专利名称：确定来自滤波器组件信息的操作特性的开关电源(smps)控制器集成电路的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及设置开关电源(SMPQ操作特性的技术，更具体地，涉及SMPS控制器集成电路，其内部调节来自特定滤波器组件信息的操作特性参数。
背景技术：
被称作为开关电源(SMPS)的开关功率变换器，当前广泛用于如系统电源、AC功率变换器的应用，与局部供电一样，也称作为载荷点(PoL)供电，如用于微处理器的稳压器模块(VRM)。在SMPS中，一个或多个如电感或变压器的磁性存储元件，由开关电路通电和阻断，以及通常周期地将该存储的能量传送到一个或多个电容性存储元件。该SMPS的输出电压或输出电流(或该输出电压/电流的模拟)由传感电路所感应并用来控制该开关电路使得在多个输入电压、输出负载和温度变化范围上提供电压或电流的调整。补偿电路或“补偿器”在该传感电路和该开关电路之间的变换器的反馈和/或前馈路径中被提供，并设置该SMPS的到该感应的输出电压和/或电流的控制响应。该补偿器修改该变换器的闭环响应以确保该变换器稳定，即，该输出功能良好，并确保所需的操作环境。通常由控制器集成电路(IC)来提供该补偿器，该控制器电路通常接收与输出电压信息一起的输出电流和/或电压信息，并生成一个或多个输出控制信号以控制该SMPS开关电路。在模拟补偿方案中，使用外部组件与该控制器IC的内部放大器一起用来提供该补偿器滤波器。在多个应用中为通用目的所设计的集成电路控制器一般包括补偿器，其可在宽范围的频率和相位响应特性之上被调整。在传统的模拟补偿器实施方式中，该反馈信号链的控制器IC显露电路节点的外部终端实现该补偿器。无源组件，通常连接到该集成电路的一个或多个终端处的电阻和电感，提供了一种网络，该网络直接确定该补偿器频率响应，根据在该网络中的元件与该补偿器内部元件的相互作用。例如，连接到该放大器的输出和输入的RC反馈和输入网络可设置对于该IC为内部的放大器级的极点和零点，该放大器连接该 IC的终端。该电阻和电容的值由从该补偿器响应的极点和零点的所需位置来确定，其首先从该实际SMPS实施方式的线路/负载环境和外部组件处来确定。在数字功率控制应用中，该补偿器通常是由数字信号处理块或专用滤波器逻辑单元所提供的数字补偿器。系数，其为规定需要提供该响应的离散时间计算的浮点或定点数， 被提供给该控制器，通过例如自动补偿启动校准的技术，通过在具有这些系数的控制器IC 内的可编程非易失性(NV)存储器，其可在启动处被读出，或通过从外部存储装置处读出这些系数。这些系数值通常由计算机程序来确定，该计算机程序由电源设计者用来指定对该控制器外部的SMPS的组件值，例如该控制器IC外部的滤波器组件的电感、电容和电阻，其随后由该程序用来计算为获取由该设计者所选择的特定响应而需要的系数。实践中，需要的是能够结合并开始测试SMPS设计而不需要使用设计程序来确定该最初补偿值和将这些值编写入原型单元中。在许多例子中，SMPS控制器IC在特定应用中被估算而没有扩展工程设计时间的奢侈或没有所有这些必需品工具的可用性。然而，由于用于典型控制器IC的外部组件值的宽范围，没有一些基于为SMPS设计所选的实际外部组件值的补偿，不能肯定稳定的操作，和因而有用的估算。另外，在SMPS设计中每次组件值、 类型或操作参数(如输入电压)发生变化时，则必须使用该计算机程序和任意必须的NV存储编程工具以更新该补偿系数。最后，该SMPS的其他操作参数基于该滤波器组件值，如输出波动、瞬态响应等，并因此在滤波器组件值变化时，影响操作特性而不是该SMPS的补偿。因此，将需要的是提高一种数字补偿SMPS控制器IC，其能够被补偿而没有采取确定该补偿器系数的设计程序。将进一步需要的是，提供例如SMPS控制器IC，其不需要用于初始化的NV存储编程者或外部存储装置。将进一步需要的是，提供一种SMPS控制器IC，其中可控制基于滤波器组件值或类型的其他操作特性来提供并保持SMPS的所需操作。
