基于比例微分控制器的数模混合线性稳压器系统

本发明涉及线性稳压器领域，尤其涉及一种基于比例微分控制器的数模混合线性稳压器系统。

背景技术：

1、随着cpu和mcu等功能越来越强大，所需要的供电电源要求也越来越高。而这类负载对供电电源的要求主要集中在动态响应、输出电压纹波和过冲上，并且考虑到这类应用场景的总体面积小，需要电源的集成度高。

2、现有技术中，在数字控制模块中采用两个比较器和移位控制器，通过移位的方向以及次数，控制功率管的导通或关断；以上方案中仅通过两个比较器来调节输出电压和参考电压的大小关系，但在工作过程中，输出电压会在参考电压的上门限和下门限之间反复震荡，经过长时间和多个周期才能稳定，进一步由于输出电压的反复震荡导致调节难度以及调节时间增加，降低了工作效率。

3、此外，以上移位的方案，在动态响应过程中需要较多的时钟周期才能稳定，输出电压过冲较大，为抑制过冲需要使用过大的输出电容，不利于线性稳压器的集成。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于比例微分控制器的数模混合线性稳压器系统，以解决的问题。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种基于比例微分控制器的数模混合线性稳压器系统，用于控制负载的输出电压，包括：数字控制模块、模拟控制模块、逐次逼近模块以及比例微分控制器；其中，所述数字控制模块包括第一功率管单元；所述模拟控制模块包括：第二功率管单元、运算放大器单元以及补偿单元；

3、其中，所述第一功率管单元以及所述第二功率管单元的第一端均连接一电源端，所述第一功率管单元的控制端连接所述逐次逼近模块的第一端，所述第一功率管单元的第二端连接所述输出电压端，所述逐次逼近模块的第二端连接所述比例微分控制器的第一端，所述比例微分控制器的第二端连接所述输出电压端，所述比例微分控制器的第三端连接一控制信号端，所述逐次逼近模块的第三端连接所述运算放大器单元的第一端，所述运算放大器单元的第二端连接所述补偿单元的第一端，所述运算放大器单元的第三端以及所述补偿单元的第二端均连接所述第二功率管单元的控制端，所述第二功率管单元的第二端连接所述输出电压端；

4、所述数字控制模块用于：受控于所述逐次逼近模块而导通或关断，以对所述输出电压端的输出电压进行一级调节，得到第一输出电压；

5、所述模拟控制模块用于：受控于所述逐次逼近模块而导通或关断，以对所述第一输出电压进行二级调节，得到第二输出电压；

6、所述逐次逼近模块用于：受控于所述比例微分控制器，以控制所述第一功率管单元以及所述第二功率管单元的导通或关断；

7、所述比例微分控制器用于：检测所述控制信号端输出的控制信号以及所述输出电压端输出的输出电压的大小以及变化趋势，并基于所述控制信号与所述输出电压之间的关系，输出驱动信号，以驱动所述逐次逼近模块。

8、可选的，所述比例微分控制器的控制信号端包括：第一参考电压端、第二参考电压端以及时钟信号端，用于输入第一参考电压、第二参考电压以及时钟信号；所述比例微分控制器的输出端包括：第一驱动信号端、第二驱动信号端以及第三驱动信号端，用于输出第一驱动信号、第二驱动信号以及第三驱动信号；

9、所述比例微分控制器被配置为：

10、当输出电压在所述第一参考电压以上时，所述第一驱动信号为第一驱动状态，所述第二驱动信号为第二驱动状态；

11、当所述输出电压小于所述第一参考电压且大于所述第二参考电压时，所述第一驱动信号为第二驱动状态，所述第二驱动信号失效；

12、当所述输出电压在所述第二参考电压以下时，所述第一驱动信号以及所述第二驱动信号均为第一驱动状态；

13、其中，所述第一驱动状态包括低电平，所述第二驱动状态包括高电平。

14、可选的，所述比例微分控制器还被配置为：

15、当所述输出电压呈上升趋势且所述时钟信号为第一驱动状态时，所述第三驱动信号为第二驱动状态；

16、当所述输出电压呈下降趋势且所述时钟信号为第二驱动状态时，所述第三驱动信号为第一驱动状态。

17、可选的，所述比例微分控制器包括：第一比较器、第二比较器、第一非门、第二非门以及第一与门；

18、所述第一比较器的同相输入端连接所述第一参考电压端，所述第一比较器的反相输入端连接所述输出电压端以及所述第二比较器的反相输入端，所述第二比较器的同相输入端连接所述第二参考电压端，所述第一比较器的输出端连接所述第一与门的第一输入端，所述第二比较器的输出端连接第一非门的输入端，所述第一非门的输出端连接所述第一与门的第二输入端；所述第一与门的输出端连接所述第二非门的输入端，所述第二非门的输出端连接所述第一驱动信号端。

19、可选的，所述比例微分控制器还包括：第二与门、第三与门、第三非门以及或门；

20、所述第二与门的第一输入端连接所述第一比较器的输出端，所述第二与门的第二输入端连接所述第三非门的输出端，所述第三非门的输入端连接所述第三驱动信号端以及所述第三与门的第一输入端，所述第三与门的第二输入端连接所述第二比较器的输出端，所述第二与门的输出端连接所述或门的第一输入端，第三与门的输出端连接所述或门的第二输入端，所述或门的输出端连接所述第二驱动信号端。

