專利名稱：用于微處理器電源或類似電源的有效電壓配置裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種穩(wěn)壓器，特別涉及用于微處理器和對電源性能有嚴(yán)格要求的其它應(yīng)用的穩(wěn)壓器。典型的現(xiàn)代微處理器要求低于2V的、在相當(dāng)窄的窗口范圍內(nèi)穩(wěn)定的工作電壓，以及可在0和50安培或更高電流之間以非?？斓乃俣惹袚Q的電流。而且甚至要求現(xiàn)有電源的狀態(tài)能夠在大約1V時(shí)提供100安培的電流，而且電壓精度低于1.0％。在這種條件下，必須采用非常復(fù)雜的電源設(shè)計(jì)技術(shù)來維持電壓的穩(wěn)定。
控制微處理器電源輸出的優(yōu)選技術(shù)是有效電壓配置(AVP)技術(shù)，其基本概念在

圖1中示出。根據(jù)該圖，電源輸出電壓作為負(fù)載電流的函數(shù)被控制在由最大電壓Vmax和最小電壓Vmin定義的電壓窗口(voltagewindow)8中。如果所需輸出電流低，如在標(biāo)號10處，則輸出電壓被調(diào)整到電壓窗口的頂部附近，從而在當(dāng)出現(xiàn)輸出電流階躍升高時(shí)使電壓不會降到Vmin以下。相反，如果輸出電流高，如在標(biāo)號12處，則輸出電壓被調(diào)整到電壓窗口的底部附近，從而在當(dāng)輸出電流回到低電平時(shí)使電壓不會升到Vmax以上。
背景技術(shù)：
采用脈寬調(diào)制(PWM)的開關(guān)穩(wěn)壓器通常被用作微處理器的電源。當(dāng)采用AVP技術(shù)時(shí)，要采用帶有內(nèi)置AVP電路的集成電路(IC)控制器。該類控制器的主要部件在圖2中示出。圖2中該類控制器通常由標(biāo)號18表示，其包括誤差放大器20、補(bǔ)償網(wǎng)22、PWM發(fā)生器24、以及至少一對諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)26和28的高、低端晶體管開關(guān)。這對高、低端晶體管開關(guān)26和28通過電感電容電路30向負(fù)載提供輸出電壓V0。負(fù)載由微處理器CPU32代表，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，它代表了任何以快速電流瞬變?yōu)樘卣鞯摹⒁髞碜噪娫吹碾妷悍浅７€(wěn)定的高電流低電壓負(fù)載。
為進(jìn)行控制，表示電壓V0的信號通過輸入電阻34反饋回誤差放大器20。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣，該信號通常由電流感測元件(未示出)提供。電流感測元件可以是例如分流電阻、全導(dǎo)通MOSFET的漏極到源極的電阻Rdson或任何其它合適的方式。
IC18中的電流源36響應(yīng)電流反饋信號而工作，它將電流信號注入到輸入電阻34以產(chǎn)生電壓偏移，并生成AVP窗口8(見圖1)。
這種傳統(tǒng)解決方案有兩個(gè)主要缺點(diǎn)。首先，生成如圖1所示的理想AVP輸出電壓波形要求最優(yōu)地設(shè)置誤差電路和AVP電路兩者的增益和環(huán)路響應(yīng)以及AVP環(huán)路響應(yīng)。圖示的方法不能使用戶簡單地優(yōu)化兩種環(huán)路響應(yīng)。
其次，誤差放大器20的輸入電阻34也是用于在所有工作條件下穩(wěn)定控制環(huán)路以防止震蕩的補(bǔ)償網(wǎng)22的一部分。由于電阻34的阻值通常被設(shè)為固定值以建立AVP窗口，這迫使用戶要根據(jù)選定用于輸入電阻34的阻值來選擇補(bǔ)償網(wǎng)22中的所有其它電阻和電容。改變電阻34的值來適應(yīng)補(bǔ)償網(wǎng)22中的設(shè)計(jì)變化會導(dǎo)致AVP窗口改變，因此使對系統(tǒng)的補(bǔ)償非常麻煩。
因而，需要有一種更加靈活的解決方案以實(shí)現(xiàn)微處理器電源等電源中的AVP。

發(fā)明內(nèi)容