发明内容
上述目标，与其他一样，在集成电路(IC)控制器中为开关模式电源(SMPQ和其操作方法而获得。该SMPS控制器IC包括转换块，其可以是处理器、一个或多个查找表或专用逻辑，其从提供给该控制器IC指示在该SMPS的输出滤波器中组件值和/或类型的信息处计算该SMPS的一个或多个操作特性。该操作特性可能是在该控制器IC内数据补偿器的频率/相位响应，该控制器IC 控制该SMPS控制器回路的频率和相位响应，或可能是控制由该滤波器组件类型或值所影响的SMPS操作特性的另一电路。该滤波器组件值和/或类型信息可在该集成电路的终端处，或通过在该终端、连接该终端的电容或电感处提供的逻辑值来提供，使得该电阻或电容的值指示该外部SMPS 组件的值，或来自包含该外部组件值的外部数据存储器。用来指定该滤波器组件的值或类型信息的电阻或电容不是该滤波器组件本身，以及不直接形成该补偿器电路的一部分。可替换地，可在该控制器IC内将该滤波器组件值编入非易失性(NV)存储器。从以下描述本发明的前述和其他目标、特征和优点将是显然易见的，更特别地，如在附图中所描述的本发明优选实施方案的说明处所述。
图1是依照本发明实施方案描绘SMPS的原理图。图2是依照本发明实施方案提供由滤波器组件值所设置的数字补偿器响应的伯特幅值图。图3A和;3B是依照本发明实施方案，描绘可用来实施图1的SMPS的外部组件值传感电路的原理图。图4是依照本发明另一实施方案描绘SMPS的原理图。图5A和5B是依照本发明实施方案，描绘可用来实施图1和图4的SMPS的参数转换块的原理图。
具体实施方式
本发明包括开关电源(SMPS)控制器集成电路(IC)和它们的操作模式。依照本发明的SMPS技术和IC将指出该SMPS的输出滤波器组件的值或类型的信息转换，一般地，连接该SMPS输出终端的外部电感和电容。本发明的IC包括计算或查找该SMPS控制变量值的“转换”块，如确定在该IC内数字补偿器的响应的系数。通过将该滤波器组件值和/或类型信息直接提供到原型中，而不是提供如补偿系数或资料的控制变量，将该IC结合到特殊设计中的设计者或其他终端用户可轻松地集成该IC并对外部SMPS滤波器组件值进行改变，而不需要该设计者为一特定外部SMPS滤波器组件集去计算该实际补偿器参数(如极点 /零点位置，增益项，系数)。例如，依照本发明的实施方案的集成电路可具有单个控制终端，具有控制终端指示给该数据补偿器在该SMPS LC滤波器中的电容是陶瓷或铝电解式的逻辑状态。该IC内的数据补偿器随后依照提供在该控制终端处的指示进行调整，提供了用来制造以调整组合件以接收陶瓷或铝电解的单个机制，通过改变电路板或放置跳线以改变该控制终端的状态。 这样的控制终端也能够为设计者提供轻松机制以在电路估算期间改变该电容类型。一般地，依照本发明实施方案的SMPS控制器IC将接收到参数信息，如输出滤波器电感量和串联电阻，输出滤波器电感量和等价串联电阻(esr)。从该提供的滤波器组件值和其他信息，如输入电压和切换频率，一般可确定一个或多个控制参数如用于该补偿器的极点/零点位置和增益项，由于该控制权IC包括该SMPS的大部分(如，该SMPS的那些部分而不是该外部滤波器组件)，其确定了该SMPS的整体动态行为。现在参照这些图，特别参照图1，示出了依照本发明实施方案的SMPS。该描绘的变换器是DC到DC降压式变换器，但理解的是本发明的这些技术用于其他拓扑的SMPS和输入 /输出电压类型，如一般地具有反馈或前馈补偿器的SMPS —样，该补偿器移动该低频谐振， 由于该电感式和电容式能量存储元件的相互作用，并随后将该变换器的增益削减到预定滚降频率之上以对于在该SMPS的控制带宽之上频率保持稳定性。