一種用于功率變換器的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于功率變換器的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)(Adaptive Voltage Scales，AVS)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著技術(shù)的發(fā)展數(shù)字集成電路(如片上系統(tǒng)SoC、中央處理器CPU和數(shù)字信號處理器DSP)的集成度越來越高，由于功耗、散熱和應(yīng)用對象的變化，越來越趨向于低壓低功耗，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)要求可以在不同頻率和電壓下工作。
[0003]AVS技術(shù)根據(jù)數(shù)字集成電路工作頻率的不同自適應(yīng)地搜索到該頻率下數(shù)字集成電路正常工作時(shí)的最小電壓。現(xiàn)有的很多電子部件，如CPU和DSP都可以在不同時(shí)鐘頻率下工作。當(dāng)數(shù)字集成電路工作在高頻時(shí)，集成電路功耗的主要部分是門電路的開關(guān)功耗，門電路的開關(guān)功耗P = fCV2，門電路的開關(guān)功耗與電路工作的頻率成正比，與電路的工作電壓的平方成正比。當(dāng)數(shù)字集成電路完成一個(gè)給定的任務(wù)時(shí)，數(shù)字集成電路完成任務(wù)所需要的時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)是確定的，只降低數(shù)字集成電路的工作頻率而不改變工作的電壓，完成該任務(wù)消耗的總能量是不變的。但是當(dāng)工作頻率固定時(shí)，適當(dāng)?shù)慕档蛿?shù)字集成電路的工作電壓，根據(jù)門電路的功耗的表達(dá)式，其完成任務(wù)消耗的能量會(huì)明顯降低。根據(jù)不同地工藝偏差、溫度和數(shù)字集成電路工作頻率實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)其供電電壓，使其能量消耗最小的方法即是自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)。
[0004]在現(xiàn)有的技術(shù)中，由于自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)的DC-DC變換器中的功率管的柵驅(qū)動(dòng)信號占空比固定，功率管按固定時(shí)間導(dǎo)通，電流對電感充電的時(shí)間一直較長，導(dǎo)致上電過沖電壓大、輸出電壓紋波較大等問題。為了防止電壓過沖和電感電流太大，常用的方法是加入限流電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的，就是針對上述問題，提出一種用于功率變換器的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種用于功率變換器的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路，包括邏輯模塊、導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生器、第一比較器、第二比較器和控制電路；所述邏輯模塊的輸入端接功率變換器的輸出端，其輸出端接導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的第一輸入端；所述第一比較器的正向輸入端接功率變換器的輸出端，其負(fù)向輸入端接控制電路的第一輸出端，其輸出端接控制電路的第一輸入端；所述第二比較器的正向輸入端接功率變換器的輸出端，其負(fù)向輸入端接控制電路的第二輸出端，其輸出端接控制電路的第二輸入端；控制電路的第三輸出端接導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生器的第二輸入端；導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生器的輸出端接功率變換器；
[0008]所述控制電路由狀態(tài)機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成；所述狀態(tài)機(jī)的第一輸入端為控制電路的第一輸入端，其第二輸入端為控制電路的第二輸入端，其輸出端接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端；數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括分壓電阻、第一電壓選擇單元和第二電壓選擇單元，分壓電阻的輸出端分別接第一電壓選擇單元和第二電壓選擇單元的輸入端，第一電壓選擇單元的輸出端為控制電路的第一輸出端，第二電壓選擇單元的輸出端為控制電路的第二輸出端。
[0009]本發(fā)明的有益效果為，使Buck功率變換器在調(diào)壓過程中的過沖電壓較??；同時(shí)，減小了 Buck功率變換器調(diào)壓過程中的電感電流，由此降低了對電感的要求；該電路利用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系和算法，簡化了模擬部分的電路，節(jié)省了芯片面積，更有利于集成。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明的控制電路模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是本發(fā)明的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路調(diào)壓原理示意圖；
[0013]圖4是本發(fā)明的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路輸出電壓Vfb的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0015]本發(fā)明的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)器通過與功率變換器相互協(xié)調(diào)配合能夠根據(jù)負(fù)載當(dāng)前工作頻率的不同自適應(yīng)調(diào)節(jié)負(fù)載的工作電壓，使負(fù)載在當(dāng)前工作頻率下正常工作時(shí)工作電壓最低，有效降低了負(fù)載的功耗。同時(shí)利用PSM調(diào)制模式在輕負(fù)載下具有響應(yīng)速度快、效率高、抗干擾能力強(qiáng)、電磁兼容特性好和魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)作為該自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)器的控制模式。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明的一種用于功率變換器的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路，包括邏輯?！缐?、導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生器、第一比較器、第二比較器和控制電路；所述邏輯模塊的輸入端接功率變換器的輸出端，其輸出端接導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的第一輸入端；所述第一比較器的正向輸入端接功率變換器的輸出端，其負(fù)向輸入端接控制電路的第一輸出端，其輸出端接控制電路的第一輸入端；所述第二比較器的正向輸入端接功率變換器的輸出端，其負(fù)向輸入端接控制電路的第二輸出端，其輸出端接控制電路的第二輸入端；控制電路的第三輸出端接導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生器的第二輸入端；導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生器的輸出端接功率變換器；
