具有改進(jìn)的瞬態(tài)響應(yīng)的前饋電流模式切換調(diào)節(jié)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及切換調(diào)節(jié)器，且尤其是涉及一種用以改進(jìn)對(duì)負(fù)載瞬態(tài)或輸出電壓調(diào)整的輸出電壓響應(yīng)的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]切換調(diào)節(jié)器通常在10kHz到5MHz的頻率下切換。一種常見類型的切換調(diào)節(jié)器為電流模式(CM)調(diào)節(jié)器。在CM調(diào)節(jié)器中，存在檢測(cè)經(jīng)過電源開關(guān)或經(jīng)過電感器的斜坡電流的快速電流回路，及檢測(cè)輸出電壓的慢得多的電壓回路。連接到調(diào)節(jié)器的輸出的大電容器使輸出電壓平滑。
[0003]當(dāng)存在負(fù)載電流瞬態(tài)時(shí)，例如當(dāng)負(fù)載進(jìn)入或離開備用模式時(shí)，負(fù)載電流可瞬時(shí)地改變。舉例來說，如果負(fù)載離開備用模式，那么電流的瞬時(shí)增加將從輸出電容器汲取電荷且致使輸出電壓暫時(shí)地下降直到下一切換周期為止。在下一切換周期期間，調(diào)節(jié)器檢測(cè)降低的輸出電壓且增加電源開關(guān)的占空比以補(bǔ)償增加的負(fù)載電流。針對(duì)電流瞬態(tài)的校正為電壓反饋回路帶寬的函數(shù)，且因此占用許多時(shí)鐘周期，從而引起輸出電壓紋波。
[0004]此類紋波可致使經(jīng)調(diào)節(jié)電壓轉(zhuǎn)變出所需操作范圍。需要一種用于在不顯著地增加負(fù)載電容的情況下縮減調(diào)節(jié)器歸因于負(fù)載電流瞬態(tài)的輸出電壓紋波的技術(shù)。
[0005]另外，一些應(yīng)用需要切換調(diào)節(jié)器以響應(yīng)于外部命令信號(hào)而對(duì)其經(jīng)調(diào)節(jié)電壓電平進(jìn)行階躍改變。一旦接收到外部產(chǎn)生的命令信號(hào)，就對(duì)相對(duì)緩慢的電壓回路中的反饋電壓或參考電壓進(jìn)行改變以致使調(diào)節(jié)器輸出新電壓。在典型調(diào)節(jié)器中，所述調(diào)節(jié)器調(diào)整其占空比以使反饋電壓與施加到誤差放大器的參考電壓匹配。改變反饋電壓(以改變經(jīng)調(diào)節(jié)電壓)可通過改變連接在輸出電壓與到誤差放大器中的輸入之間的電阻分壓器中的電阻器比率。然而，改變到誤差放大器中的參考電壓被認(rèn)為是用以改變經(jīng)調(diào)節(jié)輸出電壓的較簡(jiǎn)單方式?？墒褂糜靡愿淖兎答侂妷旱钠渌绞?；然而，所有此類改變是在相對(duì)緩慢的電壓回路中執(zhí)行。歸因于電壓回路的緩慢反應(yīng)時(shí)間，在調(diào)節(jié)器輸出新經(jīng)調(diào)節(jié)電壓之前存在延遲，例如針對(duì)0.1伏特的階躍存在大約30 μ S或更大的延遲。不論電壓階躍是在正方向上還是在負(fù)方向上都會(huì)發(fā)生延遲。在最佳設(shè)計(jì)中，不能在不會(huì)不利地影響相位裕度的情況下增加電壓回路帶寬。
[0006]需要一種用于在調(diào)節(jié)器響應(yīng)于外部命令信號(hào)而輸出目標(biāo)經(jīng)調(diào)節(jié)電壓之前縮減延遲以改變經(jīng)調(diào)節(jié)輸出電壓的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]揭示一種新穎CM調(diào)節(jié)器，其接收識(shí)別即將發(fā)生的負(fù)載電流階躍(或負(fù)載電流的任何其它改變)的信號(hào)，且作為響應(yīng)而使調(diào)節(jié)器的控制回路中的信號(hào)偏移以大約在負(fù)載電流階躍時(shí)增加或減低電源開關(guān)的占空比，使得調(diào)節(jié)器在負(fù)載電流階躍時(shí)向負(fù)載供應(yīng)所需電流，而不要求電壓回路作出響應(yīng)，從而引起輸出電壓紋波的實(shí)質(zhì)縮減。偏移實(shí)質(zhì)上立即發(fā)生，因此，補(bǔ)償在下一時(shí)鐘周期之前發(fā)生。因此，補(bǔ)償在輸出電壓歸因于電流階躍的偏差的任何檢測(cè)之前發(fā)生。紋波縮減的量是顯著的，這是因?yàn)殡妷夯芈吠ǔw因于所述回路為了保證最佳穩(wěn)定性而需要有限帶寬而緩慢地對(duì)電流階躍作出響應(yīng)。
