具有分离的高频和低频路径信号的快速暂态供电的制作方法

具有分离的高频和低频路径信号的快速暂态供电的制作方法
【专利摘要】具有分离的高频和低频路径信号的快速暂态供电。一种电源接口装置包括主开关转换器、辅助开关转换器、和反馈检测电路。主开关转换器耦接至输入终端和输出终端，并且配置为在第一开关频率工作，以从所述输入终端向所述输出终端发起低频电流。辅助开关转换器与所述主开关转换器并行地耦接至所述输入终端和所述输出终端，并且配置为在高于所述第一开关频率的第二开关频率工作，以从所述输入终端向所述输出终端发起快速暂态高频电流。
【专利说明】具有分离的高频和低频路径信号的快速暂态供电
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求待审的于2015年2月20日提交的标题为“FAST TRANSIENT POWERSUPPLY WITH A FIRST ⑶NTROL SIGNAL FOR A HIGHER FREQUENCY CURRENT AND ASECOND CONTROL SIGNAL FOR A LOWER FREQUENCY CURRENT” 的美国临时专利申请序列号62/119，042、于2015年2月27 日提交的标题为 “FAST TRANSIENT POWER SUPPLY WITH AFIRST ⑶NTROL SIGNAL FOR A HIGHER FREQUENCY CURRENT AND A SE⑶ND CONTROLSIGNAL FOR A LOWER FREQUENCY CURRENT” 的美国临时专利申请序列号62/126，418、于2015年2月 20 日提交的标题为 “CONTROL ARCHITECTURE WITH IMPROVED TRANSIENTRESPONSE”的美国临时专利申请序列号62/119，078、于2015年2月27日提交的标题为“CONTROL ARCHITECTURE WITH IMPROVED TRANSIENT RESPONSE” 的美国临时专利申请序列号62/126，421的优先权，其公开内容通过引用全部合并于此。
技术领域
【背景技术】
[0003]供电系统包括电源、负载装置、以及耦接至电源和负载装置的电源接口装置。电源可以包括电池、电网、太阳能光伏电池、AC发电机、和/或前端电源转换器的输出。电源接口装置可以配置为增大或减小电源的电压，以给负载装置提供合适的电压。电源接口装置可以是升压转换器或者降压转换器或者任何其他转换器。负载装置可以包括电阻负载、磁性负载、电容负载、加热器。在一个实施方式中，负载装置可以是低电压而高电流的负载装置，例如计算机中央处理器(CPU)。这种类型的负载装置可以具有很多负载暂态条件。
[0004]在负载暂态条件期间，负载装置的电流可以在很短的时间周期内充分地变化。例如，在暂态条件期间，负载装置的电流可以在小于一个微秒的时间内从OA增加到100A，或者从100A减小到0A。这些电流的急剧的变化可以在负载装置上产生大的电压变化，并且可以使输出电压摆动到负载装置的调节工作窗口之外。
[0005]为了使暂态变化最小化，在一个实施方式中，可以在供电系统的输出端并入大功率电容器。电容器可以在暂态条件期间发起或吸收必要的电流，因此减少负载暂态所引起的电压变化。为此目的，输出电容器在补充电感器的缓慢上升的电流以满足来自负载装置的电流需求的增加方面是有用的。类似地，输出电容器在吸收电流以满足来自负载装置的电流的急剧的减小方面是有用的。然而，电容器是昂贵的因此会增加系统的成本或尺寸。
[0006]在另一个实施方式中，可以使得转换器在更高的带宽运行，以快速地响应负载暂态。然而，开关模式转换器带宽被它的开关频率所限制。因此，为了使得转换器在更高的带宽运行，转换器必须在更高的开关频率工作。这意味着更多的功率损耗，因为每当有开关的开启/关闭时，就有功率损耗。因此，供电系统也被放置在电源和负载装置之间的功率转换器的功率损耗所限制。
[0007]因此，存在对这样的供电系统的需要:在增加效率并减小成本和尺寸的同时能够提供对负载装置的暂态条件的快速响应。

【发明内容】

[0008]在一个总的方面，本申请描述一种电源接口装置，其包括主开关转换器、辅助开关转换器、和反馈检测电路。主开关转换器耦接至输入终端和输出终端，并且配置为在第一开关频率工作，以从所述输入终端向所述输出终端发起低频电流。辅助开关转换器与所述主开关转换器并行地耦接至所述输入终端和所述输出终端，并且配置为在高于所述第一开关频率的第二开关频率工作，以从所述输入终端向所述输出终端发起快速暂态高频电流。反馈检测电路配置为检测所述输出终端处的输出电压。所述电源接口装置还包括误差放大器、高通滤波器、和辅助驱动器电路。误差放大器电路配置为接收检测到的输出电压和参考电压，并且基于所述检测到的输出电压与所述参考电压来输出暂态信号。高通滤波器配置为接收所述暂态信号并且输出所述暂态信号的较高频分量。辅助驱动器电路配置为基于所述暂态信号的较高频分量来驱动所述辅助开关转换器。
[0009]上述总的方面可以包括下面的特征中的一个或多个。所述主开关转换器和所述辅助开关转换器可以包括电流模式开关调节器。所述主开关转换器和所述辅助开关转换器可以包括多个降压、电流模式开关调节器，其配置为将所述输入终端的较高的输入电压转换成较低的电压，所述较低的电压作为所述输出电压。所述主开关转换器可以包括第一主开关、第二主开关、和主电感器。所述第一主开关可以在一端处耦接至所述输入电压终端并且在另一端处耦接至主节点。所述第二主开关可以在一端处耦接至所述主节点并且在另一端处耦接至接地终端。所述主电感器可以在一端处耦接至所述主节点并且在另一端处耦接至所述输出终端。
[0010]所述辅助开关转换器可以包括第一辅助开关、第二辅助开关、和辅助电感器。所述第一辅助开关可以在一端处耦接至所述输入终端并且在另一端处耦接至辅助节点。所述第二辅助开关可以在一端处耦接至所述辅助节点并且在另一端处耦接至所述接地终端。所述辅助电感器可以在一端处耦接至所述辅助节点并且在另一端处耦接至所述输出终端。
[0011]所述辅助开关调节器可以配置为:仅在在负载装置处检测到的暂态期间发起所述快速暂态高频电流。所述暂态可以包括负载电流的急剧的增大或减小。所述第一和第二主开关以及所述第一和第二辅助开关可以包括FET开关。
[0012]所述反馈检测电路可以包括多个电阻器和电容器，其配置为检测所述输出电压并且生成反馈电压。所述误差放大器可以配置为接收所述反馈电压和所述参考电压，并且当所述反馈电压和所述参考电压实质上彼此不相同时，生成所述暂态信号。
[0013]所述电源接口装置还可以包括:低通滤波器，其配置为接收所述暂态信号并且输出所述暂态信号的较低频分量；以及主驱动器电路，其配置为基于所述暂态信号的较低频分量来驱动所述主开关转换器。所述辅助驱动器电路可以包括辅助比较器，其配置为比较所述暂态信号的所述较高频分量与检测到的由所述辅助开关转换器发起的高频电流，并且生成用于驱动所述辅助开关转换器的辅助脉冲宽度信号。所述辅助脉冲宽度信号可以使得所述辅助开关转换器能够向所述输出终端发起跟踪所述暂态信号的所述较高频分量的高频电流。
[0014]所述主驱动器电路可以包括主比较器电路，其配置为比较所述暂态信号的所述较低频分量与检测到的由所述主开关转换器发起的低频电流，并且生成用于驱动所述主开关转换器的主脉冲宽度信号。所述主脉冲宽度信号使得所述主开关转换器能够向所述输出终端发起跟踪所述暂态信号的所述较低频分量的低频电流。
[0015]响应于所述第一占空比，所述辅助开关转换器可以配置为:仅在在负载装置处通过所述反馈检测电路检测到的暂态期间，向所述输出终端发起所述快速暂态高频电流。所述辅助开关转换器可以配置为在所述负载装置的稳态工作期间发起实质上的零电流。
