TWI833220B - 電壓調節器及其補償方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種電壓調節器及其補償方法，電壓調節器包括反饋回路電路。反饋回路電路包括負載線和補償電路。負載線用於根據感測電流信號產生回饋信號，並將回饋信號輸出至電壓調節器的控制器電路，用於調節電壓調節器的輸出電壓，其中感測電流信號提供電壓調節器的電感電流資訊。補償電路用以產生補償信號以補償輸出電壓的偏差，其中從負載線產生的回饋信號受補償信號的影響。本發明中通過使用補償電路來對從負載線產生的回饋信號進行動態補償，提高了電壓調節器對輸出電壓調節的性能。

Description

電壓調節器及其補償方法
本發明涉及一種電壓調節器(voltage regulator)設計，更具體地，涉及使用補償電路對從負載線(loadline)產生的回饋信號進行動態補償(dynamic compensation)的電壓調節器以及相關的補償方法。
在電子設備中，電壓調節器用於向電子負載提供穩定的電力。電壓調節器通常被設計為將輸出電壓保持在規定的範圍內。在某些應用中，電壓調節器可以支援自適應電壓定位(adaptive voltage positioning，AVP)功能。因此，負載線被實施為用於根據提供給負載的負載電流產生回饋信號。例如，負載可以是微處理器。然而，感測負載電流是不可行的。為了獲得負載資訊，通常會檢測電感電流並將其用作負載電流的近似值。在某些情況下，這種近似會失敗並且影響輸出電壓調節的性能。因此，需要一種用於具有AVP的電壓調節器的創新補償設計。
有鑑於此，本發明的一個目的在於提供一種電壓調節器及其補償方法，其使用補償電路來對從負載線產生的回饋信號進行動態補償。
根據本發明的第一方面，公開了一種電壓調節器，其包括反饋回路電路。反饋回路電路包括負載線和補償電路。負載線用於根據感測電流信號產 生回饋信號，並將回饋信號輸出至電壓調節器的控制器電路，用於調節電壓調節器的輸出電壓，其中感測電流信號提供電壓調節器的電感電流資訊。補償電路用以產生補償信號以補償輸出電壓的偏差，其中從負載線產生的回饋信號受補償信號的影響。
根據本發明的第二方面，公開了一種由電壓調節器採用的示例性補償方法。示例性補償方法包括：根據提供電壓調節器的電感器電流資訊的感測電流信號，通過負載線產生回饋信號；產生補償信號以補償電壓調節器的輸出電壓的偏差，其中回饋信號受補償信號的影響；將回饋信號輸出至電壓調節器的控制器電路，以調節輸出電壓。
本發明中通過使用補償電路來對從負載線產生的回饋信號進行動態補償，使得在電感電流在經歷動態變化時，也不會影響到輸出電壓，提高了電壓調節器對輸出電壓調節的性能。
在閱讀了在各種附圖和附圖中示出的優選實施例的以下詳細描述之後，本發明的這些和其他目的無疑將對於本領域習知技藝者變得顯而易見。
100:電壓調節器
101:負載
102:控制器電路
104:功率級電路
106:反饋回路電路
108:負載線
110:補償電路
112:濾波器電路
114:PWM信號發生器電路
202:上升曲線
302:下降曲線
400,600,700:電壓調節器
402,702:控制器電路
404,704:功率級電路
406,606,706:反饋回路電路
408,708:負載線
410,610,710:補償電路
612:補償電流發生器
614:濾波器電路
602:濾波電路
604:PWM信號發生器電路
附圖被包括進來以提供對本發明的進一步理解，併入本發明並構成本發明的一部分。附圖例示了本發明的實現方式，並且與說明書一起用於說明本發明的原理。能理解的是，附圖不一定是按比例的，因為為了清楚地例示本發明的構思，一些元件可以被顯示為與實際實現方式中的尺寸不成比例。
第1圖為本發明實施例的第一電壓調節器的示意圖。
第2圖是例示在所提出的補償電路未被啟用的情況下發生的動態電壓識別(DVID)上升事件(up event)所導致的輸出電壓Vo偏差的示意圖。
第3圖是例示在所提出的補償電路未被啟用的情況下發生的動態電壓識別(DVID)下降事件(down event)所導致的輸出電壓Vo偏差的示意圖。
第4圖為本發明實施例的第二電壓調節器的示意圖。
第5圖是例示根據本發明實施例的DVID上升事件和DVID下降事件期間的動態電流補償的示意圖。
第6圖是例示根據本發明實施例的第三電壓調節器的示意圖。
