瞬變響應得到改善的控制體系的制作方法
【專利摘要】一種電源系統(tǒng)包括電源；負載裝置，被配置成從所述電源接收電力；和電源接口裝置，與電源和負載裝置相連并且被配置成用來將電源提供的第一電壓改變?yōu)橛糜诓僮髫撦d裝置的第二電壓。電源接口裝置包括主開關轉(zhuǎn)換器和輔助開關轉(zhuǎn)換器，主開關轉(zhuǎn)換器被配置成用來以第一開關頻率操作并且向負載裝置注入低頻電流，輔助開關轉(zhuǎn)換器與主開關轉(zhuǎn)換器并聯(lián)相連并且被配置成用來以不同的第二開關頻率操作且向負載裝置注入快速瞬變高頻電流。
【專利說明】瞬變響應得到改善的控制體系
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求審查中的2015年2月20日提交的名稱為《FAST TRANSIENT POWERSUPPLY WITH A FIRST ⑶NTROL SIGNAL FOR A HIGHER FREQUENCY CURRENT AND ASECOND CONTROL SIGNAL FOR A LOWER FREQUENCY CURRENT》的美國臨時專利申請序號第62/119042號、2015年2月 27 日提交的名稱為《FAST TRANSIENT POWER SUPPLY WITH AFIRST ⑶NTROL SIGNAL FOR A HIGHER FREQUENCY CURRENT AND A SE⑶ND CONTROLSIGNAL FOR A LOWER FREQUENCY CURRENT》的美國臨時專利申請序號第62/126418號、2015年2月 20 日提交的名稱為《CONTROL ARCHITECTURE WITH IMPROVED TRANSIENT RESPONSE》的美國臨時專利申請序號第62/119078號以及2015年2月27日提交的名稱為《CONTROLARCHITECTURE WITH IMPROVED TRANSIENT RESPONSE》的美國臨時專利申請序號第62/126421號的優(yōu)先權，這些在先申請以引用的方式整體并入本文。
【背景技術】
[0003]供電系統(tǒng)包括電源、負載裝置和與電氣電源和負載裝置相連的電源接口裝置。電源可以包括電池、電力網(wǎng)、太陽能光伏電池、交流發(fā)電機和/或前端功率轉(zhuǎn)換器的輸出。電源接口裝置可以被配置成用來增大或減小電源的電壓，從而為負載裝置提供適當?shù)碾妷骸ｋ娫唇涌谘b置可以是升壓轉(zhuǎn)換器或降壓轉(zhuǎn)換器或者任何其它轉(zhuǎn)換器。負載裝置可以包括阻性負載、磁性負載、容性負載、加熱器。在一種實現(xiàn)方式中，負載裝置可以是低電壓高電流負載裝置，諸如像例如計算機中央處理單元(CPU)這樣的負載裝置。這種類型的負載裝置可能會有很多負載瞬變狀態(tài)。
[0004]在負載瞬變狀態(tài)期間，負載裝置的電流可以在非常短的時間段內(nèi)發(fā)生本質(zhì)變化。例如，在瞬變狀態(tài)期間，在不到一微秒內(nèi)，負載裝置的電流可以從OA增大到100A，或者從100A減少到0A。這些電流的突然變化可能會在負載裝置上造成很大的變壓變化，并且可能造成輸出電壓搖擺到負載裝置的常規(guī)操作窗口以外。
[0005]為了盡可能減少瞬變變化，在一種實現(xiàn)方式中，可以在電源系統(tǒng)的輸出端上添加大功率電容器。電容器可以注入或吸收瞬變狀態(tài)期間所需的電流，并且因此減小負載瞬變所造成的電壓變化。為此，該輸出電容可用于補充電感緩慢上升的電流，以應付負載裝置對電流需求的增大。類似地，該輸出電容器可用于吸收電流以應付負載裝置電流的突然降低。不過，電容器很貴并且這樣一來可能會增大成本或系統(tǒng)的尺寸。
[0006]在另一種實現(xiàn)方式中，可以迫使轉(zhuǎn)換器在較高的帶寬下運作，以便快速地對負載瞬變做出響應。不過，切換模式轉(zhuǎn)換器帶寬受到其切換頻率的限制。因此，要想迫使轉(zhuǎn)換器以較高帶寬運作，該轉(zhuǎn)換器不得不以較高的切換頻率進行操作。這意味著會有更多的功率損耗，因為每次閉合/斷開開關，都會有功率損耗。如此一來，電源系統(tǒng)還要受到處于電源和負載裝置之間的電源轉(zhuǎn)換器的功率損耗的限制。
[0007]因此，存在著對能夠在提高效率并且降低成本和尺寸的同時對負載裝置的瞬變狀態(tài)提供快速響應的電源系統(tǒng)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在一個總體方面，本申請介紹了一種電源接口裝置，它包括主開關轉(zhuǎn)換器，該主開關轉(zhuǎn)換器被配置成用來在輸入端子上接收第一電壓并且在輸出端子上輸出第二且不同的電壓。主開關轉(zhuǎn)換器包括第一主開關、第二主開關和主電感器。第一主開關一端與輸入端子相連并且另一端與一主節(jié)點相連。第二主開關一端與輸入端子相連并且另一端與一接地端相連。主電感器一端與主節(jié)點相連并且另一端與輸出端子相連。該電源接口裝置還包括與主開關轉(zhuǎn)換器并聯(lián)相連的輔助開關轉(zhuǎn)換器，該輔助開關轉(zhuǎn)換器被配置成用來在輸入端子上接收第一電壓并且在輸出端子上輸出第二電壓。輔助開關轉(zhuǎn)換器包括第一輔助開關、第二輔助開關和輔助電感器。第一輔助開關一端與輸入端子相連并且另一端與一輔助節(jié)點相連。第二輔助開關一端與輔助節(jié)點相連并且另一端與一接地端子相連。輔助電感器一端與輔助節(jié)點相連并且另一端與輸出端子相連。
[0009 ]該電源接口裝置此外還包括輔助控制環(huán)電路，該輔助控制環(huán)電路一端與所述輸出端子相連并且另一端與輔助開關轉(zhuǎn)換器相連。輔助控制環(huán)電路被配置成用來檢測所述輸出端子上的瞬變并且響應于該瞬變發(fā)出輔助控制信號，用于驅(qū)動輔助開關轉(zhuǎn)換器向所述輸出端子輸出快速瞬變高頻電流。輔助控制環(huán)路被配置成通過使用電阻器和加法器電路來防止與瞬變相關聯(lián)的瞬變信號的低頻分量進入輔助開關轉(zhuǎn)換器。電阻器一端與輔助電感器相連，另一端與連接到所述輸出端子的加法器電路相連。所述輔助開關轉(zhuǎn)換器被配置成以不同于主開關轉(zhuǎn)換器的主開關頻率的輔助開關頻率操作。
[0010]前面的總體方面可以包括下列特征中的一個或多個。主開關轉(zhuǎn)換器可以包括多個處于所述輸入端子和所述輸出端子之間的彼此并聯(lián)相連的單相開關式穩(wěn)壓器。各個單相開關式穩(wěn)壓器可以被配置成以低于輔助開關頻率的主開關頻率工作，以便在所述輸出端子上提供穩(wěn)定的輸出。
[0011 ] 該電源接口裝置此外還可以包括主控制環(huán)電路，該主控制環(huán)電路一端與所述輸出端子相連并且另一端與主開關轉(zhuǎn)換器相連。主控制環(huán)電路可以被配置成用來檢測所述輸出端子上的瞬變并且響應于該瞬變發(fā)出用于驅(qū)動主開關轉(zhuǎn)換器的主控制信號。主控制環(huán)電路可以包括被配置成用來探測所述輸出端子上的輸出電壓并且產(chǎn)生反饋電壓的主反饋探測電路，被配置成用來接收所述反饋電壓和一參考電壓并且在反饋電壓和參考電壓實質(zhì)上彼此不相等時生成瞬變信號的主誤差運算放大器，和被配置成用來接收該瞬變信號和來自主開關轉(zhuǎn)換器的所探測到的低頻電感器電流并且基于瞬變信號與所探測到的低頻電感器電流之間的差值發(fā)出主控制信號的主脈寬調(diào)制器。
[0012]主控制信號可以是脈寬調(diào)制信號，用于使得主開關轉(zhuǎn)換器能夠注入低頻電流來跟隨瞬變信號并且驅(qū)動輸出電流來滿足負載裝置上增大的負載電流。主反饋探測電路可以包括多個電阻器和電容器，這些電阻器和電容器被配置成用來探測輸出電壓和產(chǎn)生反饋電壓。主誤差運算放大器可以被配置成用來在其反相端子上接收反饋電壓并且在其同相端子上接收參考電壓。
[0013]輔助控制環(huán)電路此外還可以包括第一輔助誤差放大器，該第一輔助誤差放大器被配置成用來接收加法器電路的輸出和一參考電壓，并且當加法器電路的輸出與參考電壓實質(zhì)上彼此不相等時輸出誤差信號。輔助控制環(huán)電路此外還可以包括輔助脈寬調(diào)制器，該輔助脈寬調(diào)制器被配置成用來接收所述第一誤差信號和來自輔助開關轉(zhuǎn)換器的所探測到的高頻電感器電流，并且基于第一誤差信號與所探測到的高頻電感器電流之間的差值發(fā)出輔助控制信號。第一誤差信號可以對應于瞬變信號的高頻分量。電阻器可以使得輔助控制環(huán)電路能夠僅僅吸收瞬變信號的高頻分量，而不吸收瞬變信號的低頻分量。瞬變信號的高頻分量可以僅僅在負載電流中出現(xiàn)突然增大或減小時存在。
[0014]響應于輔助控制信號，輔助開關轉(zhuǎn)換器可以被配置成用來向所述輸出端子注入快速瞬變高頻電流。快速瞬變高頻電流可以被配置成用來跟隨瞬變信號的高頻分量。輔助控制環(huán)電路此外還可以包括第二輔助誤差放大器，該第二輔助誤差放大器被配置成用來接收所探測到的平均輔助電感器電流和零平均低頻電流，并且輸出第二誤差信號。第一輔助誤差放大器被配置成用來基于加法器電路的輸出、參考電壓和第二誤差信號輸出瞬變信號的高頻分量。