21、可选的，所述比例微分控制器还包括：第一电容、第三比较器、开关管以及第四非门；

22、其中，所述第一电容的第一端连接所述输出电压端，所述第一电容的第二端连接所述第三比较器的同相输入端以及所述开关管的第一端，所述开关管的第二端连接所述第三比较器的反相输入端，所述开关管的控制端连接所述时钟信号端，所述第三比较器的输出端连接所述第四非门的输入端，所述第四非门的输出端连接所述第三驱动信号端。

23、可选的，所述逐次逼近模块包括若干逐次逼近单元以及若干第一反相器，所述第一功率管单元包括若干第一功率管；

24、所述若干逐次逼近单元之间并联连接，所述若干第一功率管之间并联连接，所述若干第一反相器之间串联连接，每个所述逐次逼近单元的第一端均连接所述比例微分控制器，每个所述逐次逼近单元的第二端均通过所述若干第一反相器连接一所述第一功率管的控制端，每个所述第一功率管的第一端均连接至所述电源端，每个所述第一功率管的第二端均连接至所述输出电压端；

25、所述逐次逼近模块被配置为：通过依次调节每个所述逐次逼近单元的驱动状态，以驱动一所述第一功率管。

26、可选的，所述逐次逼近模块还被配置为：在调节每个所述逐次逼近单元之间，设置所述若干逐次逼近单元的初始驱动状态。

27、可选的，所述第二功率管单元包括第二功率管，所述补偿单元包括：若干补偿管，所述运算放大器单元包括：放大器、第二反相器以及第二电容；

28、所述第二功率管的第一端连接所述电源端，所述第二功率管的第二端连接所述第二电容的第一端以及所述放大器的反相输入端，所述若干补偿管之间并联连接，每个所述补偿管均连接一所述逐次逼近单元，所述若干补偿管的第一端均连接所述第二功率管的控制端以及所述放大器的输出端，所述若干补偿管的第二端均连接至所述第二电容的第二端，所述若干补偿管的控制端均连接至所述逐次逼近模块，所述放大器的同相输入端连接一参考电压端，所述放大器的控制端连接所述第二反相器的输出端，所述第二反相器的输入端连接所述逐次逼近模块的使能端；

29、所述补偿单元被配置为：受控于所述逐次逼近模块而导通或关断，以对所述模拟控制模块进行补偿。

30、可选的，所述基于比例微分控制器的数模混合线性稳压器系统还包括：第三电容以及电阻；所述第三电容以及所述电阻的第一端均连接至所述输出电压端，所述第三电容以及所述电阻的第二端均接地。

31、可选的，所述运算放大器单元还包括：电流源、第一偏置管、第二偏置管、第三偏置管、第四偏置管、第五偏置管、第一nmos管、第二nmos管、第一pmos管、第二pmos管、第三pmos管、第四pmos管以及第五pmos管；

32、其中，所述电流源的输出端连接所述偏置管的第一端、所述第一偏置管的控制端以及所述第二偏置管的控制端，所述第二偏置管至所述第五偏置管的控制端以及第一端均连接至所述第一nmos管的源极以及所述第二nmos管的源极，所述第一偏置管至所述第五偏置管第二端均连接至所述第三电容以及所述电阻的第一端，所述第一nmos管的栅极连接所述参考电压端，所述第二nmos管的栅极连接所述输出电压端，所述第一nmos管的漏极连接所述第四pmos管的漏极，所述第二nmos管的漏极连接至所述第二pmos管的源极，所述第一pmos管的源极连接所述第三pmos管的源极，所述第一pmos管的漏极连接所述第三偏置管的第一端，所述第三pmos管的漏极连接所述第二pmos管的源极，所述第三pmos管的栅极连接所述第四pmos管的栅极，所述第二pmos管的漏极连接所述第四偏置管的第一端以及所述第三pmos管的栅极，所述第二pmos管的栅极连接所述第五pmos管的栅极以及所述第一pmos管的栅极，所述第五pmos管的漏极连接所述若干补偿管的第一端以及所述第二功率管的控制端，所述第五pmos管的源极连接所述第四pmos管的漏极，所述第四pmos管的源极连接所述第三pmos管的源极以及所述第二功率管的第一端，所述第二功率管的第二端连接所述第二电容的第一端、所述第三电容的第二端以及输出电压端，所述第二电容的第二端连接所述若干补偿管的第二端，所述输出电压端还连接所述第一功率管单元的第一端以及所述电阻的第二端，所述第一功率管单元的第二端连接所述第二功率管的第一端。

33、可选的，所述若干第一功率管以及所述第二功率管包括pmos管，且相邻两个所述第一功率管的宽长呈预设倍数设置；所述若干补偿管包括pmos管或nmos管。

34、根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括第一方面及其可选的基于比例微分控制器的数模混合线性稳压器系统，以及所述负载。

35、本发明提供的基于比例微分控制器的数模混合线性稳压器系统，通过比例微分控制器的逻辑运算，能够检测输出电压的大小以及变化趋势，进一步减少输出电压动态响应时的震荡幅度和时间。

36、此外，本发明的第一功率管单元采用若干个第一功率管，逐次逼近模块采用若干个逐次逼近单元，且每个逐次逼近单元均控制一个第一功率管，实现在动态响应过程中需要若干个时钟周期，并且由于逐次逼近模块中的每个逐次逼近单元初始值为预设值，使得输出电压的过冲得到及时抑制，有利于减小输出电容和线性稳压器的集成面积。

37、且在优选的实施方式中，本发明的补偿单元采用若干个功率管并联作为电阻，能够实现根据第一功率管单元内的第一功率管的开启和关断调整环路补偿中输出电阻，以使得模拟控制模块在宽范围负载范围具有良好的相位裕度和增益裕度。