專利名稱：用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路、方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電壓調節(jié)器(voltage regulator),具體地說，是一種用 于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路、方法及其應用。
背景技術：
在應用于微處理器核心電壓控制的現(xiàn)代電壓調節(jié)器系統(tǒng)中，多相控制 己經成為普遍運用的控制方法，以適應高功率密度及高電流扭轉率(slew rate)的要求。然而，現(xiàn)有的多相控制方法仍不足以符合英特爾(Intd)公司在 當今電壓調節(jié)器規(guī)范(VR specification)中所制訂的超高負載瞬時要求，特別 是在負載施加瞬時(load application transient)期間。因此， 一種被稱為快速 響應(quick response)的開回路控制機制(open-loop control mechanism)被發(fā) 明出來，以克服下沖(undershoot)的問題。在負載施加瞬時期間，該快速響 應機制將會立即開啟所有相的高位側開關，以全力供應重負載電流需求， 且輸出電壓衰變(droop)能夠因而受控進入正確的負載線規(guī)范(load line specification)。即使如此，該快速響應功能仍然有些缺點，例如，不精準的 快速響應開啟和關閉可能導致非預期的回響(ringback)或輸出電壓的二次 下沖。
為了更清楚地說明，現(xiàn)請參閱圖1和圖2，圖1為具有現(xiàn)有快速響應 控制架構的多相電壓調節(jié)器電路圖，圖2為描述現(xiàn)有快速響應機制的簡化 圖。如圖所示， 一個具有現(xiàn)有快速響應控制架構的交叉式(interleaving)脈寬 調變(Pulse Width Modulation; PWM)調節(jié)器系統(tǒng)的方塊圖，其包括數(shù)相，相 1、相2、……、相N，并聯(lián)在功率輸入端VIN和功率輸出端VOUT之間， 每一相各含有一功率級10連接到功率輸出端VOUT，以及一 PWM比較器 12決定一脈寬調變信號PWMj， j=l、 2、……、或N，供應其功率級10。為了產生各相的脈寬調變信號PWM1、 PWM2、 、 PWMN，電阻Rl
和R2組成的分壓器將輸出電壓VOUT分壓產生反饋信號VFB，誤差放大 器14補償反饋信號VFB與參考信號VREF之間的差值，并提供放大的誤 差信號VCOMP進入各PWM比較器12的正輸入端，各相的PWM比較器 12比較該誤差信號VCOMP與一鋸齒波，因而決定其各自的脈寬調變信號 PWMj。每一相的功率級10受該相的脈寬調變信號PWMj控制，切換其內 的功率開關，因而產生相電流IL1、 IL2、……、ILN，其總和即為供應給 負載16的負載電流ILOAD?？焖夙憫δ苡煽焖夙憫a生電路18和各相 的結合器20來實現(xiàn)?？焖夙憫a生電路18監(jiān)視誤差信號VCOMP以決定 一快速響應信號QR，其在負載瞬時發(fā)生時產生一快速響應脈沖，每一相 的結合器20將此快速響應脈沖插入自相的脈寬調變信號PWMj中。也可 以改由快速響應產生電路18直接監(jiān)視輸出電壓VOUT或反饋信號VFB， 據(jù)以產生快速響應脈沖。
再請看圖2，圖2為描述現(xiàn)有快速響應機制的簡化圖，描述此快速響 應機制的操作原理，其為從圖1中取出的單相反饋控制電路。為了區(qū)別， 誤差放大器14和快速響應比較器22的參考信號分別以VREF1和VREF2 表示。快速響應比較器22的正輸入端連接參考信號VREF2，負輸入端連 接反饋信號VFB。在穩(wěn)態(tài)(steadystate)操作下，快速響應比較器22的輸入 電壓VREF2和VFB被設計成符合此情況，VREF2總是低于VFB，因而 快速響應比較器22的輸出QR將總是為零。因此，在穩(wěn)態(tài)操作下，脈寬調 變信號PWM總是僅由PWM比較器12的輸出決定。在負載施加期間， VREF2被設計成符合此情況，VFB將迫近VREF2，由VREF2上升或VFB 下降。當VREF2高于VFB，快速響應比較器22的輸出QR走高，結合器 20的輸出依據(jù)此快速響應脈沖走高。因此，在負載施加期間，脈寬調變信 號PWM不僅由PWM比較器12的輸出決定，也由快速響應比較器22的 輸出決定。換言之，快速響應脈沖將被插入正常的脈寬調變信號PWM中， 因而在瞬間負載施加期間主導PWM脈沖寬度。
圖3是現(xiàn)有快速響應控制架構的操作模式的一個時序圖。在時間tl時， 負載電流ILOAD從IMIN轉變?yōu)镮MAX，輸出電壓VOUT因而落下。在輸出電壓VOUT落下的那個時刻，快速響應比較器22將會送出高準位的 快速響應信號QR，就立即開啟各相的脈寬調變信號PWM1 PWM4，以供 應此高負載電流需求。在時間t2時，快速響應時期結束，各相的電感電流 上升至更高的準位，但是閘信號傳輸?shù)难舆t與各相電感電流的不平衡引發(fā) 輸出電壓VOUT經歷一段回響(ringback)現(xiàn)象24的時期。在時間t2過后， 脈寬調變信號PWM3重新開始其原本的PWM脈沖，接續(xù)的PWM脈沖將 會自動調整他們的脈沖寬度以調節(jié)輸出電壓VOUT到希冀的準位。然而， 系統(tǒng)將遭受一段長時間的電流不平衡，直到時間t3。此電流不平衡的時間 長度取決于快速響應的觸發(fā)點、快速響應的持續(xù)時間、電感電流的準位、 脈寬調變信號PWM重新開始的點等等。此電流不平衡現(xiàn)象可能引發(fā)輸出 電壓VOUT不期望的回響或短期振鈴(ringing),因此增加輸出電容(output bulk or decoupling capacitor)的數(shù)量。
