專利名稱：電源轉(zhuǎn)換器的數(shù)字控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電源轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)及方法，更特別涉及控制DC/DC轉(zhuǎn)換 器輸出電壓的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
通常，目前的設(shè)備中的各個(gè)系統(tǒng)要求不同的電源，但卻通常通過(guò)相對(duì) 個(gè)數(shù)較少的，甚或單個(gè)的電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，比如電池。特別是對(duì)于片上系統(tǒng) (soc)器件更為明顯，soc包含多個(gè)有不同電源要求的部分，但其僅包
含幾個(gè)連接到不同電源的連接點(diǎn)。在由單一電池驅(qū)動(dòng)的便攜式設(shè)備(如手 機(jī))中也如此。這些設(shè)備及soc利用電源轉(zhuǎn)換器將單一的電源轉(zhuǎn)換成每個(gè) 部分所需的電源。
圖1為一典型的電源轉(zhuǎn)換器101及與其連接的控制電路103。電源轉(zhuǎn) 換器101通常包含串聯(lián)在電源109及電源地111之間的功率管P-FET105 及功率管N-FET107。電容117與有源負(fù)載115并聯(lián)，且電感113連接在電 容117/電源負(fù)載115與在P-FET 105和N-FET 107之間的連接點(diǎn)之間。
在電源轉(zhuǎn)換器101工作期間，電感113通過(guò)P-FET 105與電源109相 連，該P(yáng)-FET 105在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)對(duì)電感113充電，存儲(chǔ)能量。當(dāng)電感113 被充電后，電感113作為輸出電壓Vout向有源負(fù)載115釋放存儲(chǔ)的能量。 控制電路103通過(guò)控制P-FET 105及N-FET 107的開(kāi)關(guān)狀態(tài)以為有源負(fù)載 115提供所希望得到的輸出電壓V0ut。
傳統(tǒng)的控制電路103包含連續(xù)的電壓和離散時(shí)間模擬電路，該離散時(shí) 間模擬電路包括第一運(yùn)算放大器119 (也稱為誤差放大器)、比較器121、 斜坡發(fā)生器123和前置驅(qū)動(dòng)器125。放大器119的正輸入端連接在電源轉(zhuǎn) 換器101中的電感113和電容117/有源負(fù)載115之間，而其負(fù)輸入端與參考電壓VRef相連。第一運(yùn)算放大器119的輸出端連接至第二運(yùn)算放大器121
的負(fù)輸入端，而斜坡發(fā)生器123的輸出端連接至第二放大器121的正輸入 端。第二放大器121的輸出信號(hào)傳至前置驅(qū)動(dòng)器125，前置驅(qū)動(dòng)器125將 信號(hào)緩沖后傳至P-FET 105及N-FET 107,從而有效地控制電源轉(zhuǎn)換器101 工作在"導(dǎo)通"或"關(guān)斷"的模式下。
上述模擬控制電路存在的一個(gè)缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)精確的斜坡發(fā)生器123是 非常困難的。此外，因?yàn)閮H能夠通過(guò)改變模擬元件的頻率響應(yīng)來(lái)修改環(huán)的 頻率響應(yīng)，而改變模擬元件的頻率響應(yīng)需要重新設(shè)計(jì)和重新構(gòu)建，因此采 用模擬系統(tǒng)很難控制控制電路103和電源轉(zhuǎn)換器101的環(huán)響應(yīng)和動(dòng)態(tài)性能。 特別是，通常必須將誤差放大器119設(shè)計(jì)成具有一定的頻率響應(yīng)以確保合 適的控制環(huán)動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性。
因此，需要一種不需斜坡發(fā)生器，且可以相對(duì)容易地控制其環(huán)路響應(yīng) 的控制電路。且還需要一種采用低電壓源實(shí)現(xiàn)的控制電路，這種低電壓源 是在先進(jìn)半導(dǎo)體工藝中通常需要的。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)本發(fā)明提供電源轉(zhuǎn)換器的控制電路的優(yōu)選實(shí)施例，能夠解決或克 服這些和其他問(wèn)題，并且總體上實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選具體實(shí)施例，用于控制電源轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)包括差分 電路，其對(duì)輸出電壓和參考電壓進(jìn)行比較以產(chǎn)生誤差信號(hào)。模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換
