CN112701889A - 调压器电路的纹波检测和抵消 - Google Patents

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Abstract

描述了用于开关调压器电路中的纹波检测和抵消的技术。例如，在开关电压转换器中，通过开关高侧和低侧开关来对电压进行上转换或下转换，并且所述电压通过低通滤波器进行平均。虽然开关的动作可以导致电压的高效转换，但它通常也会在输出电压上产生纹波，这在某些应用中可能是不希望的。实施例使用开关电压、输出电压和前馈回路来产生电流抵消信号，以具有特定的增益、定时以及有效地模拟电感器纹波电流的补的极性。抵消电流信号可以注入输出节点，使得抵消电流信号与输出节点处的电感器纹波电流相加，从而至少部分地抵消电感器纹波电流的影响。

Description

调压器电路的纹波检测和抵消
相关申请交叉引用
本申请为发明名称为“调压器电路的纹波检测和抵消”的原中国发明专利申请的分案申请。原申请的申请号为201980000447.X，原申请的申请日为2019年1月8日，原申请的原始PCT申请的申请号为PCT/CN2019/070866，该PCT申请要求于2018年9月8日提交的申请号为16/125,675的美国申请的优先权，其全部内容通过引用结合于原始PCT申请中。
技术领域
本发明通常涉及调压器电路。更具体地，本发明实施例涉及调压器电路的纹波检测和抵消。
背景技术
电压转换器用于为多种电子产品提供稳定的供电电压。在开关电压转换器中，可以通过开关高侧和低侧开关来对电压进行上转换和/或下转换；并且开关电压可以通过低通滤波器网络进行平均。然后，滤波后的电压是转换器的输出电压。通常，虽然这种开关可以提供有效的电压转换，但开关也使输出电压表现出纹波。例如，开关电压导致电流流过滤波电感器，从而产生包括作用于负载电流上的纹波电流的电感电流。当电感电流流过滤波网络的负载时，负载上的电压(调压器的输出电压)同样表现为作用于负载电压上的纹波电压。
一些应用试图最小化甚至消除纹波电压。一些传统方法倾向于使用反馈来将输出电压与稳定的恒定参考电压进行比较。例如，输出电压可以与低压差(low-dropout,LDO)调压器的输出和其中一个输入相耦合，而LDO调压器的另一个输入可以与稳定的参考电压相耦合。这种反馈回路可以有效地调节输出电压之外的纹波，但是这种方法具有各种限制。
发明内容
实施例包括用于开关调压器电路中的纹波检测和抵消的电路、装置和方法。实施例在开关电压转换器(诸如降压转换器)的上下文中操作，其中，通过开关高侧和低侧开关并且使开关电压通过低通滤波器进行平均来对电压进行上转换或下转换。虽然开关的动作可以导致电压的高效转换，但它通常也会在输出电压上产生纹波，这在某些应用中可能是不希望的。实施例使用开关电压、输出电压和前馈回路来产生电流抵消信号，以具有特定的增益、定时以及有效地模拟电感器纹波电流的补的极性。抵消电流信号可以注入输出节点，使得抵消电流信号与输出节点处的电感器纹波电流相加，从而至少部分地抵消电感器纹波电流的影响。
根据一组实施例，提供了一种调压器系统。所述系统包括：开关调压器和前馈回路。所述开关调压器包括与滤波网络耦合的开关网络，所述开关网络在开关周期产生开关电压，并且所述滤波网络根据所述开关电压在调压器输出节点产生输出电压。所述前馈回路包括纹波检测子系统和纹波抵消子系统。所述纹波检测子系统与所述开关调压器耦合以产生对应于所述输出电压上的纹波电压的纹波表征信号，所述纹波电压对应于所述滤波网络中的纹波电流。所述纹波抵消子系统与所述纹波检测子系统和所述开关调压器耦合以：产生抵消电流以对应于所述纹波电流的补，使得所述抵消电流的幅度是所述纹波表征信号的函数并且周期对应于所述开关周期；和在所述调压器输出节点处注入所述抵消电流以抵消所述纹波电流的至少一部分。
根据另一组实施例，提供一种用于对由开关调压器根据具有开关周期的开关电压在调压器输出节点处产生的输出电压进行纹波抵消的方法。所述方法包括：产生对应于所述输出电压上的纹波电压的纹波表征信号，所述纹波电压对应于源自所述开关调压器的滤波网络的纹波电流；产生抵消电流以对应于所述纹波电流的补，使得所述抵消电流的幅度是所述纹波表征信号的函数并且周期对应于所述开关周期；和在所述调压器输出节点处注入抵消电流以抵消所述纹波电流的至少一部分。
根据另一组实施例，提供了一种用于对由开关调压器根据具有开关周期的开关电压在调压器输出节点处产生的输出电压上的纹波电压进行抵消的系统。所述系统包括：用于产生纹波表征信号的装置，所述纹波表征信号表征所述调压器输出节点处的纹波电流，所述纹波电流对应于所述纹波电压；和用于在所述调压器输出节点处注入抵消电流以抵消所述纹波电流的至少一部分的装置，产生的所述抵消电流对应于所述纹波电流的补，使得所述抵消电流的幅度是所述纹波表征信号的函数并且周期对应于所述开关周期。
附图说明
本文中提及并构成其一部分的附图示出了本公开的实施例。附图与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1A示出了示意性降压转换器；
图1B示出了图1A的示意性降压逆变器的示意性波形；
