具有分離的高頻和低頻路徑信號的快速暫態(tài)供電的制作方法
【專利摘要】具有分離的高頻和低頻路徑信號的快速暫態(tài)供電。一種電源接口裝置包括主開關(guān)轉(zhuǎn)換器、輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器、和反饋檢測電路。主開關(guān)轉(zhuǎn)換器耦接至輸入終端和輸出終端，并且配置為在第一開關(guān)頻率工作，以從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起低頻電流。輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器與所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器并行地耦接至所述輸入終端和所述輸出終端，并且配置為在高于所述第一開關(guān)頻率的第二開關(guān)頻率工作，以從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起快速暫態(tài)高頻電流。
【專利說明】具有分離的高頻和低頻路徑信號的快速暫態(tài)供電
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求待審的于2015年2月20日提交的標(biāo)題為“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列號62/119，042、于2015年2月27 日提交的標(biāo)題為 “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列號62/126，418、于2015年2月 20 日提交的標(biāo)題為 “CONTROL ARCHITECTURE WITH IMPROVED TRANSIENTRESPONSE”的美國臨時專利申請序列號62/119，078、于2015年2月27日提交的標(biāo)題為“CONTROL ARCHITECTURE WITH IMPROVED TRANSIENT RESPONSE” 的美國臨時專利申請序列號62/126，421的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用全部合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
【背景技術(shù)】
[0003]供電系統(tǒng)包括電源、負(fù)載裝置、以及耦接至電源和負(fù)載裝置的電源接口裝置。電源可以包括電池、電網(wǎng)、太陽能光伏電池、AC發(fā)電機(jī)、和/或前端電源轉(zhuǎn)換器的輸出。電源接口裝置可以配置為增大或減小電源的電壓，以給負(fù)載裝置提供合適的電壓。電源接口裝置可以是升壓轉(zhuǎn)換器或者降壓轉(zhuǎn)換器或者任何其他轉(zhuǎn)換器。負(fù)載裝置可以包括電阻負(fù)載、磁性負(fù)載、電容負(fù)載、加熱器。在一個實施方式中，負(fù)載裝置可以是低電壓而高電流的負(fù)載裝置，例如計算機(jī)中央處理器(CPU)。這種類型的負(fù)載裝置可以具有很多負(fù)載暫態(tài)條件。
[0004]在負(fù)載暫態(tài)條件期間，負(fù)載裝置的電流可以在很短的時間周期內(nèi)充分地變化。例如，在暫態(tài)條件期間，負(fù)載裝置的電流可以在小于一個微秒的時間內(nèi)從OA增加到100A，或者從100A減小到0A。這些電流的急劇的變化可以在負(fù)載裝置上產(chǎn)生大的電壓變化，并且可以使輸出電壓擺動到負(fù)載裝置的調(diào)節(jié)工作窗口之外。
[0005]為了使暫態(tài)變化最小化，在一個實施方式中，可以在供電系統(tǒng)的輸出端并入大功率電容器。電容器可以在暫態(tài)條件期間發(fā)起或吸收必要的電流，因此減少負(fù)載暫態(tài)所引起的電壓變化。為此目的，輸出電容器在補(bǔ)充電感器的緩慢上升的電流以滿足來自負(fù)載裝置的電流需求的增加方面是有用的。類似地，輸出電容器在吸收電流以滿足來自負(fù)載裝置的電流的急劇的減小方面是有用的。然而，電容器是昂貴的因此會增加系統(tǒng)的成本或尺寸。
[0006]在另一個實施方式中，可以使得轉(zhuǎn)換器在更高的帶寬運行，以快速地響應(yīng)負(fù)載暫態(tài)。然而，開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器帶寬被它的開關(guān)頻率所限制。因此，為了使得轉(zhuǎn)換器在更高的帶寬運行，轉(zhuǎn)換器必須在更高的開關(guān)頻率工作。這意味著更多的功率損耗，因為每當(dāng)有開關(guān)的開啟/關(guān)閉時，就有功率損耗。因此，供電系統(tǒng)也被放置在電源和負(fù)載裝置之間的功率轉(zhuǎn)換器的功率損耗所限制。
[0007]因此，存在對這樣的供電系統(tǒng)的需要:在增加效率并減小成本和尺寸的同時能夠提供對負(fù)載裝置的暫態(tài)條件的快速響應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在一個總的方面，本申請描述一種電源接口裝置，其包括主開關(guān)轉(zhuǎn)換器、輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器、和反饋檢測電路。主開關(guān)轉(zhuǎn)換器耦接至輸入終端和輸出終端，并且配置為在第一開關(guān)頻率工作，以從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起低頻電流。輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器與所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器并行地耦接至所述輸入終端和所述輸出終端，并且配置為在高于所述第一開關(guān)頻率的第二開關(guān)頻率工作，以從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起快速暫態(tài)高頻電流。反饋檢測電路配置為檢測所述輸出終端處的輸出電壓。所述電源接口裝置還包括誤差放大器、高通濾波器、和輔助驅(qū)動器電路。誤差放大器電路配置為接收檢測到的輸出電壓和參考電壓，并且基于所述檢測到的輸出電壓與所述參考電壓來輸出暫態(tài)信號。高通濾波器配置為接收所述暫態(tài)信號并且輸出所述暫態(tài)信號的較高頻分量。輔助驅(qū)動器電路配置為基于所述暫態(tài)信號的較高頻分量來驅(qū)動所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器。
[0009]上述總的方面可以包括下面的特征中的一個或多個。所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器和所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以包括電流模式開關(guān)調(diào)節(jié)器。所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器和所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以包括多個降壓、電流模式開關(guān)調(diào)節(jié)器，其配置為將所述輸入終端的較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換成較低的電壓，所述較低的電壓作為所述輸出電壓。所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以包括第一主開關(guān)、第二主開關(guān)、和主電感器。所述第一主開關(guān)可以在一端處耦接至所述輸入電壓終端并且在另一端處耦接至主節(jié)點。所述第二主開關(guān)可以在一端處耦接至所述主節(jié)點并且在另一端處耦接至接地終端。所述主電感器可以在一端處耦接至所述主節(jié)點并且在另一端處耦接至所述輸出終端。
[0010]所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以包括第一輔助開關(guān)、第二輔助開關(guān)、和輔助電感器。所述第一輔助開關(guān)可以在一端處耦接至所述輸入終端并且在另一端處耦接至輔助節(jié)點。所述第二輔助開關(guān)可以在一端處耦接至所述輔助節(jié)點并且在另一端處耦接至所述接地終端。所述輔助電感器可以在一端處耦接至所述輔助節(jié)點并且在另一端處耦接至所述輸出終端。
[0011]所述輔助開關(guān)調(diào)節(jié)器可以配置為:僅在在負(fù)載裝置處檢測到的暫態(tài)期間發(fā)起所述快速暫態(tài)高頻電流。所述暫態(tài)可以包括負(fù)載電流的急劇的增大或減小。所述第一和第二主開關(guān)以及所述第一和第二輔助開關(guān)可以包括FET開關(guān)。
[0012]所述反饋檢測電路可以包括多個電阻器和電容器，其配置為檢測所述輸出電壓并且生成反饋電壓。所述誤差放大器可以配置為接收所述反饋電壓和所述參考電壓，并且當(dāng)所述反饋電壓和所述參考電壓實質(zhì)上彼此不相同時，生成所述暫態(tài)信號。
[0013]所述電源接口裝置還可以包括:低通濾波器，其配置為接收所述暫態(tài)信號并且輸出所述暫態(tài)信號的較低頻分量；以及主驅(qū)動器電路，其配置為基于所述暫態(tài)信號的較低頻分量來驅(qū)動所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器。所述輔助驅(qū)動器電路可以包括輔助比較器，其配置為比較所述暫態(tài)信號的所述較高頻分量與檢測到的由所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器發(fā)起的高頻電流，并且生成用于驅(qū)動所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的輔助脈沖寬度信號。所述輔助脈沖寬度信號可以使得所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器能夠向所述輸出終端發(fā)起跟蹤所述暫態(tài)信號的所述較高頻分量的高頻電流。
[0014]所述主驅(qū)動器電路可以包括主比較器電路，其配置為比較所述暫態(tài)信號的所述較低頻分量與檢測到的由所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器發(fā)起的低頻電流，并且生成用于驅(qū)動所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器的主脈沖寬度信號。所述主脈沖寬度信號使得所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器能夠向所述輸出終端發(fā)起跟蹤所述暫態(tài)信號的所述較低頻分量的低頻電流。
