用于开关模式调节器的动态下垂的系统和方法技术方案

一种具有动态下垂的调节器系统，包括：调节器控制网络，适用于控制输出电压对参考电平的调节；DC下垂网络，提供下垂信号以根据预定的DC负载线基于输出负载修改参考电平；以及动态下垂网络，其响应于负载瞬变调节下垂信号以延迟至AC负载线容差内的预定DC负载线的恢复。可包括瞬变减少网络，以取决于占空比类型减少关于负载插入或释放的瞬变过冲。动态下垂网络调节下垂信号以优化AC延迟参数的使用，同时在AC偏移电压限额和预定DC负载线之间转变。

【技术实现步骤摘要】
用于开关模式调节器的动态下垂的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2012年5月10日提交的美国临时申请S/N61/645,264的权益，该申请的全部内容出于所有意图和目的通过引用结合于此。附图简述参考以下描述以及附图将能更好地理解本专利技术的益处、特征以及优点，在附图中：图1是根据本专利技术实施例以动态下垂实现的配置有包括调节器的供电系统的电子装置的简化框图；图2是根据本专利技术的实施例的以动态下垂实现的图1的示例性调节器的简化示意框图；图3是根据一个实施例实现的用于形成用于低占空比应用的下垂调节电流的动态下垂网络的简化示意框图，以及示出操作的图示；图4是示出与用于常规配置的相应信号相比较的，根据一个实施例的用于低占空比应用的图3的动态下垂网络的操作的时序图；图5是示出与用于常规配置的相应信号相比较的，根据一个实施例的用于高占空比应用（其中VIN与VOUT之比相对较低）实现的动态下垂网络的操作的时序图；图6是示出图1的调节器的输出部分的示意框图，其包括用于低占空比应用的过冲减少的瞬变减少网络和用于高占空比应用的下冲减少的瞬变减少网络。图7是示出对于以常规下垂和图6的瞬变减少网络实现的调节器，基于负载插入/释放频率（负载瞬变重复率）的能量（以及由此的功率）损失的图示；图8是示出关于具有如本文所述的动态下垂的配置的能量损失的图示，该配置例如是图1的调节器，包括以低至中等瞬变重复率的图6的瞬变减少网络。图9是示出关于具有如本文所述的动态下垂的配置的能量损失的图示，该配置例如是图1的调节器，包括以相对高的瞬变重复率的图6的瞬变减少网络。图10是描绘对于特定配置的功率损失（以瓦为单位，W）与负载重复率（Hz）的关系的图；图11是根据替代实施例实现的瞬变减少网络的框图，其包含图6的瞬变减少网络的功能；以及图12是根据另一个替代实施例实现的瞬变减少网络的框图，其包含图6的瞬变减少网络的功能。详细描述参考以下描述以及附图将能更好地理解本专利技术的益处、特征以及优点。给出以下描述以使本领域技术人员能在特定应用及其需求的背景下实施和利用所提供的本专利技术。然而，优选实施例的多种修改对本领域技术人员将会是明显的，而且可将本文所限定的一般原理应用于其它实施例。因此，本专利技术不旨在局限于本文中示出和描述的特定实施例，而应给予与本文中披露的原理和新颖特征一致的最宽范围。电压下垂是响应于输出负载的电平而对开关模式调节器的输出电压进行的有意调节。当负载轻时，可将输出电压调节为较高的电压电平。随着负载增加，基于负载电平与较低的电压电平成比例地调节输出电压。通常通过DC负载线规格（或DC下垂）确定输出电压和负载之间的关系。AC负载线规格（或AC下垂）提供在负载转变期间容差的水平。一般而言，AC负载线容差提供电压限额偏移和延迟参数，该延迟参数是通过允许从DC负载线规格偏离多大的输出电压以及响应于负载转变或瞬变有多长时间来确定的。响应于负载瞬变，在输出信号的上升和下降边沿上的常规下垂响应时间通常是相同的。响应的边沿和速度是不可调节的。对于AC和DC下垂，常规的下垂网络包含一个或两个对称下垂电平。已经确定存在需要基于占空比的动态下垂响应以提供最佳瞬变恢复的情况。在用于降压型转换器的低占空比应用中，期望具有用于负载插入的缓慢下垂响应以及之后用于负载释放的快速下垂响应。