因此已知的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路存在著上述種種 不便和問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的，在于提出一種用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路。 本發(fā)明的另一目的，在于提出一種用于電壓調節(jié)器的快速響應產生的 方法。
本發(fā)明的又一目的，在于提出一種快速響應的多相電壓調節(jié)器。 本發(fā)明的再一目的，在于提出一種多相電壓調節(jié)器的快速響應的方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是
一種用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，所述電壓調節(jié)器用來產生 一受調節(jié)的輸出電壓在一功率輸出端上，且含有一開關連接在一功率輸入 端與所述功率輸出端之伺，受一脈寬調變信號切換，包括第一快速響應比 較器，第二快速響應比較器， 一快速響應信號產生電路和一開關，其特征 在于所述第一快速響應比較器，比較第一參考電壓與從所述輸出電壓衍生 的反饋信號，以產生一設定信號；
所述第二快速響應比較器，比較所述反饋信號與第二參考電壓，以產 生一重設信號；
所述快速響應信號產生電路，根據(jù)所述設定信號及所述重設信號產生 一快速響應信號，據(jù)以決定用來插入所述脈寬調變信號中的快速響應脈 沖；
所述開關在所述快速響應脈沖期間被開啟，以連接所述功率輸入端到 所述功率輸出端。
本發(fā)明的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路還可以采用以下的 技術措施來進一步實現(xiàn)。
前述的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，其中所述反饋信號與 所述輸出電壓實質上成正比。
前述的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，其中所述第一及第二 參考電壓實質上不相等。
前述的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，其中更包括一結合器， 將第三參考電壓與一偏壓相減，以產生所述第一參考電壓。
前述的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，其中所述快速響應信 號產生電路包括一 SR正反器。
前述的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，其中還包括
一結合器，將所述反饋信號與一偏壓相加，以產生一結合信號；
其中，所述第一快速響應比較器具有第一輸入端接受所述第一參考電 壓，以及第二輸入端接受所述結合信號。
前述的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，其中更包括
第一結合器，將所述電壓調節(jié)器的相電流與平均電流相減，以產生一 差值電流；
一轉換器，將所述差值電流轉換為一偏壓；以及
第二結合器，將所述第二參考電壓與偏壓相加，以產生一結合信號；
其中，所述第二快速響應比較器具有一正輸入端接受所述反饋信號，
13以及一負輸入端接受所述結合信號。
前述的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，其中更包括 第一結合器，將所述電壓調節(jié)器的相電流與平均電流相減，以產生一
差值電流；
一轉換器，將所述差值電流轉換為一偏壓；以及 第二結合器，將所述反饋信號與偏壓相減，以產生一結合信號； 其中，所述第二快速響應比較器具有一正輸入端接受所述結合信號， 以及一負輸入端接受所述第二參考電壓。
一種用于電壓調節(jié)器的快速響應產生的方法，所述電壓調節(jié)器用來產 生一受調節(jié)的輸出電壓在一功率輸出端上，且含有一開關連接在一功率輸 入端與所述功率輸出端之間，受一脈寬調變信號切換，所述快速響應信號 含有一用來插入所述脈寬調變信號中的快速響應脈沖，所述開關在所述快 速響應脈沖期間被開啟，以連接所述功率輸入端到所述功率輸出端，其特 征在于，所述方法包括下列步驟
第一步驟比較第一參考電壓與從所述輸出電壓衍生的反饋信號，以產生 一設定信號；
第二步驟比較所述反饋信號與第二參考電壓，以產生一重設信號； 第三步驟以所述設定信號觸發(fā)所述快速響應脈沖，以及所述重設信號終 止所述快速響應脈沖。
本發(fā)明的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生的方法還可以采用以下 的技術措施來進一步實現(xiàn)。
前述的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，其中更包括下列步驟 將所述輸出電壓分壓以產生所述反饋信號。
前述的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，其中所述第一及第二 參考電壓實質上不相等。
前述的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，其中更包括下列步驟: 將第三參考電壓與一偏壓相減，以產生所述第一參考電壓。