器獲取所述誤差信號(hào)并將所述誤差信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字控制的 P WM(脈寬調(diào)制)發(fā)生器接收該數(shù)字信號(hào)并產(chǎn)生控制脈沖控制電源轉(zhuǎn)換器中 的晶體管，進(jìn)而控制輸出電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，用于電源轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)包括具有第一 和第二晶體管的電源轉(zhuǎn)換器。與前一實(shí)施例相似，該控制電路具有差分電 路、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字控制PWM發(fā)生器，配置該控制電路以控制所 述第一和第二晶體管。然而，還包括作為控制回路一部份的數(shù)字濾波器以 過(guò)濾數(shù)字信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的其它 一 個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括工作在第 一 時(shí)
5鐘頻率的電源轉(zhuǎn)換器。工作在第二時(shí)鐘頻率下的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其對(duì)所 述電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓進(jìn)行采樣并將產(chǎn)生的信號(hào)發(fā)送至數(shù)字濾波器和數(shù) 字脈沖發(fā)生器以生成控制所述電源控制器的脈沖，且所述第二時(shí)鐘頻率高 于所述第一時(shí)鐘頻率。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，很好地控制系統(tǒng)的環(huán)動(dòng)態(tài)。通過(guò)對(duì) 系統(tǒng)部分實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，能夠精確地控制這些環(huán)動(dòng)態(tài)，或者甚至通過(guò)簡(jiǎn)單地 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行再編程改變這些環(huán)動(dòng)態(tài)，而無(wú)需對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行再設(shè)計(jì)或再構(gòu) 建。


為更徹底地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖為下述的說(shuō)明做出參
考，其中
圖l為現(xiàn)有技術(shù)的電源轉(zhuǎn)換器及與其相關(guān)的模擬控制電路的電路圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電源轉(zhuǎn)換器及與其相關(guān)的部分?jǐn)?shù)字控制電 3各的電路圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例以進(jìn)行脈寬調(diào)制操作的電壓和電流示意圖； 圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例以進(jìn)行自動(dòng)模式操作的電壓和電流示意圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例以進(jìn)行脈沖頻率調(diào)制#:作的電壓和電流示意
圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電源轉(zhuǎn)換器、與其相關(guān)的部分?jǐn)?shù)字過(guò)濾控 制電路的電路圖；和
字控制電路的電路圖。
除特別說(shuō)明外，在不同的圖中對(duì)應(yīng)的數(shù)字及標(biāo)號(hào)通常表示對(duì)應(yīng)的部分。 繪制的各個(gè)圖只是為了清楚地說(shuō)明實(shí)施例中的相關(guān)部分，因此未按比例繪 制。
具體實(shí)施例方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的制作和使用。應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明提出了多種可應(yīng)用的發(fā)明思想，這些發(fā)明思想可對(duì)于具體文本的較大變 化范圍內(nèi)具體實(shí)現(xiàn)。所描述的具體實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的制作和使用， 而不是為限制本發(fā)明。