第7圖是例示根據本發明實施例的第四電壓調節器的示意圖。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域習知技藝者應可理解，電子設備製造商可以會用不同的名詞來稱呼同一元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區別元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區別的基準。在通篇說明書及後續的申請專利範圍當中所提及的“包括”是開放式的用語，故應解釋成“包括但不限定於”。此外，“耦接”一詞在此是包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置電性連接於第二裝置，則代表該第一裝置可直接連接於該第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地連接至該第二裝置。
下面的描述是為了說明本發明的一般原理而作出的，不應理解為限制性的。本發明的範圍最好通過參考所附申請專利範圍來確定。
第1圖為本發明實施例的第一電壓調節器的示意圖。電壓調節器100可以是具有自適應電壓定位(adaptive voltage positioning，AVP)功能的開關電壓調節器。電壓調節器100能夠調節輸送到負載101的輸出電壓Vo。例如，負載101可以是微處理器。需要說明的是，提供給負載101的負載電流Io會隨著負載101的不同負載狀況而變化。因此，當負載101的負載狀況保持不變時，負載電流Io 不會改變。如第1圖所示，電壓調節器100可以包括控制器電路102、功率級電路(標記為“PS”)104、電感器LN、輸出電容器Co和反饋回路電路106。反饋回路電路106包括負載線108和補償電路110。控制器電路102可以作為脈寬調製(pulse-width modulation，PWM)控制器，並且可以包括濾波器電路(標記為“Ac(s)”)112和PWM信號發生器電路(標記為“PWM”)114。控制器電路102是輸出電壓反饋回路的一部分。在此實施例中，控制器電路102回應於誤差電壓Verr(其指示電壓調節器100的輸出電壓Vo與參考電壓Vref之間的差值)和從反饋回路電路106產生的回饋信號Sfb而操作。具體而言，PWM信號發生器電路114用以處理後續功率級電路104的PWM控制。因此，PWM信號發生器電路114可通過控制施加於功率級電路104的PWM脈衝，來調節傳送至負載101的輸出電壓Vo。例如，功率級電路104可以包括由PWM信號發生器電路114產生的PWM脈衝進行控制的高側開關(high-side switch)和低側開關(low-side switch)。電壓調節器100可以是多相(multi-phase)電壓調節器，其包括並聯耦接在控制器電路(例如，多相PWM控制器)102和負載101之間的N(N
Figure 111118951-A0305-02-0006-8
2)組功率級電路和電感器。然而，這僅用於說明，並不意味著對本發明的限制。或者，電壓調節器100可以是單相(single-phase)電壓調節器，僅包括耦接在控制器電路(例如，單相PWM控制器)102和負載101之間的一組(N=1)功率級電路和電感器。
如第1圖所示，電感器LN的平均電感電流ave(IL)等於輸出電容器Co的平均電容電流ave(Ic)與負載101的平均負載電流ave(Io)之和(即ave(IL)=ave(Io)+ave(Ic))。在穩定狀態下，由於ave(Ic)=0，平均電感電流ave(IL)等於平均負載電流ave(Io)。可以感測電感電流IL以作為負載電流Io的近似值。因此，負載線108被設置為根據感測的電流信號Isen(感測的電流信號Isen可提供電感電流IL的資訊I sen
Figure 111118951-A0305-02-0006-9
I L )產生回饋信號Sfb，並將回饋信號Sfb輸出到控制器電路102。在第一示例設計中，感測的電流信號Isen可以通過某種形式的感測電路(如直流電阻 (direct current resistance，DCR))感測Vo/Ic)感測“實際”電感電流IL獲得。在第二示例性設計中，感測的電流信號Isen可以由功率級電路104提供。在第三示例性設計中，感測的電流信號Isen可以通過感測電壓調節器的其他節點(例如Vo/Ic)來提供。在第四示例性設計中，可以在沒有物理感測的情況下生成感測的電流信號Isen(例如，純粹由數位/類比電路合成)。簡而言之，對於代表電感電流IL的感測電流信號Isen的生成方式，本發明沒有限制。