前述的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，其中更包括下列步驟:
第一步驟將所述反饋信號與一偏壓相加，以產生一結合信號；第二步驟比較所述第一參考電壓與結合信號，以決定所述設定信號。 前述的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，其中更包括下列步驟 第一步驟將所述電壓調節(jié)器的相電流與平均電流相減，以產生一差 值電流；
第二步驟將所述差值電流轉換為一偏壓；
第三步驟將所述第二參考電壓與偏壓相加，以產生一結合信號； 第四步驟比較所述反饋信號與結合信號，以決定所述重設信號。 前述的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，其中更包括下列步驟 第一步驟將所述電壓調節(jié)器的相電流與平均電流相減，以產生一差 值電流；
第二步驟將所述差值電流轉換為一偏壓；
第三步驟將所述反饋信號與偏壓相減，以產生一結合信號； 第四步驟比較所述結合信號與第二參考電壓，以決定所述重設信號。 一種多相電壓調節(jié)器，其特征在于，包括 一功率輸入端；
一功率輸出端，用以供應一輸出電壓；
一誤差放大器，根據(jù)一從所述輸出電壓衍生的反饋信號及一參考信號 之間的差值產生一誤差信號；
第一脈寬調變比較器，根據(jù)所述誤差信號與第一鋸齒波產生第一脈寬 調變信號；
第一功率級，包含第一開關連接在所述功率輸入端與功率輸出端之 間，受所述第一脈寬調變信號切換，所述第一功率級產生第一相電流;
第二脈寬調變比較器，根據(jù)所述誤差信號與第二鋸齒波產生第二脈寬 調變信號；
第二功率級，包含第二開關連接在所述功率輸入端與功率輸出端之 間，受所述第二脈寬調變信號切換，所述第二功率級產生第二相電流；
第一快速響應產生電路，用來提供第一快速響應信號，將第一快速響 應脈沖插入所述第一脈寬調變信號中，以開啟所述第一開關；
第二快速響應產生電路，用來提供第二快速響應信號，將第二快速響應脈沖插入所述第二脈寬調變信號中，以開啟所述第二開關； 其中，所述第一及第二快速響應脈沖具有不同的寬度。 本發(fā)明的多相電壓調節(jié)器還可以采用以下的技術措施來進一步實現(xiàn)。
前述的多相電壓調節(jié)器，其中更包括一結合器，將所述第一快速響 應信號加入所述第一脈寬調變比較器的輸出中。 前述的多相電壓調節(jié)器，其中更包括 一轉換器，將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號； 一結合器，將所述電壓信號加入所述第一脈寬調變比較器的正輸入中。
前述的多相電壓調節(jié)器，其中更包括
一轉換器，將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號；
一結合器，將所述電壓信號加入所述第一脈寬調變比較器的負輸入中。
前述的多相電壓調節(jié)器，其中更包括一結合器，將所述第一快速響
應信號加入所述誤差放大器的輸出中。
前述的多相電壓調節(jié)器，其中更包括
一轉換器，將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號；
一結合器，將所述電壓信號加入所述誤差放大器的正輸入中。
前述的多相電壓調節(jié)器，其中更包括
一轉換器，將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號；
一結合器，將所述電壓信號加入所述誤差放大器的負輸入中。
前述的多相電壓調節(jié)器，其中所述第一快速響應產生電路包括-
第一快速響應比較器，比較第一參考電壓與所述反饋信號，以產生一
設定信號；
第二快速響應比較器，比較所述反饋信號與第二參考電壓，以產生一 重設信號；
一快速響應信號產生電路，根據(jù)所述設定信號及所述重設信號產生所 述快速響應信號。前述的多相電壓調節(jié)器，其中所述第一及第二參考電壓實質上不相等。
前述的多相電壓調節(jié)器，其中所述第一快速響應產生電路更包括一 結合器，將所述參考信號與一偏壓相減，以產生所述第一參考電壓。
前述的多相電壓調節(jié)器，其中所述第一快速響應產生電路更包括
一結合器，將所述反饋信號與一偏壓相加，以產生一結合信號；
其中，所述第一快速響應比較器具有一正輸入端接受所述參考信號作 為所述第一參考電壓，以及一負輸入端接受所述結合信號。
前述的多相電壓調節(jié)器，其中所述第一快速響應產生電路更包括 第一結合器，將所述第一相電流與所述電壓調節(jié)器的平均電流相減，以產 生一差值電流；
一轉換器，將所述差值電流轉換為一偏壓；以及 第二結合器，將所述參考信號與偏壓相加，以產生所述第二參考電壓；
其中，所述第二快速響應比較器具有一正輸入端接受所述反饋信號， 以及一負輸入端接受所述第二參考電壓。
前述的多相電壓調節(jié)器，其中更包括
一加總器，將所述第一及第二相電流相加，以產生一加總電流；以及 一除法器，將所述加總電流平均，以產生所述平均電流。 . 前述的多相電壓調節(jié)器，其中所述第一快速響應產生電路更包括 第一結合器，將所述第一相電流與所述電壓調節(jié)器的平均電流相減， 以產生一差值電流；
一轉換器，將所述差值電流轉換為一偏壓；
第二結合器，將所述反饋信號與偏壓相減，以產生一結合信號； 其中，所述第二快速響應比較器具有一正輸入端接受所述結合信號， 以及一負輸入端接受所述參考信號作為所述第二參考電壓。 前述的多相電壓調節(jié)器，其中更包括
一加總器，將所述第一及第二相電流相加，以產生一加總電流；以及