因而本發(fā)明的目的是提供一種可以更加靈活地進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化的AVP方法和裝置。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種AVP方法和裝置，它允許單獨(dú)調(diào)整誤差放大器環(huán)路和AVP環(huán)路的瞬變響應(yīng)和增益，從而更好地控制反饋、環(huán)路和AVP窗口形狀的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的又一目的是提供一種AVP方法和裝置，它能夠簡化并提高用戶對穩(wěn)定性響應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)哪芰Α?br> 本發(fā)明的再一目的是提供一種AVP方法和裝置，它可與不是設(shè)計(jì)用來提供AVP功能的控制器一起使用。
根據(jù)本發(fā)明所述，通過將AVP功能和控制IC的其它功能分開實(shí)現(xiàn)，并將AVP電流源經(jīng)由緩沖電路耦合到誤差放大器輸入中，就可實(shí)現(xiàn)上述目的。
補(bǔ)償靈活性的提高、對誤差放大器環(huán)路響應(yīng)和AVP環(huán)路響應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行調(diào)諧以及由此實(shí)現(xiàn)更加接近理想的AVP的能力，這些都彌補(bǔ)了電路實(shí)現(xiàn)中所增加的任何復(fù)雜度。
通過下面參照附圖的說明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
附圖的簡要說明圖1的波形圖示出了AVP的基本概念；圖2是用于微處理器電源的控制器的示意電路圖，其中示出了常規(guī)的AVP裝置；圖3是一種控制器的局部示意電路圖，其中示出了根據(jù)本發(fā)明所述的AVP功能的實(shí)現(xiàn)裝置；圖4的波形圖示出了本發(fā)明與常規(guī)實(shí)踐相比較的優(yōu)點(diǎn)；圖5的波形圖示出了根據(jù)本發(fā)明所述的AVP裝置的實(shí)際性能。
具體實(shí)施例方式
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的AVP方法的優(yōu)選實(shí)施例。此處，圖中所示的控制器40部分包括誤差放大器42。誤差放大器42帶有連接輸出電壓反饋信號V0的第一輸入電阻44。誤差放大器42的輸出作為與圖2所示電路中的標(biāo)號24相對應(yīng)的PWM發(fā)生器的輸入。
在圖2的電路中，AVP電流源36與誤差放大器20的電壓反饋信號連接在同一輸入端上。相反，根據(jù)本發(fā)明，如圖3所示，通常由標(biāo)號46代表的AVP電流源與誤差放大器42的另一個(gè)輸入端相連接，從而使輸入電阻44不再是AVP電路的一部分。
根據(jù)本發(fā)明，AVP電流源46和輸入放大器48帶有與輸出電流感測元件相連接的正相輸入(direct input)和反相輸入，以提供由放大器48和電阻50和52確定的偏移信號。該偏移信號被耦合到緩沖放大器62的反相輸入，緩沖放大器62的正相輸入與確定了標(biāo)稱電源電壓的參考信號源68相耦合。因而，緩沖放大器62的輸出在誤差放大器和參考電壓之間產(chǎn)生了偏移電壓。
RC反饋電路包括與電容器66并聯(lián)的電阻64，該電路控制著AVP電路的環(huán)路響應(yīng)。
通過根據(jù)應(yīng)用的需要來選擇電阻52、54和64的阻值以及電容器66的電容值，用戶就可使AVP電路60的增益和響應(yīng)特性最優(yōu)化，而不管誤差環(huán)路的增益。
