一种稳压器、及其环路自动调节系统和方法与流程

本发明的实施例涉及一种电子电路，更具体地说，尤其涉及一种稳压器及其环路自动调节系统和方法。

背景技术：

随着电子技术的发展，稳压器被广泛的应用于电子设备中，为电脑、上网本、电子书、手机等电子设备提供稳定的供电电压。而随着用户体验的提升，电子设备对其所需的供电电压也提出了越来越高的要求，稳压器至少需要设计为具有快速动态响应、精确的供电电压以及优化的效率。一般而言，工程师在设计稳压器时，需要精心设计控制环路的参数，以满足各方面的设计需求。然而针对不同的应用规格，工程师均需要手工设计、以及调节环路参数，耗费大量的人力和时间成本。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种稳压器、及其环路自动调节系统和方法。

根据本发明的实施例，提出了一种稳压器的环路自动调节方法，包括：通过交互及计算设备接收用户设定的用于稳压器的多个环路参数；根据用户设定的多个环路参数运行稳压器；以及交互及计算设备读取稳压器在线运行的在线环路值，根据稳压器的在线环路值自主实时调节至少部分环路参数，并根据调节后的环路参数继续运行稳压器，重复上述过程，直至稳压器的在线环路值与目标环路值相匹配。

根据本发明的实施例，还提出了一种用于稳压器的环路自动调节系统，包括：稳压器，接收输入电压，提供输出电压；交互及计算设备，被配置为接收用户设定的用于稳压器的多个环路参数，并在稳压器在线运行时，根据稳压器在线运行的在线环路值，自主实时调节至少部分环路参数；以及通讯总线，耦接在交互及计算设备和稳压器之间，以实现交互及计算设备和稳压器之间的实时通讯。

根据本发明的实施例，还提出了一种稳压器，包括：接口电路，通过通讯总线耦接至交互及计算设备；存储器，配置为可存储交互及计算设备提供的多个环路参数；稳压电路，接收输入电压，并提供经调节的输出电压；以及控制环路，接收交互及计算设备提供的多个环路参数，并根据所述多个环路参数控制稳压器在线运行，提供稳压器在线运行时的在线环路值；其中所述稳压器通过接口电路将其在线运行时的在线环路值输出至交互及计算设备，并根据交互及计算设备实时调节的环路参数继续运行，直至在线环路值与目标环路值相匹配。

根据本发明的实施例，还提出了一种稳压器的环路自动调节方法，所述稳压器包括多个运行模式，所述环路自动调节方法包括：通过交互及计算设备接收用户设定的稳压器在当前运行模式下的多个环路参数；根据用户设定的多个环路参数在当前运行模式下运行稳压器；交互及计算设备读取稳压器在当前运行模式下的在线环路值，并根据稳压器在当前运行模式下的在线环路值自主调节至少部分环路参数；通过交互及计算设备将调节后的多个环路参数写入稳压器的存储器；以及进入下一运行模式下稳压器的环路参数自动调节，重复上述过程。

根据本发明实施例提供的稳压器、及其环路自动调节系统和方法，可以实现自动优化调节环路参数，节省了大量的人力成本和时间成本。

附图说明

为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：

图1示出了根据本发明一实施例的用于稳压器的环路自动调节系统100的电路框图；

图2示出了根据本发明一实施例的稳压器的环路自动调节方法的流程图200；

图3示出了根据本发明一实施例的稳压电路21和控制环路25的电路框图300；

图4示出了根据本发明一实施例的斜坡补偿单元255的示意图；

图5示出了根据本发明一实施例的交互及计算设备自主调节环路参数的方法流程图500；

图6示出了根据本发明另一实施例的斜坡补偿单元255的示意图；

图7示出了根据本发明另一实施例的交互及计算设备自主调节环路参数的方法流程图700；

图8示出了根据本发明一实施例的图3所示电路框图300的波形图；

图9示出了根据本发明另一实施例的稳压器的环路自动调节方法流程图900。

具体实施方式

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。

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。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。

针对背景技术中提出的问题，本发明的实施例提出了一种稳压器、及其环路自动调节系统和方法。环路自动调节系统根据稳压器在线运行的在线环路值，通过交互及计算设备自主实时调节至少部分环路参数，直至在线环路值与目标环路值相匹配。从而可以实现自动优化调节环路参数，节省了大量的人力成本和时间成本。

