专利名称：切换式电源转换器的快速响应装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种切换式电源转换器，具体地说，是一种切换式电源转 换器的快速响应装置及方法。
背景技术：
图1显示传统的多相切换式电源转换器10，其中误差放大器14根据 电源转换器10的输出电压Vcore及参考电压产生器12所提供的参考电压 Vref产生误差信号Vcomp，锯齿波产生器16提供锯齿波Vrampl及 Vramp2，脉宽调变(Pulse Width Modulation; PWM)比较器18根据误差信号 Vcomp及锯齿波Vrampl产生信号Vpwml以控制信道22， PWM比较器 20根据误差信号Vcomp及锯齿波Vramp2产生信号Vpwm2以控制信道24。 图2显示图1中信号的波形图，其中波形26为输出电压Vcore，波形28 为锯齿波Vrampl ，波形30为锯齿波Vramp2，波形32为误差信号Vcomp， 波形34为信号Vpwml ，波形36为信号Vpwm2。当锯齿波Vramp2低于 误差信号Vcomp时，如时间tl，信号Vpwm2转为高准位以打开(turn on) 通道24,如波形36所示，通道24在被打开后将提供电荷至电容C2以使 输出电压Vcore上升，如波形26所示，当锯齿波Vramp2高于误差信号 Vcomp时，如时间t2，信号Vpwm2转为低准位以关闭(turnoff)通道24。 当锯齿波Vrampl低于误差信号Vcomp时，如时间t3，信号Vpwml转为 高准位以打开通道22，如波形34所示，通道22在被打开后将提供电荷至电容Cl以使输出电压Vcore上升，当锯齿波Vrampl高于误差信号Vcomp 时，如时间t4，信号Vpwml转为低准位以关闭通道22。
然而，现今CPU的负载电流不论是由低变高或由高变低，其变化是相 当快速，变化的时间在lus之内，这与电源转换器10的切换周期相比是相 当短的，如果负载瞬时出现在信号Vpwml或Vpwm2的脉冲时，如时间 tl至t2或时间t3至t4，由于通道22或24打开，因此能缓和输出电压Vcore 下降的速度，但是当负载瞬时出现在信号Vpwml及Vpwm2的脉冲之间时， 如时间t2至t3，由于信号Vpwml及Vpwm2均为低准位，因此输出电压 Vcore将脱离控制，而且，就算负载瞬时是出现在信号Vpwml或Vpwm2 的脉冲期间，如果负载变化太大，输出电压Vcore仍然剧降，故需要快速 响应(quickresponse)回路以在负载瞬时出现时能同时打开通道22及24。 要有良好的输出电压Vcore，就要有良好的快速响应，而要达成良好的快 速响应有两个关键， 一个是触发快速响应的时机，另一个是快速响应的时 间长短。如果太慢触发快速响应，可能使输出电压Vcore低于规定的要求， 即出现低超(undershoot)的情况，相反，如果太快触发快速响应，可能导致 输出电压Vcore出现尖波(spike)。如果快速响应的时间太短，输出电压 Vcore仍然会出现低超的情况，但是如果快速响应的时间太长，输出电压 Vcore将上升过头而出现回弹(ringback)情况。
图3显示一种已知用以实现快速响应的适应相位校准(Adaptive Phase Alignment; APA)电路40，其包括误差放大器42根据电源转换器的输出电 压Vcore及参考电压Vref之间的差值产生误差信号Vcomp，低通滤波器 44滤波误差信号Vcomp产生信号V2，电流源48提供电流Iapa经电阻Rapa产生电压Vapa偏移误差信号Vcomp产生信号VI ，比较器46根据信号VI 及V2产生快速响应信号QR。图4用以说明已知快速响应的操作，假设将 图3中APA电路40应用在N相切换式电源转换器时，在正常的回路控制 下，所述电源转换器的多个信道将依序被信号Vpwml、 Vpwm2、 Vpwm3 及信号VpwmN打开，如波形52、 54、 56及58所示，当发生负载瞬时时， 如时间t5，误差信号Vcomp将下降，信号V2也将随之下降，由于电容 Capa的关系，信号VI不会立即下降，当信号V2低于信号VI时，快速 响应信号QR转为高准位以触发快速响应，如波形50所示，在快速响应期 间，该电源转换器的所有通道都将被打开。
在APA电路40中，由于快速响应的触发是由信号V1决定，而信号
Vl=Vcomp-IapaXRapa 公式1
因此，可以通过调整在芯片外部的电阻Rapa来改变触发快速响应的 时间点，例如，使用较大的电阻Rapa来延迟快速响应的触发电压。然而， 在APA电路40中，快速响应的持续时间是由低通滤波器44决定，而低通 滤波器44内建在芯片中，因此无法调整快速响应的时间。