下面將以具體文本的方式通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明，即DC/DC電源 轉(zhuǎn)換器的控制電路。然而，本發(fā)明還可以應(yīng)用到其它控制電路中。
參考附圖2，其所示的電源轉(zhuǎn)換器201及與其相關(guān)的控制電路203。該 電源轉(zhuǎn)換器201優(yōu)選為DC/DC "Buck (降壓)"型電源轉(zhuǎn)換器，該電源轉(zhuǎn)換 器向負(fù)載215提供輸出電壓V0ut。優(yōu)選地，該電源轉(zhuǎn)換器201含有串聯(lián)的 功率P-FET 205和功率N-FET 207, P-FET 205和N-FET207的柵極由控制 電路203控制。P-FET 205優(yōu)選與輸入電壓源209相連，而N-FET 207優(yōu) 選與電源地211相連。優(yōu)選地，P-FET 205和N-FET 207之間的共用連接 點(diǎn)通過(guò)電感213連接至負(fù)載215,且電容217優(yōu)選與負(fù)載215并聯(lián)以提供 平滑的輸出電壓V0ut。
當(dāng)然，電承轉(zhuǎn)換器的精度參數(shù)取決于所需要的負(fù)載及設(shè)計(jì)，電源轉(zhuǎn) 換器201的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，電源轉(zhuǎn)換器201優(yōu)選包含電感213,其感 應(yīng)系數(shù)在約1 liH至約lOiuH之間，優(yōu)選約為2.2iaH。此外，電容217的 電容量在約1 yF至約20jaF之間，優(yōu)選約為10juF,而負(fù)載215優(yōu)選地需 要的電流在約1 mA至約1000mA之間，優(yōu)選約為600mA 。
需要注意的是，優(yōu)選的"Buck"型電源轉(zhuǎn)換器201僅是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明應(yīng)用電源 轉(zhuǎn)換器201時(shí)的一個(gè)可能配置。電源轉(zhuǎn)換器201的其它配置和設(shè)計(jì)也可應(yīng) 用于本發(fā)明，且這些配置和設(shè)計(jì)也應(yīng)完全包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
控制電路203(其設(shè)計(jì)將在以下的詳細(xì)描述中進(jìn)行介紹)控制P-FET 205 和N-FET207以調(diào)整連接至負(fù)載215的輸出電壓V0ut?？刂齐娐?03以一 種交替的方式使得P-FET 205和N-FET 207在"導(dǎo)通"和"關(guān)斷"的狀態(tài)之間 切換，以對(duì)電感213進(jìn)行充電和放電，從而提供穿過(guò)負(fù)載215的電流。通 過(guò)控制電感213充電和放電的時(shí)間及持續(xù)時(shí)間，可控制輸出電壓V0ut。
優(yōu)選地，控制電路203通常以下述三種方式之一來(lái)控制P-FET 205和 N-FET 207。在脈寬調(diào)制模式(PWM模式)中，控制電路203選擇地將電 感213與輸入電壓源209或電源地211相連。圖3示出了給電感213充電的電壓脈沖及電流。如圖所示，電壓脈沖的寬度是可變的(如虛線所示)， 其取決于瞬時(shí)電壓輸出V0ut，而電流在理想值附近震蕩，有時(shí)甚至在低電
流時(shí)變負(fù)(例如，電流流入電源轉(zhuǎn)換器201代替從電源轉(zhuǎn)換器201輸出)。 在使用高電流時(shí)，PWM模式是比較理想的，例如，當(dāng)電流超過(guò)電源轉(zhuǎn)換器 201最大電流的三分之一時(shí)(這取決于電源轉(zhuǎn)換器201的設(shè)計(jì))。
圖4給出了第二種優(yōu)選操作模式，自動(dòng)模式。自動(dòng)模式操作和PWM 模式基本相似，但是在自動(dòng)模式中，除了交替連接至輸入電壓源209和電 源地211之間以外，可使P-FET 205和N-FET 207在該時(shí)間期間中的一段 時(shí)間內(nèi)都切換至"關(guān)斷"狀態(tài)。這可以有效地阻止電流像PWM模式中可 能出現(xiàn)的一樣變負(fù)。這樣，在高電流時(shí)自動(dòng)模式與PWM模式的運(yùn)行相似， 而在低電流時(shí)(例如，電流低于電源轉(zhuǎn)換器201最大電流的三分之一)， 自動(dòng)模式產(chǎn)生可變脈沖并阻止電流變負(fù)。因此通常優(yōu)選采用自動(dòng)模式作為 默認(rèn)模式。
圖5給出了第三種優(yōu)選的操作模式，脈沖頻率調(diào)制(PFM)模式，亦 稱作非連續(xù)電流(DCM)模式。在PFM模式中，當(dāng)電壓輸出Vout下降到 低于較低的門限值之下時(shí)，生成小的電壓脈沖，且這些電壓脈沖中的每一 個(gè)都為電感213增加少量電荷，其電壓輸出Vout在各個(gè)脈沖之間衰減。這 些電壓脈沖中的每一個(gè)都具有相同的時(shí)間和形狀，且電流由電壓脈沖的個(gè) 數(shù)決定，而不像PWM模式中由脈沖持續(xù)時(shí)間決定。