[0016]在另一个总的方面，本申请描述一种电源接口装置，其包括:主开关转换器，其耦接至输入终端和输出终端，并且配置为在第一开关频率工作，以从所述输入终端向所述输出终端发起低频电流；以及辅助开关转换器，其与所述主开关转换器并行地耦接至所述输入终端和所述输出终端，并且配置为在高于所述第一开关频率的第二开关频率工作，以从所述输入终端向所述输出终端发起快速暂态高频电流。所述电源接口装置还包括:主控制环路，其配置为驱动所述主开关转换器从所述输入终端向所述输出终端发起所述低频电流；以及辅助控制环路，其独立于所述主控制环路，并且配置为驱动所述辅助开关转换器在暂态期间从所述输入终端向所述输出终端发起所述快速暂态高频电流。所述辅助控制环路包括高通滤波器，其配置为输出与所述暂态关联的输出电压的较高频补偿分量。所述辅助控制环路配置为基于所述输出电压的所述较高频补偿分量来驱动所述辅助开关转换器。
[0017]上述总的方面可以包括下面的特征中的一个或多个。所述主控制环路可以包括:主反馈检测电路，其具有多个电阻器和电容器，所述多个电阻器和电容器配置为检测所述输出电压并且生成反馈电压；以及主误差运算放大器，其配置为接收所述反馈电压和参考电压，并且当所述反馈电压和所述参考电压实质上彼此不相同时，生成暂态信号。所述主控制环路还可以包括主比较器电路，其配置为比较所述暂态信号与检测到的由所述主开关转换器发起的低频电流，并且生成用于驱动所述主开关转换器的主脉冲宽度信号。所述主脉冲宽度信号可以使得所述主开关转换器能够发起跟踪所述暂态信号的低频电流。
[0018]所述辅助控制环路可以包括:辅助反馈检测电路，其包括低通滤波器，该低通滤波器耦接至所述输出终端并且配置为生成所述输出电压的较低频补偿分量;辅助误差运算放大器，其配置为直接接收所述输出电压和所述输出电压的较低频补偿分量，生成所述输出电压的较高频补偿分量，并且向所述高通滤波器供应所述输出电压的较高频补偿分量。所述辅助控制环路还可以包括辅助比较器电路，其配置为比较所述输出电压的较高频补偿分量与检测到的由所述辅助开关转换器发起的高频电流，并且生成用于驱动所述辅助开关转换器的辅助脉冲宽度信号。所述辅助脉冲宽度信号可以使得所述辅助开关转换器能够向所述输出终端发起跟踪所述输出电压的较高频分量的所述快速暂态高频电流。
[0019]在另一个总的方面，本申请描述一种电源接口装置，其包括:主开关转换器，其耦接至输入终端和输出终端，并且配置为在第一开关频率运行，以从所述输入终端向所述输出终端发起低频电流；以及辅助开关转换器，其与所述主开关转换器并行地耦接至所述输入终端和所述输出终端，并且配置为在高于所述第一开关频率的第二开关频率运行，以从所述输入终端向所述输出终端发起快速暂态高频电流。所述电源接口装置还包括:反馈检测电路，其配置为检测所述输出终端处的输出电压;误差放大器，其配置为接收检测到的输出电压和参考电压，并且基于所述检测到的输出电压与所述参考电压来输出暂态信号;低通滤波器，其配置为接收所述暂态信号并且输出所述暂态信号的较低频分量;高通滤波器，其配置为接收所述暂态信号并且输出所述暂态信号的较高频分量;主驱动器电路，其配置为基于所述暂态信号的较低频分量来驱动所述辅助开关转换器；以及辅助驱动器电路，其配置为基于所述暂态信号的较高频分量来驱动所述辅助开关转换器。
[0020]上述总的方面可以包括下面的特征中的一个或多个。所述主开关转换器和所述辅助开关转换器可以包括多个降压、电流模式开关调节器，其配置为将所述输入终端的较高的输入电压转换成较低的电压，所述较低的电压作为所述输出电压。所述主开关转换器可以包括第一主开关、第二主开关、和主电感器。所述第一主开关可以在一端处耦接至所述输入电压终端并且在另一端处耦接至主节点。所述第二主开关可以在一端处耦接至所述主节点并且在另一端处耦接至接地终端。所述主电感器可以在一端处耦接至所述主节点并且在另一端处耦接至所述输出终端。
[0021 ]所述辅助开关转换器可以包括第一辅助开关、第二辅助开关、和辅助电感器。所述第一辅助开关可以在一端处耦接至所述输入终端并且在另一端处耦接至辅助节点。所述第二辅助开关可以在一端处耦接至所述辅助节点并且在另一端处耦接至所述接地终端。所述辅助电感器可以在一端处耦接至所述辅助节点并且在另一端处耦接至所述输出终端。
【附图说明】
[0022]各附图仅以示例的方式(而非限制的方式)示出了根据本发明教导的一个或多个实施方式。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。
[0023]图1示出了配置为具有快速暂态响应和高效率的示例供电系统；
[0024]图2A和图2B示出了示例供电系统，其配置为包括与主开关转换器并行运行的辅助开关转换器，以应付负载装置的暂态条件；
[0025]图3A-图3E示出了与图2A-图2B所示的供电系统关联的各个示例波形；
[0026]图4示出了示例供电系统，其包括用于驱动主开关转换器和辅助开关转换器的两个分离的控制信号；
[0027]图5示出了另一个示例供电系统，其包括用于驱动主开关转换器和辅助开关转换器的两个分离的控制信号；
[0028]图6示出了具有快速暂态响应的图4所示的供电系统的示例电路实施方式；
[0029]图7示出了用于图6所示的供电系统的控制环路的示例仿真电路；
[0030]图8A-图SC示出了用于图7所示的仿真电路的示例负载暂态仿真波形；
[0031]图9A示出了包括两相降压开关转换器的第一供电系统与包括与辅助开关转换器并联的两相降压开关转换器的第二供电系统之间的环路增益对比；
[0032]图9B示出了用于图9A的第一供电系统和第二供电系统的相位裕度；
[0033I图10示出了另一个示例供电系统；以及
[0034]图11示出了包括用于供电系统的两个独立的控制机制的示例仿真电路。
【具体实施方式】
[0035]在下面的详细描述中，以示例的方式阐述了大量具体细节，以提供相关教导的透彻理解。然而，对于本领域技术人员应显而易见的是，本教导可以不用这样的细节而被实现。在其他实例中，公知的各种方法、程序、组件、和/或电路在相对高层次上无细节地进行了描述，以避免不必要地模糊本教导的各方面。
[0036]人们不停地寻找这样的供电系统:其在减少解决方案尺寸和成本并且增加供电密度的同时，具有对负载装置处的暂态条件的快速响应以及改善的效率。负载装置可以具有不同的功率要求。这自然地意味着供电系统可以必须尽可能有效地运行，以减小尺寸并且减少输入功率以节省能量并且增加效率。为此目的，供电系统可以包括彼此并行地运行的主开关转换器和辅助开关转换器。主开关转换器可以在第一开关频率运行，并且辅助开关转换器可以在第二开关频率运行。第二开关频率可以高于第一开关频率。因此，主开关转换器可以具有比辅助开关转换器更高的效率(例如，更少的功率开关损耗)。相反，辅助开关转换器可以具有比主开关转换器更好的响应于负载装置处的暂态的暂态性能(例如更快的暂态响应)。因为辅助开关转换器可以比主开关转换器具有更高的开关损耗，所以辅助开关转换器可以不被用在稳态工作期间向负载装置提供主要的低频功率。取而代之，辅助开关转换器可以仅用于应付暂态以在负载电流的急剧的增大或减小的情况下吸收或发起附加电流。
[0037]图1示出了配置为具有快速暂态响应和高效率的示例供电系统100。供电系统100包括电源110、负载装置112、以及耦接至电源110和负载装置112的电源接口装置114。电源110配置为输出某一标准电压。为此目的，电源110可以是电源插座。世界上的大多数单相交流电源插座供应210-240V或者100-120V的电力。或者，电源110可以包括其他类型的电源，例如电池、太阳能光伏、AC发电机、或者前端电源的DC输出电压。不论电源110的类型，通常电源110提供不同于负载装置112的要求电压的电压。所提供的电压可以高于或低于负载装置112的要求电压。为了使电源电压匹配负载电压，供电系统100包括电源接口 114。