图2示出了根据各实施例的示意性调压器系统；
图3示出了根据各实施例的示意性调压器系统的电路框图；
图4示出了调压器系统中的各信号的示意性波形；
图5示出了根据各实施例的用于纹波抵消的示意性方法的流程图。
在附图中，类似的组件和/或特征可以具有相同的参考标记。此外，可以通过在参考标记之后紧跟区分类似组件的第二标记来区分相同类型的各组件。如果在说明书中仅使用第一参考标记，则该描述适用于具有相同第一参考标记的任何一个类似组件，而不考虑第二参考标记。
具体实施方式
在以下描述中，提供了许多具体细节以便透彻理解本发明。然而，本领域技术人员应该理解，可以在没有这些细节中的一个或多个的情况下实现本发明。在其它示例中，简洁起见，将不描述本领域中已知的特征和技术。
鉴于上下文，图1A示出了示意性降压转换器100a。降压转换器100a可用于接收具有特定电压和电流的电源电压(VIN)105，并输出具有降压电压和升压电流的负载电压(VOUT)115。如图所示，降压转换器100a包括与开关网络130和滤波网络140耦合的控制器110。开关网络130包括耦合在电源电压105和地之间的高侧开关和低侧开关。滤波网络140包括电感器和滤波电容器，布置为低通“LC”滤波器。高侧开关和低侧开关之间的节点处的电压可以被认为是开关电压(VSW)117。
虽然这种开关可以提供有效的电压转换，但是开关也可以在VOUT 115上表现出纹波。当在滤波网络140上施加VSW 117时，电感电流(IL)120上的纹波可以引起滤波电容器和滤波网络140的输出处的负载上的电压上的纹波。电压纹波对应于电流纹波(例如，是电流纹波的函数)，除了电压纹波看起来不同(例如，具有不同的形状、延迟等)，这取决于滤波电容器是否具有高或低品质因数。例如，如图所示，滤波电容器可以被建模为与等效串联电阻(equivalent series resistor,ESR)串联的电容器。当滤波电容器的品质因数非常低时，ESR非常高(例如，看起来主要是或甚至纯粹是电阻性的)；并且当滤波电容器的品质因数非常高时，ESR非常低(例如，看起来主要是或甚至完全是电容性的)。
为了便于说明，图1B示出了图1A的示意性降压逆变器100a中的VSW 117和IL 120的示意性波形100b。如图所示，VSW 117通常是具有任何合适占空比的方波(示出了50％的占空比)。当VSW 117为高时，IL 120以基本上线性的方式缓慢增加，具有大约(VIN-VOUT)/L的斜率，其中，L是滤波电感器的电感。当VSW 117为低时，IL 120以基本上线性的方式缓慢下降，具有大约(-VOUT)/L的斜率。
实施例提供了使用前馈回路来检测和抵消开关调压器电路的输出电压上的纹波的新方法。开关电压、输出电压和前馈回路可以迭代地产生并调谐电流抵消信号，以具有特定的增益、定时和有效地模拟电感器纹波电流的补的极性。可以在调压器电路的输出处注入抵消电流信号，使得抵消电流至少部分地抵消电感器纹波电流的影响。
图2示出了根据各实施例的示意性调压器系统200。如图所示，调压器系统200包括开关调压器210、纹波检测子系统220和纹波抵消子系统230。纹波抵消子系统230的实施例可包括权重生成器233和抵消电流生成器237。如参考图1A所示，开关调压器210的实施例可包括与滤波网络耦合的开关网络。开关网络可以在开关周期产生开关电压117，并且滤波网络可以根据开关电压117在调压器输出节点处产生输出电压115。
纹波检测子系统220和纹波抵消子系统230可以配置为前馈回路。例如，前馈回路的输出被馈送给开关调压器210的输出。纹波检测子系统220的实施例与开关调压器210耦合，以产生对应于输出电压115上的纹波电压的纹波表征信号222。纹波电压对应于开关调压器210的滤波网络中的纹波电流。纹波表征信号222可以是用于表征纹波电压的任一合适信号，并且纹波表征信号222可以包括一个或多个独立的信号。例如，如图所示，纹波表征信号222可以包括纹波最大电平信号225和纹波最小电平信号227。
纹波抵消子系统230的实施例与纹波检测子系统220和开关调压器210耦合。纹波抵消子系统230可以产生抵消电流239以对应于纹波电流的补，使得抵消电流的幅度是纹波表征信号222的函数并且周期对应于开关电压117的开关周期。在一些实施例中，纹波抵消子系统230的权重生成器233根据纹波表征信号222计算增益加权信号235，使得抵消电流239的幅度是增益加权信号235的函数。例如，可以根据纹波最大电平信号225和纹波最小电平信号227之间的差值来产生增益加权信号235，使得增益加权信号235表示在输出电压115中看到的纹波的峰到峰值大小。然后，抵消电流生成器237可以使用增益加权信号235来产生抵消电流239，以具有对应于在输出电压115中看到的纹波的峰到峰值大小的峰到峰值幅度(例如，当输出电压115上存在更多纹波时，抵消电流239的峰到峰幅度更大)。然后，可以在开关调压器210的输出处注入抵消电流239，从而抵消流入开关调压器210的输出中的纹波电流的至少一部分。
