切换式电源供应器及其控制电路与快速响应方法技术

一种切换式电源供应器及其控制电路与快速响应方法。切换式电源供应器具有负载瞬变响应能力，包含至少一功率级电路以及控制电路。控制电路包括脉宽调制信号产生电路以及快速响应信号产生电路。脉宽调制信号产生电路根据输出电压与快速响应信号，而产生PWM信号，以操作对应的功率级电路中功率开关，而将输入电压转换为输出电压。快速响应信号产生电路包括微分电路以及比较电路。微分电路用以对相关于输出电压的感测信号，执行微分运算，而产生微分信号。比较电路用以比较微分信号与快速响应阈值信号，以于微分信号超过快速响应阈值信号时，决定脉宽调制信号产生电路执行快速响应程序。序。序。

【技术实现步骤摘要】
切换式电源供应器及其控制电路与快速响应方法


[0001]本专利技术涉及一种切换式电源供应器，特别是指一种具有负载瞬变(load transient)响应能力的切换式电源供应器。本专利技术还涉及用于切换式电源供应器中的控制电路与快速响应方法。

技术介绍

[0002]图1A显示一种现有技术切换式电源供应器1，用以将输入电压Vin转换为输出电压Vout，以供应电源予中央处理器(Central Processing Unit，CPU)/或图形处理器(Graphic Processing Unit，GPU)10。如图1A所示，切换式电源供应器1是一种多相的切换式电源供应器，其包括多个功率级电路11以及控制电路12。控制电路12根据相关于输出电压Vout的电压感测信号Vsense与相关于流经各功率级电路11的电感电流的电流感测信号CS1、CS2与CS3，对应产生脉宽调制(pulse width modulation，PWM)信号PWM1、PWM2与PWM3以分别操作功率级电路11中的功率开关，而将输入电压Vin转换为输出电压Vout。
[0003]与一般非供应电源予CPU或GPU的切换式电源供应器相比，切换式电源供应器1要满足下列特别的需要：CPU/GPU 10操作时为电源需求变化相对快速的负载电路，需要以极高的精度实现动态电压定位(dynamic voltage positioning)，需要满足一定的负载线(load line)要求，需要相对快速地在不同的电能消耗状态之间转换，需要提供不同的参数测量和监控。在切换式电源供应器1与CPU/GPU 10之间通常以串行总线(serial bus)界面进行通信，CPU/GPU 10会根据其负荷和运行模式提出不同的供电要求。
[0004]一般而言，CPU/GPU 10在某些操作模式下，消耗的电流相对较大，因此常常采用多相功率级电路11。在图1A所示的切换式电源供应器1中，具有3相功率级电路11，分别根据脉宽调制(pulse width modulation，PWM)信号PWM1、PWM2与PWM3而操作其中的功率开关，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。对于切换式电源供应器1来说，精确测量每个相的电流是很重要的，控制电路12根据相关于各相电流的电流感测信号CS1、CS2与CS3，使各相之间的电流维持平均分配，并实现良好的回路特性控制、设定负载线(load line)，以及致能过流保护程序。
[0005]请参阅图1B，显示切换式电源供应器1的电压随载下降(droop)操作模式中，电压感测信号Vsense与PWM信号PWM1、PWM2与PWM3的波形信号示意图。输出电压Vout在负载增加的时候，会出现下降，如图所示，在时间点t1之后，由电压V1下降至电压V2。并且，在输出电压Vout从电压V1开始下降的初期，会出现下冲(undershoot)。而在负载降低的时候，输出电压Vout会出现上升(未示出，例如输出电压Vout由电压V2上升至电压V1)，并且，在输出电压Vout从电压V2开始上升的初期，会出现上冲(overshoot)。因此，电压随载下降操作模式利用负载线技术，使输出电压Vout在负载电流增加时，将输出电压Vout降低，而在负载电流降低时，将输出电压Vout提高，以此降低输出电容Cout，也就是不需要采用较多或是电容值较高的输出电容Cout，以降低电路面积与降低电路制造成本。
[0006]这种现有技术切换式电源供应器1的缺点，其中之一在于，在负载电流增加的时
候，输出电压Vout下降的初期所出现的下冲，切换式电源供应器1只能根据电压感测信号Vsense的反馈控制，产生如图1B中，PWM信号PWM1、PWM2与PWM3在时间点t1到时间点t2期间中，出现较为密集的脉冲。这种控制方式，负载瞬变响应能力较差，造成输出电压Vout的严重下冲。另一方面，负载降低的时候，现有技术切换式电源供应器1造成输出电压Vout上升的初期所出现的严重上冲，也是这种现有技术的缺点。
[0007]也就是说，由于这种现有技术切换式电源供应器1对负载瞬变的响应速度受到限制，在切换式电源供应器1操作于固定导通时间(constant ON time)模式下，固定的导通时间只能传递有限的电流，因此不能满足过重负载的需求；且在切换式电源供应器1操作于相间轮流(interleaving)导通的机制中，延迟了动态响应的时间，多个功率级电路11中，没有同时导通，空闲(idle)相不能为负载增加提供电源。
[0008]有鉴于此，本专利技术针对上述现有技术的不足，提出一种负载瞬变响应能力的切换式电源供应器。本专利技术还涉及用于切换式电源供应器中的控制电路与快速响应方法。

