[發(fā)明專利]開關(guān)穩(wěn)壓控制器及配置參數(shù)優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010121970.2
• 申請(qǐng)日: 2020-02-26
• 公開（公告）號(hào): CN111694392B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 理查德·施密茨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 萬國半導(dǎo)體（開曼）股份有限公司
• 主分類號(hào): G05F1/56
• 分類號(hào): G05F1/56
• 代理公司: 上海元好知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31323
• 代理人: 張靜潔;包姝晴

本發(fā)明涉及一種開關(guān)穩(wěn)壓控制器及配置參數(shù)優(yōu)化方法。其中，用于多相位開關(guān)穩(wěn)壓器的控制器，包括配置一個(gè)誤差放大器，產(chǎn)生表示反饋電壓和參考電壓之間差值的誤差信號(hào)；配置一個(gè)回路運(yùn)算器，根據(jù)驅(qū)動(dòng)功率級(jí)的誤差信號(hào)，產(chǎn)生控制信號(hào)；以及配置一個(gè)動(dòng)態(tài)相位管理控制電路，根據(jù)輸入電流、輸入電壓、輸出電流和輸出電壓產(chǎn)生功率效率值。根據(jù)第一電流信號(hào)和功率效率值，動(dòng)態(tài)相位管理控制電路產(chǎn)生相位選擇信號(hào)，表示要激活的第一數(shù)量的功率級(jí)。相位選擇信號(hào)提供給回路運(yùn)算器，以便激活第一數(shù)量的功率級(jí)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種開關(guān)穩(wěn)壓控制器及配置參數(shù)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

開關(guān)模式電壓源或開關(guān)穩(wěn)壓器，也被稱為直流到直流的轉(zhuǎn)換器，用于將一個(gè)輸入電壓源轉(zhuǎn)換成所需的輸出電壓，達(dá)到電子系統(tǒng)中適合集成電路的電壓水平。例如，一個(gè)用于電子系統(tǒng)的12伏特電壓源，必須降至5伏特才能為I/O接口電路供電，如果是為核心數(shù)字邏輯電路供電，尤其是當(dāng)核心數(shù)字邏輯電路是使用深亞微米集成電路配置起來的時(shí)候，就必須降至1伏特供電。開關(guān)穩(wěn)壓器通過電容器、電感器和變壓器等低損耗元件提供供電功能，電源開關(guān)接通和斷開，使得能量從離散數(shù)據(jù)包中的輸入端轉(zhuǎn)移到輸出端。反饋控制電路用于調(diào)節(jié)能量轉(zhuǎn)移，在電路所需的負(fù)載極限內(nèi)保持穩(wěn)定的輸出電壓。

傳統(tǒng)的開關(guān)穩(wěn)壓器的運(yùn)行已經(jīng)廣為人知，簡要說明如下。一個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器包括一對(duì)電源開關(guān)，接通和斷開電源開關(guān)，根據(jù)參考電壓調(diào)制輸出電壓。更確切地說，電源開關(guān)交替地接通和斷開，在開關(guān)輸出節(jié)點(diǎn)(也稱為開關(guān)節(jié)點(diǎn))上產(chǎn)生開關(guān)輸出電壓。開關(guān)節(jié)點(diǎn)耦合到一個(gè)LC濾波電路上，LC濾波電路包括一個(gè)輸出電感器和一個(gè)輸出電容器，產(chǎn)生具有基本恒定幅值的輸出電壓。然后輸出電壓用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載。開關(guān)穩(wěn)壓器包括一個(gè)控制電路，控制電路通常使用一個(gè)誤差放大器，比較表示輸出電壓的反饋電壓和參考電壓，控制電路產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)，控制接通-斷開開關(guān)周期的開關(guān)頻率(脈沖頻率調(diào)制)或脈沖寬度(脈寬調(diào)制)。可以使用多種不同的控制體系，控制電源開關(guān)的工作周期(即接通時(shí)間)。

在本領(lǐng)域中，多相位開關(guān)穩(wěn)壓器和多相位轉(zhuǎn)換器已眾所周知。多相位轉(zhuǎn)換器包括并聯(lián)的功率級(jí)，驅(qū)動(dòng)公共負(fù)載。用于每個(gè)功率級(jí)的開關(guān)信號(hào)相互不在同一相位上。例如，一個(gè)功率級(jí)可以打開一個(gè)開關(guān)，同時(shí)另一個(gè)功率級(jí)可以關(guān)閉一個(gè)開關(guān)。每個(gè)功率級(jí)按相同的時(shí)鐘頻率繼續(xù)運(yùn)行。多相位控制器通常用于控制多相位運(yùn)行中的多個(gè)功率級(jí)。多相位開關(guān)穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)了多種優(yōu)勢，包括較高的效率、較快的瞬態(tài)響應(yīng)以及較高的電流性能等。

圖1表示一種傳統(tǒng)的多相位開關(guān)穩(wěn)壓器的示意圖。參見圖1，一種多相位開關(guān)穩(wěn)壓器10包括一個(gè)多相位控制器12，驅(qū)動(dòng)N個(gè)并聯(lián)的功率級(jí)22。每個(gè)功率級(jí)22都耦合到各自的輸出電感器L1到LN上。輸出電感器L1到LN的輸出節(jié)點(diǎn)耦合到輸出電容器Cout上，形成LC濾波電路，產(chǎn)生具有基本恒定幅值的調(diào)制輸出電壓Vout(節(jié)點(diǎn)24)。輸出電壓Vout可以用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載30，從而使開關(guān)穩(wěn)壓器10提供負(fù)載電流I_Load，將輸出電壓Vout維持在恒定水平。在一些示例中，功率級(jí)22配置成一對(duì)電源開關(guān)，串聯(lián)在輸入電壓Vin和地之間。功率開關(guān)可以是N-型MOSFET器件或P-型和N-型MOSFET器件。

多相位控制器12配置管理級(jí)22的反饋控制，以便調(diào)制到LC濾波電路的能量轉(zhuǎn)移，在電路所需的負(fù)載限制內(nèi)維持穩(wěn)定的輸出電壓。確切地說，多相位控制器12接收反饋節(jié)點(diǎn)26上的反饋電壓Vfb。反饋電壓Vfb可以是調(diào)制輸出電壓Vout或調(diào)制輸出電壓Vout的分割電壓。多相位控制器12產(chǎn)生控制信號(hào)，例如脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制信號(hào)PWM1至PWMN，使得每個(gè)功率級(jí)上的電源開關(guān)接通和斷開，根據(jù)參考電壓Vref，調(diào)制輸出電壓Vout。例如，多相位控制器12可以包括一個(gè)誤差放大器、一個(gè)比例-積分-微分(PID)運(yùn)算器以及一個(gè)數(shù)字脈沖-寬度-調(diào)制(PWM)產(chǎn)生器，以便產(chǎn)生PWM控制信號(hào)(節(jié)點(diǎn)19)，用于驅(qū)動(dòng)各自的功率級(jí)22。多相位控制器12包括一個(gè)內(nèi)存20，存儲(chǔ)預(yù)置的配置參數(shù)，這些預(yù)置的配置參數(shù)用于控制開關(guān)穩(wěn)壓器的運(yùn)行點(diǎn)，以及功率級(jí)22的反饋控制。