然而，上述近似在一些情況下會失敗。如果對不準確的負載線不進行補償，PWM控制器的性能將會下降。第2圖是例示在所提出的補償電路110未被啟用的情況下發生的動態電壓識別(dynamic voltage identification，DVID)上升事件(up event)所導致的輸出電壓Vo偏差的示意圖。DVID上升事件是將輸出電壓Vo從當前電壓設置改變為下一個電壓設置，其中下一個電壓設置高於當前電壓設置。電感電流IL的增加用來給輸出電容器Co充電，使得輸出電壓Vo可以相應地斜升(ramp up)。具體地，輸出電容器Co的電容電流Ic為非零充電電流。儘管負載電流Io在DVID上升事件期間保持不變，但額外的充電電流將被視為AVP環路中電感電流IL的增加。結果，輸出電壓Vo具有不希望的偏移量△V=△I L ×R LL ，其中RLL是負載線電阻值。在DVID上升事件期間，負載101(例如微處理器)希望輸出電壓Vo遵循上升曲線(ramp-up curve)202。然而，由於電感電流IL在DVID上升事件期間不能是負載電流Io的近似值，輸出電壓Vo在時段T1期間具有電壓下降，並且在時段T2期間具有電壓上升。
第3圖是例示在所提出的補償電路110未被啟用的情況下發生的動態電壓識別(dynamic voltage identification，DVID)下降事件(down event)所導致的輸出電壓Vo偏差的示意圖。DVID下降事件是將輸出電壓Vo從當前電壓設置改變為下一個電壓設置，其中下一個電壓設置低於當前電壓設置。電感電流IL的減小用於對輸出電容器Co進行放電，使得輸出電壓Vo可以相應的斜降(ramp down)。具體地，輸出電容器Co的電容電流Ic為非零放電電流。雖然負載電流Io在DVID下降事件期間保持不變，但額外的放電電流將被視為AVP環路中電感電流IL的減少。結果，輸出電壓Vo具有不希望的偏移量△V=△I L ×R LL ，其中RLL是負載線電阻值。在DVID下降事件期間，負載101(例如微處理器)希望輸出電壓Vo遵循斜坡下降曲線302。然而，由於電感器電流IL不能是DVID下降事件期間負載電流Io的近似值，輸出電壓Vo在時段T3期間具有電壓增加，並且在時段T4期間具有電壓減小。
此外，在相數改變(phase number change)事件期間，將電壓調節器100中啟用的相數從第一相數改變為與第一相數不同的第二相數，電感電流IL也不可以是負載電流Io的近似值。例如，當相數(即，多相電壓調節器中啟用的相數)減少時，需要將剩餘相電流(remaining phase current)穩定到一個新的水準，如果對不準確的負載線不進行補償，可能會導致輸出電壓Vo的下沖(undershoot)。輸出電壓下沖不僅發生在相數減少時，還可能發生在操作模式轉換時。例如，當在連續導通模式(continuous conduction mode，CCM)和非連續導通模式(discontinuous conduction mode，DCM)之間轉換時，會發生輸出電壓下沖。
對於具有AVP的電壓調節器，當電感電流不能是負載電流的近似值時，輸出電壓會受到影響。具體來說，只要電感電流在經歷某種動態變化，就會影響輸出電壓，即使負載電流不變。為解決此問題，本發明提出使用補償電路110產生補償信號Sc，以補償輸出電壓Vo的偏差(例如，偏移或下沖)。從負載線108產生的回饋信號Sfb受到補償信號Sc的影響。換言之，回饋信號Sfb在到達控制器電路102之前被補償。例如，可以將補償信號Sc注入回饋信號Sfb，以更新由控制器電路102最終得到的回饋信號Sfb，即，Sfb=Sfb+Sc。補償信號Sc的極性可以根據電感電流IL的擾動而變化。補償電路110可以接收多個參數PR1-PRM(M
Figure 111118951-A0305-02-0009-10
2)，並且可以參考參數PR1-PRM中的一個或多個來確定補償信號Sc的極性和/或幅度。下面參考附圖描述補償電路110的進一步細節。
第4圖為本發明實施例的第二電壓調節器的示意圖。電壓調節器400可以是具有AVP的開關電壓調節器。與電壓調節器100類似，電壓調節器400能夠調節傳送到負載(例如微處理器)101的輸出電壓Vo。參照第4圖，電壓調節器400可以包括控制器電路402、功率級電路(標記為“PS”)404、電感器LN、輸出電容器Co和反饋回路電路406。在這個實施例中，電壓調節器400可以是多相電壓調節器，包括並聯耦接在控制器電路402和負載101之間的N(N
Figure 111118951-A0305-02-0009-11
2)組功率級電路和電感器。然而，這僅用於說明，並不意味著對本發明的限制。或者，電壓調節器400可以是單相電壓調節器，僅包括耦接在控制器電路402和負載101之間的一組(N=1)功率級電路和電感器。
