用于對降壓調(diào)控器的外部lc濾波器中的峰化進(jìn)行抑制的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】公開了用于抑制降壓調(diào)控器中的電壓峰化的系統(tǒng)和方法。在一個方面，降壓調(diào)控器包括：脈寬調(diào)制器(30)PWM，用于生成脈沖信號；開關(guān)(110，120)，能操作用于響應(yīng)于該脈沖信號來選擇性地將該調(diào)控器連接到DC電源并且輸出脈沖輸出的DC信號(Vo)；濾波器(20，120，220)，用于從脈沖輸出DC信號中濾除高頻噪聲并且生成經(jīng)調(diào)控輸出信號(Vbuck)；積分器(40，140，240)，用于將脈沖輸出DC信號(Vo)與參考電壓信號(Vref)進(jìn)行比較并且生成誤差信號(Verr)以供輸入到PWM(30)；減法器(150)，能操作用于從經(jīng)濾波輸出信號(Vbuck)中減去參考電壓信號(Vref)以生成誤差反饋信號(Verr_fb)；以及加法器(160)，能操作用于將誤差反饋信號(Verr_fb)添加到誤差信號(Verr)以供輸入到脈寬調(diào)制器(30)以便抑制經(jīng)濾波輸出信號中的電壓峰值(Vbuck)。
【專利說明】用于對降壓調(diào)控器的外部LC濾波器中的峰化進(jìn)行抑制的系統(tǒng)和方法
[0001]根據(jù)35 U.S.C.§ 119的優(yōu)先權(quán)要求
[0002]本專利申請要求于2012年3月30日提交且已轉(zhuǎn)讓給本申請受讓人并由此通過援引明確納入于此的題為 “Damping of peaking in external LC filter for classD Buckregulator for classH PA(對用于H類PA的D類降壓(buck)調(diào)控器的外部LC濾波器中的峰化阻尼)”的臨時申請N0.61/618，476的優(yōu)先權(quán)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開一般涉及電壓調(diào)控器電路，尤其涉及用于對降壓(buck)調(diào)控器的外部濾波器中峰化進(jìn)行抑制的系統(tǒng)和方法。
[0004]背景
[0005]本領(lǐng)域公知開關(guān)模式電源(SMPS)用于將可用直流(DC)電平電壓轉(zhuǎn)換成另一 DC電平電壓。SMPS通過藉由將電流切換進(jìn)入耦合至負(fù)載的輸出電感器而選擇性地將能量存儲在該輸出電感器中來向該負(fù)載提供經(jīng)調(diào)控的DC輸出電壓。降壓轉(zhuǎn)換器是包括通常由MOSFET晶體管提供的兩個電源開關(guān)的一種特定類型的SMPS。使用電感器加電容器(LC)濾波器來減小輸出電壓中的波紋。使用脈寬調(diào)制(PWM)控制電路來以交替的方式控制電源開關(guān)的選通以控制輸出電感器中的電流。PWM控制電路響應(yīng)于改變負(fù)載狀況使用反映輸出電壓和/或電流電平的反饋信號來調(diào)節(jié)應(yīng)用于電源開關(guān)的占空比。
[0006]一般而言，降壓調(diào)控器具有高效率并且常常被用于調(diào)控用于音頻功率放大器(PA)(諸如H類PA)的功率。降壓調(diào)控器生成具有隨著PA的音頻輸入信號而持續(xù)變動的包絡(luò)的電源電壓。對于高音頻輸入信號振幅，降壓調(diào)控器通常以D類模式操作，D類模式也被稱為脈寬調(diào)制(PWM)模式。對于較低的音頻輸入信號，降壓調(diào)控器通常切換至脈沖頻率調(diào)制(PFM)模式。在音頻應(yīng)用中，降壓調(diào)控器通常包括外部低通LC濾波器，該外部低通LC濾波器具有約62KHz (例如L = 3uH C = 2.2uF)的諧振頻率(Fres)以便濾除由降壓調(diào)控器生成的脈沖DC信號的高頻分量。然而，如果在降壓調(diào)控器的模式切換期間靠近Fres的輸入音頻信號被注入LC濾波器，則濾波器輸出可能展現(xiàn)峰化，而這對于典型的音頻應(yīng)用而言是不期望的。因此，存在對于抑制降壓調(diào)控器的LC濾波器中的輸出電壓峰化的機(jī)制的需要。
[0007]概述