一些实现方式在滞环组件的上下文中操作，诸如滞环振荡器等。一些这样的上下文可以依赖于反馈回路(磁滞回路)中的纹波电流来进行适当的操作。在这种情况下，调压器系统200可以包括滞环电流生成器240。滞环电流生成器240可以根据需要实现为具有单位增益或其它增益的逆变器。滞环电流生成器240可以将产生的抵消电流239作为其输入，并且可以在其输出处产生模拟纹波电流(ISR)245，例如，通过转换抵消电流239以产生ISR245。ISR 245可以馈送回磁滞回路或任何其它依赖于纹波电流进行操作的电路。
尽管示出了调压器系统200的各个块具有特定的输入和输出，并且示出为以特定方式耦合和布置，但是其它实施例可以包括其它输入、输出、耦合、布置等。例如，前馈回路可以包括用于产生纹波表征信号的任何合适的装置，所述纹波表征信号表征在开关调压器210的输出节点处的纹波电流(例如，直接地或间接地，例如，通过表征纹波电压)。此外，前馈回路可以包括用于在输出节点处注入抵消电流以抵消纹波电流的至少一部分的任何合适的装置。例如，用于注入的装置可以包括用于产生抵消电流以对应于纹波电流的补的任何合适的装置，使得抵消电流的幅度是纹波表征信号的函数并且周期对应于开关周期。
图3示出了根据各实施例的示意性调压器系统300的电路框图。调压器系统300可以是图2的调压器系统200的实施方式。如图所示，调压器系统300包括开关调压器210、纹波检测子系统220、权重生成器233和抵消电流生成器237的示意性实施方式。开关调压器210通常被示为降压转换器。然而，开关调压器210可包括任何合适类型的开关调压器，诸如任何合适类型的升压转换器、降压转换器等。
如上所述，开关调压器210通常产生开关电压(VSW)117，其通过滤波网络以产生输出电压(VOUT)115。开关电压117使电流流过滤波网络中的电感器(电感电流120)，产生的电感电流表现出电流纹波。该电流影响开关调压器210的输出处的负载上电压发展，即输出电压115。滤波电容器品质因数可以从非常高的品质(即，等效串联电阻(ESR)几乎是零)变化到低品质(即，纹波由电容器的ESR决定)。电感电流120上的电流纹波表现为输出电压115上的电压纹波。通常，电压纹波的周期对应于开关电压117的开关周期，并且峰到峰值幅度对应于电流纹波的峰到峰值幅度。
例如，图4示出了调压器系统300中的各信号的示意性波形。这些波形旨在说明和大概阐明本公开的目的，并且不应被解释为限制实施例的范围。例如，VSW 117被示为具有任意占空比的理想方波(示出为大约30％)。实际上，VSW 117在每个开关周期的某个第一部分处于第一电平(例如，高(HIGH)，或由源电压电平VIN驱动的电平)，并且VSW 117在每个开关周期的某个第二部分处于第二电平(例如，低(LOW)，或由接地电平驱动的电平)。当VSW 117为高时，电感电流120倾向于以斜率为大约(VIN-VOUT)/L的基本上线性方式增加，其中，L是电感器的电感值。当VSW 117为低时，电感电流120倾向于以斜率为大约(-VOUT)/L的基本上线性方式减小。电感电流120的这种周期性增加和减小表现为作用于负载电流上的电流纹波(即，在开关调压器210的输出负载处看到的电流)。
如上所述，电容器品质因数可以变化，这可以影响电感电流120上的电流纹波如何表现为VOUT 115上的电压纹波。为了便于说明，第一波形示出为VOUT 115a，表示在低品质因数电容器上看到的输出电压(即，纹波由电容器的ESR决定)。在这种情况下，VOUT 115a具有与电感电流120基本相同的形状和定时。例如，VOUT 115a包括作用于负载电压上的纹波电压，并且纹波电压是具有最大和最小值的三角波，所述最大和最小值与电感电流120上的纹波最大值和最小值一致。第二波形示出为VOUT 115b，表示在低ESR电容器上看到的输出电压。在这种情况下，VOUT 115b具有与电感电流120不同的形状和定时。例如，VOUT 115b包括作用于负载电压上的纹波电压，但是纹波电压具有更圆的形状(该形状通常遵循指数增长紧跟指数增长的周期性模式)，其最大值和最小值相对于电感电流120上的纹波最大值和最小值被延迟(例如，延迟四分之一周期，其中，占空比为百分之五十)。
回到图3，输出电压115和开关电压117可以输入到纹波检测子系统220。如图所示，纹波检测子系统220可以包括：脉冲生成器320，用于在开关电压117的每个开关周期产生对应于开关电压117达到最大电平的第一脉冲输出323以及对应于开关电压117达到最小电平的第二脉冲输出325。纹波检测子系统220还可以包括：检测开关327，其与脉冲生成器320耦合。检测开关327可以响应于第一脉冲输出323将调压器输出节点(即，测量输出电压115的节点)与第一检测输出相耦合，并且响应于第二脉冲输出325将调压器输出节点与第二检测输出相耦合。纹波最大电平信号225是第一检测输出处的电压，而纹波最小电平信号227是第二检测输出处的电压。例如，在每个开关周期中，基本上当开关电压117变为高时，脉冲生成器320产生第一脉冲输出323，其将调压器输出节点与第一检测输出相耦合，从而将第一检测输出(即，和纹波最大电平信号225)拉高至输出电压115。在每个开关周期中，基本上当开关电压117变为低时，脉冲生成器320产生第二脉冲输出325，其将调压器输出节点与第二检测输出相耦合(并且将调压器输出节点与第二检测输出解耦合)，从而将第二检测输出(即，和纹波最小电平信号227)拉高至输出电压115。
