具有組合的控制信號(hào)和改善的動(dòng)態(tài)范圍的電流模式控制調(diào)制器的制造方法
【專利說(shuō)明】具有組合的控制信號(hào)和改善的動(dòng)態(tài)范圍的電流模式控制調(diào) 制器 相關(guān)申請(qǐng)交叉參照
[0001] 本申請(qǐng)要求2014年8月27日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)S/N62/042, 452的權(quán)益，該申 請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容出于所有意圖和目的通過(guò)引用結(jié)合于此。 附圖簡(jiǎn)述
[0002] 參考以下描述以及附圖將能更好地理解本發(fā)明的益處、特征以及優(yōu)點(diǎn)，在附圖 中：
[0003] 圖1是配置有電源的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方框圖，所述電源包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施 例實(shí)現(xiàn)的用于控制電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)制器；
[0004] 圖2是一示例性降壓式調(diào)節(jié)器的簡(jiǎn)化示意方框圖，所述示例性降壓式調(diào)節(jié)器包括 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的圖1的調(diào)制器；
[0005] 圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有組合的控制信號(hào)的電流模式控制調(diào)制器的簡(jiǎn)化示 意圖，該電流模式控制調(diào)制器可被用作調(diào)制器以控制圖1的調(diào)節(jié)器的操作；
[0006] 圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有組合的控制信號(hào)的合成波紋電流模式控制調(diào)制器 的簡(jiǎn)化示意圖，該合成波紋電流模式控制調(diào)制器可被用作調(diào)制器以控制圖1的調(diào)節(jié)器的操 作；以及
[0007] 圖5是根據(jù)另一實(shí)施例的滯后合成控制調(diào)制器的簡(jiǎn)化示意圖，該滯后合成控制調(diào) 制器可被用作調(diào)制器以控制圖1的調(diào)節(jié)器的操作。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 電壓調(diào)節(jié)器具有若干不同的控制機(jī)制，包括電壓模式控制和電流模式控制。在各 種電壓模式控制機(jī)制中，固定斜坡（或具有固定或可變斜率的固定范圍）與控制信號(hào)進(jìn)行 比較。斜坡和控制信號(hào)一般是良好包含的，并且輸出電流（或電感器電流）可具有相對(duì)大 的范圍。在各種電流模式控制機(jī)制中，將與電感器電流成比例的可變斜坡與控制信號(hào)進(jìn)行 比較。在電流模式控制機(jī)制中，控制信號(hào)和斜坡都與電感器電流成比例。如此，電感器電流 的范圍關(guān)聯(lián)于控制信號(hào)的范圍。由此，信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍是實(shí)現(xiàn)電流模式控制中的考慮因素，并 且由于關(guān)鍵信號(hào)的范圍的約束，性能可能降低并且靈活性可能受到限制。
[0009] 在許多情形下，對(duì)于電壓調(diào)節(jié)器而言，電流模式控制優(yōu)于電壓模式控制。然而，在 電流模式控制機(jī)制中，信號(hào)范圍是一個(gè)重要的考慮因素。增益可能被縮放，但這往往造成性 能權(quán)衡。影響信號(hào)范圍的參數(shù)也影響系統(tǒng)穩(wěn)定性、增益和動(dòng)態(tài)性能。隨著供電電壓持續(xù)下 降（例如VDD至GND或VSS)，信號(hào)范圍成為越來(lái)越重要的考慮因素。期望提供具有最低要 求信號(hào)范圍的高性能電流模式脈寬調(diào)制（PWM)調(diào)節(jié)器。