在已知的快速响应方法中，由打开全部的信道来避免输出电压Vcore 出现低超的情况，但是在将全部的通道打开后将提供大量的电荷至输出端 Vcore，因此，当快速响应信号QR的宽度因非理想效应而稍微大于理论值 时，将很容易出现回弹现象，如图4的波形60所示，非理想效应包括延 迟、寄生电阻及寄生电容等，当回弹的峰值超过一临界值时，电源转换器 输出端上的电路可能损毁，例如CPU，虽然增加在该电源转换器输出端上的电容可以抑制回弹现象，但是这将导致成本增加。
因此已知的快速响应装置存在着上述种种不便和问题。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种能避免回弹现象的切换式电源转换器的 快速响应装置及方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是
一种切换式电源转换器的快速响应装置，包括一检测电路和一调节电 路，其中
所述检测电路，检测一输出电压，在发生负载瞬时时触发快速响应；
所述调节电路，在所述快速响应触发时打开多个通道中的至少二个， 并且随着时间增加减少所打开的通道的数量。
本发明的切换式电源转换器的快速响应装置还可以采用以下的技术 措施来进一步实现。
前述的快速响应装置，其中所述检测电路包括
一电阻；
一电流源，提供一电流至所述电阻以产生一第一电压用以偏移所述输 出电压得到一第二电压；
一比较器，比较所述第二电压及一第三电压以产生一快速响应信号触 发所述快速响应。
前述的快速响应装置，其中所述调节电路包括多个控制电路，每一所 述控制电路在所述快速响应被触发时，在一时间内打开所述多个通道中的
至少一个。前述的快速响应装置，其中所述每一所述控制电路包括 一最小工作时间产生电路，在所述快速响应被触发时，提供一快速响 应信号；
一驱动电路，在所述快速响应信号的工作时间打开所述多个通道中的
至少一个。
前述的快速响应装置，其中所述最小工作时间产生电路包括
一电流源，在触发快速响应时，提供一电流对所述电容充电； 一逻辑电路，根据所述检测电路的输出及所述电容上的电压决定所述 快速响应信号。
前述的快速响应装置，其中所述驱动电路包括一预设图样，所述驱动 电路根据所述预设图样及快速响应信号决定所要打开的通道。
前述的快速响应装置，其中所述快速响应信号的工作时间越长，所打 开的通道的数量越少。
一种切换式电源转换器的快速响应方法，其特征在于，包括下列步骤 第一步骤在触发快速响应时，打开所述多个通道中的至少二个； 第二步骤在所述快速响应的期间，随着时间增加减少所打开的通道 的数量。
本发明的切换式电源转换器的快速响应方法还可以采用以下的技术 措施来进一步实现。
前述的快速响应方法，其中更包括检测所述输出电压以触发所述快速响应。前述的快速响应方法，其中所述检测所述输出电压的步骤包括 第一步骤偏移所述输出电压产生一偏移电压；
第二步骤在所述偏移电压低于一参考电压时，触发所述快速响应。
前述的快速响应方法，其中所述打开所述多个通道中的至少二个的步 骤包括在所述快速响应触发时，同时提供多个具有不同工作时间的信号， 每一所述信号用以打开所述多个通道中的至少一个。
前述的快速响应方法，其中所述随着时间增加减少所打开的通道的数 量的步骤包括根据每一所述信号的工作时间长短决定每一所述信号要打 开的信道的数量，其中工作时间越长，打开的通道的数量越少。
前述的快速响应方法，其中更包括根据每一所述信号及其所对应的预 设图样决定所要打开的通道。
采用上述技术方案后，本发明的切换式电源转换器的快速响应装置具 有避免回弹现象的优点。
图1显示传统的多相切换式电源转换器； 图2显示图1中信号的波形图3显示一种已知用以实现快速响应的适应相位校准电路；
图4说明已知快速响应的操作；
图5显示本发明的实施例示意图6显示图5中调节电路的第一实施例示意图7说明图6中调节电路的操作；
图8显示图5中调节电路的第二实施例示意图；图9显示图8中信号的波形图IO显示图8中驱动电路7408中预设图样的实施例示意图； 图11显示图8中驱动电路7412中预设图样的实施例示意图； 图12显示图8中驱动电路7418中预设图样的实施例示意图； 图13显示最小工作时间产生电路的实施例示意图； 图14显示图13中信号的波形图。
具体实施例方式