图1示出了根据本发明一实施例的用于稳压器的环路自动调节系统100的电路框图。环路自动调节系统100包括交互及计算设备10、稳压器20、以及通讯总线30。交互及计算设备10被配置为接收用户设定，例如用于稳压器20的多个环路参数，并在稳压器20在线运行时，根据稳压器20在线运行的在线环路值，自主实时调节至少部分环路参数。稳压器20接收输入电压vin、并提供输出电压vo。通讯总线30耦接在交互及计算设备10和稳压器20之间，以实现两者之间的实时通讯。通讯总线30例如包括i2c串行总线、电源管理总线(pmbus)、系统管理总线(smbus)等。在一个实施例中，交互及计算设备10通过通讯总线30读取稳压器20在线运行的在线环路值，并根据稳压器20在线运行的在线环路值和目标环路值，自主实时调节至少部分环路参数，直至稳压器20的在线环路值与目标环路值相匹配。在一个实施例中，目标环路值通过交互及计算设备10由用户设定。在另一个实施例中，目标环路值由交互及计算设备10根据稳压器20的在线环路值设定。稳压器20的在线环路值与目标环路值相匹配例如包括在线环路值等于目标环路值。稳压器20的在线环路值与目标环路值相匹配例如还可以包括在线环路值与目标环路值之间的差值在一定误差范围内。

图1所示的实施例中，交互及计算设备10包括输入设备11、可视化界面12、处理单元13、及输入输出总线接口14。交互及计算设备10例如可以是台式电脑、笔记本电脑等。输入设备11配置为用于接收用户设定。输入设备11例如可以是键盘、鼠标、触摸屏幕等。用户设定例如包括目标环路值、多个环路参数、稳压器的运行模式等。可视化界面12配置为以可视化方式提供用户交互的界面。可视化界面12例如可以显示用户通过输入设备11输入的用户设定。可视化界面12例如还可以实时显示稳压器20的在线环路值、在线环路参数、在线运行模式、在线电路参数等在线运行结果。处理单元13根据稳压器20的在线环路值，执行预设的计算机可读程序编码以实时调节至少部分环路参数。预设的计算机可读程序编码例如包括根据稳压器20在不同的运行模式下的知识库设置的环路参数计算程序编码。输入输出总线接口14通过通讯总线30耦接至稳压器20。在一个实施例中，输入输出总线接口14包括通用串行总线接口。交互及计算设备10可通过输入输出总线接口14读取稳压器20的在线运行结果、将可视化界面12接收的用户设定写入稳压器20、以及根据处理单元13的计算机可读程序编码的执行结果调节用于稳压器20的至少部分环路参数。

图1所示的实施例中，稳压器20包括稳压电路21、接口电路22、寄存器组23、存储器24、以及控制环路25。在一个实施例中，稳压器20为集成电路。稳压电路21接收输入电压vin，并在控制环路25的控制下提供经调节的输出电压vo。接口电路22通过通讯总线30耦接至交互及计算设备10。稳压器20通过接口电路22实现与交互及计算设备10之间的通讯。在一个实施例中，接口电路22将通讯总线30转换为可被稳压器20兼容的总线，例如将通讯总线30支持的通用串行总线转换为稳压器20内部的pmbus总线。寄存器组23包括多个寄存器，用于暂存指令、数据和地址。存储器24用于暂时存储或永久存储交互及计算设备10提供的用户设定，如环路参数。在一个实施例中，存储器24包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)。控制环路25配置为可根据存储器24中存储的环路参数或根据交互及计算设备10提供环路参数控制稳压电路21的运行。

图2示出了根据本发明一实施例的稳压器的环路自动调节方法的流程图200。为叙述清晰，以下结合图1所示的实施例阐述图2所示的方法流程图。

在步骤s21，通过交互及计算设备10接收用户设定的用于稳压器20的多个环路参数。

在步骤s22，根据用户设定的多个环路参数运行稳压器20。

在步骤s23，交互及计算设备10读取稳压器20在线运行的在线环路值，并根据稳压器20的在线环路值自主实时调节至少部分环路参数。

在步骤s24，根据调节后的环路参数继续运行稳压器20。

在步骤s25，当稳压器20的在线环路值与目标环路值相匹配时，进入步骤s26，否则重复步骤s23～s24。

在步骤s26，环路参数自动优化调节完成，通过交互及计算设备10将调节后的环路参数写入稳压器20上的存储器24中。

图3示出了根据本发明一实施例的稳压电路21和控制环路25的电路框图300。本领域的技术人员应当意识到，图3所示的稳压电路21和控制环路25仅仅作为阐述的目的呈现，而非限制性的。在图3所示的实施例中，稳压电路21以降压式直流变换器为例进行说明。本领域技术人员可知，稳压电路21也可以是其它形式的电压变换器。