[0015]在另一個總體方面，本申請介紹了一種電源系統(tǒng)，它包括電源；負載裝置，被配置成從所述電源接收電力；和電源接口裝置，與電源和負載裝置相連并且被配置成用來將電源提供的第一電壓改變?yōu)橛糜诓僮髫撦d裝置的第二電壓。電源接口裝置包括主開關轉(zhuǎn)換器和輔助開關轉(zhuǎn)換器，主開關轉(zhuǎn)換器被配置成用來以第一開關頻率操作并且向負載裝置注入低頻電流，輔助開關轉(zhuǎn)換器與主開關轉(zhuǎn)換器并聯(lián)相連并且被配置成用來以第二且不同的開關頻率操作且向負載裝置注入快速瞬變高頻電流。該電源系統(tǒng)此外還包括輔助控制環(huán)電路，該輔助控制環(huán)電路一端與輔助開關轉(zhuǎn)換器相連并且另一端與負載裝置相連，并且被配置成使用電阻器和加法器電路吸收瞬變信號的高頻分量，并且基于瞬變信號的高頻分量操作輔助開關轉(zhuǎn)換器。
[0016]前面的總體方面可以包括下列特征中的一個或多個。輔助開關轉(zhuǎn)換器可以包括第一輔助開關、第二輔助開關和輔助電感器。第一輔助開關一端可以與電源相連并且另一端可以與一輔助節(jié)點相連。第二輔助開關一端可以與輔助節(jié)點相連并且另一端可以與一接地端子相連。輔助電感器一端可以與輔助節(jié)點相連并且另一端可以與負載裝置相連。
[0017]輔助控制環(huán)電路此外還可以包括輔助誤差運算放大器和輔助脈寬調(diào)制器。電阻器一端可以與輔助電感器相連，另一端可以與加法器電路相連。加法器電路可以被配置成用來將輸出電壓加到在電阻器兩端檢測到的電壓上并且輸出反饋電壓。輔助誤差放大器可以被配置成用來接收所述反饋電壓和一參考電壓并且在反饋電壓和參考電壓實質(zhì)上彼此不相等時輸出瞬變信號的高頻分量。輔助脈寬調(diào)制器可以被配置成用來接收所述瞬變信號的高頻分量和來自輔助開關轉(zhuǎn)換器的所探測到的高頻電感器電流，并且基于瞬變信號的高頻分量與所探測到的高頻電感器電流之間的差值發(fā)出輔助控制信號。
[0018]高頻分量可以僅僅在負載電流中出現(xiàn)突然增大或減小時存在。響應于輔助控制信號，輔助開關轉(zhuǎn)換器可以被配置成用來僅僅在瞬變期間向負載裝置注入快速瞬變高頻電流?？焖偎沧兏哳l電流可以被配置成用來跟隨瞬變信號的高頻分量。
[0019]輔助控制環(huán)電路此外還可以包括第二輔助放大器，該第二輔助放大器被配置成用來接收所探測到的平均高頻電感器電流和零平均電流，并且輸出一誤差信號。輔助誤差放大器可以被配置成用來基于參考電壓、反饋電壓和來自第二輔助放大器的誤差信號輸出瞬變信號的高頻分量。
[0020]主開關轉(zhuǎn)換器可以包括多個開關式穩(wěn)壓器，各個開關式穩(wěn)壓器包括第一主開關、第二主開關和主電感器。第一主開關一端可以與電源相連并且另一端可以與一主節(jié)點相連。第二主開關一端可以與主節(jié)點相連并且另一端可以與一接地端子相連。主電感器一端可以與主節(jié)點相連并且另一端可以與負載裝置相連。
[0021]該電源系統(tǒng)此外還可以包括主控制環(huán)電路，該主控制環(huán)電路一端與負載裝置相連并且另一端與主開關轉(zhuǎn)換器相連。主控制環(huán)電路可以被配置成用來檢測負載裝置上的瞬變并且響應于該瞬變發(fā)出用于以第一開關頻率驅(qū)動主開關轉(zhuǎn)換器的主控制信號。
[0022]主開關轉(zhuǎn)換器中的多個開關式穩(wěn)壓器可以包括處于電源和負載裝置之間的三個或更多個彼此并聯(lián)相連的單相開關式穩(wěn)壓器。各個單相開關式穩(wěn)壓器可以被配置成以低于第二開關頻率的第一開關頻率工作，以便在電源接口裝置的輸出端子上提供穩(wěn)定的輸出。
[0023]主控制環(huán)電路可以包括被配置成用來探測所述輸出端子上的輸出電壓并且產(chǎn)生反饋電壓的主反饋探測電路，被配置成用來接收所述反饋電壓和一參考電壓并且在反饋電壓和參考電壓實質(zhì)上彼此不相等時生成瞬變信號的主誤差運算放大器，和被配置成用來接收該瞬變信號和來自每一單相開關式穩(wěn)壓器的所探測到的低頻電感器電流并且基于瞬變信號與所探測到的低頻電感器電流之間的差值發(fā)出主控制信號的主脈寬調(diào)制器。主控制信號可以是脈寬調(diào)制信號，用于使得每一單相開關式穩(wěn)壓器能夠注入低頻電流來跟隨瞬變信號并且驅(qū)動輸出電流來滿足負載裝置上增大的負載電流。
【附圖說明】
[0024]這些附圖僅僅作為例子并且不作為限定地繪制出了按照本申請的一個或多個實現(xiàn)方式。在這些圖中，相同的附圖標記指代相同或類似的要素。
[0025]圖1示出了具有慢瞬變響應的示例性電源系統(tǒng)；
[0026]圖2示出了包括主開關轉(zhuǎn)換器和輔助開關轉(zhuǎn)換器的具有快速瞬變響應的示例性電源系統(tǒng)；
[0027]圖3示出了包括具有第一反饋控制機構(gòu)的主開關轉(zhuǎn)換器和具有第二且不同的反饋控制機構(gòu)的輔助開關轉(zhuǎn)換器的具有快速瞬變響應的示例性電源系統(tǒng)；
[0028]圖4更加詳細地示出了圖3中所示的第一反饋控制機構(gòu)；
[0029]圖5將針對25A的負載階躍的圖1中所示的電源系統(tǒng)的輸出電壓波動與圖3中所示的電源系統(tǒng)的輸出電壓波動進行了比較；
[0030]圖6示出了由圖3中所示的電源系統(tǒng)響應于25A負載階躍生成的示例性電流波形；和
[0031]圖7示出了包括具有第一反饋控制機構(gòu)的主開關轉(zhuǎn)換器和具有第二且不同的反饋控制機構(gòu)的輔助開關轉(zhuǎn)換器的具有快速瞬變響應的另一種示例性電源系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0032]在下面的詳細描述中，許多具體的細節(jié)是通過實例給出的，以便提供對相關思想的全面理解。不過，有一點對本領域的技術人員應當是顯而易見的，那就是無需這些細節(jié)亦可踐行本文之思想。在其它事例中，眾所周知的方法、過程、組件和/或電路是以相對概括的方式介紹的，沒有太多細節(jié)，為的是避免不必要地混淆本發(fā)明思想的各方面。
[0033]圖1示出了具有慢瞬變響應的示例性電源系統(tǒng)100。電源系統(tǒng)100括電源110、負載裝置112、和介于電源100和負載裝置112之間的電源接口裝置114。電源110被配置成用來輸出某一標準電壓。為此，電源110可以是電插座。世界上大多數(shù)單相交流電插座供應210-240V或100-120V電源。另外，電源110可以包括其它類型的電源，比如例如電池、太陽能光伏發(fā)電或交流發(fā)電機中的一個或多個。不管電源110的類型如何，電源110提供的電壓常常不同于負載裝置112所需的電壓。所提供的電壓可能會高于或低于負載裝置112所需的電壓。為了使電源電壓與負載電壓相符，電源系統(tǒng)100包括電源接口 114。電源接口 114被配置成用來使得電源110的電壓與負載裝置的電壓相一致。
[0034]電源接口裝置114被配置成用來將電氣電源110的電壓改變成適合于負載裝置112的電壓。如上所述，適合于負載裝置112的電壓可能高于或低于電氣電源110的電壓。在一種實現(xiàn)方式中，適合于負載裝置112的電壓低于電氣電源110的電壓。在一個具體的例子中，電源接口裝置114被配置成用來將電氣電源110的電壓從12伏特減小到用于負載裝置112的0.85伏特。從電源接口裝置114輸出的電流可以是100A。
[0035]負載裝置112可以包括阻性負載、磁性負載、容性負載、加熱器或者其它電氣或電子裝置。大多數(shù)電子裝置需要1.5到24伏特之間的直流電壓。這些裝置可以借助電池或主供電網(wǎng)工作。在任何一種情況下，電源接口裝置114都可以用于使這些電子裝置的電壓要求與電源110提供的電壓相符合。電源接口裝置114可以為位于負載裝置112內(nèi)部，也可以位于負載裝置112外部。類似地，電源接口裝置114可以位于電源110內(nèi)部，也可以位于電源110外部。在另一種實現(xiàn)方式中，電源接口裝置114可以是獨立的集成電路。
[0036]電源接口裝置114可以包括變壓器、整流器或開關式電源供應器。開關式電源供應器已經(jīng)變得普及，并且比曾經(jīng)通用的變壓器轉(zhuǎn)換器更小且更輕，而且通常被設計成借助主供電網(wǎng)在100到250V之間的任何電壓下工作。此外，因為開關式電源供應器一般情況下會被整流為以DC電壓工作，所以主供電網(wǎng)頻率(50VS 60赫茲)對它們只有最低程度的影響。前面的介紹假設電源接口裝置114包括開關式電源供應器;不過，如上所述，電源接口裝置114可以包括除了開關式電源供應器之外的電路。