以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。 由于造成回弹现象是因为注入大多电荷至电源转换器的输出端，而快 速响应的时间又因为非理想效应或检测方法的固有缺点而难以控制，因 此，本发明提出一种方法来模糊快速响应的结束时间。
现请参阅图5，图5显示本发明的实施例示意图，如图所示，所述4 相切换式电源转换器70中，误差放大器78根据电源转换器70的输出电 压Vcore及参考电压产生器76所提供的参考电压Vref产生误差信号 Vcomp，锯齿波产生器80提供锯齿波Vrampl、Vramp2、Vramp3及Vramp4， PWM比较器82根据误差信号Vcomp及锯齿波Vrampl产生信号Vpwml 以控制信道90， PWM比较器84根据误差信号Vcomp及锯齿波Vramp2 产生信号Vpwm2以控制信道92， PWM比较器86根据误差信号Vcomp 及锯齿波Vramp3产生信号Vpwm3以控制信道94， PWM比较器88根据 误差信号Vcomp及锯齿波Vramp4产生信号Vpwm4以控制信道96，检测 电路72检测输出电压Vcore，其包括电流源7202提供电流Iqr至电阻Rqr 以产生电压Vofs偏移输出电压Vcore产生电压Vcf，比较器7204比较电压Vcf及参考电压Vref产生快速响应信号Vqr，当电压Vcf低于参考电压 Vref时，信号Vqr转为高准位以触发快速响应，由于检测电路72是直接 检测输出电压Vcore，因此能精确的触发快速响应，在触发快速响应时， 调节电路74送出信号VQR1、 VQR2、 VRQ3及VQR4以打开通道90、 92、 94及96中至少二个，在所述快速响应的期间，调节电路74将随时间增加 而减少打开的通道的数量，进而减少注入输出端Vcore的电荷。
再请参阅图6，图6显示调节电路74的第一实施例示意图，如图所示， 包括二控制电路7402及7404，所述控制电路7402中，最小工作时间产生 电路7406根据信号Vqr产生快速响应信号QR_all，驱动电路7408在信号 QR—all的工作时间打开所有通道90、 92、 94及96，在控制电路7404中， 最小工作时间产生电路7410根据信号Vqr产生快速响应信号QR_3rd，驱 动电路7412在信号QR_3rd的工作时间打开通道90、 92、 94及96其中三 个。图7用以说明图6中调节电路74的操作，在时间tl时，检测电路72 所输出的信号Vqr转为高准位，如波形108所示，最小工作时间产生电路 7406及7410同时分别送出快速响应信号QR—all及QR_3rd，如波形110 及112所示，其中，信号QR_all的工作时间Tonl小于信号QR一3rd的工 作时间Ton2，因此，整个快速响应分为两阶段，在时间tl至t2期间，信 号VQR1、 VQR2、 VRQ3及VQR4均为高准位，如波形100、 102、 104 及106所示，故所有所有通道90、 92、 94及96都被打开，在时间t2至t3 期间，只打开三个通道92、 94及96，以减少注入输出端Vcore的电荷， 进而抑制回弹现象。等效的快速响应结束点在时间t2及t3之间，由于快 速响应结束点己经被模糊了，因此对快速响应结束点的精确需求也变得不是很重要。在此实施例中，驱动电路7412设定为同时打开三个通道，但 在其它实施例中，也可以设定驱动电路7412只打开二个或一个通道。
对于N相切换式电源转换器而言，其最多可以将快速响应分为N阶段， 阶段越多，结束点就越模糊，也越能抑制回弹现象。图8显示调节电路74 的第二实施例示意图，其除了同样包括控制电路7402及7404之外，还包 含控制电路7414，在控制电路7414中，最小工作时间产生电路7416根据 信号Vqr产生快速响应信号QR—2nd，驱动电路7418在信号QR—2nd的工 作时间打开通道90、 92、 94及96其中二个。图9显示图8中信号的波形 图，其中波形114为快速响应信号Vqr，波形116为快速响应信号QR_all， 波形118为快速响应信号QR—3rd，波形120为快速响应信号QR—2nd。在 时间tl时，信号Vqr转为高准位，最小工作时间产生电路7406、 7410及 7416分别提供信号QR_all、 QR一3rd及QR_2nd，其中信号QR_3rd的工作 时间Ton2大于QR_all的工作时间Tonl，信号QR_2nd的工作时间Ton3 大于信号QR—3rd的工作时间Ton2，因此，在此实施例中，整个快速响应 被分为三个阶段，在时间tl至t2期间，所有所有通道90、 92、 94及96 都被打开，在时间t2至t3期间，只打开通道90、 92、 94及96中的三个， 在时间t3至t4期间，只打开通道90、 92、 94及96中的二个。由前述实 施例可知，当最小工作时间产生电路所提供的信号的工作时间越长，所打 开的通道数量就越少。