技术实现思路

[0009]就其中一个观点言，本专利技术提供了一种切换式电源供应器，包含：至少一功率级电路，其中的每一功率级电路，用以根据对应的一脉宽调制(pulse width modulation，PWM)信号，而操作其中一功率开关，以将一输入电压转换为一输出电压；以及一控制电路，包括：一脉宽调制信号产生电路，与该至少一功率级电路耦接，用以根据该输出电压与一快速响应信号，而产生该PWM信号；以及一快速响应信号产生电路，与该脉宽调制信号产生电路耦接，用以根据该输出电压，产生该快速响应信号，该快速响应信号产生电路包括：一微分电路，用以对相关于该输出电压的一电压感测信号，执行一微分运算，而产生一微分信号；以及一比较电路，与该微分电路耦接，用以比较该微分信号与一快速响应阈值信号，产生该快速响应信号，以于该微分信号超过该快速响应阈值信号时，决定使该脉宽调制信号产生电路执行一快速响应程序。
[0010]就另一观点言，本专利技术提供了一种控制电路，用于一切换式电源供应器中，以将一输入电压转换为一输出电压，该控制电路包含：一脉宽调制信号产生电路，其中的每一脉宽调制信号产生电路，与对应的至少一功率级电路耦接，用以根据该输出电压与一快速响应信号，而产生一PWM信号；以及一快速响应信号产生电路，与该脉宽调制信号产生电路耦接，用以根据该输出电压，产生该快速响应信号，该快速响应信号产生电路包括：一微分电路，用以对相关于该输出电压的一电压感测信号，执行一微分运算，而产生一微分信号；以及一比较电路，与该微分电路耦接，用以比较该微分信号与一快速响应阈值信号，产生该快速响应信号，以于该微分信号超过该快速响应阈值信号时，决定使该脉宽调制信号产生电路执行一快速响应程序。
[0011]在一种较佳的实施型态中，该快速响应信号产生电路还包括一快速响应脉冲产生器，与该比较电路耦接，用以根据该快速响应信号，产生一快速响应脉冲信号。
[0012]在一种较佳的实施型态中，其中该切换式电源供应器包含多个功率级电路，且于该快速响应程序中，该脉宽调制信号产生电路根据该快速响应信号，调整每一该PWM信号，使每一个该功率级电路中对应的该功率开关，根据相关于该快速响应信号的一快速响应脉冲信号，同时导通一段快速响应期间。
[0013]在一种较佳的实施型态中，该快速响应阈值信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种切换式电源供应器，包含：至少一功率级电路，其中的每一功率级电路，用以根据对应的一脉宽调制信号，而操作其中一功率开关，以将一输入电压转换为一输出电压；以及一控制电路，包括：一脉宽调制信号产生电路，与该至少一功率级电路耦接，用以根据该输出电压与一快速响应信号，而产生该脉宽调制信号；以及一快速响应信号产生电路，与该脉宽调制信号产生电路耦接，用以根据该输出电压，产生该快速响应信号，该快速响应信号产生电路包括：一微分电路，用以对相关于该输出电压的一电压感测信号，执行一微分运算，而产生一微分信号；以及一比较电路，与该微分电路耦接，用以比较该微分信号与一快速响应阈值信号，产生该快速响应信号，以于该微分信号超过该快速响应阈值信号时，决定使该脉宽调制信号产生电路执行一快速响应程序。2.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中，该快速响应信号产生电路还包括一快速响应脉冲产生器，与该比较电路耦接，用以根据该快速响应信号，产生一快速响应脉冲信号。3.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中，该切换式电源供应器包含多个功率级电路，且于该快速响应程序中，该脉宽调制信号产生电路根据该快速响应信号，调整每一该脉宽调制信号，使每一个该功率级电路中对应的该功率开关，根据相关于该快速响应信号的一快速响应脉冲信号，同时导通一段快速响应期间。4.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中，该快速响应阈值信号根据一电感电流涟波信号、一输出电容或/及该至少一功率级电路的相数而决定。