在一些实施例中，脉冲生成器320包括：延迟生成器310，用于相对于开关周期的定时，延迟第一脉冲输出323或第二脉冲输出325中的至少一个的定时。延迟生成器310可用于使脉冲生成器320适用于高品质或低品质滤波电容器。为了便于说明，回到图4，示出了在低品质和高品质电容器的情况下第一脉冲输出323和第二脉冲输出325的示意性波形。在第一种情况下，对应于低品质电容器(即，具有高ESR)，输出电压115a基本上与电感电流120在时间上一致。这样，输出电压115a的最大值和最小值基本上与开关电压117的转变同时出现。因此，期望脉冲生成器320基本上相对于开关电压117的定时不带任何延迟地产生第一脉冲输出323和第二脉冲输出325。然而，在第二种情况下，对应于高品质电容器(即，具有低ESR)，输出电压115b相对于电感电流120定时在时间上被延迟(例如，在电容器具有零ESR的情况下，输出电压115b可被延迟大约四分之一的开关周期。这样，输出电压115b的最大值和最小值在开关电压117的每次转变之后的某个时间出现。因此，期望脉冲生成器320相对于开关电压117的定时以适当延迟产生第一脉冲输出323和第二脉冲输出325，使得第一脉冲输出323和第二脉冲输出325的定时对应于输出电压115b的最大值和最小值的定时。应注意，虽然每个脉冲输出信号被示出为紧接在相关联的最大值或最小值之后出现，但是其它实现方式可以产生脉冲输出信号，该脉冲输出信号紧接在对应于相关联的最大值或最小值之前或在任何其它合适的时间出现。
再次回到图3，纹波检测子系统220产生的纹波最大电平信号225和纹波最小电平信号227(例如，统称为纹波表征信号222)可以输入到权重生成器233。如图所示，权重生成器233可以包括积分器330和代码生成器340。积分器330可以根据纹波最大电平信号225和纹波最小电平信号227之间的差值计算增益加权信号235。积分器330可以以任何合适的方式实现，例如，实现为配置为积分电路的运算放大器，实现为向上/向下计数器(例如，当纹波最大电平信号225为高时向上计数，并且当纹波最小电平信号227为高时向下计数)等等。代码生成器340可以计算对应于增益加权信号235的增益代码。例如，增益代码235’可以是对应于由积分器330的输出所指示的增益大小的任何合适数量位的数字值。增益代码被标记为增益代码235’以指示，如本文所使用的，“增益加权信号”可以指代任何合适的信号，包括(但不限于)在积分器330的输出处的增益加权信号235，或在代码生成器340的输出处的增益代码235’。
抵消电流生成器237的实施例可以包括抵消电压生成器350和跨导放大器360。抵消电压生成器350可以响应于纹波表征信号222和开关周期产生抵消电压355，使得抵消电压355的峰到峰值幅度是纹波表征信号222的函数并且周期对应于开关周期。为了清楚起见，测量抵消电压355的节点(抵消电压生成器350的输出节点和跨导放大器360的输入节点)被称为跨导输入节点。
如图所示，抵消电压生成器350可以包括：耦合在跨导输入节点和接地节点之间的负载(示为电容器)；可开关地耦合(例如，通过晶体管或任何其它合适的开关组件)在源电压节点和跨导输入节点之间的第一电流源；可开关地耦合(例如，通过晶体管或任何其它合适的开关组件)在跨导输入节点和接地节点之间的第二电流源。电流源的开关根据开关电压117来控制。在所示的实现方式中，从开关调压器210输出的开关电压117可以经由逆变器耦合到PMOS晶体管和NMOS晶体管中的每一个的栅极。PMOS晶体管耦合在第一电流源和跨导输入节点之间，而NMOS晶体管耦合在跨导输入节点和接地节点之间。当开关电压117为高时，晶体管的栅极电压由于逆变器而为低；PMOS晶体管导通，NMOS晶体管关断，从而经由第一电流源将来自源电压节点的恒定电流传送到跨导输入节点，并对负载电容器充电。当开关电压117为低时，晶体管的栅极电压由于逆变器而为高；PMOS晶体管关断，NMOS晶体管导通，从而经由第二电流源将来自跨导输入节点的恒定电流拉至接地节点并使负载电容器放电。
因此，跨导输入处的抵消电压355基本上具有电感电流120上的纹波电流的形状和定时(例如，周期)。该抵消电压355被馈送给跨导放大器360(例如，实现为电压控制电流源或任何其它合适的线性跨导级)，并且跨导放大器360根据抵消电压355产生抵消电流239。因此，跨导输出处的抵消电流239也基本上具有电感电流120上的纹波电流的形状和定时(例如，周期)。如图所示，跨导放大器360可以具有负增益(表示为-gm)，使得抵消电流239具有与开关调压器210的输出处的纹波电流极性相反的极性。
抵消电流生成器237的实施例包括一个或多个与权重生成器233的输出处的增益加权信号235(例如，增益代码235’)相耦合的输入。在一些实现方式中，增益加权信号235用于调整由抵消电压生成器350中的第一电流源和第二电流源中的一者或两者提供的恒定电流的大小。在其它实现方式中，增益加权信号235用于调整抵消电压生成器350中的负载电容器的电容。在其它实现方式中，增益加权信号235用于调整跨导放大器360的增益。在任何这些实现方式中，增益加权信号235调整抵消电流239的峰到峰值幅度(直接在跨导放大器360处调整，或通过调整抵消电压355的峰到峰值幅度来调整)。
