TWI665857B - 調節電壓的方法及使用該方法的電子裝置 - Google Patents

調節電壓的方法及使用該方法的電子裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI665857B
TWI665857B TW104116616A TW104116616A TWI665857B TW I665857 B TWI665857 B TW I665857B TW 104116616 A TW104116616 A TW 104116616A TW 104116616 A TW104116616 A TW 104116616A TW I665857 B TWI665857 B TW I665857B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
voltage
output
signal
ripple
ramp
Prior art date
Application number
TW104116616A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201608806A (zh
Inventor
Ｍ 傑森 休士頓
史蒂芬Ｐ 勞爾
萊斯Ｓ Ａ 菲爾貝利克
Original Assignee
美商英特希爾美國公司
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 美商英特希爾美國公司 filed Critical 美商英特希爾美國公司
Publication of TW201608806A publication Critical patent/TW201608806A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI665857B publication Critical patent/TWI665857B/zh

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
    • 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
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H02M1/15—Arrangements for reducing ripples from dc input or output using active elements
    • 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
    • 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
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • 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
    • H02M1/0025—Arrangements for modifying reference values, feedback values or error values in the control loop of a converter
    • 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
    • H02M3/1584—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 with a plurality of power processing stages connected in parallel

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

本發明提供一種用於控制電壓調節器之切換器電路的調變器，其包含：一感測電路，其提供一電流感測信號，用以表示流經該輸出電感器的電流；一斜坡電路，其利用該電流感測信號在一斜坡節點上形成一斜坡電壓；一誤差電路，其形成一表示輸出電壓誤差的誤差信號並且將該誤差信號注入該斜坡節點之中，用以調整該斜坡電壓；一比較器電路，其比較該斜坡電壓與一固定的控制電壓，用以形成一比較信號；以及一邏輯電路，其利用該比較信號來形成一控制該切換器電路的脈波控制信號。該輸出電壓誤差可以藉由比較該輸出電壓與一參考電壓並且將該誤差電壓轉換成一被施加至該斜坡節點的電流來決定。

Description

調節電壓的方法及使用該方法的電子裝置
本發明關於電流模式控制調變器，且更明確地說，本發明關於具有合併控制信號及改良動態範圍之電流模式控制調變器。
本申請案主張2014年8月27日提申的美國臨時申請案序號第62/042,452號的權利，本文以引用的方式將其全面性地完整併入。
電壓調節器有數種不同的控制技術，其包含電壓模式控制與電流模式控制。於各種電壓模式控制技術中會比較一固定斜坡信號(或是具有固定斜率或變動斜率的固定範圍)與一控制信號。該斜坡信號與控制信號通常會被妥適地納入並且輸出電流(或電感器電流)可以有相對大的範圍。於各種電流模式控制技術中會比較一和該電感器電流成正比的變動斜坡信號與該控制信號。於電流模式控制技術中，該控制信號與該斜坡信號和該電感器電流成正比。依此方式，電感器電流的範圍會與該控制信號的範圍相關。因此，信號動態範圍為施行電流模式控制時的一考量因素，並且效能可能因關鍵信號的範圍的條件限制而下降以及靈活性可能會受到限制。