5.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中，该切换式电源供应器操作于一固定导通时间模式。6.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中，该快速响应阈值信号包括一正快速响应阈值或/及一负快速响应阈值。7.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中，当该切换式电源供应器操作于一电压随载下降操作模式中，于该输出电压的位准下降，且该微分信号超过该快速响应阈值信号时，该脉宽调制信号产生电路根据该快速响应信号，调整每一该功率级电路所对应的该脉宽调制信号，使每一该功率级电路中对应的一上桥功率开关，根据相关于该快速响应信号的一快速响应脉冲信号，同时导通一段快速响应期间。8.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中，当该切换式电源供应器操作于一电压随载下降操作模式中，于该输出电压的位准上升，且该微分信号超过该快速响应阈值信号时，该脉宽调制信号产生电路根据该快速响应信号，调整每一该功率级电路所对应的该脉宽调制信号，使每一该功率级电路中对应的一下桥功率开关，根据相关于该快速响应信号的一快速响应脉冲信号，同时导通一段快速响应期间，或使每一该功率级电路中对应的一上桥功率开关与该下桥功率开关，根据相关于该快速响应信号的一快速响应脉冲信号，同时都不导通一段快速响应期间。9.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中，该切换式电源供应器操作于一电压随
载下降操作模式，使得该脉宽调制信号产生电路于一反馈回路中，根据该输出电压与该快速响应信号，产生该脉宽调制信号，而将该输入电压转换为该输出电压。10.如权利要求9所述的切换式电源供应器，其中，该脉宽调制信号产生电路还根据一电压定位信号，而产生该脉宽调制信号，以下式调节该输出电压：Vout＝VDAC-Iout*RLL其中，Vout为输出电压，VDAC为相关于该电压定位信号的一要求位准，Iout为一输出电流，RLL为一负载线电阻。11.一种控制电路，用于一切换式电源供应器中，以将一输入电压转换为一输出电压，该控制电路包含：一脉宽调制信号产生电路，与至少一功率级电路耦接，用以根据该输出电压与一快速响应信号，而产生一脉宽调制信号；以及一快速响应信号产生电路，与该脉宽调制信号产生电路耦接，用以根据该输出电压，产生该快速响应信号，该快速响应信号产生电路包括：一微分电路，用以对相关于该输出电压的一电压感测信号，执行一微分运算，而产生一微分信号；以及一比较电路，与该微分电路耦接，用以比较该微分信号与一快速响应阈值信号，产生该快速响应信号，以于该微分信号超过该快速响应阈值信号时，决定使该脉宽调制信号产生电路执行一快速响应程序。12.如权利要求11所述的控制电路，其中，该快速响应信号产生电路还包括一快速响应脉冲产生器，与该比较电路耦接，用以根据该快速响应信号，产生一快速响应脉冲信号。13.如权利要求11所述的控制电路，其中，该切换式电源供应器包含多个功率级电路，且于该快速响应程序中，该脉宽调制信号产生电路根据该快速响应信号，调整每一该脉宽调制信号，使每一个该功率级电路中对应的一功率开关，根据相关于该快速响应信号的一快速响应脉冲信号，同时导通一段快速响应期间。14.如权利要求11所述的控制电路，其中，该快速响应阈值信号根据一电感电流涟波信号、一输出电容或/及该至少一功率级电路的相数而决定。15.如权利要求11所述的控制电路，其中，该切换式电源供应器操作于一固定导通时间模式。16.如权利要求11所述的控制电路，其中，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永任，林宥婕，刘家旗，林祓，
申请(专利权)人：立锜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：