在驱动电路7408、 7412及7418中各包括一预设图样以在信号信号 QR_all、 QR—3rd及QR—2nd转为高准位时决定所要打开的通道。图10显 示驱动电路7408中预设图样的实施例示意图，在此预设图样中包括四个信号S1、 S2、 S3及S4分别对应通道90、 92、 94及96，如波形122、 124、 126及128所示，当信号QR一all转为高准位时，如时间tl，驱动电路7408 将此时的信号S1、 S2、 S3及S4送出以打开通道90、 92、 94及96，由于 四个信号S1、 S2、 S3及S4在任何时间均为高准位，因此不论是何时触发 快速响应，驱动电路7408都将打开全部的通道90、 92、 94及96。图11 显示驱动电路7412中预设图样的实施例示意图，在此预设图样中包括四 个信号S5、 S6、 S7及S8分别对应通道90、 92、 94及96，如波形130、 132、 134及136所示，由于在任何时间，四个信号S5、 S6、 S7及S8中 都有三个维持在高准位，因此不论是何时触发快速响应当信号QR一3rd， 驱动电路7412都可以打开信道90、 92、 94及96其中三个，例如在时间 tl时，信号S5、 S7及S8为高准位，因此如果在此时触发快速响应时，驱 动电路7412将打开信道90、 94及96。图12显示驱动电路7418中预设图 样的实施例示意图，在此预设图样中包括四个信号S9、 SIO、 Sll及S12 分别对应通道90、 92、 94及96，如波形138、 140、 142及144所示，由 于在任何时间，四个信号S9、 SIO、 S11及S12中都有二个维持在高准位， 因此不论是何时触发快速响应当信号QR—2nd，驱动电路7418都可以打开 信道90、 92、 94及96其中二个，例如在时间tl时，信号S9及S12为高 准位，因此如果在此时触发快速响应时，驱动电路7418将打开信道90及 96。
最后请参阅图13和图14，图13显示最小工作时间产生电路7406的 实施例示意图，图14显示图13中信号的波形图。如图所示，当所述正反 器146的输入端C上的信号Vqr转为高准位时，如波形154及时间tl所示，快速响应信号QR_all将转为高准位，如波形162所示，同时正反器 146的输出端QB上的信号Vg将转为低准位以关闭(tum off)开关148，如 波形156所示，因此电流源150提供电流I1对电容C充电，故电容C上 的电压Vc开始上升，如波形158所示，在电压Vc上升期间，由于正反器 146所输出的信号SL1维持在高准位，因此信号QR_all也维持在高准位， 当电压Vc达到目标值Vtrip时，如时间t2所示，反相器152将送出低准 位的信号，因而使重置信号Sreset转为高准位以重置正反器146，如波形 160所示，因此信号QR_all转为低准位，同时信号Vg也转为高准位以打 开(turn on)开关152以使电容C放电。最小工作时间产生电路7410及7416 亦如图13所示。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领 域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种 变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由 各权利要求限定。
组件符号说明
10 电源转换器
12 参考电压产生器
14 误差放大器
16 锯齿波产生器
18 PWM比较器
20 PWM比较器22通道
24通道
26输出电压Vcore的波形
28锯齿波Vrampl的波形
30锯齿波Vramp2的波形
32误差信号Vcomp的波形
34信号Vpwml的波形
36信号Vpwml的波形
40适应相位校准电路
42误差放大器
44低通滤波器
46比较器
48电流源
50快速响应信号QR的波形
52信号Vpwml的波形
54信号Vpwm2的波形
56信号Vpwm3的波形
58信号Vpwm4的波形
60输出电压Vcore的波形
70电源转换器
72检测电路
7202电流源7204比较器
74调节电路
7402控制电路
7404控制电路
7406最小工作时间产生电路
7408驱动电路
7410最小工作时间产生电路
7412驱动电路
7414控制电路
7416最小工作时间产生电路
7418驱动电路