另外，本发明的这些技术用于操作性控制变量的调整，而不是或作为补充的，补偿器相位和频率响应。然而，为了用于描述，将在本发明中提供的滤波器组件信息转换成用于在以下实施方案中示范性描述的补偿器控制。特别地，该LC滤波器组件的电感和电容至少部分地确定由该数字补偿器所提供的SMPS控制回路响应以设置该SMPA的所需动态行为。该采用的补偿也可以有效地取消或利用该“寄生”极点或零点的效果，如利用由在电压模式SMPS控制回路中输出电容esr 所引起的零点。由于在这样应用中的esr的变化将引起在该回路响应中的变化，必须考虑该esr。例如，电解电容通常提供了在足够低的频率处的esr零点，使得将从该esr零点所引入的重要相位导入在该交叉频率处的回路响应，即，在该频率处该SMPS回路增益达到统一。在现今，SMPS变换器，如在数字补偿器的响应中可能需要的零点，基于该输出电容的 esr。如果该esr为高(如，如果该输出电容是电解类型)，由该esr与该输出电容的交互作用在该响应中所导入的作为结果的零点一般足以避免在高频处的振荡。然而，如果使用了陶瓷电容，在该SMPS控制回路响应中可能需要附加的零点，并因此由该数字补偿器所提供。另外，如果陶瓷和电解并行同时出现，可能需要额外的零点，但可能在不同频率处需要它。仅仅知道该输出电容的类型可能提供足够的信息以确定是否必要去补偿esr零点，或不补偿。图1的降压式变换器包括数字补偿器16，其通过外部指定参数的组件集由提供指定如电感L和电容Ctl的外部组件值和/或类型的信息来调整，其在该描述的示例中是电阻
Rpi、Rp2 和 Rp3 。在一对输出终端上和跨在电容Cin上提供了输入电压VIN。包括晶体管Pl和m的开关电路可替换地切换电感L的第一终端，在连接输入电压Vin的终端和接地之间。该电感 L的第二终端连接输出电容Ctl，其可能是单个的电容Ctl或电阻组。电容Ctl耦合到使用连接到负载的终端，在该图中由阻抗4所表示。电源控制器集成电路(IC)IO操作由晶体管Pl 和m组成的开关电路，依照由模数转换器(ADC) 14和数字补偿器16所提供的控制回路，其将该控制输入值提供给脉冲宽度调制器(PWM) 12。PWM12由数字脉冲宽度调制器(DPWM)所示范，但理解的是，如模拟PWM和数字脉冲频率调制器(DPFM)的其他调制器类型可用于本发明的替换实施方案中。模数转换器14 一般将信息提供给与输出电压、输入电压和输出电流有关的数字补偿器16，但在特定实施方案中，可能未出现所有的上述输入变量。在最低限度处，对于电压类型控制，至少该输出电压由ADC14所测量以及在电流类型控制应用中，该电感或切换晶体管电流将一般地一起被测量，除非使用了一种从输出电压变化处推断该输出电流的技术。误差总计电路13，从参考电压Vkef处减去在阻抗\上的输出电压，以将误差电压提供给ADC 14。可替换地，可由ADC 14直接地测量该输出电压。该数字补偿器16的响应部分由来自参数转换块18所提供的系数来决定。参数转换块18接收与一个或多个外部组件“参数”相关的信息，如，电感L的电感、输出电容Ctl的电容或输出电容Ctl的实际esr值，与其他可能的外部组件值或类型一样，包括“寄生”值如传感器/变压器线圈电阻和电容等。参数转换块18从外部组件值传感电路30处接收参数信息，该电路在该描述的实施例中，确定该电阻Rpi、Rp2和Rp3的电阻，或至少由该电阻Rpi、 Rp2和I P3的实际电阻值落在的值范围所指示的数量。如以下将描述的一样，可替换地使用电容，或可能将两种组件的合并用于外部组件值传感电路30的正确供应，该电路能够确定电阻或电容是否连接该控制器IC 10的外部终端之一。