於許多情況中，電壓調節器的電流模式控制優於電壓模式控制。然而，信號範圍在電流模式控制技術中係一種要的考量因素。增益可 以放大，但是，此會傾向於導致效能犧牲。會影響信號範圍的參數同樣會影響系統穩定性、增益、以及動態效能。當供應電壓(舉例來說，VDD至GND或VSS)持續下降時，信號範圍會變成越來越重要的考量因素。本發明希望提供一種具有最小必要信號範圍的高效能電流模式脈波寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)調節器。
本發明的其中一實施例揭示一種電子裝置，其包括一電壓調節器，該電壓調節器包括一切換器電路以及一調變器。該切換器電路會以一脈波控制信號為基礎來切換被施加至一輸出電感器的電壓，用以將一輸入電壓轉換成一輸出電壓。該調變器會控制該切換器電路，該調變器包括：一感測電路，其提供一電流感測信號，用以表示流經該輸出電感器的電流；一斜坡電路，其利用該電流感測信號在一斜坡節點上形成一斜坡電壓；一誤差電路，其形成一表示輸出電壓誤差的誤差信號並且將該誤差信號注入該斜坡節點之中，用以調整該斜坡電壓；一比較器電路，其比較該斜坡電壓與一固定的控制電壓，用以形成一比較信號；以及一邏輯電路，其利用該比較信號來形成該脈波控制信號。
本發明的另一實施例揭示一種調節電壓的方法，其包括：以一脈波控制信號為基礎來切換被施加至一輸出電感器的電壓，用以將一輸入電壓轉換成一輸出電壓；提供一電流感測信號，用以表示流經該輸出電感器的電流；利用該電流感測信號在一斜坡節點上形成一斜坡電壓；形成一表示輸出電壓誤差的誤差信號並且將該誤差信號注入該斜坡節點之中，用以調整該斜坡電壓；比較該斜坡電壓與一固定的控制電壓，用以形成一 比較信號；以及利用該比較信號來形成該脈波控制信號。
100‧‧‧電腦系統
101‧‧‧電源系統
102‧‧‧調節器
103‧‧‧調變器
105‧‧‧連接系統
107‧‧‧處理器
109‧‧‧週邊系統
111‧‧‧系統記憶體
113‧‧‧輸入/輸出(I/O)系統
Q1‧‧‧切換器
Q2‧‧‧切換器
CO‧‧‧輸出電容器
201‧‧‧相位電路
203‧‧‧閘極驅動器
205‧‧‧相位節點
206‧‧‧輸出電感器
207‧‧‧輸出節點
209‧‧‧負載
300‧‧‧電流模式控制調變器
301‧‧‧電流感測器
303‧‧‧斜坡節點
304‧‧‧電阻器
305‧‧‧跨導放大器
307‧‧‧比較器
309‧‧‧設定-重設(SR)鎖存器
400‧‧‧合成漣波電流模式控制調變器
401‧‧‧緩衝放大器
402‧‧‧電容器
403‧‧‧微分器
405‧‧‧放大器
407‧‧‧電阻器
409‧‧‧加法器
411‧‧‧跨導放大器
413‧‧‧漣波節點
415‧‧‧跨導放大器
417‧‧‧漣波電容器
419‧‧‧漣波電阻器
421‧‧‧遲滯式比較器
423‧‧‧第一比較器
425‧‧‧第二比較器
427‧‧‧第一電壓源
429‧‧‧第二電壓源
500‧‧‧遲滯式合成控制調變器
501‧‧‧跨導放大器
503‧‧‧跨導放大器
505‧‧‧跨導放大器
507‧‧‧跨導放大器
509‧‧‧電容器
511‧‧‧電阻器
513‧‧‧跨導放大器
515‧‧‧電容器
517‧‧‧電阻器
配合下面說明及隨附圖式會更瞭解本發明的好處、特點、以及優點，其中：圖1所示的係配置著一電源供應器的電腦系統的簡化方塊圖，該電源供應器包含一根據本發明一實施例所施行的調變器用以控制電壓調節器；圖2所示的係一示範性降壓型調節器的簡化電路與方塊圖，該調節器包含根據本發明其中一實施例所施行的圖1的調變器；圖3所示的係根據其中一實施例之具有合併控制信號的電流模式控制調變器的簡化電路圖，其可作為用於控制圖1之調節器的操作的調變器；圖4所示的係根據其中一實施例之具有合併控制信號的合成漣波電流模式控制調變器的簡化電路圖，其可作為用於控制圖1之調節器的操作的調變器；以及圖5所示的係根據另一實施例的遲滯式合成控制調變器的簡化電路圖，其同樣可作為用於控制圖1之調節器的操作的調變器。
圖1所示的係配置著一電源系統101的電腦系統100的簡化方塊圖，該電源系統101包含一根據本發明一實施例所施行的調變器103用以控制調節器102。電源系統101會形成一或更多個供應電壓，其透過一連接系統105提供功率給電腦系統100的其它系統裝置。該連接系統105可以為一匯流排系統或是一切換器系統或是一組導體或是類似物。於圖中所示的實施例中，該電腦系統100包含一處理器107與一週邊系統109，兩者 皆被耦合至連接系統105，用以從電源系統101處接收供應電壓。於圖中所示的實施例中，該週邊系統109可以包含一系統記憶體111(舉例來說，其包含RAM(隨機存取)記憶體類型裝置與ROM(唯讀)記憶體類型裝置與記憶體控制器以及類似物的任何組合)以及一輸入/輸出(Input/Output，I/O)系統113的任何組合，其可以包含系統控制器以及類似物，例如，圖形控制器、中斷控制器、鍵盤與滑鼠控制器、系統儲存裝置控制器(舉例來說，用於硬碟機與類似物的控制器)、…等。圖中所示的系統係為示範性，因為如熟習本技術的人士所理解，該處理器系統與支援裝置中有許多者可被整合於處理器晶片上。