[0008]下文呈現(xiàn)了對用于抑制降壓調(diào)控器的LC濾波器中的輸出電壓峰化的機(jī)制的一個或多個方面的簡化概述。此概要不是本發(fā)明的所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在標(biāo)識出本發(fā)明的關(guān)鍵性或決定性要素亦非試圖界定其任意或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一些概念以作為稍后給出的更加詳細(xì)的描述之序。
[0009]一般而言，常規(guī)的降壓調(diào)控器可被修改為包括內(nèi)部誤差反饋環(huán)路，該內(nèi)部誤差反饋環(huán)路抑制外部LC濾波器中的峰化并且減小調(diào)控器的穩(wěn)定時間。在一個方面，經(jīng)修改的降壓調(diào)控器電路包括:脈寬調(diào)制器(PWN)，能操作用于生成經(jīng)脈寬調(diào)制的信號；開關(guān)，能操作用于響應(yīng)于經(jīng)脈寬調(diào)制的信號選擇性地將該電路連接到DC電源并輸出脈沖輸出DC信號；具有諧振頻率的濾波器，該濾波器耦合至該開關(guān)以從脈沖輸出DC信號中濾除高頻噪聲并且生成經(jīng)調(diào)控輸出信號；積分器，能操作用于將脈沖輸出DC信號與參考電壓信號進(jìn)行比較并且生成誤差信號以供輸入到脈寬調(diào)制器；減法器，能操作用于從經(jīng)濾波輸出信號中減去參考電壓信號以生成誤差反饋信號；以及加法器，能操作用于將誤差反饋信號添加到誤差信號以供輸入到脈寬調(diào)制器以便實(shí)質(zhì)性抑制經(jīng)濾波輸出信號中在靠近該濾波器的諧振頻率附近的頻率處的電壓峰值。
[0010]在另一方面，經(jīng)修改的降壓調(diào)控器電路包括:脈寬調(diào)制器，能操作用于生成經(jīng)脈寬調(diào)制的信號；開關(guān)，能操作用于響應(yīng)于經(jīng)脈寬調(diào)制的信號選擇性地將該電路連接到DC電源并輸出脈沖輸出DC信號；具有諧振頻率的濾波器，該濾波器耦合至該開關(guān)以從脈沖輸出DC信號中濾除高頻噪聲并且生成經(jīng)調(diào)控的輸出信號；積分器，能操作用于將脈沖輸出DC信號與參考電壓信號進(jìn)行比較以生成誤差信號，從經(jīng)濾波輸出信號中減去參考電壓信號，以及將差值信號添加到誤差信號以供輸入到脈寬調(diào)制器以便實(shí)質(zhì)性抑制經(jīng)濾波輸出信號在靠近該濾波器的諧振頻率附近的頻率處的電壓峰值。
[0011]在又一方面，一種用于使用上述降壓調(diào)控器來調(diào)控電源電壓的方法，包括:生成經(jīng)脈寬調(diào)制的信號；響應(yīng)于經(jīng)脈寬調(diào)制的信號來選擇性地連接到DC電源以輸出脈沖輸出DC信號；從脈沖輸出DC信號中濾除高頻噪聲以生成經(jīng)調(diào)控的輸出信號；將脈沖輸出DC信號與參考電壓信號相比較以生成誤差信號；從經(jīng)濾波的輸出信號中減去參考電壓信號以生成誤差反饋信號；以及將誤差反饋信號添加到誤差信號以便實(shí)質(zhì)性地抑制經(jīng)濾波輸出信號中的電壓峰值。
[0012]為了能達(dá)成前述及相關(guān)目的，這一個或多個方面包括在下文中充分描述并在所附權(quán)利要求中特別指出的特征。以下描述和附圖詳細(xì)闡述了這一個或多個方面的某些解說性特征。但是，這些特征僅僅是指示了可采用各種方面的原理的各種方式中的若干種，并且本描述旨在涵蓋所有此類方面及其等效方案。
[0013]附圖簡述
[0014]以下將結(jié)合附圖來描述本發(fā)明所公開的各方面，提供附圖是為了解說而非限定所公開的各方面，其中相似的標(biāo)號標(biāo)示相似的元件，且其中:
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的經(jīng)修改的降壓調(diào)控器電路的閉環(huán)響應(yīng)圖的解說。
[0016]圖2是示出對經(jīng)修改的降壓調(diào)控器電路的輸出信號中的峰化進(jìn)行抑制的波特圖。
[0017]圖3是示出作為經(jīng)修改的降壓調(diào)控器電路的誤差反饋環(huán)路的增益的函數(shù)的峰化抑制的幅度改變的波特圖。
[0018]圖4是經(jīng)修改的降壓調(diào)控器電路的一方面的解說。
