用于具有动态瞬态优化的电压调节的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了用于具有动态瞬态优化的电压调节的方法和装置。根据本发明专利技术的各种方面的电压调节器中的动态瞬态优化的方法和装置可以包括转换检测器，其被配置成将输出电压误差与幅度阈值进行比较。所述电压调节器可以进一步包括频率检测器和响应电路，所述频率检测器被配置成测量幅度阈值被超出的频率并且将该频率与频率阈值进行比较，所述响应电路被配置成根据频率阈值与幅度阈值被超出的频率之间的比较来激活响应。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电路，尤其涉及电压调节器。
技术介绍
通常需要稳压电源或电压调节器(voltage regulator)向微电子器件提供电压和电流供应。所述调节器被设计成以规定的电流、电压、以及功率效率从主电源向电负载递送电力。由于其高效率、高电流容量、以及拓扑灵活性，也被称作降压(buck)调节器的开关功率变换器(SPC)是常用的电压调节器。另外，它们可以被设计成提供由诸如微处理器、微控制器、存储器件等等之类的器件所需的非常精确的电压和电流特性。新兴前沿技术的微处理器的功率要求已经变得非常难以满足。随着微处理器的速度和集成的增加，对于功率调节系统的要求提高。特别是，随着门数的增加，功率调节电流 要求提高，操作电压降低，并且瞬态事件(例如在负载处相对较大的电压尖峰或下降)通常在大小和频率方面都增加。一些新兴的微处理器预期以小于I. 3伏特且大于100安培来运行。利用下降(step-down)多相(multi-phase)降压变换器的SPC已经是满足微处理器的低电压和高电流要求的优选拓扑。随着日益复杂的功率调节拓扑的出现，特别是在多相设计中用于功率变换器控制的数字技术能够提高精度并且减少系统的总部件数量，同时还通过数字可编程反馈控制来支持相同功率系统中的多个应用。现有的反馈控制从负载以及从各个输出相位取得电压和电流测量。反馈信息已经被用来调整占空比，即由多相降压调节器系统的每个相位所产生的脉冲的宽度，以使供应的电压和电流处在由微处理器制造商所规定的负载线容差内。这样的多相脉冲宽度调制(PWM)电压调节器系统已经被用在多种环境和应用中。通过快速地激活多个相位以(按照情况要求)向负载灌(source)更多电流或从负载拉(sink)更多电流从而临时地取代通常较慢的总体电压调节器系统响应，主动瞬态响应(ATR)已经被用于针对在负载处快速变化的功率要求的高频响应。ATR使电压调节器系统能够被设计成具有较低的总体输出电容，同时保持等同的动态性能。ATR电路包括窗口比较器，其将在负载处的输出供应电压与如由规定的负载线所确定的基准电压进行比较。只要输出电压保持在高于或低于规定的负载线的规定的容差范围(即窗口)内，ATR电路就不向PWM提供输入信号，所述PWM继续以常规方式向负载提供电力。另一方面，电压一处于“窗口”之外，ATR电路就向PWM发信号通知以修改其操作。例如，如果电压下降到规定的电压范围以下，则多相系统中所有的低侧电力开关都被关断，并且然后在短延迟之后，所有的高侧电力开关都被接通，从而使得正常交错的感应器充电并行地进行。
技术实现思路
根据本专利技术的各种方面的电压调节器中的动态瞬态优化的方法和装置可以包括转换检测器，其被配置成将输出电压误差与幅度阈值进行比较。所述电压调节器可以进一步包括频率检测器和响应电路，所述频率检测器被配置成测量幅度阈值被超出的频率并且将该频率与频率阈值进行比较，所述响应电路被配置成根据频率阈值与幅度阈值被超出的频率之间的比较来激活响应。附图说明当结合下面的说明性附图考虑时，通过参照详细描述和权利要求可以得到对本专利技术更全面的理解。在下面的附图中，相同的附图标记指代贯穿附图的类似的元件和步骤。图I是电压调节器的示意图。图2是显示动态瞬态优化的一种方法的框图。图3是显示动态瞬态优化的另一方法的框图。图4是动态瞬态检测电路的示意图。 图5是转换检测器的示意图。图6是频率检测器的示意图。图7是具有用于动态瞬态检测电路的输入的电压调节器的实施例的示意图。图8是多阈值多响应动态瞬态检测电路的示意图。附图中的元件和步骤出于简单和清楚的目的而被示出，并且不一定根据任何特定序列来呈现。例如，在附图中示出可以同时执行的或者以不同顺序执行的步骤以帮助增进对本专利技术实施例的理解。具体实施例方式可以按照功能块部件和各种处理步骤来描述本专利技术。这样的功能块可以通过被配置成执行规定的功能并实现各种结果的任何数量的硬件或软件部件来实现。例如，本专利技术可以采用可以以任何适当的方式实施的各种集成部件和电子器件，例如集成电路、逻辑阵列、处理器、晶体管、电阻器、电容器、感应器等等。另外，本专利技术可以结合任何数量的变换器和/或调节器应用来实践，并且所描述的系统仅仅是本专利技术的示例性应用。此外，本专利技术可以采用任何数量的常规技术以用于调节功率、修改波形、驱动电压开关、控制驱动器、对信号进行滤波等等。本专利技术的各种代表性实施可以结合电源来实施。例如，参照图1，电压调节器100可以驱动功率级以对负载进行供电(功率级和负载被共同称为元件112)。控制器100利用诸如PWM信号之类的一个或多个控制信号来驱动功率级以控制对负载的供电。控制器100可以接收反馈信号，例如表示供应给负载的电压和电流的输出电压信号和输出电流信号。控制器100可以相应地调整供应给负载的电压和电流。所述负载可以包括需要在快速变化的功率要求期间调节和保持的非常精确的功率的微电子部件，例如微处理器。控制器100可以以任何合适的方式来实施以控制供应给负载的电力。例如，本示例性实施例的控制器100包括跟踪和保持电路102、第一加法器104、电压模数转换器(AIC) 106、比例-积分-微分(PID)滤波器108、以及PWM 110。跟踪和保持电路102可以对输出电压反馈信号的电压进行采样，并且在特定持续时间内将值保持在恒定水平。第一加法器104将跟踪和保持电路102的输出与目标电压相加以确定任何电压输出误差的大小，其被电压ADC 106转换为数字信号。经转换的数字信号被提供给PID滤波器108以对信号进行滤波或补偿，所述信号然后被提供给PWM IlO0 PWM 110调整提供给功率级的一个或多个相位的信号的占空比以调制递送给负载的电力。电流反馈信号经由电流感测(sense) 128被递送,所述电流感测128感测递送至负载的电流并且提供对应信号。感测到的电流信号可以被电流ADC 126数字化并且被提供给通道电流124。