電子裝置100可以為任何類型的電腦或計算裝置，例如，一電腦系統(舉例來說，筆記型電腦、桌上型電腦、上網型小筆電(netbook)、…等)、一媒體平板型裝置(舉例來說，Apple Inc.的iPad、Amazon.com,Inc.的Kindle、…等)、一通訊裝置(舉例來說，蜂巢式電話、智慧型電話、…等)、以及其它類型的電子裝置(舉例來說，媒體播放器、記錄裝置、…等)。電源系統101可以被配置成包含電池(可充電或不可充電)及/或可被配置成配合一交流(Alternating Current，AC)轉接器或是類似物來操作。本發明可針對不同的應用套用於任何類型的計算裝置。
圖2所示的係一示範性的調節器102的簡化電路與方塊圖，該調節器102包含根據本發明其中一實施例所施行的調變器103。該調節器102包含一相位電路201，其可以被施行用於單相系統或多相系統。該相位電路201包含一閘極驅動器203，用以接收一脈波寬度調變(PWM)信號並且提供切換器控制信號以控制該相位電路201的切換。如圖所示，閘極驅動 器203提供一上方閘極信號UG給一上方的切換器Q1以及提供一下方閘極信號LG給一下方的切換器Q2。該些切換器Q1與Q2的電流終端(舉例來說，汲極與源極)串聯耦合在一輸入電壓VIN與一共同參考電壓GND(舉例來說，其中，GND代表接地或是任何其它合宜的正參考電壓位準或負參考電壓位準)之間。請注意，GND可以代表一或更多個參考節點，其包含一或更多個接地位準或節點，例如，信號接地、電力接地、機箱接地、…等，或是任何其它合宜的參考電壓位準。
該些切換器Q1與Q2一起被耦合在一中間相位節點205處，用以形成一相位電壓VPH，而一具有電感L的輸出電感器206的其中一端被耦合至該相位節點205且其另一端被耦合至一輸出節點207，用以形成一輸出電壓VOUT。在操作期間，一電感器電流IL流經該輸出電感器206。一輸出電容器CO與一負載209被耦合在該輸出節點207與GND之間。負載209代表負載裝置中的任何一或更多者，例如，處理器107及/或週邊系統109的任何裝置。於一替代實施例中，該切換器Q2可以依照一非同步降壓調節器拓樸而被一二極體取代。該輸出電容器CO可以利用一或更多個電解質類型電容器或是全陶瓷類型電容器或是類似物來施行。
調變器103會接收一表示輸出電壓VOUT的電壓，其可以為該VOUT本身或者為另一感測信號，例如，表示VOUT的回授信號VFB。VFB可以為一表示VOUT的感測信號或正比信號，例如，由一分壓器或是類似物(圖中並未顯示)所形成。調變器103還會接收一表示電感器電流IL的電流感測信號ILS。該電感器電流IL可以被感測、模擬、或是合成，並且對應的電感器電流感測信號ILS會被提供至一調變器103。圖中亦未明確 顯示輸出電感器206的一串聯DC電阻(DC Resistance，DCR)，其可被用於感測電流IL。調變器103使用ILS與VOUT(或VFB)並且產生PWM信號來控制相位電路201。就其它功能來說，在操作中，調變器103使用VOUT(或VFB)與ILS並且以及其它可能的感測信號或參數並且產生該PWM信號以達到迴路調節的目的。閘極驅動器203會以PWM的責任循環為基礎產生UG與LG，以便導通與不導通該些切換器Q1與Q2，用以調節VOUT的電壓位準。
圖3所示的係根據其中一實施例之具有合併控制信號的電流模式控制調變器300的簡化電路圖，其可作為用於控制該調節器102的操作的調變器103。調變器300包含習知電流模式控制的雷同特節點；但是，經過修正以達本文中所述的改良。一斜坡電壓VR至少部分藉由施加電流感測器301所測得的感測電感器電流信號ILS至具有電阻RI的電阻器304而形成於一斜坡節點303上，電阻器304被耦合在該斜坡節點303與GND(其可以為半導體晶片配置中的參考供應電壓VSS)之間。此外，以VREF-VOUT為基礎的輸出電壓誤差會在斜坡節點303處被注入於電流感測信號中，用以調整VR。VREF被提供至一增益為HV/RI的跨導放大器305的正值(或非反向)輸入，該跨導放大器在其負值(或反向)輸入處接收VOUT(或VFB)。該跨導放大器305的輸出會形成一被施加在該斜坡節點與GND之間的電流，用以調整VR。一比較器307會將該經調整的VR與一固定的控制電壓VC作比較，比較器307的輸出提供一重設信號RST給一設定-重設(Set-Reset，SR)鎖存器309的重設(R)輸入。SR鎖存器309的設定(S)輸入會接收一時脈信號CLK，並且其Q輸出會提供該脈波控制信號PWM。
在電流模式控制調變器300的操作中，CLK會設定該SR鎖存器309，用以將PWM拉至高位準。電感器電流IL會提高，俾使得ILS提高，從而導致VR向上斜升。斜坡電壓VR會由利用該跨導放大器305所施行的誤差電路所提供的輸出電壓誤差調整。當VR上升至VC以上時，比較器307會切換以斷定RST，俾使得SR鎖存器309將PWM拉回至低位準。在接續的切換循環中會重複操作。
於利用電流模式控制調變器300的該調節器102的電流模式控制中，該PWM信號係利用VR與VC來形成。在該調節器102中，VR與VC之間的差異可以根據下面的公式(1)來提供：VR-VC=IL(RI)-(VREF-VOUT)(HV) (1)其中，VR係利用電感器電流IL(由ILS所感測)與電阻RI所形成，並且由該跨導放大器305來修正，從而以VREF與VOUT之間的差異乘以放大器增益HV為基礎來形成一調整電流。公式(1)的右邊可以根據下面的數學式(2)來改寫：