[0038]电源接口装置114配置为将电源110的电压改变为用于负载装置112的合适的电压。如上所述，用于负载装置112的合适的电压可以高于或低于电源110的电压。在一个实施方式中，用于负载装置112的合适的电压低于电源110的电压。在一个具体示例中，电源接口装置114配置为将电源110的电压从12伏减小至用于负载装置112的I伏。
[0039]负载装置112可以包括电阻负载、磁性负载、电容负载、加热器、或者现代电子装置。大多现代电子装置要求0.5伏与24伏之间的DC。这些装置可以借助电池或者电力网而工作。在任何情况下，电源接口装置114可以用于匹配这些电子装置的电压要求与从电源110提供的电压。电源接口装置114可以在负载装置112的内部或者可以在负载装置112的外部。类似地，电源接口装置114可以在电源110的内部或者可以在电源110的外部。
[0040]电源接口装置114可以包括变压器、整流器、或者开关模式电源。开关模式电源已经变得普遍，并且由于它们的良好的效率和高开关频率而变得更小和更轻。除此之外，因为开关模式电源通常被整流为在DC电压工作，它们最低限度地受到电力网的频率(50 vs60Hz)的影响。前面的描述假设电源接口装置114包括开关模式电源，然而，如上所述，电源接口装置114可以包括除开关模式电源之外的电路。
[0041 ]电源接口装置114包括两个开关模式功率转换器:主开关转换器116和辅助开关转换器118。主开关转换器116可以与辅助开关转换器118并行地运行，并且在较低的开关频率(fsw)运行，为了良好的效率以及向负载装置112发起较低频电流。辅助开关转换器118可以在较高的开关频率(fsw)运行，以向负载装置112发起快速暂态较高频电流。由于较高的开关频率(fsw)，辅助开关转换器118可以比主开关转换器116效率较低，或者比主开关转换器116具有更多的功率损耗。因此，辅助开关转换器118可以不用于给负载装置112处理主要的低频功率。为此目的，辅助开关转换器118的低频电流应最小化以得到良好的效率和低的热应力。取而代之，辅助开关转换器118可以仅用于应付负载装置112的暂态，以在负载电流的急剧增大或减小的情况下吸收或发起附加电流。
[0042]供电系统100可以与先前讨论的仅使用电容器或者仅以较高的频率运行主转换器的供电系统相比具有更小的尺寸或者更高的效率。供电系统100可以减小输出端上所需的电容器的尺寸，并且因此减小供电规模、PCB面积和成本。
[0043]图2A和图2B示出了示例供电系统200，其配置为包括与主开关转换器并行运行的辅助开关转换器，以应付负载装置的暂态。供电系统200包括电源210、负载装置212、以及耦接至电源210和负载装置212的电源接口装置214。电源210和负载装置212可以与参照图1描述的电源110和负载装置112相同，因此为简要起见没有对其进行详细的描述。
[0044]类似于电源接口装置114，电源接口装置214包括主开关转换器216和辅助开关转换器218。主开关转换器216可以包括比辅助开关转换器218较低慢的开关频率(fsw)，并且可以设计为在稳态运行中工作。为此目的，主开关转换器216可以具有良好的稳定性和低输出电压脉动，但是因而具有对负载装置212处的暂态的缓慢响应。相反，辅助开关转换器218可以配置为仅在暂态期间发起或吸收流向或源自输出终端的电流。辅助开关转换器218的主要目的可以是为了通过吸收或者发起电流来提供快速暂态响应，以应付负载电流的减小或增大。供电系统200在Andres Barrado著的标题为 “The Fast Response Double BuckDC-DC Converter(FRDB):Operat1n and Output Filter Influence” 的IEEE出版Vol.20，N0.6，November2005中更详细地描述，其内容通过引用全部合并于此。
[0045]图2B更详细地示出了供电系统200的各个组件。如图所示，两个降压拓扑用于实施主开关转换器216和辅助开关转换器218，并且电阻负载用于负载装置212。供电系统200可以使用窗口比较器来检测Vout是否在调节窗口之外。如果是，供电系统200开启辅助开关转换器218以加速暂态响应。如果不是，供电系统200关闭辅助开关转换器218或者使辅助开关转换器218维持在关闭状态。虽然供电系统200提供更快的暂态响应，但是供电系统200要求准确的窗口比较器，如果其Vout窗口需要是紧密的因此它可能被Vout噪声/脉动所错误地触发则在实际应用中很难实现这种要求。除此之外，非线性控制可以导致大规模辅助电感器电流过冲/负过冲以及振铃。
[0046]图3A-图3E示出了与图2A-图2B所示的供电系统200关联的各个示例波形。具体地，图3A示出了供电系统200的负载装置212中的电流负载阶跃。图3B示出了响应于图3A的电流负载阶跃的供电系统200的输出电压。如图所示，响应于图3A的负载阶跃，电容器的电压减小以补充电感器的缓慢上升的电流，以满足来自负载装置212的电流需求的增加。类似地，输出电容器在吸收电流以满足来自负载装置212的电流的急剧减小方面是有用的。图3C示出了辅助开关转换器218的占空比。如图所示，一旦输出电压落在调节窗口之外，辅助开关转换器218在负载电流的急剧增大或减小的情况下被启动来发起或者吸收流向输出端的电流。图3D示出了L/NL&E/D信号，用于在辅助开关转换器与主开关转换器之间进行选择。如图所示，当电压落在调节窗口之外时，L/NL&E/D信号在负载电流的急剧增加或减小的情况下使得辅助开关转换器218发起或者吸收流向输出端的电流。图3E示出了辅助开关转换器218响应于负载电流的急剧增加或减小而发起或者吸收的电流。
[0047]图4示出了示例供电系统400，其包括用于驱动主开关转换器和辅助开关转换器的两个分离的控制信号。供电系统400不使用具有如图2所示的Vout暂态检测的非线性控制。取而代之，使用了线性控制以便轻易地设计并优化供电系统400。供电系统400也不需要用于从低频电流中分离用于驱动辅助开关转换器的高频电流的附加的功率电容器。这可以减小供电系统400的尺寸和成本。
[0048]供电系统400包括电源410、负载装置412以及耦接至电源410和负载装置412的电源接口装置414。电源410和负载装置412类似于电源110和负载装置112。因此，为了使描述清楚和简要，没有对其进行更详细的描述。电源接口装置414包括主开关转换器416、辅助开关转换器418、反馈与补偿电路420、低频控制信号驱动电路422、以及高频控制信号驱动电路424。
[0049]主开关转换器416与辅助开关转换器418并联连接。主开关转换器416可以配置为仅发起或吸收低频电流。为此目的，主开关转换器416可以在低频进行切换，以维持主开关转换器416的高效率。辅助开关转换器418可以配置为仅发起或吸收高频电流。为此目的，辅助开关转换器418可以在高频进行切换，以达到高环路带宽并且跟踪高频暂态。在稳态中，辅助开关转换器418提供近零负载电流并且具有低功率损耗，因此这种功率损耗在时间上被限制在负载装置412的暂态条件的持续时间内。
[0050]电源接口装置414还包括反馈与补偿电路420。反馈与补偿电路420在一端处连接至输出终端并且在另一端处连接至低频控制信号驱动电路422和高频控制信号驱动电路424。反馈与补偿电路420配置为检测负载装置412处的暂态，生成暂态信号并且基于暂态信号来控制主开关转换器416和辅助开关转换器418中的各个开关，以尽可能快速地提供稳定的Vout ο