[0037]如圖所示，電源接口裝置114包括四個單相開關式穩(wěn)壓器116，這些開關式穩(wěn)壓器116將電源110連接到負載裝置112。雖然這個具體的例子展示了四個單相開關式穩(wěn)壓器，但是電源接口裝置114可以包括多于或少于四個的單相開關式穩(wěn)壓器116。電源接口裝置114可以被配置成用來以至少兩種操作模式操作:高到中等負載電流的正常模式和低負載電流的低功率模式。在正常模式下，全部四個開關式穩(wěn)壓器電路116可以都是開啟的，通過它們各自的電感器向負載裝置112注入電流并且各相可以向負載裝置112注入類似的低頻電流。在低功率模式下，開關式穩(wěn)壓器電路116中的三個可以是關斷的，而剩下的一個開關式穩(wěn)壓器電路116可以是開啟的，將電源接口裝置114的輸出電流100%的進行注入。低功率模式可以提高電源接口裝置114在輕負載電流下的效率。這是因為在低功率模式下開啟的開關式穩(wěn)壓器電路116的數(shù)量比正常模式下少，并且因此在低功率模式下開關損耗較少。
[0038]單相開關式穩(wěn)壓器116可以是包括電感器的電流型開關式穩(wěn)壓器。單相開關式穩(wěn)壓器116可以是同步開關式穩(wěn)壓器，不過它們也可以是異步開關式穩(wěn)壓器。在一個具體的例子中，單相開關式穩(wěn)壓器116可以是降壓電流型開關式穩(wěn)壓器，其中輸入電壓Vin大于輸出電壓Vout。為此，各個單相開關式穩(wěn)壓器116可以包括第一開關116a、第二開關116b和電感器116c。第一開關116a和第二開關116b可以是MOSFET開關JOSFET開關可以是η溝道MOSFET或P溝道MOSFET開關。
[0039]在各個單相開關式穩(wěn)壓器116中，第一開關116a可以在其一端與Vin連接并且在另一端連接第一節(jié)點120;第二開關116b可以一端連接第一節(jié)點120并且另一端連接接地端子;電感器116c可以一端連接第一節(jié)點120并且另一端連接輸出端子122。輸出端子122可以與包括電阻器Rco和電容器Co及負載電阻RL的負載裝置112連接。
[0040]電源接口裝置114被配置為用來向負載裝置112供應輸出電流，以提供穩(wěn)定電壓Vout。為此，驅(qū)動電路將各個單相開關式穩(wěn)壓器116中的第一開關116a和第二開關116b導通或關斷。開關116a和116b可以被彼此間不同相地驅(qū)動，以便向與輸出端子122相連的負載供應電流。雖然未示出，但是可以為電源接口 114增加額外的電路來在一個開關晶體管關斷的時刻與另一個開關晶體管導通的時刻之間提供簡短的空載時間或消隱間隔。當開關116a導通而開關116b關斷時，電流通過各個單相開關式穩(wěn)壓器116中的電感器116c從Vin流到輸出端子122。在這種情形下，電感器116c的電流相對于時間的變化率可以等于((Vin-Vout)/L)。當開關116a關斷并且開關116b導通時，電流從地經(jīng)過電感器116c流到輸出端子122。在這種情形下，電感器116c的電流相對于時間的變化率可以等于(-Vout/L)。
[0041]在一個具體的例子中，電源系統(tǒng)100可以被配置成用來滿足下列標準:
[0042]Vin = 12V
[0043]Vout = 0.85V, 1ut_max = 10A
[0044]Δ Vout = 3%Vout，在25% 負載階越下
[0045]Fsw = 500kHz
[0046]L = 220nH(每相)
[0047]Co = 12*220uF(總計)
[0048]雖然未示出，但是驅(qū)動電路可以由被配置為用來設定峰值電感器電流閾值的反饋控制機構(gòu)來控制。為此，當電感器電流超過該電流閾值時，該反饋控制機構(gòu)被配置為用來向驅(qū)動電路發(fā)送一個信號，以關斷第一開關116a和導通第二開關116b。于是電流從地通過開關116b和電感器116c流到輸出端子122。結(jié)果，電流在電感器116c中斜坡降低到該電流閾值。
[0049]為了提供更快的瞬變響應，電源系統(tǒng)100可能必須要么以較高頻率運作其開關式穩(wěn)壓器116(這會導致效率降低)，要么包括大輸出電源電容器(這會導致整個系統(tǒng)的復雜度、成本和尺寸增加)。對于電源電路來說，合乎需求的是，盡可能地輕并且盡可能地小，同時還盡可能時間長地并且盡可能高效率地提供電力供應。
[0050]負載裝置可能具有不同的功率要求。這自然意味著電源系統(tǒng)可能必須盡可能高效地運轉(zhuǎn)，以同時減小尺寸和降低輸入功率，以節(jié)省能源和提高效率。這樣，取代全部以較高的頻率運轉(zhuǎn)穩(wěn)壓器116來提供對瞬變狀態(tài)的快速響應或者按照另一種方法在輸出端添加電源電容器，在一種實現(xiàn)方式中，可以將電源系統(tǒng)實現(xiàn)為，這些穩(wěn)壓器116中只有一個響應于瞬變電流的較高頻率分量以較高頻率運轉(zhuǎn)，而剩余的穩(wěn)壓器116以較低頻率運轉(zhuǎn)。
[0051]為此，電源系統(tǒng)可以包括彼此并行運轉(zhuǎn)的主開關轉(zhuǎn)換器和輔助開關轉(zhuǎn)換器。主開關轉(zhuǎn)換器可以以正常的開關頻率運轉(zhuǎn)，并且因此具有較高的效率，但是不具有高的瞬變性能。輔助開關轉(zhuǎn)換器可以以比主開關轉(zhuǎn)換器的開關頻率快得多的開關頻率運轉(zhuǎn)。因此，輔助開關轉(zhuǎn)換器可能具有比主開關轉(zhuǎn)換器高的開關損耗，但是具有更好的瞬變性能。因此，輔助開關轉(zhuǎn)換器可以不被用于向負載裝置提供主要的低頻電力。而是，輔助開關轉(zhuǎn)換器僅僅可以用于應對瞬變狀態(tài)，用來在負載電流突然增大或減小的情況下吸收或注入額外的電流。
[0052]圖2示出了包括主開關轉(zhuǎn)換器和輔助開關轉(zhuǎn)換器的具有快速瞬變響應的示例性電源系統(tǒng)200。電源系統(tǒng)200包括電源210、負載裝置212、和與電源210和負載裝置212相連的電源接口裝置214。電源210和負載裝置212類似于電源110和負載裝置112，因此為簡潔起見將不再進一步描述。
[0053]電源接口裝置214包括主開關轉(zhuǎn)換器216和輔助開關轉(zhuǎn)換器218。主開關轉(zhuǎn)換器215包括四個單相開關式穩(wěn)壓器216。四個單相開關式穩(wěn)壓器216類似于四個單相開關式穩(wěn)壓器116。四個單相開關式穩(wěn)壓器216彼此并聯(lián)連接。
[0054]每一個單相開關式穩(wěn)壓器216可以包括第一開關216a、第二開關216b和電感器216c。第一開關216a和第二開關裝置216b可以是MOSFET開關。這些MOSFET開關可以是η溝道MOSFET或P溝道MOSFET開關。第一開關216a可以一端與Vin連接并且另一端與第一節(jié)點220相連;第二開關裝置216b可以一端連接第一節(jié)點220，并且另一端與接地端子連接；電感器216c可以一端連接第一節(jié)點220并且另一端與輸出端子222連接。輸出端子222可以與輸出電容器Co和負載電阻RL連接。
[0055]輔助開關轉(zhuǎn)換器218與主開關轉(zhuǎn)換器216并聯(lián)連接。輔助開關轉(zhuǎn)換器218可以包括第一開關218a、第二開關218b和電感器218c。第一開關218a和第二開關218b可以是MOSFET開關。這些MOSFET開關可以是η溝道MOSFET或P溝道MOSFET開關。第一開關218a可以一端連接Vin并且另一端連接第一節(jié)點230;第二開關218b可以一端連接第一節(jié)點230并且另一端連接接地端子;電感器218c可以一端連接第一節(jié)點230并且另一端與輸出端子222連接。
[0056]電源接口裝置214被配置成以穩(wěn)定電壓Vout向與輸出端子222連接的負載供應輸出電流。為此，單相開關式穩(wěn)壓器216中的第一開關216a和第二開關216b中的每一個被第一驅(qū)動電路切換為導通和關斷。開關216a和216b可以被相對于彼此異相地驅(qū)動，以便向與輸出端子222相連的負載供應電流。類似地，單相開關式穩(wěn)壓器218中的第一開關218a和第二開關218b被第二驅(qū)動電路切換為導通和關斷。開關218a和218b可以被相對于彼此異相地驅(qū)動，以便向與輸出端子222相連的負載供應電流。開關216a和216b可以被配置為以第一開關頻率運轉(zhuǎn)。開關218a和218b可以被配置為以第二開關頻率運轉(zhuǎn)。
[0057]第二開關頻率可以是比第一開關頻率更快的快速開關頻率(fsw)。為此，輔助開關變換器218具有比主開關轉(zhuǎn)換器215更高的帶寬以及比主開關轉(zhuǎn)換器215更快的針對負載裝置212上瞬變的瞬變響應。由于輔助開關轉(zhuǎn)換器218具有比主開關轉(zhuǎn)換器215更高或更快的開關頻率，因此它自然也有較大的功率損耗。這樣，輔助開關變換器218可以被配置為用來僅僅在瞬變狀態(tài)期間并且響應于瞬變的高頻分量對輸出運用注入或吸收電流。第一和第二開關頻率可以對應于預定的固定頻率。
