CN111208857B - 自适应电压定位直流稳压器的控制电路和控制方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种自适应电压定位直流稳压器的控制电路和控制方法。该直流稳压器包括开关电路，该开关电路产生输出电压和输出电流，该控制电路输出开关控制信号到开关电路来调节输出电压，以实现当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第二斜率减小。该控制方法利用逻辑电路的不同选择实现电流随输出电压减小时的不同斜率的变化，使得斜率的大小不再局限于前一段时间的斜率必须大于后一段时间的斜率。

Description

自适应电压定位直流稳压器的控制电路和控制方法

技术领域

本发明涉及电子电路，尤其涉及一种自适应电压定位直流稳压器的控制电路控制方法。

背景技术

在应用于膝上电脑、台式机、服务器以及电信设备的大电流直流稳压器中，自适应电压定位控制(AVP control，adaptive voltage position control)被广泛使用以提高系统的瞬态响应能力并降低负载功耗。图1A示出了AVP控制的基本原理，其中Vout代表直流稳压器的输出电压，Iout代表直流稳压器的输出电流，Vref代表参考电压。如图1A所示，当输出电流Iout增大时，输出电压Vout在电压容差范围Vmax-Vmin内随之减小，其中Vmax代表允许的最大输出电压值，Vmin代表允许的最小输出电压值。

图1B对比了采用AVP控制和不采用AVP控制的直流稳压器的瞬态响应。如该图所示，对于不采用AVP控制的直流稳压器，由于输出电压Vout在负载变化时会出现过冲和下冲，仅一半的电压容差范围可用。而对于采用AVP控制的直流稳压器，其输出电压Vout在满载时被调节至略高于最小值Vmin，在轻载时被调节至略低于最大值Vmax。因此，在负载跳变期间其整个容差范围均可用，从而允许直流稳压器采用更小的输出电容器。此外，由于输出电流Iout增大时输出电压Vout减小，直流稳压器满载时的输出功率下降，这无疑极大地降低了热设计的难度。

然而，随着电子器件的快速发展，直流稳压器的功率越来越高，在电压容差范围内，传统的AVP控制已经无法同时保证系统的安全运行以及快的瞬态响应能力。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种自适应电压定位直流稳压器及其控制方法。

根据本发明的实施例的一种自适应电压定位直流稳压器的控制电路，所述自适应电压定位直流稳压器包括开关电路，所述开关电路接收一输入电压并产生输出电压和输出电流，所述控制电路包括：电压产生电路，接收包含第一斜率信息的第一斜率信号、包含第二斜率信息的第二斜率信号、输入电压和输出电压，并根据输出电压、输出电流和第一斜率信号产生第一反馈信号，根据输出电压、输出电流和第二斜率信号产生第二反馈信号；比较电路，比较第一反馈信号和第一参考信号，并根据比较结果提供第一比较信号，比较第二反馈信号和第二参考信号，并根据比较结果提供第二比较信号；以及逻辑电路，根据第一比较信号和第二比较信号产生第一逻辑信号，并根据第一逻辑信号产生一设置信号到所述开关电路以调整所述输出电压，使得当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增大而以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增大而以第二斜率减小。

根据本发明的实施例的一种自适应电压定位直流稳压器的控制方法，所述直流稳压器接收输入电压，产生输出电压和输出电流，所述控制方法包括：接收至少两个预设斜率值，包括第一斜率和第二斜率，采样所述输出电流和所述输出电压；根据所述输出电压、所述输出电流和所述至少两个预设斜率值产生对应的至少两个反馈信号；根据所述至少两个反馈信号分别与对应的参考电压信号比较产生对应的至少两个比较信号；根据所述至少两个比较信号产生一设置信号；以及根据所述设置信号产生一控制信号用于调整输出电压，使得至少当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第二斜率减小。

根据本发明实施例的一种自适应电压定位直流稳压器的控制方法，所述直流稳压器接收输入电压，产生输出电压和输出电流，所述控制方法包括：接收至少三个预设斜率值，包括第一斜率、第二斜率和第三斜率，采样输出电流和输出电压；根据输出电压、输出电流和至少三个预设斜率值产生对应的至少三个反馈信号，包括第一反馈信号、第二反馈信号和第三反馈信号；根据至少三个反馈信号分别与对应的参考电压信号比较产生对应的至少三个比较信号，包括第一比较信号、第二比较信号和第三比较信号；根据至少三个比较信号产生至少两个逻辑信号，包括第一逻辑信号和第二逻辑信号，其中当第一斜率大于第二斜率时，只要第一比较信号或者第二比较信号为逻辑高，所述第一逻辑信号就为逻辑高，当第一斜率小于第二斜率时，只有第一比较信号和第二比较信号均为逻辑高，所述第一逻辑信号才为逻辑高，当第二斜率大于第三斜率时，只要第一逻辑信号或者第三比较信号为逻辑高，所述第二逻辑信号就为逻辑高，当第二斜率小于第三斜率时，只有第一逻辑信号和第三比较信号均为逻辑高，所述第二逻辑信号才为逻辑高；以及根据所述第二逻辑信号产生一控制信号用于调整输出电压，使得当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流且小于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第二斜率减小，当输出电流大于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第三斜率减小。

根据本发明实施例的自适应电压定位直流稳压器的控制电路和控制方法，利用逻辑电路的不同选择实现电流随输出电压减小时的不同斜率的变化，使得斜率的大小可以自由变化，不再局限于前一段时间的斜率必须大于后一段时间的斜率。