反饋回路電路406包括負載線408和補償電路410。基於用於提供電感電流IL資訊的感測電流信號Isen，從負載線408產生回饋信號Sfb。應注意，本發明對代表電感電流IL的感測電流信號Isen的產生方式沒有限制。第1圖所示的補償電路110可由補償電路410實現，其中參數PR1-PRM包括參數Co和SR。在本實施例中，補償電路410用於響應於DVID事件產生補償信號Sc。如第4圖所示，補償電路410接收兩個參數Co和SR，其中參數Co是輸出電容器的電容值，參數SR可以由負載101(例如微處理器)提供，表示輸出電壓Vo從當前電壓設置(由當前VID指示)改變到下一個電壓設置(由下一個VID指示)的轉換速率(slew rate)。如上所述，在DVID上升事件期間電感電流IL的增加是由輸出電容器Co的非零充電電流引起的，而在DVID下降事件期間電感電流IL的減小是由輸出電容器Co的非零放電電流引起的。參數的乘積(即C 0×SR)可以被視為在DVID上升/下降事件期間發生的輸出電容器Co的充電/放電電流的估計。補償信號Sc是根據補償電流Icomp產生的，補償電流Icomp的電流值由兩個參數的乘積(即C 0×SR)設 定，補償信號Sc接著被注入到由負載線408根據提供電感電流IL資訊的感測電流信號Isen(I sen
Figure 111118951-A0305-02-0010-12
I L )所產生的回饋信號Sfb。通過這種方式，由於負載電流Io(在DVID上升/下降事件期間可能不變)和負載電流IL(在DVID上升/下降事件期間可能隨著輸出電容器Co的充電/放電電流而增加/減少)之間的不匹配而導致的回饋信號Sfb的擾動(disturbance)可以通過補償信號Sc來補償。例如，|I c ×R LL |=|C o ×SR×R c |，其中Rc是補償電路410的電阻值。
請參考第4圖和第5圖。第5圖是例示根據本發明實施例的DVID上升事件和DVID下降事件期間的動態電流補償的示意圖。整體上說，第5圖所示的圖示是第2圖所示波形的簡化示意圖。DVID上升事件在t1時被觸發，使得負載101(例如微處理器)的VID電壓根據負載101(例如微處理器)確定的轉換速率(slew rate)SR_UP從t1時的當前電壓設置改變為t2時的較高電壓設置。在DVID上升事件期間，電感電流IL由於輸出電容器Co的充電電流Ic而增加。回應於DVID上升事件，補償電路410根據輸出電容值Co和轉換速率(SR=SR_UP)產生補償電流Icomp。在DVID上升事件期間，電感電流IL的擾動△I1由補償電流Icomp補償。如此，在t1至t2期間負載電流Io不變的情況下，控制器電路402接收到的最終回饋信號Sfb(Sfb=Sfb+Sc)保持不變。
DVID下降事件在t3時被觸發，使得負載101(例如微處理器)的VID電壓根據負載101(例如微處理器)確定的轉換速率SR_DN從t3時的當前電壓設置改變為t4時的較低電壓設置。在DVID下降事件期間，電感電流IL由於輸出電容器Co的放電電流Ic而減小。回應於DVID下降事件，補償電路410根據輸出電容值Co和轉換速率(SR=SR_DN)產生補償電流Icomp。在DVID下降事件期間，電感電流IL的擾動△I2由補償電流Icomp補償。如此，在t3到t4期間負載電流Io不變的情況下，控制器電路402接收到的最終回饋信號Sfb(Sfb=Sfb+Sc)保持不變。
第6圖是例示根據本發明實施例的第三電壓調節器的示意圖。電壓調 節器600和400之間的主要區別在於電壓調節器600的反饋回路電路606中包括的補償電路610具有補償電流發生器(標記為“Icomp Gen”)612和濾波器電路(標記為“Ax(s)”)614。補償電路110可以由補償電路610實現，其中參數PR1-PRM包括PHN、DCM、Trig等。補償電流發生器612用於接收多個參數(例如PHN、DCM、Trig)，並根據至少一個參數攜帶的資訊生成補償電流Icomp。濾波器電路614用於對補償電流Icomp進行濾波(例如，低通濾波)以產生補償信號Sc。
在本實施例中，電壓調節器600可以是多相電壓調節器，包括並聯在控制器電路402和負載101之間的N(N
Figure 111118951-A0305-02-0011-13
2)組功率級電路和電感器。參數PHN包括相數改變事件(phase change event)的資訊。例如，參數PHN可以指示是否發生相數改變事件，並且可以進一步指示相數改變事件將電壓調節器600中啟用的相數從當前相數改變為下一相數(可能大於或小於當前相數)。在本實施例中，補償電路610用於響應於相數改變事件產生補償信號Sc。例如，補償電路610可以根據當前相數與下一相數之差來設定補償電流Icomp。
