrl发生翻转，摆幅在VDDIN～GND之间，VDDIN为运放的电源电压。这样，运放5B输出Vctrl的变化通过电容器阵列C1与电容器C2的分压后，输出至调整模块505的栅端，从而通过调整栅端电压来调节调整模块505的输出。

在实施例中，稳压器的输出电压供多个负载工作。假设需要稳压器提供电压源的负载的数量为n个。则电容器阵列C1中并列的电容器的个数可以根据实际情况优化设计。一个简单的方法是电容器阵列C1中的电容器的数量m与负载数量相等，即m＝n。电容器阵列C1中的电容器C11、C12…的电容量与负载52(1、2、…、n)的功耗相对应。电容器阵列C1的每个电容器C11、C12、…、C1m均串接一个开关S1、S2、…、Sm。这些开关受控制器5A的控制。控制器5A根据程序指令中包含的工作负载信息，来控制这些开关S1、S2、…、Sm的断开或闭合。例如，当工作负载信息表示下一时刻负载52(1)不工作，则控制开关S1断开；工作负载信息表示负载52(2)工作，则控制开关S2闭合，以此类推。

这样，运放5B输出Vctrl的变化通过电容器阵列C1与电容器C2的分压后，判断调节模块512的输出电压将与负载的工作状态相对应，从而通过调整栅端电压来调节调整模块505的输出电流，使稳压器的输出电流与负载的大小相适应，进而改善了稳压器的瞬态响应。

以上，虽然以负载工作(时钟)频率和负载工作数量为例对具体实施例进行了描述，但应当理解，影响负载电流变化的因素除了上述的工作频率、负载数量外，还可以有其它因素，这些影响负载电流变化的因素均可以从程序指令中获得，因此，本发明不应受限于上述实施例中列举的工作频率或负载工作数量上，而应当作更为宽泛的理解和解释。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉本技术领域者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书为准。

Claims (13)

1.提高稳压器瞬态响应的方法包括：

稳压器为负载提供电流；

接收程序指令，并根据程序指令判断是否会引起负载电流变化；以及

如判断结果为负载电流会发生变化，则对稳压器进行控制和调节，以使稳压器输出电压保持恒定。

2.如权利要求1所述的提高稳压器瞬态响应的方法，其特征在于，所述程序指令由一微控制器提供，所述方法还包括：

所述微控制器输出的程序指令还提供给一执行模块；

所述执行模块根据程序指令控制所述负载工作。

3.如权利要求2所述的提高稳压器瞬态响应的方法，其特征在于，所述微控制器输出的程序指令先提供给一时序控制模块，由所述时序控制模块输出所述程序指令以判断是否会引起负载电流变化，所述时序控制模块在经过一延时后，将所述程序指令提供给所述执行模块，所述延时长度保证在对所述稳压器进行控制和调节之后所述执行模块才接收到所述程序指令。

4.如权利要求1、2或3所述的提高稳压器瞬态响应的方法，其特征在于，所述程序指令包含负载工作频率信息或工作负载信息。

5.一种稳压器，包括：基准电压源和调整模块，所述调整模块输出电压给负载，其特征在于，还包括一判断调节模块，接收程序指令，在根据所述程序指令判断负载电流将变化时，输出一调节信号；

所述调整模块接收所述调节信号，对输出电流进行调节，以使输出电压保持恒定。

6.如权利要求5所述的稳压器，其特征在于，所述程序指令由微控制器提供，所述微控制器输出的程序指令还提供给一执行模块；所述执行模块根据程序指令控制所述负载工作。

7.如权利要求6所述的稳压器，其特征在于，还包含：

一时序控制模块，接收所述微控制器的程序指令，并分别与所述判断调节模块和所述执行模块相连，以向所述判断调节模块和所述执行模块提供所述程序指令，其中，所述时序控制模块在经过一延时后，将所述程序指令提供给所述执行模块，所述延时长度保证所述判断调节模块在对所述稳压器进行调节之后所述执行模块才接收到所述程序指令。

8.如权利要求5、6或7所述的稳压器，其特征在于，所述程序指令包含负载工作频率指令，所述执行模块为时钟频率选择器。

9.如权利要求5、6或7所述的稳压器，其特征在于，所述程序指令包含工作负载信息。

10.如权利要求5、6或7所述的稳压器，其特征在于，还包含误差放大器和反馈模块。

11.如权利要求9所述的稳压器，其特征在于，所述判断调节模块包括：

控制器，接收所述程序指令；

运放，所述运放的输出受所述控制器发生翻转；

电容器，与所述运放的输出端相连；以及

电容器阵列，与所述电容器相连；

所述运放的输出通过所述电容器和所述电容器阵列的分压后，输出所述调节信号。

12.如权利要求11所述的稳压器，其特征在于，所述电容器阵列包括多个并列的电容器，所述多个并列的电容器的数量与所述负载数量相对应。

13.如权利要求12所述的稳压器，其特征在于，所述电容器阵列中的多个并列的电容器分别串接有开关；所述控制器根据所述程序指令中的工作负载信息控制所述开关的断开或闭合。