[0058]為了提高效率，電源接口裝置214可以被配置成用來將輔助開關轉(zhuǎn)換器218控制為在瞬變期間注入高頻電流，并且在其它時刻不注入電流。相反，電源接口裝置214可以被配置成用來將主開關轉(zhuǎn)換器216控制為在瞬變期間并且在穩(wěn)態(tài)操作期間注入低頻電流。為了使得這樣的控制得以實現(xiàn)，電源接口裝置214可以包括兩個獨立的控制反饋機構(gòu)。第一控制反饋機構(gòu)被配置成用來基于所檢測到的輸出電壓或輸出電流控制主開關轉(zhuǎn)換器216。第二控制反饋機構(gòu)被配置成用來基于所檢測到的輸出電壓或輸出電流控制輔助開關轉(zhuǎn)換器218。為了使得輔助開關轉(zhuǎn)換器218能夠僅僅在瞬變期間注入或吸收高頻電流，第二控制機構(gòu)可以被配置成用來檢測瞬變、生成相應的瞬變信號、將瞬變信號的高頻分量與其低頻分量分離開以及僅僅響應于瞬變信號的高頻分量運作輔助開關轉(zhuǎn)換器218。由于瞬變信號的高頻分量僅僅在瞬變期間存在，因此輔助開關轉(zhuǎn)換器218僅僅可以在瞬變期間注入或吸收高頻電流，而在穩(wěn)態(tài)操作期間不會注入或吸收高頻電流。在穩(wěn)態(tài)操作期間，高頻電流可能并不存在，并且平均的低頻(或DC)電流可能為零。
[0059]瞬變可以包括這樣一種情形:負載電流或電壓有突然的增大或減小。用一個例子來說明，在輸出端上25A的電流負載階躍期間，瞬變可以相當于負載階躍的開端，此處負載電流在達到增大到25A水平的第一穩(wěn)態(tài)水平之前有一個突然的增大。類似地，瞬變可以對應于負載階躍的末端，此處負載電流在達到第二穩(wěn)態(tài)水平之前有一個突然的減小。第二穩(wěn)態(tài)可以相當于25A電流負載階躍前面的狀態(tài)或者相當于高于或低于25A電流負載階躍的先前狀態(tài)的新狀態(tài)。
[0060]在一種實現(xiàn)方式中，為了將瞬變信號中的高頻分量與低頻分量彼此分離開，可以使用濾波網(wǎng)絡。在與本發(fā)明同時提交的名稱為《FAST TRANSIENT POWER SUPPLY WITH ASEPERATED HIGH FREQUENCY AND LOW FREQUENCY PATH SIGNALS》的相應申請中已經(jīng)介紹了這種實現(xiàn)方式。在另一種實現(xiàn)方式中，為了將瞬變信號中的高頻分量與低頻分量彼此分離開，可以使用下垂控制機構(gòu)。
[0061]在下垂控制機構(gòu)中，類似于濾波網(wǎng)絡，可以將用于輔助開關轉(zhuǎn)換器的控制反饋環(huán)與用于主開關轉(zhuǎn)換器的控制反饋環(huán)分離開。用于輔助開關轉(zhuǎn)換器的控制反饋環(huán)可以包括Vout主動下垂電阻(主動電壓定位一AVP)，以防止瞬變信號的低頻分量從輸出端進入輔助開關轉(zhuǎn)換器。這可以使得輔助開關轉(zhuǎn)換器僅僅在瞬變期間注入或吸收高頻電流，而在穩(wěn)態(tài)操作期間不注入或吸收高頻電流。這可以導致主開關轉(zhuǎn)換器在穩(wěn)態(tài)下提供高效電力，同時輔助開關轉(zhuǎn)換器提供高的瞬態(tài)響應。在一種實現(xiàn)方式中，還可以防止瞬變信號的高頻分量從輸出端進入主開關轉(zhuǎn)換器。在另一種實現(xiàn)方式中，主開關轉(zhuǎn)換器可以同時接收瞬變信號的高頻分量和低頻分量。
[0062]AVP可以指的是將電源輸出電壓設定在一個由負荷電流決定的點上。在最低負載的情況下，可以將輸出電壓設定得比標稱水平略高一些。在滿負載的情況下，可以將輸出電壓設定得比標稱水平稍低一些。實際上，DC負載調(diào)整率可能會降低，但是負載瞬變電壓偏差和瞬變響應可以得到明顯改善。為了實現(xiàn)AVP，可能需要用到探測負載電流或電感器電流的方法。然后可以將該電流轉(zhuǎn)換為電壓并且用于在正確方向上移動輸出電壓。使得輸出電壓隨著負載電流下降的最簡單方法是在輸出端上增設一些電阻。為此，AVP電路包括電阻器。該電阻器被配置成用來降低Vout，降低的電壓量等于電阻器的電阻值乘以負載電流。這導致在瞬變發(fā)生之后的很短時間內(nèi)電感器的電流迅速恢復為零。
[0063]圖3示出了包括帶有第一反饋控制機構(gòu)324的主開關轉(zhuǎn)換器315和帶有第二個且不同的反饋控制機構(gòu)326的輔助開關轉(zhuǎn)換器318的具有快速瞬變響應的示例性電源系統(tǒng)300。電源系統(tǒng)300類似于電源系統(tǒng)200并且包括五個單相開關式穩(wěn)壓器。為了簡明起見，下文中只介紹沒有針對系統(tǒng)200介紹的那些組成部分。
[0064]電源系統(tǒng)300包括兩個反饋控制和PWM調(diào)制器機構(gòu)324和326。反饋控制及PWM調(diào)制器324的一端與輸出端子322連接，另一端連接到各個單相開關式穩(wěn)壓器316中的開關316a和316b。反饋控制及PffM調(diào)制器324被配置為用來檢測瞬變狀態(tài)并且控制開關316a和316b來盡可能快地提供穩(wěn)定的Vout。反饋控制及PffM調(diào)制器324輸出反映了瞬變電流的量的瞬變信號并且將該瞬變電流與各個穩(wěn)壓器316中的所探測到的電感器電流信號相比較。如果瞬變信號(例如，瞬變信號ITH)小于所探測到的電感器電流信號，則反饋控制及PWM調(diào)制器324設置一個新的峰值電感器電流閾值，并且輸出第一P麗信號(例如，控制信號)，以滿足新的峰值電感器電流閾值。類似地，如果瞬變信號(例如，瞬變信號ITH)比所探測到的電感器電流信號大，則反饋控制及PWM調(diào)制器324設置一個新的峰值電感器電流閾值，并且輸出第二 PWM信號(例如，控制信號)，以滿足新的峰值電感器電流閾值。
[0065]在所探測到的電感器電流小于瞬變信號ITH的情形下，反饋控制及HVM調(diào)制器324被配置成用來將控制信號發(fā)送到開關式穩(wěn)壓器316中的一個或多個，以導通第一開關316a并關斷第二開關316b。該控制信號可以是被配置成用來使得主開關式穩(wěn)壓器316能夠在負載電流增大的情況下向輸出端注入額外電流的第一 PWM信號。第一 P麗信號可以是高信號。第一 PWM信號可被直接用于導通第一開關316a，并且可以被轉(zhuǎn)換為將第二開關316b關斷。在時鐘周期開始時，第一開關316a可以導通并且在由于瞬變造成的新的電流閾值達到之前都保持導通。第二開關316b可以關斷并且保持關斷?？梢砸韵乳_后合的方式，在第二開關316b被停用之后，啟用第一開關316a。這避免了 Vin直接接地的直通現(xiàn)象。
[ΟΟ??] 在第一開關316a為導通的時間期間，低頻電流從電源Vin通過第一開關316a和電感316c流到輸出端子322。結(jié)果，電流在電感器316c中向新的電流閾值斜坡上升。以這種方式，開關式穩(wěn)壓器316跟隨瞬變信號ITH注入低頻電流，以到達按照瞬變設定的新電流閾值。在一種實現(xiàn)方式中，在瞬變期間，第一開關316a可以保持導通并且第二開關316b可以保持關斷，直到達到按照瞬變設定的新電流閾值。為此，如果例如第一開關316a的導通時間比周期時間T長，則在瞬變期間可以不保持開關316a，316b的固定開關頻率。
[0067]在一種實現(xiàn)方式中，反饋控制及PWM調(diào)制器324可以激活僅僅一個穩(wěn)壓器316來向輸出端注入需要的電流。在另一種實現(xiàn)方式中，反饋控制及PWM調(diào)制器324可激活一個以上但少于全部的穩(wěn)壓器316來向輸出端注入需要的電流。在再另一種實現(xiàn)方式中，反饋控制及PWM調(diào)制器324可以激活所有穩(wěn)壓器316來向輸出端注入需要的電流。
[0068]當電感器電流超過電流閾值或者輸出電壓超過期望的輸出電壓時，反饋控制及PWM調(diào)制器324被配置成用來將控制信號發(fā)送到開關式穩(wěn)壓器316中的一個或多個，以關斷第一開關316a并導通第二開關316b。該控制信號可以是被配置成用來使得主開關式穩(wěn)壓器316在負載電流減小的情況下從輸出端吸收電流的低信號。響應于該低信號，在時鐘周期開始時，第一開關316a可以關斷并且第二開關316b可以導通，直到達到按照瞬變設定的新的電流閾值。可以以先開后合的方式，在第一開關316a被停用之后，啟用第二開關316b。這避免了 Vin直接接地的直通現(xiàn)象。
[0069]在第二開關316b為導通的時間期間，電流在電感器316c中向新的電流閾值斜坡下降。以這種方式，主開關式穩(wěn)壓器316跟隨瞬變信號吸收低頻電流，以到達新電流閾值。在一種實現(xiàn)方式中，在瞬變期間，第一開關316a可以保持關斷并且第二開關316b可以保持導通，直到達到按照瞬變設定的新電流閾值。為此，如果例如第二開關316b的導通時間比周期時間T長，則在瞬變期間可以不保持開關316a，316b的固定開關頻率。
[0070]一旦瞬變結(jié)束(例如，達到了新的電流閾值)，主開關式穩(wěn)壓器316按照其固定的開關頻率和占空比繼續(xù)注入和/或吸收電流，以保持VOUt的穩(wěn)定。占空比可以根據(jù)輸出電壓與輸入電壓的比率來確定，并且可以被設置為保持開關316a，316b的固定頻率不變。開關316a，316b的導通時間和關斷時間是根據(jù)該占空比來確定的。在一個具體的實例中，占空比可以等于在瞬變之前設定的占空比。為此，開關式穩(wěn)壓器316被配置為用來在瞬變和穩(wěn)態(tài)操作期間注入和/或吸收電流。
