自適應(yīng)電壓定位直流穩(wěn)壓器及其控制器和控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子電路，尤其涉及自適應(yīng)電壓定位直流穩(wěn)壓器及其控制器和控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在應(yīng)用于膝上電腦、臺(tái)式機(jī)、服務(wù)器以及電信設(shè)備的大電流直流穩(wěn)壓器中，自適應(yīng)電壓定位控制(AVP control, adaptive voltage posit1n control)被廣泛使用以提高系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)并降低負(fù)載功耗。圖1A示出了 AVP控制的基本原理，其中Vout代表直流穩(wěn)壓器的輸出電壓，1ut代表直流穩(wěn)壓器的輸出電流，Vref代表參考電壓。如圖1A所示，當(dāng)輸出電流1ut增大時(shí)，輸出電壓Vout降低，兩者之間的關(guān)系可以表示為:
[0003]Vout = Vref-Rdroop^1ut(I)其中 Rdroop 為圖1A 所不斜線的斜率。
[0004]圖1B對(duì)比了采用AVP控制和不采用AVP控制的直流穩(wěn)壓器的瞬態(tài)響應(yīng)。如該圖所示，對(duì)于不采用AVP控制的直流穩(wěn)壓器而言，由于輸出電壓Vout在負(fù)載變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)過沖和下沖，僅一半的容差范圍可用。而對(duì)于采用AVP控制的直流穩(wěn)壓器，其輸出電壓Vout在滿載時(shí)被調(diào)節(jié)至略高于最小值Vmin，在輕載時(shí)被調(diào)節(jié)至略低于最大值Vmax。因此，在負(fù)載跳變時(shí)期其整個(gè)容差范圍均可用，從而允許直流穩(wěn)壓器采用更小的輸出電容器。此外，由于輸出電流1ut增大時(shí)輸出電壓Vout減小，直流穩(wěn)壓器滿載時(shí)的輸出功率下降，這無疑極大地降低了熱設(shè)計(jì)的難度。
[0005]圖2示出了一種常見的現(xiàn)用技術(shù)，其中AVP通過流過外置電阻器Rl的電流K0*1ut來實(shí)現(xiàn)。在該現(xiàn)有技術(shù)中，輸出電壓Vout與輸出電流1ut之間的關(guān)系可以表示為:
[0006]Vout = Vref_Rl*KO*1ut (2)因而斜率 Rdroop 可以表不為:
[0007]Rdroop = R1*K0(3)
[0008]如公式(3)所示，斜率Rdroop由外置電阻器Rl決定，其在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)難以被在線調(diào)節(jié)，而且也難以滿足不同應(yīng)用情況下的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種用于自適應(yīng)電壓定位直流穩(wěn)壓器的控制器，其中直流穩(wěn)壓器產(chǎn)生輸出電壓和輸出電流，并包括具有第一端和第二端的電阻器，該電阻器的第一端耦接至輸出電壓。該控制器包括:可控電流源，耦接至電阻器的第二端，提供與輸出電流成比例的主電流；電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器，接收數(shù)字信號(hào)和輸出電流，并基于數(shù)字信號(hào)和輸出電流，向電阻器的第二端提供調(diào)節(jié)電流；以及誤差放大器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收參考電壓，第二輸入端耦接至電阻器的第二端，輸出端提供補(bǔ)償信號(hào)以調(diào)節(jié)輸出電壓。
[0010]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種自適應(yīng)電壓定位直流穩(wěn)壓器，包括如前所述所述的控制器。
[0011]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種自適應(yīng)電壓定位直流穩(wěn)壓器，包括:開關(guān)電路，產(chǎn)生輸出電壓和輸出電流；電壓采樣電路，耦接至開關(guān)電路，基于輸出電壓產(chǎn)生代表輸出電壓的電壓采樣信號(hào)；電流采樣電路，耦接至開關(guān)電路，基于輸出電流產(chǎn)生代表輸出電流的電流采樣信號(hào)；電阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至電壓采樣電路以接收電壓采樣信號(hào)；可控電流源，耦接至電阻器的第二端，提供與電流采樣信號(hào)成比例的主電流；電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器，耦接至電流采樣電路，基于數(shù)字信號(hào)和電流采樣信號(hào)向電阻器的第二端提供調(diào)節(jié)電流；誤差放大器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收參考電壓，第二輸入端耦接至電阻器的第二端，輸出端提供補(bǔ)償信號(hào)；以及控制電路，耦接至誤差放大器的輸出端以接收補(bǔ)償信號(hào)，并基于補(bǔ)償信號(hào)產(chǎn)生控制信號(hào)以控制開關(guān)電路。
[0012]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種用于自適應(yīng)電壓定位直流穩(wěn)壓器的控制方法，其中直流穩(wěn)壓器產(chǎn)生輸出電壓和輸出電流，并包括具有第一端和第二端的電阻器，該電阻器的第一端耦接至輸出電壓。該控制方法包括:將與輸出電流成比例的主電流提供至電阻器的第二端；接收數(shù)字信號(hào)；基于數(shù)字信號(hào)和輸出電流，產(chǎn)生調(diào)節(jié)電流；將調(diào)節(jié)電流提供至電阻器的第二端；基于參考電壓與電阻器第二端的電壓，產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)；以及基于補(bǔ)償信號(hào)調(diào)節(jié)輸出電壓。
【附圖說明】
[0013]圖1A示出AVP控制的基本原理；
[0014]圖1B示出采用AVP控制和不采用AVP控制的直流穩(wěn)壓器在負(fù)載跳變時(shí)的工作波形；
[0015]圖2示出了常用的AVP控制技術(shù)；
[0016]圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)?；旌螦VP控制的原理性框圖；
[0017]圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器302A的電路原理圖；