在图3所示的实施例中，稳压电路21包括开关管s1、开关管s2、电感器l和输出电容器cout。稳压电路21通过开关管s1和开关管s2的导通与关断，将输入电压vin转换为输出电压vo。开关管s1具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收输入电压vin。开关管s2具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至开关管s1的第二端，第二端耦接至系统地。电感器l具有第一端和第二端，其中第一端耦接至开关管s1的第二端和开关管s2的第一端。输出电容器cout耦接在电感器l的第二端和系统地之间。输出电容器cout两端的电压即为输出电压vo。在另一个实施例中，开关管s2可由二极管代替。在一个实施例中，稳压电路21还包括驱动电路211。驱动电路211根据控制环路25提供的控制信号ctrl，分别控制开关管s1和开关管s2的导通及关断。在一个实施例中，稳压电路21还包括反馈电路(图3未示出)，根据输出电压vo提供输出电压反馈信号vfb。

在一个实施例中，控制环路25接收来自交互及计算设备10的环路参数dl1～dln，根据环路参数dl1～dln控制稳压器20在线运行，并提供稳压器20在线运行时的在线环路值dl至交互及计算设备10，交互及计算设备10根据在线环路值dl自主实时调节部分环路参数，例如调节dl1～dln中的一个或多个，直至在线环路值dl与目标环路值相匹配。

在图3所示的实施例中，控制环路25包括斜坡补偿单元255。斜坡补偿单元255接收多个环路参数dl1～dln，并根据多个环路参数dl1～dln提供补偿信号vslope和偏置信号vbi，n为大于1的自然数。在一个实施例中，交互及计算设备10自主调节部分环路参数时，补偿信号vslope或偏置信号vbi随之调节。

在图3所示的实施例中，控制环路25还包括导通时长控制单元251、比较单元252、逻辑单元253、以及参考产生单元256。在其它实施例中，控制环路25还可以包括保护单元、数模转换单元(dac)、模数转换单元(adc)等。

导通时长控制单元251根据频率控制信号dfs产生导通时长控制信号cot，以控制开关管s1的导通时长，从而控制稳压电路21在稳态运行时的开关周期ts。频率控制信号dfs例如可以通过交互及计算设备10由用户设置。参考产生单元256根据参考控制信号dref产生参考信号vref，以控制输出电压vo的大小。参考控制信号dref例如可以通过交互及计算设备10由用户设置。比较单元252根据输出电压反馈信号vfb、偏置信号vbi、补偿信号vslope、以及参考信号vref，提供比较信号set。在图3所示的实施例中，比较单元252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输出电压反馈信号vfb和偏置信号vbi之和(vfb+vbi)，第二输入端接收参考信号vref和补偿信号vslope之和(vref+vslope)，输出端提供比较信号set。在图3所示的实施例中，控制环路25通过算术单元254提供参考信号vref和补偿信号vslope之和，通过算术单元257提供输出电压反馈信号vfb和偏置信号vbi之和。算术单元254具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至斜坡补偿单元255以接收补偿信号vslope，第二输入端接收参考信号vref，输出端根据补偿信号vslope与参考信号vref之和(vslope+vref)提供校正后的参考信号vref1至比较单元252。算术单元257具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至斜坡补偿单元255以接收偏置信号vbi，第二输入端接收输出电压反馈信号vfb，输出端根据输出电压反馈信号vfb和偏置信号vbi之和(vfb+vbi)提供校正后的反馈信号vfb1至比较单元252。逻辑单元253具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至导通时长控制单元251以接收导通时长控制信号cot，第二输入端耦接至比较单元252以接收比较信号set，输出端根据导通时长控制信号cot和比较信号set产生控制信号ctrl。在一个实施例中，逻辑单元253在比较信号set的控制下置位控制信号ctrl，以控制开关管s1的导通时刻。当输出电压反馈信号vfb和偏置信号vbi之和小于斜坡补偿信号vslope和参考信号vref之和时，开关管s1在控制信号ctrl的控制下导通。在一个实施例中，逻辑单元253在导通时长控制信号cot的控制下复位控制信号ctrl，以控制开关管s1的导通时长，也就是控制开关管s1的关断时刻。