[0051]暂态可以包括这样的情形，其中存在负载电流或电压的急剧的增大或减小。为了示出一个示例，在输出端存在25A电流负载阶跃期间，暂态可以对应于负载阶跃的开始，在达到25A的增加的电平处的第一稳态电平之前该处存在负载电流的急剧增加。类似地，暂态可以对应于负载阶跃的结束，在达到第二稳态电平之前该处存在负载电流的急剧减小。第二稳态可以对应于25A电流负载阶跃之前的状态，或者对应于高于或低于25A电流负载阶跃之前的状态的新状态之前的状态。
[0052]暂态信号提供给低频控制信号驱动电路422和高频控制信号驱动电路424。暂态信号包括较低频分量和较高频分量。低频控制信号驱动电路422配置为从暂态信号的较高频分量中分离暂态信号的较低频分量，并且基于较低频分量来驱动主开关转换器416，以响应暂态条件。高频控制信号驱动电路424配置为从暂态信号的较低频分量中分离暂态信号的较高频分量，并且基于较高频分量来驱动辅助开关转换器418，以响应暂态条件。
[0053]在暂态期间，主开关转换器416和辅助开关转换器418两者均工作以尽可能快速地提供稳定的Vout ο例如，如果由于正负载阶跃而存在负载电流的急剧增大(例如，从OA至100A)，则主开关转换器416和辅助开关转换器418工作以向输出端发起电流。由于较高的开关频率和较高的环路带宽，辅助开关转换器418可以配置为:相比主开关转换器416更快地从电源410向负载装置412发起电流。从辅助开关转换器418发起的电流可以跟踪暂态信号的较高频分量。因此，从辅助开关转换器418发起的电流仅存在于暂态期间，而不存在于稳态工作期间。也就是，一旦暂态结束(例如，在稳态中)，辅助开关转换器418发起近零负载电流。与先前的示例保持一致，从辅助开关转换器418发起的电流在负载电流从OA急剧变化到100A时存在，而非在稳态周期期间(负载电流在回落至OA或某个其他电平之前保持在100A时)存在。
[0054]相反，从主开关转换器416发起的电流可以跟踪暂态信号的较低频分量，也可以在稳态期间跟踪较低频电流。因此，从主开关转换器416发起的电流不仅在暂态期间存在也在稳态操作期间存在。与先前的示例保持一致，从主开关转换器416发起的电流跟踪暂态信号的较低频分量以缓慢地增大到10A并且保持在10A，直到负载阶跃结束。
[0055]再例如，如果负载电流有急剧的减小，则主开关转换器416和辅助开关转换器418工作以从输出端吸收电流至地线。再次，由于较高的开关频率和较高的环路带宽，辅助开关转换器418可以配置为:相比主开关转换器416，更快地从负载装置412吸收电流。此外，辅助开关转换器418可以被驱动器424所控制，以吸收跟踪暂态信号的较高频分量的电流。因此，该电流仅在暂态条件期间吸收，而不在稳态工作期间吸收。与先前的示例保持一致，从辅助开关转换器418吸收的电流在负载电流从100A急剧变化到OA时存在，而不在稳态周期期间(负载电流保持在OA或某个其他电平时)存在。相反，主开关转换器416可以被驱动器422所控制，以吸收跟踪暂态信号的较低频分量的电流。与先前的示例保持一致，主开关转换器416可以缓慢地从输出端吸收电流直到负载电流达到新的阈值电平。与先前的示例保持一致，新的阈值电平可以是0A。
[0056]在暂态终止之后，电源接口装置414可以回到其正常工作。在它的正常工作中，主开关转换器416可以向输出端发起低频电流，其电平与负载阶跃之前的电平对应，或者与负载阶跃之后的新电平对应。然而，在负载阶跃终止之后，辅助开关转换器418可以不向输出端发起或吸收附加DC电流，以维持高效率。
[0057]为了预防暂态信号的较低频分量进入辅助开关转换器418，高频控制驱动电路424可以采用高通滤波器。高通滤波器配置为过滤掉暂态信号的较低频分量并且允许暂态信号的较高频分量激活或驱动辅助开关转换器418。类似地，为了预防暂态信号的较高频分量进入主开关转换器416，低频控制驱动电路422可以采用低通滤波器。低通滤波器配置为过滤掉暂态信号的较高频分量并且允许暂态信号的较低频分量激活或驱动主开关转换器416。
[0058]图5示出了另一个示例供电系统500，其包括用于驱动主开关转换器和辅助开关转换器的两个分离的控制信号.供电系统500类似于供电系统400，除了低通滤波器(“LPF”)和高通滤波器(“HPF”)示出为包括在电源接口装置514之内，但分别在低频控制驱动电路522和高频控制驱动电路524之外。
[0059]图6示出了具有快速暂态响应的图4所示的供电系统400的示例电路实施方式600。如图所示，电路实施方式600的电源接口包括多相开关调节器616、618(其彼此并联连接)、反馈与补偿机制620、以及驱动器电路622、624。
[0060]主开关转换器616对应于主开关转换器416并且辅助开关转换器618对应于辅助开关转换器418。主开关转换器616和辅助开关转换器618可以归类为脉冲宽度调制(PWM)类型。PWM产生具有固定的频率可变脉冲宽度的脉冲序列。主开关转换器616配置为在比辅助开关转换器618低的开关频率fsw上运行。辅助开关转换器618配置为在比主开关转换器616高的频率上运行，以快速地响应负载装置612处的暂态。虽然具体的示例示出了两个开关调节器616和618，但是电源接口装置600可以包括多于两个开关调节器。调节器616可以具有两个或更多相位。类似地，调节器618可以具有两个或更多相位。为此目的，本申请不限于单个开关调节器616和单个开关调节器618。任何数量的这样的调节器可以相互并联连接。
[0061]开关调节器616和618可以是包括电感器的电流模式开关调节器。开关调节器616和618可以是同步开关调节器，但它们也可以是非同步开关调节器。在一个具体示例中，开关调节器616和618可以是降压、电流模式开关调节器，其中输入电压Vin大于输出电压Vout0
[0062]主开关调节器616可以包括第一开关616a、第二开关616b、和电感器616c。第一开关616a和第二开关616b可以是功率FET开关。功率FET开关可以是η-沟道FET或p-沟道FET开关。类似地，辅助开关调节器618可以包括第一开关618a、第二开关618b、和电感器618c。第一开关618a和第二开关618b可以是功率FET开关。FET开关可以是η-沟道FET或P-沟道FET开关。虽然描述了 FET类型开关，也可以使用其他合适的技术。
[0063]在主开关调节器616中，第一开关616a可以在一端处连接至Vin并且在另一端处连接至第一节点626。第二开关616b可以在一端处连接至第一节点626并且在另一端处连接至接地终端。电感器616c可以在一端处连接至第一节点626并且在另一端处连接至输出终端628。输出终端628可以连接至输出电容器Cout和负载电阻Rl。
[0064]在辅助开关转换器618中，第一开关618a可以在一端处连接至Vin并且在另一端处连接至第一节点630。第二开关618b可以在一端处连接至第一节点630并且在另一端处连接至接地终端。电感器618c可以在一端处连接至第一节点630并且在另一端处连接至输出终端628。
[0065]电源接口装置600配置为向耦接至输出终端628的负载装置612以调节电压Vout发起或吸收输出电流。为此目的，主开关调节器616中的第一开关616a和第二开关616b由第一驱动器电路622来进行开和关的切换。开关616a和616b可以被驱动为彼此异相，以向耦接至输出终端628的负载装置612发起或吸收电流。类似地，辅助开关调节器618中的第一开关618a和第二开关618b由第二驱动器电路624来进行开和关的切换。开关618a和618b可以被驱动为彼此异相，以向耦接至输出终端628的负载装置612发起或吸收电流。
