電壓調(diào)節(jié)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電壓調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電壓調(diào)節(jié)器是被設(shè)計(jì)用于自動維持恒定輸出電壓的電路。一些電壓調(diào)節(jié)器以線性模式來操作，而一些以切換模式來操作(其中至少一個元件用作打開/閉合開關(guān))。通常，電壓調(diào)節(jié)器無法即時響應(yīng)于負(fù)載電流的突變(sudden change)。輸出電容器通常用于降低紋波(ripple)且有助于降低由于負(fù)載電流的突變而生成的輸出電壓瞬變。
[0003]許多系統(tǒng)使用具有陶瓷介質(zhì)的電壓調(diào)節(jié)器輸出電容器。具有陶瓷層和金屬電極的這種類型的電容器是固有壓電的。因此，如果存在處于人類可聽頻率范圍內(nèi)的壓電電壓改變(20Hz-20KHz)，則它們可以可聽見地震動。例如，可以按照每秒240次來刷新用于計(jì)算機(jī)監(jiān)控器和電視的液晶顯示器，并且可以按照該速率的兩倍來刷新3D顯示器。每次刷新循環(huán)均要求電源電流的大的改變，這可能導(dǎo)致了電壓調(diào)節(jié)器輸出電容器處的電壓瞬變。對于具有周期負(fù)載電流改變的電壓調(diào)節(jié)器驅(qū)動顯示器或其他系統(tǒng)，令人反感的可聽噪聲可以由輸出電容生成。降低電壓調(diào)節(jié)器的輸出處的電壓瞬變通常是需要的，并且更具體地，需要降低來自電壓調(diào)節(jié)器的輸出電容器的聽覺噪聲。
【附圖說明】
[0004]圖1 (現(xiàn)有技術(shù))是現(xiàn)有電壓調(diào)節(jié)器的示例實(shí)施例的示意性框圖。
[0005]圖2A-2C(現(xiàn)有技術(shù))是示出圖1的電壓調(diào)節(jié)器中的電流、電壓和信號波形的時序圖。
[0006]圖3是改進(jìn)的電壓調(diào)節(jié)器的示例實(shí)施例的示意性框圖。
[0007]圖4A-4D是示出圖3的電壓調(diào)節(jié)器的信號和電壓波形的時序圖。
[0008]圖5是示出圖3中部分電壓調(diào)節(jié)器的示例實(shí)施例的額外細(xì)節(jié)的示意性框圖。
[0009]圖6是示出圖3中部分電壓調(diào)節(jié)器的示例實(shí)施例的額外細(xì)節(jié)的示意性框圖。
[0010]圖7是用于降低電壓調(diào)節(jié)器的周期輸出電壓紋波的方法的示例實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]圖1圖示用于將功率提供給負(fù)載108的現(xiàn)有技術(shù)的電壓調(diào)節(jié)器100的示例。負(fù)載108被描述為電阻器，但是，通常來說負(fù)載108可以是具有變化的電流需求的系統(tǒng)。所示電壓調(diào)節(jié)器100 (其被簡化從而有助于圖示和說明)包括DC-DC變換器102和反饋電路104。DC-DC變換器102將在輸入電壓Vin處的功率轉(zhuǎn)換為在輸出電壓V ■處的功率。輸入電壓V1N可以大于輸出電壓V (OT或輸出電壓V (W可以大于輸入電壓Vin。DC-DC變換器102可以是線性電路，或者DC-DC變換器102可以是切換電路。反饋電路104將輸出電壓V.與參考電壓Vref相比較并且生成反饋信號S FB，該反饋信號Sfb使得DC-DC變換器102生成更大或更小的電流以維持恒定的輸出電壓V.。輸出電容器106對于切換DC-DC變換器來說是必要的。對于所有類型的DC-DC變換器，輸出電容器106有助于降低輸出電壓的紋波，并且還有助于降低由于負(fù)載電流iuM的突變而產(chǎn)生的輸出電壓瞬變。