[0071]在一種實現(xiàn)方式中，開關式穩(wěn)壓器316可以是峰值電流型穩(wěn)壓器。在這種類型的穩(wěn)壓器中，可以按照內(nèi)部時鐘或計時器首先關斷低側(cè)開關316b，然后可以導通高側(cè)開關316a，從而增大電感器316c的電流。在另一種實現(xiàn)方式中，開關式穩(wěn)壓器316可以是谷值電流型穩(wěn)壓器。在這種類型的穩(wěn)壓器中，按照內(nèi)部時鐘或計時器，首先關斷高側(cè)開關316a，然后導通低側(cè)開關316b，從而減小電感器316c的電流。在再另一種實現(xiàn)方式中，一部分開關式穩(wěn)壓器316可以是峰值電流型穩(wěn)壓器，而一部分開關式穩(wěn)壓器316可以是谷值電流型穩(wěn)壓器。同樣地，開關式穩(wěn)壓器318可以是峰值電流型穩(wěn)壓器或者谷值電流型穩(wěn)壓器。
[0072]反饋控制及PWM調(diào)制器326—端與輸出端子322連接，另一端連接到單相開關式穩(wěn)壓器318中的開關318a和318b。類似于反饋控制及PWM調(diào)制器324，反饋控制及PffM調(diào)制器326被配置為用來檢測瞬變并且控制開關318a和318b，以盡可能快地提供穩(wěn)定的Vout。為此，反饋控制及PWM調(diào)制器326包括Ι^?Ρ326&、加法器326b、運算放大器326c和PffM調(diào)制器326d。
[0073]Rd_P326a被配置為用來防止瞬變信號ITH的低頻分量進入輔助開關轉(zhuǎn)換器318。1^^3263—端與電感器318c連接，另一端連接到加法器326b。使用1^^3263，反饋控制及PWM調(diào)制器326可以探測電感器318c的電流iLx并且計算Rdroc11^ea兩端的電壓(Vdroop = iLx*Rd_P)。使用加法器326b將Vd_P加到輸出電壓Vout上并且加法器326b的輸出被輸入到放大器326c的反相端子。Vref被輸入到放大器326c的同相端子。放大器326c可以是電流輸出型跨導放大器或電壓輸出型放大器。
[0074]誤差放大器326c監(jiān)測加法器326b的輸出電壓，這個輸出電壓應當近似等于參考電壓Vref。當這兩個電壓不相等或大致相等時，放大器326c在其輸出端提供了一個誤差。該誤差信號可以對應于瞬變信號ITH的高頻分量。這可能是因為Ι^?Ρ326&的加入。Ι^?Ρ326&可以使得反饋控制及PWM調(diào)制器326能夠僅僅吸收瞬變信號ITH的高頻分量。
[0075]該誤差信號被連同所探測到的電感器318c的電流一起施加到PWM調(diào)制器326d上。在一個具體的例子中，PWM調(diào)制器326d包括比較器。誤差信號可以被施加到比較器的同相端子，所探測到的電感器318c的電流可以被施加到比較器的反相端子?；谒綔y到的電感器電流與瞬變信號ITH的高頻分量之間的差值，Pmi調(diào)制器326d可以發(fā)出控制信號，以使輔助開關轉(zhuǎn)換器318能夠跟隨瞬變信號ITH的高頻分量。
[0076]如果負載電流存在突然增大，則輸出電壓減小。這一減小被反饋控制及PffM調(diào)制器326探測到，并且生成相應的誤差信號。該誤差信號對應于瞬變信號ITH的高頻分量。該誤差信號由PffM調(diào)制器326d連同所探測到的高頻電感器318c電流一起接收。PffM調(diào)制器326d比較這兩個信號，并根據(jù)它們的差值，發(fā)出第一控制信號或第二控制信號。
[0077]如果瞬變信號ITH的高頻分量大于所探測到的電感器318c電流信號，則PffM調(diào)制器326d可以向輔助開關變換器318輸出第一控制信號。與前面的例子相一致，第一控制信號可以是導通高開關318a并且關斷低開關318b的高信號。這使得輔助開關轉(zhuǎn)換器318能夠在負載電流增大的情況下向輸出端注入額外的電流。第一控制信號可以直接用于控制第一開關318a，并且可以被轉(zhuǎn)換為用來控制第二開關318b。響應于第一控制信號并且在時鐘周期的開端，第一開關318a可以導通并且在達到按照瞬變設定的新的電流閾值之前保持導通。第二開關318b可以保持關斷。可以以先開后合的方式，在第二開關318b被禁用之后啟動第一開關318a。這避免了Vin被直接接地的直通現(xiàn)象。
[0078]在第一開關318a導通的時間期間，高頻電流從電源Vin通過第一開關318a和電感器318c流到輸出端322。結(jié)果，電流在電感器318c中朝向新的電流閾值斜坡上升。以這種方式，輔助開關轉(zhuǎn)換器318跟隨瞬變信號ITH的高頻分量注入高頻電流以達到新的電流閾值。所注入的高頻電流可以是短暫存在的，并且可以僅僅在瞬變期間存在，在穩(wěn)態(tài)操作期間不存在。在穩(wěn)態(tài)操作期間，輔助開關轉(zhuǎn)換器318可以向負載注入零電流。
[0079]如果瞬變信號ITH的高頻分量小于所探測到的高頻電感器318c電流信號，則PffM調(diào)制器326d可以輸出第二控制信號。第二控制信號是被配置為用來關斷第一開關318a和導通第二開關318b的低信號。響應于第二控制信號，在時鐘周期的開端，第一開關318a可以關斷并且第二開關318b可以導通。可以以先開后合的方式，在禁用第一開關318a之后，啟用第二開關318b。這避免了 Vin被直接接地的直通現(xiàn)象。
[0080]直到達到按照瞬變設定的新的電流閾值之前，第二開關318b都可以保持導通。在第一開關318a的關斷時間和第二開關318b的導通時間期間，電流在電感器318c中向新的電流閾值斜坡降低。以這種方式，輔助開關轉(zhuǎn)換器318隨著瞬變信號ITH的高頻分量吸收高頻電流，以達到新電流閾值。在一種實現(xiàn)方式中，在瞬變期間，第一開關318a可以保持關斷并且第二開關318b可以保持導通，直到達到按照瞬變設定的新電流閾值。為此，如果例如開關318b的導通時間比周期時間T長，在瞬變期間開關318a，381b的固定開關頻率可以不保持不變。
[0081 ]在增加了Rd”326a的情況下，與輔助開關轉(zhuǎn)換器318相對應的通道在高頻下的阻抗可以小于與主開關轉(zhuǎn)換器316相對應的通道的阻抗。因此，在負載電流突然增大或減小的瞬變期間，瞬變信號ITH的高頻分量可以被與開關轉(zhuǎn)換器318相對應的通道吸收。瞬變信號ITH的低頻分量可以被與主開關轉(zhuǎn)換器316相對應的通道吸收，因為這個通道在低頻下的阻抗比與輔助開關轉(zhuǎn)換器318相對應的通道的阻抗低。
[0082]為了進一步說明，在低頻下，與輔助開關轉(zhuǎn)換器318相對應的通道的阻抗可以相當于Rd_P的阻抗。在高頻下，輔助開關轉(zhuǎn)換器318的阻抗隨著電容器Cout的阻抗變化。與此相反，與主開關轉(zhuǎn)換器316相對應的通道的阻抗可以低于與輔助開關轉(zhuǎn)換器318相對應的阻抗。在高頻下，與主開關轉(zhuǎn)換器316相對應的通道的阻抗可以高于輔助開關轉(zhuǎn)換器通道318的阻抗。為此，與輔助開關轉(zhuǎn)換器318對應的通道可以吸收瞬變信號ITH的高頻分量。
[0083]以這種方式，輔助開關轉(zhuǎn)換器318可以僅僅在瞬變期間并且響應于瞬變信號的高頻分量注入或吸收電流，并且在其它時刻不注入或吸收電流。例如，在穩(wěn)態(tài)期間，從輔助開關轉(zhuǎn)換器318注入的電流可以具有零平均值。一旦瞬變信號的高頻分量消失，輔助開關轉(zhuǎn)換器318可以不再向輸出端注入額外的電流，以保持電源系統(tǒng)300的高效率。就是說，輔助開關轉(zhuǎn)換器318可以僅僅響應于瞬變并且可以生成僅僅跟隨瞬變信號ITH的高頻分量的電流波形。如上所述，瞬變可以相當于與電流負載階躍的邊沿相關聯(lián)的電流負載階躍開端部分和結(jié)尾部分。
[0084]主開關轉(zhuǎn)換器316可以同時在瞬變期間和穩(wěn)態(tài)操作期間的瞬變之外操作。在瞬變期間，主開關轉(zhuǎn)換器316可以響應于瞬變信號ITH的高頻分量和低頻分量。按照另外一種方案，主開關轉(zhuǎn)換器316可以僅響應于瞬變信號ITH的低頻分量，而不響應于瞬變信號ITH的高頻分量。在一個具體的例子中，與主開關轉(zhuǎn)換器316相對應的反饋控制及PffM調(diào)制器324可以包括低通濾波器，用于僅僅通過瞬變信號ITH的低頻分量，以使轉(zhuǎn)換器316只能夠產(chǎn)生低頻電流波形。在另一種實現(xiàn)方式中，反饋控制及PWM調(diào)制器324可以被配置為用來提供高頻分量被衰減的瞬變信號ITH，并且從而不會顯著降低主開關轉(zhuǎn)換器316的效率。