可采用常規(guī)的制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明以提供包括誤差放大器42、補(bǔ)償網(wǎng)48和AVP電路60的集成電路控制器。也可在單獨(dú)的集成電路中分別實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償環(huán)路和AVP環(huán)路，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該預(yù)見到，這使得本發(fā)明的AVP裝置可與現(xiàn)有的IC控制器一起使用。
圖4示出了本發(fā)明所述AVP電路與常規(guī)實(shí)踐比較所具有的優(yōu)點(diǎn)及AVP行為的典型范圍。在圖4中，波形80a代表了由微處理器的相關(guān)操作所引起的電源電流輸出中的階躍變化。對本實(shí)施例而言，要求電源提供從0到約50安培變化的電流。波形80b示出了過分補(bǔ)償?shù)腁VP波形，即，其中AVP環(huán)路響應(yīng)過快。這導(dǎo)致了過沖(overshoot)和下沖(undershoot)峰值。相反，波形80c代表了補(bǔ)償不足的AVP波形，即，其中AVP環(huán)路的瞬變響應(yīng)過慢以至于不能有效地跟隨電流變化。
作為對比，波形80d示出了正確補(bǔ)償?shù)腁VP的行為。
波形80b和80c示出了由例如圖2所示的常規(guī)電路實(shí)現(xiàn)的典型性能，這是由于將誤差放大器輸入電阻34既用作誤差補(bǔ)償電路的一部分又用作AVP電路的一部分的緣故。波形80d則代表了使用圖3所示的裝置進(jìn)行正確補(bǔ)償而實(shí)現(xiàn)的性能，其原因是誤差和AVP環(huán)路瞬變響應(yīng)可分開設(shè)置。
根據(jù)圖3實(shí)現(xiàn)的正確補(bǔ)償?shù)腁VP電路的實(shí)際性能在圖5中示出。
圖示的實(shí)施例采用了負(fù)載電流反饋信號來改變對參考電壓的偏移，這在開關(guān)穩(wěn)壓器中是常見的。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然應(yīng)該清楚，通過分析將被微處理器執(zhí)行的即將發(fā)生的操作以在預(yù)測的基礎(chǔ)上控制該偏移也是可能的。由此可識別出可能需要電源負(fù)載電流中的階躍變化的操作，并相應(yīng)地調(diào)整AVP電流源的輸出。
雖然本發(fā)明是結(jié)合其特定實(shí)施例描述的，但許多其它的變換和修改以及其它應(yīng)用對本領(lǐng)域的技術(shù)人員都是顯而易見的。因此，本發(fā)明不受本文的特定公開的限制，其全部可能的范圍都由所附權(quán)利要求給出。
權(quán)利要求
1.一種電源控制器，包括誤差校正電路，其包含誤差放大器、用于所述誤差放大器的輸入電路以及反饋補(bǔ)償網(wǎng)；及AVP電路，其與所述誤差校正電路協(xié)同工作以將所述電源的電壓輸出維持在從Vmax到Vmin的預(yù)定電壓范圍內(nèi)而不受電源負(fù)載電流中快速變化的影響，所述AVP電路包括緩沖電路，其輸出與所述誤差放大器的輸入電路相連接；AVP信號源，其被連接以為所述緩沖電路提供隨電源輸出電流變化的輸入；以及補(bǔ)償電路，其響應(yīng)由所述AVP信號源提供的所述緩沖電路輸入中的變化來控制所述緩沖電路的瞬變行為。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源控制器，其特征在于，所述AVP電路和所述誤差放大器在不同的集成電路中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源控制器，其特征在于，所述AVP電路和所述誤差放大器在單一的集成電路中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源控制器，其特征在于，所述AVP信號源由與具有預(yù)定增益的輸入放大器相連接的電源負(fù)載電流感測元件提供。