附图说明

为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：

图1A示出AVP控制的基本原理；

图1B示出采用AVP控制和不采用AVP控制的直流稳压器在负载跳变时的工作波形；

图2A-2D示出根据本发明一实施例的非线性AVP控制原理；

图3示出根据本发明一实施例的直流稳压器300的电路框图；

图4A示出根据本发明一实施例的非线性AVP控制电路30的电路框图；

图4B示出根据本发明另一实施例的非线性AVP控制电路30的电路框图；

图5示出根据本发明一实施例的电压产生电路301的电路示意图；

图6示出根据本发明另一实施例的电压产生电路301的电路示意图；

图7示出根据本发明另一实施例的电压产生电路301的电路示意图；

图8示出根据本发明一实施例的补偿电路306的电路示意图；

图9A示出根据本发明一实施例的具有参考电压调整电路90的非线性AVP控制电路30的电路框图；

图9B示出根据本发明一实施例的在固定参考电压Vref3和可调参考电压Vref3情况下的直流稳压器300的波形图；

图10示出根据本发明一实施例的直流稳压器300的控制方法流程图10；

图11示出根据本发明另一实施例的非线性AVP控制原理；

图12示出根据本发明一实施例的直流稳压器400的电路框图；

图13示出根据本发明一实施例的非线性AVP控制电路40的电路框图；

图14示出根据本发明一实施例的电压产生电路401的电路示意图；

图15A-15D示出根据本发明其它实施例的电压产生电路401的电路示意图；

图16示出根据本发明另一实施例的电压产生电路401的电路示意图；

图17示出根据本发明另一实施例的直流稳压器400的控制方法流程图20。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

针对背景技术中提出的问题，本发明的实施例提出了一种AVP直流稳压器及其控制方法，该直流稳压器包括：开关电路，产生输出电压和输出电流；控制电路，输出开关控制信号到开关电路来调节输出电压，以实现当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流小于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第二斜率减小，当输出电流大于第二阈值电流小于第三阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第三斜率减小，该直流稳压器能同时保证系统的安全运行以及快的瞬态响应能力。

图2A-2D示出根据本发明一实施例的非线性AVP控制原理。在图2A-2D中，X轴代表输出电流Iout，Y轴代表输出电压Vout。线条201表示在传统AVP控制模式下的直流稳压器的电流电压特性：输出电压Vout随着输出电流的变化而线性变化。当负载空载时，输出电压Vout的值设置为第一参考电压Vref，同时输出电流处于最小阈值电流I(0)，其中第一参考电压Vref略微小于最大输出电压值Vmax。在一个实施例中，第一参考电压Vref由一个处理器负载根据电压识别信号(VID，voltage identification code)产生。线条201示出输出电压Vout随着输出电流Iout的增加而线性减小。当负载为满载时，输出电压Vout被调整为略微大于最小输出电压值Vmin，此时输出电流Iout处于最大阈值电流I(max)。然而在传统AVP控制模式下，当输出电流Iout急剧增加到最大阈值电流I(max)时，输出电压Vout的不足会导致处理器负载的意外关闭。针对传统AVP控制模式的这个问题，本发明提出了一种非线性AVP控制模式，以图2A-2D中的线条202为例来说明。

根据本发明一实施例，图2A中的线条202示出一个三段非线性AVP控制模式。当输出电流Iout处于最小阈值电流I(0)时，输出电压Iout的值被调整为第一参考电压Vref，当输出电流Iout处于最大阈值电流I(max)时，输出电压Iout的值被调整为略大于最小输出电压Vmin。在图2A中，当输出电流Iout大于最小阈值电流I(0)而小于第一阈值电流I(k1)时，随着输出电流Iout的增加，输出电压Vout以第一斜率LL1减小，此时输出电压Vout和输出电流Iout的关系可以用如下公式表示：

Vout＝Vref-LL1*Iout (1)

当输出电流大于第一阈值电流I(k1)而小于第二阈值电流I(k2)时，随着输出电流Iout的增加，输出电压Vout以第二斜率LL2减小，此时输出电压Vout和输出电流Iout的关系可以用如下公式表示：

Vout＝Vref2-LL2*Iout (2)

其中Vref2代表一个小于第一参考电压Vref的第二参考电压，且第二斜率LL2小于第一斜率LL1。

当输出电流Iout大于第二阈值电流I(k2)而小于最大阈值电流I(max)时，随着输出电流Iout的增加，输出电压Vout以第三斜率LL3减小，此时输出电压Vout和输出电流Iout的关系可以用如下公式表示：

Vout＝Vref3-LL3*Iout (3)

其中Vref3代表一个小于第二参考电压Vref2的第三参考电压，且第三斜率LL3小于第二斜率LL2。如图2A所示，第三斜率LL3很小，此时输出电压Vout随着输出电流Iout的增加而减小的幅度也很小，这是为了避免不必要的系统关断，从而保证了满载状态下的系统安全运行。

如图2A所示的实施例，由于非线性AVP控制，在输出电流Iout较小时输出电压Vout可以被设置到足够高以减小负载阶跃引起的电压下冲，从而为安全工作保证了足够的净空。另外，从图中可以看出，在整个负载变化过程中，相同输出电流Iout对应于线条202的输出电压Vout值总是低于对应于线条201的输出电压Vout值，从而采用非线性AVP控制的直流稳压器的功耗低于采用传统AVP控制的直流稳压器。

图2B中的线条202示出根据本发明另一实施例的一种三段非线性AVP控制模式。图2B中的线条202与图2A中的线条202的区别在于：图2B中线条202上的第三斜率LL3为零。从而当输出电流Iout大于第二阈值电流I(k2)时，输出电压Vout保持为第三参考电压Vref不变。

