自适应电压定位直流稳压器及其控制器和控制方法

文档序号:9261017阅读:958来源:国知局
自适应电压定位直流稳压器及其控制器和控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子电路,尤其涉及自适应电压定位直流稳压器及其控制器和控制方法。
【背景技术】
[0002]在应用于膝上电脑、台式机、服务器以及电信设备的大电流直流稳压器中,自适应电压定位控制(AVP control, adaptive voltage posit1n control)被广泛使用以提高系统的瞬态响应并降低负载功耗。图1A示出了 AVP控制的基本原理,其中Vout代表直流稳压器的输出电压,1ut代表直流稳压器的输出电流,Vref代表参考电压。如图1A所示,当输出电流1ut增大时,输出电压Vout降低,两者之间的关系可以表示为:
[0003]Vout = Vref-Rdroop^1ut(I)其中 Rdroop 为图1A 所不斜线的斜率。
[0004]图1B对比了采用AVP控制和不采用AVP控制的直流稳压器的瞬态响应。如该图所示,对于不采用AVP控制的直流稳压器而言,由于输出电压Vout在负载变化时会出现过冲和下冲,仅一半的容差范围可用。而对于采用AVP控制的直流稳压器,其输出电压Vout在满载时被调节至略高于最小值Vmin,在轻载时被调节至略低于最大值Vmax。因此,在负载跳变时期其整个容差范围均可用,从而允许直流稳压器采用更小的输出电容器。此外,由于输出电流1ut增大时输出电压Vout减小,直流稳压器满载时的输出功率下降,这无疑极大地降低了热设计的难度。
[0005]图2示出了一种常见的现用技术,其中AVP通过流过外置电阻器Rl的电流K0*1ut来实现。在该现有技术中,输出电压Vout与输出电流1ut之间的关系可以表示为:
[0006]Vout = Vref_Rl*KO*1ut (2)因而斜率 Rdroop 可以表不为:
[0007]Rdroop = R1*K0(3)
[0008]如公式(3)所示,斜率Rdroop由外置电阻器Rl决定,其在系统调试时难以被在线调节,而且也难以满足不同应用情况下的需求。