參數Trig表示是否觸發了PWM脈衝。例如，饋入到PWM信號發生器電路604的控制電壓Vc來源於濾波電路602的輸出信號，每當控制電壓Vc的波形與電感電流IL的波形交叉(cross over)時，就會觸發PWM脈衝。在本發明的一些實施例中，補償電路610還可進一步參考參數Trig來控制在相數改變事件(phase number change event)後產生補償信號Sc的時序(例如開始時間和持續時間)。因此，補償電路610可能不會在相數改變事件發生時就開始產生補償信號Sc，而是進一步基於Trig信號。
參數DCM指示是否發生操作模式(operation mode)轉換事件。例如，操作模式轉換事件可以包括CCM和DCM之間的轉換。又例如，操作模式轉換事件可以包括電壓調節器600支援的不同操作模式之間的轉換。在這個實施例中，補償電路610還被設置為響應於操作模式轉換事件(例如，DCM/CCM轉換 事件)產生補償信號Sc。此外，補償電路610還可以進一步參考參數Trig來控制在操作模式轉換事件(例如DCM/CCM轉換事件)後產生補償信號Sc的時序(例如開始時間和持續時間)。因此，補償電路610可能不會在操作模式轉換事件(例如DCM/CCM轉換事件)發生時開始產生補償信號Sc。
如上所述，當相數(即，多相電壓調節器中啟用的相數)減少時，剩餘的相電流需要被穩定到一個新的水準，這可能會導致輸出電壓Vo下沖。此外，當操作模式轉換事件(例如，CCM/DCM轉換事件)發生時，可能會發生輸出電壓下沖。從補償電流Icomp可得出補償信號Sc。由於補償電流Icomp是響應於相數改變事件或操作模式轉換事件而產生的，然後被注入到由負載線408根據提供電感電流IL資訊的感測電流信號Isen(I sen
Figure 111118951-A0305-02-0012-14
I L )所產生的回饋信號Sfb，那麼由於負載電流Io(在相數改變事件或操作模式轉換事件期間可以不變)和負載電流IL(在相數改變事件或操作模式轉換事件期間可以增加/減少)之間的不匹配導致的回饋信號Sfb的擾動可以通過補償信號Sc來補償。
關於第4圖所示的實施例，DVID事件期間的輸出電壓偏移可以通過所提出的補償電路410來補償。關於第6圖所示的實施例，在相數改變事件或操作模式轉換事件期間的輸出電壓下沖可以通過所提出的補償電路610來補償。在實踐中，使用第4圖和第6圖所示的所提出補償電路設計中的一者或兩者的任何電壓調節器都屬於本發明的範圍。第7圖是例示根據本發明實施例的第四電壓調節器的示意圖。電壓調節器700可以是具有AVP的開關電壓調節器。電壓調節器700能夠調節提供給負載101的輸出電壓Vo。參照第7圖，電壓調節器700可以包括控制器電路702、功率級電路(標記為“PS”)704、電感器LN、輸出電容器Co和反饋回路電路706。在這個實施例中，電壓調節器700可以是多相電壓調節器，包括並聯耦接在控制器電路702和負載101之間的N(N
Figure 111118951-A0305-02-0012-15
2)組功率級電路和電感器。反饋回路電路706包括負載線708和補償電路710。補償電路110可以由補償 電路710實現。在本實施例中，補償電路710能夠產生補償信號以補償在DVID事件期間的輸出電壓偏移，並且產生補償信號以補償在相數改變事件或操作模式轉換事件(例如CCM/DCM轉換事件)期間的輸出電壓下沖。本領域習知技藝者在閱讀以上針對補償電路410和610的內容後可以很容易地理解補償電路710的細節，因此為了簡潔，在此省略進一步的描述。
本領域的習知技藝者將容易地認知到，在保留本發明的教導的同時，可以對裝置和方法進行許多修改和變更。因此，上述公開應被解釋為僅受所附申請專利範圍的界限和範圍的限制。
100:電壓調節器
101:負載
102:控制器電路
104:功率級電路
106:反饋回路電路
108:負載線
110:補償電路
112:濾波器電路
114:PWM信號發生器電路

Claims (19)

  1. 一種電壓調節器，所述電壓調節器包括反饋回路電路，所述反饋回路電路包括：負載線，用於根據感測電流信號產生回饋信號，並將所述回饋信號輸出至所述電壓調節器的控制器電路，用於調節所述電壓調節器的輸出電壓，其中所述感測電流信號提供所述電壓調節器的電感電流資訊；以及補償電路，用於產生補償信號以補償所述輸出電壓的偏差，其中所述負載線產生的所述回饋信號受所述補償信號的影響；其中，所述補償電路包括：補償電流產生電路，用於產生補償電流；以及濾波器電路，用於對所述補償電流進行濾波以產生所述補償信號；或者，其中，所述補償電路包括：補償電流產生電路，用於產生補償電流；以及所述補償電路根據所述補償電流和所述補償電路的電阻值產生所述補償信號。
  2. 如請求項1之電壓調節器，其中，所述補償電路用於將所述補償信號注入到所述回饋信號中。
  3. 如請求項1之電壓調節器，其中，所述補償電路用於回應於導致所述輸出電壓的偏差的特定事件而產生所述補償電流。