[0066]开关616a和616b配置为在第一开关频率上运行。开关618a和618b配置为在第二开关频率上运行。第二开关频率可以高于第一开关频率，以更快地响应负载装置612处的暂态。也就是，由于更快的开关频率，辅助开关转换器618配置为相比主开关转换器616更快地发起或吸收流向或源自负载装置612的电流。由于更高的频率，辅助开关转换器618比主开关转换器616具有更多的功率损耗。因此，为了减少电源接口装置600的功率损耗，辅助开关转换器618的工作可以限制在负载装置612所经历的暂态条件下。也就是，辅助开关转换器618可以仅在暂态期间发起或吸收电流，并且可以在稳态工作期间提供零负载电流。
[0067]虽未示出，附加电路可以添加到电源接口装置600，以在一个开关晶体管开启的时刻与另一个开关晶体管关闭的时刻之间提供短暂的死区时间或消隐间隔。当开关616a、618a开启并且开关616b、618b关闭时，在单相开关调节器616和618中的每一个中，电流从Vin通过电感器616c、618c流向输出终端628。在这种情形中，电感器电流616c和618c随时间的变化率可以等于(Vin-Vout )/L。当开关616a、618a关闭并且开关616b、618b开启时，电流从接地终端通过电感器616c和618c流向输出终端628。在这种情形中，电感器电流616c和618c随时间的变化率可以等于-Vout/L。在上面描述的每个情形中，输出终端处的总电流可以是通过电感器616c和618c的累积电感器电流。
[0068]电源接口装置600还包括反馈与补偿机制620。反馈与补偿机制620在一端处连接至输出终端628并且在另一端处连接至用于驱动单相开关调节器616和618的驱动器电路622、624。反馈与补偿机制620配置为检测暂态条件并且控制单相开关调节器616和618中的各个开关，以尽可能快速地提供稳定的Vout。为此目的，反馈与补偿机制620包括反馈电压检测电路、误差放大器620a、和补偿电路620b。
[0069]反馈电压检测电路配置为通过包括R1、R2、C1、和C2的电阻器和电容器的网络来检测Vout。电阻器Rl和R2的网络形成电阻分压器并且对信号Vout进行缩放使其与Vref成比例。提供可选电容器Cl和C2为使分压器与频率相关。该频率相关的分压的Vout可以被称为反馈电压Vfb。提供反馈电压Vfb和参考电压Vref作为误差放大器gm(示为跨导(gm)放大器)620a的输入。误差放大器620a可以是电流输出类跨导放大器或者电压输出类放大器。
[0070]误差放大器620a在其反相输入端监控与Vout成比例的反馈电压Vfb，并且在其非反相输入端监控参考电压Vref。反馈电压Vfb应近似等于参考电压Vref。当这两个电压不相等时，放大器620a可以在其输出端提供暂态电压控制信号。放大器620a的输出电压可以对应于实际输出电压与期望输出电压之间的差。放大器620a的输出电压与反馈电压Vfb成反比。随着反馈电压Vfb减小，放大器620a的输出电压增加增大。随着反馈电压Vfb增加增大，放大器620a的输出电压减小。频率补偿电路620b包括各个多个电容器和电阻器，以给反馈环路提供频率补偿。在电流模式供电系统中，取代电压，放大器620a可以在其输出端提供暂态电流控制信号。在任何情况下，暂态控制信号(电流或电压)控制转换器616和618的总输出电流。
[0071]第一驱动器电路622包括缓冲器622a、低通滤波器622b、和比较器622c。缓冲器622a可以配置为从反馈与补偿机制620向第一驱动器电路622提供电阻抗变换。缓冲器622a可以是电压缓冲器或电流缓冲器。低通滤波器622b阻挡暂态控制信号ITH的较高频分量^!^并且允许暂态控制信号ITH的较低频分量ITHDdI过。较低频分量ITHdc提供给比较器622c的非反相终端，并且与电感器616c中检测到的电流iLDC(低频电感器电流)进行比较，以给功率FET 616a和616b生成PffM信号。
[0072]如果较低频分量ITHdc大于检测到的电感器电流信号iLDC，则比较器622c可以输出第一PWM信号。第一PffM信号可以是开启高开关616a和关闭低开关616b的高信号，以使得主开关转换器616在负载电流增大时向输出终端628发起电流。在时钟周期的起初，开关616a可以被开启并且保持在开启状态直到达到由于暂态导致的新电流阈值。在开关616a处于开启状态期间，低频电流从电源Viη通过开关616a和电感器616c流向输出终端628。因此，电流在电感器616c中朝向新电流阈值倾斜上升。以此方式，主开关转换器616发起跟踪较低频分量ITHdc的低频电流，以达到由暂态设定的新电流阈值。在一个实施方式中，在暂态期间，开关616a保持开启，而开关616b保持关闭，直到达到由暂态设定的新电流阈值。为此，例如，如果开关616a的开启时间比周期时间T长，则在暂态期间可以不保持主开关转换器616的固定的开关频率。在一个实施方式中，第一驱动器电路622可以激活仅一个开关调节器616向输出终端628发起需要的电流。虽未示出，在另一个实施方式中，第一驱动器电路622可以激活多于一个开关调节器616向输出终端628发起需要的电流。
[0073]如果较低频分量ITHdc小于检测到的电感器电流信号iLDC，则比较器622c可以输出第二 PWM信号。第二 PffM信号是配置为关闭第一开关616a并且开启第二开关616b的低信号。第二 PWM信号可以使得主开关转换器616能够从在负载电流减小时从输出终端628吸收电流。响应于第二PWM信号，在时钟周期的开始，开关616a可以被关闭，而开关616b可以被开启，直到达到由暂态设定的新电流阈值。在开关616b的开启期间，电流在电感器616c中朝向新电流阈值倾斜下降。以此方式，主开关转换器616吸收跟踪较低频分量ITHdc的低频电流以达到由暂态设定的新电流阈值。在一个实施方式中，在暂态期间，开关616a可以保持关闭，而开关616b可以保持开启，直到达到由暂态设定的新电流阈值。为此，例如，如果开关616b的开启时间比周期时间T长，则在暂态期间可以不保持主开关转换器616的固定的开关频率。一旦暂态结束(例如，达到新电流阈值)，则主开关转换器616继续发起和/或吸收电流以根据其固定的开关频率和占空比来保持Vout的稳定性。该占空比可以基于输出电压与输入电压之比来确定，并且可以被设定为保持开关616a、616b的固定频率。开关616a和616b的开启时间和关闭时间可以基于该占空比来确定。在一个特定示例中，所述占空比可以对应于在暂态之前设定的占空比。为此，主开关转换器616配置为在暂态以及稳态操作期间均发起和/或吸收电流。
[0074]如上所述，放大器620b的总输出暂态控制信号ITH也传递给第二驱动器电路624。第二驱动器电路624包括缓冲器624a、高通滤波器624b、和比较器624c。缓冲器624a可以配置为从反馈与补偿机制620向第二驱动器电路624提供电阻抗变换。缓冲器624a可以是电压缓冲器或电流缓冲器。高通滤波器624b阻挡较低频分量11^^并且允许暂态控制信号ITH的较高频分量ITHAdI过。较高频分量ITHac提供给比较器624c的非反相输入端，并且与电感器618 c中检测到的电流i L Ac (高频电感器电流)进行比较。
[0075]如果较高频分量ITHac大于检测到的电感器电流信号iLAC，则比较器624c可以输出第一 PWM信号。与之前的不例一致，第一 PWM信号可以是开启高开关618a和关闭低开关618b的高信号以使得辅助开关转换器618能够在负载电流增大时向输出终端628发起另外电流。响应于第一 PBi信号，在时钟周期的开始，开关618a可以开启并且保持开启状态，直到达到由暂态设定的新电流阈值。在开关618a处于开启状态期间，高频电流从电源Vin通过开关618a和电感器618c流向输出终端628。因此，电流在电感器618c中朝向新电流阈值倾斜上升。用这种方式，辅助开关转换器618发起跟踪较高频分量ITHac的高频电流以达到新电流阈值。发起的高频电流寿命短暂并且仅存在于暂态期间而不存在于稳态工作期间。在稳态工作期间，辅助开关转换器618可以向负载发起零电流。