在用于降压型转换器的高占空比应用中，期望具有用于负载插入的快速下垂响应以及之后用于负载释放的缓慢下垂响应。一般而言，如本文所述的动态下垂配置用于优化在从AC偏移电压容差转变至AC负载线规格时AC延迟参数的使用。降压型开关调节器将较高的输入电压VIN转换成较低的经调节的输出电压VOUT。占空比“D”通常指的是导通时间与调节器所生成的用于控制电压转换的脉宽调制（PWM）控制信号的周期之比。占空比一般确定在稳态条件下VIN和VOUT之间的关系，其中VOUT≈D·VIN。应理解，占空比响应于负载瞬变而变化，诸如在负载插入瞬变期间增加以及在负载释放瞬变期间减少；占空比类型是稳态条件期间输入和输出电压之间的一般关系。低占空比应用或类型是输出电压VOUT和输入电压VIN之比在稳态条件期间相对较低的情况，诸如当输入电压相对较高和/或输出电压相对较低（例如VOUT和VIN之差相对较大）时。高占空比应用或类型是输出电压VOUT和输入电压VIN之比在稳态条件期间相对较高的情况，诸如当输入电压相对较低和/或输出电压相对较高（例如VOUT和VIN之差相对较小）时。图1是根据本专利技术实施例以动态下垂实现的配置有包括调节器102的供电系统101的电子装置100的简化框图。供电系统101产生为电子装置100的其他系统装置提供功率的一个或多个供电电压。在所示实施例中，电子装置100包括处理器107和外围系统109，处理器107和外围系统109都经由总线105耦合以接收来自供电系统101的供电电压，总线105包括功率和/或信号导体的任何组合。在所示实施例中，外围系统109可包括系统存储器111（例如，包括RAM和ROM类型装置和存储器控制器等等的任何组合）和输入/输出（I/O）系统113的任何组合，该输入/输出系统113可包括系统控制器等，诸如图形控制器、中断控制器、键盘和鼠标控制器、系统存储装置控制器（例如，用于硬盘驱动器的控制器等）等等。所示系统只是示例性的，因为本领域技术人员可以理解，许多处理器系统和支持装置可以被集成到处理器芯片上。电子装置100可以是任何类型的计算机或计算装置，诸如计算机系统（例如，笔记本计算机、台式计算机、上网本计算机等等）、媒体平板装置（例如，苹果公司生产的iPad、亚马逊公司生产的Kindle等等）、通信装置（例如，蜂窝电话、智能电话等等）、其他类型的电子装置（例如，媒体播放器、记录装置等等）。供电系统101可被配置为包括电池（可再充或非可再充）和/或可配置为与交流（AC）适配器等一起工作。图2是根据本专利技术的实施例的以动态下垂实现的示例性调节器102的简化示意框图。尽管图2中未示出，但是调节器102还可包括如下所述的瞬变减少网络。示出单相，其中应理解还可构想到多相调节器。调节器102包括栅驱动器201，其接收脉冲控制或PWM信号并且将相应的栅驱动信号提供给上电子开关Q1和下电子开关Q2。电子开关Q1和Q2的电流端子（例如漏极和源极）串联耦合在输入电压VIN和示为接地（GND）的公共参考电压之间。注意，GND通常表示一个或多个参考节点，诸如一个或多个接地电平或节点（诸如，信号接地、功率接地、底座接地等）或处于任何其他正或负参考电压电平的一个或多个参考节点。开关Q1和Q2在中间相节点203处耦合在一起，形成相应的相电压。输出电感器L的一端耦合到相节点203，而其另一端耦合至输出节点205，形成输出电压VOUT。输出电容器CO和负载207耦合在输出节点205和GND之间。负载207一般表示一个或多个负载，诸如处理器107和/或外围系统109的任意一个或多个装置。VOUT或表示VOUT的反馈信号VFB经由补偿网络等被提供给集成误差放大器219的输入。VFB可以是表示VOUT的所感测的或者成比例的信号，诸如由分压器等（未示出）所产生的信号。如图所示，将VOUT（或VFB）提供给电阻器R2的一端，且其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有动态下垂的调节器系统，包括：调节器控制网络，适用于控制输出电压对参考电平的调节；DC下垂网络，提供下垂信号以根据预定的DC负载线基于输出负载修改所述参考电平；以及动态下垂网络，其响应于负载瞬变调节所述下垂信号以延迟至AC负载线容差内的所述预定DC负载线的恢复。