因?yàn)檫@些原因，歷來(lái)通過(guò)"hysterectic"型控制對(duì)PFM才莫式進(jìn)行控制， 該控制通過(guò)兩個(gè)模擬比較器建立輸出電壓Vout的上限和下限來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于 該控制方案，如果Vout低于電壓下限，則產(chǎn)生脈沖；而如果V(M高于電壓 上限，則不產(chǎn)生脈沖。這會(huì)導(dǎo)致"脈沖列車"，其會(huì)在輸出電壓V加上引起 更多的波紋。優(yōu)選地，PFM模式通常用于低電流操作中，例如"休眠"模 式或"備用"模式。 回到圖2，本發(fā)明通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)這些操作模式，包括差分放大器219
以對(duì)輸出電壓V。ut和參考電壓VRef進(jìn)行比較，和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)
221以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。優(yōu)選采用數(shù)字化控制的PWM發(fā)生器 223和前置驅(qū)動(dòng)器225以傳輸脈沖并控制P-FET205和N-FET207。該優(yōu)選
8實(shí)施例采用數(shù)字方式控制電源轉(zhuǎn)換器201,以替代傳統(tǒng)模擬方法并克服其 固有的缺陷。
優(yōu)選地，差分放大器219包括誤差放大器，然而還可使用能產(chǎn)生可用的誤 差信號(hào)的其它配置。差分放大器219放大同相(+ )輸入端和反相(一)輸 入端之間的電壓差。反相(一)輸入端與根據(jù)設(shè)計(jì)需求選定的參考電壓VRef 相連，且同相輸入(+ )端與電源轉(zhuǎn)換器輸出的輸出電壓Vout相連。在該配 置中，差分放大器219對(duì)V()ut與VRef進(jìn)行比較，并放大兩者的電壓差而得 到輸出誤差信號(hào)VE 。 Vout的縮放形式也可用來(lái)與VRef相比。在這種情況 下，輸出電壓將成為VRef的倍數(shù)。需要注意的是，由于誤差信號(hào)通常很小
(尤其當(dāng)控制回路鎖定時(shí))，因此誤差放大器的差分輸入范圍會(huì)受到限制，
通常只有幾十mV。
差分放大器219輸出的模擬輸出誤差信號(hào)V^與ADC221的輸入端相
連接。通過(guò)僅轉(zhuǎn)換Vout與VRef之間的誤差信號(hào)V^而代替轉(zhuǎn)化整個(gè)的輸出 信號(hào)Vout，由于無(wú)論實(shí)際的Vout有多大，誤差信號(hào)VErr將保持相對(duì)較小，
因此這將擴(kuò)大控制回路203的有效范圍。這使得無(wú)需考慮控制回路203過(guò) 載，即可實(shí)現(xiàn)較大的控制范圍，且還使得控制回路203的模擬部分的設(shè)計(jì) 變得更加簡(jiǎn)單。
ADC 221將由差分放大器219輸出的模擬輸出誤差信號(hào)轉(zhuǎn)化為N比 特的數(shù)字信號(hào)D0ut。首先對(duì)模擬輸出誤差信號(hào)V^進(jìn)行第一次采樣將其轉(zhuǎn) 化為離散時(shí)間信號(hào)，接著將該離散時(shí)間信號(hào)量化為有限數(shù)量的量化等級(jí)而 產(chǎn)生D0ut。對(duì)于N比特的數(shù)字信號(hào)D0ut，誤差信號(hào)V^被量化為2N等級(jí)， 每個(gè)等級(jí)通過(guò)量化步長(zhǎng)大小進(jìn)行分級(jí)。
ADC 221優(yōu)選采用2-A ( Sigma-Delta) ADC，也可采用其它類型的 ADC，如快閃型ADC,流水線型ADC,逐次逼近型ADC，積分ADC，或 Delta-Encoded ( A編碼)ADC。 ADC 221優(yōu)選地具有低分辨率和高增益， 以產(chǎn)生精度在2比特至8比特之間的輸出，更優(yōu)選為5比特的輸出。ADC 221 優(yōu)選為過(guò)采樣ADC (正如下面參考圖7所討論的)，但也可采用奈奎斯特 ADC，其取樣率等于P-FET205和N-FET207的時(shí)鐘/開(kāi)關(guān)頻率。
ADC 221的數(shù)字信號(hào)Dout與數(shù)字控制的PWM發(fā)生器223的輸入端相連。優(yōu)選地，數(shù)字控制的PWM發(fā)生器223使用計(jì)數(shù)器(未顯示)對(duì)由ADC221 轉(zhuǎn)換的值進(jìn)行計(jì)數(shù)。但也可使用其它類型的數(shù)字控制PWM發(fā)生器223，例 如數(shù)字單穩(wěn)態(tài)計(jì)時(shí)器或各種數(shù)字控制計(jì)時(shí)器。對(duì)于計(jì)數(shù)式數(shù)字控制PWM 發(fā)生器223,計(jì)數(shù)頻率優(yōu)選為P-FET205和N-FET207開(kāi)關(guān)頻率的倍數(shù)，從 而使其占空比與ADC 221的輸出成比例。