例如，抵消电流生成器237可以自己操作以产生具有适当形状、定时和极性的抵消电流239，从而抵消开关调压器210的输出处的纹波电流。然而，抵消电流239的峰到峰值幅度可能不被适当地调谐以抵消纹波电流。因此，纹波检测子系统220和增益加权信号235可以动态地(例如，迭代地和响应性地)一起工作，以经由前馈回路调整抵消电流生成器237的组件的增益，从而将抵消电流239调谐得具有用于抵消纹波电流的适当的峰到峰值幅度。如果开关调压器210的输出处的纹波电流增加，则所述增加可以由纹波检测子系统220检测到并且反映在纹波表征信号222中(例如，反映在纹波最大电平信号225与纹波最小电平信号227之间的差值中)。对纹波表征信号222的这种影响可以导致由权重生成器233产生的增益加权信号235所指示的增益加权的增加。增加的增益加权可以导致抵消电流239的峰到峰值幅度的增加，从而响应性地抵消了纹波电流的增加的峰到峰值幅度。
如上所述，一些实现方式在磁滞回路的上下文中操作，其可依赖于纹波电流以进行适当的操作。在这种情况下，产生的抵消电流239可用于产生模拟纹波电流(图2的ISR245)。例如，抵消电流239可以进行逆变以产生ISR245，并且ISR 245可以反馈到磁滞回线。
图5示出了根据各实施例的用于对由开关调压器根据具有开关周期的开关电压在调压器输出节点处产生的输出电压进行纹波抵消的示意性方法500的流程图。方法500的实施例可以开始于阶段504，通过产生对应于输出电压上的纹波电压的纹波表征信号，所述纹波电压对应于源自开关调压器的滤波网络的纹波电流。例如，纹波表征信号可以包括纹波最大电平信号和纹波最小电平信号，使得产生的抵消电流的幅度是纹波最大电平信号和纹波最小电平信号之间的差值的函数。在一些实施例中，产生纹波表征信号包括：在开关电压的每个开关周期，周期性地产生对应于开关电压达到最大电平的第一脉冲输出以及对应于开关电压达到最小电平的第二脉冲输出；响应于每个第一脉冲输出，将调压器输出节点与第一检测输出相耦合；并且响应于每个第二脉冲输出，将调压器输出节点与第二检测输出相耦合，其中，纹波最大电平信号是第一检测输出处的电压，纹波最小电平信号是第二检测输出处的电压。
在一些实施例中，产生纹波表征信号包括：相对于开关周期的定时，延迟第一脉冲输出或第二脉冲输出中的至少一个的定时。例如，滤波网络在电容器上产生调压器输出节点处的输出电压，所述电容器可具有高或低品质因数。在这种情况下，所述延迟可以使得当电容器具有低品质因数时第一脉冲输出或第二脉冲输出中的至少一个的定时与开关周期基本一致，并且当电容器具有高品质因数时第一脉冲输出或第二脉冲输出中的至少一个的定时在时间上偏离开关周期(例如，偏离高达四分之一的开关周期)。
在阶段508，实施例可以产生抵消电流以对应于纹波电流的补，使得抵消电流的幅度是纹波表征信号的函数并且周期对应于开关周期。在一些实施例中，在阶段508产生抵消电流包括：响应于纹波表征信号和开关周期产生抵消电压，使得抵消电压的幅度是纹波表征信号的函数并且周期对应于开关周期；和根据施加到抵消电压的跨导产生抵消电流，使得抵消电流的幅度和周期分别对应于抵消电压的幅度和周期。例如，开关电压在每个开关周期的第一部分期间处于第一电平，并且在每个开关周期的第二部分期间处于第二电平。在这种情况下，产生抵消电压可以包括：当开关电压处于第一电平时，向跨导输入节点传送第一恒定电流，以增加跨导输入负载上的电压；当开关电压处于第二电平时，向跨导输入节点传送第二恒定电流，以降低跨导输入负载上的电压，其中，第一恒定电流、第二恒定电流、跨导输入负载或跨导中的至少一个具有根据纹波表征信号调整的可变增益。
在一些实施例中，在阶段506，可以根据纹波表征信号计算增益加权信号。在这样的实施例中，在阶段508产生的抵消电流的幅度可以是增益加权信号的函数。例如，可以在阶段506根据纹波最大电平信号和纹波最小电平信号之间的差值来计算增益加权信号，并且可以在阶段508产生幅度是增益加权信号的函数(即，是纹波最大电平信号和纹波最小电平信号之间的差值的函数)的抵消电流。一些实现方式计算对应于增益加权信号的增益代码，使得抵消电流的幅度是增益代码的函数。
在阶段512，实施例可以在调压器输出节点处注入抵消电流以抵消纹波电流的至少一部分。在阶段514，所述方法的一些实施例可以使用所产生的抵消电流来产生模拟纹波电流(例如，作为抵消电流的补)。抵消电流可以反馈到磁滞回路或其它适当的反馈回路。
应当理解，当元件或组件在本文中被称为与另一元件或组件“连接”或“耦合”时，它可以连接或耦合到另一元件或组件，或者也可以存在中间元件或组件。相反，当元件或组件被称为与另一元件或组件“直接连接”或“直接耦合”时，在它们之间不存在中间元件或组件。应当理解，尽管本文中可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、组件，但是这些元件、组件、区域不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、组件与另一个元件、组件区分开来。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件可以被称为第二元件、组件。如本文中所使用的，术语“逻辑低”、“低状态”、“低电平”、“逻辑低电平”、“低”或“0”可互换使用。术语“逻辑高”、“高状态”、“高电平”、“逻辑高电平”、“高”或“1”可互换使用。