電流模式控制調變器300根據數學式(2)來配置。電感器電流IL(或ILS)乘以RI會以如習知配置中的雷同方式形成一斜坡電壓。然而，該跨導放大器305會將VREF與VOUT之間的差異放大一增益HV/RI，或者，(VREF-VOUT)(HV/RI)，用以調整VR。該跨導放大器305會在數學式(2)的括弧內的第二部分中提供該調整電流。此調整電流會乘以RI，用以修正因注入輸出電壓誤差資訊而形成在斜坡節點303上的VR。
依此方式，電流模式控制調變器300運用一種控制方法，俾使得調節器行為的操作方式等效於習知電流模式控制器的操作方式。然而，電流模式控制調變器300並不受限於信號範圍條件限制，因此，負載暫態響應會獲得改良，雜訊容限值會提高，並且可以達成整合及可調整的補償。
圖4所示的係根據其中一實施例之具有合併控制信號的合成漣波電流模式控制調變器400的簡化電路圖，其可作為用於控制該調節器102的操作的調變器103。一具有跨導增益GM的跨導放大器415具有：一正值輸入，用以接收相位電壓VPH；一負值輸入，用以接收VOUT(或是用以表示VOUT的電壓)；以及一輸出，其被耦合至一斜坡節點，用以形成斜坡電壓。於此情況中，斜坡電壓可被稱為漣波節點413所形成用於合成漣波配置的漣波電壓VR。一具有漣波電容CR的漣波電容器417被耦合在漣波節點413與GND之間。一具有漣波電阻RR的漣波電阻器419被耦合在漣波節點413與一中點電壓VMID(參考電壓或偏壓電壓)之間。
遲滯式比較器421的用法雷同於習知配置，不同的係，使用以固定控制電壓VC為基礎的固定視窗電壓。遲滯式比較器421包含一第一比較器423與一第二比較器425。漣波節點413被耦合至第一比較器423的正值輸入，該第一比較器423的負值輸入會接收一正值視窗電壓W+。漣波節點413亦被耦合至第二比較器425的負值輸入，該第二比較器425的正值輸入會接收一負值視窗電壓W-。一第一電壓源427的負值終端會接收該固定控制電壓VC，並且其正值終端提供W+。一第二電壓源429的正值終端會接收該固定控制電壓VC，並且其負值終端提供W-。一般來說，電壓源 427與429的電壓為相同，俾使得W+在VC以上的電壓相同於W-在VC以下的電壓。第一比較器423的輸出提供RST信號給SR鎖存器309的重設輸入，並且第二比較器425的輸出提供一設定信號給SR鎖存器309的設定輸入。SR鎖存器309的Q輸出則提供該脈波控制信號PWM。
根據該合成漣波配置，跨導放大器415會正比於跨越該輸出電感器206的電壓來產生其輸出電流，俾使得被施加至漣波電容CR及漣波電阻RR的漣波電壓VR會複製或合成模擬流經該輸出電感器206的漣波電流。其並沒有比較該漣波電壓與以一變動控制信號為基礎的變動視窗電壓，取而代之的係，其係與以該固定控制電壓為基礎的固定視窗電壓作比較。
該合成漣波電流模式控制調變器400的剩餘部分會將輸出電壓誤差資訊注入至漣波節點413之中。如圖所示，VOUT與VREF分別被提供至一緩衝放大器401(舉例來說，具有單位增益)的負值輸入與正值輸入，其輸出被提供至一微分器403並且被提供至一加法器409的其中一個輸入。微分器403包含一具有漣波電容CR的電容器402、一具有漣波電阻RR的電阻器407、以及一放大器405。跨導放大器415為一高增益運算放大器(op amp)或是類似物。電容器402被耦合在該緩衝放大器401的輸出與放大器405的負值輸入之間，放大器405的正值輸入被耦合至GND。電阻器407被耦合在放大器405的負值輸入與輸出之間，放大器405的輸出被耦合至加法器409的另一輸入。加法器409的輸出被提供至具有增益HV/RR的跨導放大器411的正值輸入，跨導放大器411的負值輸入被耦合至GND。HV為一增益係數。跨導放大器411的電流輸出被注入至漣波節點413之中，以便 利用輸出電壓誤差資訊來調整漣波電壓VR。微分器403會運作用以將該輸出電壓誤差資訊合併至漣波電壓VR之中，同時加入一零點，以便抵消漣波節點413處的一極點。
於該合成漣波案例中，漣波電壓VR係根據下面的公式(3)來表示： 其中，「s」為s域和拉普拉斯轉換中所使用的複數。在利用該合成漣波電流模式控制調變器400的該調節器102中，VR與VC之間的差異可以根據下面的公式(4)來提供： 倘若控制電壓VC被轉換成流入RR*CR之中的電流的話，那麼，公式(4)的右邊可以根據下面的數學式(5)來書寫： 該合成漣波電流模式控制調變器400會根據數學式(5)來操作。
依此方式，該合成漣波電流模式控制調變器400運用一種控制方法，俾使得調節器行為的操作方式等效於習知合成電流模式調節器的操作方式。然而，該合成漣波電流模式控制調變器400並不受限於信號範圍條件限制，因此，負載暫態響應會獲得改良，雜訊容限值會提高，並且可以達成整合及可調整的補償。
圖5所示的係根據另一實施例的遲滯式合成控制調變器500 的簡化電路圖，其操作雷同於根據數學式(5)的該合成漣波電流模式控制調變器400，並且其同樣可作為用於控制該調節器102的操作的調變器103。該合成漣波電流模式控制調變器400的跨導放大器415被分為遲滯式合成控制調變器500的跨導放大器501與503，每一者皆有增益「GM」並且兩者的輸出被耦合至漣波節點413，用以形成漣波電壓VR。跨導放大器501的正值輸入處有VPH並且在其負值輸入處有GND，而跨導放大器503在其正值輸入處接收VOUT並且在其負值輸入處接收GND。具有漣波電容CR的漣波電容器417以及具有漣波電阻RR的漣波電阻器419兩者皆以相同的方式被耦合至漣波節點413。