[0085]圖4更詳細地示出了圖3中所示的示例性反饋控制及HVM調(diào)制器324。反饋控制及PWM調(diào)制器324被配置成用來提供脈寬調(diào)制方法，以控制圖3中所示的主開關轉(zhuǎn)換器316的瞬變和穩(wěn)態(tài)輸出。在一個具體的例子中，這是通過改變主開關轉(zhuǎn)換器316的占空比來完成的。也可以使用其它控制方法來代替或補充脈寬調(diào)制方法。這一 PWM方法探測輸出電壓，并將它與一個參考電壓進行比較，以建立一個小誤差信號。然后將這一誤差信號與另一個參考信號進行比較。該參考信號可以是一個斜坡下降信號。比較器將這兩個信號進行比較，并發(fā)出用于操作主開關轉(zhuǎn)換器316的脈寬信號。如果輸出電壓發(fā)生變化，該誤差信號也會改變，并且因此輸出的脈沖寬度也會改變。因此，取決于輸出的增大或減小，輸出脈沖寬度的占空比要么增大要么減小，以移動輸出電壓并將誤差信號減小到零。
[0086]反饋控制及PffM調(diào)制器324—端與輸出端子322連接，并且另一端連接到開關316a和316b，用于驅(qū)動開關316a和316b。反饋控制及PffM調(diào)制器324被配置為用來檢測瞬變和控制開關316a和316b盡可能快地提供穩(wěn)定的Vout。為此，反饋控制及PWM調(diào)制器324包括電阻器Rl和R2、電容器Cl，C2、放大器324a和頻率補償電路620b。
[0087]Vout是通過包括Rl，R2，C1和C2的網(wǎng)絡來探測的。Rl和R2形成電阻分壓器并且對信號Vout進行縮放，以使其與Vref成比例。提供電容器Cl和C2是為了使分壓器與頻率相關。這個頻率相關的經(jīng)分壓的Vout可以被稱為反饋電壓Vfb。反饋電壓Vfb和參考電壓Vref被輸入到誤差放大器gm(表示為跨導(gm)放大器)324a。誤差放大器324a可以是電流輸出型跨導放大器或電壓輸出型放大器。
[0088]誤差放大器324a在其反相輸入端監(jiān)測與Vout成比例的反饋電壓Vfb。反饋電壓Vfb應當近似等于參考電壓Vref。當這兩個電壓不相等時，放大器324a在其輸出端提供瞬變信號ITH(小的誤差信號)。放大器324a的瞬變信號ITH可以與實際輸出電壓與期望輸出電壓之間的差值相對應。放大器324a的瞬變信號ITH被饋送到補償網(wǎng)絡324b。補償網(wǎng)絡324b包括電阻器R3和電容器C3及C4。電阻器R3和電容器C3串聯(lián)連接，并且一端與放大器324a的輸出端子連接，另一端接地。電阻器R3和電容器C3與電容器C4并聯(lián)連接。
[0089]經(jīng)過補償?shù)乃沧冃盘柋惠斎氲絇ffM 324c的同相端子。PffM 324c的反相端子從穩(wěn)壓器316接收所探測到的電感器電流。該電感器電流可以是經(jīng)由與電感器316c串聯(lián)連接的電阻器來認定的。基于所探測到的電感器電流與經(jīng)過補償?shù)乃沧冃盘朓TH之間的差值，比較器向穩(wěn)壓器316發(fā)出一個控制信號來跟隨瞬變狀態(tài)。
[0090]在所探測到的電感器電流小于瞬變信號ITH的情形下，PWM324c被配置為用來向穩(wěn)壓器316發(fā)送控制信號，以導通第一開關316a并關斷第二開關316b。該控制信號可以是被配置成用來使得主開關式穩(wěn)壓器316能夠在負載電流增大的情況下向輸出端注入額外電流的第一脈寬信號。第一 PWM信號可以是一個高信號。在時鐘周期的開端，第一開關316a可以導通并且在達到由于瞬變造成的新的電流閾值之前保持導通。在第一開關316a導通的時間期間，低頻電流通過第一開關316a和電感器316c從電源Vin流到輸出端322。結(jié)果，電流在電感器316c中朝向新的電流閾值斜坡上升。以這種方式，主開關式穩(wěn)壓器316隨著瞬變信號ITH注入低頻電流，以到達根據(jù)瞬變設定的新的電流閾值。
[0091]當電感器電流超過電流閾值或輸出電壓超過期望的輸出電壓時，PWM324被配置成用來向穩(wěn)壓器316發(fā)送控制信號，以關斷第一開關316a和導通第二開關316b。該控制信號可以是被配置成用來使主開關式穩(wěn)壓器316能夠在負載電流減小的情況下從輸出端吸收電流的低信號。響應于該低信號，在時鐘周期的開端，第一開關316A可以關斷并且第二開關316b可以導通，直到達到按照瞬變設定的新的電流閾值。在第二開關316b的導通時間期間，電流在電感器316c中朝向新的電流閾值斜坡下降。以這種方式，主開關式穩(wěn)壓器316隨著瞬變信號吸收低頻電流，以達到按照瞬變設定的新的電流閾值。
[0092]一旦瞬變結(jié)束(例如，達到了新的電流閾值)，主開關式穩(wěn)壓器316按照其固定的開關頻率和占空比繼續(xù)注入和/或吸收電流，以保持VOUt的穩(wěn)定。占空比可以根據(jù)輸出電壓與輸入電壓的比率來確定，并且可以被設置為保持開關316a，316b的固定頻率不變。開關316a，316b的導通時間和關斷時間是根據(jù)該占空比來確定的。在一個具體的實例中，占空比可以等于在瞬變之前設定的占空比。為此，主開關式穩(wěn)壓器316被配置為用來在瞬變和穩(wěn)態(tài)操作期間注入和/或吸收電流。
[0093]如上所述，反饋控制及PWM調(diào)制器324可以被改成包括低通濾波器。該低通濾波器可以被放置在補償電路和PWM 324c之間，并且可以被配置為用來僅僅允許主開關轉(zhuǎn)換器315中的瞬變信號I TH的低頻分量通過。
[0094]圖5將針對25A的負載階躍的圖1中所示的電源系統(tǒng)100的輸出電壓波動與圖3所示的電源系統(tǒng)300輸出電壓波動進行了比較。如圖所示，響應于25A的負載階躍，電源系統(tǒng)100的輸出電壓波動512明顯大于響應于相同負載階躍的輸出電壓波動514。在一個實例中，系統(tǒng)300中的波動可以比系統(tǒng)100中的波動小大約70%。在另一個例子中，系統(tǒng)300中的波動可以比系統(tǒng)100中的波動小大約50%。這是在不需要復雜的控制方法或者在輸出端與用于輔助開關轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)路之間采用針對輸出端的額外AC電容器的情況下實現(xiàn)的。該AC電容器被配置為用于防止DC或低頻電流進入用于輔助開關轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)路。該AC電容器可以增加電源系統(tǒng)的成本和尺寸。取而代之，參照圖3介紹的本申請的電源系統(tǒng)通過包括Rdr-電阻器、加法器和運算放大器的網(wǎng)絡防止DC或低頻電流進入輔助開關轉(zhuǎn)換器。
[0095]圖6示出由圖3中所示的電源系統(tǒng)300響應于25A負載階躍產(chǎn)生的示例性電流波形。電流波形610表示在瞬變期間流經(jīng)電感器318c的電流。電流波形612表示通過各個主開關式穩(wěn)壓器316中的電感器316c的電流。電流波形614表示流過電感器L1-L4的累積電流。
[0096]如圖所示，在負載突然汲取比之前更大的電流時的瞬變期間，流經(jīng)電感器318c的電流610快速斜坡上升，而流經(jīng)主開關轉(zhuǎn)換器316的電感器316c的電流緩慢斜坡上升，以對瞬變做出響應。流經(jīng)電感器31 Sc的電流610由于本申請的主動下垂控制方法而在瞬變之后回歸為零。具體而言，由于本申請的主動下垂控制方法，電流610被配置為用來跟隨瞬變信號ITH的高頻分量，并且因此只要瞬變結(jié)束就會回歸為零，并且輸出電流達到穩(wěn)態(tài)(在這種情況下，是25A的較高狀態(tài))。與此相反，電流612并不跟隨瞬變信號ITH的高頻分量而是響應于按照瞬變設定的新的電流閾值緩慢上升。一旦瞬變結(jié)束，主開關轉(zhuǎn)換器繼續(xù)注入或吸收電流，以保持負載處的穩(wěn)態(tài)狀況。例如，一旦達到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，主開關轉(zhuǎn)換器的占空比可以返回到負載電流突然增大或減小之前的原始占空比。
[0097]在負載汲取比之前少的電流時的瞬變期間，流經(jīng)電感器318c的電流610快速斜坡下降，而流經(jīng)主開關轉(zhuǎn)換器316的電感器316c的電流612緩慢斜坡下降，以對瞬變做出響應。流經(jīng)電感器318c的電流610由于AVP方法的作用在瞬變結(jié)束之后很快回歸為零。結(jié)果，流經(jīng)電感器L1-L4和Lx的累積電流帶來快速且高效的瞬變響應，而不需要額外的輸出電容器來防止低頻電流流入輔助開關轉(zhuǎn)換器。
[0098]圖7示出了包括具有第一反饋控制機構(gòu)的主開關轉(zhuǎn)換器715和具有第二且不同的反饋控制機構(gòu)的輔助開關轉(zhuǎn)換器718的具有快速瞬變響應的另一個示例性的電源系統(tǒng)700。第一反饋控制機構(gòu)包括第一參考電壓，第二反饋控制機構(gòu)包括第二參考電壓。第二參考電壓可以不同于第一參考電壓;否則，第一反饋控制機構(gòu)可以與圖3中所示、圖4中更加詳細描述的反饋控制機構(gòu)324相同。第二反饋控制機構(gòu)可以與圖3中所示的反饋控制機構(gòu)326相同。也就是說，用于較慢的開關式轉(zhuǎn)換器716的控制環(huán)路可以具有第一參考電壓，用于較快的輔助開關式轉(zhuǎn)換器718的控制環(huán)路可以具有第二參考電壓。在本實現(xiàn)方式中，電壓反饋增益可以因部件差異而不同。這些因素可以在輔助開關轉(zhuǎn)換器718中造成非零的低頻電流(DC電流)。因此，如圖所示，可以增加額外的伺服環(huán)路來減小或消除輔助輔助開關轉(zhuǎn)換器718中的低頻電流。