如本文中所使用的，术语“一”，“一个”和“所述”可包括单数和复数引用。应进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”及其变体指定所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。相反，当在本说明书中使用时，术语“由……组成”指定所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或组件，并且排除了附加特征、步骤、操作、元件和/或组件。此外，如本文中所使用的，词语“和/或”可以指代并涵盖一个或多个相关所列项目的任何可能的组合。
虽然这里参考示意性实施例描述了本发明，但是该描述并不旨在在限制意义上解释。相反，示意性实施例的目的是使本领域技术人员更好地理解本发明的精神。为了不模糊本发明的范围，省略了众所周知的工艺和制造技术的许多细节。在参考说明书后，对于本领域技术人员而言，示意性实施例以及其它实施例的各种修改是显而易见的。因此，所附权利要求旨在涵盖任何这样的修改。
此外，可以有利地使用本发明优选实施例的一些特征而无需相应地使用其它特征。因此，前面的描述应该被认为仅仅是对本发明原理的说明，而不是对其的限制。本领域技术人员应理解落入本发明范围内的上述实施例的变型。因而，本发明不限于上面讨论的特定实施例和图示，而是由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (38)

1.一种调压器系统，包括：
纹波抵消子系统，用于：
接收纹波表征信号，所述纹波表征信号与源自开关调压器的滤波网络的纹波电流对应，所述滤波网络在调压器输出节点产生输出电压，所述输出电压作为由所述开关调压器在开关周期产生的开关电压的函数；
产生抵消电流以对应于所述纹波电流的补，使得所述抵消电流的幅度是所述纹波表征信号的函数，并且所述抵消电流的周期对应于所述开关周期；和
在所述调压器输出节点处注入所述抵消电流以抵消所述纹波电流的至少一部分；
滞环电流生成器，所述滞环电流生成器与所述纹波抵消子系统耦合以产生作为所述抵消电流的函数的模拟纹波电流。
2.根据权利要求1所述的调压器系统，其中：
所述滞环电流生成器是具有输入和输出的反相放大器，所述反相放大器响应于在所述输入处接收到所述抵消电流而在所述输出处生成所述模拟纹波电流。
3.根据权利要求1所述的调压器系统，还包括：
前馈回路，所述前馈回路包括所述纹波抵消子系统。
4.根据权利要求3所述的调压器系统，其中所述前馈回路还包括：
纹波检测子系统，所述纹波检测子系统与所述开关调压器耦合以产生对应于所述输出电压上的纹波电压的所述纹波表征信号，所述纹波电压对应于所述滤波网络中的所述纹波电流。
5.根据权利要求1所述的调压器系统，还包括所述开关调压器，所述开关调压器具有与所述滤波网络耦合的开关网络，所述开关网络在所述开关周期产生所述开关电压，所述滤波网络在所述调压器输出节点产生作为所述开关电压的函数的所述输出电压。
6.根据权利要求1所述的调压器系统，还包括：
权重生成器，用于计算作为所述纹波表征信号的函数的增益加权信号，使得所述抵消电流的幅度是所述增益加权信号的函数。
7.根据权利要求1所述的调压器系统，其中，所述纹波抵消子系统包括：
抵消电压生成器，用于响应于所述纹波表征信号和所述开关周期产生抵消电压，使得所述抵消电压的幅度是所述纹波表征信号的函数，并且所述抵消电压的周期对应于所述开关周期；和
跨导放大器，所述跨导放大器与所述抵消电压生成器耦合，以产生作为所述抵消电压的函数的所述抵消电流，使得所述抵消电流的幅度和周期分别对应于所述抵消电压的幅度和周期。
8.根据权利要求7所述的调压器系统，其中，
所述开关电压在每个开关周期的第一部分期间处于第一电平，并且在每个开关周期的第二部分期间处于第二电平；
所述抵消电压生成器包括：
耦合在所述跨导放大器的输入和接地节点之间的负载；
可开关地耦合在源电压节点和所述跨导放大器的输入之间的第一电流源；和
可开关地耦合在所述跨导放大器的输入和所述接地节点之间的第二电流源，
使得当所述开关电压处于所述第一电平时，第一恒定电流从所述源电压节点传送到所述跨导放大器的输入，并且当所述开关电压处于所述第二电平时，第二恒定电流从所述跨导放大器的输入传送到所述接地节点。
9.根据权利要求8所述的调压器系统，还包括：
权重生成器，用于计算作为所述纹波表征信号的函数的增益加权信号，
其中，所述第一电流源、所述第二电流源、所述负载和/或所述跨导放大器包括可变控制，所述可变控制响应于所述增益加权信号调节，使得所述抵消电流的幅度是所述增益加权信号的函数。