在其它实施例中，控制环路25还可以包括保护单元、数模转换单元(dac)、模数转换单元(adc)等。

图4示出了根据本发明一实施例的斜坡补偿单元255的示意图。图4所示的斜坡补偿单元255仅仅作为阐述的目的呈现，而非限制性的，本领域技术人员可以理解，斜坡补偿单元255也可以有其它形式。

图4所示的实施例中，斜坡补偿单元255包括充电电流源ics、斜坡产生电容cap、开关管s3、放电电流源ics2、以及信号处理电路2551。充电电流源ics的一端耦接至供电电源vcc，充电电流源ics的另一端提供对斜坡产生电容cap充电的充电电流is1。斜坡产生电容cap的一端耦接至充电电流源ics，斜坡产生电容cap的另一端耦接至系统地。斜坡产生电容cap两端的电压为补偿信号vslope。图4所示的实施例中，环路参数dl1包括斜坡产生电容值，用于调节稳压器20中斜坡产生电容cap的电容值；环路参数dl2包括充电电流值，用于调节稳压器20中充电电流源ics提供的电流值；环路值dl包括稳压器20在线运行时根据环路参数dl1～dl2产生的补偿信号vslope的幅值。在一个实施例中，斜坡补偿单元255根据环路参数dl2控制充电电流源ics，从而控制充电电流is1的大小。在一个实施例中，斜坡补偿单元255根据环路参数dl1控制斜坡产生电容cap。放电电流源ics2通过开关管s3耦接至斜坡产生电容cap的两端。当开关管s3关断时，充电电流源ics以充电电流is1对斜坡产生电容cap充电，补偿信号vslope逐渐增大，其斜率由环路参数dl1和环路参数dl2共同决定。当开关s3导通时，放电电流源ics2对斜坡产生电容cap放电。在一个实施例中，斜坡补偿单元255根据控制信号ctrl控制开关s3的导通及关断。信号处理电路2551耦接至斜坡产生电容cap和充电电流源ics的公共端以接收补偿信号vslope，并根据补偿信号vslope提供在线环路值dl。交互及计算设备10根据补偿信号vslope实时调节环路参数dl1和dl2。在一个实施例中，在线环路值dl代表了补偿信号vslope在一个开关周期ts内的幅值。信号处理电路2551例如可以包括采样保持电路和模数转换电路。

在一个实施例中，斜坡补偿单元255进一步包括电压校正单元2552、比例积分单元2553、以及算术单元2554。电压校正单元2552接收环路参数dl3，并根据环路参数dl3提供电压校正信号vtrim。在一个实施例中，环路参数dl3为电压校正值，用于控制电压校正信号vtrim。电压校正信号vtrim例如等于环路参数dl3。比例积分单元2553接收输出电压反馈信号vfb和参考信号vref，并对参考信号vref和电压反馈信号vfb之间的差值(vref-vfb)进行比例积分运算，得到比例积分信号vpi。算术单元2554接收电压校正信号vtrim、比例积分信号vpi，并根据电压校正信号vtrim和比例积分信号vpi之和(vtrim+vpi)提供偏置信号vbi，用于校正输出电压vo。

图5示出了根据本发明一实施例的交互及计算设备自主调节环路参数的方法流程图500。为叙述清晰，以下结合图1～图4所示的实施例阐述图5所示的方法流程图。

在步骤s31，根据交互及计算设备10提供的环路参数dl1～dl3在线运行稳压器20。

在步骤s32，稳压器20根据补偿信号vslope提供在线环路值dl，并通过接口电路22将在线环路值dl输出至交互及计算设备10。

在步骤s33，根据稳压器20的在线环路值dl和目标环路值的比较结果实时调节环路参数dl1～dl2，使在线环路值dl进一步接近目标环路值。在一个实施例中，目标环路值通过交互及计算设备10由用户设定。

在步骤s34，稳压器20通过接口电路22接收交互及计算设备10提供的实时调节的环路参数dl1～dl2，并根据调节后的环路参数dl1～dl2继续运行。

在步骤s35，持续重复上述过程，直至稳压器20的在线环路值dl和目标环路值相匹配。

图6示出了根据本发明另一实施例的斜坡补偿单元255的示意图。图6所示的实施例中，斜坡补偿单元255根据偏置信号vbi提供在线环路值dl。在一个实施例中，在线环路值dl包括稳压器20在线运行时根据环路参数dl3产生的偏置信号vbi。在一个实施例中，交互及计算设备10根据偏置信号vbi实时调节环路参数dl3，例如调节使得环路参数dl3等于当前在线环路值dl。稳压器20根据调节后的环路参数dl3，进一步调节电压校正信号vtrim。稳压器20继续运行，直至在线环路值dl等于电压校正信号vtrim，也就是直至输出电压反馈信号vfb和参考电压vref之间的静态误差为零。在图6所示的实施例中，目标环路值为电压校正信号vtrim。图6所示的实施例，通过对环路参数dl3优化调节，可以在稳压器20运行时，实现对输出电压vo的快速校正。