  4. 如請求項3之電壓調節器，其中，所述補償電路被設置為在所述電壓調節器提供給負載的負載電流保持不變的時段期間，產生所述補償信號。
  5. 如請求項3之電壓調節器，其中，所述特定事件是動態電壓識別(DVID)事件。
  6. 如請求項5之電壓調節器，其中，所述DVID事件將所述輸出電壓從第一電壓設置改變為第二電壓設置，並且所述補償電流產生電路被設置為根據所述電壓調節器的輸出電容器的電容值以及將所述輸出電壓從所述第一電壓設置改變到所述第二電壓設置的轉換速率，產生所述補償電流。
  7. 如請求項3之電壓調節器，其中，所述電壓調節器為多相電壓調節器，所述特定事件為相數改變事件。
  8. 如請求項7之電壓調節器，其中，所述相數改變事件將所述電壓調節器中啟用的相數從第一相數改變為第二相數，並且所述補償電流產生電路被設置為根據所述第一相數與所述第二相數之差來產生所述補償電流。
  9. 如請求項7之電壓調節器，其中，所述補償電路被設置為根據自所述相數改變事件以來的脈寬調製(PWM)脈衝的觸發，控制生成所述補償信號的時序。
  10. 如請求項3之電壓調節器，其中，所述特定事件是操作模式轉換事件。
  11. 如請求項10之電壓調節器，其中，所述操作模式轉換事件包括連續導通模式(CCM)和不連續導通模式(DCM)之間的轉換。
  12. 如請求項10之電壓調節器，其中，所述補償電路被設置為根據自所述操作模式轉換事件以來的PWM脈衝的觸發，控制生成所述補償信號的時序。
  13. 一種電壓調節器採用的補償方法，包括：根據提供電壓調節器的電感電流資訊的感測電流信號，通過負載線生成回饋信號；通過補償電路生成補償信號以補償所述電壓調節器的輸出電壓的偏差，其中所述回饋信號受所述補償信號的影響；以及將所述回饋信號輸出至所述電壓調節器的控制器電路，以調節所述輸出電 壓；其中，通過補償電路生成補償信號包括：產生補償電流；以及對所述補償電流進行濾波以產生所述補償信號；或者，其中，通過補償電路生成補償信號包括：產生補償電流；以及根據所述補償電流和所述補償電路的電阻值產生所述補償信號。
  14. 如請求項13之補償方法，其中，所述補償信號被注入到所述回饋信號中。
  15. 如請求項13之補償方法，其中通過補償電路生成所述補償信號以補償所述輸出電壓的偏差的步驟包括：所述補償電路回應於導致所述輸出電壓的偏差的特定事件，產生所述補償電流。
  16. 如請求項15之補償方法，其中，所述特定事件是DVID事件，並且生成所述補償信號的步驟包括根據所述電壓調節器的輸出電容器的電容值以及將所述輸出電壓從第一電壓設置改變到第二電壓設置的轉換速率，產生所述補償電流。
  17. 如請求項15之補償方法，其中，所述電壓調節器為多相電壓調節器，所述特定事件為相數改變事件，生成所述補償信號的步驟包括根據第一相數與第二相數之差來產生所述補償電流。
  18. 如請求項15之補償方法，其中，所述特定事件是操作模式轉換事件。
  19. 如請求項18之補償方法，其中，所述操作模式轉換事件包括CCM 和DCM之間的轉換。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021106712A1 (zh) * 2019-11-26 2021-06-03
US11860660B2 (en) * 2021-06-02 2024-01-02 Mediatek Singapore Pte. Ltd. Apparatus and method of performing load transient frequency detection for dynamically managing controllable circuit in voltage regulator
US20240118740A1 (en) * 2022-10-06 2024-04-11 Google Llc Workload-Aware Voltage Regulator Tuning

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1848018A (zh) * 2005-04-15 2006-10-18 矽创电子股份有限公司 快速回复的低压降线性稳压器
US20090121695A1 (en) * 2005-12-19 2009-05-14 Primarion, Inc. Methods and apparatus for a multiphase power regulator
TWI559112B (zh) * 2015-07-03 2016-11-21
