具快速响应机制的降压转换器及其操作方法技术

一种降压转换器包含快速响应电路，补偿器耦接于输出端，交错逻辑电路耦接于补偿器，多个脉宽调制信号产生器，多个或门耦接于对应的脉宽调制信号产生器，多个功率级耦接于对应的或门，多个电感及输出电容。每一脉宽调制信号产生器耦接于交错逻辑电路、输出端及输入端。快速响应电路包含电压下垂传感器耦接于输出端，负载频率传感器耦接于输出端，快速响应信号产生器耦接于电压下垂传感器，最大快速响应信号产生器耦接于电压下垂传感器及负载频率传感器，与门耦接于快速响应信号产生器、最大快速响应信号产生器及多个或门。快速响应信号产生器及多个或门。快速响应信号产生器及多个或门。

【技术实现步骤摘要】
具快速响应机制的降压转换器及其操作方法


[0001]本专利技术是关于一种降压转换器，特别是指一种具快速响应机制的降压转换器及其操作方法。

技术介绍

[0002]在应用于微处理器核心电压控制的现代电压调节系统中，多相控制是一种普遍的控制方法，其符合高功率密度及高电流扭转率(slew rate)的要求。然而，习知的多相控制方法仍不足以应付现代电压调节器规范中所制订的超高负载瞬时，特别是在负载施加瞬时(load application transient)期间的规范要求。因此，一种被称为快速响应(quick response)的开回路控制机制(open
‑
loop control mechanism)被专利技术出来，以克服下冲(undershoot)的问题。在负载施加瞬时期间，快速响应机制将会立即开启所有相的高位侧开关，以全力供应重负载电流需求，且输出电压下垂(droop)能够因而受控进入正确的负载线规范(load line specification)。即使如此，快速响应机制仍然有些缺点，例如，不精准的快速响应开启和关闭可能导致非预期的震荡(ringback)或输出电压持续上升造成电路过载。
[0003]为了更清楚说明，图9示意了先前技术之具有快速响应电路的降压转换器900。降压转换器900包含多个对应各相位的脉宽调制信号产生器Ton1～TonN，多个或门OR1～ORN耦接于对应的脉宽调制信号产生器Ton1～TonN，多个功率级PS1～PSN耦接于对应的或门OR1～ORN，多个电感L1～LN耦接于对应的功率级PS1～PSN及输出端OUT之间，输出电容Co，负载Lo耦接于输出端OUT及接地端GND之间。快速响应信号电路910耦接于输出端OUT及或门OR1～ORN之间。每一功率级，例如功率级PS1，包含缓冲器903耦接于或门OR1，反向器904耦接于或门OR1，第一晶体管901及第二晶体管902。第一晶体管901包含第一端，用以接收输入电压Vin，第二端耦接于电感L1，及控制端耦接于缓冲器903。第二晶体管902包含第一端耦接于第一晶体管901的第二端及电感L1，第二端耦接于接地端GND，及控制端耦接于反向器904。快速响应信号电路910根据输出电压Vo产生快速响应信号QR。各相位的脉宽调制信号产生器Ton1～TonN根据输入电压Vin及输出电压Vo输出脉宽调制产生信号PM1～PMN。或门OR1～ORN根据脉宽调制产生信号PM1～PMN及快速响应信号QR产生各相位的脉宽调制信号PWM1～PWMN。脉宽调制信号PWM1～PWMN推动功率级PS1～PSN提供输出电压Vo以及负载电流I
Lo
。
[0004]图10为图9之降压转换器的操作信号时序图。在时间t1，当负载Lo的电能需求提高，负载电流I
Lo
会上升至高电流，使输出电压Vo开始下降至小于阈值(threshold)。此时，快速响应信号电路910可产生快速响应信号QR，QR信号与脉宽调制产生信号PM1～PMN经过或门产生脉宽调制信号PWM1～PWMN，用于推动功率级PS1～PSN提供输出电压Vo以及负载电流I
Lo
。详细而言，快速响应信号QR的前缘可导通第一晶体管901并截止第二晶体管902，第一晶体管901的第一端提供负载电流I
Lo
至负载Lo。第一晶体管901导通后，电感L1～LN开始充电，总电感电流Isum上升。同时，部分电流流至输出电容Co使其充电，另一部分流至负载Lo，为
提供负载Lo电能。在快速响应信号QR拉至低电平后，第一晶体管901截止且第二晶体管902导通，电感L开始放电，总电感电流Isum下降。输出电容Co开始放电至负载Lo，使负载电流I
Lo
维持在高电流。在时间t2，负载电流I
Lo
降至低电流，使输出电压Vo开始上升，而总电感电流Isum持续下降。在时间t3，负载电流I
Lo
再度上升至高电流，使输出电压Vo下降至小于阈值(threshold)。此时，快速响应信号QR再度产生并推动功率级PS1～PSN提供输出电压Vo以及负载电流I
Lo
，其余的运作过程同时间t1。在时间t4，负载电流I
Lo
再降至低电流，输出电压Vo开始上升，其余的运作过程同时间t2。在时间t5至t6之间，整个电路运作过程再度重复。然而，时间t3至t6的负载频率高于时间t1至t2的负载频率，总电感电流Isum以及输出电压Vo在降回原来的电平之前就会再被拉高。总电感电流Isum以及输出电压Vo会随着时间愈来愈被拉高，最后造成电压过载的情况。