[0010] 圖1是配置有電源101的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的簡(jiǎn)化方框圖，所述電源101包括根據(jù) 本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的用于控制電壓調(diào)節(jié)器103的調(diào)制器103。電源101形成一個(gè)或多個(gè) 供電電壓，所述供電電壓經(jīng)由連接系統(tǒng)105向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的其它系統(tǒng)設(shè)備供電。連接系 統(tǒng)105可以是總線系統(tǒng)或開關(guān)系統(tǒng)或一組導(dǎo)體等等。在圖示實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100包 括處理器107和外圍系統(tǒng)109,它們均耦合至連接系統(tǒng)105以從電源101接收供電電壓。在 圖示實(shí)施例中，外圍系統(tǒng)109可包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器111 (例如包括RAM (隨機(jī)存?。┖蚏OM (只 讀）存儲(chǔ)器類型設(shè)備和存儲(chǔ)器控制器等的任意組合）以及輸入/輸出（I/O)系統(tǒng)113的任 意組合，所述I/O系統(tǒng)113可包括系統(tǒng)控制器等，例如圖形控制器、中斷控制器、鍵盤和鼠標(biāo) 控制器、系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備控制器（例如硬盤驅(qū)動(dòng)的控制器等）等等。圖示系統(tǒng)僅為示例性的， 因?yàn)樵S多種處理器系統(tǒng)和支持設(shè)備可被集成到處理器芯片上，正如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員知道 的那樣。
[0011] 電子設(shè)備1〇〇可以是任何類型的計(jì)算機(jī)或計(jì)算設(shè)備，例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（例如筆記 本計(jì)算機(jī)、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)本計(jì)算機(jī)等）、媒體平板設(shè)備（例如Apple公司的iPad、Amazon 公司的Kindle等）、通信設(shè)備（例如蜂窩電話、智能電話等）以及其它類型的電子設(shè)備（例 如媒體播放機(jī)、錄制設(shè)備等）。功率系統(tǒng)101可被配置成包括電池（可充電或不可充電的） 和/或可被配置成與交流電（AC)適配器等一起工作。本發(fā)明適用于對(duì)于不同應(yīng)用的任何 類型計(jì)算設(shè)備。
[0012] 圖2是一示例性降壓式調(diào)節(jié)器102的簡(jiǎn)化示意方框圖，所述示例性降壓式調(diào)節(jié)器 102包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的調(diào)制器103。調(diào)節(jié)器102包括相電路201，它可被 實(shí)現(xiàn)用于單相系統(tǒng)或多相系統(tǒng)。相電路201包括門驅(qū)動(dòng)器203,其接收脈寬調(diào)制（PWM)信號(hào) 并提供開關(guān)控制信號(hào)以控制相電路201的切換。如圖所示，門驅(qū)動(dòng)器203將上門信號(hào)UG提 供至上電子功率開關(guān)Q1并將下門信號(hào)LG提供至下電子功率開關(guān)Q2。功率開關(guān)Ql、Q2具 有串聯(lián)耦合在輸入電壓VIN和公共基準(zhǔn)電壓GND之間的電流端子（例如漏極和源極）（例 如其中GND代表接地或任何其它適宜的正或負(fù)基準(zhǔn)電壓電平）。注意，GND可代表一個(gè)或多 個(gè)基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)，包括一個(gè)或多個(gè)接地電平或節(jié)點(diǎn)，例如信號(hào)接地、功率接地、框架接地等、或者 任何其它適宜的基準(zhǔn)電壓電平。