[0015]響應(yīng)于所述第一占空比，所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以配置為:僅在在負(fù)載裝置處通過所述反饋檢測電路檢測到的暫態(tài)期間，向所述輸出終端發(fā)起所述快速暫態(tài)高頻電流。所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以配置為在所述負(fù)載裝置的穩(wěn)態(tài)工作期間發(fā)起實質(zhì)上的零電流。
[0016]在另一個總的方面，本申請描述一種電源接口裝置，其包括:主開關(guān)轉(zhuǎn)換器，其耦接至輸入終端和輸出終端，并且配置為在第一開關(guān)頻率工作，以從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起低頻電流；以及輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器，其與所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器并行地耦接至所述輸入終端和所述輸出終端，并且配置為在高于所述第一開關(guān)頻率的第二開關(guān)頻率工作，以從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起快速暫態(tài)高頻電流。所述電源接口裝置還包括:主控制環(huán)路，其配置為驅(qū)動所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起所述低頻電流；以及輔助控制環(huán)路，其獨立于所述主控制環(huán)路，并且配置為驅(qū)動所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器在暫態(tài)期間從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起所述快速暫態(tài)高頻電流。所述輔助控制環(huán)路包括高通濾波器，其配置為輸出與所述暫態(tài)關(guān)聯(lián)的輸出電壓的較高頻補(bǔ)償分量。所述輔助控制環(huán)路配置為基于所述輸出電壓的所述較高頻補(bǔ)償分量來驅(qū)動所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器。
[0017]上述總的方面可以包括下面的特征中的一個或多個。所述主控制環(huán)路可以包括:主反饋檢測電路，其具有多個電阻器和電容器，所述多個電阻器和電容器配置為檢測所述輸出電壓并且生成反饋電壓；以及主誤差運算放大器，其配置為接收所述反饋電壓和參考電壓，并且當(dāng)所述反饋電壓和所述參考電壓實質(zhì)上彼此不相同時，生成暫態(tài)信號。所述主控制環(huán)路還可以包括主比較器電路，其配置為比較所述暫態(tài)信號與檢測到的由所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器發(fā)起的低頻電流，并且生成用于驅(qū)動所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器的主脈沖寬度信號。所述主脈沖寬度信號可以使得所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器能夠發(fā)起跟蹤所述暫態(tài)信號的低頻電流。
[0018]所述輔助控制環(huán)路可以包括:輔助反饋檢測電路，其包括低通濾波器，該低通濾波器耦接至所述輸出終端并且配置為生成所述輸出電壓的較低頻補(bǔ)償分量;輔助誤差運算放大器，其配置為直接接收所述輸出電壓和所述輸出電壓的較低頻補(bǔ)償分量，生成所述輸出電壓的較高頻補(bǔ)償分量，并且向所述高通濾波器供應(yīng)所述輸出電壓的較高頻補(bǔ)償分量。所述輔助控制環(huán)路還可以包括輔助比較器電路，其配置為比較所述輸出電壓的較高頻補(bǔ)償分量與檢測到的由所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器發(fā)起的高頻電流，并且生成用于驅(qū)動所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的輔助脈沖寬度信號。所述輔助脈沖寬度信號可以使得所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器能夠向所述輸出終端發(fā)起跟蹤所述輸出電壓的較高頻分量的所述快速暫態(tài)高頻電流。
[0019]在另一個總的方面，本申請描述一種電源接口裝置，其包括:主開關(guān)轉(zhuǎn)換器，其耦接至輸入終端和輸出終端，并且配置為在第一開關(guān)頻率運行，以從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起低頻電流；以及輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器，其與所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器并行地耦接至所述輸入終端和所述輸出終端，并且配置為在高于所述第一開關(guān)頻率的第二開關(guān)頻率運行，以從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起快速暫態(tài)高頻電流。所述電源接口裝置還包括:反饋檢測電路，其配置為檢測所述輸出終端處的輸出電壓;誤差放大器，其配置為接收檢測到的輸出電壓和參考電壓，并且基于所述檢測到的輸出電壓與所述參考電壓來輸出暫態(tài)信號;低通濾波器，其配置為接收所述暫態(tài)信號并且輸出所述暫態(tài)信號的較低頻分量;高通濾波器，其配置為接收所述暫態(tài)信號并且輸出所述暫態(tài)信號的較高頻分量;主驅(qū)動器電路，其配置為基于所述暫態(tài)信號的較低頻分量來驅(qū)動所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器；以及輔助驅(qū)動器電路，其配置為基于所述暫態(tài)信號的較高頻分量來驅(qū)動所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器。
[0020]上述總的方面可以包括下面的特征中的一個或多個。所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器和所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以包括多個降壓、電流模式開關(guān)調(diào)節(jié)器，其配置為將所述輸入終端的較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換成較低的電壓，所述較低的電壓作為所述輸出電壓。所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以包括第一主開關(guān)、第二主開關(guān)、和主電感器。所述第一主開關(guān)可以在一端處耦接至所述輸入電壓終端并且在另一端處耦接至主節(jié)點。所述第二主開關(guān)可以在一端處耦接至所述主節(jié)點并且在另一端處耦接至接地終端。所述主電感器可以在一端處耦接至所述主節(jié)點并且在另一端處耦接至所述輸出終端。
[0021 ]所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以包括第一輔助開關(guān)、第二輔助開關(guān)、和輔助電感器。所述第一輔助開關(guān)可以在一端處耦接至所述輸入終端并且在另一端處耦接至輔助節(jié)點。所述第二輔助開關(guān)可以在一端處耦接至所述輔助節(jié)點并且在另一端處耦接至所述接地終端。所述輔助電感器可以在一端處耦接至所述輔助節(jié)點并且在另一端處耦接至所述輸出終端。
【附圖說明】
[0022]各附圖僅以示例的方式(而非限制的方式)示出了根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的一個或多個實施方式。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件。
[0023]圖1示出了配置為具有快速暫態(tài)響應(yīng)和高效率的示例供電系統(tǒng)；
[0024]圖2A和圖2B示出了示例供電系統(tǒng)，其配置為包括與主開關(guān)轉(zhuǎn)換器并行運行的輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器，以應(yīng)付負(fù)載裝置的暫態(tài)條件；
[0025]圖3A-圖3E示出了與圖2A-圖2B所示的供電系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的各個示例波形；
[0026]圖4示出了示例供電系統(tǒng)，其包括用于驅(qū)動主開關(guān)轉(zhuǎn)換器和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的兩個分離的控制信號；
[0027]圖5示出了另一個示例供電系統(tǒng)，其包括用于驅(qū)動主開關(guān)轉(zhuǎn)換器和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的兩個分離的控制信號；
[0028]圖6示出了具有快速暫態(tài)響應(yīng)的圖4所示的供電系統(tǒng)的示例電路實施方式；
[0029]圖7示出了用于圖6所示的供電系統(tǒng)的控制環(huán)路的示例仿真電路；
[0030]圖8A-圖SC示出了用于圖7所示的仿真電路的示例負(fù)載暫態(tài)仿真波形；
[0031]圖9A示出了包括兩相降壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器的第一供電系統(tǒng)與包括與輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器并聯(lián)的兩相降壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器的第二供電系統(tǒng)之間的環(huán)路增益對比；
[0032]圖9B示出了用于圖9A的第一供電系統(tǒng)和第二供電系統(tǒng)的相位裕度；
[0033I圖10示出了另一個示例供電系統(tǒng)；以及