技术实现思路

[0005]一种降压转换器，包含快速响应电路、补偿器、交错逻辑电路、多个脉宽调制信号产生器、多个或门、多个功率级、多个电感及输出电容。补偿器耦接于输出端。交错逻辑电路耦接于补偿器。多个功率级耦接于对应的多个或门。每一脉宽调制信号产生器分别耦接于交错逻辑电路、输出端及输入端。每一或门分别耦接于对应的脉宽调制信号产生器。每一电感耦接于对应的功率级及输出端之间。输出电容耦接于输出端及接地端之间。快速响应电路包含电压下垂传感器、负载频率传感器、快速响应信号产生器、最大快速响应信号产生器、与门。电压下垂传感器耦接于输出端。负载频率传感器耦接于输出端。快速响应信号产生器耦接于电压下垂传感器。最大快速响应信号产生器耦接于电压下垂传感器、负载频率传感器输出端及输入端。与门耦接于快速响应信号产生器、最大快速响应信号产生器及多个或门。电压下垂传感器用以根据输出电压的电压下垂产生触发信号。负载频率传感器用以根据负载的频率输出负载频率信号，快速响应信号产生器用以根据触发信号产生起始快速响应信号。最大快速响应信号产生器用以根据输入电压、触发信号、负载频率信号及输出电压产生最大快速响应信号。与门用以根据起始快速响应信号及最大快速响应信号产生快速响应信号。补偿器用以根据输出电压及参考电压产生补偿信号。交错逻辑电路用以根据补偿信号产生交错信号，每一脉宽调制信号产生器用以根据交错信号、输出电压及输入电压产生脉宽调制产生信号。每一或门用以根据快速响应信号及对应的脉宽调制产生信号产生脉宽调制信号。多个功率级用以根据多个脉宽调制信号产生输出电压。
[0006]一种降压转换器的操作方法。降压转换器包含快速响应电路、补偿器、交错逻辑电路、多个脉宽调制信号产生器、多个或门、多个功率级、多个电感及输出电容。补偿器耦接于输出端。交错逻辑电路耦接于补偿器。每一脉宽调制信号产生器分别耦接于交错逻辑电路、输出端及输入端。每一或门分别耦接于对应的脉宽调制信号产生器。多个功率级耦接于对应的多个或门。每一电感耦接于对应的功率级及输出端之间。输出电容耦接于该输出端及接地端之间。快速响应电路包含电压下垂传感器、负载频率传感器、快速响应信号产生器、最大快速响应信号产生器、与门。电压下垂传感器耦接于输出端。负载频率传感器耦接于输出端。快速响应信号产生器耦接于电压下垂传感器。最大快速响应信号产生器耦接于电压下垂传感器、负载频率传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降压转换器，包含：一快速响应电路，包含：一电压下垂传感器(voltage droop sensor)，耦接于一输出端，用以检测一输出电压的电压下垂(voltage droop)并据以产生一触发信号；一负载频率传感器(load frequency sensor)，耦接于该输出端，用以检测一负载的一频率，并据以输出一负载频率信号；一快速响应信号产生器，耦接于该电压下垂传感器，用以根据该触发信号产生一起始快速响应信号；一最大快速响应信号产生器，耦接于该电压下垂传感器、该负载频率传感器、该输出端及一输入端，用以根据一输入电压、该触发信号、该负载频率信号及该输出电压产生一最大快速响应信号；及一与门，耦接于该快速响应信号产生器及该最大快速响应信号产生器，用以根据该起始快速响应信号及该最大快速响应信号产生一快速响应信号；一补偿器(compensator)，耦接于该输出端，用以根据该输出电压及一参考电压产生一补偿信号；一交错逻辑电路(interleaving logic)，耦接于该补偿器，用以根据该补偿信号产生一交错信号；多个脉宽调制信号产生器，其中每一脉宽调制信号产生器分别耦接该交错逻辑电路、该输入端及该输出端，用以根据该交错信号、该输出电压及该输入电压产生一脉宽调制产生信号；多个或门，其中每一或门耦接于该快速响应电路的该与门以及一对应的脉宽调制信号产生器，该每一或门用以根据该快速响应信号及对应的一脉宽调制产生信号产生一脉宽调制信号；多个功率级(power stage)，其中每一功率级耦接于一对应的或门，用以根据对应的脉宽调制信号产生该输出电压；多个电感，其中每一电感耦接于一对应的功率级及该输出端之间；及一输出电容，耦接于该输出端及一接地端之间。