數(shù)字控制PWM發(fā)生器223的輸出信號(hào)Pout被傳輸至前置驅(qū)動(dòng)器225 的輸入端。優(yōu)選地，設(shè)計(jì)前置驅(qū)動(dòng)器225用以放大數(shù)字控制PWM發(fā)生器 223的輸出信號(hào)P(M并控制P-FET 205及N-FET 207，從而產(chǎn)生流向電感213 的脈沖。更進(jìn)一步地，優(yōu)選設(shè)計(jì)前置驅(qū)動(dòng)器225以能夠阻止從輸入電壓源 209至電源地211的直通電流的方式來(lái)控制P-FET205和N-FET207。如上 所述，可以用任意個(gè)數(shù)的前置驅(qū)動(dòng)器225控制P-FET 205和N-FET 207， 且這些前置驅(qū)動(dòng)器225均可用于本發(fā)明中。
圖6給出了本發(fā)明的第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在該實(shí)施例中，圖2中的ADC 221和數(shù)字化控制PWM發(fā)生器223之間還連接有可編程數(shù)字濾波器601。 該數(shù)字濾波器601優(yōu)選為可編程數(shù)字濾波器，以補(bǔ)充和更好地控制模擬頻 率響應(yīng)和傳輸特性，這樣可以精確地控制系統(tǒng)的環(huán)響應(yīng)。另外，可使數(shù)字 濾波器601的頻率響應(yīng)與控制電路203的其它模擬元件相匹配以實(shí)現(xiàn)任何 所需的閉環(huán)響應(yīng)，從而消除與模擬環(huán)控制相關(guān)的問(wèn)題。
另外，數(shù)字濾波器601除了用于進(jìn)行頻率響應(yīng)控制外，還可以通過(guò)編 程使其具有附加的功能。這些添加至數(shù)字濾波器601的附加功能包括積分、 微分、提供額外的DC增益、這些功能的組合，這些附加功能可以通過(guò)編 程得到。此外，當(dāng)電源轉(zhuǎn)換器201和控制電路203工作時(shí)，也可對(duì)數(shù)字濾 波器601適應(yīng)性地進(jìn)行線上再編程，而不需要在每次再編程過(guò)程中完全關(guān) 斷該系統(tǒng)。
可編程的數(shù)字濾波器601的優(yōu)勢(shì)是非常大的。通過(guò)使用可編程的數(shù)字 濾波器601以補(bǔ)充和控制模擬元件的頻率響應(yīng)，并且相對(duì)于每個(gè)模擬環(huán)響 應(yīng)都需要設(shè)計(jì)和建立每個(gè)元件來(lái)說(shuō)，其會(huì)使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得更靈活。并且， 如有必要還可通過(guò)對(duì)數(shù)字濾波器601進(jìn)行再編程以在后工藝中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行 調(diào)整，而不是完全地再設(shè)計(jì)和再制造整個(gè)電源轉(zhuǎn)換器201和控制電路203。圖7給出了本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，其中差分放大器219被合并到 過(guò)采樣ADC 701和抽取器703中。通過(guò)使用過(guò)采樣ADC701,由于可以更 好地捕捉瞬變，系統(tǒng)可更好地對(duì)輸出電壓Vout進(jìn)行平均。此外，在過(guò)采樣 ADC 701中可采用更高的時(shí)鐘速率，這可使其與先進(jìn)的工藝技術(shù)融合度更好。
在優(yōu)選實(shí)施例中，過(guò)采樣ADC 701通過(guò)將差分放大器219與相互串 聯(lián)的S-A調(diào)制器/ADC701和抽取器703合并實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，該2 - △ ADC 701對(duì)輸出信號(hào)Vout過(guò)采樣以產(chǎn)生數(shù)字輸出Dout時(shí)的采樣率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于奈奎 斯特頻率，因此將量化噪聲集中在較高的頻率中。優(yōu)選地，該S-AADC701 的過(guò)采樣頻率最好是奈奎斯特頻率的倍數(shù)，且優(yōu)選地其過(guò)采樣率在約2至 約256之間，更為優(yōu)選的過(guò)采樣率約為32。