跨導放大器501與503以如先前所述的合成方式共同提供用於控制迴路的電感器電流資訊。跨導放大器501注入以輸出電感器206的其中一端處的相位電壓為基礎的電流，而跨導放大器503則注入以輸出電感器206的另一端處的輸出電壓為基礎的電流。漣波節點413以用於形成PWM信號的雷同方式被耦合至遲滯式比較器421、電壓源427與429、以及SR鎖存器309。
輸出電壓誤差資訊係利用具有增益HV/RR的另一跨導放大器505被注入至該控制迴路之中，該跨導放大器505在其負值輸入處接收VOUT，在其正值輸入處接收VREF，並且其輸出被耦合至漣波節點413。由RR*CR所引進的極點會被利用跨導放大器507所引進的零點抵消。一具有電容C1的電容器509以及一具有電阻R1的電阻器511被串聯耦合在VOUT與GND之間，從而形成一中間節點，用以形成一電壓V1。V1與GND分別被提供至跨導放大器507的正值輸入與負值輸入，其輸出會注入一對 應電流至漣波節點413之中，用以進一步調整VR。跨導放大器507具有增益HV*K1/RR，其中，K1為一增益係數。跨導放大器507在K1*R1*C1處提供一零點，用以抵消由RR*CR所產生的極點。
一具有電容C2的電容器515以及一具有電阻R2的電阻器517被串聯耦合在VOUT與GND之間，從而形成一中間節點，用以形成一電壓V2。V2與GND分別被提供至另一跨導放大器513的正值輸入與負值輸入，其輸出會注入一對應電流至漣波節點413之中，用以進一步調整VR。跨導放大器513具有以另一增益係數K2為基礎的增益。跨導放大器611提供另一補償零點，其中，K2會控制零點位置，其中，該新增的零點係被提供用於額外補償，以達穩定性以及更快的暫態響應。
對照於如本文中所述之具有合併控制信號之電流模式控制的習知配置，本發明的模擬結果會減少調節誤差與負載釋放回鈴並且改良響應。於該遲滯式功能中可以使用一較大的視窗。
本發明的好處、特點、以及優點現在已從前面的說明及隨附圖式有更佳的瞭解。提出前面的說明係為讓熟習本技術的人士在一特殊應用的背景及其必要條件內製造與使用本發明。然而，熟習本技術的人士便會明白較佳實施例的各種修正，並且本文中所定義的通用原理可以套用至其它實施例。所以，本發明並不希望受限於本文中所示及所述的特殊實施例，確切地說，其希望符合和本文中所揭示之原理及新穎特點一致的最廣範疇。本發明雖然已經參考其特定的較佳形式非常詳細地說明過；不過，本發明亦可能有並且涵蓋其它形式與變化。熟習本技術的人士便應該明白，它們能夠輕易地使用本文中所揭示的概念及特定實施例為基礎來設計 或修正其它結構，用以提供和本發明相同的目的，其並沒有脫離下面申請專利範圍所定義的本發明的精神與範疇。

Claims (20)

  1. 一種電子裝置，其包括：一電壓調節器，其包括：一切換器電路，其以一脈波控制信號為基礎來切換被施加至一輸出電感器的電壓，用以將一輸入電壓轉換成一輸出電壓；以及一調變器，用以控制該切換器電路，包括：一感測電路，其提供一電流感測信號，用以表示流經該輸出電感器的電流；一斜坡電路，其利用該電流感測信號在一斜坡節點上形成一斜坡電壓；一誤差電路，其形成一表示輸出電壓誤差的誤差信號並且將該誤差信號注入該斜坡節點之中，用以調整該斜坡電壓；一比較器電路，其比較該斜坡電壓與一固定的控制電壓，用以形成一比較信號；以及一邏輯電路，其利用該比較信號來形成該脈波控制信號。
  2. 根據申請專利範圍第1項的電子裝置，其中：該感測電路包括一電流感測電路，其提供一感測電流用以表示流經該電感器的電流；其中，該斜坡電路包括一電阻性裝置，其被耦合至該斜坡節點，其中，該感測電流透過該斜坡節點被注入至該電阻性裝置之中，用以形成該斜坡電壓；以及其中，該邏輯電路使用該比較信號與一固定的時脈信號來形成該脈波控制信號。
  3. 根據申請專利範圍第1項的電子裝置，其中，該誤差電路包括一跨導放大器，其以介於一表示該輸出電壓的電壓以及一表示該輸出電壓之目標位準的參考電壓之間的差異為基礎來注入一誤差電流信號。
  4. 根據申請專利範圍第3項的電子裝置，其中，該跨導放大器具有一增益，其以該電阻性裝置的電阻為基礎。
  5. 根據申請專利範圍第2項的電子裝置，其中，該斜坡電路與該誤差電路根據下面的數學式來配置：其中，ILS包括表示流經該輸出電感器之電流的該感測電流，VREF為一表示該輸出電壓之一目標位準的參考電壓，HV為一增益係數並且RI為該電阻性裝置的一電阻。
  6. 根據申請專利範圍第1項的電子裝置，其中，該感測電路與該斜坡電路包括：一跨導電路，其將被施加跨越該輸出電感器的電壓轉換成一被施加至該斜坡節點的感測電流，該斜坡節點包括一漣波節點；以及一漣波電容器與一漣波電阻器，兩者皆被耦合至該漣波節點，其中，該斜坡節點會形成一漣波電壓，其以合成方式複製流經該輸出電感器的漣波電流。
  7. 根據申請專利範圍第6項的電子裝置，其中，該誤差電路包括：一緩衝放大器，其具有一輸出，該輸出提供一表示輸出電壓誤差的電壓；一微分器，其包括：一運算放大器，其具有一被耦合至接地的第一輸入、具有一第二輸入並且具有一輸出；一第二漣波電容器，其被耦合在該緩衝器放大器的該輸出以及該運算放大器的該第二輸入之間；以及一第二漣波電阻器，其被耦合在該第二輸入以及該運算放大器的該輸出之間；一加法器，其具有一被耦合至該緩衝器放大器的該輸出的第一輸入、具有一被耦合至該運算放大器的該輸出的第二輸入並且具有一輸出；以及一跨導放大器，其具有一被耦合至該加法器的該輸出的輸入、具有以該漣波電阻器的一電阻為基礎的一增益並且具有一用以將一電流注入至該漣波節點之中的輸出。