图2C中的线条202示出根据本发明又一实施例的一种两段非线性AVP控制模式。图2C中的线条202与图2A中的线条202的区别在于：图2C中线条202上的第二斜率LL2等于第一斜率LL1。

图2D中的线条202示出根据本发明又一实施例的一种两段非线性AVP控制模式。图2D中的线条202与图2C中的线条202的区别在于：图2D中线条202上的第三斜率LL3为零。从而当输出电流Iout大于第二阈值电流I(k2)时，输出电压Vout保持为第三参考电压Vref不变。

图3示出根据本发明一实施例的直流稳压器300的电路框图。所述直流稳压器300包括：开关电路31、电压采样电路32、电流采样电路33和一个控制电路，其中所述控制电路包括一个非线性AVP控制电路30和一个开关控制电路34。

所述开关电路31接收输入电压Vin，产生输出电压Vout和输出电流Iout。所述电压采样电路32用于采样输出电压Vout并基于输出电压Vout产生一个电压采样信号Vosen。所述电流采样电路33用于采样输出电流Iout并基于输出电流Iout产生一个电流采样信号Isen。

所述控制电路输出开关控制信号Ctrl到开关电路31以调整输出电压Vout，从而使输出电压Vout在输出电流Iout小于第一阈值电流I(k1)时随着输出电流Iout的增大而以第一斜率LL1减小，在输出电流Iout大于第一阈值电流I(k1)且小于第二阈值电流I(k2)时随着输出电流Iout的增大而以第二斜率LL2减小，在输出电流大于第二阈值电流I(k2)时随着输出电流Iout的增大而以第三斜率LL3减小。

所述非线性AVP控制电路30用于接收电压采样信号Vosen、电流采样信号Isen、第一斜率LL1、第二斜率LL2和第三斜率LL3，并根据这些参数产生设置信号Set输出到开关控制电路34。

所述开关控制电路34从非线性AVP控制电路30处接收设置信号Set，并根据该信号产生开关控制信号Ctrl以控制开关电路31的开通。

图4A示出根据本发明一实施例的非线性AVP控制电路30的电路框图。所述非线性AVP控制电路30包括：电压发生电路301、比较器302、比较器303、比较器304和逻辑电路305。

电压发生电路301的一个节点3a耦接于图3所示的电流采样电路33以接收电流采样信号Isen，电压发生器302的另一个节点3b耦接于图3所示的电压采样电路32以接收电压采样信号Vosen。所述电压发生电路301用于产生反馈信号Vfb1、Vfb2和Vfb3。

所述电压发生电路301根据输出电压Vout、输出电流Iout和第一斜率LL1产生反馈信号Vfb1，在一个实施例中，反馈信号Vfb1可以用如下公式表示：

Vfb1＝Vosen+Iout*LL1 (4)

所述电压发生电路301根据输出电压Vout、输出电流Iout和第二斜率LL2产生反馈信号Vfb2，在一个实施例中，反馈信号Vfb2可以用如下公式表示：

Vfb2＝Vosen+Iout*LL2 (5)

所述电压发生电路301根据输出电压Vout、输出电流Iout和第三斜率LL3产生反馈信号Vfb3，在一个实施例中，反馈信号Vfb3可以用如下公式表示：

Vfb3＝Vosen+Iout*LL3 (6)

比较器302的反相端耦接于电压产生电路301以接收反馈信号Vfb1，正相端用于接收第一参考电压Vref,所述第一参考电压Vref用来设置输出电压Vout，比较器302的输出端基于反馈信号Vfb1和第一参考电压Vref的比较结果输出比较信号Set1。在一个实施例中，反馈信号Vfb1或者第一参考信号Vref可以包含另外的信号，例如斜坡补偿信号。

比较器303的反相端耦接于电压产生电路301以接收反馈信号Vfb2，正相端用于接收第二参考电压Vref2，输出端基于反馈信号Vfb2和第二参考电压Vref2的比较结果输出比较信号Set2。在一个实施例中，反馈信号Vfb2或者第二参考信号Vref2可以包含另外的信号，例如斜坡补偿信号。

比较器304的反相端耦接于电压产生电路301以接收反馈信号Vfb3，正相端用于接收第三参考电压Vref3，输出端基于反馈信号Vfb3和第三参考电压Vref3的比较结果输出比较信号Set3。在一个实施例中，反馈信号Vfb3或者第三参考信号Vref3可以包含另外的信号，例如斜坡补偿信号。

所述逻辑电路305耦接于比较器302、303和304的输出端以接收比较信号Set1、Set2和Set3，并根据比较信号Setl、Set2和Set3产生设置信号Set。在一个实施例中，当任意一个比较信号Setl、Set2或者Set3为高电平时，所述设置信号Set控制开关电路31开通。在一个实施例中，逻辑电路305包括一个或门。

所述非线性AVP控制电路30还包括一个补偿电路306，当负载暂态变化时，用来动态调整斜率LL1使得当输出电流Iout小于第一阈值电流I(k1)时，斜率LL1随着输出电流Iout的增大而减小。从而当输出电流Iout小于第一阈值电流I(k1)时，在输出电流Iout动态增加的过程中，输出电压Vout的下冲现象被减弱。在一个实施例中，补偿电路306根据输出电流Iout产生一个下垂电压Vdroop，并进一步过滤该下垂电压Vdroop以输出一个补偿信号给反馈信号Vfb1，因此该补偿信号对于输出电流Iout的快速变化很敏感。

在一个实施例中，如果第一斜率LL1和第二斜率LL2相等且处于稳态，反馈信号Vfb1等于反馈信号Vfb2，就不再需要比较器303，这对应于图2C和图2D中的两段非线性AVP控制模式。图4B示出根据本发明另一实施例的两段非线性AVP控制电路30的电路框图，与图4A所示AVP控制电路相似，图4B所示两段非线性AVP控制电路30包括：电压产生电路301、比较器302、比较器304和逻辑电路305。