[0012]圖2A-2C圖示與圖1的示例電壓調(diào)節(jié)器100相關(guān)聯(lián)的各種示例波形。在圖2A的示例中，到系統(tǒng)108的電流周期性地變化，到系統(tǒng)108的電流i 在時間t ^ t3處突然地增大，并且在時間tjP 14處突然地減小。
[0013]在圖2B中，圖1中的電壓調(diào)節(jié)器100無法瞬間響應(yīng)于圖2A中所述的負(fù)載電流的變化。當(dāng)負(fù)載電流iuM增大時(t D t3)，由DC-DC變換器102提供的電流(i.)是不足的，并且輸出電壓V-隨著輸出電容器106開始放電而開始減小。閉環(huán)電壓調(diào)節(jié)器系統(tǒng)花費(fèi)有限數(shù)量的時間用于響應(yīng)輸出電壓V.并且將輸出電壓V ■恢復(fù)回到期望電壓，從而在時間t #口七3處在輸出電壓V ■上生成負(fù)電壓瞬變。同樣地，當(dāng)負(fù)載電流i U3ad減小時(t 2，t4)，DC-DC變換器102提供比負(fù)載110要求的電流更多的電流(i.)，并且輸出電壓V.隨著電容器106開始充電而開始增加。再一次地，閉環(huán)電壓調(diào)節(jié)器系統(tǒng)花費(fèi)有限數(shù)量的時間來響應(yīng)，并且正電壓瞬變在時間〖2和14處被生成在輸出電壓V ■上。如果V ■上的電壓瞬變足夠大，并且如果電壓瞬態(tài)的頻率在人類聽覺能帶(auditory band)的之內(nèi)，則輸出電容器106可以生成令人反感的聽覺噪聲。
[0014]在圖1中，反饋信號Sfb控制DC-DC變換器102的電流輸出。在圖2C中，在時間M5P t3處，閉環(huán)電壓調(diào)節(jié)器響應(yīng)時間使得反饋信號Sfb緩慢地增大到較高電平從而增大i0UT(DC-DC變換器102的電流輸出)，并且在時間t2和t4處，電壓調(diào)節(jié)器閉環(huán)響應(yīng)時間使得反饋信號Sfb緩慢地減小到較低電平從而減小i (jUT。
[0015]圖3圖示改良的電壓調(diào)節(jié)器300的示例實(shí)施例，其為圖1的電壓調(diào)節(jié)器100添加有附加的前饋電路。信號Su3ad是來自由電壓調(diào)節(jié)器300供電的系統(tǒng)108的信號，信號Su3ad表明系統(tǒng)108所需的電流。更具體地，信號&_表明系統(tǒng)108將要求電流的改變，從而允許電壓調(diào)節(jié)器300預(yù)測負(fù)載電流中的突變。前饋電路302使用信號Su3ad來生成被耦合到反饋信號Sfb的前饋信號S ppo前饋電路302還接收電壓調(diào)節(jié)器輸出電壓V.。前饋電路302使用V.和信號S U3ad來生成前饋電壓輸出V ppo前饋信號Sff具有可變振幅，并且前饋信號S FF的振幅是前饋電壓輸出Vff的振幅。在圖3中，修正的反饋信號Sfb是反饋電路104的輸出(如圖2C所述)和前饋信號Sff的總和。信號S L0AD、SFF, Sff對S FB的貢獻(xiàn)(contribut1n)、以及產(chǎn)生的修正的Sfb被示出在圖4A-4D中。