一除法器，將所述加總電流平均，以產生所述平均電流。
前述的多相電壓調節(jié)器，其中所述快速響應信號產生電路包括一 SR正反器。
一種多相電壓調節(jié)器的快速響應方法，所述電壓調節(jié)器根據(jù)一反饋信 號及一參考信號之間的差值產生一誤差信號，分別比較所述誤差信號與二 鋸齒波產生二脈寬調變信號，以控制二功率級產生二相電流，所述二功率 級各包含一開關連接在一功率輸入端與一功率輸出端之間，其特征在于， 所述方法包括下列步驟
第一步驟產生第一快速響應信號，用以將第一快速響應脈沖插入所 述二脈寬調變信號當中的第一個中，以開啟所述二開關當中的第一個；
第二步驟產生第二快速響應信號，用以將第二快速響應脈沖插入所 述二脈寬調變信號當中的第二個中，以開啟所述二開關當中的第二個； 其中，所述第一及第二快速響應脈沖具有不同的寬度。 本發(fā)明的多相電壓調節(jié)器的快速響應方法還可以采用以下的技術 措施來進一步實現(xiàn)。
前述的多相電壓調節(jié)器的快速響應方法，其中更包括下列步驟將 所述第一快速響應信號加入所述第一脈寬調變信號中。
前述的多相電壓調節(jié)器的快速響應方法，其中更包括下列步驟-第一步驟將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號； 第二步驟將所述電壓信號加入所述誤差信號中。 前述的多相電壓調節(jié)器的快速響應方法，其中更包括下列步驟 第一步驟將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號； 第二步驟將所述電壓信號加入所述鋸齒波中。 前述的多相電壓調節(jié)器的快速響應方法，其中更包括下列步驟-第一步驟將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號； 第二步驟將所述電壓信號加入所述反饋信號中。 前述的多相電壓調節(jié)器的快速響應方法，其中更包括下列步驟 第一步驟將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號； 第二步驟將所述電壓信號加入所述參考信號中。
前述的多相電壓調節(jié)器的快速響應方法，其中所述產生第一快速響 應信號的步驟包括下列步驟第一步驟將所述反饋信號與一第二參考信號相比較，產生一設定信
號；
第二步驟將所述反饋信號與一第三參考信號相比較，產生一重設信
號；
第三步驟以所述設定信號觸發(fā)所述第一快速響應脈沖，以及所述重
設信號終止所述第一快速響應脈沖。
前述的多相電壓調節(jié)器的快速響應方法，其中更包括下列步驟將
所述參考信號與一偏壓相減，以產生所述第二參考信號。
前述的多相電壓調節(jié)器的快速響應方法，其中所述產生一設定信號
的步驟包括下列步驟
第一步驟以所述參考信號作為所述第二參考信號； 第二步驟將所述反饋信號與一偏壓相加，以產生一結合信號； 第三步驟比較所述第二參考信號與結合信號，以決定所述設定信號。 前述的多相電壓調節(jié)器的快速響應方法，其中其中所述產生一重設
信號的步驟包括下列步驟
第一步驟將所述二相電流當中的第一個與一平均電流相減，以產生
一差值電流；
第二步驟將所述差值電流轉換為一偏壓；
第三步驟將所述參考信號與偏壓相加，以產生所述第三參考信號。 前述的多相電壓調節(jié)器的快速響應方法，其中更包括下列步驟 第一步驟將所述第一及第二相電流相加，以產生一加總電流； 第二步驟平均所述加總電流，以產生所述平均電流。 前述的多相電壓調節(jié)器的快速響應方法，其中所述產生一重設信號 的步驟包括下列步驟
第一步驟以所述參考信號作為所述第三參考信號；
第二步驟將所述二相電流當中的第一個與一平均電流相減，以產生 一差值電流；
第三步驟將所述差值電流轉換為一偏壓；
第四步驟將所述反饋信號與所述偏壓相減，以產生一結合信號；
19第五步驟比較所述結合信號與所述第三參考信號，以決定所述重設信號。
前述的多相電壓調節(jié)器的快速響應方法，其中更包括下列步驟 第一步驟將所述第一及第二相電流相加，以產生一加總電流； 第二步驟平均所述加總電流，以產生所述平均電流。 采用上述技術方案后，本發(fā)明的用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電 路具有以下優(yōu)點-
(1) .能夠精準控制快速響應信號的觸發(fā)、結束及其寬度，并在多相
電壓調節(jié)器中逐相控制快速響應信號的觸發(fā)、結束及其寬度。
(2) .可以根據(jù)每一相的電流調變其快速響應脈沖的寬度，該受調變
的快速響應信號可以插入正常的控制回路中的任何位置
圖1為具有現(xiàn)有快速響應控制架構的多相電壓調節(jié)器電路圖; 圖2為描述現(xiàn)有快速響應機制的簡化圖； 圖3為現(xiàn)有快速響應機制的操作模式的時序圖；.
圖4為具有本發(fā)明的快速響應寬度調變控制架構的多相電壓調節(jié)器方
塊；
圖5為本發(fā)明的快速響應寬度調變機制的操作模式的時序圖6為本發(fā)明的快速響應電路的第一實施例示意圖7為本發(fā)明的快速響應電路的第二實施例示意圖8為本發(fā)明的快速響應電路的第三實施例示意圖9為本發(fā)明的快速響應電路的第四實施例示意圖IO為本發(fā)明的快速響應電路的第五實施例示意圖。
具體實施例方式
以下結合實施例及其附圖對本發(fā)明作更進一步說明。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)將包含兩個控制回路，第一個回路是電壓調節(jié)器原本的PWM回路，其具有用來產生PWM信號的誤差放大器和PWM比較 器，第二個回路是快速響應回路，用來產生快速響應信號。該快速響應信 號可以根據(jù)某些信號調變，因此在多相電壓調節(jié)器中的各相快速響應信號 是彼此分離的。