[0034]圖11示出了包括用于供電系統(tǒng)的兩個獨立的控制機(jī)制的示例仿真電路。
【具體實施方式】
[0035]在下面的詳細(xì)描述中，以示例的方式闡述了大量具體細(xì)節(jié)，以提供相關(guān)教導(dǎo)的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)顯而易見的是，本教導(dǎo)可以不用這樣的細(xì)節(jié)而被實現(xiàn)。在其他實例中，公知的各種方法、程序、組件、和/或電路在相對高層次上無細(xì)節(jié)地進(jìn)行了描述，以避免不必要地模糊本教導(dǎo)的各方面。
[0036]人們不停地尋找這樣的供電系統(tǒng):其在減少解決方案尺寸和成本并且增加供電密度的同時，具有對負(fù)載裝置處的暫態(tài)條件的快速響應(yīng)以及改善的效率。負(fù)載裝置可以具有不同的功率要求。這自然地意味著供電系統(tǒng)可以必須盡可能有效地運行，以減小尺寸并且減少輸入功率以節(jié)省能量并且增加效率。為此目的，供電系統(tǒng)可以包括彼此并行地運行的主開關(guān)轉(zhuǎn)換器和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器。主開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以在第一開關(guān)頻率運行，并且輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以在第二開關(guān)頻率運行。第二開關(guān)頻率可以高于第一開關(guān)頻率。因此，主開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以具有比輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器更高的效率(例如，更少的功率開關(guān)損耗)。相反，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以具有比主開關(guān)轉(zhuǎn)換器更好的響應(yīng)于負(fù)載裝置處的暫態(tài)的暫態(tài)性能(例如更快的暫態(tài)響應(yīng))。因為輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以比主開關(guān)轉(zhuǎn)換器具有更高的開關(guān)損耗，所以輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以不被用在穩(wěn)態(tài)工作期間向負(fù)載裝置提供主要的低頻功率。取而代之，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以僅用于應(yīng)付暫態(tài)以在負(fù)載電流的急劇的增大或減小的情況下吸收或發(fā)起附加電流。
[0037]圖1示出了配置為具有快速暫態(tài)響應(yīng)和高效率的示例供電系統(tǒng)100。供電系統(tǒng)100包括電源110、負(fù)載裝置112、以及耦接至電源110和負(fù)載裝置112的電源接口裝置114。電源110配置為輸出某一標(biāo)準(zhǔn)電壓。為此目的，電源110可以是電源插座。世界上的大多數(shù)單相交流電源插座供應(yīng)210-240V或者100-120V的電力?；蛘撸娫?10可以包括其他類型的電源，例如電池、太陽能光伏、AC發(fā)電機(jī)、或者前端電源的DC輸出電壓。不論電源110的類型，通常電源110提供不同于負(fù)載裝置112的要求電壓的電壓。所提供的電壓可以高于或低于負(fù)載裝置112的要求電壓。為了使電源電壓匹配負(fù)載電壓，供電系統(tǒng)100包括電源接口 114。
[0038]電源接口裝置114配置為將電源110的電壓改變?yōu)橛糜谪?fù)載裝置112的合適的電壓。如上所述，用于負(fù)載裝置112的合適的電壓可以高于或低于電源110的電壓。在一個實施方式中，用于負(fù)載裝置112的合適的電壓低于電源110的電壓。在一個具體示例中，電源接口裝置114配置為將電源110的電壓從12伏減小至用于負(fù)載裝置112的I伏。
[0039]負(fù)載裝置112可以包括電阻負(fù)載、磁性負(fù)載、電容負(fù)載、加熱器、或者現(xiàn)代電子裝置。大多現(xiàn)代電子裝置要求0.5伏與24伏之間的DC。這些裝置可以借助電池或者電力網(wǎng)而工作。在任何情況下，電源接口裝置114可以用于匹配這些電子裝置的電壓要求與從電源110提供的電壓。電源接口裝置114可以在負(fù)載裝置112的內(nèi)部或者可以在負(fù)載裝置112的外部。類似地，電源接口裝置114可以在電源110的內(nèi)部或者可以在電源110的外部。
[0040]電源接口裝置114可以包括變壓器、整流器、或者開關(guān)模式電源。開關(guān)模式電源已經(jīng)變得普遍，并且由于它們的良好的效率和高開關(guān)頻率而變得更小和更輕。除此之外，因為開關(guān)模式電源通常被整流為在DC電壓工作，它們最低限度地受到電力網(wǎng)的頻率(50 vs60Hz)的影響。前面的描述假設(shè)電源接口裝置114包括開關(guān)模式電源，然而，如上所述，電源接口裝置114可以包括除開關(guān)模式電源之外的電路。
[0041 ]電源接口裝置114包括兩個開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器:主開關(guān)轉(zhuǎn)換器116和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器118。主開關(guān)轉(zhuǎn)換器116可以與輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器118并行地運行，并且在較低的開關(guān)頻率(fsw)運行，為了良好的效率以及向負(fù)載裝置112發(fā)起較低頻電流。輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器118可以在較高的開關(guān)頻率(fsw)運行，以向負(fù)載裝置112發(fā)起快速暫態(tài)較高頻電流。由于較高的開關(guān)頻率(fsw)，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器118可以比主開關(guān)轉(zhuǎn)換器116效率較低，或者比主開關(guān)轉(zhuǎn)換器116具有更多的功率損耗。因此，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器118可以不用于給負(fù)載裝置112處理主要的低頻功率。為此目的，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器118的低頻電流應(yīng)最小化以得到良好的效率和低的熱應(yīng)力。取而代之，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器118可以僅用于應(yīng)付負(fù)載裝置112的暫態(tài)，以在負(fù)載電流的急劇增大或減小的情況下吸收或發(fā)起附加電流。
[0042]供電系統(tǒng)100可以與先前討論的僅使用電容器或者僅以較高的頻率運行主轉(zhuǎn)換器的供電系統(tǒng)相比具有更小的尺寸或者更高的效率。供電系統(tǒng)100可以減小輸出端上所需的電容器的尺寸，并且因此減小供電規(guī)模、PCB面積和成本。
[0043]圖2A和圖2B示出了示例供電系統(tǒng)200，其配置為包括與主開關(guān)轉(zhuǎn)換器并行運行的輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器，以應(yīng)付負(fù)載裝置的暫態(tài)。供電系統(tǒng)200包括電源210、負(fù)載裝置212、以及耦接至電源210和負(fù)載裝置212的電源接口裝置214。電源210和負(fù)載裝置212可以與參照圖1描述的電源110和負(fù)載裝置112相同，因此為簡要起見沒有對其進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0044]類似于電源接口裝置114，電源接口裝置214包括主開關(guān)轉(zhuǎn)換器216和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器218。主開關(guān)轉(zhuǎn)換器216可以包括比輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器218較低慢的開關(guān)頻率(fsw)，并且可以設(shè)計為在穩(wěn)態(tài)運行中工作。為此目的，主開關(guān)轉(zhuǎn)換器216可以具有良好的穩(wěn)定性和低輸出電壓脈動，但是因而具有對負(fù)載裝置212處的暫態(tài)的緩慢響應(yīng)。相反，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器218可以配置為僅在暫態(tài)期間發(fā)起或吸收流向或源自輸出終端的電流。輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器218的主要目的可以是為了通過吸收或者發(fā)起電流來提供快速暫態(tài)響應(yīng)，以應(yīng)付負(fù)載電流的減小或增大。供電系統(tǒng)200在Andres Barrado著的標(biāo)題為 “The Fast Response Double BuckDC-DC Converter(FRDB):Operat1n and Output Filter Influence” 的IEEE出版Vol.20，N0.6，November2005中更詳細(xì)地描述，其內(nèi)容通過引用全部合并于此。
[0045]圖2B更詳細(xì)地示出了供電系統(tǒng)200的各個組件。如圖所示，兩個降壓拓?fù)溆糜趯嵤┲鏖_關(guān)轉(zhuǎn)換器216和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器218，并且電阻負(fù)載用于負(fù)載裝置212。供電系統(tǒng)200可以使用窗口比較器來檢測Vout是否在調(diào)節(jié)窗口之外。如果是，供電系統(tǒng)200開啟輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器218以加速暫態(tài)響應(yīng)。如果不是，供電系統(tǒng)200關(guān)閉輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器218或者使輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器218維持在關(guān)閉狀態(tài)。雖然供電系統(tǒng)200提供更快的暫態(tài)響應(yīng)，但是供電系統(tǒng)200要求準(zhǔn)確的窗口比較器，如果其Vout窗口需要是緊密的因此它可能被Vout噪聲/脈動所錯誤地觸發(fā)則在實際應(yīng)用中很難實現(xiàn)這種要求。除此之外，非線性控制可以導(dǎo)致大規(guī)模輔助電感器電流過沖/負(fù)過沖以及振鈴。