当上述的外部电阻和/或电容用来指定组件参数(如，输出滤波器组件值或类型)时，该上述的外部电阻和/或电容不直接地确定该回路响应，例如在模拟控制器中，其中外部电阻和电容用来实施补偿滤波器。该外部电阻和/或电容也不是用来直接地指出或选择该补偿系数或频率响应。通过计算的或查找的处理来转换该组件参数，该处理合并如输入电压、切换频率、所需回路响应和多个外部组件值的信息以获得将由数字补偿器16实施的响应。参数转换块18为电阻I P1、Rp2和Rp3的每一个使用了来自外部组件值传感电路30 所提供的值/范围信息，并使用该值/范围信息以计算或查找可能包括增益项、Z变换系数、 极点/零点位置等的补偿参数，用来设置数字补偿器16的频率/相位响应。例如，下列表可用于电阻I^pi、‘和‘的值
权利要求
1.一种控制开关功率变换器的集成电路，该集成电路包括数字控制块，所述数字控制块用于根据由一个或多个可调整的系数所确定的响应来控制该开关功率变换器的开关；和转换块，所述转换块用于将指出该集成电路外部的开关功率变换器的输出滤波器的至少一个组件的值或类型的至少一个的信息转换，以确定该一个或多个可调整的系数。
2.如权利要求1所述的集成电路，其中该数字控制块是确定该开关功率变换器的控制回路的频率和相位响应的数字补偿器，其中该一个或多个可调整系数调整该控制回路的频率和相位响应。
3.如权利要求1所述的集成电路，其中该转换块耦合该集成电路的一个或多个终端， 以接收将该至少一个组件的值或类型的至少一个指定为至少一个二进制值的信息。
4.如权利要求3所述的集成电路，其中该一个或多个终端包括用来接收一位的值的终端，该值指示了该开关功率变换器的电容性存储元件的类型。
5.如权利要求3所述的集成电路，进一步包括用来接收该至少一个二进制值的序列的接口，该二进制值指定了来自该一个或多个终端处的至少一个组件的值。
6.如权利要求1所述的集成电路，进一步包括传感电路，所述传感电路用于感应在该控制器集成电路的终端处的电阻的值，其中该电阻的值提供了指定该至少一个组件的值或类型的信息。
7.如权利要求1所述的集成电路，进一步包括传感电路，所述传感电路用于感应在该控制器集成电路的终端处的电容的值，其中该电容的值提供了指定该至少一个组件的值或类型的信息。
8.如权利要求1所述的集成电路，进一步包括非易失性存储器，所述非易失性存储器用于存储指定该至少一个组件的值或类型的信息，其中该转换块从该非易失性存储器处找回指定该至少一个组件的值或类型的信息。
9.如权利要求1所述的集成电路，其中该转换块包括存储值的查找表，当该指定至少一个组件的值或类型的至少一个的信息进行索引时， 所述值用于一个或多个可调整系数；和控制逻辑，所述控制逻辑用于根据该指定至少一个组件的值或类型的至少一个的信息从该查找表处找回一个或多个特定值，并根据该找回的一个或多个特定值来设置该一个或多个可调整的系数。
10.如权利要求1所述的集成电路，其中该转换块包括执行程序指令的处理器，该程序指令从该指定至少一个组件的值或类型的至少一个的信息处计算该一个或可调整系数的值。
11.一种操作开关功率变换器的方法，该方法包括在该开关功率变换器的控制器集成电路处，接收指定在该控制器集成电路之外的该开关功率变换器的输出滤波器的至少一个组件的值或类型的至少一个的信息；在该控制器集成电路内，转换该接收到的信息以为控制在该开关功率变换器内控制开关的控制器操作的一个或多个可调整系数来确定相应的一个或多个值；将该一个或多个可调整系数调整为与由该转换所确定的一个或多个值一致；和控制该开关功率变换器，使用依照由该调整所调整的系数的控制器。
12.如权利要求11所述的方法，其中该控制器是控制该开关功率变换器的回路响应的补偿器。