[0017]如圖2所示，所述控制電路由狀態(tài)機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成；所述狀態(tài)機(jī)的第一輸入端為控制電路的第一輸入端，其第二輸入端為控制電路的第二輸入端，其輸出端接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括分壓電阻、第一電壓選擇單元和第二電壓選擇單元，分壓電阻的輸出端分別接第一電壓選擇單元和第二電壓選擇單元的輸入端，第一電壓選擇單元的輸出端為控制電路的第一輸出端，第二電壓選擇單元的輸出端為控制電路的第二輸出端。
[0018]本發(fā)明的工作原理為:
[0019]本發(fā)明的一種低輸出過沖的AVS電壓調(diào)節(jié)電路，由導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生器、AVS邏輯模塊、控制電路模塊和兩個(gè)比較器構(gòu)成。Buck功率變換器的輸出電壓Vfb施加到兩個(gè)比較器上，控制電路模塊具有三個(gè)輸出信號，一個(gè)輸出信號加到導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊，另外兩個(gè)輸出信號dac_aout和dac_bout分別加到兩個(gè)比較器的負(fù)相輸入端；比較器將輸出電壓Vfb與dac_aout和dac_bout分別進(jìn)行比較，比較器的輸出控制碼作用在控制電路模塊，控制DAC模塊調(diào)整dac_aout和dac_bout的大?。划?dāng)Buck功率變換器的輸出電壓Vfb小于dac_aout時(shí)，比較器輸出信號comp_aout為低電平，若此時(shí)Vfb小于dac_bout，則另一比較器輸出信號comp_bout為低電平，comp_aout和comp_bout組成OO控制碼使導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊輸出控制信號導(dǎo)通Buck功率變換器中的功率PMOS管MP，使Buck功率變換器的輸出電壓Vfb升高，若此時(shí)Vfb大于dac_bout，則另一比較器輸出信號comp_bout為高電平，comp_aout和comp_bout組成01控制碼使Vfb保持；當(dāng)Buck功率變換器的輸出電壓Vfb比comp_aout大時(shí)，則比較器輸出信號comp_aout為高電平，dac_aout比dac_bout大Δ V，因此comp_bout也為高電平，comp_aout和comp_bout組成11控制碼。dac_aout和dac_bout下調(diào)Δ V，導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生模塊跳過這個(gè)周期不輸出PSM調(diào)制信號，使Buck功率變換器中的功率管不導(dǎo)通使其輸出電壓Vfb降低。功率管導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間受AVS邏輯模塊的輸出信號D〈3:0>控制而逐漸增大。
[0020]如圖3所示，為本發(fā)明所述的調(diào)壓電路調(diào)壓原理示意圖。
[0021]本發(fā)明所提出的一種低輸出過沖的AVS電壓調(diào)節(jié)電路，通過控制電路模塊控制輸出電壓的過沖始終小于一定電壓值；同時(shí)，減小了 Buck功率變換器調(diào)壓過程中的電感電流，由此降低了對電感的要求；該電路利用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系和算法，簡化了模擬部分的電路，節(jié)省了芯片面積，更有利于集成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于功率變換器的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路，包括邏輯模塊、導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生器、第一比較器、第二比較器和控制電路；所述邏輯模塊的輸入端接功率變換器的輸出端，其輸出端接導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的第一輸入端；所述第一比較器的正向輸入端接功率變換器的輸出端，其負(fù)向輸入端接控制電路的第一輸出端，其輸出端接控制電路的第一輸入端；所述第二比較器的正向輸入端接功率變換器的輸出端，其負(fù)向輸入端接控制電路的第二輸出端，其輸出端接控制電路的第二輸入端；控制電路的第三輸出端接導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生器的第二輸入端；導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生器的輸出端接功率變換器； 所述控制電路由狀態(tài)機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成；所述狀態(tài)機(jī)的第一輸入端為控制電路的第一輸入端，其第二輸入端為控制電路的第二輸入端，其輸出端接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端；數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括分壓電阻、第一電壓選擇單元和第二電壓選擇單元，分壓電阻的輸出端分別接第一電壓選擇單元和第二電壓選擇單元的輸入端，第一電壓選擇單元的輸出端為控制電路的第一輸出端，第二電壓選擇單元的輸出端為控制電路的第二輸出端。
【專利摘要】本發(fā)明屬于電子電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于功率變換器的自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)電路。本發(fā)明的電路，包括邏輯模塊、導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生器、第一比較器、第二比較器和控制電路；所述邏輯模塊的輸入端接功率變換器的輸出端，輸出端接導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路的輸出端；所述第一比較器的正向輸入端接功率變換器的輸出端，其負(fù)向輸入端接控制電路的輸出端，其輸出端接控制電路的輸入端；所述第二比較器的正向輸入端接功率變換器的輸出端，其負(fù)向輸入端接控制電路的輸出端，其輸出端接控制電路的輸入端；控制電路的輸出端接導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生器的輸入端；導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生器的輸出端接功率變換器。本發(fā)明的有益效果為，減小了功率變換器調(diào)壓過程中的電感電流，降低了對電感的要求。
【IPC分類】H02M3/157
【公開號】CN105048810
【申請?zhí)枴緾N201510542677
【發(fā)明人】羅萍, 包毅, 王遠(yuǎn)飛, 王東俊, 張翔
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月28日