S-△ ADC 701輸出的數(shù)字輸出信號(hào)與抽取器703的輸入相連。抽取 器703優(yōu)選具有2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能。首先，優(yōu)選設(shè)計(jì)抽取器703用于對(duì) 從S - △ ADC 701輸出的數(shù)字輸出信號(hào)Dout進(jìn)行再采樣，并在奈奎斯特率下 產(chǎn)生多比特的數(shù)據(jù)字。此外，抽取器703為低通濾波器以消除主要集中在 較高頻率中的量化噪聲，因此增力。了S-AADC701的精度。對(duì)于1比特的 2-A轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，抽取器可采用簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)，即在較低頻率時(shí)鐘(奈 奎斯特速率)的一個(gè)周期內(nèi)對(duì)從轉(zhuǎn)換器輸出的邏輯"1"的個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
本發(fā)明的這些優(yōu)選實(shí)施例提高了電源轉(zhuǎn)換器控制電路設(shè)計(jì)和操作的 適應(yīng)性和靈活性。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的部分?jǐn)?shù)字化，無(wú)需完全地再設(shè)計(jì)和再建立 該系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)全部環(huán)動(dòng)態(tài)的控制，本發(fā)明甚至在電路工作時(shí) 也可調(diào)整。此外，通過(guò)采用過(guò)采樣的ADC，該系統(tǒng)可以更好地捕捉瞬態(tài)和 更好的對(duì)電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓進(jìn)行平均化。
盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明及其有益效果，但是在不脫離本發(fā)明的精 神和范圍條件下的各種變化、替代和改造應(yīng)當(dāng)理解為附加的權(quán)利要求的保 護(hù)范圍。例如，可以理解的是保持在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員 可對(duì)電源轉(zhuǎn)換器的類型做出變化。
此外，本申請(qǐng)的保護(hù)范圍不限于本說(shuō)明書(shū)中描述的工藝、設(shè)備、制造、 物質(zhì)的組成、手段、方法和步驟的具體實(shí)施例。由于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將很容易從本發(fā)明所公開(kāi)的內(nèi)容得到啟示，因此根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，可 以使用目前存在的或之后開(kāi)發(fā)出的，與此處所描述的相關(guān)實(shí)施例發(fā)揮基本 相同的作用或達(dá)到基本相同的效果的工藝、機(jī)器、制造、物質(zhì)的成分、裝 置、方法或步驟。因此，附加的權(quán)利要求目的在于保護(hù)包括在它們范圍內(nèi) 的工藝、機(jī)器、制造、物質(zhì)的成分、裝置、方法或步驟。
權(quán)利要求
1、一種用于控制電源轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括差分單元，其輸入端與被所述電源轉(zhuǎn)換器控制的電壓相連；與所述差分單元的輸出端互通耦合的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器；與所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端互通耦合的數(shù)字濾波器；和與所述數(shù)字濾波器的輸出端互通耦合的數(shù)字脈沖發(fā)生器。
2、 如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字濾波器的輸出在約1比特至約8比特之間。
3、 如權(quán)利要求l所述系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字濾波器控制所述系統(tǒng)的環(huán)響應(yīng)。
4、 如權(quán)利要求i所述系統(tǒng)，其中，所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括i:-a(sigma-delta)調(diào)制器。
5、 如權(quán)利要求4所述系統(tǒng)，還包括串行地互通耦合在z-a調(diào)制器和數(shù)字脈沖發(fā)生器之間的抽取器和數(shù)字濾波器。
6、 如權(quán)利要求l所述系統(tǒng)，其中，所述差分單元用于產(chǎn)生誤差信號(hào)，所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器過(guò)采樣所述誤差信號(hào)。