[0008]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)載控制器在負(fù)載電流階躍之前不久產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于預(yù)期負(fù)載電流階躍(向上或向下)的數(shù)字信號(hào)。所述信號(hào)可將電流階躍的量值指定為任何分辨率。數(shù)字信號(hào)可在負(fù)載電流階躍的0.5uS內(nèi)被發(fā)送，且優(yōu)選地在電流階躍之前的CM調(diào)節(jié)器的時(shí)鐘周期內(nèi)被發(fā)送。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于調(diào)節(jié)器中的必要電流反饋偏移的經(jīng)縮放模擬偏移信號(hào)。將偏移電壓(正或負(fù))與快速電流回路信號(hào)求和以使電流反饋信號(hào)偏移，所述電流反饋信號(hào)通常識(shí)別經(jīng)過功率級(jí)的瞬時(shí)電流。因?yàn)殡娫撮_關(guān)的占空比是部分地由所檢測(cè)的電流反饋信號(hào)確定，所以偏移會(huì)產(chǎn)生假設(shè)電流階躍已經(jīng)發(fā)生的假反饋條件。因此，調(diào)節(jié)器瞬時(shí)地對(duì)偏移條件作出反應(yīng)以在切換周期期間產(chǎn)生比通常產(chǎn)生的電流更多或更少的電流。因此，當(dāng)負(fù)載電流改變時(shí)，調(diào)節(jié)器已經(jīng)作出反應(yīng)以向負(fù)載供應(yīng)所需電流，從而引起輸出電壓紋波的縮減。
[0009]只要偏移致使在調(diào)節(jié)器對(duì)輸出電壓改變作出反應(yīng)之前進(jìn)行占空比調(diào)整，偏移就可甚至緊接地在電流階躍之后(例如，在0.5uS之后的時(shí)間內(nèi))發(fā)生，且仍然縮減紋波。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，如果電源開關(guān)已經(jīng)在一時(shí)鐘周期期間被停用，例如，通過觸發(fā)器的復(fù)位，那么在偏移信號(hào)時(shí)，偏移電路系統(tǒng)向觸發(fā)器提供設(shè)置信號(hào)以針對(duì)那個(gè)時(shí)鐘周期來重新啟用電源開關(guān)。因此，電源開關(guān)不必等待下一時(shí)鐘周期以向負(fù)載供應(yīng)額外電流。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，偏移條件針對(duì)電流階躍的長(zhǎng)度保持固定，直到負(fù)載控制器傳輸識(shí)別即將發(fā)生的負(fù)載電流階躍的另一數(shù)字碼為止。
[0012]偏移可應(yīng)用于某些調(diào)節(jié)器配置中的電流回路或電壓回路。任何CM調(diào)節(jié)器可被容易地修改以并入有改變，而不影響調(diào)節(jié)器在非瞬態(tài)條件期間的操作。電壓偏移可應(yīng)用于任何調(diào)節(jié)器拓?fù)?。偏移可用于其中比較器基于電流信號(hào)而觸發(fā)的任何調(diào)節(jié)器中。
[0013]此一般技術(shù)還可應(yīng)用于對(duì)外部命令信號(hào)作出響應(yīng)以改變電流模式調(diào)節(jié)器的輸出電壓。除了修改緩慢電壓回路中的參考電壓或反饋電壓以致使產(chǎn)生新經(jīng)調(diào)節(jié)輸出電壓(其可以常規(guī)方法而完成)以外，也在快速電流回路中應(yīng)用短暫偏移，以良好地在電壓回路響應(yīng)于經(jīng)修改的反饋電壓而達(dá)到目標(biāo)電壓之前使輸出電壓快速地階躍到目標(biāo)電壓。在命令調(diào)節(jié)器使其輸出電壓從1.8伏特升高到1.9伏特的外部命令信號(hào)的實(shí)例中，將電流偏移引入到快速電流回路中，例如針對(duì)8uS，以針對(duì)將輸出電壓增加0.1伏特所需要的持續(xù)時(shí)間來瞬時(shí)地將額外電流供應(yīng)到輸出電容器。