TWM545931U (zh) * 2017-04-19 2017-07-21 群光電能科技股份有限公司 偵測電流以切換電壓的控制電路
TW202102059A (zh) * 2019-06-28 2021-01-01 聚積科技股份有限公司 補償式電流校正裝置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7521913B2 (en) * 2004-09-10 2009-04-21 Primarion Corporation Active transient response circuits, system and method for digital multiphase pulse width modulated regulators
US7436158B2 (en) * 2006-07-27 2008-10-14 Richtek Technology Corp. Low-gain current-mode voltage regulator
US8179699B2 (en) * 2008-12-31 2012-05-15 Stmicroelectronics S.R.L. Method for controlling a switching regulator and related switching regulator
US8169201B2 (en) * 2009-05-05 2012-05-01 City University Of Hong Kong Output compensator for a regulator
TWI444806B (zh) * 2011-01-31 2014-07-11 Richtek Technology Corp 適應性溫度補償電路及方法
CN103219885B (zh) * 2012-01-20 2015-08-12 百富(澳门离岸商业服务)有限公司 Dc至dc转换器
US8860394B2 (en) * 2012-06-28 2014-10-14 Intersil Americas LLC Fast dynamic voltage response for voltage regulators with droop control
EP2775599B1 (en) * 2013-03-04 2018-09-05 Nxp B.V. Boost converter
US9541974B1 (en) * 2013-03-15 2017-01-10 Maxim Integrated Products, Inc. Voltage transition technique for a voltage converter
US9726697B2 (en) * 2014-12-31 2017-08-08 Texas Instruments Incorporated Coupled inductor current sensing apparatus and systems
CN109713889B (zh) * 2019-01-30 2021-04-13 成都芯源系统有限公司 一种功率因数校正电路及其控制方法
CN111880598B (zh) * 2020-08-25 2021-06-08 电子科技大学 一种自适应负载线缆的电压补偿电路
US11909306B2 (en) * 2021-04-13 2024-02-20 Apple Inc. Transient compensation for power converter circuits

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1848018A (zh) * 2005-04-15 2006-10-18 矽创电子股份有限公司 快速回复的低压降线性稳压器
US20090121695A1 (en) * 2005-12-19 2009-05-14 Primarion, Inc. Methods and apparatus for a multiphase power regulator
TWI559112B (zh) * 2015-07-03 2016-11-21
TWM545931U (zh) * 2017-04-19 2017-07-21 群光電能科技股份有限公司 偵測電流以切換電壓的控制電路
TW202102059A (zh) * 2019-06-28 2021-01-01 聚積科技股份有限公司 補償式電流校正裝置

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