76参考电压产生器
78误差放大器
80锯齿波产生器
82PWM比较器
84PWM比较器
86PWM比较器
88PWM比较器
90通道
92通道
94通道
96通道100 信号VQR1的波形
102 信号VQR2的波形
104 信号VQR3的波形
106 信号VQR4的波形
108 快速响应信号Vqr的波形
110 快速响应信号QR_all的波形
112 快速响应信号QR_3rd的波形
114 快速响应信号Vqr的波形
116 快速响应信号QR—all的波形
118 快速响应信号QR—3rd的波形
120 快速响应信号QR一2nd的波形
122 信号SI的波形
124 信号S2的波形
126 信号S3的波形
128 信号S4的波形
130 信号S5的波形
132 信号S6的波形
134 信号S7的波形
136 信号S8的波形
138 信号S9的波形
140 信号S10的波形
142 信号Sll的波形144 信号S12的波形
146 正反器
148 开关
150 电流源
152 反相器
154 快速响应信号Vqr的波形
156 信号Vg的波形
158 电压Vc的波形
160 重置信号Sreset的波形
162 快速响应信号QR_all的波形
权利要求
1.一种切换式电源转换器的快速响应装置，包括一检测电路和一调节电路，其特征在于所述检测电路，检测一输出电压，在发生负载瞬时时触发快速响应；所述调节电路，在所述快速响应触发时打开多个通道中的至少二个，并且随着时间增加减少所打开的通道的数量。
2. 如权利要求1所述的快速响应装置，其特征在于，所述检测电路包括一电阻；一电流源，提供一电流至所述电阻以产生一第一电压用以偏移所述输出电压得到一第二电压；一比较器，比较所述第二电压及一第三电压以产生一快速响应信号触发所述快速响应。
3. 如权利要求1所述的快速响应装置，其特征在于，所述调节电路包括多个控制电路，每一所述控制电路在所述快速响应被触发时，在一时间内打开所述多个通道中的至少一个。
4. 如权利要求3所述的快速响应装置，其特征在于，所述每一所述控制电路包括一最小工作时间产生电路，在所述快速响应被触发时，提供一快速响应信号；一驱动电路，在所述快速响应信号的工作时间打开所述多个通道中的至少一个。
5. 如权利要求4所述的快速响应装置，其特征在于，所述最小工作时间产生电路包括一电容；一电流源，在触发快速响应时，提供一电流对所述电容充电；一逻辑电路，根据所述检测电路的输出及所述电容上的电压决定所述快速响应信号。
6. 如权利要求4所述的快速响应装置，其特征在于，所述驱动电路包括一预设图样，所述驱动电路根据所述预设图样及快速响应信号决定所要打开的通道。
7. 如权利要求4所述的快速响应装置，其特征在于，所述快速响应信号的工作时间越长，所打开的通道的数量越少。
8. —种切换式电源转换器的快速响应方法，其特征在于，包括下列步骤第一步骤在触发快速响应时，打开所述多个通道中的至少二个；第二步骤在所述快速响应的期间，随着时间增加减少所打开的通道的数量。
9. 如权利要求8所述的快速响应方法，其特征在于，更包括检测所述输出电压以触发所述快速响应。
10. 如权利要求9所述的快速响应方法，其特征在于，所述检测所述输出电压的步骤包括第一步骤偏移所述输出电压产生一偏移电压；第二步骤在所述偏移电压低于一参考电压时，触发所述快速响应。3
11. 如权利要求8所述的快速响应方法，其特征在于，所述打开所述多个通道中的至少二个的步骤包括在所述快速响应触发时，同时提供多个具有不同工作时间的信号，每一所述信号用以打开所述多个通道中的至少一个。
12. 如权利要求11所述的快速响应方法，其特征在于，所述随着时间增加减少所打开的通道的数量的步骤包括根据每一所述信号的工作时间长短决定每一所述信号要打开的信道的数量，其中工作时间越长，打开的通道的数量越少。
13. 如权利要求11所述的快速响应方法，其特征在于，更包括根据每一所述信号及其所对应的预设图样决定所要打开的通道。
全文摘要
一种切换式电源转换器的快速响应装置及方法，包括一检测电路和一调节电路，其中，所述检测电路，检测一输出电压，在发生负载瞬时时触发快速响应；所述调节电路，在所述快速响应触发时打开多个通道中的至少二个，并且随着时间增加减少所打开的通道的数量。本发明的切换式电源转换器的快速响应装置具有避免回弹现象的优点。
文档编号G05F1/10GK101599693SQ20081012592
公开日2009年12月9日 申请日期2008年6月4日 优先权日2008年6月4日
发明者陈君强 申请人:立锜科技股份有限公司