  8. 根據申請專利範圍第6項的電子裝置，其中，該跨導電路包括：一第一跨導放大器，其具有一被耦合至該輸出電感器的第一輸入、一被耦合至接地的第二輸入以及一用以提供一第一電流至該斜坡節點的輸出；以及一第二跨導放大器，其具有一用以接收該輸出電壓的第一輸入、一被耦合至接地的第二輸入以及一用以提供一第二電流至該斜坡節點的輸出。
  9. 根據申請專利範圍第6項的電子裝置，其中，該誤差電路包括：一第一跨導放大器，其具有一以該漣波電阻器的一電阻為基礎的增益，其中，該第一跨導放大器具有一用以接收一表示該輸出電壓的電壓的第一輸入、一用以接收一表示該輸出電壓之一目標電壓位準的參考電壓的第二輸入以及一用以注入一誤差電流至該漣波節點之中的輸出。
  10. 根據申請專利範圍第9項的電子裝置，其進一步包括：一第一電容器與一第一電阻器，其被串聯耦合在該輸出電壓與接地之間，從而形成一第一中間節點；以及一第二跨導放大器，其具有一以該漣波電容器的一電阻為基礎的增益、具有一被耦合至該第一中間節點的第一輸入、具有一被耦合至接地的第二輸入並且具有一用以注入一第一極點以抵消流至該漣波節點之電流的輸出。
  11. 根據申請專利範圍第10項的電子裝置，其進一步包括：一第二電容器與一第二電阻器，其被串聯耦合在該輸出電壓與接地之間，從而形成一第二中間節點；以及一第三跨導放大器，其具有一被耦合至該第二中間節點的第一輸入、具有一被耦合至接地的第二輸入並且具有一用以注入一第二極點以抵消流至該漣波節點之電流的輸出。
  12. 根據申請專利範圍第6項的電子裝置，其中：該比較器電路包括：一第一比較器，其比較該漣波電壓與一固定的上方視窗電壓並且提供一重設信號；以及一第二比較器，其比較該漣波電壓與一固定的下方視窗電壓並且提供一設定信號；並且其中，該邏輯電路接收該設定信號與重設信號，用以形成該脈波控制信號。
  13. 根據申請專利範圍第6項的電子裝置，其中，該調變器根據下面的數學式來操作：其中，RR包括該漣波電阻器的一電阻，GM為該跨導電路的一跨導增益，VIN為該輸入電壓，VREF為一表示該輸出電壓的一目標位準的參考電壓，HV為該誤差放大器的一增益係數，CR為該漣波電容器的一電容，以及s為一s域複數。
  14. 根據申請專利範圍第1項的電子裝置，其進一步包括被耦合至該電壓調變器的一處理器與一記憶體。
  15. 一種調節電壓的方法，其包括：以一脈波控制信號為基礎來切換被施加至一輸出電感器的電壓，用以將一輸入電壓轉換成一輸出電壓；提供一電流感測信號，用以表示流經該輸出電感器的電流；利用該電流感測信號在一斜坡節點上形成一斜坡電壓；形成一表示輸出電壓誤差的誤差信號並且將該誤差信號注入該斜坡節點之中，用以調整該斜坡電壓；比較該斜坡電壓與一固定的控制電壓，用以形成一比較信號；以及利用該比較信號來形成該脈波控制信號。
  16. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中：該提供一電流感測信號包括感測流經該輸出電感器的電流並且提供一感測電流；其中，該形成一斜坡電壓包括經由一被耦合至該斜坡節點的電阻性裝置施加該感測電流；並且其中，該利用該比較信號包括以該比較信號與一固定的時脈信號為基礎來雙態觸變該脈波控制信號。
  17. 根據申請專利範圍第16項的方法，其中，該形成一誤差信號包括以一介於表示該輸出電壓的信號與一表示該輸出電壓的一目標位準的參考電壓之間的差異為基礎來產生一誤差電流信號並且以該電阻性裝置的一電阻為基礎來產生一增益係數。
  18. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中，該提供一電流感測信號以及該形成一斜坡電壓係包括將被施加跨越該輸出電感器的電壓轉換成被施加至該斜坡節點的一感測電流，該斜坡節點包括一漣波節點，其被耦合至一漣波電阻與一漣波電容並且形成一漣波電壓，其以合成方式複製流經該輸出電感器的漣波電流。
  19. 根據申請專利範圍第18項的方法，其中，該形成一誤差信號包括以一介於一表示該輸出電壓的信號與一表示該輸出電壓的一目標位準的參考電壓之間的差異為基礎來產生一誤差電流信號並且以該漣波電阻為基礎來產生一增益係數。
  20. 根據申請專利範圍第19項的方法，其進一步包括以該漣波電阻為基礎產生一零點消除電流並且將該零點消除電流注入至該漣波節點之中。
TW104116616A 2014-08-27 2015-05-25 調節電壓的方法及使用該方法的電子裝置 TWI665857B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462042452P 2014-08-27 2014-08-27
US62/042,452 2014-08-27
US14/570,004 US9342086B2 (en) 2014-08-27 2014-12-15 Current mode control modulator with combined control signals and improved dynamic range
US14/570,004 2014-12-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201608806A TW201608806A (zh) 2016-03-01