[0018]圖5根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的直流穩(wěn)壓器500的原理性框圖；
[0019]圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的直流穩(wěn)壓器500A的原理性框圖；
[0020]圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多相直流穩(wěn)壓器500B的原理性框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是:不必采用這些特定細(xì)節(jié)來實(shí)行本發(fā)明。在其他實(shí)例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
[0022]在整個(gè)說明書中，對(duì)“ 一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“ 一個(gè)示例”或“示例”的提及意味著:結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在整個(gè)說明書的各個(gè)地方出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”、“一個(gè)示例”或“示例”不一定都指同一實(shí)施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和、或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)稱“元件” “連接到”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時(shí)，不存在中間元件。相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出的項(xiàng)目的任何和所有組合。
[0023]圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)?；旌螦VP控制的原理性框圖。與圖2類似，圖3所示電路包括電阻器R1、可控電流源301以及誤差放大器AMP1。電阻器Rl包括第一端(a)和第二端(b)，其中第一端(a)耦接至輸出電壓Vout?？煽仉娏髟?01耦接至電阻器Rl的第二端(b)，提供與輸出電流1ut成比例的主電流(K*1ut)。誤差放大器AMPl具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其中同相輸入端接收參考電壓Vref，反相輸入端耦接至電阻器Rl的第二端(b)，輸出端提供補(bǔ)償信號(hào)COMP以調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓器的輸出電壓Vout。
[0024]與圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)相比，圖3所示的實(shí)施例還進(jìn)一步包括電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器
(digital-analog converter, DAC) 302。電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器 302 接收數(shù)字信號(hào)[D1，D2，......，
Dn]和輸出電流lout，并基于該數(shù)字信號(hào)和輸出電流lout，向電阻器Rl的第二端(b)提供調(diào)節(jié)電流Itune。數(shù)字信號(hào)[D1，D2，……，Dn]可以由用戶或上層控制器通過通訊協(xié)議(例如電源管理總線)提供并儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器中。它也可以被直接存儲(chǔ)于EEPR0M(electricallyerasable programmable read-only memory，電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)中。
[0025]電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器302可具有任何合適的結(jié)構(gòu)，其提供的調(diào)節(jié)電流Itune可以表示為:
[0026]Itune = 1ut*f (Dl, D2,...，Dn)(4)而電阻器 Rl 第二端(b)的電壓可以表示為:
[0027]Vb = Rl*[K*1ut+1ut*f (Dl, D2,...，Dn) ] +Vout(5)在誤差放大器 AMPl 的調(diào)節(jié)下，輸出電壓Vout可以表示為:
[0028]Vout = Vref-Rl*[K*1ut+1ut*f (Dl, D2,...，Dn) ](6)基于公式(6)，可以得出斜率Rdroop的表達(dá)式:
[0029]Rdroop = Rl*[K+f(Dl，D2,...,Dn)] (7)
[0030]這意味著，Rdroop由電阻器Rl同數(shù)字信號(hào)[Dl, D2，……，Dn]共同決定。因此，在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)可以簡(jiǎn)單地通過改變數(shù)字信號(hào)[Dl，D2，……，Dn]來調(diào)節(jié)Rdroop，而不再需要手動(dòng)改裝電阻器R1，這無疑實(shí)現(xiàn)了對(duì)Rdroop的在線靈活調(diào)節(jié)。此外，不同的應(yīng)用可能需要不同的Rdroop。在Intel的CPU應(yīng)用中，Rdroop在0.5毫歐左右，而對(duì)于電信應(yīng)用而言，Rdroop大約為5毫歐。位于控制器外的電阻器Rl可用于Rdroop的粗略設(shè)置，而數(shù)字信號(hào)[D1，D2，……，Dn]可用于Rdroop的細(xì)致調(diào)節(jié)。這大大地減少了電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，也降低了大范圍電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)難度。
[0031]圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器302A的電路原理圖。電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器302A包括多個(gè)并聯(lián)支路，其中每個(gè)支路包括由數(shù)字信號(hào)[D1，D2，……，Dn]控制的開關(guān)管以及串聯(lián)耦接至開關(guān)管的電流源。該電流源提供與輸出電流1ut成比例的電流。圖4所示的實(shí)施例包括η個(gè)支路，各支路中的開關(guān)管分別由D1、D2、……、Dn控制。各支路中電流源