图5示出根据本发明一实施例的电压产生电路301的电路示意图。如图5所示，电压产生电路301包括：可控电流源51、可控电流源52、可控电流源53、电阻器54、电阻器55和电阻器56。

所述可控电流源51提供一个与输出电流Iout成比例的电流K1*Iout，电流K1*Iout流过电阻器54以产生反馈信号Vfb1。所述电阻器54的第一端耦接于可控电流源51以接收电流K1*Iout，第二端用于接收电压采样信号Vosen。根据如下方程式(7)，系数K1和电阻器54的阻值R54基于第一斜率LL1确定：

K1*R54＝LL1 (7)

所述可控电流源52提供一个正比于输出电流Iout的电流K2*Iout，电流K2*Iout流过电阻器55以产生反馈信号Vfb2。所述电阻器55的第一端耦接于可控电流源52以接收电流K2*Iout，第二端用于接收电压采样信号Vosen。根据如下方程式(8)，系数K2和电阻器55的阻值R55基于第二斜率LL2确定：

K2*R55＝LL2 (8)

所述可控电流源53提供一个正比于输出电流Iout的电流K3*Iout，电流K3*Iout流过电阻器56以产生反馈信号Vfb3。所述电阻器56的第一端耦接于可控电流源53以接收电流K3*Iout，第二端用于接收电压采样信号Vosen。根据如下方程式(9)，系数K3和电阻器56的阻值R56基于第三斜率LL3确定：

K3*R56＝LL3 (8)

在一个实施例中，阻值R54、R55和R56预先设定好，电流源51、52和53可调，也就是说系数K1、K2和K3可调以满足斜率LL1、LL2和LL3的不同需求；在一个实施例中，系数K1、K2和K3预先设定好，阻值R54、R55和R56可调以满足斜率LL1、LL2和LL3的不同需求；在一个实施例中，阻值R54、R55和R56可调，电流源51、52和53也可调，也就是说系数K1、K2和K3也可调，以满足斜率LL1、LL2和LL3的不同需求。

图6示出根据本发明另一实施例的电压产生电路301的电路示意图。如图6所示实施例，所述电压发生电路301包括串联连接的可控电流源61、电阻器62、电阻器63和电阻器64。所述可控电流源61产生与输出电流Iout成比例的电流M*Iout。所述电阻器62具有第一端和第二端，其第一端耦接于可控电流源61以接收电流M*Iout，反馈信号Vfb1通过第一端输出，其中所述电阻器62的阻值R62根据斜率LL1、和LL2确定，例如R1＝(LL1-LL2)/M。所述电阻器63具有第一端和第二端，其第一端耦接于电阻器62的第二端，反馈信号Vfb2通过电阻器63的第一端输出，所述电阻器63的阻值R63根据第二斜率LL2和第三斜率LL3确定，例如R2＝(LL2-LL3)/M。所述电阻器64具有第一端和第二端，其第一端耦接于电阻器63的第二端，所述电阻器64的第二端用于接收电压采样信号Vosen，反馈信号Vfb3通过电阻器64的第一端输出，所述电阻器64的阻值R64根据第三斜率LL3确定，例如R3＝LL3/M。

如图6所示的实施例，补偿电路306包括一个与电阻器62并联的电容器C1。电容器C1和电阻器62两端的电压为下垂电压Vdroop，电容器C1过滤下垂电压Vdroop后补偿反馈信号Vfb1，从而当输出电流Iout小于第一阈值电流I(k1)时，第一斜率LL1随着输出电流Iout的增大而减小。

图7示出根据本发明另一实施例的电压产生电路301的电路示意图。如图7所示的实施例，电压产生电路301包括：可控电流源61、电阻器R0、选择器71、选择器72和选择器73。所述电阻器R0具有第一端和第二端，其中第一端耦接于可控电流源61以接收电流M*Iout，第二端用于接收电压采样信号Vosen，所述电阻器R0具有多个节点Ta(1)，Ta(2)，…Ta(n)，每个节点对应一个电压。所述选择器71具有多个输入端分别耦接于电阻器RO的多个节点，并根据第一斜率LLl来选择其中一个节点以获取反馈电压Vfb1，例如，以满足公式(4)的要求来选择节点。所述选择器72具有多个输入端分别耦接于电阻器R0的多个节点，并根据第二斜率LL2来选择其中一个节点以获取反馈电压Vfb2，例如，以满足公式(5)的要求来选择节点。所述选择器73具有多个输入端分别耦接于电阻器R0的多个节点，并根据第三斜率LL3来选择其中一个节点以获得反馈电压Vfb3，例如，以满足公式(6)的要求来选择节点。

图8示出根据本发明一实施例的补偿电路306的电路示意图。如图8所示实施例，所述补偿电路306产生一个补偿信号Droop1和一个补偿信号Droop2来补偿反馈信号Vfb1。补偿电路306包括：下垂电阻801、滤波电路LP1和滤波电路LP2，所述滤波电路LP1包括电阻802和电容803，所述滤波电路LP2包括电阻804和电容805。其中流过下垂电阻801的电流与输出电流Iout成比例，下垂电阻801两端的电压为下垂电压Vdroop。滤波电路LP1通过电阻802和电容803过滤下垂电压Vdroop以产生补偿信号Droop1，其中所述电阻802和电容803串联在一起后与电阻801并联，补偿电路306在电阻802和电容803的公共端口输出补偿信号Droop1。所述滤波电路LPF2通过电阻804和电容805过滤下垂电压Vdroop以产生补偿信号Droop2，其中所述电阻804和电容805串联在一起后与电阻801并联，补偿电路306在电阻804和电容805的公共端口输出补偿信号Droop2。在一个实施中，补偿信号Droop1通过运算电路806加到反馈信号Vfb1上，补偿信号Droop2通过运算电路807加到参考电压Vref上，其中补偿信号Droop2的斜率大于补偿信号Droop1的斜率，并且补偿信号Droop1和补偿信号Droop2的幅值相等。在另一个实施例中，可以通过运算电路将补偿信号Droop2从反馈信号Vfb1中减去。