TWI665857B true TWI665857B (zh) 2019-07-11

Family

ID=55402397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104116616A TWI665857B (zh) 2014-08-27 2015-05-25 調節電壓的方法及使用該方法的電子裝置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9342086B2 (zh)
TW (1) TWI665857B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI573006B (zh) * 2015-06-18 2017-03-01 英特爾股份有限公司 電源供應器、電源供應系統、以及電壓調整方法
TWI617123B (zh) * 2016-12-21 2018-03-01 茂達電子股份有限公司 具快速暫態響應的電流式電壓轉換器
US10541608B1 (en) * 2018-06-29 2020-01-21 Linear Technology Holding, LLC Differential controller with regulators
CN110277895A (zh) * 2019-06-21 2019-09-24 成都芯源系统有限公司 多相开关变换器的控制器及其控制方法
TWI687032B (zh) * 2019-08-15 2020-03-01 茂達電子股份有限公司 用於電源轉換器的任意切換頻率的自動頻寬控制系統
US11522451B2 (en) * 2019-12-13 2022-12-06 Alpha And Omega Semiconductor (Cayman) Ltd. Inductor binning enhanced current sense
CN111752327A (zh) * 2020-06-18 2020-10-09 安徽赛腾微电子有限公司 一种斜坡电压发生器以及斜坡电压的生成方法
US12047002B2 (en) * 2021-06-15 2024-07-23 Renesas Electronics America Inc. Multiphase voltage regulator variable phase control stability
TWI805348B (zh) * 2022-05-04 2023-06-11 立錡科技股份有限公司 多迴路電源轉換電路及多迴路誤差放大電路與控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090146634A1 (en) * 2007-12-05 2009-06-11 Analog Devices, Inc. Single integrator sensorless current mode control for a switching power converter
TW201236339A (en) * 2011-02-18 2012-09-01 Intersil Inc System and method for improving regulation accuracy of switch mode regulator during DCM
CN103869853A (zh) * 2012-12-12 2014-06-18 力智电子股份有限公司 电压调节集成电路、电压调节电路以及电压调节方法
TW201429130A (zh) * 2013-01-08 2014-07-16 System General Corp 控制裝置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6791306B2 (en) * 2002-01-29 2004-09-14 Intersil Americas Inc. Synthetic ripple regulator
US6943504B1 (en) * 2003-11-24 2005-09-13 National Semiconductor Corporation Open loop magnetic boost LED driver system and method
US8823352B2 (en) * 2011-07-11 2014-09-02 Linear Technology Corporation Switching power supply having separate AC and DC current sensing paths
US20140266110A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Henry H. Yuan Duty-Cycle Dependent Slope Compensation for a Current Mode Switching Regulator