图7示出了根据本发明另一实施例的交互及计算设备自主调节环路参数的方法流程图700。为叙述清晰，以下结合图1～图3、以及图6所示的实施例阐述图7所示的方法流程图。

在步骤s41，根据交互及计算设备10提供的环路参数dl1～dl3在线运行稳压器20。

在步骤s42，稳压器20根据偏置信号vbi提供在线环路值dl，并通过接口电路22将在线环路值dl输出至交互及计算设备10。

在步骤s43，根据稳压器20的在线环路值dl实时调节环路参数dl3，使在线环路值dl进一步接近目标环路值。在一个实施例中，目标环路值等于电压校正信号vtrim。

在步骤s44，稳压器20通过接口电路22接收交互及计算设备10提供的实时调节的环路参数dl3，并根据调节后的环路参数dl3继续运行。

在步骤s45，持续重复上述过程，直至稳压器20的在线环路值dl和目标环路值相匹配。

图8示出了根据本发明一实施例的图3所示电路框图300的波形图。以下结合图8所示的波形阐述图3所示电路的工作过程。当校正后的反馈信号vfb1小于校正后的参考信号vref1时，控制信号ctrl控制开关管s1导通。此时开关管s3导通，放电电流源ics2对斜坡产生电容cap放电，补偿信号vslope复位至最小值。经过补偿复位时长trs，开关管s3关断，充电电流源ics对斜坡产生电容cap充电，补偿信号vslope以斜率slope_sr增大，直至校正后的反馈信号vfb1小于校正后的参考信号vref1。在一个实施例中，补偿复位时长trs可通过交互及计算设备10由用户设置。补偿信号vslope的幅值vramp例如可由公式(1)得到：

vramp＝(ts-trs)*slope_sr(1)

在一个实施例中，斜坡补偿单元255根据斜坡信号vslope的幅值vramp得到在线环路值dl，交互及计算设备10根据在线环路值dl和用户设定的目标环路值的比较结果实时调节环路参数dl1及dl2，以实现对斜率slope_sr的实时调节，从而进一步调节斜坡信号vslope及其幅值vramp，直至在线环路值dl和用户设定的目标环路值相匹配。

在一个实施例中，斜坡补偿单元255根据偏置信号vbi得到在线环路值dl，交互及计算设备10根据在线环路值dl实时调节环路参数dl3，以实现对电压校正信号vtrim的实时调节。

图9示出了根据本发明另一实施例的稳压器的环路自动调节方法流程图900。在一个实施例中，稳压器20包括多个运行模式，稳压器20的环路自动调节方法还包括通过交互及计算设备10分别依次对各运行模式下的环路参数自动调节。图9所示的方法包括步骤s81～s86。

在步骤s81，开始当前运行模式下稳压器20的环路参数自动调节。

在步骤s82，通过交互及计算设备10接收用户设定的稳压器20在当前运行模式下的多个环路参数。

在步骤s83，根据用户设定的多个环路参数在当前运行模式下运行稳压器20。

在步骤s84，交互及计算设备10读取稳压器20在当前运行模式下的在线环路值，并根据稳压20在当前运行模式下的在线环路值自主实时调节至少部分环路参数，直至稳压器20在当前运行模式下的在线环路值与目标环路值相匹配。

在步骤s85，通过交互及计算设备10将调节后的多个环路参数写入稳压器20的存储器。

在步骤s86，进入下一运行模式下稳压器20的环路参数自动调节，重复上述步骤s82～s85。

在一个实施例中，稳压器20包括多相开关电路，稳压器20例如可以加相运行或减相运行以适应负载需求。稳压器20的多个运行模式例如包括单相运行、双相运行、三相运行、四相运行等。根据本发明一实施例的环路自动调节系统可以如图9所示的方法流程分别依次调节稳压器20在各相运行下的环路参数，并将调节后的环路参数写入稳压器20的存储器中。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。