补偿开关电源控制器及其方法技术

补偿开关电源控制器及其方法。在一个实施例中，多通道电源控制器调节误差信号的值以在负载瞬变期间最小化上冲和下冲。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及电子学，尤其是涉及形成半导体器件的方法和结构。
技术介绍
过去，半导体工业利用各种方法和结构来形成将电源电压调节到 期望电压值的开关电源控制器。这些电源控制器用于向不同的应用系 统包括微处理器系统和计算机系统提供调节的电源电压。在这些应用 系统中，在负载需要的负载电流的值改变时维持调节是重要的，该负 载使用电源电压。例如，负载可能要求负栽电流的增加，以便负载执 行特定的任务或者在特定的任务完成后负载可以有降低的负载电流。 通常，这些负载电流改变或瞬变使输出电压的值超过期望的最大值或低于期望的最小值。这些上冲(overshoot)或下冲(undershoot)消极地影 响使用电源电压的系统的操作。因此，期望有一种电源控制器，其对于负栽需要的电流量的变化， 将输出电压值的变化降至最小。附图说明图1简要示出根据本专利技术的包括多通道电源控制器的多通道电 源系统的一部分的实施例；图2是具有曲线的图表，这些曲线示出根据本专利技术的图1的多通 道电源控制器的一些信号；图3简要示出根据本专利技术的图l的多通道电源控制器的一部分的 实施例；图4简要示出根据本专利技术的包括多通道电源控制器的另一实施 例的另一多通道电源系统的一部分的实施例；和图5简要示出根据本专利技术的包括图1的多通道电源控制器的半导 体器件的放大平面图。为了说明的简洁和清楚，附图中的组成部分不一定按比例绘制， 不同图中相同的附图标记表示相同的组成部分。此外，为了描述的简 要而省略了公知的步骤和组成部分的说明与详述。如这里所使用的栽 流电极表示器件的一个组成部分，其承载通过该器件如mos晶体管 的源极或漏极、或双极晶体管的集电极或发射极、或二极管的阴极或 阳极的电流；控制电极表示器件的一个组成部分，其控制通过该器件 如mos晶体管的栅极或双极晶体管的基极电流。虽然这些器件在这 里被解释为某个n通道或p通道器件，但
里一般技术人员应 该认识到，依照本专利技术，互补器件也是可能的。
中的技术人 员应认识到，这里使用的词"在...的期间、在…同时、当...的时候"不是 意味着一个行为和初始行为同时发生的准确术语，而是在有初始行为 启始的反应行为之间可能有一些小而合理的延迟，如传播延迟。具体实施例方式图1简要示出包括多通道电源控制器35的示例性形式的多通道 电源系统10的实施例的一部分。系统IO接收电压输入端子11和电 压返回端子12之间的电力并在输出13和端子12之间提供调节的输 出电压。负载21—般连接在输出13和端子12之间，以接收在输出 13上形成的输出电压并接收负载电流20。多通道电源控制器35补偿 控制器35的误差信号，以便最小化输出电压的上冲和下冲，例如可 能由负栽21需要的电流量的变化而产生的输出电压的上沖和下沖。系统IO包括多个输出通道，每个通道提供输出电流，该输出电 流在输出30上被加在一起以提供输出电压和负载电流20。所述多个 输出通道的第一输出通道包括电感器16和电流感测电阻器17，所述 多个输出通道的第二输出通道包括电感器18和电流感测电阻器19， 及所述多个输出通道的第三输出通道包括电感器22和电流感测电阻器23。存储电容器26通常连接在输出13和端子12之间。反馈网络 可连接在输出13和端子12之间，以便在电阻器27和28之间的反馈 (FB)节点处提供代表输出电压的FB信号。控制器35接收电压输入36和电压返回37之间的电力。控制器 35包括多个开关通道，例如开关通道或开关电路40、 54和66，以便 系统10的每个通道大致有一个开关通道。虽然控制器35显示有三个 开关控制通道，控制器35和系统IO可有多于或少于三个的通道。控 制器35通常还包括斜波发生器或斜波83、补偿控制电路或补偿控制 器92、加法电路86以及包括误差放大器88及加法电路41、 55和67 的误差信号发生器电路或误差信号发生器。误差放大器88通常为包 括阻抗如输入阻抗Zl和反馈阻抗Z2的运算放大器，所述阻抗用于控 制放大器88的增益并向包括放大器88的控制回路提供频率补偿。参 考电路或参考85通常用于提供被放大器88使用的参考电压。