圖4為具有本發(fā)明的快速響應寬度調變(Quick Response Width Modulation; QRWM)控制架構的交穿式PWM調節(jié)器系統(tǒng)的方塊圖，其包 括N相并聯(lián)在功率輸入端VIN和功率輸出端VOUT之間，每一相各含有 一功率級10連接到功率輸出端VOUT， 一 PWM比較器12決定一脈寬調 變信號PWMj， j=l、 2、……、或N，供應其功率級IO，以及一快速響應 產生電路26產生快速響應信號QRj， j=l、 2、……、或N，在負載施加期 間提供一快速響應脈沖，通過一結合器20插入自相的脈寬調變信號PWMj 中。各功率級10分別提供電流IL1、IL2、……、ILN結合為負載電流ILOAD 給負載16。分壓器電阻Rl和R2將輸出電壓VOUT分壓產生反饋信號 VFB，誤差放大器14補償反饋信號VFB與參考信號VREF之間的差值， 并提供放大的誤差信號VCOMP進入各PWM比較器12的正輸入端，各相 的PWM比較器12比較該誤差信號VCOMP與一鋸齒波，因而決定其各自 的脈寬調變信號PWMj。各功率級10亦提供其相電流信號IPHASE(j)，j^、 2、……、或N，給加總器28及自相的快速響應產生電路26，加總器28 加總所有的相電流信號I PHASE(1) 1 PHASE(N)，再經除法器30除以通道 數(shù)N，得到平均電流信號IAVG給各相的快速響應產生電路26。每一相的 快速響應產生電路26根據(jù)平均電流信號IAVG、自相的相電流信號I PHASE(j)以及誤差信號VCOMP產生快速響應信號QRj， j=l、 2、……、 或N，經結合器12與PWM比較器20的輸出相加成為脈寬調變信號PWMj。 快速響應產生電路26也可以不監(jiān)視誤差信號VCOMP，而改為直接監(jiān)視輸 出電壓VOUT或反饋信號VFB。由于快速響應信號QR1 QRN分別由各 相自己的快速響應產生電路26產生，因此每一快速響應信號QRj的觸發(fā)、 結束及脈沖寬度都可以單獨決定。換言之，在此系統(tǒng)中，快速響應信號 QR1 QRN未必皆相同。
圖5為本發(fā)明的快速響應寬度調變機制的操作模式的時序圖。在時間tl時，負載電流ILOAD從IMIN轉變?yōu)镮MAX，輸出電壓VOUT因而落 下。在此實施例中，當輸出電壓VOUT落下的那個時刻，各相的快速響應 產生電路26同時觸發(fā)其自相的快速響應信號QRj，然而，各相的快速響應 產生電路26結束其快速響應的時間由各相自己決定。例如，相電流比較 大的相先結束其快速響應，因此其快速響應脈沖的寬度較小。如此，各相 的快速響應脈沖的寬度可能皆不同。在負載施加期間，此機制強迫各相的 電感電流平衡。如圖5中所示，快速響應信號QR3最先關閉，然后是QR2、 QR1，最后在t2時QR4也關閉，因此各相的相電流IL1 IL4開始下降的 時間點不同，減輕負載瞬時后的電流不平衡，降低回響24,也縮短電流不 平衡的期間(t2-t3)，并使輸出電壓安定下來的狀況獲得改善。
圖6為本發(fā)明的快速響應電路的第一實施例示意圖，用來描述本發(fā)明 的快速響應寬度調變架構，此實施例的快速響應產生電路包括快速響應比 較器32、 34和SR正反器36，快速響應比較器32比較反饋信號VFB與參 考信號VREF2，決定SR正反器36的設定輸入，快速響應比較器34比較 反饋信號VFB與參考信號VREF3，決定SR正反器36的重設輸入。在穩(wěn) 態(tài)操作下，快速響應比較器32的輸出將會永遠停留在低準位，因此SR正 反器36的輸出將會永遠為零，脈寬調變信號PWM由PWM比較器12的 輸出單獨決定。在負載瞬時施加期間，快速響應信號QR的開啟觸發(fā)緣 (on-trigger edge)由快速響應比較器32決定，關閉觸發(fā)緣(off-trigger edge) 由快速響應比較器34決定，因此，快速響應信號QR的開啟緣位置、關閉 緣位置及快速響應脈沖的寬度皆可根據(jù)參考信號VREF2和VREF3調整。 如果圖4中各相的快速響應產生電路26設計為具有相同的參考信號 VREF2，但不同的VREF3，則所有相的快速響應信號QR1 QRN將在同一 時間觸發(fā)，但不同時間結束。圖6的右側繪示了功率級10的部分電路， 脈寬調變信號PWM用來切換其高位側功率開關SW。在負載施加期間， 快速響應信號QR藉結合器20將其快速響應脈沖插入PWM比較器12的 輸出中，進而強迫高位側功率開關SW開啟，以提高供應電流的能力。本 實施例以SR正反器實施快速響應信號的產生電路，在其它實施例中，亦 可以其它裝置取代。圖7為本發(fā)明的快速響應電路的第二實施例示意圖。其中圖7的實施 例是圖6電路的變化，結合器38將參考信號VREF減去偏壓VDC1后進 入快速響應比較器32的正輸入端，結合器40將參考信號VREF加上偏壓 VDC2后進入快速響應比較器34的負輸入端，結合器42產生相電流信號 IPHASE與平均電流信號IAVG的差值，經轉換式44轉換為偏壓VDC2。 當負載施加瞬時發(fā)生時，如果反饋信號VFB掉到VREF2(=VREF-VDC1) 以下，快速響應比較器32送出設定信號S初始化快速響應信號QR，其后， 如果反饋信號VFB上升到VREF3(-VREF+VDC2)以上，快速響應比較器 34送出重設信號R結束快速響應信號QR。在此實施例中，偏壓VDC1和 VDC2的值將會決定快速響應架構的開啟門坎(turn-on threshold)和關閉門 坎(turn-off threshold)。各相之間的偏壓VDC1和VDC2可以不相同。在此 實施例中，VDC2是相電流信號IPHASE的函數(shù)fl，所以VDC2=flX (IPHASE-IAVG)，亦即，各相的重設信號R彼此不同，取決于自相的相電 流信號IPHASE。函數(shù)fl可以是任何類型的算術轉換，將相電流信號 IPHASE轉換為合適的偏壓VDC2。