[0013] 開關(guān)Ql、Q2在形成相電壓VPH的中間相節(jié)點(diǎn)205處耦合在一起，并且具有電感L 的輸出電感器206讓一端耦合至相節(jié)點(diǎn)205而讓另一端耦合至形成輸出電壓V0UT的輸出 節(jié)點(diǎn)207。在工作期間，電感器電流IL流過(guò)輸出電感器206。輸出電容器C0和負(fù)載209被 耦合在輸出節(jié)點(diǎn)207和GND之間。負(fù)載209代表負(fù)載設(shè)備中的任意一個(gè)或多個(gè)，例如處理 器107和/或外圍系統(tǒng)109的設(shè)備中的任意一種。在一替代實(shí)施例中，根據(jù)非同步降壓調(diào) 節(jié)器拓?fù)?，下?cè)開關(guān)Q2可被二極管代替。輸出電容器C0可用一個(gè)或多個(gè)電解類電容器或 全陶瓷類電容器或類似電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0014] 調(diào)制器103接收用于指示輸出電壓V0UT的電壓，它可以是V0UT本身或另一感測(cè) 信號(hào)，例如用于指示V0UT的反饋信號(hào)VFB。VFB可以是用于指示V0UT的感測(cè)或比例信號(hào)， 例如通過(guò)分壓器或類似器件（未示出）形成。調(diào)制器103也接收用于指示電感器電流IL 的電流感測(cè)信號(hào)ILS。電感器電流IL可被感測(cè)、模擬或以其它方式合成，并且相應(yīng)的電感 器電流感測(cè)信號(hào)ILS被提供給調(diào)制器103。圖中同樣未明確示出輸出電感器206的串聯(lián)DC 電阻（DCR)，它可被用來(lái)感測(cè)上述電流IL。調(diào)制器103使用ILS和V0UT (或VFB)并產(chǎn)生用 于控制相電路201的PWM信號(hào)。在操作中，調(diào)制器103使用VFB (或V0UT)和ILS以及其它 可能的感測(cè)信號(hào)或參數(shù)，并為了環(huán)調(diào)整的目的而產(chǎn)生PWM信號(hào)。門驅(qū)動(dòng)器203基于PWM的 占空比產(chǎn)生UG和LG，以導(dǎo)通和截止上述電子開關(guān)Ql、Q2,從而調(diào)節(jié)V0UT的電壓電平。
[0015] 圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有組合的控制信號(hào)的電流模式控制調(diào)制器300的簡(jiǎn)化 示意圖，該電流模式控制調(diào)制器300可被用作調(diào)制器103以控制調(diào)節(jié)器102的操作。調(diào)制 器300包括傳統(tǒng)電流模式控制的類似特征，但被修正以達(dá)成本文所述的改善。通過(guò)將由電 流傳感器301測(cè)得的感測(cè)電感器電流信號(hào)ILS施加至在斜坡節(jié)點(diǎn)303和GND (對(duì)于半導(dǎo)體 芯片配置，GND可以是基準(zhǔn)供電電壓VSS)之間耦合的具有電阻RI的電阻器304,斜坡電壓 VR至少部分地形成在斜坡節(jié)點(diǎn)303上。另外，基于VREF - VOUT的輸出電壓誤差被注入到 在斜坡節(jié)點(diǎn)303處的電流感測(cè)斜坡VR上以對(duì)VR進(jìn)行調(diào)整。VREF被提供給具有增益HV/RI 的跨導(dǎo)放大器305的正（或非反相）輸入，它在其負(fù)（或反相）輸入處接收VOUT (或VFB)。 跨導(dǎo)放大器305的輸出形成一電流，所述電流被施加在斜坡節(jié)點(diǎn)和GND之間以調(diào)整VR。通 過(guò)比較器307將經(jīng)調(diào)整的VR與固定的控制電壓VC進(jìn)行比較，所述比較器307的輸出將復(fù) 位信號(hào)RST提供給一置位-復(fù)位（SR)鎖存器309的復(fù)位（R)輸入。SR鎖存器309的置位 (S)輸入接收一時(shí)鐘信號(hào)CLK，而其Q輸出提供了脈沖控制信號(hào)PWM。
[0016] 在電流模式控制調(diào)制器300的操作中，CLK對(duì)SR鎖存器309置位以將PWM拉高。 電感器電流IL增加以使ILS增加，由此使VR向上斜變。通過(guò)輸出電壓誤差來(lái)調(diào)整斜坡電 壓VR，該輸出電壓誤差是通過(guò)用跨導(dǎo)放大器305實(shí)現(xiàn)的誤差電路提供的。當(dāng)VR上升至VC 之上時(shí)，比較器307切換以斷言RST以使S