图9A示出根据本发明一实施例的具有参考电压调整电路90的非线性AVP控制电路30的电路框图。所述参考电压调整电路90根据输出电压Vout和输出电流Iout产生可调第三参考电压Vref3。如图9A所述实施例，参考电压调整电路90接收电压采样信号Vosen、电流采样信号Isen、电压等级V1和电压等级V2，并根据这些信号产生第三参考电压Vref3。在一个实施例中，当电压采样信号Vosen指示输出电压Vout在负载阶跃期间减小到低于阈值电压Vth时，所述第三参考电压Vref3以一个固定斜率从第一电压等级V1减小到第二电压等级V2；当电流采样信号Isen指示负载跌落时，所述第三参考电压Vref3增大回第一电压等级V1。

图9B示出根据本发明一实施例的直流稳压器300在固定参考电压Vref3和可调第三参考电压Vref3情况下的波形图。如图9B所示实施例，当负载阶跃时，输出电压Vout减小到固定的第三参考电压Vref3时会出现下冲，图9A中的参考电压调整电路90是为了进一步减小或者消除这种下冲现象。当输出电压Vout在负载阶跃期间减小到低于阈值电压Vth时，可控第三参考电压Vref从第一电压等级V1减小到第二电压等级V2，这样输出电压Vout会跟随第三参考电压Vref3减小，从而消除了下冲现象。负载跌落期间第三参考电压Vref3又会增大回到第一电压等级V1.

图10示出根据本发明一实施例的直流稳压器300的控制方法流程图10。所述控制方法包括步骤S11-S13。

步骤S11，检测直流稳压器300的输出电流Iout。

步骤S12，调整输出电压Vout，使得在输出电流Iout小于第一阈值电流I(k1)时，输出电压Vout随着输出电流Iout的增加以第一斜率LL1减小，在输出电流Iout大于第一阈值电流I(k1)而小于第二阈值电流I(k2)时，输出电压Vout随着输出电流Iout的增加以第二斜率LL2减小，在输出电流Iout大于第二阈值电流I(k2)时，输出电压Vout随着输出电流Iout的增加以第三斜率LL3减小。

步骤S13，在负载暂态过程中动态调整第一斜率LL1，使得当输出电流Iout小于第一阈值I(k1)时，所述第一斜率LL1随着输出电流Iout的增加而增加。

图11示出根据本发明另一实施例的非线性AVP控制原理。图11中的线条202和图2A-2D中的线条202的区别在于，图11中的线条202中对于斜率值LL1-LLn没有限制大小，即斜率LLn可以大于或者小于斜率LL(n-1)，参考电压Vrefn可以大于或者小于参考电压Vref(n-1)，其中n为大于或等于2的自然数。在一个实施例中，斜率LLn可以是零。

如图11所示的实施例，当输出电流Iout大于电流阈值I(k(n-2))且小于电流阈值I(k(n-2))，输出电压Vout随着输出电流Iout的增大以斜率LL(n-1)减小，此时输出电压Vout和输出电流Iout的关系可以用如下公式表示：

Vout＝Vref(n-1)-LL(n-1)*Iout (10)

在一个实施例中，当输出电流Iout大于阈值电流I(k(n-1)且小于最大阈值电流I(max)时，输出电压Vout随着输出电流Iout的增大以斜率LLn减小，此时输出电压Vout和输出电流Iout的关系可以用如下公式表示：

Vout＝Vrefn-LLn*Iout (11)

图12示出根据本发明一实施例的直流稳压器400的电路框图。图12所示的直流稳压器400与图3所示的直流稳压器300的区别在于，图4所示的直流稳压器400中，非线性控制电路40用于接收电压检测信号Vosen、电流检测信号Isen、以及斜率LL1-LLn，并根据这些接收到的信号产生设置信号Set，其中n为大于或等于2的自然数。所述开关控制电路34产生一个开关控制信号Ctrl到开关电路31来调整输出电压Vout，使得输出电压Vout在输出电流Iout小于电流阈值I(k(n-1)时，随着输出电流Iout的增大而以斜率LL(n-1)减小，在输出电流Iout大于电流阈值I(k(n-1)且小于最大电流阈值I(max)时，随着输出电流Iout的增加而以斜率LLn减小，其中n为大于或等于2的自然数。

图13示出根据本发明一实施例的非线性AVP控制电路40的电路框图。图13所示的非线性AVP控制电路40与图4A所示的非线性控制电路30的区别在于，逻辑电路305用于接收比较信号Set1-Setn，并根据Set1-Setn产生设置信号Set。在一个实施例中，所述逻辑电路305包括逻辑电路2，…，逻辑电路(n-1)和逻辑电路n。所述电压产生电路401用于接收电流检测信号Isen，电压检测信号Vosen和斜率LL1-LLn，并且根据这些接收到的信号产生反馈信号Vfb1，Vfb2，…，Vfb(n-1)和Vfbn，其中n为大于或等于2的自然数。