信號從比較器的正輸入端進入比較器，與其負值從比較器的負輸入端 進入比較器，二者是等效的。圖8為本發(fā)明的快速響應電路的第三實施例 示意圖。圖8繪示一個圖7電路的等效實施例，結合器38將反饋信號VFB 與偏壓VDC1相加后輸入快速響應比較器32的負輸入端，結合器40將反 饋信號VFB減去偏壓VDC2后輸入快速響應比較器34的正輸入端，偏壓 VDC2的產生與圖7的電路相同。將偏壓VDC1和VDC2注入快速響應比 較器32和34的其它等效電路，可依此類推。
要將信號注入PWM回路中，可以從該回路的任何一處注入。圖9為 本發(fā)明的快速響應電路的第四實施例示意圖。圖9提供一個實施例，快速 響應信號QR為從PWM比較器12的正輸入端插入。轉換器46將快速響 應信號QR轉換為合適的電壓信號，通過結合器20調變誤差信號VCOMP。 轉換器46的轉換函數(shù)f2可以是任何類型的算術轉換。將快速響應信號QR 插入PWM比較器12的正輸入端，其目的也是為了在負載施加瞬時時立即 開啟高位側的功率開關，并達到與圖6的實施例相同的功能。
23圖10為本發(fā)明的快速響應電路的第五實施例示意圖。如圖所示，快 速響應信號QR現(xiàn)在從PWM比較器12的負輸入端插入。轉換器48的轉 換函數(shù)f3可以是任何類型的算術轉換，將快速響應信號QR轉換為合適的 電壓信號，通過結合器20調變鋸齒波VRAMP。此實施例的目的和功能亦 與圖6的實施例相同。
在其它實現(xiàn)如圖6所示的快速響應寬度調變架構的實施例中，快速響 應比較器32、 34的輸入可以是電壓調節(jié)器的輸出電壓、誤差放大器14的 輸出、代表相電流大小的電壓信號、或其任何可能的算術組合。
以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的技 術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。 因此，所有等同的技術方案也應該屬于本發(fā)明的范疇，應由各權利要求限定。
組件符號說明 10功率級
12 PWM比較器 14誤差放大器
16 負載
18快速響應產生電路 20結合器 22快速響應比較器
24 回響
26快速響應產生電路
28加總器
30除法器
32快速響應比較器
34快速響應比較器
36 SR正反器
38結合器
40結合器42結合器 44轉換器 46轉換器 48轉換器
權利要求
1.一種用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，所述電壓調節(jié)器用來產生一受調節(jié)的輸出電壓在一功率輸出端上，且含有一開關連接在一功率輸入端與所述功率輸出端之間，受一脈寬調變信號切換，包括第一快速響應比較器，第二快速響應比較器，一快速響應信號產生電路和一開關，其特征在于所述第一快速響應比較器，比較第一參考電壓與從所述輸出電壓衍生的反饋信號，以產生一設定信號；所述第二快速響應比較器，比較所述反饋信號與第二參考電壓，以產生一重設信號；所述快速響應信號產生電路，根據(jù)所述設定信號及所述重設信號產生一快速響應信號，據(jù)以決定用來插入所述脈寬調變信號中的快速響應脈沖；所述開關在所述快速響應脈沖期間被開啟，以連接所述功率輸入端到所述功率輸出端。
2. 如權利要求1所述的快速響應產生電路，其特征在于所述反饋信 號與所述輸出電壓實質上成正比。
3. 如權利要求1所述的快速響應產生電路，其特征在于所述第一及 第二參考電壓實質上不相等。
4. 如權利要求1所述的快速響應產生電路，其特征在于更包括一結 合器，將第三參考電壓與一偏壓相減，以產生所述第一參考電壓。
5. 如權利要求1所述的快速響應產生電路，其特征在于所述快速響 應信號產生電路包括一 SR正反器。
6. 如權利要求1所述的快速響應產生電路，其特征在于，還包括 一結合器，將所述反饋信號與一偏壓相加，以產生一結合信號； 其中，所述第一快速響應比較器具有第一輸入端接受所述第一參考電壓，以及第二輸入端接受所述結合信號。
7. 如權利要求1所述的快速響應產生電路，其特征在于，更包括 第一結合器，將所述電壓調節(jié)器的相電流與平均電流相減，以產生一差值電流；一轉換器，將所述差值電流轉換為一偏壓；以及第二結合器，將所述第二參考電壓與偏壓相加，以產生一結合信號； 其中，所述第二快速響應比較器具有一正輸入端接受所述反饋信號， 以及一負輸入端接受所述結合信號。
8. 如權利要求1所述的快速響應產生電路，其特征在于，更包括 第一結合器，將所述電壓調節(jié)器的相電流與平均電流相減，以產生一差值電流；一轉換器，將所述差值電流轉換為一偏壓；以及 第二結合器，將所述反饋信號與偏壓相減，以產生一結合信號； 其中，所述第二快速響應比較器具有一正輸入端接受所述結合信號， 以及一負輸入端接受所述第二參考電壓。
9. 一種用于電壓調節(jié)器的快速響應產生的方法，所述電壓調節(jié)器用來 產生一受調節(jié)的輸出電壓在一功率輸出端上，且含有一開關連接在一功率 輸入端與所述功率輸出端之間，受一脈寬調變信號切換，所述快速響應信 號含有一用來插入所述脈寬調變信號中的快速響應脈沖，所述開關在所述 快速響應脈沖期間被開啟，以連接所述功率輸入端到所述功率輸出端，其 特征在于，所述方法包括下列步驟第一步驟比較第一參考電壓與從所述輸出電壓衍生的反饋信號，以產生 一設定信號；第二步驟比較所述反饋信號與第二參考電壓，以產生一重設信號； 第三步驟以所述設定信號觸發(fā)所述快速響應脈沖，以及所述重設信號終 止所述快速響應脈沖。