[0016]通常，電壓調(diào)節(jié)器無法預(yù)測負(fù)載電流即將改變。信號Su3ad和前饋電路302使得電壓調(diào)節(jié)器300能夠略微在反饋回路中存在待感測的充分的電流變化之前、以及略微在存在待感測的輸出電壓V.上的任何瞬變之前預(yù)測電流的改變。前饋信號S FF修正了反饋信號Sfb從而代替了如圖2C中的相對慢的閉環(huán)響應(yīng)，修正的反饋信號Sfb即時(但是短暫地(briefly))響應(yīng)于信號Sumid前饋信號Sff在信號S伽卩中的每個階段(st印)改變之后立即將尖峰脈沖(spike)(衰減之后的電壓的階段)添加到反饋信號SFB。在圖3的示例中，前饋信號Sff被電容性耦合到反饋信號Sfb，但是電容性耦合不是必需的。電容性耦合僅僅是用于在信號Su3ad中的每個階段之后提供短暫信號的途徑中的一種示例。當(dāng)信號S ^_為周期性時，前饋電路302隨著時間可以調(diào)整前饋信號Sff的量級(magnitude)(前饋信號S FF的量級是前饋電壓輸出Vff的量級)，從而基本地消除輸出電壓V ■上的對應(yīng)的周期性的電壓瞬變。
[0017]在圖4A中，信號S_是來自由電壓調(diào)節(jié)器300供電的系統(tǒng)108的信號。信號3_是對應(yīng)于改變的系統(tǒng)電流的信號，例如將改變系統(tǒng)108的狀態(tài)的控制器中的信號。例如，3_:)可以是顯示刷新信號或周期性脈寬調(diào)制顯示背光的信號。在圖4A的示例中，當(dāng)信號
高時，負(fù)載電流i U3ad為高，而當(dāng)信號S _為低時，負(fù)載電流i _為低。
[0018]在圖4B中，前饋信號Sff是具有與負(fù)載信號S _相同正時且具有可變量級的信號(前饋信號Sff的量級是前饋電壓輸出Vff的量級)。對于圖3中的示例，修正的反饋信號Sfb是反饋電路104的輸出(如圖2C所示)與電容性耦合的前饋信號S ^的總和。
[0019]在圖4C中，信號Sfb(Sff)是前饋信號Sff對修正的反饋信號Sfb的貢獻(xiàn)。Sfb(Sff)在時間^和13將正階段添加到反饋信號S FB，并且每個階段如由電阻器304和電容器306所確定地衰減。Sfb(Sff)在時間t#Pt4將負(fù)階段添加到反饋信號Sfb，并且每個階段如由電阻器304和電容器306所確定地衰減。再一次地，電容性耦合僅僅是用于將短暫響應(yīng)實(shí)施到Vu3ad中的每個階段中的方式中的一個示例。階段的可變量級是來自前饋電路302的前饋電壓輸出Vff的量級。
[0020]圖4D示出在來自前饋信號Sff的衰減階段被添加至反饋電路104的輸出(如圖2C所示)時的反饋信號SFB。產(chǎn)生的反饋信號Sfb具有基本上瞬時上升和下降時間。與圖2C所示的較慢的閉環(huán)響應(yīng)時間相比，反饋信號Sfb的快速上升和下降時間使得DC-DC變換器102立即響應(yīng)于在時間V t2、t#P 14處的負(fù)載電流改變。實(shí)際上，在存在輸出電壓V.的任何改變之前，前饋電路302使得DC-DC變換器電路102響應(yīng)于負(fù)載電流的改變，并且由于周期性負(fù)載電流改變而產(chǎn)生的V.上的周期性電壓瞬變被基本消除。由于消除了 V.上的周期性電壓瞬變，因此消除了來自輸出電容器106的聽覺噪聲。
[0021]圖5示出使用切換DC-DC變換器502的圖3中的電壓調(diào)節(jié)器300的示例實(shí)施例的額外細(xì)節(jié)。在圖5中，DC-DC變換器502示出了圖3中的DC-DC變換器102的一個可能的示例。DC-DC變換器502是切換DC-DC升壓變換器(輸出電壓V.高于輸入電壓V IN)。DC