电压调节器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电压调节器和电压调节的方法。
【背景技术】
[0002]电压调节器是被设计用于自动维持恒定输出电压的电路。一些电压调节器以线性模式来操作，而一些以切换模式来操作(其中至少一个元件用作打开/闭合开关)。通常，电压调节器无法即时响应于负载电流的突变(sudden change)。输出电容器通常用于降低纹波(ripple)且有助于降低由于负载电流的突变而生成的输出电压瞬变。
[0003]许多系统使用具有陶瓷介质的电压调节器输出电容器。具有陶瓷层和金属电极的这种类型的电容器是固有压电的。因此，如果存在处于人类可听频率范围内的压电电压改变(20Hz-20KHz)，则它们可以可听见地震动。例如，可以按照每秒240次来刷新用于计算机监控器和电视的液晶显示器，并且可以按照该速率的两倍来刷新3D显示器。每次刷新循环均要求电源电流的大的改变，这可能导致了电压调节器输出电容器处的电压瞬变。对于具有周期负载电流改变的电压调节器驱动显示器或其他系统，令人反感的可听噪声可以由输出电容生成。降低电压调节器的输出处的电压瞬变通常是需要的，并且更具体地，需要降低来自电压调节器的输出电容器的听觉噪声。
【附图说明】
[0004]图1 (现有技术)是现有电压调节器的示例实施例的示意性框图。
[0005]图2A-2C(现有技术)是示出图1的电压调节器中的电流、电压和信号波形的时序图。
[0006]图3是改进的电压调节器的示例实施例的示意性框图。
[0007]图4A-4D是示出图3的电压调节器的信号和电压波形的时序图。
[0008]图5是示出图3中部分电压调节器的示例实施例的额外细节的示意性框图。
[0009]图6是示出图3中部分电压调节器的示例实施例的额外细节的示意性框图。
[0010]图7是用于降低电压调节器的周期输出电压纹波的方法的示例实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0011]图1图示用于将功率提供给负载108的现有技术的电压调节器100的示例。负载108被描述为电阻器，但是，通常来说负载108可以是具有变化的电流需求的系统。所示电压调节器100 (其被简化从而有助于图示和说明)包括DC-DC变换器102和反馈电路104。DC-DC变换器102将在输入电压Vin处的功率转换为在输出电压V ■处的功率。输入电压V1N可以大于输出电压V (OT或输出电压V (W可以大于输入电压Vin。DC-DC变换器102可以是线性电路，或者DC-DC变换器102可以是切换电路。反馈电路104将输出电压V.与参考电压Vref相比较并且生成反馈信号S FB，该反馈信号Sfb使得DC-DC变换器102生成更大或更小的电流以维持恒定的输出电压V.。输出电容器106对于切换DC-DC变换器来说是必要的。对于所有类型的DC-DC变换器，输出电容器106有助于降低输出电压的纹波，并且还有助于降低由于负载电流iuM的突变而产生的输出电压瞬变。
[0012]图2A-2C图示与图1的示例电压调节器100相关联的各种示例波形。在图2A的示例中，到系统108的电流周期性地变化，到系统108的电流i 在时间t ^ t3处突然地增大，并且在时间tjP 14处突然地减小。
[0013]在图2B中，图1中的电压调节器100无法瞬间响应于图2A中所述的负载电流的变化。当负载电流iuM增大时(t D t3)，由DC-DC变换器102提供的电流(i.)是不足的，并且输出电压V-随着输出电容器106开始放电而开始减小。闭环电压调节器系统花费有限数量的时间用于响应输出电压V.并且将输出电压V ■恢复回到期望电压，从而在时间t #口七3处在输出电压V ■上生成负电压瞬变。同样地，当负载电流i U3ad减小时(t 2，t4)，DC-DC变换器102提供比负载110要求的电流更多的电流(i.)，并且输出电压V.随着电容器106开始充电而开始增加。再一次地，闭环电压调节器系统花费有限数量的时间来响应，并且正电压瞬变在时间〖2和14处被生成在输出电压V ■上。如果V ■上的电压瞬变足够大，并且如果电压瞬态的频率在人类听觉能带(auditory band)的之内，则输出电容器106可以生成令人反感的听觉噪声。