[0046]圖3A-圖3E示出了與圖2A-圖2B所示的供電系統(tǒng)200關(guān)聯(lián)的各個示例波形。具體地，圖3A示出了供電系統(tǒng)200的負(fù)載裝置212中的電流負(fù)載階躍。圖3B示出了響應(yīng)于圖3A的電流負(fù)載階躍的供電系統(tǒng)200的輸出電壓。如圖所示，響應(yīng)于圖3A的負(fù)載階躍，電容器的電壓減小以補(bǔ)充電感器的緩慢上升的電流，以滿足來自負(fù)載裝置212的電流需求的增加。類似地，輸出電容器在吸收電流以滿足來自負(fù)載裝置212的電流的急劇減小方面是有用的。圖3C示出了輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器218的占空比。如圖所示，一旦輸出電壓落在調(diào)節(jié)窗口之外，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器218在負(fù)載電流的急劇增大或減小的情況下被啟動來發(fā)起或者吸收流向輸出端的電流。圖3D示出了L/NL&E/D信號，用于在輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器與主開關(guān)轉(zhuǎn)換器之間進(jìn)行選擇。如圖所示，當(dāng)電壓落在調(diào)節(jié)窗口之外時，L/NL&E/D信號在負(fù)載電流的急劇增加或減小的情況下使得輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器218發(fā)起或者吸收流向輸出端的電流。圖3E示出了輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器218響應(yīng)于負(fù)載電流的急劇增加或減小而發(fā)起或者吸收的電流。
[0047]圖4示出了示例供電系統(tǒng)400，其包括用于驅(qū)動主開關(guān)轉(zhuǎn)換器和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的兩個分離的控制信號。供電系統(tǒng)400不使用具有如圖2所示的Vout暫態(tài)檢測的非線性控制。取而代之，使用了線性控制以便輕易地設(shè)計并優(yōu)化供電系統(tǒng)400。供電系統(tǒng)400也不需要用于從低頻電流中分離用于驅(qū)動輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的高頻電流的附加的功率電容器。這可以減小供電系統(tǒng)400的尺寸和成本。
[0048]供電系統(tǒng)400包括電源410、負(fù)載裝置412以及耦接至電源410和負(fù)載裝置412的電源接口裝置414。電源410和負(fù)載裝置412類似于電源110和負(fù)載裝置112。因此，為了使描述清楚和簡要，沒有對其進(jìn)行更詳細(xì)的描述。電源接口裝置414包括主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416、輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418、反饋與補(bǔ)償電路420、低頻控制信號驅(qū)動電路422、以及高頻控制信號驅(qū)動電路424。
[0049]主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416與輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418并聯(lián)連接。主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416可以配置為僅發(fā)起或吸收低頻電流。為此目的，主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416可以在低頻進(jìn)行切換，以維持主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416的高效率。輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418可以配置為僅發(fā)起或吸收高頻電流。為此目的，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418可以在高頻進(jìn)行切換，以達(dá)到高環(huán)路帶寬并且跟蹤高頻暫態(tài)。在穩(wěn)態(tài)中，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418提供近零負(fù)載電流并且具有低功率損耗，因此這種功率損耗在時間上被限制在負(fù)載裝置412的暫態(tài)條件的持續(xù)時間內(nèi)。
[0050]電源接口裝置414還包括反饋與補(bǔ)償電路420。反饋與補(bǔ)償電路420在一端處連接至輸出終端并且在另一端處連接至低頻控制信號驅(qū)動電路422和高頻控制信號驅(qū)動電路424。反饋與補(bǔ)償電路420配置為檢測負(fù)載裝置412處的暫態(tài)，生成暫態(tài)信號并且基于暫態(tài)信號來控制主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418中的各個開關(guān)，以盡可能快速地提供穩(wěn)定的Vout ο
[0051]暫態(tài)可以包括這樣的情形，其中存在負(fù)載電流或電壓的急劇的增大或減小。為了示出一個示例，在輸出端存在25A電流負(fù)載階躍期間，暫態(tài)可以對應(yīng)于負(fù)載階躍的開始，在達(dá)到25A的增加的電平處的第一穩(wěn)態(tài)電平之前該處存在負(fù)載電流的急劇增加。類似地，暫態(tài)可以對應(yīng)于負(fù)載階躍的結(jié)束，在達(dá)到第二穩(wěn)態(tài)電平之前該處存在負(fù)載電流的急劇減小。第二穩(wěn)態(tài)可以對應(yīng)于25A電流負(fù)載階躍之前的狀態(tài)，或者對應(yīng)于高于或低于25A電流負(fù)載階躍之前的狀態(tài)的新狀態(tài)之前的狀態(tài)。
[0052]暫態(tài)信號提供給低頻控制信號驅(qū)動電路422和高頻控制信號驅(qū)動電路424。暫態(tài)信號包括較低頻分量和較高頻分量。低頻控制信號驅(qū)動電路422配置為從暫態(tài)信號的較高頻分量中分離暫態(tài)信號的較低頻分量，并且基于較低頻分量來驅(qū)動主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416，以響應(yīng)暫態(tài)條件。高頻控制信號驅(qū)動電路424配置為從暫態(tài)信號的較低頻分量中分離暫態(tài)信號的較高頻分量，并且基于較高頻分量來驅(qū)動輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418，以響應(yīng)暫態(tài)條件。
[0053]在暫態(tài)期間，主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418兩者均工作以盡可能快速地提供穩(wěn)定的Vout ο例如，如果由于正負(fù)載階躍而存在負(fù)載電流的急劇增大(例如，從OA至100A)，則主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418工作以向輸出端發(fā)起電流。由于較高的開關(guān)頻率和較高的環(huán)路帶寬，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418可以配置為:相比主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416更快地從電源410向負(fù)載裝置412發(fā)起電流。從輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418發(fā)起的電流可以跟蹤暫態(tài)信號的較高頻分量。因此，從輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418發(fā)起的電流僅存在于暫態(tài)期間，而不存在于穩(wěn)態(tài)工作期間。也就是，一旦暫態(tài)結(jié)束(例如，在穩(wěn)態(tài)中)，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418發(fā)起近零負(fù)載電流。與先前的示例保持一致，從輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418發(fā)起的電流在負(fù)載電流從OA急劇變化到100A時存在，而非在穩(wěn)態(tài)周期期間(負(fù)載電流在回落至OA或某個其他電平之前保持在100A時)存在。
[0054]相反，從主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416發(fā)起的電流可以跟蹤暫態(tài)信號的較低頻分量，也可以在穩(wěn)態(tài)期間跟蹤較低頻電流。因此，從主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416發(fā)起的電流不僅在暫態(tài)期間存在也在穩(wěn)態(tài)操作期間存在。與先前的示例保持一致，從主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416發(fā)起的電流跟蹤暫態(tài)信號的較低頻分量以緩慢地增大到10A并且保持在10A，直到負(fù)載階躍結(jié)束。