在一个实施例中，如果斜率LL(n-1)大于斜率LLn，逻辑电路n包括一个或门电路，当比较信号Setn或者逻辑电路(n-1)的输出信号其中有一个为逻辑高时，所述开关电路31开通；如果斜率LL(n-2)大于斜率LL(n-1)，逻辑电路(n-1)包括一个或门电路；如果斜率LL1大于斜率LL2，逻辑电路2包括一个或门。

在一个实施例中，如果斜率LLn大于斜率LL(n-1)，逻辑电路n包括一个与门电路，只有当比较信号Setn和逻辑电路(n-1)的输出信号均为逻辑高时，开关电路31才开通；如果斜率LL(n-1)大于斜率LL(n-2)，逻辑电路(n-1)包括一个与门电路；如果斜率LL2大于斜率LL1，逻辑电路2包括一个与门。

所述电压产生电路401根据输出电压Vout、输出电流Iout和斜率LL(n-1)产生反馈信号Vfb(n-1)。在一个实施例中，反馈信号Vfb(n-1)可以用如下公式表示：

Vfb(n-1)＝Vosen+Iout*LL(n-1) (12)

所述电压产生电路401根据输出电压Vout、输出电流Iout和斜率LLn产生反馈信号Vfbn。反馈信号Vfbn可以用如下公式表示：

Vfbn＝Vosen+Iout*LLn (13)

如图13所示的实施例，比较器302、比较器303，…，比较器30(n-1)和比较器30n构成一个比较电路。

如图13所示的实施例，比较器30(n-1)的反相端耦接于电压产生电路401以接收反馈信号Vfb(n-1)，正相端用于接收参考电压Vref(n-1)，输出端基于反馈信号Vfb(n-1)和参考电压Vref(n-1)的比较结果输出比较信号Set(n-1)。在一个实施例中，反馈信号Vfb(n-1)与/或参考信号Vref(n-1)可以包含另外的信号，例如斜坡补偿信号。

如图13所示的实施例，比较器30n的反相端耦接于电压产生电路401以接收反馈信号Vfbn，正相端用于接收参考电压Vrefn，输出端基于反馈信号Vfbn和参考电压Vrefn的比较结果输出比较信号Setn。在一个实施例中，反馈信号Vfbn与/或参考信号Vrefn可以包含另外的信号，例如斜坡补偿信号。

图14示出根据本发明一实施例的电压产生电路401的电路示意图。图14所示的电压产生电路401与图5所示的电压产生电路301的区别在于，图4所示的电压产生电路401包括可控电流源51，可控电流源52，…，可控电流源5n，其中n为大于或等于2的自然数。

如图14所示的实施例，所述可控电流源51提供一个与输出电流Iout成比例的电流K1*Iout，电流K1*Iout流过电阻器81以产生反馈信号Vfb1。所述电阻器81的第一端耦接于可控电流源51以接收电流K1*Iout，第二端用于接收电压采样信号Vosen。根据方程式(4)，系数K1和电阻器81的阻值R81基于斜率LL1确定：

K1*R81＝LL1 (14)

如图14所示的实施例，所述可控电流源52提供一个与输出电流Iout成比例的电流K2*Iout，电流K2*Iout流过电阻器82以产生反馈信号Vfb2。所述电阻器82的第一端耦接于可控电流源52以接收电流K2*Iout，第二端用于接收电压采样信号Vosen。根据方程式(5)，系数K2和电阻器82的阻值R82基于斜率LL2确定：

K2*R82＝LL2 (15)

如图14所示的实施例，所述可控电流源5n提供一个与输出电流Iout成比例的电流Kn*Iout，电流Kn*Iout流过电阻器8n以产生反馈信号Vfbn。所述电阻器8n的第一端耦接于可控电流源5n以接收电流Kn*Iout，第二端用于接收电压采样信号Vosen。根据方程式(13)，系数Kn和电阻器8n的阻值R8n基于斜率LLn确定：

Kn*R82＝LLn (16)

在一个实施例中，阻值R81、R82，…，R8n预先设定好，电流源51、52，…，5n可调，也就是说系数K1、K2，…，Kn可调以满足斜率LL1、LL2，…，LLn的不同需求；在一个实施例中，系数K1、K2，…，LLn预先设定好，阻值R81、R82，…，R8n可调以满足斜率LL1、LL2，…，LLn的不同需求；在一个实施例中，阻值R81、R82，…，R8n可调，电流源51、52，…，5n也可调，也就是说系数K1、K2，…，Kn也可调，以满足斜率LL1、LL2，…，LLn的不同需求；其中n为大于或等于2的自然数。

图15A示出根据本发明一其它实施例的电压产生电路401的电路示意图。如图15A所示的实施例，LL1＞LL2＞，…，＞LLn，所述电压发生电路301包括串联连接的可控电流源61、电阻器62、63，…，6n，6(n+1)，其中n为大于或等于2的自然数。所述可控电流源61产生与输出电流Iout成比例的电流M*Iout。所述电阻器62具有第一端和第二端，其第一端耦接于可控电流源61以接收电流M*Iout，反馈信号Vfb1通过第一端输出，其中所述电阻器62的阻值R62根据斜率LL1和LL2确定，例如R62＝(LL1-LL2)/M。所述电阻器63具有第一端和第二端，其第一端耦接于电阻器62的第二端，反馈信号Vfb2通过电阻器63的第一端输出，所述电阻器63的阻值R63根据第二斜率LL2和第三斜率LL3确定，例如R63＝(LL2-LL3)/M。反馈信号Vfbn通过电阻器6(n+1)的第一端输出，所述电阻器6(n+1)的阻值R6(n+1)根据斜率LLn确定，例如R6(n+1)＝LLn/M。