13.如权利要求11所述的方法，其中该接收步骤接收到将该至少一个组件的值或类型的至少一个指定为该控制器集成电路的一个或多个终端处的至少一个二进制值的信息。
14.如权利要求11所述的方法，其中该接收步骤接收到指示该开关功率变换器的电容性存储元件的类型的一位的值。
15.如权利要求11所述的方法，其中该接收步骤接收到指定该集成电路之外存储装置处的至少一个组件的值的二进制值序列。
16.如权利要求11所述的方法，其中该接收步骤包括感应在该控制器集成电路的终端处的电阻的值，其中该电阻的值提供了指定该至少一个组件的值或类型的信息。
17.如权利要求11所述的方法，其中该接收步骤包括感应在该控制器集成电路的终端处的电容的值，其中该电容的值提供了指定该至少一个组件的值或类型的信息。
18.如权利要求11所述的方法，进一步从该控制器集成电路内的非易失性存储器处找回指定该至少一个组件的值或类型的信息。
19.如权利要求11所述的方法，其中该转换步骤包括，从该控制器集成电路内且由该指定至少一个组件的值或类型的至少一个的信息进行索引的查找表处为该一个或多个可调整系数查找值。
20.如权利要求11所述的方法，其中该转换步骤包括使用该控制器集成电路之内的处理器来执行程序指令，该程序指令从该指定至少一个组件的值或类型的至少一个的信息处计算该一个或可调整系数的值。
21.—种控制开关功率变换器的集成电路，该集成电路包括数字控制块，所述数字控制块用于根据由一个或多个可调整的系数所确定的响应来控制该开关功率变换器的开关；和转换块，所述转换块用于将从该集成电路外部的开关功率变换器的输出滤波器的一个或多个组件的至少两个值处预先计算的信息转换以确定该一个或多个可调整的系数，其中该信息从该至少两个值处预先计算出并且独立于该开关功率变换器的任意其他操作参数。
22.如权利要求21所述的集成电路，其中该数字控制块是确定该开关功率变换器的控制回路的频率和相位响应的数字补偿器，其中该一个或多个可调整系数调整该控制回路的频率和相位响应。
23.如权利要求21所述的集成电路，其中该至少两个值是该输出滤波器的至少一个电感的电感量和该输出滤波器的至少一个电容的电容量。
24.如权利要求21所述的集成电路，其中该至少两个值是该输出滤波器的至少一个电容的等效串联电阻和该输出滤波器的至少一个电容的电容量。
25.一种操作开关功率变换器的方法，该方法包括在该开关功率变换器的控制器集成电路处，接收从该集成电路外部的开关功率变换器的输出滤波器的一个或多个组件的至少两个值处预先计算的信息；在该控制器集成电路内，转换该接收到的信息以为控制在该开关功率变换器内控制开关的控制器操作的一个或多个可调整系数来确定相应的一个或多个值；将该一个或多个可调整系数调整为与由该转换所确定的一个或多个值一致；和控制该开关功率变换器，使用依照由该调整所调整的系数的控制器。
26.如权利要求25所述的方法，其中该控制器是控制该开关功率变换器的回路响应的补偿器。
全文摘要
一种开关电源(SMPS)控制器集成电路(IC)提供了集成和SMPS设计的方便。将影响该SMPS控制回路响应的该控制器IC的外部组件的值和/或类型提供给该IC，内部转换块为与该提供的值/类型信息一致的数字补偿器确定系数。该转换块可以是查找表、处理器或专用逻辑，可通过逻辑状态、附属电阻/电容或来自外部存储器通过该控制器IC的终端来提供该组件值/类型信息。可替换地，可将该组件值编入该控制器IC内的非易失性存储器。
文档编号G05F1/00GK102326130SQ201080008506
公开日2012年1月18日 申请日期2010年3月17日 优先权日2009年3月20日
发明者J·W·坦普利通 申请人:美信集成产品公司