[0055]再例如，如果負(fù)載電流有急劇的減小，則主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418工作以從輸出端吸收電流至地線。再次，由于較高的開關(guān)頻率和較高的環(huán)路帶寬，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418可以配置為:相比主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416，更快地從負(fù)載裝置412吸收電流。此外，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418可以被驅(qū)動器424所控制，以吸收跟蹤暫態(tài)信號的較高頻分量的電流。因此，該電流僅在暫態(tài)條件期間吸收，而不在穩(wěn)態(tài)工作期間吸收。與先前的示例保持一致，從輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418吸收的電流在負(fù)載電流從100A急劇變化到OA時存在，而不在穩(wěn)態(tài)周期期間(負(fù)載電流保持在OA或某個其他電平時)存在。相反，主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416可以被驅(qū)動器422所控制，以吸收跟蹤暫態(tài)信號的較低頻分量的電流。與先前的示例保持一致，主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416可以緩慢地從輸出端吸收電流直到負(fù)載電流達(dá)到新的閾值電平。與先前的示例保持一致，新的閾值電平可以是0A。
[0056]在暫態(tài)終止之后，電源接口裝置414可以回到其正常工作。在它的正常工作中，主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416可以向輸出端發(fā)起低頻電流，其電平與負(fù)載階躍之前的電平對應(yīng)，或者與負(fù)載階躍之后的新電平對應(yīng)。然而，在負(fù)載階躍終止之后，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418可以不向輸出端發(fā)起或吸收附加DC電流，以維持高效率。
[0057]為了預(yù)防暫態(tài)信號的較低頻分量進(jìn)入輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418，高頻控制驅(qū)動電路424可以采用高通濾波器。高通濾波器配置為過濾掉暫態(tài)信號的較低頻分量并且允許暫態(tài)信號的較高頻分量激活或驅(qū)動輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418。類似地，為了預(yù)防暫態(tài)信號的較高頻分量進(jìn)入主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416，低頻控制驅(qū)動電路422可以采用低通濾波器。低通濾波器配置為過濾掉暫態(tài)信號的較高頻分量并且允許暫態(tài)信號的較低頻分量激活或驅(qū)動主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416。
[0058]圖5示出了另一個示例供電系統(tǒng)500，其包括用于驅(qū)動主開關(guān)轉(zhuǎn)換器和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的兩個分離的控制信號.供電系統(tǒng)500類似于供電系統(tǒng)400，除了低通濾波器(“LPF”)和高通濾波器(“HPF”)示出為包括在電源接口裝置514之內(nèi)，但分別在低頻控制驅(qū)動電路522和高頻控制驅(qū)動電路524之外。
[0059]圖6示出了具有快速暫態(tài)響應(yīng)的圖4所示的供電系統(tǒng)400的示例電路實施方式600。如圖所示，電路實施方式600的電源接口包括多相開關(guān)調(diào)節(jié)器616、618(其彼此并聯(lián)連接)、反饋與補(bǔ)償機(jī)制620、以及驅(qū)動器電路622、624。
[0060]主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616對應(yīng)于主開關(guān)轉(zhuǎn)換器416并且輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618對應(yīng)于輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器418。主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618可以歸類為脈沖寬度調(diào)制(PWM)類型。PWM產(chǎn)生具有固定的頻率可變脈沖寬度的脈沖序列。主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616配置為在比輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618低的開關(guān)頻率fsw上運行。輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618配置為在比主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616高的頻率上運行，以快速地響應(yīng)負(fù)載裝置612處的暫態(tài)。雖然具體的示例示出了兩個開關(guān)調(diào)節(jié)器616和618，但是電源接口裝置600可以包括多于兩個開關(guān)調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器616可以具有兩個或更多相位。類似地，調(diào)節(jié)器618可以具有兩個或更多相位。為此目的，本申請不限于單個開關(guān)調(diào)節(jié)器616和單個開關(guān)調(diào)節(jié)器618。任何數(shù)量的這樣的調(diào)節(jié)器可以相互并聯(lián)連接。
[0061]開關(guān)調(diào)節(jié)器616和618可以是包括電感器的電流模式開關(guān)調(diào)節(jié)器。開關(guān)調(diào)節(jié)器616和618可以是同步開關(guān)調(diào)節(jié)器，但它們也可以是非同步開關(guān)調(diào)節(jié)器。在一個具體示例中，開關(guān)調(diào)節(jié)器616和618可以是降壓、電流模式開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中輸入電壓Vin大于輸出電壓Vout0
[0062]主開關(guān)調(diào)節(jié)器616可以包括第一開關(guān)616a、第二開關(guān)616b、和電感器616c。第一開關(guān)616a和第二開關(guān)616b可以是功率FET開關(guān)。功率FET開關(guān)可以是η-溝道FET或p-溝道FET開關(guān)。類似地，輔助開關(guān)調(diào)節(jié)器618可以包括第一開關(guān)618a、第二開關(guān)618b、和電感器618c。第一開關(guān)618a和第二開關(guān)618b可以是功率FET開關(guān)。FET開關(guān)可以是η-溝道FET或P-溝道FET開關(guān)。雖然描述了 FET類型開關(guān)，也可以使用其他合適的技術(shù)。
[0063]在主開關(guān)調(diào)節(jié)器616中，第一開關(guān)616a可以在一端處連接至Vin并且在另一端處連接至第一節(jié)點626。第二開關(guān)616b可以在一端處連接至第一節(jié)點626并且在另一端處連接至接地終端。電感器616c可以在一端處連接至第一節(jié)點626并且在另一端處連接至輸出終端628。輸出終端628可以連接至輸出電容器Cout和負(fù)載電阻Rl。
[0064]在輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618中，第一開關(guān)618a可以在一端處連接至Vin并且在另一端處連接至第一節(jié)點630。第二開關(guān)618b可以在一端處連接至第一節(jié)點630并且在另一端處連接至接地終端。電感器618c可以在一端處連接至第一節(jié)點630并且在另一端處連接至輸出終端628。
[0065]電源接口裝置600配置為向耦接至輸出終端628的負(fù)載裝置612以調(diào)節(jié)電壓Vout發(fā)起或吸收輸出電流。為此目的，主開關(guān)調(diào)節(jié)器616中的第一開關(guān)616a和第二開關(guān)616b由第一驅(qū)動器電路622來進(jìn)行開和關(guān)的切換。開關(guān)616a和616b可以被驅(qū)動為彼此異相，以向耦接至輸出終端628的負(fù)載裝置612發(fā)起或吸收電流。類似地，輔助開關(guān)調(diào)節(jié)器618中的第一開關(guān)618a和第二開關(guān)618b由第二驅(qū)動器電路624來進(jìn)行開和關(guān)的切換。開關(guān)618a和618b可以被驅(qū)動為彼此異相，以向耦接至輸出終端628的負(fù)載裝置612發(fā)起或吸收電流。
[0066]開關(guān)616a和616b配置為在第一開關(guān)頻率上運行。開關(guān)618a和618b配置為在第二開關(guān)頻率上運行。第二開關(guān)頻率可以高于第一開關(guān)頻率，以更快地響應(yīng)負(fù)載裝置612處的暫態(tài)。也就是，由于更快的開關(guān)頻率，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618配置為相比主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616更快地發(fā)起或吸收流向或源自負(fù)載裝置612的電流。由于更高的頻率，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618比主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616具有更多的功率損耗。因此，為了減少電源接口裝置600的功率損耗，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618的工作可以限制在負(fù)載裝置612所經(jīng)歷的暫態(tài)條件下。也就是，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618可以僅在暫態(tài)期間發(fā)起或吸收電流，并且可以在穩(wěn)態(tài)工作期間提供零負(fù)載電流。