图15B示出根据本发明一其它实施例的电压产生电路401的电路示意图。如图15B所示的实施例，斜率LLn小于斜率LL(n-1)。反馈信号Vfb(n-1)通过电阻器6n的第一端输出，所述电阻器6n的阻值R6n根据斜率LL(n-1)和斜率LLn确定，例如R6n＝[LL(n-1)-LLn]/M。反馈信号Vfbn通过电阻器6(n+1)的第一端输出，所述电阻器6(n+1)的阻值R6(n+1)根据斜率LLn确定，例如R6(n+1)＝LLn/M。

图15C示出根据本发明一其它实施例的电压产生电路401的电路示意图。如图15C所示的实施例，斜率LLn大于斜率LL(n-1)。反馈信号Vfbn通过电阻器6n的第一端输出，所述电阻器6n的阻值R6n根据斜率LL(n-1)和斜率LLn确定，例如R6n＝[LLn-LL(n-1)]/M。反馈信号Vfb(n-1)通过电阻器6(n+1)的第一端输出，所述电阻器6(n+1)的阻值R6(n+1)根据斜率LL(n-1)决定，例如R6(n+1)＝LL(n-1)/M。

图15D示出根据本发明一其它实施例的电压产生电路401的电路示意图。如图15D所示的实施例，所述电压产生电路401包括串联连接的可控电流源61和电阻器62。所述可控电流源61用于提供与输出电流Iout成比例的电流M*Iout。所述电阻器62具有第一端1，第二端2和第三端3，其中所述第一端1耦接于所述可控电流源61以接收电流M*Iout，所述第三端3用于接收电压检测信号Vosen。其中如果斜率LL1大于斜率LL2，所述第一端1用于提供反馈信号Vfb1，所述第二端2用于提供反馈信号Vfb2；如果斜率LL1小于斜率LL2，所述第一端1用于提供第二反馈信号Vfb2，所述第二端2用于提供反馈信号Vfb1，其中所述第二端2在电阻器62中的位置以及电阻器62的阻值R62均由斜率LL1和斜率LL2决定，例如R62＝LL1/M或者R62＝LL2/M。在一个实施例中，电阻器62可以是一个滑动变阻器。

图16示出根据本发明另一实施例的电压产生电路401的电路示意图。与图7所示的电压产生电路301的不同在于，图16所示的电压产生电路401包括选择器71、选择器72，…，和选择器7n，其中n为大于或等于2的自然数。选择器7n具有多个输入端分别耦接于电阻器R0的多个节点，并根据斜率LLn来选择其中一个节点以获得反馈电压Vfbn，例如，以满足公式(13)的要求来选择节点。

图17示出根据本发明另一实施例的直流稳压器400的控制方法流程图20。所述控制方法包括步骤S21-S25。

步骤S21，检测输出电流Iout和输出电压Vout。

步骤S22，根据输出电压Vout、输出电流Iout和第一斜率LL1产生第一反馈信号Vfb1，并且根据第一反馈信号Vfb1和第一参考电压Vref的比较结果产生第一比较信号Set1。

步骤S23，根据输出电压Vout、输出电流Iout和第二斜率LL2产生第二反馈信号Vfb2，并且根据第二反馈信号Vfb2和第二参考电压Vref2的比较结果产生第二比较信号Set2。

步骤S24，根据第一比较信号Set1和第二比较信号Set2产生设置信号Set。

步骤S25，根据设置信号Set调整输出电压Vout，使得在输出电流Iout小于第一阈值电流I(k1)时，输出电压Vout随着输出电流Iout的增加以第一斜率LL1减小，在输出电流Iout大于第一阈值电流I(k1)时，输出电压Vout随着输出电流Iout的增加以第二斜率LL2减小。

在一个实施例中，所述第一斜率LL1可以为0。在一个实施例中，所述第二斜率LL2可以为0。

在一个实施例中，根据第一比较信号Set1和第二比较信号Set2产生设置信号Set包括：如果第一斜率LL1大于第二斜率LL2，只要第一比较信号Set1或者第二比较信号Set2为逻辑高，控制设置信号Set为逻辑高。

在一个实施例中，根据第一比较信号Set1和第二比较信号Set2产生设置信号Set包括：如果第一斜率LL1小于第二斜率LL2，只有第一比较信号Set1和第二比较信号Set2均为逻辑高，才控制设置信号Set为逻辑高。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种自适应电压定位直流稳压器的控制电路，所述自适应电压定位直流稳压器包括开关电路，所述开关电路接收一输入电压并产生输出电压和输出电流，所述控制电路包括：

电压产生电路，接收包含第一斜率信息的第一斜率信号、包含第二斜率信息的第二斜率信号、输入电压和输出电压，并根据输出电压、输出电流和第一斜率信号产生第一反馈信号，根据输出电压、输出电流和第二斜率信号产生第二反馈信号；

比较电路，比较第一反馈信号和第一参考信号，并根据比较结果提供第一比较信号，比较第二反馈信号和第二参考信号，并根据比较结果提供第二比较信号；以及

逻辑电路，根据第一比较信号和第二比较信号产生第一逻辑信号，并根据第一逻辑信号产生一设置信号到所述开关电路以调整所述输出电压，使得当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增大而以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增大而以第二斜率减小；

其中当第一斜率大于第二斜率时，所述逻辑电路包括一个或门，所述或门接收所述第一比较信号和第二比较信号并输出所述第一逻辑信号，其中当第一斜率小于第二斜率时，所述逻辑电路包括一个与门，所述与门接收所述第一比较信号和第二比较信号并输出所述第一逻辑信号。