控制器 35 —般还包括内部调节器80，其从输入36接收电压并在输出81上 提供用于操作控制器35的元件如斜波83、放大器88和控制器92的 内部操作电压。开关控制电路40通常包括斜波比较器43、功率开关 如功率晶体管45、功率开关驱动器44、同步整流二极管47和电流感 测放大器46。类似地，开关控制电路54包括斜波比较器57、功率开 关如功率晶体管59、开关驱动器58、同步整流二极管61和电流感测 放大器60，及第三开关控制电路66包括斜波比较器69、功率开关如 功率晶体管71、开关驱动器70、同步整流二极管73和电流感测放大 器72。本领域技术人员应认识到，二极管47、 61和73可由用作同步 整流器的晶体管代替。斜波83—般提供三个自由的连续斜波信号(Rl、 R2和R3)， 以便控制器35的每个开关信号都接收一个斜波信号。斜波83配置成 形成以不同相角但基本相等的振幅来操作的斜波信号，以使控制器35 的三个通道基本上也以这三个不同的相角操作。斜波83 —般包括振 荡器和在斜波信号之间提供相位分离的各种逻辑电路。这样的多相位 斜波信号对本领域技术人员来说是公知的。2006年4月发布给Benjamin Rice的美国专利号7， 023， 188公开了多相位斜波信号的 一个例子，其在此并入作为参考。每个开关控制电路如电路40、 54和66从各自的加法电路接收各 自的斜波信号和误差信号，并在各自的比较器输出上形成开关控制信 号，该比较器用于驱动各自的电力开关以调节输出电压的值。例如， 电路40从加法电路41接收斜波信号Rl和误差信号。如果误差信号 的值大于R1的值，则比较器43输出上的开关控制信号51为高，这 使晶体管45能够通过输出48提供输出电流以形成负载电流20。当输 出电流流经电阻器17时，在电阻器17两端形成被放大器46在电流 感测输入49和50之间接收的电流反馈信号(CS1)。控制器35通过 反馈输入78接收反馈(FB )信号，且放大器88的误差信号发生器在 输出91上形成补偿偏移信号，其表示输出电压自输出电压期望值的 偏移。加法电路41将来自输出91的补偿偏移信号和通道40的电流 感测信号加在一起，并在误差节点42上形成误差信号。类似地，除了从放大器60接收通道54的电流感测信号以外，加 法电路55还从输出91接收补偿偏移信号，并将补偿偏移信号和电流 感测信号加在一起以在误差节点56上形成第二误差信号。比较器57 接收第二误差信号和斜波R2，并响应性地形成用于控制晶体管59的 开关控制信号64，以将输出电流提供到输出62。输出电流流经电感 器18和感测电阻器19以帮助形成电流20。放大器60在输入63和 50之间接收电流感测信号并形成与补偿偏移信号相加的电流感测信 号。以类似的方式，加法电路67接收来自输出91的补偿偏移信号和 来自放大器72的电流感测信号，并在误差节点68上形成第三误差信 号。比较器69接收第三误差信号和斜波R3，并响应性地形成用于控 制晶体管71的第三开关控制信号76，以通过输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源控制器，包括：　　　　开关控制电路，其耦合成接收误差信号和斜波信号并响应性地形成调节输出电压的开关控制信号；　　　　补偿控制电路，其配置成接收所述误差信号并对于在第一值和第二值之间的所述误差信号值形成与所述误差信号基本相同的补偿控制信号，及当所述误差信号不小于所述第一值时，将所述补偿控制信号限制到所述第一值，而当所述误差信号不大于所述第二值时，将所述补偿控制信号限制到所述第二值，所述补偿控制电路配置成形成补偿信号，对于在所述第一值和所述第二值之间的所述误差信号值，所述补偿信号是基本恒定的，及对于不小于所述第一值的所述误差信号值，所述补偿信号有基本等于所述误差信号和所述第一值之间差值的变化，而对于不大于所述第二值的所述误差信号值，所述补偿信号有基本等于所述误差信号和所述第二值之间差值的变化；　　　　第一加法电路，其配置成将所述补偿信号与表示所述输出电压的反馈信号相加并形成被补偿的信号；和　　　　误差信号发生器，其配置成接收所述被补偿的信号，其中所述电源控制器使用所述被补偿的信号来形成所述误差信号。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗J哈里曼，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]