[0099]為此，第二反饋控制機構(gòu)726包括Ι^?Ρ726&、加法器726b、運算放大器726c、PWM調(diào)制器726d和運算放大器726e <^<^^7268被配置成用來防止瞬變信號ITH的低頻分量進入輔助開關轉(zhuǎn)換器718。1^，726&—端連接電感器Lx(或連接輸出端)并且另一端連接加法器726b。使用Rd_P726a，第二反饋控制機構(gòu)726可以探測電感器電流iLx并計算1^^7263兩端的電壓(￥辦。。1) = ^1*1^。。1))。使用加法器72613將￥(1_1)加到輸出電壓￥01^上并且加法器72613的輸出被輸入到放大器726c的反相端子。第二參考電壓Vref 2被輸入到放大器726c的同相端子。放大器726c可以是電流輸出型跨導放大器或電壓輸出型放大器。
[0100]放大器726c還被配置成用來在其同相輸入端接收放大器726e的輸出。放大器726e被配置成用來在其反相輸入端接收平均高頻電感器(Lx)電流，并在其同相輸入端接收參考電流。該參考電流可以是零平均低頻電流。放大器726e在平均高頻電感器(Lx)電流實質(zhì)上不等于零平均參考電流的時候生成第一誤差信號。第一誤差信號被提供給誤差放大器726c。放大器726c使用加法器726b的輸出、第二參考電壓Vref2和第一誤差信號來生成第二誤差信號。具體來說，放大器726c可以將第一誤差信號加到第二參考電壓上并且用加法器電路726b的輸出減去得到的信號，以輸出第二誤差信號。第二誤差信號可以對應于瞬變信號ITH的高頻分量。
[0101 ] 瞬變信號ITH的高頻分量被連同所探測到的電感器(Lx)電流一起施加到PWM調(diào)制器726d。在一個具體的例子中，PffM調(diào)制器726d包括比較器。瞬變信號ITH的高頻分量可以被施加到比較器的同相端子并且所探測到的電感器(Lx)電流可以被施加到比較器的反相端子?；谒綔y到的電感器718c電流和瞬變信號I TH的高頻分量之間的差值，PWM調(diào)制器726d可以發(fā)出脈寬信號來跟隨瞬變信號的高頻分量。脈寬信號可以是高信號或低信號。高信號導通第一開關718a并關斷第二開關718b。低信號關斷第一開關718a并導通第二開關718bo
[0102]如果瞬變信號ITH的高頻分量大于所探測到的高頻電感器(718c)電流信號，則PWM調(diào)制器726d向輔助開關轉(zhuǎn)換器718發(fā)出高信號，以導通第一開關718a和關斷第二開關718b。當?shù)谝婚_關718a導通時，高頻電流從電源Vin經(jīng)過第一開關718a流到電感器718c，從而增大了電感器(718c)電流。該高頻電流跟隨瞬變信號I TH的高頻分量，并且僅僅在瞬變期間存在。
[0103]如果瞬變信號ITH的高頻分量小于所探測到的高頻電感器718c電流信號，則PffM調(diào)制器726d可以向輔助開關轉(zhuǎn)換器718輸出低信號，以關斷第一開關718a和導通第二開關718b。當?shù)谝婚_關718a關斷并且第二開關718b導通時，高頻電流從輸出端子經(jīng)過電感器718c和第二開關718b流到地，從而增大了電感器718c電流。該高頻電流跟隨瞬變信號ITH的高頻分量，并且僅僅在瞬變期間存在。
[0104]如上所述，在輔助開關轉(zhuǎn)換器718中存在零DC電流。因此，輔助開關轉(zhuǎn)換器718可以僅僅用于應對瞬變來在負載電流突然增大或降低的情況下(例如，在負載階躍的開端或結(jié)尾)吸收或注入額外的電流。為此，一旦瞬變信號的高頻分量消失，輔助開關轉(zhuǎn)換器718可以不對輸出端子吸收或注入額外的電流。在這種情形下提供給輸出端子的平均電流可以為零。就是說，輔助開關轉(zhuǎn)換器718可以只響應于與電流負載階躍相關的瞬變的開端部分和結(jié)尾部分。
[0105]在一個具體的例子中，Vin可以是8V，Vout可以是IV，電流負載階躍可以是25A，主開關轉(zhuǎn)換器的開關頻率可以是280kHz，輔助開關轉(zhuǎn)換器的開關頻率可以是2.251取，1^。。[)可以是5πιΩ (歐姆)，主開關轉(zhuǎn)換器中的電感器的電感可以是6.8μΗ，輔助開關轉(zhuǎn)換器中的電感器的電感可以是10nH，并且Cout可以是10yF。在另一具體例子中，Vin可以是8V，Vout可以是IV，電流負載階躍可以是25Α，主開關轉(zhuǎn)換器的開關頻率可以是280kHz，輔助開關轉(zhuǎn)換器的開關頻率可以是2.25MHz，Rd_P可以是5mΩ (歐姆)，主開關轉(zhuǎn)換器中的電感器的電感可以是6.8μΗ，輔助開關轉(zhuǎn)換器中的電感器的電感可以是680nH，并且Cout可以是100yF。
[0106]在一種實現(xiàn)方式中，主開關轉(zhuǎn)換器和輔助開關轉(zhuǎn)換器連同它們各自的控制機構(gòu)可以被設置在兩個獨立的集成電路中。在另一種實現(xiàn)方式中，主開關轉(zhuǎn)換器和輔助開關轉(zhuǎn)換器連同它們各自的控制機構(gòu)可以被設置在單一集成電路中。在另一種實現(xiàn)方式中，主開關變換器和輔助開關轉(zhuǎn)換器可以被設置在單一集成電路中，并且它們的控制機構(gòu)可以被設置在獨立的集成電路中。在再另一種實現(xiàn)方式中，用于主開關轉(zhuǎn)換器和輔助開關轉(zhuǎn)換器的開關以及用于這些開關的控制機構(gòu)可以被設置在單一集成電路上，并且電感器可以位于該單一集成電路外面。在再另一種實現(xiàn)方式中，用于主開關轉(zhuǎn)換器和輔助開關轉(zhuǎn)換器的開關可以被設置在單一集成電路上，并且控制機構(gòu)和電感器可以位于該單一集成電路外面。
[0107]雖然前面已經(jīng)介紹了被認為是最佳的方式和/或其它例子，但是應當理解，可以在其中進行各種修改，并且本文公開的主題可以以各種不同的形式和實例來實施，并且這些思想可以應用于多種不同的應用，本文只是介紹了其中的一部分而已。我們打算用后附的權利要求來請求保護落在本發(fā)明思想的真實范圍之內(nèi)的任何和全部的應用、更改和變化。
[0108]除非另有說明，本申請中提出的，包含在后附的權利要求書中的所有的測量、數(shù)值、定額、位置、幅度、尺寸和其它技術規(guī)格都是近似的，而非精確的。它們是用來囊括與它們所涉及的功能以及與它們所屬于的領域中的慣用手段相符的合理范圍。
[0109]保護范圍僅由目前給出的權利要求限定。該范圍預期并且應當被理解為像在參考本說明書以及后續(xù)的專利答辯歷史來解釋的權利要求中使用的語言的普通含義相一致那樣寬泛，并且涵蓋了所有結(jié)構(gòu)上和功能上的等價物。盡管，沒有任何一個權利要求是用來包含不能滿足專利法第101、102和103章的要求的主題，不應以那樣的方式解釋這些權利要求。任何無意造成的包含了這些主題由此會被放棄。
[0110]除了以上所申明的，沒有所陳述或示出的內(nèi)容意在或應該被解釋為向公眾公布任何組件、步驟、特征、目的、益處、優(yōu)點或等價，不管其是否引用于權利要求中。
[0111]應該理解的是，本文中所使用的術語和表述具有與在其研究和探討的對應領域中所使用的這些術語和表述一致的一般含義，除非另外說明其具有特定含義。如第一、第二等的相關表述可以僅用于區(qū)分一個實體或動作與另一個實體或動作，而非必須要求或表明這些實體或動作之間具有任何實際的這種關系或順序。術語“包括”、“包含”或它們的其他同義詞意在涵蓋非排除的包含，使得包括元素列表的處理、方法、物件或設備不僅包括這些元素，還可以包括沒有表述在列表中的或這種處理、方法、物件或設備所固有的其他元素。沒有進一步約束的情況下，限定元素的“一”或“一個”不排除包含該元素的處理、方法、物件或設備中存在另外的相同元素。
[0112]摘要的公開允許閱讀者快速地獲得本技術公開的本質(zhì)。其為根據(jù)理解的總結(jié)，不用于解釋或限定權利要求的范圍或含義。另外，在上述詳細描述中，可以看出，為了使本公開流暢，各實施例中不同的特征被組合在一起。但是，這種公開方法不應被解釋為反映出聲稱的實施例要求比在每個權利要求中明確引述的更多特征的意義。而是如權利要求中所反映的，發(fā)明主題所要求的比單個公開的實施例的所有特征少。因此，權利要求將合并與詳細描述中，每個權利要求作為獨立要求的主題獨立存在。
【主權項】