[0067]雖未示出，附加電路可以添加到電源接口裝置600，以在一個開關(guān)晶體管開啟的時刻與另一個開關(guān)晶體管關(guān)閉的時刻之間提供短暫的死區(qū)時間或消隱間隔。當(dāng)開關(guān)616a、618a開啟并且開關(guān)616b、618b關(guān)閉時，在單相開關(guān)調(diào)節(jié)器616和618中的每一個中，電流從Vin通過電感器616c、618c流向輸出終端628。在這種情形中，電感器電流616c和618c隨時間的變化率可以等于(Vin-Vout )/L。當(dāng)開關(guān)616a、618a關(guān)閉并且開關(guān)616b、618b開啟時，電流從接地終端通過電感器616c和618c流向輸出終端628。在這種情形中，電感器電流616c和618c隨時間的變化率可以等于-Vout/L。在上面描述的每個情形中，輸出終端處的總電流可以是通過電感器616c和618c的累積電感器電流。
[0068]電源接口裝置600還包括反饋與補(bǔ)償機(jī)制620。反饋與補(bǔ)償機(jī)制620在一端處連接至輸出終端628并且在另一端處連接至用于驅(qū)動單相開關(guān)調(diào)節(jié)器616和618的驅(qū)動器電路622、624。反饋與補(bǔ)償機(jī)制620配置為檢測暫態(tài)條件并且控制單相開關(guān)調(diào)節(jié)器616和618中的各個開關(guān)，以盡可能快速地提供穩(wěn)定的Vout。為此目的，反饋與補(bǔ)償機(jī)制620包括反饋電壓檢測電路、誤差放大器620a、和補(bǔ)償電路620b。
[0069]反饋電壓檢測電路配置為通過包括R1、R2、C1、和C2的電阻器和電容器的網(wǎng)絡(luò)來檢測Vout。電阻器Rl和R2的網(wǎng)絡(luò)形成電阻分壓器并且對信號Vout進(jìn)行縮放使其與Vref成比例。提供可選電容器Cl和C2為使分壓器與頻率相關(guān)。該頻率相關(guān)的分壓的Vout可以被稱為反饋電壓Vfb。提供反饋電壓Vfb和參考電壓Vref作為誤差放大器gm(示為跨導(dǎo)(gm)放大器)620a的輸入。誤差放大器620a可以是電流輸出類跨導(dǎo)放大器或者電壓輸出類放大器。
[0070]誤差放大器620a在其反相輸入端監(jiān)控與Vout成比例的反饋電壓Vfb，并且在其非反相輸入端監(jiān)控參考電壓Vref。反饋電壓Vfb應(yīng)近似等于參考電壓Vref。當(dāng)這兩個電壓不相等時，放大器620a可以在其輸出端提供暫態(tài)電壓控制信號。放大器620a的輸出電壓可以對應(yīng)于實際輸出電壓與期望輸出電壓之間的差。放大器620a的輸出電壓與反饋電壓Vfb成反比。隨著反饋電壓Vfb減小，放大器620a的輸出電壓增加增大。隨著反饋電壓Vfb增加增大，放大器620a的輸出電壓減小。頻率補(bǔ)償電路620b包括各個多個電容器和電阻器，以給反饋環(huán)路提供頻率補(bǔ)償。在電流模式供電系統(tǒng)中，取代電壓，放大器620a可以在其輸出端提供暫態(tài)電流控制信號。在任何情況下，暫態(tài)控制信號(電流或電壓)控制轉(zhuǎn)換器616和618的總輸出電流。
[0071]第一驅(qū)動器電路622包括緩沖器622a、低通濾波器622b、和比較器622c。緩沖器622a可以配置為從反饋與補(bǔ)償機(jī)制620向第一驅(qū)動器電路622提供電阻抗變換。緩沖器622a可以是電壓緩沖器或電流緩沖器。低通濾波器622b阻擋暫態(tài)控制信號ITH的較高頻分量^!^并且允許暫態(tài)控制信號ITH的較低頻分量ITHDdI過。較低頻分量ITHdc提供給比較器622c的非反相終端，并且與電感器616c中檢測到的電流iLDC(低頻電感器電流)進(jìn)行比較，以給功率FET 616a和616b生成PffM信號。
[0072]如果較低頻分量ITHdc大于檢測到的電感器電流信號iLDC，則比較器622c可以輸出第一PWM信號。第一PffM信號可以是開啟高開關(guān)616a和關(guān)閉低開關(guān)616b的高信號，以使得主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616在負(fù)載電流增大時向輸出終端628發(fā)起電流。在時鐘周期的起初，開關(guān)616a可以被開啟并且保持在開啟狀態(tài)直到達(dá)到由于暫態(tài)導(dǎo)致的新電流閾值。在開關(guān)616a處于開啟狀態(tài)期間，低頻電流從電源Viη通過開關(guān)616a和電感器616c流向輸出終端628。因此，電流在電感器616c中朝向新電流閾值傾斜上升。以此方式，主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616發(fā)起跟蹤較低頻分量ITHdc的低頻電流，以達(dá)到由暫態(tài)設(shè)定的新電流閾值。在一個實施方式中，在暫態(tài)期間，開關(guān)616a保持開啟，而開關(guān)616b保持關(guān)閉，直到達(dá)到由暫態(tài)設(shè)定的新電流閾值。為此，例如，如果開關(guān)616a的開啟時間比周期時間T長，則在暫態(tài)期間可以不保持主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616的固定的開關(guān)頻率。在一個實施方式中，第一驅(qū)動器電路622可以激活僅一個開關(guān)調(diào)節(jié)器616向輸出終端628發(fā)起需要的電流。雖未示出，在另一個實施方式中，第一驅(qū)動器電路622可以激活多于一個開關(guān)調(diào)節(jié)器616向輸出終端628發(fā)起需要的電流。
[0073]如果較低頻分量ITHdc小于檢測到的電感器電流信號iLDC，則比較器622c可以輸出第二 PWM信號。第二 PffM信號是配置為關(guān)閉第一開關(guān)616a并且開啟第二開關(guān)616b的低信號。第二 PWM信號可以使得主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616能夠從在負(fù)載電流減小時從輸出終端628吸收電流。響應(yīng)于第二PWM信號，在時鐘周期的開始，開關(guān)616a可以被關(guān)閉，而開關(guān)616b可以被開啟，直到達(dá)到由暫態(tài)設(shè)定的新電流閾值。在開關(guān)616b的開啟期間，電流在電感器616c中朝向新電流閾值傾斜下降。以此方式，主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616吸收跟蹤較低頻分量ITHdc的低頻電流以達(dá)到由暫態(tài)設(shè)定的新電流閾值。在一個實施方式中，在暫態(tài)期間，開關(guān)616a可以保持關(guān)閉，而開關(guān)616b可以保持開啟，直到達(dá)到由暫態(tài)設(shè)定的新電流閾值。為此，例如，如果開關(guān)616b的開啟時間比周期時間T長，則在暫態(tài)期間可以不保持主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616的固定的開關(guān)頻率。一旦暫態(tài)結(jié)束(例如，達(dá)到新電流閾值)，則主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616繼續(xù)發(fā)起和/或吸收電流以根據(jù)其固定的開關(guān)頻率和占空比來保持Vout的穩(wěn)定性。該占空比可以基于輸出電壓與輸入電壓之比來確定，并且可以被設(shè)定為保持開關(guān)616a、616b的固定頻率。開關(guān)616a和616b的開啟時間和關(guān)閉時間可以基于該占空比來確定。在一個特定示例中，所述占空比可以對應(yīng)于在暫態(tài)之前設(shè)定的占空比。為此，主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616配置為在暫態(tài)以及穩(wěn)態(tài)操作期間均發(fā)起和/或吸收電流。
[0074]如上所述，放大器620b的總輸出暫態(tài)控制信號ITH也傳遞給第二驅(qū)動器電路624。第二驅(qū)動器電路624包括緩沖器624a、高通濾波器624b、和比較器624c。緩沖器624a可以配置為從反饋與補(bǔ)償機(jī)制620向第二驅(qū)動器電路624提供電阻抗變換。緩沖器624a可以是電壓緩沖器或電流緩沖器。高通濾波器624b阻擋較低頻分量11^^并且允許暫態(tài)控制信號ITH的較高頻分量ITHAdI過。較高頻分量ITHac提供給比較器624c的非反相輸入端，并且與電感器618 c中檢測到的電流i L Ac (高頻電感器電流)進(jìn)行比較。
[0075]如果較高頻分量ITHac大于檢測到的電感器電流信號iLAC，則比較器624c可以輸出第一 PWM信號。與之前的不例一致，第一 PWM信號可以是開啟高開關(guān)618a和關(guān)閉低開關(guān)618b的高信號以使得輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618能夠在負(fù)載電流增大時向輸出終端628發(fā)起另外電流。響應(yīng)于第一 PBi信號，在時鐘周期的開始，開關(guān)618a可以開啟并且保持開啟狀態(tài)，直到達(dá)到由暫態(tài)設(shè)定的新電流閾值。在開關(guān)618a處于開啟狀態(tài)期間，高頻電流從電源Vin通過開關(guān)618a和電感器618c流向輸出終端628。因此，電流在電感器618c中朝向新電流閾值傾斜上升。用這種方式，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618發(fā)起跟蹤較高頻分量ITHac的高頻電流以達(dá)到新電流閾值。發(fā)起的高頻電流壽命短暫并且僅存在于暫態(tài)期間而不存在于穩(wěn)態(tài)工作期間。在穩(wěn)態(tài)工作期間，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618可以向負(fù)載發(fā)起零電流。
[0076]如果較高頻分量ITHac小于檢測到的電感器電流信號iLDC，則比較器624c可以輸出第二 PWM信號。第二 PffM信號是配置為關(guān)閉第一開關(guān)618a并且開啟第二開關(guān)618b的低信號。響應(yīng)于第二PWM信號，在時鐘周期的開始，開關(guān)618a可以被關(guān)閉，而開關(guān)618b可以被開啟。開關(guān)618b保持開啟，直到達(dá)到由暫態(tài)設(shè)定的新電流閾值。在開關(guān)618a關(guān)閉和開關(guān)618b開啟期間，電流在電感器618c中朝向新電流閾值傾斜下降。以此方式，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618吸收跟蹤較高頻分量1^^的高頻電流以達(dá)到新電流閾值。在一個實施方式中，在暫態(tài)期間，開關(guān)618a可以保持關(guān)閉，而開關(guān)61 Sb可以保持開啟，直到達(dá)到由暫態(tài)設(shè)定的新電流閾值。為此，例如，如果開關(guān)618b的開啟時間比周期時間T長，則在暫態(tài)期間可以不保持輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618的固定的開關(guān)頻率。