[0019]圖5是經(jīng)修改的降壓調(diào)控器電路的另一方面的解說。
[0020]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的使用經(jīng)修改的降壓調(diào)控器電路來調(diào)控電源電壓的示例方法體系的解說。
[0021]詳細(xì)描述
[0022]公開了用于抑制降壓調(diào)控器的外部LC濾波器中的峰化的系統(tǒng)和方法。在一個方面，常規(guī)降壓調(diào)控器可被修改為包括內(nèi)部誤差反饋環(huán)路，該內(nèi)部誤差反饋環(huán)路抑制外部LC濾波器中的峰化并且減小調(diào)控器的穩(wěn)定時間。圖1解說了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的經(jīng)修改的降壓調(diào)控器電路的閉環(huán)響應(yīng)圖10。具體地，為了抑制降壓調(diào)控器的輸出信號Vbuck中的峰化，輸出信號Vbuck經(jīng)由誤差反饋環(huán)路15被反饋，從參考電壓Vref中減去，使用增益控制電路50來調(diào)節(jié)，并且被添加到誤差信號Verr，該誤差信號是通過降壓調(diào)控器的標(biāo)準(zhǔn)誤差環(huán)路35生成的。新的誤差反饋環(huán)路15促進(jìn)對輸出電壓Vbuck中的峰化的實(shí)質(zhì)性阻尼?？勺冊鲆婵刂齐娐?0調(diào)節(jié)誤差反饋信號Verr_fb的幅度和峰值阻尼的相應(yīng)幅度。
[0023]圖1的閉環(huán)響應(yīng)圖可以由以下的根據(jù)本發(fā)明的一個方面的閉環(huán)響應(yīng)函數(shù)來表示:

【權(quán)利要求】
1.一種電源調(diào)控器電路，包括: 脈寬調(diào)制器，能操作用于生成經(jīng)脈寬調(diào)制的信號； 開關(guān)，能操作用于響應(yīng)于所述經(jīng)脈寬調(diào)制的信號來選擇性地將所述電路連接到DC電源并且輸出脈沖輸出DC信號； 具有諧振頻率的濾波器，所述濾波器耦合至所述開關(guān)以用于從所述脈沖輸出DC信號中濾除高頻噪聲并且生成經(jīng)調(diào)控的輸出信號； 積分器，能操作用于將所述脈沖輸出DC信號與參考電壓信號進(jìn)行比較并且生成誤差信號以供輸入到所述脈寬調(diào)制器； 減法器，能操作用于從所述經(jīng)濾波的輸出信號中減去所述參考電壓信號以生成誤差反饋信號；以及 加法器，能操作用于將所述誤差反饋信號添加到所述誤差信號以供輸入到所述脈寬調(diào)制器以便實(shí)質(zhì)性地抑制所述經(jīng)濾波的輸出信號中在靠近所述濾波器的諧振頻率附近的頻率處的電壓峰值。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述減法器包括具有可變增益的差分鏡像放大器，其中所述放大器的增益的變動控制所述經(jīng)濾波的輸出信號的電壓峰值的抑制幅度。
3.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述開關(guān)包括互補(bǔ)MOSFET對。
4.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述濾波器包括具有約62KHz的諧振頻率的低通LC濾波器。
5.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述電路是D類開關(guān)模式電源。
6.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述電路對于高功率信號在脈寬調(diào)制模式中操作而對于低功率信號在脈沖頻率調(diào)制模式中操作。
7.一種電源調(diào)控器電路，包括: 脈寬調(diào)制器，能操作用于生成經(jīng)脈寬調(diào)制的信號； 開關(guān)，能操作用于響應(yīng)于所述經(jīng)脈寬調(diào)制的信號來選擇性地將所述電路連接到DC電源并且輸出脈沖輸出DC信號； 具有諧振頻率的濾波器，所述濾波器耦合至所述開關(guān)以用于從所述脈沖輸出DC信號中濾除高頻噪聲并且生成經(jīng)調(diào)控的輸出信號； 積分器，能操作用于將所述脈沖輸出DC信號與參考電壓信號進(jìn)行比較以生成誤差信號，從所述經(jīng)濾波的輸出信號中減去所述參考電壓信號，以及將差值信號添加到所述誤差信號以供輸入到所述脈寬調(diào)制器以便實(shí)質(zhì)性地抑制所述經(jīng)濾波的輸出信號中在靠近所述濾波器的諧振頻率附近的頻率處的電壓峰值。
