用于脉冲宽度调制的调制器的载荷瞬变异步升压制造技术

技术编号:12058963 阅读:87 留言:0更新日期:2015-09-17 09:01
公开了一种脉冲宽度调制(PWM)控制器,所述脉冲宽度调制控制器具有MOSFET(15),所述MOSFET响应于来自PWM放大器(17)的误差电压(Verror)信号以无延迟ΔTd检测瞬变条件。MOSFET漏极产生检测信号(S)并将检测信号施加到延迟电路(D)。延迟电路(D)响应于瞬变检测信号(S)以异步输出两个锁存信号(S1)和(S2),所述锁存信号在施加到相应的锁存器电路(L1、L2)时引起PMOS(8)和NMOS(9)的导通状态的改变。这种布置减小电压下冲。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电源管理单元(PMU)的领域,尤其涉及需要脉冲宽度调制控制器的电源管理单元。这样的PMU普遍用在许多设备中,但尤其是用在移动设备中,该移动设备诸如移动电话、智能手机、平板电脑以及其他类似的通信和数据处理设备。
技术介绍
移动设备意味着对嵌入式电源管理单元的高约束。通常,这些电源管理单元由降压转换器组成,所述降压转换器由脉冲宽度调制(PWM)控制所定相的主时钟同步。图1示出了这种常规架构。主时钟I (CLK)通过块2、块3、块4(PH1、PH2、PH3)进行相移。这些块中的每个块使时钟相位移动不同的值以便产生3个不同的时钟CLK_1、CLK_2、CLK_3。这些时钟中的每个时钟驱动各自的降压转换器5、降压转换器6、降压转换器7 (分别为BUCKl、BUCK2、BUCK3)。在图1的基本示例中,仅描述3个降压转换器5、降压转换器6、降压转换器7。块PH1、块PH2、块PH3可因此在时钟之间强加60°相移。例如:时钟CLK_1可对于主时钟CLK未移动。时钟CLK_2可对于主时钟CLK移动+60°。时钟CLK_3可对于主时钟CLK移动+120°。通常,N是降压转换器的数量,驱动降压转换器BUCK_i的时钟CLK_i可移动360Xi/N,其中,i e 。这种架构防止所有的降压转换器在相同的时钟上升沿开始它们的导通周期,否则将导致电池上的大下冲。由于这个原因,降压转换器常被称为PWM同步电压模式控制。图2示出了标准同步PWM电压模式控制DC/DC架构的高电平框图。输出电压Vout与基准电压Vref进行比较,并通过由电阻器Z1、电阻器Z2、电容器c和放大器(Amp)组成的补偿网络进行放大。无源元件Z1、无源元件Z2致力于整体环路的稳定性。在放大器(Amp)的输出端处,信号Verror与同步至时钟信号的上升沿的内部斜坡(Vramp)进行比较。在时钟信号的开始,状态机SM操作锁存器LI以使PMOS 8通电并导通,时钟信号将同步地保持NMOS 9不导通(断开)。每当误差信号Verror与Vramp信号交叉时,状态机使PMOS 8断开,并切换锁存器L2以使NMOS 9通电为导通状态。NMOS导通周期的结束是由时钟周期的结束处的信号Vx所设置。这由图3进一步示出,图3示出了(自上而下)时钟10、信号Vx 11、斜坡Vramp 12和误差信号Verror 13以及PMOS和NMOS的输出(分别为CMD_P 14和CMD_N15)的时间线。这种架构的重大缺陷是在高输出载荷瞬变的情况下,输出电压下冲。载荷瞬变性能不仅取决于输出滤波器L和C,而且取决于输出载荷瞬变阶跃和时钟上升沿之间的相位差(△ Td)。由于对输出载荷瞬变阶跃和时钟上升沿之间的相位差的依赖,因此载荷瞬变性能可被影响30%。高输出载荷瞬变越来越成为市场的需求。因此需要降低对高输出载荷瞬变性能的影响的技术方案。
技术实现思路
因此,本专利技术提供一种具有同步脉冲宽度调制(PWM)电压模式控制架构的PWM控制器,包括:用于检测瞬变载荷的装置,以及用于异步改变状态机的状态的装置。所述PWM优选降低输出载荷瞬变阶跃和时钟上升沿之间的相位差以便最小化或防止输出电压下冲。优选地,这通过将PWM的放大器的输出施加到由瞬变载荷检测电路提供的瞬变载荷检测装置来实现。瞬变载荷检测电路可包括MOSFET或具有类似性能的晶体管,该MOSFET或具有类似性能的晶体管具有栅极端子,由放大器输出的误差电压信号被施加到所述栅极端子以在漏极端子处产生检测信号。所述检测信号可被施加到延迟电路。延迟电路优选响应于快速变化的检测信号以产生用于控制PMOS晶体管和NMOS晶体管中的每个晶体管的导通状态的信号。所述信号可以是用于驱动锁存器控制每个相应的PMOS晶体管和NMOS晶体管的锁存信号。延迟电路在相对不同的时间产生每个锁存信号,即,延迟电路提供用于异步改变状态机的状态的装置。为了使ATd最小化,MOSFET的源极连接到与电容器并联的载荷/源级电阻器。这在当电容器未导通时的稳态运行期间使源极和漏极处的电流最小化。然而,在快速转变时,电容器的行为好像使电阻器短路,以在MOSFET漏极端子处产生具有大大降低的相位延迟的检测信号。延迟电路几乎瞬时响应于检测信号以导致PMOS晶体管和NMOS晶体管的异步导通状态切换。【附图说明】现在参照示例性的附图仅以示例的方式描述实施本专利技术的PMU和PMU的操作方法,其中:图4a和图4b示出由专利技术人进行的穿过线圈L的电流对于载荷瞬变的行为的实验结果。图5a和图5b示出根据相位差(Λ Td)的多个值的降压载荷瞬变性能。图6示出同步PWM电压模式控制架构。图7a和图7b分别示出Verror信号和输出电压Vout。图8a、图8b和图8c分别不出检测信号S、Verror信号和输出信号Vout。图9示出矩形锁存信号S1、矩形锁存信号S2对于检测信号S的时序。【具体实施方式】图4a示出在PMOS导通周期期间发生载荷瞬变10事件的情况。只要载荷瞬变10开始使输出电容器C放电,并且由于应力位于PMOS导通周期之内,线圈电流I_coil 11便瞬时以恒定的正电流斜率持续增加并补偿输出电容器放电。这持续到线圈电流I_coil 11达到载荷瞬变阶跃I_load 10为止。图4b示出在匪OS导通周期期间发生载荷瞬变事件的情况。由于整个架构在时钟上同步,因此状态机首先等候时钟周期的结束,并随后对输出应力作出反应。意味着在这个情况中,线圈电流I_coil 10未对瞬变阶跃I_load作出瞬时响应。延迟ATd影响载荷瞬变性能。该延迟ATd越严重(越大),载荷瞬变下冲幅度越大。图5a和图5b示出根据相位差的多个值的降压载荷瞬变性能。图5a示出线圈电流相对于载荷瞬变而当前第1页1 2 本文档来自技高网
...

【技术保护点】
一种具有同步脉冲宽度调制(PWM)电压模式控制架构的脉冲宽度调制控制器,其特征在于,所述脉冲宽度调制控制器包括:用于检测瞬变载荷的装置和用于异步改变状态机的状态的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:菲利普·皮诺罗
申请(专利权)人:意法爱立信有限公司
类型:发明
国别省市:瑞士;CH

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1