10.根据权利要求1所述的调压器系统，其中，所述纹波表征信号包括纹波最大电平信号和纹波最小电平信号，使得所述纹波抵消子系统产生幅度是所述纹波最大电平信号和所述纹波最小电平信号之间的差值的函数的所述抵消电流。
11.根据权利要求10所述的调压器系统，还包括：
脉冲生成器，用于在所述开关电压的每个开关周期，产生对应于所述开关电压达到最大电平的第一脉冲输出以及对应于所述开关电压达到最小电平的第二脉冲输出；和
检测开关，所述检测开关与所述脉冲生成器耦合，以响应于所述第一脉冲输出将所述调压器输出节点与第一检测输出相耦合，并且响应于所述第二脉冲输出将所述调压器输出节点与第二检测输出相耦合，
其中，所述纹波最大电平信号是所述第一检测输出处的电压，所述纹波最小电平信号是所述第二检测输出处的电压。
12.根据权利要求11所述的调压器系统，其中所述脉冲生成器包括：延迟生成器，用于相对于所述开关周期的定时，延迟所述第一脉冲输出或所述第二脉冲输出中的至少一个的定时。
13.根据权利要求12所述的调压器系统，其中，
所述滤波网络在所述调压器输出节点产生电容器上的所述输出电压；
所述延迟生成器用于相对于所述开关周期的定时，延迟所述第一脉冲输出或所述第二脉冲输出中的至少一个的定时，使得：
当所述电容器的等效串联电阻非常高时，所述第一脉冲输出或所述第二脉冲输出中的至少一个的定时基本上与所述开关周期一致；并且
当所述电容器的等效串联电阻基本为零时，所述第一脉冲输出或所述第二脉冲输出中的至少一个的定时在时间上偏离所述开关周期。
14.根据权利要求10所述的调压器系统，还包括：
权重生成器，所述权重生成器具有代码生成器，用于计算对应于所述增益加权信号的增益代码，使得所述抵消电流的幅度是所述增益代码的函数，所述增益加权信号是所述纹波最大电平信号和所述纹波最小电平信号之间的差值的函数。
15.一种用于调压器系统中的纹波抵消的方法，所述方法包括：
接收与源自开关调压器的滤波网络的纹波电流对应的纹波表征信号，所述滤波网络在调压器输出节点产生作为由所述开关调压器在开关周期产生的开关电压的函数的输出电压；
产生抵消电流以对应于所述纹波电流的补，使得所述抵消电流的幅度是所述纹波表征信号的函数，并且所述抵消电流的周期对应于所述开关周期；
在所述调压器输出节点处注入抵消电流以抵消所述纹波电流的至少一部分；
产生作为所述抵消电流的函数的模拟纹波电流；以及
向滞环组件提供所述模拟纹波电流。
16.根据权利要求15所述的方法，其中产生所述模拟纹波电流包括：将所述抵消电流反相并对所述抵消电流施加单位增益。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述注入基本上抵消所有的所述纹波电流。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括：
产生对应于所述输出电压上的纹波电压的所述纹波表征信号，所述纹波电压对应于所述滤波网络中的所述纹波电流。
19.一种调压器系统，包括：
纹波检测子系统，所述纹波检测子系统与开关调压器的调压器输出节点耦合，以接收所述开关调压器在所述调压器输出节点产生的输出电压，所述输出电压是具有开关周期的开关电压的函数，所述纹波检测子系统用于在每个开关周期，通过以下步骤产生纹波表征信号，所述纹波表征信号包括纹波最大电平信号和纹波最小电平信号：
响应于检测到所述开关电压达到最大电平，将所述调压器输出节点与第一检测输出相耦合，所述第一检测输出处的电压为所述纹波最大电平信号；以及
响应于检测到所述开关电压达到最小电平，将所述调压器输出节点与第二检测输出相耦合，所述第二检测输出处的电压为所述纹波最小电平信号；以及
纹波抵消子系统，所述纹波抵消子系统与所述纹波检测子系统耦合以：
接收所述纹波表征信号；
产生抵消电流，所述抵消电流的幅度是所述纹波最大电平信号和所述纹波最小电平信号之间的差值的函数，所述抵消电流的周期对应于所述开关周期；以及
在所述调压器输出节点处注入所述抵消电流以抵消对应于所述调压器输出节点处的所述纹波电压的纹波电流的至少一部分。
20.根据权利要求19所述的调压器系统，其中所述纹波检测子系统包括脉冲生成器，用于在所述开关电压的每个开关周期，产生对应于所述开关电压达到最大电平的第一脉冲输出以及对应于所述开关电压达到最小电平的第二脉冲输出；
将所述调压器输出节点与第一检测输出相耦合为响应于所述第一脉冲输出；
将所述调压器输出节点与第二检测输出相耦合为响应于所述第二脉冲输出。
21.根据权利要求20所述的调压器系统，其中所述纹波检测子系统还包括检测开关，所述检测开关与所述脉冲生成器耦合，以响应于所述第一脉冲输出将所述调压器输出节点与第一检测输出相耦合，并且响应于所述第二脉冲输出将所述调压器输出节点与第二检测输出相耦合。
22.根据权利要求20所述的调压器系统，其中所述脉冲生成器包括：延迟生成器，用于相对于所述开关周期的定时，延迟所述第一脉冲输出或所述第二脉冲输出中的至少一个的定时。
23.根据权利要求22所述的调压器系统，其中，
所述开关调压器在所述调压器输出节点产生电容器上的所述输出电压；
所述延迟生成器用于相对于所述开关周期的定时，延迟所述第一脉冲输出或所述第二脉冲输出中的至少一个的定时，使得：
当所述电容器的等效串联电阻非常高时，所述第一脉冲输出或所述第二脉冲输出中的至少一个的定时基本上与所述开关周期一致；并且