7、 如權(quán)利要求l所述系統(tǒng)，還包括與所述數(shù)字脈沖發(fā)生器互通耦合的前置驅(qū)動(dòng)器，以及與差分回路的輸入端和所述前置驅(qū)動(dòng)器的輸出端互通耦合的電源轉(zhuǎn)換器。
8、 一種用于電源轉(zhuǎn)換控制的系統(tǒng)，包括差分電路，其包括與參考電壓相連的第一輸入端，與被控制的電壓相連的第二輸入端，和誤差輸出端；與所述差分電路的輸出端互通耦合的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器；與所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端互通耦合的數(shù)字脈沖發(fā)生器。
9、 如權(quán)利要求8所述系統(tǒng)，還包括互通耦合在所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和所述數(shù)字脈沖發(fā)生器之間的數(shù)字濾波器，所述數(shù)字濾波器控制所述系統(tǒng)的環(huán)響應(yīng)。
10、 如權(quán)利要求8所述系統(tǒng)，其中，所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)所述差分電路產(chǎn)生的模擬誤差信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣。
11、 如權(quán)利要求8所述系統(tǒng)，還包括與所述數(shù)字脈沖發(fā)生器的輸出端互通耦合的前置驅(qū)動(dòng)器。
12、 一種電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括工作在第 一時(shí)鐘頻率下的電源轉(zhuǎn)換器；與所述電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓互通耦合的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器在高于所述第一時(shí)鐘頻率的第二時(shí)鐘頻率對(duì)所述輸出電壓進(jìn)行采樣；與所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器互通耦合的第一數(shù)字濾波器，所述第一數(shù)字濾波器在所述第一時(shí)鐘頻率下輸出信號(hào)；和與所述第一數(shù)字濾波器和所述電源轉(zhuǎn)換器互通耦合的數(shù)字脈沖發(fā)生器。
13、 如權(quán)利要求12所述電源轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中，所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括S - A調(diào)制器，和互通耦合在所述電源轉(zhuǎn)換器和所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器之間的差分電路，所述差分電路向所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出誤差信號(hào)。
14、 如權(quán)利要求12所述電源轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字脈沖發(fā)生器包括計(jì)數(shù)器。
15、 如權(quán)利要求12所述電源轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，還包括互通連接在所述第一數(shù)字濾波器和所述數(shù)字脈沖發(fā)生器之間的第二數(shù)字濾波器。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于控制電源轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)和方法。一個(gè)實(shí)施例包括連接至模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的模擬差分電路，數(shù)字脈沖發(fā)生器和前置驅(qū)動(dòng)器以控制所述電源轉(zhuǎn)換器。另一實(shí)施例還包括作為控制環(huán)路一部分的數(shù)字濾波器，該控制環(huán)路用于控制所述控制電路的環(huán)特性。另外的實(shí)施例采用∑-Δ模擬-數(shù)字調(diào)制器和抽取器以替代所述差分電路。
文檔編號(hào)H02M3/157GK101540553SQ200810175229
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2008年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月20日
發(fā)明者艾倫·羅森, 艾瑞克·蘇恩, 賈斯汀·時(shí), 馬丁·肯亞 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司