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電源控制器，其特征在于所述緩沖電路包括具有正相輸入和反相輸入的緩沖放大器；所述輸入信號源與所述緩沖放大器的輸入之一連接；并且參考電壓信號與所述緩沖放大器的另一輸入連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源控制器，其特征在于所述緩沖電路包括具有與所述誤差電路連接的輸出以及與所述AVP電路相連的輸入的緩沖電路，并且用于所述緩沖放大器的所述補(bǔ)償網(wǎng)包括反饋電路，所述反饋電路連接在所述緩沖放大器的輸出與連接至所述AVP信號源的輸入之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電源控制器，其特征在于，用于所述緩沖電路的所述補(bǔ)償網(wǎng)包括連接在所述緩沖放大器的輸入與輸出之間的并聯(lián)RC電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源控制器，其特征在于所述緩沖電路包括帶有與所述誤差電路連接的輸出以及與所述AVP電路相連的輸入的緩沖電路，并且用于所述緩沖放大器的所述補(bǔ)償網(wǎng)包括反饋電路，所述反饋電路連接在所述緩沖放大器的輸出與連接至所述AVP信號源的輸入之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源控制器，其特征在于，用于所述緩沖電路的所述補(bǔ)償網(wǎng)包括連接在所述緩沖放大器的輸入與輸出之間的并聯(lián)RC電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源控制器，其特征在于所述誤差電路包括帶有正相輸入和反相輸入的誤差放大器；所述輸入之一由從所述電源負(fù)載電流獲得的反饋信號提供；并且所述第二輸入由所述緩沖電路的輸出提供。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源控制器，其特征在于，所述AVP電路被操作以為所述參考電壓提供偏移，從而在當(dāng)負(fù)載電流低時(shí)使所述電源輸出電壓接近Vmax并在當(dāng)負(fù)載電流高時(shí)使所述電源輸出電壓接近Vmin，由此使因負(fù)載電流快速下降而造成的輸出電壓的升高不足以使所述輸出電壓超過Vmax，并且使因負(fù)載電流快速升高而造成的輸出電壓的降低不足以使所述輸出電壓低于Vmin。
12.一種電源控制器，包括誤差校正電路，其包含誤差放大器、用于所述誤差放大器的輸入電路以及反饋補(bǔ)償網(wǎng)；及AVP電路，其與所述誤差校正電路協(xié)同工作以將所述電源的電壓輸出維持在從Vmax到Vmin的預(yù)定電壓范圍內(nèi)而不受電源電流中快速變化的影響，所述AVP電路包括緩沖電路，其具有與所述誤差校正電路的輸入相連的輸出；AVP信號源，其被連接至所述緩沖電路的第一輸入；與所述緩沖電路的第二輸入相連接的電壓參考信號；以及補(bǔ)償電路，其響應(yīng)由所述AVP信號源提供的所述緩沖輸入中的變化來控制所述緩沖電路的瞬變行為，所述AVP電路被操作以相對于所述參考電壓調(diào)整所述緩沖電路的輸出，從而在當(dāng)負(fù)載電流低時(shí)使所述電源輸出電壓接近Vmax并在當(dāng)負(fù)載電流高時(shí)使所述電源輸出電壓接近Vmin，由此使因負(fù)載電流快速下降而造成的輸出電壓的升高不足以使所述輸出電壓超過Vmax，并且使因負(fù)載電流快速升高而造成的輸出電壓的降低不足以使所述輸出電壓低于Vmin。
全文摘要
一種改進(jìn)的用于微處理器電源等電源的有效電壓配置(AVP)裝置，包括利用帶有并聯(lián)的RC反饋電路的緩沖放大器與電源誤差放大器相分開的AVP電路，以控制調(diào)整瞬變響應(yīng)。從輸出負(fù)載電流感測元件獲得的AVP信號提供了緩沖放大器的一個(gè)輸入。緩沖放大器的第二輸入由電源參考電壓提供。緩沖放大器的輸出用作誤差放大器的輸入以提供AVP窗口，因此可以分開調(diào)整誤差環(huán)路和AVP環(huán)路的瞬變行為。
文檔編號H02M3/04GK1598733SQ20041004261
公開日2005年3月23日 申請日期2004年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者大衛(wèi)·若雷吉, 張炬 申請人:國際整流器公司