[0076]如果较高频分量ITHac小于检测到的电感器电流信号iLDC，则比较器624c可以输出第二 PWM信号。第二 PffM信号是配置为关闭第一开关618a并且开启第二开关618b的低信号。响应于第二PWM信号，在时钟周期的开始，开关618a可以被关闭，而开关618b可以被开启。开关618b保持开启，直到达到由暂态设定的新电流阈值。在开关618a关闭和开关618b开启期间，电流在电感器618c中朝向新电流阈值倾斜下降。以此方式，辅助开关转换器618吸收跟踪较高频分量1^^的高频电流以达到新电流阈值。在一个实施方式中，在暂态期间，开关618a可以保持关闭，而开关61 Sb可以保持开启，直到达到由暂态设定的新电流阈值。为此，例如，如果开关618b的开启时间比周期时间T长，则在暂态期间可以不保持辅助开关转换器618的固定的开关频率。
[0077]来自第一驱动器电路622和第二驱动器电路624的Pmi信号可以提供给控制电路，其控制主开关转换器616和辅助开关转换器618的工作。控制电路连同系统时钟信号一起使用驱动器电路622的HVM信号来控制主开关转换器616的开关616a和616b的状态。类似地，控制电路连同系统时钟信号一起使用驱动器电路624的PffM信号来控制辅助开关转换器618的开关618a和618b的状态。
[0078]如果调节器616为峰值电流模式调节器，则首先其低侧开关616b可以被关闭，然后其高侧开关616a可以被内部时钟所开启，从而增大电感器616c的电流iLDC。类似地，如果调节器618为峰值电流模式调节器，则首先其低侧开关618b可以被关闭，然后其高侧开关618a可以被内部时钟所开启，从而增大电感器618c的电流iLAC。
[0079]如果调节器616为谷值电流模式调节器，则首先其高侧开关616a可以被关闭，然后其低侧开关616b可以被内部时钟或定时器所开启，从而减小电感器616c的电流iLDC。类似地，如果调节器618为谷值电流模式调节器，则首先其高侧开关618a可以被关闭，然后其低侧开关618b可以被内部时钟或定时器所开启，从而减小电感器618c的电流iLAC。
[0080]虽然在主开关转换器616中单个高侧开关616a和低侧开关616b示出，但是可以有其他实施方式。例如，高侧开关的数量可以是两个或更多。类似地，低侧开关的数量可以是两个或更多。为此目的，控制电路可以按照来自驱动器电路622的信号同时启用多于一个高侧开关。类似地，控制电路可以按照来自驱动器电路622的信号同时启用多于一个低侧开关。
[0081 ]图7示出了用于图6所示的供电系统600的控制的示例仿真电路700。仿真电路700包括反馈与补偿机制720、第一驱动器电路722、和第二驱动器电路724。反馈与补偿机制720对应于反馈与补偿机制620，第一驱动器电路722对应于第一驱动器电路622，并且第二驱动器电路724对应于第二驱动器电路624。因此，为简要起见没有对其进行进一步的描述。
[0082]图8A-图8C示出了用于图7所示的仿真电路700的示例负载暂态仿真波形。图8A示出了暂态控制信号ITH 810、暂态控制信号ITH810的较高频分量ITHac 814、以及暂态控制信号ITH 810的较低频分量ITHdc 812。如图所示，暂态控制信号ITH 810为较高频分量ITHag8 14与较低频分量ITHdg 812之和。
[0083]较高频分量ITHac814仅存在于输出电流的急剧增大或减小期间。在这种情况下，较高频分量ITHac 814仅存在于图SB所示的负载阶跃的正边界和负边界期间。还可以在输出电流急剧增大或减小期间改变较低频分量ITHdc 812。然而，一旦由于暂态达到新电流阈值，则稳态电流的较低频分量也会跟随较低频分量ITHdc 812。因此，示出的较低频分量ITHdc812在暂态结束之后没有消逝。为此目的，较高频分量ITHac 814可以响应于图SB所示的负载阶跃的正边界而快速上升，并且一旦其达到具体的阈值电平，它可以快速消逝。相反，较低频分量ITHdc 812可以响应于图SB所示的负载阶跃的正边界而缓慢上升，并且一旦其达到具体的阈值电平，它可以在负载阶跃的持续时间里保持该电平。类似地，较高频分量ITHac 814可以响应于图SB所示的负载阶跃的负边界而快速下降。相反，较低频分量ITHDC812可以响应于图SB所示的负载阶跃的负边界而缓慢下降。
[0084]图SB示出了电流负载阶跃816以及对应的响应电流负载阶跃816的输出电压818。如图所示，输出电压随着负载阶跃816的正边界下降，并且随着负载阶跃的负边界上升。其原因是因为电容器的电压减小以补充电感器的缓慢上升的电流以满足来自负载装置的电流需求的增加。类似地，输出电容器在吸收电流以满足来自负载装置的电流的急剧减小方面是有用的。因此，如图所示，在输出端存在微小的电压脉动。然而，该电压脉动相比未采用本申请的教导的传统供电系统的电压脉动而言被显著地减小。在一个具体示例中，输出电压脉动可以减小近似50%。这可以不需要复杂的控制方法或者不需要在输出终端与用于辅助开关转换器的控制环路之间采用附加AC电容器来实现。AC电容器配置为预防DC或低频电流进入用于辅助开关转换器的控制环路。AC电容器会添加供电系统的成本和尺寸。取而代之，如参照图4描述的本申请的供电系统可以通过配置为过滤掉暂态信号ITH的较低频分量的过滤网络来预防DC或低频电流进入辅助开关转换器。
[0085]图SC示出了由主开关转换器响应于较低频分量ITHdc812而提供的较低频电感器iLDC电流820，以及由辅助开关转换器响应于较高频分量ITHac 814而提供的较高频电感器iLAC电流822。如图所示，较高频电流822跟踪较高频分量ITHac 814并且较低频电流820跟踪较低频分量ITHdc 814并且还跟踪稳态操作下的较低频电流。为此，辅助开关转换器可以仅仅在暂态期间发起或吸收电流(例如，响应于负载阶跃的正边界而发起电流并且响应于负载阶跃的负边界而吸收电流)。相反，主开关转换器可以在暂态和稳态操作期间发起或吸收电流。
[0086]图9A示出了包括两相降压开关转换器的第一供电系统与包括与辅助开关转换器并联的两相降压开关转换器的第二供电系统之间的环路增益对比。如可以看出，随着辅助开关转换器的添加，第二供电系统的带宽可以从SOkHz推向1MHz。这就是为何更快的暂态是可能的。通常供电系统在相位裕度大于零时是稳定的。在一个实施方式中，可以期望它具有40-45度相位。
[0087]图9B示出了用于图9A的第一供电系统和第二供电系统的相位裕度。如可看出，在10kHz处仅使用两相降压开关转换器的第一供电系统的相位裕度为大约40度。相反，第二供电系统的相位裕度显著地更高，在10kHz处高于60度。
[0088]图10示出了另一个示例供电系统1000。供电系统1000类似于供电系统500，除了其包括可选误差放大器1010，以进一步确保由辅助开关转换器生成的较高频电感器iLAC电流在稳态时具有零电流。为此目的，另外的误差放大器1010在其反相终端处接收从辅助开关转换器发起的平均高频电流iLAC，并且在其非反相终端接收OA Iref。误差放大器输出端给电流比较器1012提供偏移信号以形成慢环并且确保电感器iLAC电流具有OA的DC平均值。比较器1012还接收感测电流iLAC和暂态信号IHT的较高频分量。暂态信号IHT的较高频分量被增加到偏移信号并且与感测电流iLAC进行比较。比较器1012使用这些输入来生成用于驱动辅助开关转换器的PWM信号。