【技术特征摘要】
1.一种具有动态下垂的调节器系统，包括：补偿器和比较器网络，适用于将输出电压控制至参考电平；DC下垂网络，提供下垂信号以在快速恢复时间内根据预定的DC负载线基于输出负载修改输出电压感测信号；以及动态下垂网络，其响应于负载瞬变调节所述下垂信号以延迟所述输出电压至所述预定DC负载线的恢复以在仍然处于AC负载线容差内的同时优化所述AC负载线容差的使用，其中，所述AC负载线容差指定一允许恢复时间，并且其中，所述动态下垂网络延迟恢复至慢速恢复时间，所述慢速恢复时间长于所述快速恢复时间且不长于所述允许恢复时间。2.如权利要求1所述的调节器系统，其特征在于，所述补偿器和比较器网络根据低占空比应用工作，且其中所述动态下垂网络响应于负载插入瞬变调节所述下垂信号。3.如权利要求2所述的调节器系统，其特征在于，还包括瞬变减少网络，当响应于负载释放瞬变，输出节点的电压超过所述预定DC负载线时，所述瞬变减少网络从所述输出节点汲取电流。4.如权利要求1所述的调节器系统，其特征在于，所述补偿器和比较器网络根据高占空比应用工作，且其中所述动态下垂网络响应于负载释放瞬变调节所述下垂信号。5.如权利要求4所述的调节器系统，其特征在于，还包括瞬变减少网络，当响应于负载插入瞬变，输出节点的电压低于所述预定DC负载线时，所述瞬变减少网络将电流提供给所述输出节点。6.如权利要求1所述的调节器系统，其特征在于，还包括：占空比检测网络，其基于输入电压和输出电压之间的关系确定占空比应用类型，并且提供指示所述占空比应用类型的占空比类型信号；检测网络，当所述占空比类型信号指示低占空比时并且当响应于负载释放瞬变所述输出节点的电压超过所述预定DC负载线时，所述检测网络临时断言瞬变减少信号，并且当所述占空比类型信号指示高占空比时并且当响应于负载插入瞬变所述输出节点的电压低于所述预定DC负载线时，所述检测网络临时断言所述瞬变减少信号；以及至少一个开关，适用于在所述瞬变减少信号被断言时与输出电感器并联地传导电流。7.如权利要求1所述的调节器系统，其特征在于，所述动态下垂网络调节所述下垂信号以优化AC延迟参数的使用，同时在AC偏移电压限额和所述预定DC负载线之间转变。8.如权利要求1所述的调节器系统，其特征在于，所述动态下垂网络包括：加法器，其将下垂调节信号加至所述下垂信号以提供经修改的下垂信号；以及充电网络，其形成所述下垂调节信号，其中所述充电网络基于输入电压和输出电压之差增加所述下垂调节信号的大小，并且基于电阻器-电容器时间常数减小所述下垂调节信号的大小。9.一种电子设备，包括：补偿和比较器网络，其将输出电压感测信号与参考信号进行比较，以提供指示它的补偿信号，并且基于所述补偿信号形成脉冲控制信号以控制输出电压；下垂网络，其形成下垂信号以在快速恢复时间内根据预定的DC负载线基于输出负载修改所述输出电压感测信号；以及动态下垂网络，其响应于负载瞬变调节所述下垂信号以延迟所述输出电压至所述预定DC负载线的恢复以在仍然处于AC负载线容差内的同时优化所述AC负载线容差的使用，其中，所述AC负载线容差指定一允许恢复时间，并且其中，所述动态下垂网络延迟恢复至慢速恢复时间，所述慢速恢复时间长于所述快速恢复时间且不长于所述允许恢复时间。10.如权利要求9所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·P·劳尔，M·J·休斯敦，R·S·A·菲尔布里克，T·A·约初姆，
申请(专利权)人：英特赛尔美国有限公司，
类型：发明
国别省市：