[0077]來自第一驅(qū)動器電路622和第二驅(qū)動器電路624的Pmi信號可以提供給控制電路，其控制主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618的工作?？刂齐娐愤B同系統(tǒng)時鐘信號一起使用驅(qū)動器電路622的HVM信號來控制主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616的開關(guān)616a和616b的狀態(tài)。類似地，控制電路連同系統(tǒng)時鐘信號一起使用驅(qū)動器電路624的PffM信號來控制輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器618的開關(guān)618a和618b的狀態(tài)。
[0078]如果調(diào)節(jié)器616為峰值電流模式調(diào)節(jié)器，則首先其低側(cè)開關(guān)616b可以被關(guān)閉，然后其高側(cè)開關(guān)616a可以被內(nèi)部時鐘所開啟，從而增大電感器616c的電流iLDC。類似地，如果調(diào)節(jié)器618為峰值電流模式調(diào)節(jié)器，則首先其低側(cè)開關(guān)618b可以被關(guān)閉，然后其高側(cè)開關(guān)618a可以被內(nèi)部時鐘所開啟，從而增大電感器618c的電流iLAC。
[0079]如果調(diào)節(jié)器616為谷值電流模式調(diào)節(jié)器，則首先其高側(cè)開關(guān)616a可以被關(guān)閉，然后其低側(cè)開關(guān)616b可以被內(nèi)部時鐘或定時器所開啟，從而減小電感器616c的電流iLDC。類似地，如果調(diào)節(jié)器618為谷值電流模式調(diào)節(jié)器，則首先其高側(cè)開關(guān)618a可以被關(guān)閉，然后其低側(cè)開關(guān)618b可以被內(nèi)部時鐘或定時器所開啟，從而減小電感器618c的電流iLAC。
[0080]雖然在主開關(guān)轉(zhuǎn)換器616中單個高側(cè)開關(guān)616a和低側(cè)開關(guān)616b示出，但是可以有其他實施方式。例如，高側(cè)開關(guān)的數(shù)量可以是兩個或更多。類似地，低側(cè)開關(guān)的數(shù)量可以是兩個或更多。為此目的，控制電路可以按照來自驅(qū)動器電路622的信號同時啟用多于一個高側(cè)開關(guān)。類似地，控制電路可以按照來自驅(qū)動器電路622的信號同時啟用多于一個低側(cè)開關(guān)。
[0081 ]圖7示出了用于圖6所示的供電系統(tǒng)600的控制的示例仿真電路700。仿真電路700包括反饋與補(bǔ)償機(jī)制720、第一驅(qū)動器電路722、和第二驅(qū)動器電路724。反饋與補(bǔ)償機(jī)制720對應(yīng)于反饋與補(bǔ)償機(jī)制620，第一驅(qū)動器電路722對應(yīng)于第一驅(qū)動器電路622，并且第二驅(qū)動器電路724對應(yīng)于第二驅(qū)動器電路624。因此，為簡要起見沒有對其進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
[0082]圖8A-圖8C示出了用于圖7所示的仿真電路700的示例負(fù)載暫態(tài)仿真波形。圖8A示出了暫態(tài)控制信號ITH 810、暫態(tài)控制信號ITH810的較高頻分量ITHac 814、以及暫態(tài)控制信號ITH 810的較低頻分量ITHdc 812。如圖所示，暫態(tài)控制信號ITH 810為較高頻分量ITHag8 14與較低頻分量ITHdg 812之和。
[0083]較高頻分量ITHac814僅存在于輸出電流的急劇增大或減小期間。在這種情況下，較高頻分量ITHac 814僅存在于圖SB所示的負(fù)載階躍的正邊界和負(fù)邊界期間。還可以在輸出電流急劇增大或減小期間改變較低頻分量ITHdc 812。然而，一旦由于暫態(tài)達(dá)到新電流閾值，則穩(wěn)態(tài)電流的較低頻分量也會跟隨較低頻分量ITHdc 812。因此，示出的較低頻分量ITHdc812在暫態(tài)結(jié)束之后沒有消逝。為此目的，較高頻分量ITHac 814可以響應(yīng)于圖SB所示的負(fù)載階躍的正邊界而快速上升，并且一旦其達(dá)到具體的閾值電平，它可以快速消逝。相反，較低頻分量ITHdc 812可以響應(yīng)于圖SB所示的負(fù)載階躍的正邊界而緩慢上升，并且一旦其達(dá)到具體的閾值電平，它可以在負(fù)載階躍的持續(xù)時間里保持該電平。類似地，較高頻分量ITHac 814可以響應(yīng)于圖SB所示的負(fù)載階躍的負(fù)邊界而快速下降。相反，較低頻分量ITHDC812可以響應(yīng)于圖SB所示的負(fù)載階躍的負(fù)邊界而緩慢下降。
[0084]圖SB示出了電流負(fù)載階躍816以及對應(yīng)的響應(yīng)電流負(fù)載階躍816的輸出電壓818。如圖所示，輸出電壓隨著負(fù)載階躍816的正邊界下降，并且隨著負(fù)載階躍的負(fù)邊界上升。其原因是因為電容器的電壓減小以補(bǔ)充電感器的緩慢上升的電流以滿足來自負(fù)載裝置的電流需求的增加。類似地，輸出電容器在吸收電流以滿足來自負(fù)載裝置的電流的急劇減小方面是有用的。因此，如圖所示，在輸出端存在微小的電壓脈動。然而，該電壓脈動相比未采用本申請的教導(dǎo)的傳統(tǒng)供電系統(tǒng)的電壓脈動而言被顯著地減小。在一個具體示例中，輸出電壓脈動可以減小近似50%。這可以不需要復(fù)雜的控制方法或者不需要在輸出終端與用于輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)路之間采用附加AC電容器來實現(xiàn)。AC電容器配置為預(yù)防DC或低頻電流進(jìn)入用于輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)路。AC電容器會添加供電系統(tǒng)的成本和尺寸。取而代之，如參照圖4描述的本申請的供電系統(tǒng)可以通過配置為過濾掉暫態(tài)信號ITH的較低頻分量的過濾網(wǎng)絡(luò)來預(yù)防DC或低頻電流進(jìn)入輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器。
[0085]圖SC示出了由主開關(guān)轉(zhuǎn)換器響應(yīng)于較低頻分量ITHdc812而提供的較低頻電感器iLDC電流820，以及由輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器響應(yīng)于較高頻分量ITHac 814而提供的較高頻電感器iLAC電流822。如圖所示，較高頻電流822跟蹤較高頻分量ITHac 814并且較低頻電流820跟蹤較低頻分量ITHdc 814并且還跟蹤穩(wěn)態(tài)操作下的較低頻電流。為此，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以僅僅在暫態(tài)期間發(fā)起或吸收電流(例如，響應(yīng)于負(fù)載階躍的正邊界而發(fā)起電流并且響應(yīng)于負(fù)載階躍的負(fù)邊界而吸收電流)。相反，主開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以在暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)操作期間發(fā)起或吸收電流。
[0086]圖9A示出了包括兩相降壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器的第一供電系統(tǒng)與包括與輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器并聯(lián)的兩相降壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器的第二供電系統(tǒng)之間的環(huán)路增益對比。如可以看出，隨著輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的添加，第二供電系統(tǒng)的帶寬可以從SOkHz推向1MHz。這就是為何更快的暫態(tài)是可能的。通常供電系統(tǒng)在相位裕度大于零時是穩(wěn)定的。在一個實施方式中，可以期望它具有40-45度相位。
[0087]圖9B示出了用于圖9A的第一供電系統(tǒng)和第二供電系統(tǒng)的相位裕度。如可看出，在10kHz處僅使用兩相降壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器的第一供電系統(tǒng)的相位裕度為大約40度。相反，第二供電系統(tǒng)的相位裕度顯著地更高，在10kHz處高于60度。
[0088]圖10示出了另一個示例供電系統(tǒng)1000。供電系統(tǒng)1000類似于供電系統(tǒng)500，除了其包括可選誤差放大器1010，以進(jìn)一步確保由輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器生成的較高頻電感器iLAC電流在穩(wěn)態(tài)時具有零電流。為此目的，另外的誤差放大器1010在其反相終端處接收從輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器發(fā)起的平均高頻電流iLAC，并且在其非反相終端接收OA Iref。誤差放大器輸出端給電流比較器1012提供偏移信號以形成慢環(huán)并且確保電感器iLAC電流具有OA的DC平均值。比較器1012還接收感測電流iLAC和暫態(tài)信號IHT的較高頻分量。暫態(tài)信號IHT的較高頻分量被增加到偏移信號并且與感測電流iLAC進(jìn)行比較。比較器1012使用這些輸入來生成用于驅(qū)動輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的PWM信號。