当所述电容器的等效串联电阻基本为零时，所述第一脉冲输出或所述第二脉冲输出中的至少一个的定时在时间上偏离所述开关周期。
24.根据权利要求19所述的调压器系统，还包括：滞环电流生成器，所述滞环电流生成器与所述纹波抵消子系统耦合以产生作为所述抵消电流的函数的模拟纹波电流。
25.根据权利要求24所述的调压器系统，其中：
所述滞环电流生成器是具有输入和输出的反相放大器，所述反相放大器响应于在所述输入处接收到所述抵消电流而在所述输出处生成所述模拟纹波电流。
26.根据权利要求19所述的调压器系统，还包括：前馈回路，所述前馈回路包括所述纹波检测子系统和所述纹波抵消子系统。
27.根据权利要求19所述的调压器系统，还包括所述开关调压器，所述开关调压器具有：
开关网络，所述开关网络用于在所述开关周期产生所述开关电压；和
滤波网络，所述滤波网络用于在所述调压器输出节点产生作为所述开关电压的函数的所述输出电压。
28.根据权利要求19所述的调压器系统，还包括：权重生成器，用于计算作为所述纹波表征信号的函数的增益加权信号，使得所述抵消电流的幅度是所述增益加权信号的函数。
29.根据权利要求19所述的调压器系统，其中，所述纹波抵消子系统包括：
抵消电压生成器，用于响应于所述纹波表征信号和所述开关周期产生抵消电压，使得所述抵消电压的幅度是所述纹波表征信号的函数，并且所述抵消电压的周期对应于所述开关周期；和
跨导放大器，所述跨导放大器与所述抵消电压生成器耦合，以产生作为所述抵消电压的函数的所述抵消电流，使得所述抵消电流的幅度和周期分别对应于所述抵消电压的幅度和周期。
30.根据权利要求29所述的调压器系统，其中，
所述开关电压在每个开关周期的第一部分期间处于第一电平，并且在每个开关周期的第二部分期间处于第二电平；
所述抵消电压生成器包括：
耦合在所述跨导放大器的输入和接地节点之间的负载；
可开关地耦合在源电压节点和所述跨导放大器的输入之间的第一电流源；和
可开关地耦合在所述跨导放大器的输入和所述接地节点之间的第二电流源，
使得当所述开关电压处于所述第一电平时，第一恒定电流从所述源电压节点传送到所述跨导放大器的输入，并且当所述开关电压处于所述第二电平时，第二恒定电流从所述跨导放大器的输入传送到所述接地节点。
31.根据权利要求30所述的调压器系统，还包括：
权重生成器，用于计算作为所述纹波表征信号的函数的增益加权信号，
其中，所述第一电流源、所述第二电流源、所述负载和/或所述跨导放大器包括可变控制，所述可变控制响应于所述增益加权信号调节，使得所述抵消电流的幅度是所述增益加权信号的函数。
32.根据权利要求20所述的调压器系统，还包括：
权重生成器，所述权重生成器具有代码生成器，用于计算对应于所述增益加权信号的增益代码，所述增益加权信号是所述纹波最大电平信号和所述纹波最小电平信号之间的差值的函数，使得所述抵消电流的幅度是所述增益代码的函数。
33.一种用于调压器系统中的纹波抵消的方法，所述方法包括：
响应于开关调压器的调压器输出节点处的输出电压产生纹波表征信号，所述输出电压为所述开关调压器在开关周期产生的且为具有开关周期的开关电压的函数，在每个开关周期，所述纹波表征信号通过以下步骤产生，所述纹波表征信号包括纹波最大电平信号和纹波最小电平信号：
响应于检测到所述开关电压达到最大电平，将所述调压器输出节点与第一检测输出相耦合，所述第一检测输出处的电压为所述纹波最大电平信号；
响应于检测到所述开关电压达到最小电平，将所述调压器输出节点与第二检测输出相耦合，所述第二检测输出处的电压为所述纹波最小电平信号；
产生抵消电流，所述抵消电流的幅度是所述纹波最大电平信号和所述纹波最小电平信号之间的差值的函数，所述抵消电流的周期对应于所述开关周期；以及
在所述调压器输出节点处注入所述抵消电流以抵消对应于所述调压器输出节点处的所述纹波电压的纹波电流的至少一部分。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述产生所述纹波表征信号包括：
在所述开关电压的每个开关周期，产生对应于所述开关电压达到最大电平的第一脉冲输出，将所述调压器输出节点与到第一检测输出相耦合为响应于所述第一脉冲输出；以及
产生对应于所述开关电压达到最小电平的第二脉冲输出，将所述调压器输出节点与第二检测输出相耦合为响应于所述第二脉冲输出。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述产生所述纹波表征信号包括：
相对于所述开关周期的定时，延迟产生所述第一脉冲输出和/或产生所述第二脉冲输出的定时。
36.根据权利要求33所述的方法，还包括：
产生作为所述抵消电流的函数的模拟纹波电流；以及
向滞环组件提供所述模拟纹波电流。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述产生所述模拟纹波电流包括：将所述抵消电流反相并对所述抵消电流施加单位增益。
38.根据权利要求33所述的方法，其中所述注入基本上抵消所有的所述纹波电流。
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