[0089]在另一个实施方式中，供电系统可以包括两个分离的且独立的控制机制。两个分离的独立控制机制可以包括用于驱动主开关转换器的第一控制机制以及用于驱动辅助开关转换器的第二 (分离的)控制机制。如果主开关转换器是功率模块的一部分，其不提供与辅助开关转换器共享其控制机制的互连引脚，以允许更快的暂态响应，则该设计可以是有用的。为了允许更快的暂态响应，辅助电源接口装置可以与该功率模块进行组合，而不改变主开关转换器。电源接口装置可以包括控制机制和辅助开关转换器。控制机制配置为接收检测到的Vout和通过低通滤波器生成的低频平均Vout信号，并且检测Vout的较高频补偿分量，并且基于Vout的较高频补偿分量来运行辅助开关转换器。
[0090]图11示出了包括两个独立的控制机制的示例仿真电路1100。两个独立的控制机制包括主开关转换器控制机制1110和辅助开关转换器控制机制1120。主开关转换器控制机制1110可以是不提供用于与辅助开关转换器共享主开关控制机制1110的互连的功率模块的一部分。
[0091]主开关转换器控制机制1110包括反馈电压检测电路1112、误差放大器1114、补偿电路1116、和驱动器电路1118。反馈电压检测电路1112在一端处连接至Vout并且在另一端处连接至误差放大器1114。反馈电压检测电路1112配置为通过包括Rl、R2、C1、和C2的电阻器和电容器的网络来检测Vout。电阻器Rl和R2的网络形成电阻分压器并且对信号Vout进行缩放以使其与Vref成比例。提供可选电容器Cl和C2以使得分压器与频率相关。该频率相关的分压的Vout可以被称为反馈电压Vfb。反馈电压Vfb和参考电压Vref被输入至误差放大器gm(示为跨导(gm)放大器)1114。误差放大器1114可以是电流输出类跨导放大器或者是电压输出类放大器。
[0092]误差放大器1114在其反相输入端监控与Vout成比例的反馈电压Vfb，并且在其非反相输入端监控参考电压Vref。反馈电压Vfb应近似等于参考电压Vref。当这两个电压不相等时，放大器1114可以在其输出端提供暂态控制信号。频率补偿电路1116包括多个电容器和电阻器以给反馈环路提供频率补偿。频率补偿电路1116可以使暂态信号的较高频分量衰减，并且输出较低频暂态信号。较低频暂态信号提供给驱动器电路1118。
[0093]驱动器电路1118包括比较器。比较器在其反相输入端接收主开关转换器的电感器中的检测到的电流iLDC，并且在其非反相输入端接收较低频暂态信号。较低频暂态信号与电感器中的检测到的电流iLDC(低频电感器电流)进行比较，以生成用于驱动主开关转换器的PffM信号。
[0094]辅助开关转换器控制机制1120包括反馈检测电路、误差放大器1124、补偿电路1126、缓冲器、高通滤波器(“HPF”)、和驱动器电路1128。反馈检测电路在一端处连接至Vout并且在另一端处连接至误差放大器1124。反馈检测电路包括低通滤波器。低通滤波器配置为输出低频平均Vout信号。检测到的Vout直接耦接至误差放大器1124的反相输入端，并且低频平均Vout信号耦接至误差放大器1124的非反相输入端。
[0095]检测到的Vout在稳态工作期间应近似等于其较低频平均Vout信号。当这两个电压不相等时，放大器1124在其输出端可以提供Vout的较高频补偿分量。频率补偿电路1126包括多个电容器和电阻器以给反馈环路提供频率补偿。频率补偿电路1126可以加强Vout的较高频补偿分量，并且向缓冲器然后向HPF输出Vout的较高频补偿分量。缓冲器可以配置为从补偿电路1126向第二驱动器电路1128提供电阻抗变换。Vout的较高频补偿分量便可以通过HPF以确保其在被提供给驱动器电路1128之前不含有较低频补偿分量。Vout的较高频补偿分量便提供给比较器的非反相终端，并且与辅助开关转换器的电感器中的检测到的电流iLAC(高频电感器电流)进行比较，以生成用于驱动辅助开关转换器的PffM信号。
[0096]在一个具体示例中，Vin可以是12V，Vout可以是IV，电流负载阶跃可以是25A，主开关转换器的开关频率可以是500kHz，辅助开关转换器的开关频率可以是5MHz，主开关转换器的电感器的电感可以是220nH，辅助开关转换器的电感器的电感可以是20nH。
[0097]在一个实施方式中，可以在两个分离的集成电路中提供主开关转换器和辅助开关转换器连同其各自的控制机制一起。在另一个实施方式中，可以在单个集成电路中提供主开关转换器和辅助开关转换器连同其各自的控制机制。在另一个实施方式中，可以在单个集成电路中提供主开关转换器和辅助开关转换器，并且可以在分离的集成电路中提供各控制机制。而在另一个实施方式中，可以在一个集成电路中提供主开关转换器连同其控制机制，并且可以在另一个集成电路中提供辅助开关转换器连同其控制机制。
[0098]虽然前面已经描述了被认为是最佳模式的和/或其他的各示例，应当理解，其中可以进行各种修改，并且在此公开的主题可以以各种形式和示例来实施，并且本发明教导可以在大量应用中进行应用，而在此仅描述了其中的一些。随附的权利要求旨在主张落在本发明教导的真实范围之内的任何以及所有的应用、修改和变化。
[0099]除非另外说明，在本说明书中，包括在随附的权利要求中阐述的所有测量、值、等级、位置、大小、尺寸、以及其他规范，都是近似的，而非精确的。它们旨在具有符合它们所相关的功能、并且符合它们所属的技术领域中的惯例的合理的范围。
[0100]保护的范围仅由随附的权利要求所限定。该范围旨在且应当解释为:当按照本说明书以及随附的公诉历史进行解释时，其广泛程度符合在权利要求中使用的语言的普通含义，并且旨在涵盖所有的结构和功能等价物。尽管如此，没有权利要求旨在包括不满足专利法的第101条、第102条、或第103条的要求的主题，它们也不应以这样的方式解释。在此否认对这样的主题的任何无意的包含。
[0101]除非如上文所述，所说明或示出的任何内容不旨在或不应解释为将任何组件、步骤、特征、对象、效益、优点、或者等价物贡献给公众，不论是否在权利要求中列举与否。
[0102]应当理解，在此使用的术语和表达具有普通含义，如在它们所对应的各自的调查及研究领域中给这样的术语和表达所赋予的含义，除非在此另外阐述了特别的含义。例如第一和第二等关系性术语可以仅用于将一个实体或动作从另一个区分开，而未必要求或暗示这样的实体或动作之间的任何实际的这样的关系或者顺序。术语“包括”、“包括……的”或者其任何其他变化形式，旨在覆盖非排他性包括，这样包括一系列元件的过程、方法、项目、或设备并不仅包括那些元件，而是可以包括未明确列出的、或者这样的过程、方法、项目、或设备所固有的其他元件。由“一个”或“一”修饰的元件，除非进一步约束，并不排除附加的相同的元件在包括该元件的过程、方法、项目、或设备中的存在。
[0103]提供了本公开的摘要以允许读者快速地确定本技术公开的本质。应当理解所提交的摘要将不被用来解释或限定权利要求的范围或含义。除此之外，在前面的详细描述中，可以看出为了使本公开精简，各种特征在各种示例中组合在一起。这种公开方法不应解释为反映权利要求要求比在每项权利要求中明确列举的更多的特征的意图。相反，如随附的权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开示例的所有特征。因此随附的权利要求在此合并到详细描述中，每项权利要求其本身独立地作为单独主张的主题。
【主权项】