達(dá)到電壓階躍所需要的額外電流及持續(xù)時(shí)間是由方程式I=CAV/AT確定?？尚枰鄠€(gè)切換周期以供應(yīng)所需電流。因?yàn)殡娫撮_關(guān)電流以已知速率斜升且電容是已知的，所以偏移的所需持續(xù)時(shí)間(其增加電源開關(guān)的接通時(shí)間)可被容易地計(jì)算且被編程到解碼器中以供應(yīng)額外電流來快速地增加輸出電壓。編程到解碼器中的偏移時(shí)間對(duì)應(yīng)于達(dá)到由數(shù)字外部命令信號(hào)指定的輸出電壓所需要的所需電壓階躍。也在外部命令信號(hào)指定輸出電壓的向下階躍時(shí)應(yīng)用這種相同技術(shù)，其中在電流回路中應(yīng)用相反偏移以在簡(jiǎn)短時(shí)期內(nèi)快速地減低電源開關(guān)的接通時(shí)間。一旦已將輸出電容器充電到所需輸出電壓，且已移除電流偏移，調(diào)節(jié)器就正常地操作，其中電壓回路使用經(jīng)修改的參考電壓或反饋電壓來控制輸出電壓。已使用此技術(shù)而達(dá)到電壓瞬態(tài)響應(yīng)的3倍改進(jìn)。
[0014]其它實(shí)施例被描述。
【附圖說明】
[0015]圖1說明常規(guī)的但被擴(kuò)增有本發(fā)明的偏移電路系統(tǒng)的電流模式(CM)切換調(diào)節(jié)器。
[0016]圖2說明常規(guī)的但被擴(kuò)增有本發(fā)明的偏移電路系統(tǒng)的CM切換調(diào)節(jié)器的另一實(shí)施例。
[0017]圖3為識(shí)別在實(shí)行本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例時(shí)采用的某些步驟的流程圖。
[0018]圖4到12為來自模擬的曲線圖。
[0019]圖4說明響應(yīng)于負(fù)載電流階躍而進(jìn)行的現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的信號(hào)的模擬。
[0020]圖5為圖4中的輸出電壓線的特寫。
[0021]圖6說明響應(yīng)于負(fù)載電流階躍而進(jìn)行的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的信號(hào)的模擬。
[0022]圖7為圖6中的輸出電壓線的特寫，其展示極大縮減的輸出電壓紋波。
[0023]圖8說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的信號(hào)的模擬，其中偏移是在無負(fù)載電流階躍的情況下產(chǎn)生。
[0024]圖9說明對(duì)輸出電壓紋波的效應(yīng)，其中偏移信號(hào)歸因于調(diào)節(jié)器中的時(shí)鐘周期延遲而被過遲地施加。
[0025]圖10說明對(duì)輸出電壓紋波的效應(yīng)，其中偏移信號(hào)的定時(shí)被較好地控制為在負(fù)載電流階躍時(shí)發(fā)生。
[0026]圖11說明對(duì)常規(guī)CM調(diào)節(jié)器中的負(fù)載電流階躍的4相瞬態(tài)響應(yīng)，其引起大輸出電壓紋波。
[0027]圖12說明根據(jù)本發(fā)明的4相CM調(diào)節(jié)器的瞬態(tài)響應(yīng)，其以負(fù)載瞬態(tài)與電流比較器偏移調(diào)整之間的可變時(shí)間延遲而對(duì)40A負(fù)載電流階躍作出響應(yīng)。
[0028]圖13說明現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)節(jié)器的輸出電壓，此時(shí)對(duì)外部命令信號(hào)作出響應(yīng)以使輸出電壓從1.8伏特增加到1.9伏特，接著回落到1.8伏特。
[0029]圖14說明根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)器的輸出電壓，此時(shí)對(duì)外部命令信號(hào)作出響應(yīng)以使輸出電壓從1.8伏特增加到1.9伏特，接著回落到1.8伏特。
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