10. 如權利要求9所述的方法，其特征在于更包括下列步驟將所述 輸出電壓分壓以產生所述反饋信號。
11. 如權利要求9所述的方法，其特征在于所述第一及第二參考電壓 實質上不相等。
12. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，更包括下列步驟將第三 參考電壓與一偏壓相減，以產生所述第一參考電壓。
13. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，更包括下列步驟 第一步驟將所述反饋信號與一偏壓相加，以產生一結合信號； 第二步驟比較所述第一參考電壓與結合信號，以決定所述設定信號。
14. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，更包括下列步驟 第一步驟將所述電壓調節(jié)器的相電流與平均電流相減，以產生一差值電流；第二步驟將所述差值電流轉換為一偏壓；第三步驟將所述第二參考電壓與偏壓相加，以產生一結合信號； 第四步驟比較所述反饋信號與結合信號，以決定所述重設信號。
15. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，更包括下列步驟-第一步驟將所述電壓調節(jié)器的相電流與平均電流相減，以產生一差 值電流；第二步驟將所述差值電流轉換為一偏壓；第三步驟將所述反饋信號與偏壓相減，以產生一結合信號； 第四步驟比較所述結合信號與第二參考電壓，以決定所述重設信號。
16. —種多相電壓調節(jié)器，其特征在于，包括 一功率輸入端；一功率輸出端，用以供應一輸出電壓；一誤差放大器，根據(jù)一從所述輸出電壓衍生的反饋信號及一參考信號 之間的差值產生一誤差信號；第一脈寬調變比較器，根據(jù)所述誤差信號與第一鋸齒波產生第一脈寬調變信號；第一功率級，包含第一開關連接在所述功率輸入端與功率輸出端之 間，受所述第一脈寬調變信號切換，所述第一功率級產生第一相電流；第二脈寬調變比較器，根據(jù)所述誤差信號與第二鋸齒波產生第二脈寬 調變信號；第二功率級，包含第二開關連接在所述功率輸入端與功率輸出端之間，受所述第二脈寬調變信號切換，所述第二功率級產生第二相電流； 第一快速響應產生電路，用來提供第一快速響應信號，將第一快速響應脈沖插入所述第一脈寬調變信號中，以開啟所述第一開關；第二快速響應產生電路，用來提供第二快速響應信號，將第二快速響應脈沖插入所述第二脈寬調變信號中，以開啟所述第二開關； 其中，所述第一及第二快速響應脈沖具有不同的寬度。
17. 如權利要求16所述的多相電壓調節(jié)器，其特征在于更包括一結 合器，將所述第一快速響應信號加入所述第一脈寬調變比較器的輸出中。
18. 如權利要求16所述的多相電壓調節(jié)器，其特征在于，更包括-一轉換器，將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號； 一結合器，將所述電壓信號加入所述第一脈寬調變比較器的正輸入中。
19. 如權利要求16所述的多相電壓調節(jié)器，其特征在于，更包括-一轉換器，將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號； 一結合器，將所述電壓信號加入所述第一脈寬調變比較器的負輸入中。
20. 如權利要求16所述的多相電壓調節(jié)器，其特征在于，更包括一結 合器，將所述第一快速響應信號加入所述誤差放大器的輸出中。
21. 如權利要求16所述的多相電壓調節(jié)器，其特征在于，更包括-一轉換器，將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號； 一結合器，將所述電壓信號加入所述誤差放大器的正輸入中。
22. 如權利要求16所述的多相電壓調節(jié)器，其特征在于，更包括 一轉換器，將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號； 一結合器，將所述電壓信號加入所述誤差放大器的負輸入中。
23. 如權利要求16所述的多相電壓調節(jié)器，其特征在于，所述第一快 速響應產生電路包括第一快速響應比較器，比較第一參考電壓與所述反饋信號，以產生一 設定信號；第二快速響應比較器，比較所述反饋信號與第二參考電壓，以產生一重設信號；一快速響應信號產生電路，根據(jù)所述設定信號及所述重設信號產生所述快速響應信號。
24. 如權利要求23所述的多相電壓調節(jié)器，其特征在于，所述第一及 第二參考電壓實質上不相等。
25. 如權利要求23所述的多相電壓調節(jié)器，其特征在于，所述第一快 速響應產生電路更包括一結合器，將所述參考信號與一偏壓相減，以產生 所述第一參考電壓。
26. 如權利要求23所述的多相電壓調節(jié)器，其特征在于，所述第一快 速響應產生電路更包括一結合器，將所述反饋信號與一偏壓相加，以產生一結合信號； 其中，所述第一快速響應比較器具有一正輸入端接受所述參考信號作 為所述第一參考電壓，以及一負輸入端接受所述結合信號。
27. 如權利要求23所述的多相電壓調節(jié)器，其特征在于，所述第一快 速響應產生電路更包括第一結合器，將所述第一相電流與所述電壓調節(jié)器的平均電流相減，以產 生一差值電流；一轉換器，將所述差值電流轉換為一偏壓；以及 第二結合器，將所述參考信號與偏壓相加，以產生所述第二參考電壓；其中，所述第二快速響應比較器具有一正輸入端接受所述反饋信號， 以及一負輸入端接受所述第二參考電壓。