1.一种电源接口装置，其包括: 主开关转换器，其耦接至输入终端和输出终端，并且配置为在第一开关频率工作，以从所述输入终端向所述输出终端发起低频电流； 辅助开关转换器，其与所述主开关转换器并行地耦接至所述输入终端和所述输出终端，并且配置为在高于所述第一开关频率的第二开关频率工作，以从所述输入终端向所述输出终端发起快速暂态高频电流； 反馈检测电路，其配置为检测所述输出终端处的输出电压； 误差放大器，其配置为接收检测到的输出电压和参考电压，并且基于所述检测到的输出电压与所述参考电压来输出暂态信号； 高通滤波器，其配置为接收所述暂态信号并且输出所述暂态信号的较高频分量；以及 辅助驱动器电路，其配置为基于所述暂态信号的较高频分量来驱动所述辅助开关转换器。2.权利要求1所述的电源接口装置，其中所述主开关转换器和所述辅助开关转换器包括电流模式开关调节器。3.权利要求1所述的电源接口装置，其中所述主开关转换器和所述辅助开关转换器包括多个降压、电流模式开关调节器，其配置为将所述输入终端的较高的输入电压转换成较低的电压，所述较低的电压作为所述输出电压。4.权利要求1所述的电源接口装置，其中所述主开关转换器包括第一主开关、第二主开关、和主电感器，其中所述第一主开关在一端处耦接至所述输入电压终端并且在另一端处耦接至主节点，所述第二主开关在一端处耦接至所述主节点并且在另一端处耦接至接地终端，并且所述主电感器在一端处耦接至所述主节点并且在另一端处耦接至所述输出终端。5.权利要求4所述的电源接口装置，其中所述辅助开关转换器包括第一辅助开关、第二辅助开关、和辅助电感器，其中所述第一辅助开关在一端处耦接至所述输入终端并且在另一端处耦接至辅助节点，所述第二辅助开关在一端处耦接至所述辅助节点并且在另一端处耦接至所述接地终端，并且所述辅助电感器在一端处耦接至所述辅助节点并且在另一端处耦接至所述输出终端。6.权利要求5所述的电源接口装置，其中: 所述辅助开关调节器配置为:仅在在负载装置处检测到的暂态期间发起所述快速暂态高频电流，以及 所述暂态包括负载电流的急剧的增大或减小。7.权利要求5所述的电源接口装置，其中所述第一和第二主开关以及所述第一和第二辅助开关包括FET开关。8.权利要求1所述的电源接口装置，其中: 所述反馈检测电路包括多个电阻器和电容器，其配置为检测所述输出电压并且生成反馈电压，以及 所述误差放大器配置为接收所述反馈电压和所述参考电压，并且当所述反馈电压和所述参考电压实质上彼此不相同时，生成所述暂态信号。9.权利要求8所述的电源接口装置，还包括: 低通滤波器，其配置为接收所述暂态信号并且输出所述暂态信号的较低频分量；以及 主驱动器电路，其配置为基于所述暂态信号的较低频分量来驱动所述主开关转换器。10.权利要求9所述的电源接口装置，其中: 所述辅助驱动器电路包括辅助比较器，其配置为比较所述暂态信号的所述较高频分量与检测到的由所述辅助开关转换器发起的高频电流，并且生成用于驱动所述辅助开关转换器的辅助脉冲宽度信号，以及 所述辅助脉冲宽度信号使得所述辅助开关转换器能够向所述输出终端发起跟踪所述暂态信号的所述较高频分量的高频电流。11.权利要求10所述的电源接口装置，其中: 所述主驱动器电路包括主比较器电路，其配置为比较所述暂态信号的所述较低频分量与检测到的由所述主开关转换器发起的低频电流，并且生成用于驱动所述主开关转换器的主脉冲宽度信号，以及 所述主脉冲宽度信号使得所述主开关转换器能够向所述输出终端发起跟踪所述暂态信号的所述较低频分量的低频电流。12.权利要求10所述的电源接口装置，其中响应于所述第一占空比，所述辅助开关转换器配置为:仅在在负载装置处通过所述反馈检测电路检测到的暂态期间，向所述输出终端发起所述快速暂态高频电流。13.权利要求12所述的电源接口装置，其中所述辅助开关转换器配置为在所述负载装置的稳态工作期间发起实质上的零电流。14.一种电源接口装置，其包括: 主开关转换器，其耦接至输入终端和输出终端，并且配置为在第一开关频率工作，以从所述输入终端向所述输出终端发起低频电流； 辅助开关转换器，其与所述主开关转换器并行地耦接至所述输入终端和所述输出终端，并且配置为在高于所述第一开关频率的第二开关频率工作，以从所述输入终端向所述输出终端发起快速暂态高频电流； 主控制环路，其配置为驱动所述主开关转换器从所述输入终端向所述输出终端发起所述低频电流；以及 辅助控制环路，其独立于所述主控制环路，并且配置为驱动所述辅助开关转换器在暂态期间从所述输入终端向所述输出终端发起所述快速暂态高频电流，其中: 所述辅助控制环路包括高通滤波器，其配置为输出与所述暂态关联的输出电压的较高频补偿分量，以及 所述辅助控制环路配置为基于所述输出电压的所述较高频补偿分量来驱动所述辅助开关转换器。15.权利要求14所述的电源接口装置，其中所述主控制环路包括: 主反馈检测电路，其具有多个电阻器和电容器，所述多个电阻器和电容器配置为检测所述输出电压并且生成反馈电压； 主误差运算放大器，其配置为接收所述反馈电压和参考电压，并且当所述反馈电压和所述参考电压实质上彼此不相同时，生成暂态信号； 主比较器电路，其配置为比较所述暂态信号与检测到的由所述主开关转换器发起的低频电流，并且生成用于驱动所述主开关转换器的主脉冲宽度信号;其中 所述主脉冲宽度信号使得所述主开关转换器能够发起跟踪所述暂态信号的低频电流。16.权利要求14所述的电源接口装置，其中所述辅助控制环路包括: 辅助反馈检测电路，其包括低通滤波器，该低通滤波器耦接至所述输出终端并且配置为生成所述输出电压的较低频补偿分量； 辅助误差运算放大器，其配置为直接接收所述输出电压和所述输出电压的较低频补偿分量，生成所述输出电压的较高频补偿分量，并且向所述高通滤波器供应所述输出电压的较高频补偿分量； 辅助比较器电路，其配置为比较所述输出电压的较高频分量与检测到的由所述辅助开关转换器发起的高频电流，并且生成用于驱动所述辅助开关转换器的辅助脉冲宽度信号；以及 所述辅助脉冲宽度信号使得所述辅助开关转换器能够向所述输出终端发起跟踪所述输出电压的较高频补偿分量的所述快速暂态高频电流。17.—种电源接口装置，其包括: 主开关转换器，其耦接至输入终端和输出终端，并且配置为在第一开关频率运行，以从所述输入终端向所述输出终端发起低频电流； 辅助开关转换器，其与所述主开关转换器并行地耦接至所述输入终端和所述输出终端，并且配置为在高于所述第一开关频率的第二开关频率运行，以从所述输入终端向所述输出终端发起快速暂态高频电流； 反馈检测电路，其配置为检测所述输出终端处的输出电压； 误差放大器，其配置为接收检测到的输出电压与参考电压，并且基于所述检测到的输出电压与所述参考电压来输出暂态信号； 低通滤波器，其配置为接收所述暂态信号并且输出所述暂态信号的较低频分量； 高通滤波器，其配置为接收所述暂态信号并且输出所述暂态信号的较高频分量； 主驱动器电路，其配置为基于所述暂态信号的较低频分量来驱动所述辅助开关转换器；以及 辅助驱动器电路，其配置为基于所述暂态信号的较高频分量来驱动所述辅助开关转换器。18.权利要求17所述的电源接口装置，其中所述主开关转换器和所述辅助开关转换器包括多个降压、电流模式开关调节器，其配置为将所述输入终端的较高的输入电压转换成较低的电压，所述较低的电压作为所述输出电压。19.权利要求17所述的电源接口装置，其中所述主开关转换器包括第一主开关、第二主开关、和主电感器，其中所述第一主开关在一端处耦接至所述输入电压终端并且在另一端处耦接至主节点，所述第二主开关在一端处耦接至所述主节点并且在另一端处耦接至接地终端，并且所述主电感器在一端处耦接至所述主节点并且在另一端处耦接至所述输出终端。20.权利要求19所述的电源接口装置，其中所述辅助开关转换器包括第一辅助开关、第二辅助开关、和辅助电感器，其中所述第一辅助开关在一端处耦接至所述输入终端并且在另一端处耦接至辅助节点，所述第二辅助开关在一端处耦接至所述辅助节点并且在另一端处耦接至所述接地终端，并且所述辅助电感器在一端处耦接至所述辅助节点并且在另一端处耦接至所述输出终端。
【文档编号】H02M1/32GK105915037SQ201610096835
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月22日
【发明人】张劲东, 黎坚
【申请人】凌力尔特公司