2.如权利要求1所述的降压转换器，其中该起始快速响应信号、该最大快速响应信号、该快速响应信号、该脉宽调制产生信号及该多个或门产生之多个脉宽调制信号实质上为方波信号。3.如权利要求1所述的降压转换器，其中该多个脉宽调制信号产生器系以交错的方式产生多个脉宽调制产生信号。4.如权利要求1所述的降压转换器，其中该快速响应信号产生器另用以根据该触发信号的一斜率调整该起始快速响应信号的一宽度。5.如权利要求1所述的降压转换器，其中该最大快速响应信号产生器另用以根据该输入电压、该输出电压及该负载频率信号调整该最大快速响应信号的一宽度。6.如权利要求1所述的降压转换器，其中该与门对该最大快速响应信号及该起始快速响应信号进行及逻辑运算以产生该快速响应信号。7.如权利要求1所述的降压转换器，其中该每一或门对该快速响应信号及对应的该脉
宽调制产生信号进行或逻辑运算以产生该脉宽调制信号。8.如权利要求1所述的降压转换器，其中当该输出电压下降至小于该参考电压时，该补偿器产生该补偿信号。9.如权利要求1所述的降压转换器，其中该最大快速响应信号产生器包含：一电流源，用以根据该输入电压及该负载频率信号产生一电流；一电容，耦接于该电流源及该接地端之间；一开关，包含：一第一端，耦接于该电流源及该电容；一第二端，耦接于该接地端；及一控制端；一比较器，用以根据该响应电压及该输出电压产生一重置信号，该比较器包含：一正输入端，耦接于该电流源、该电容及该开关的该第一端，用以接收该响应电压；一负输入端，用以接收该输出电压；及一输出端，用以输出该重置信号；及一触发器，用以根据一固定电压、该触发信号及该重置信号产生该最大快速响应信号，包含：一输入端，用以接收该固定电压；一重置端，耦接于该比较器的该输出端，用以接收该重置信号；一时序端，用以接收该触发信号；一输出端，用以输出该最大快速响应信号；及一反输出端，耦接于该开关的该控制端。10.一种降压转换器的操作方法，该降压转换器包含一快速响应电路、一补偿器、一交错逻辑电路、多个脉宽调制信号产生器、多个或门、多个功率级、多个电感及一输出电容，该补偿器耦接于一输出端，该交错逻辑电路耦接于该补偿器，每一脉宽调制信号产生器分别耦接于该交错逻辑电路及一输入端及该输出端，每一或门分别耦接于一对应的脉宽调制信号产生器，多个功率级耦接于对应的该多个或门，每一电感耦接于一对应的功率级及该输出端之间，该输出电容耦接于该输出端及一接地端之间，该快速响应电路包含一电压下垂传感器、一负载频率传感器、一快速响应信号产生器、一最大快速响应信号产生器、一与门，该电压下垂传感器耦接于该输出端，该负载频率传感器耦接于该输出端，该快速响应信号产生器耦接于该电压下垂传感器、该最大快速响应信号产生器耦接于该电压下垂传感器、该负载频率传感器、该输出端及该输入端、该与门耦接于该快速响应信号产生器、该最大快速响应信号产生器及该多个或门，该方法包含：该电压下垂传感器根据一输出电压的电压下垂产生一触发信号；该负载频率传感器根据该负载的一频率输出一负载频率信号；该快速响应信号产生器根据该触发信号产生一起始...

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