28. 如權利要求27所述的多相電壓調節(jié)器，其特征在于，更包括 一加總器，將所述第一及第二相電流相加，以產生一加總電流；以及 一除法器，將所述加總電流平均，以產生所述平均電流。
29. 如權利要求23所述的多相電壓調節(jié)器，其特征在于，所述第一快 速響應產生電路更包括第一結合器，將所述第一相電流與所述電壓調節(jié)器的平均電流相減， 以產生一差值電流；一轉換器，將所述差值電流轉換為一偏壓；第二結合器，將所述反饋信號與偏壓相減，以產生一結合信號； 其中，所述第二快速響應比較器具有一正輸入端接受所述結合信號， 以及一負輸入端接受所述參考信號作為所述第二參考電壓。
30. 如權利要求29所述的多相電壓調節(jié)器，其特征在于，更包括 一加總器，將所述第一及第二相電流相加，以產生一加總電流；以及 一除法器，將所述加總電流平均，以產生所述平均電流。
31. 如權利要求23所述的多相電壓調節(jié)器，其特征在于，所述快速響 應信號產生電路包括一 SR正反器。
32. —種多相電壓調節(jié)器的快速響應方法，所述電壓調節(jié)器根據(jù)一反饋 信號及一參考信號之間的差值產生一誤差信號，分別比較所述誤差信號與 二鋸齒波產生二脈寬調變信號，以控制二功率級產生二相電流，所述二功 率級各包含一開關連接在一功率輸入端與一功率輸出端之間，其特征在 于，所述方法包括下列步驟第一步驟產生第一快速響應信號，用以將第一快速響應脈沖插入所 述二脈寬調變信號當中的第一個中，以開啟所述二開關當中的第一個；第二步驟產生第二快速響應信號，用以將第二快速響應脈沖插入所 述二脈寬調變信號當中的第二個中，以開啟所述二開關當中的第二個；其中，所述第一及第二快速響應脈沖具有不同的寬度。
33. 如權利要求32所述的方法，其特征在于，更包括下列步驟將所 述第一快速響應信號加入所述第一脈寬調變信號中。
34. 如權利要求32所述的方法，其特征在于，更包括下列步驟 第一步驟將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號； 第二步驟將所述電壓信號加入所述誤差信號中。
35. 如權利要求32所述的方法，更包括下列步驟第一步驟將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號； 第二步驟將所述電壓信號加入所述鋸齒波中。
36. 如權利要求32所述的方法，其特征在于，更包括下列步驟 第一步驟將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號; 第二步驟將所述電壓信號加入所述反饋信號中。
37. 如權利要求32所述的方法，其特征在于，更包括下列步驟 第一步驟將所述第一快速響應信號轉換為一電壓信號； 第二步驟將所述電壓信號加入所述參考信號中。
38. 如權利要求32所述的方法，其特征在于，所述產生第一快速響應 信號的步驟包括下列步驟第一步驟將所述反饋信號與一第二參考信號相比較，產生一設定信號；第二步驟將所述反饋信號與一第三參考信號相比較，產生一重設信號；第三步驟以所述設定信號觸發(fā)所述第一快速響應脈沖，以及所述重設信號終止所述第一快速響應脈沖。
39. 如權利要求38所述的方法，其特征在于，更包括下列步驟將所述參考信號與一偏壓相減，以產生所述第二參考信號。
40. 如權利要求38所述的方法，其特征在于，所述產生一設定信號的 步驟包括下列步驟第一步驟以所述參考信號作為所述第二參考信號；第二步驟將所述反饋信號與一偏壓相加，以產生一結合信號；第三步驟比較所述第二參考信號與結合信號，以決定所述設定信號。
41. 如權利要求38所述的方法，其特征在于，其中所述產生一重設信 號的步驟包括下列步驟第 一步驟將所述二相電流當中的第一個與一平均電流相減，以產生 一差值電流；第二步驟將所述差值電流轉換為一偏壓；第三步驟將所述參考信號與偏壓相加，以產生所述第三參考信號。
42. 如權利要求41所述的方法，其特征在于，更包括下列步驟 第一步驟將所述第一及第二相電流相加，以產生一加總電流； 第二步驟平均所述加總電流，以產生所述平均電流。
43. 如權利要求38所述的方法，其特征在于，所述產生一重設信號的 步驟包括下列步驟第一步驟以所述參考信號作為所述第三參考信號；第二步驟將所述二相電流當中的第一個與一平均電流相減，以產生 一差值電流；第三步驟將所述差值電流轉換為一偏壓；第四步驟將所述反饋信號與所述偏壓相減，以產生一結合信號； 第五步驟比較所述結合信號與所述第三參考信號，以決定所述重設 信號。
44.如權利要求42所述的方法，其特征在于，更包括下列步驟 第一步驟將所述第一及第二相電流相加，以產生一加總電流； 第二步驟平均所述加總電流，以產生所述平均電流。
全文摘要
一種用于電壓調節(jié)器的快速響應產生電路，所述電壓調節(jié)器用來產生一受調節(jié)的輸出電壓在一功率輸出端上，且含有一開關連接在一功率輸入端與所述功率輸出端之間，受一脈寬調變信號切換，包括第一快速響應比較器，第二快速響應比較器，一快速響應信號產生電路和一開關，其特征在于所述第一快速響應比較器，比較第一參考電壓與從所述輸出電壓衍生的反饋信號，以產生一設定信號；所述第二快速響應比較器，比較所述反饋信號與第二參考電壓，以產生一重設信號；所述快速響應信號產生電路，根據(jù)所述設定信號及所述重設信號產生一快速響應信號，據(jù)以決定用來插入所述脈寬調變信號中的快速響應脈沖；所述開關在所述快速響應脈沖期間被開啟，以連接所述功率輸入端到所述功率輸出端。
文檔編號H02M3/155GK101557161SQ200810092488
公開日2009年10月14日 申請日期2008年4月9日 優(yōu)先權日2008年4月9日
發(fā)明者戴良彬, 李嘉榮, 王珽弘 申請人:立锜科技股份有限公司