【发明内容】

[0009]根据本发明实施例的一种用于自适应电压定位直流稳压器的控制器,其中直流稳压器产生输出电压和输出电流,并包括具有第一端和第二端的电阻器,该电阻器的第一端耦接至输出电压。该控制器包括:可控电流源,耦接至电阻器的第二端,提供与输出电流成比例的主电流;电流数模转换器,接收数字信号和输出电流,并基于数字信号和输出电流,向电阻器的第二端提供调节电流;以及误差放大器,具有第一输入端、第二输入端和输出端,其中第一输入端接收参考电压,第二输入端耦接至电阻器的第二端,输出端提供补偿信号以调节输出电压。
[0010]根据本发明实施例的一种自适应电压定位直流稳压器,包括如前所述所述的控制器。
[0011]根据本发明实施例的一种自适应电压定位直流稳压器,包括:开关电路,产生输出电压和输出电流;电压采样电路,耦接至开关电路,基于输出电压产生代表输出电压的电压采样信号;电流采样电路,耦接至开关电路,基于输出电流产生代表输出电流的电流采样信号;电阻器,具有第一端和第二端,其中第一端耦接至电压采样电路以接收电压采样信号;可控电流源,耦接至电阻器的第二端,提供与电流采样信号成比例的主电流;电流数模转换器,耦接至电流采样电路,基于数字信号和电流采样信号向电阻器的第二端提供调节电流;误差放大器,具有第一输入端、第二输入端和输出端,其中第一输入端接收参考电压,第二输入端耦接至电阻器的第二端,输出端提供补偿信号;以及控制电路,耦接至误差放大器的输出端以接收补偿信号,并基于补偿信号产生控制信号以控制开关电路。
[0012]根据本发明实施例的一种用于自适应电压定位直流稳压器的控制方法,其中直流稳压器产生输出电压和输出电流,并包括具有第一端和第二端的电阻器,该电阻器的第一端耦接至输出电压。该控制方法包括:将与输出电流成比例的主电流提供至电阻器的第二端;接收数字信号;基于数字信号和输出电流,产生调节电流;将调节电流提供至电阻器的第二端;基于参考电压与电阻器第二端的电压,产生补偿信号;以及基于补偿信号调节输出电压。
【附图说明】
[0013]图1A示出AVP控制的基本原理;
[0014]图1B示出采用AVP控制和不采用AVP控制的直流稳压器在负载跳变时的工作波形;
[0015]图2示出了常用的AVP控制技术;
[0016]图3示出根据本发明实施例的数模混合AVP控制的原理性框图;
[0017]图4为根据本发明实施例的电流数模转换器302A的电路原理图;
[0018]图5根据本发明实施例的直流稳压器500的原理性框图;
[0019]图6为根据本发明实施例的直流稳压器500A的原理性框图;
[0020]图7为根据本发明实施例的多相直流稳压器500B的原理性框图。
【具体实施方式】
[0021]下面将详细描述本发明的具体实施例,应当注意,这里描述的实施例只用于举例说明,并不用于限制本发明。在以下描述中,为了提供对本发明的透彻理解,阐述了大量特定细节。然而,对于本领域普通技术人员显而易见的是:不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中,为了避免混淆本发明,未具体描述公知的电路、材料或方法。
[0022]在整个说明书中,对“ 一个实施例”、“实施例”、“ 一个示例”或“示例”的提及意味着:结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此,在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外,可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外,本领域普通技术人员应当理解,在此提供的附图都是为了说明的目的,并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解,当称“元件” “连接到”或“耦接”到另一元件时,它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反,当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时,不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0023]图3示出根据本发明实施例的数模混合AVP控制的原理性框图。与图2类似,图3所示电路包括电阻器R1、可控电流源301以及误差放大器AMP1。电阻器Rl包括第一端(a)和第二端(b),其中第一端(a)耦接至输出电压Vout。可控电流源301耦接至电阻器Rl的第二端(b),提供与输出电流1ut成比例的主电流(K*1ut)。误差放大器AMPl具有同相输入端、反相输入端和输出端,其中同相输入端接收参考电压Vref,反相输入端耦接至电阻器Rl的第二端(b),输出端提供补偿信号COMP以调节直流稳压器的输出电压Vout。
[0024]与图2所示的现有技术相比,图3所示的实施例还进一步包括电流数模转换器
(digital-analog converter, DAC) 302。电流数模转换器 302 接收数字信号[D1,D2,......,
Dn]和输出电流lout,并基于该数字信号和输出电流lout,向电阻器Rl的第二端(b)提供调节电流Itune。数字信号[D1,D2,……,Dn]可以由用户或上层控制器通过通讯协议(例如电源管理总线)提供并储存于存储器中。它也可以被直接存储于EEPR0M(electricallyerasable programmable read-only memory,电可擦可编程只读存储器)中。
[0025]电流数模转换器302可具有任何合适的结构,其提供的调节电流Itune可以表示为:
[0026]Itune = 1ut*f (Dl, D2,...,Dn)(4)而电阻器 Rl 第二端(b)的电压可以表示为:
[0027]Vb = Rl*[K*1ut+1ut*f (Dl, D2,...,Dn) ] +Vout(5)在误差放大器 AMPl 的调节下,输出电压Vout可以表示为:
[0028]Vout = Vref-Rl*[K*1ut+1ut*f (Dl, D2,...,Dn) ](6)基于公式(6),可以得出斜率Rdroop的表达式:
[0029]Rdroop = Rl*[K+f(Dl,D2,...,Dn)] (7)
[0030]这意味着,Rdroop由电阻器Rl同数字信号[Dl, D2,……,Dn]共同决定。因此,在系统调试时可以简单地通过改变数字信号[Dl,D2,……,Dn]来调节Rdroop,而不再需要手动改装电阻器R1,这无疑实现了对Rdroop的在线灵活调节。此外,不同的应用可能需要不同的Rdroop。在Intel的CPU应用中,Rdroop在0.5毫欧左右,而对于电信应用而言,Rdroop大约为5毫欧。位于控制器外的电阻器Rl可用于Rdroop的粗略设置,而数字信号[D1,D2,……,Dn]可用于Rdroop的细致调节。这大大地减少了电流数模转换器的位数,也降低了大范围电流数模转换器的设计难度。
[0031]图4为根据本发明实施例的电流数模转换器302A的电路原理图。电流数模转换器302A包括多个并联支路,其中每个支路包括由数字信号[D1,D2,……,Dn]控制的开关管以及串联耦接至开关管的电流源。该电流源提供与输出电流1ut成比例的电流。图4所示的实施例包括η个支路,各支路中的开关管分别由D1、D2、……、Dn控制。各支路中电流源
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