[0014]在图1中，反馈信号Sfb控制DC-DC变换器102的电流输出。在图2C中，在时间M5P t3处，闭环电压调节器响应时间使得反馈信号Sfb缓慢地增大到较高电平从而增大i0UT(DC-DC变换器102的电流输出)，并且在时间t2和t4处，电压调节器闭环响应时间使得反馈信号Sfb缓慢地减小到较低电平从而减小i (jUT。
[0015]图3图示改良的电压调节器300的示例实施例，其为图1的电压调节器100添加有附加的前馈电路。信号Su3ad是来自由电压调节器300供电的系统108的信号，信号Su3ad表明系统108所需的电流。更具体地，信号&_表明系统108将要求电流的改变，从而允许电压调节器300预测负载电流中的突变。前馈电路302使用信号Su3ad来生成被耦合到反馈信号Sfb的前馈信号S ppo前馈电路302还接收电压调节器输出电压V.。前馈电路302使用V.和信号S U3ad来生成前馈电压输出V ppo前馈信号Sff具有可变振幅，并且前馈信号S FF的振幅是前馈电压输出Vff的振幅。在图3中，修正的反馈信号Sfb是反馈电路104的输出(如图2C所述)和前馈信号Sff的总和。信号S L0AD、SFF, Sff对S FB的贡献(contribut1n)、以及产生的修正的Sfb被示出在图4A-4D中。
[0016]通常，电压调节器无法预测负载电流即将改变。信号Su3ad和前馈电路302使得电压调节器300能够略微在反馈回路中存在待感测的充分的电流变化之前、以及略微在存在待感测的输出电压V.上的任何瞬变之前预测电流的改变。前馈信号S FF修正了反馈信号Sfb从而代替了如图2C中的相对慢的闭环响应，修正的反馈信号Sfb即时(但是短暂地(briefly))响应于信号Sumid前馈信号Sff在信号S伽卩中的每个阶段(st印)改变之后立即将尖峰脉冲(spike)(衰减之后的电压的阶段)添加到反馈信号SFB。在图3的示例中，前馈信号Sff被电容性耦合到反馈信号Sfb，但是电容性耦合不是必需的。电容性耦合仅仅是用于在信号Su3ad中的每个阶段之后提供短暂信号的途径中的一种示例。当信号S ^_为周期性时，前馈电路302随着时间可以调整前馈信号Sff的量级(magnitude)(前馈信号S FF的量级是前馈电压输出Vff的量级)，从而基本地消除输出电压V ■上的对应的周期性的电压瞬变。
[0017]在图4A中，信号S_是来自由电压调节器300供电的系统108的信号。信号3_是对应于改变的系统电流的信号，例如将改变系统108的状态的控制器中的信号。例如，3_:)可以是显示刷新信号或周期性脉宽调制显示背光的信号。在图4A的示例中，当信号
高时，负载电流i U3ad为高，而当信号S _为低时，负载电流i _为低。
[0018]在图4B中，前馈信号Sff是具有与负载信号S _相同正时且具有可变量级的信号(前馈信号Sff的量级是前馈电压输出Vff的量级)。对于图3中的示例，修正的反馈信号Sfb是反馈电路104的输出(如图2C所示)与电容性耦合的前馈信号S ^的总和。
[0019]在图4C中，信号Sfb(Sff)是前馈信号Sff对修正的反馈信号Sfb的贡献。Sfb(Sff)在时间^和13将正阶段添加到反馈信号S FB，并且每个阶段如由电阻器304和电容器306所确定地衰减。Sfb(Sff)在时间t#Pt4将负阶段添加到反馈信号Sfb，并且每个阶段如由电阻器304和电容器306所确定地衰减。再一次地，电容性耦合仅仅是用于将短暂响应实施到Vu3ad中的每个阶段中的方式中的一个示例。阶段的可变量级是来自前馈电路302的前馈电压输出Vff的量级。
[0020]图4D示出在来自前馈信号Sff的衰减阶段被添加至反馈电路104的输出(如图2C所示)时的反馈信号SFB。产生的反馈信号Sfb具有基本上瞬时上升和下降时间。与图2C所示的较慢的闭环响应时间相比，反馈信号Sfb的快速上升和下降时间使得DC-DC变换器102立即响应于在时间V t2、t#P 14处的负载电流改变。实际上，在存在输出电压V.的任何改变之前，前馈电路302使得DC-DC变换器电路102响应于负载电流的改变，并且由于周期性负载电流改变而产生的V.上的周期性电压瞬变被基本消除。由于消除了 V.上的周期性电压瞬变，因此消除了来自输出电容器106的听觉噪声。
[0021]图5示出使用切换DC-DC变换器502的图3中的电压调节器300的示例实施例的额外细节。在图5中，DC-DC变换器502示出了图3中的DC-DC变换器102的一个可能的示例。DC-DC变换器502是切换DC-DC升压变换器(输出电压V.高于输入电压V IN)。DC