1.一種電源接口裝置，包括: 主開關轉(zhuǎn)換器，被配置成用來在輸入端子處接收第一電壓并且用來在輸出端子處輸出不同的第二電壓，該主開關轉(zhuǎn)換器包括第一主開關、第二主開關和主電感器，其中第一主開關一端與所述輸入端子相連，并且另一端與一主節(jié)點相連，第二主開關一端與該主節(jié)點相連，并且另一端與一接地端子相連，并且主電感器一端與所述主節(jié)點相連，并且另一端與所述輸出端子相連； 輔助開關轉(zhuǎn)換器，與主開關轉(zhuǎn)換器并聯(lián)相連并且被配置成用來在輸入端子處接收所述第一電壓并且用來在輸出端子處輸出所述第二電壓，該輔助開關轉(zhuǎn)換器包括第一輔助開關、第二輔助開關和輔助電感器，其中第一輔助開關一端與所述輸入端子相連，并且另一端與一輔助節(jié)點相連，第二輔助開關一端與該輔助節(jié)點相連，并且另一端與一接地端子相連，并且輔助電感器一端與所述輔助節(jié)點相連，并且另一端與所述輸出端子相連;和 輔助控制環(huán)電路，一端與所述輸出端子相連，另一端與輔助開關轉(zhuǎn)換器相連，該輔助控制環(huán)電路被配置成用來檢測所述輸出端子處的瞬變，并且響應于瞬變發(fā)出輔助控制信號，用來驅(qū)動輔助開關轉(zhuǎn)換器向所述輸出端子輸出快速瞬變高頻電流，其中: 輔助控制環(huán)電路被配置成通過使用電阻器和加法器電路來防止與瞬變相關聯(lián)的瞬變信號的低頻分量進入輔助開關轉(zhuǎn)換器， 該電阻器一端與輔助電感器相連，另一端與連接到所述輸出端子的加法器電路相連，和 所述輔助開關轉(zhuǎn)換器被配置成以不同于主開關轉(zhuǎn)換器的主開關頻率的輔助開關頻率操作。2.按照權利要求1的電源接口裝置，其中: 主開關轉(zhuǎn)換器包括多個處于所述輸入端子和所述輸出端子之間的彼此并聯(lián)相連的單相開關式穩(wěn)壓器，和 各個單相開關式穩(wěn)壓器被配置成以低于輔助開關頻率的主開關頻率工作，以便在所述輸出端子上提供穩(wěn)定的輸出。3.按照權利要求1的電源接口裝置，還包括主控制環(huán)電路，其一端與所述輸出端子相連并且另一端與主開關轉(zhuǎn)換器相連，該主控制環(huán)電路被配置成用來檢測所述輸出端子處的瞬變并且響應于瞬變發(fā)出用來驅(qū)動主開關轉(zhuǎn)換器的主控制信號，其中該主控制環(huán)電路包括: 主反饋探測電路，被配置成用來探測所述輸出端子上的輸出電壓并且產(chǎn)生反饋電壓， 主誤差運算放大器，被配置成用來接收所述反饋電壓和一參考電壓并且在反饋電壓和參考電壓實質(zhì)上彼此不相等時生成所述瞬變信號，和 主脈寬調(diào)制器，被配置成用來接收該瞬變信號和來自主開關轉(zhuǎn)換器的所探測到的低頻電感器電流，并且基于所述瞬變信號與所探測到的低頻電感器電流之間的差值發(fā)出主控制信號。4.按照權利要求3的電源接口裝置，其中 主控制信號包括脈寬調(diào)制信號，用于使得主開關轉(zhuǎn)換器能夠注入低頻電流來跟隨瞬變信號并且驅(qū)動輸出電流來滿足負載裝置上增大的負載電流。5.按照權利要求3的電源接口裝置，其中: 主反饋探測電路包括多個電阻器和電容器，這些電阻器和電容器被配置成用來探測輸出電壓和產(chǎn)生反饋電壓，和 主誤差運算放大器被配置成用來在其反相端子上接收反饋電壓并且在其同相端子上接收參考電壓。6.按照權利要求1的電源接口裝置，其中輔助控制環(huán)電路還包括: 第一輔助誤差放大器，被配置成用來接收加法器電路的輸出和一參考電壓，并且當加法器電路的輸出與參考電壓實質(zhì)上彼此不相等時輸出第一誤差信號，和 輔助脈寬調(diào)制器，被配置成用來接收所述第一誤差信號和來自輔助開關轉(zhuǎn)換器的所探測到的高頻電感器電流，并且基于第一誤差信號與所探測到的高頻電感器電流之間的差值發(fā)出輔助控制信號。7.按照權利要求6的電源接口裝置，其中: 第一誤差信號對應于瞬變信號的高頻分量， 所述電阻器使得輔助控制環(huán)電路能夠僅僅吸收瞬變信號的高頻分量，而不吸收瞬變信號的低頻分量，和 瞬變信號的高頻分量僅僅在負載電流中出現(xiàn)突然增大或減小時存在。8.按照權利要求7的電源接口裝置，其中: 響應于輔助控制信號，輔助開關轉(zhuǎn)換器被配置成用來向所述輸出端子注入快速瞬變高頻電流，和 快速瞬變高頻電流被配置成用來跟隨瞬變信號的高頻分量。9.按照權利要求7的電源接口裝置，其中: 輔助控制環(huán)電路還包括第二輔助誤差放大器，該第二輔助誤差放大器被配置成用來接收所探測到的平均輔助電感器電流和零平均低頻電流，并且輸出第二誤差信號，和 第一輔助誤差放大器被配置成用來基于加法器電路的輸出、參考電壓和第二誤差信號輸出瞬變信號的高頻分量。10.一種電源系統(tǒng)，包括: 電源； 負載裝置，被配置成從所述電源接收電力； 電源接口裝置，與電源和負載裝置相連并且被配置成用來將電源提供的第一電壓改變?yōu)橛糜诓僮髫撦d裝置的第二電壓，電源接口裝置包括主開關轉(zhuǎn)換器和輔助開關轉(zhuǎn)換器，主開關轉(zhuǎn)換器被配置成用來以第一開關頻率操作并且向負載裝置注入低頻電流，輔助開關轉(zhuǎn)換器與主開關轉(zhuǎn)換器并聯(lián)相連并且被配置成用來以不同的第二開關頻率操作且向負載裝置注入快速瞬變高頻電流;和 輔助控制環(huán)電路，其一端與輔助開關轉(zhuǎn)換器相連并且另一端與負載裝置相連，并且被配置成使用電阻器和加法器電路吸收瞬變信號的高頻分量，并且基于瞬變信號的高頻分量操作輔助開關轉(zhuǎn)換器。11.按照權利要求10的電源系統(tǒng)，其中: 輔助開關轉(zhuǎn)換器包括第一輔助開關、第二輔助開關和輔助電感器，和第一輔助開關一端與電源相連并且另一端與一輔助節(jié)點相連，第二輔助開關一端與輔助節(jié)點相連并且另一端與接地端子相連，并且輔助電感器一端與輔助節(jié)點相連并且另一端與負載裝置相連。12.按照權利要求11的電源系統(tǒng)，其中: 輔助控制環(huán)電路還包括輔助誤差運算放大器和輔助脈寬調(diào)制器， 該電阻器一端與輔助電感器相連，另一端與加法器電路相連， 加法器電路被配置成用來將輸出電壓加到在電阻器兩端檢測到的電壓上并且輸出反饋電壓， 輔助誤差放大器被配置成用來接收所述反饋電壓和一參考電壓并且在反饋電壓和參考電壓實質(zhì)上彼此不相等時輸出瞬變信號的高頻分量，和 輔助脈寬調(diào)制器被配置成用來接收所述瞬變信號的高頻分量和來自輔助開關轉(zhuǎn)換器的所探測到的高頻電感器電流，并且基于瞬變信號的高頻分量與所探測到的高頻電感器電流之間的差值發(fā)出輔助控制信號。13.按照權利要求12的電源系統(tǒng)，其中: 所述高頻分量僅僅在負載電流中出現(xiàn)突然增大或減小時存在。14.按照權利要求13的電源系統(tǒng)，其中: 響應于輔助控制信號，輔助開關轉(zhuǎn)換器被配置成用來僅僅在瞬變期間向負載裝置注入快速瞬變高頻電流，和 快速瞬變高頻電流被配置成用來跟隨瞬變信號的高頻分量。15.按照權利要求12的電源接口裝置，其中: 輔助控制環(huán)電路還包括第二輔助放大器，該第二輔助放大器被配置成用來接收所探測到的平均高頻電感器電流和零平均電流，并且輸出一誤差信號，和 輔助誤差放大器被配置成用來基于參考電壓、反饋電壓和來自第二輔助放大器的誤差信號輸出瞬變信號的高頻分量。16.按照權利要求1O的電源系統(tǒng)，其中: 主開關轉(zhuǎn)換器包括多個開關式穩(wěn)壓器，各個開關式穩(wěn)壓器包括第一主開關、第二主開關和主電感器，其中第一主開關一端與電源相連并且另一端與一主節(jié)點相連，第二主開關一端與主節(jié)點相連并且另一端與接地端子相連，并且主電感器一端與主節(jié)點相連并且另一端與負載裝置相連。17.按照權利要求16的電源系統(tǒng)，還包括主控制環(huán)電路，其一端與負載裝置相連并且另一端與主開關轉(zhuǎn)換器相連，該主控制環(huán)電路被配置成用來檢測負載裝置處的瞬變并且響應于瞬變發(fā)出用來以第一開關頻率驅(qū)動主開關轉(zhuǎn)換器的主控制信號。18.按照權利要求17的電源系統(tǒng)，其中: 主開關轉(zhuǎn)換器中的多個開關式穩(wěn)壓器包括處于電源和負載裝置之間的三個或更多個彼此并聯(lián)相連的單相開關式穩(wěn)壓器，和 各個單相開關式穩(wěn)壓器被配置成以低于第二開關頻率的第一開關頻率工作，以便在電源接口裝置的輸出端子上提供穩(wěn)定的輸出。19.按照權利要求18的電源系統(tǒng)，其中主控制環(huán)電路包括: 主反饋探測電路，被配置成用來探測所述輸出端子上的輸出電壓并且產(chǎn)生反饋電壓，主誤差運算放大器，被配置成用來接收所述反饋電壓和一參考電壓并且在反饋電壓和參考電壓實質(zhì)上彼此不相等時生成一瞬變信號，和 主脈寬調(diào)制器，被配置成用來接收該瞬變信號和來自每一單相開關式穩(wěn)壓器的所探測到的低頻電感器電流，并且基于瞬變信號與所探測到的低頻電感器電流之間的差值發(fā)出主控制信號。20.按照權利要求19的電源系統(tǒng)，其中 主控制信號包括脈寬調(diào)制信號，用于使得每一單相開關式穩(wěn)壓器能夠注入低頻電流來跟隨瞬變信號并且驅(qū)動輸出電流來滿足負載裝置上增大的負載電流。
【文檔編號】H02M1/08GK105915030SQ201610096287
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月22日
【發(fā)明人】黎堅
【申請人】凌力爾特公司