所述通道电流将针对各种相位的电流信号传送至AVP电路122，所述AVP电路122可以根据预定的负载线来调整基准电压，所述预定的负载线例如是由负载的制造商所提供的负载线。第二加法器120将AVP电路122的输出与电压识别码(VID)相加，所述VID可以包括由处理器或其他负载所提供的基准电压规范。例如，所述VID可以包括由微处理器制造商所提供的描述特定功率要求的数字编号，所述特定功率要求特别是设定点，即在最小电流的初始负载线电压。VID DAC 118将数字结果转换为模拟电压以提供针对控制器100的基准电压。电流平衡114可以平衡在所启用的相位之间的电流，并且峰值脉冲电流限制116可以限制由任何特定相位所递送的峰值电流。ATR电路130通过激活多个相位以(按照情况要求)向负载供应更多电流或从负载排出更多电流而对在负载处快速变化的功率要求 提供快速响应。控制器100的各种元件可以包括用于执行各种功能的常规元件，并且可以利用任何适当的技术和配置来实施各种功能中的一种或多种。在一些情况下，在调节器的输出处由于负载电流的变化而会以非常快的速度发生电压瞬态。随着这些电压瞬态的频率增加，电压调节器可能变得越来越难以进行适当响应。结果是，电压瞬态之间的响应时间的滞后会导致电压调节器的响应恶化瞬态。另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，包括：测量电压误差；在所述电压误差超出幅度阈值时生成偏移信号；测量所述偏移信号的频率；以及在所述频率超出频率阈值的情况下提供校正动作。

【技术特征摘要】
2011.03.11 US 13/046,6031.一种在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，包括 测量电压误差； 在所述电压误差超出幅度阈值时生成偏移信号； 测量所述偏移信号的频率；以及 在所述频率超出频率阈值的情况下提供校正动作。2.如权利要求I所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，在所述电压误差超出幅度阈值时生成偏移信号包括在所述电压误差处于电压窗口之外时生成偏移信号。3.如权利要求I所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，在所述频率超出频率阈值的情况下提供校正动作包括在所述频率处于频率窗口内的情况下提供校正动作。4.如权利要求I所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，所述幅度阈值是可编程的。5.如权利要求I所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，所述频率阈值是可编程的。6.如权利要求I所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，在所述电压误差超出幅度阈值时输出信号包括 在所述电压误差超过第一幅度阈值的情况下输出第一阈值超出信号；以及 在所述电压误差超过第二幅度阈值的情况下输出第二阈值超出信号。7.如权利要求6所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，测量所述信号的频率包括 测量所述第一阈值超出信号的第一频率；以及 测量所述第二阈值超出信号的第二频率。8.如权利要求7所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，在所述频率超出频率阈值的情况下提供校正动作包括 在所述第一频率超出第一频率阈值的情况下提供第一校正动作；以及 在所述第二频率超出第二频率阈值的情况下提供第二校正动作。9.如权利要求I所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，在所述电压误差超出幅度阈值时生成偏移信号，其中所述偏移信号指示所述电压误差。10.如权利要求I所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，提供校正动作包括禁用非线性响应电路。11.如权利要求I所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，提供校正动作包括通过改变补偿器增益响应来降低回路增益。12.如权利要求I所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，提供校正动作包括通过改变AVP下降来修改输出阻抗。13.如权利要求I所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，提供校正动作包括通过改变回路带宽来修改输出阻抗。14.如权利要求I所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，提供校正动作包括修改控制回路以实现动态特性包括修改电流平衡。15.如权利要求I所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，提供校正动作包括添加输出偏移。16.一种在电压调节器中进了动态瞬态优化的方法，包括 向功率级提供脉冲宽度调制信号； 从所述功率级提供电流； 测量输出电压； 计算电压误差，其中计算所述电压误差包括计算所述输出电压和目标电压之间的差； 根据所述电压误差来调整所述脉冲宽度调制信号； 在所述电压误差超出幅度阈值时生成偏移信号； 测量所述偏移信号的频率；以及 在所述频率超出频率阈值的情况下提供校正动作。17.如权利要求16所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，在所述电压误差超出幅度阈值时生成偏移信号包括在所述电压误差处于电压窗口之外时生成偏移信号。18.如权利要求16所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，在所述频率超出频率阈值的情况下提供校正动作包括在所述频率处于频率窗口内的情况下提供校正动作。19.如权利要求16所述的在电压调节器中进行动态瞬态优化的方法，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·巴巴扎德，郭晶虹，吴文添，R·皮尔森，S·索特韦尔，汤彻明，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：