[發明專利]一種電能質量芯片多電壓域功耗優化與穩定供電設計方法

有效

• 申請號: 202111519688.0
• 申請日: 2021-12-13
• 公開（公告）號: CN114236230B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 周柯;莫枝閱;金慶忍;王曉明
• 申請（專利權）人: 廣西電網有限責任公司電力科學研究院
• 主分類號: G01R22/06
• 分類號: G01R22/06;G01R22/08
• 代理公司: 南寧東智知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 45117
• 代理人: 黎華艷

1.一種電能質量芯片多電壓域功耗優化與穩定供電設計方法，其特征在于：包括低功耗芯片設計步驟和低靜態電流LDO供電設計步驟；

所述低功耗芯片設計步驟包括以下步驟：

(1)按照電能質量測控芯片不同模塊的供電要求對電能質量測控芯片分為三個不同的電壓區域，所述電壓區域分別為3.3V模擬區、1.8V可關斷區、1.8V不可關斷區；

所述3.3V模擬區用于進行模數轉換，將采集的電壓、電流模擬信號轉換為數字信號，以便于數字處理器進行數據處理，同時還用于對復位電路進行供電。

所述1.8V可關斷區用于數據處理，對電能質量進行分析與計算，對電能質量進行判斷與控制，同時，用于預測芯片下一時刻運行狀態所需的電壓和頻率，將預測結果通過AHB總線傳輸給PMU，通過PMU對芯片的電壓和時鐘頻率進行調節；

所述1.8V不可關斷區用于調節電力系統的電壓和時鐘頻率，PMU通過數字處理器預測的電壓與時鐘頻率，對可關斷區部分電壓進行控制，使可關斷區不同模塊工作在不同電壓下；PMU通過控制RC振蕩器和PLL，使芯片工作在預測的工作頻率下；

所述1.8V可關斷區包括處理器、FLASH；所述FLASH用于存儲電能質量信息；所述處理器用于根據芯片當前的運行需求，預測芯片下一時刻運行狀態所需的電壓和頻率，并能夠用于控制1.8V不可關斷區調節芯片的電壓和時鐘頻率；

所述1.8V不可關斷區包括RC振蕩器、PLL(鎖相環)、PMU(功耗管理單元)；所述RC振蕩器用于產生時鐘信號；所述PLL用于對時鐘信號進行分頻或倍頻功能；所述PMU為一個功耗管理單元，用于對芯片的時鐘頻率以及1.8V可關斷區的電壓進行控制；

(2)根據電能質量芯片當前的運行需求，通過數字處理器預測電力系統下一時刻運行狀態所需的電壓和頻率，并將預測結果通過AHB總線傳輸給PMU，通過PMU調節1.8V可關斷區的電壓，讓不需要運行的模塊斷電，讓需要投入運行的模塊上電；并且PMU能夠控制PLL，通過PMU調節電能質量芯片的電壓和時鐘頻率，使芯片工作在預測的時鐘頻率下；

所述低靜態電流LDO設計步驟包括以下步驟：

(1)設計兩級誤差放大器結構，所述兩級誤差放大器結構包括第一級放大器和第二級放大器；所述第一級放大器和第二級放大器實現直流工作點匹配；

(2)設計一種擺率增強電路，所述擺率增強電路由一個電阻、一個PMOS管M_SRE、以及一個恒定電流源組成，其中電阻的一端連接于第一級放大器的輸出端，一端連接M_SRE管的柵端，M_SRE管的漏端連接于功率管M_POW的柵極，M_SRE管的源端連接一個恒定電流源。用于在LDO負載跳變時，提供一個額外的對功率管柵電容的充放電電流，縮短從負載跳變到達到穩定的轉換時間，減少產生過沖電壓，進而提高低靜態電流LDO的可靠性與穩定性。

(3)采用零-極點追蹤與米勒電容補償的方式，設計一種零-極點追蹤電路，所述零-極點追蹤電路能夠產生一個動態的零點抵消掉LDO的一個輸出極點；

(4)通過三個低靜態電流LDO，利用2.6V-3.6V外部電源作為LDO的輸入，分別輸出為一個3.3V電壓和兩個1.8V電壓，使用輸出的3.3V電壓給3.3V模擬區供電；輸出的兩個1.8V電壓分別給1.8V可關斷區和1.8V不可關斷區供電。

2.根據權利要求1所述的一種電能質量芯片多電壓域功耗優化與穩定供電設計方法，其特征在于：所述3.3V模擬區包括ADC模擬部分、復位模塊。

3.根據權利要求1所述的一種電能質量芯片多電壓域功耗優化與穩定供電設計方法，其特征在于：所述1.8V可關斷區還包括電能質量控制單元、ADC數字部分、Flash、定時器、GPIO口，UART；所述電能質量控制單元用于控制無功補償裝置的投切。

4.根據權利要求1所述的一種電能質量芯片多電壓域功耗優化與穩定供電設計方法，其特征在于：所述處理器采用ARM Cortex M3數字處理器。