US9325233B2 (en) * 2014-07-01 2016-04-26 Texas Instruments Incorporated DC to DC converter and PWM controller with adaptive compensation circuit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090146634A1 (en) * 2007-12-05 2009-06-11 Analog Devices, Inc. Single integrator sensorless current mode control for a switching power converter
TW201236339A (en) * 2011-02-18 2012-09-01 Intersil Inc System and method for improving regulation accuracy of switch mode regulator during DCM
CN103869853A (zh) * 2012-12-12 2014-06-18 力智电子股份有限公司 电压调节集成电路、电压调节电路以及电压调节方法
TW201429130A (zh) * 2013-01-08 2014-07-16 System General Corp 控制裝置

Also Published As

Publication number Publication date
US9342086B2 (en) 2016-05-17
US20160062375A1 (en) 2016-03-03
TW201608806A (zh) 2016-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI665857B (zh) 調節電壓的方法及使用該方法的電子裝置
US9977057B2 (en) Input current compensation during current measurement
TWI581547B (zh) 用於限制轉換器之電流的裝置、調變器和方法
CN105450024B (zh) 多级放大器
CN106200742B (zh) 调压器的非线性控制
US8018210B2 (en) Voltage converting circuit and method thereof
US8786377B2 (en) System and method of maintaining gain linearity of variable frequency modulator
JP2014509832A (ja) 電源制御器
US9397559B2 (en) Switching regulator current mode feedback circuits and methods
US9600063B2 (en) Enhanced peak current-mode pulse-width-modulated (PWM) switching regulators
WO2014008291A1 (en) Design of lc switching regulators
US10256728B1 (en) Multiphase interleaved pulse frequency modulation for a DC-DC converter
JP2012160048A (ja) 電源回路とその制御方法及び電子機器
US9755512B2 (en) Digital auto compensation for voltage regulators
CN113300598A (zh) 电力转换器及其补偿电路
EP3010151B1 (en) Method and apparatus for a buck converter with pulse width modulation and pulse frequency modulation mode
CN105375760B (zh) 具有组合的控制信号和改善的动态范围的电流模式控制调制器
US20060125455A1 (en) Burst-mode switching voltage regulator with ESR compensation
TW201710818A (zh) 具有負載電阻器仿真的電流模式控制調節器
US8736244B1 (en) Capacitive current-mode control of a DC/DC converter
US10468984B2 (en) DC-DC switching converter with adaptive voltage positioning combined with digital-to-analog converter servo
CN103929059A (zh) 转换器的电流限流方案
Chen et al. A DC–DC buck converter with load-regulation improvement using dual-path-feedback techniques
Chen et al. Design and modeling of a novel high-gain peak current control scheme to achieve adaptive voltage positioning for DC power converters
CN203596745U (zh) 直流对直流控制器