8.如權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于，所述積分器進(jìn)一步包括至少一個可變電容器，所述至少一個可變電容器用于增大所述經(jīng)濾波的輸出信號和所述參考信號中的至少一者的增益。
9.如權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于，所述開關(guān)包括互補(bǔ)MOSFET對。
10.如權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于，所述濾波器包括具有約62KHz的諧振頻率的低通LC濾波器。
11.如權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于，所述電路是D類開關(guān)模式電源。
12.如權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于，所述電路對于高功率信號在脈寬調(diào)制模式中操作而對于低功率信號在脈沖頻率調(diào)制模式中操作。
13.一種用于調(diào)控電源的輸出的方法，所述電路包括: 生成經(jīng)脈寬調(diào)制的信號； 響應(yīng)于所述經(jīng)脈寬調(diào)制的信號來選擇性地連接到DC電源以輸出脈沖輸出DC信號； 從所述脈沖輸出DC信號中濾除高頻噪聲以生成經(jīng)調(diào)控的輸出信號； 將所述脈沖輸出DC信號與參考電壓信號進(jìn)行比較以生成誤差信號； 從所述經(jīng)濾波的輸出信號中減去所述參考電壓信號以生成誤差反饋信號；以及將所述誤差反饋信號添加到所述誤差信號以便實(shí)質(zhì)性地抑制所述經(jīng)濾波的輸出信號中的電壓峰值。
14.一種用于調(diào)控電源的輸出的計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括: 計算機(jī)可讀介質(zhì)，包括: 用于致使脈寬調(diào)制器生成經(jīng)脈寬調(diào)制的信號的第一代碼集； 用于致使開關(guān)響應(yīng)于所述經(jīng)脈寬調(diào)制的信號來選擇性地連接到DC電源以輸出脈沖輸出DC信號的第二代碼集； 用于致使濾波器從所述脈沖輸出DC信號中濾除高頻噪聲以生成經(jīng)調(diào)控的輸出信號的第三代碼集； 用于致使積分器將所述脈沖輸出DC信號與參考電壓信號進(jìn)行比較以生成誤差信號的第四代碼集； 用于致使減法器從所述經(jīng)濾波的輸出信號中減去所述參考電壓信號以生成誤差反饋信號的第五代碼集；以及 用于致使加法器將所述誤差反饋信號添加到所述誤差信號以便實(shí)質(zhì)性地抑制所述經(jīng)濾波的輸出信號中的電壓峰值的第六代碼集。
15.一種用于調(diào)控電源的輸出的設(shè)備，所述電路包括: 用于生成經(jīng)脈寬調(diào)制的信號的裝置； 用于響應(yīng)于所述經(jīng)脈寬調(diào)制的信號來選擇性地連接到DC電源以輸出脈沖輸出DC信號的裝置； 用于從所述脈沖輸出DC信號中濾除高頻噪聲以生成經(jīng)調(diào)控的輸出信號的裝置； 用于將所述脈沖輸出DC信號與參考電壓信號進(jìn)行比較以生成誤差信號的裝置； 用于從所述經(jīng)濾波的輸出信號中減去所述參考電壓信號以生成誤差反饋信號的裝置；以及 用于將所述誤差反饋信號添加到所述誤差信號以便實(shí)質(zhì)性地抑制所述經(jīng)濾波的輸出信號中的電壓峰值的裝置。
【文檔編號】H02M3/156GK104185946SQ201380014396
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年3月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】A·斯里瓦斯塔瓦, V·翰納瑟卡蘭 申請人:高通股份有限公司