2.如权利要求1所述的直流稳压器，所述电压发生器还接收包含第三斜率信息的第三斜率信号，并根据第三斜率信号、输出电压和输出电流产生第三反馈信号；所述比较电路比较第三反馈信号和第三参考信号，根据比较结果产生第三比较信号；所述逻辑电路根据第一逻辑信号和第三比较信号产生第二逻辑信号，并根据所述第二逻辑信号产生所述设置信号到所述开关电路以调整输出电压，使得当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增大而以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流且小于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增大而以第二斜率减小，当输出电流大于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增大而以第三斜率减小。

3.如权利要求2所述的直流稳压器，其中当第二斜率大于第三斜率时，所述逻辑电路包括一个或门用于接收所述第一逻辑信号和所述第三比较信号并输出所述第二逻辑信号，当第二斜率小于第三斜率时，所述逻辑电路包括一个与门用于接收所述第一逻辑信号和所述第三比较信号并输出所述第二逻辑信号。

4.如权利要求1所述的直流稳压器，所述电压产生电路还包括：

第一可控电流源，提供与输出电流成比例的第一电流；

与第一可控电流源串联的第一电阻器，用以提供第一反馈信号；

第二可控电流源，提与输出电流成比例的第二电流；以及

与第二可控电流源串联的第二电阻器，用以提供第二反馈信号。

5.如权利要求1所述的直流稳压器，所述电压产生电路还包括：

第一可控电流源，提供与输出电流成比例的第一电流；

与第一可控电流源串联的第一电阻器，所述第一电阻器具有第一端、第二端和第三端，其中第一端用于提供第一反馈信号，第二端用于提供第二反馈信号，第三端用于接收输出电压的反馈信号，其中所述第一电阻器的阻值根据第一斜率和第二斜率确定。

6.如权利要求1所述的直流稳压器，所述电压产生电路还包括：

可控电流源，提供与输出电流成比例的主电流；

第一电阻器，具有第一端和第二端，所述第一端耦接于可控电流源，其中第一端还用于输出第一反馈信号，所述第一电阻器的阻值基于第一斜率和第二斜率确定；以及

第二电阻器，具有第一端和第二端，所述第一端耦接于第一电阻器的第二端，其中第二电阻器的第一端还用于输出第二反馈信号，所述第二电阻器的阻值基于第二斜率确定。

7.如权利要求1所述的直流稳压器，所述电压产生电路还包括：

可控电流源，提供与输出电流成比例的主电流；

第一电阻器，具有第一端和第二端，所述第一端耦接于可控电流源，其中第一端还用于输出第二反馈信号，所述第一电阻器的阻值基于第一斜率和第二斜率确定；以及

第二电阻器，具有第一端和第二端，所述第一端耦接于第一电阻器的第二端，其中第二电阻器的第一端还用于输出第一反馈信号，所述第二电阻器的阻值基于第一斜率确定。

8.如权利要求1所述的直流稳压器，所述电压产生电路还包括：

可控电流源，提供与输出电流成比例的主电流；

电阻器，具有第一端和第二端，所述第一端耦接于可控电流源，所述第二端接收代表输出电压的电压采样信号，其中所述电阻器包括多个节点；

第一选择电路，具有多个输入端分别耦接于电阻器的多个节点，所述第一选择电路基于第一斜率来选择其中一个节点以接收该节点上的电压并输出第一反馈信号；以及

第二选择电路，具有多个输入端分别耦接于电阻器的多个节点，所述第二选择器基于第二斜率来选择其中一个节点以接收该节点上的电压并输出第二反馈信号。

9.一种自适应电压定位直流稳压器的控制方法，所述直流稳压器接收输入电压，产生输出电压和输出电流，所述控制方法包括：

接收至少两个预设斜率值，包括第一斜率和第二斜率，

根据所述输出电压、所述输出电流和所述第一斜率产生第一反馈信号，并根据第一反馈信号和第一参考电压的比较结果输出第一比较信号；

根据所述输出电压、所述输出电流和所述第二斜率产生第二反馈信号，并根据第二反馈信号和第二参考电压的比较结果输出第二比较信号；以及

当所述第一斜率大于所述第二斜率时，利用一或门接收所述第一比较信号和第二比较信号并产生一设置信号，当第一斜率小于第二斜率时，利用一与门接收所述第一比较信号和第二比较信号并产生所述设置信号；以及

根据所述设置信号产生一控制信号用于调整输出电压，使得至少当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第二斜率减小。

10.一种自适应电压定位直流稳压器的控制方法，所述直流稳压器接收输入电压，产生输出电压和输出电流，所述控制方法包括：

根据所述输出电压、所述输出电流和第一斜率产生第一反馈信号，并根据第一反馈信号和第一参考电压的比较结果输出第一比较信号；

根据所述输出电压、所述输出电流和第二斜率产生第二反馈信号，并根据第二反馈信号和第二参考电压的比较结果输出第二比较信号；

根据所述输出电压、所述输出电流和第三斜率产生第三反馈信号，并根据第三反馈信号和第三参考电压的比较结果输出第三比较信号；

当所述第一斜率大于所述第二斜率时，利用一或门接收所述第一比较信号和第二比较信号并产生第一逻辑信号，当第一斜率小于第二斜率时，利用一与门接收所述第一比较信号和第二比较信号并产生所述第一逻辑信号，当所述第二斜率大于所述第三斜率时，利用一或门接收所述第一逻辑信号和所述第三比较信号并产生设置信号，当第二斜率小于第三斜率时，利用一与门接收所述第一逻辑信号和第三比较信号并产生所述设置信号；以及

根据所述设置信号产生一控制信号用于调整输出电压，使得至少当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流且小于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第二斜率减小，当输出电流大于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第三斜率减小。

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