[0089]在另一個實施方式中，供電系統(tǒng)可以包括兩個分離的且獨立的控制機(jī)制。兩個分離的獨立控制機(jī)制可以包括用于驅(qū)動主開關(guān)轉(zhuǎn)換器的第一控制機(jī)制以及用于驅(qū)動輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的第二 (分離的)控制機(jī)制。如果主開關(guān)轉(zhuǎn)換器是功率模塊的一部分，其不提供與輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器共享其控制機(jī)制的互連引腳，以允許更快的暫態(tài)響應(yīng)，則該設(shè)計可以是有用的。為了允許更快的暫態(tài)響應(yīng)，輔助電源接口裝置可以與該功率模塊進(jìn)行組合，而不改變主開關(guān)轉(zhuǎn)換器。電源接口裝置可以包括控制機(jī)制和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器。控制機(jī)制配置為接收檢測到的Vout和通過低通濾波器生成的低頻平均Vout信號，并且檢測Vout的較高頻補(bǔ)償分量，并且基于Vout的較高頻補(bǔ)償分量來運行輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器。
[0090]圖11示出了包括兩個獨立的控制機(jī)制的示例仿真電路1100。兩個獨立的控制機(jī)制包括主開關(guān)轉(zhuǎn)換器控制機(jī)制1110和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器控制機(jī)制1120。主開關(guān)轉(zhuǎn)換器控制機(jī)制1110可以是不提供用于與輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器共享主開關(guān)控制機(jī)制1110的互連的功率模塊的一部分。
[0091]主開關(guān)轉(zhuǎn)換器控制機(jī)制1110包括反饋電壓檢測電路1112、誤差放大器1114、補(bǔ)償電路1116、和驅(qū)動器電路1118。反饋電壓檢測電路1112在一端處連接至Vout并且在另一端處連接至誤差放大器1114。反饋電壓檢測電路1112配置為通過包括Rl、R2、C1、和C2的電阻器和電容器的網(wǎng)絡(luò)來檢測Vout。電阻器Rl和R2的網(wǎng)絡(luò)形成電阻分壓器并且對信號Vout進(jìn)行縮放以使其與Vref成比例。提供可選電容器Cl和C2以使得分壓器與頻率相關(guān)。該頻率相關(guān)的分壓的Vout可以被稱為反饋電壓Vfb。反饋電壓Vfb和參考電壓Vref被輸入至誤差放大器gm(示為跨導(dǎo)(gm)放大器)1114。誤差放大器1114可以是電流輸出類跨導(dǎo)放大器或者是電壓輸出類放大器。
[0092]誤差放大器1114在其反相輸入端監(jiān)控與Vout成比例的反饋電壓Vfb，并且在其非反相輸入端監(jiān)控參考電壓Vref。反饋電壓Vfb應(yīng)近似等于參考電壓Vref。當(dāng)這兩個電壓不相等時，放大器1114可以在其輸出端提供暫態(tài)控制信號。頻率補(bǔ)償電路1116包括多個電容器和電阻器以給反饋環(huán)路提供頻率補(bǔ)償。頻率補(bǔ)償電路1116可以使暫態(tài)信號的較高頻分量衰減，并且輸出較低頻暫態(tài)信號。較低頻暫態(tài)信號提供給驅(qū)動器電路1118。
[0093]驅(qū)動器電路1118包括比較器。比較器在其反相輸入端接收主開關(guān)轉(zhuǎn)換器的電感器中的檢測到的電流iLDC，并且在其非反相輸入端接收較低頻暫態(tài)信號。較低頻暫態(tài)信號與電感器中的檢測到的電流iLDC(低頻電感器電流)進(jìn)行比較，以生成用于驅(qū)動主開關(guān)轉(zhuǎn)換器的PffM信號。
[0094]輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器控制機(jī)制1120包括反饋檢測電路、誤差放大器1124、補(bǔ)償電路1126、緩沖器、高通濾波器(“HPF”)、和驅(qū)動器電路1128。反饋檢測電路在一端處連接至Vout并且在另一端處連接至誤差放大器1124。反饋檢測電路包括低通濾波器。低通濾波器配置為輸出低頻平均Vout信號。檢測到的Vout直接耦接至誤差放大器1124的反相輸入端，并且低頻平均Vout信號耦接至誤差放大器1124的非反相輸入端。
[0095]檢測到的Vout在穩(wěn)態(tài)工作期間應(yīng)近似等于其較低頻平均Vout信號。當(dāng)這兩個電壓不相等時，放大器1124在其輸出端可以提供Vout的較高頻補(bǔ)償分量。頻率補(bǔ)償電路1126包括多個電容器和電阻器以給反饋環(huán)路提供頻率補(bǔ)償。頻率補(bǔ)償電路1126可以加強(qiáng)Vout的較高頻補(bǔ)償分量，并且向緩沖器然后向HPF輸出Vout的較高頻補(bǔ)償分量。緩沖器可以配置為從補(bǔ)償電路1126向第二驅(qū)動器電路1128提供電阻抗變換。Vout的較高頻補(bǔ)償分量便可以通過HPF以確保其在被提供給驅(qū)動器電路1128之前不含有較低頻補(bǔ)償分量。Vout的較高頻補(bǔ)償分量便提供給比較器的非反相終端，并且與輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的電感器中的檢測到的電流iLAC(高頻電感器電流)進(jìn)行比較，以生成用于驅(qū)動輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的PffM信號。
[0096]在一個具體示例中，Vin可以是12V，Vout可以是IV，電流負(fù)載階躍可以是25A，主開關(guān)轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率可以是500kHz，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率可以是5MHz，主開關(guān)轉(zhuǎn)換器的電感器的電感可以是220nH，輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的電感器的電感可以是20nH。
[0097]在一個實施方式中，可以在兩個分離的集成電路中提供主開關(guān)轉(zhuǎn)換器和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器連同其各自的控制機(jī)制一起。在另一個實施方式中，可以在單個集成電路中提供主開關(guān)轉(zhuǎn)換器和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器連同其各自的控制機(jī)制。在另一個實施方式中，可以在單個集成電路中提供主開關(guān)轉(zhuǎn)換器和輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器，并且可以在分離的集成電路中提供各控制機(jī)制。而在另一個實施方式中，可以在一個集成電路中提供主開關(guān)轉(zhuǎn)換器連同其控制機(jī)制，并且可以在另一個集成電路中提供輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器連同其控制機(jī)制。
[0098]雖然前面已經(jīng)描述了被認(rèn)為是最佳模式的和/或其他的各示例，應(yīng)當(dāng)理解，其中可以進(jìn)行各種修改，并且在此公開的主題可以以各種形式和示例來實施，并且本發(fā)明教導(dǎo)可以在大量應(yīng)用中進(jìn)行應(yīng)用，而在此僅描述了其中的一些。隨附的權(quán)利要求旨在主張落在本發(fā)明教導(dǎo)的真實范圍之內(nèi)的任何以及所有的應(yīng)用、修改和變化。
[0099]除非另外說明，在本說明書中，包括在隨附的權(quán)利要求中闡述的所有測量、值、等級、位置、大小、尺寸、以及其他規(guī)范，都是近似的，而非精確的。它們旨在具有符合它們所相關(guān)的功能、并且符合它們所屬的技術(shù)領(lǐng)域中的慣例的合理的范圍。
[0100]保護(hù)的范圍僅由隨附的權(quán)利要求所限定。該范圍旨在且應(yīng)當(dāng)解釋為:當(dāng)按照本說明書以及隨附的公訴歷史進(jìn)行解釋時，其廣泛程度符合在權(quán)利要求中使用的語言的普通含義，并且旨在涵蓋所有的結(jié)構(gòu)和功能等價物。盡管如此，沒有權(quán)利要求旨在包括不滿足專利法的第101條、第102條、或第103條的要求的主題，它們也不應(yīng)以這樣的方式解釋。在此否認(rèn)對這樣的主題的任何無意的包含。
[0101]除非如上文所述，所說明或示出的任何內(nèi)容不旨在或不應(yīng)解釋為將任何組件、步驟、特征、對象、效益、優(yōu)點、或者等價物貢獻(xiàn)給公眾，不論是否在權(quán)利要求中列舉與否。
[0102]應(yīng)當(dāng)理解，在此使用的術(shù)語和表達(dá)具有普通含義，如在它們所對應(yīng)的各自的調(diào)查及研究領(lǐng)域中給這樣的術(shù)語和表達(dá)所賦予的含義，除非在此另外闡述了特別的含義。例如第一和第二等關(guān)系性術(shù)語可以僅用于將一個實體或動作從另一個區(qū)分開，而未必要求或暗示這樣的實體或動作之間的任何實際的這樣的關(guān)系或者順序。術(shù)語“包括”、“包括……的”或者其任何其他變化形式，旨在覆蓋非排他性包括，這樣包括一系列元件的過程、方法、項目、或設(shè)備并不僅包括那些元件，而是可以包括未明確列出的、或者這樣的過程、方法、項目、或設(shè)備所固有的其他元件。由“一個”或“一”修飾的元件，除非進(jìn)一步約束，并不排除附加的相同的元件在包括該元件的過程、方法、項目、或設(shè)備中的存在。
[0103]提供了本公開的摘要以允許讀者快速地確定本技術(shù)公開的本質(zhì)。應(yīng)當(dāng)理解所提交的摘要將不被用來解釋或限定權(quán)利要求的范圍或含義。除此之外，在前面的詳細(xì)描述中，可以看出為了使本公開精簡，各種特征在各種示例中組合在一起。這種公開方法不應(yīng)解釋為反映權(quán)利要求要求比在每項權(quán)利要求中明確列舉的更多的特征的意圖。相反，如隨附的權(quán)利要求所反映的，發(fā)明主題在于少于單個公開示例的所有特征。因此隨附的權(quán)利要求在此合并到詳細(xì)描述中，每項權(quán)利要求其本身獨立地作為單獨主張的主題。
【主權(quán)項】
1.一種電源接口裝置，其包括: 主開關(guān)轉(zhuǎn)換器，其耦接至輸入終端和輸出終端，并且配置為在第一開關(guān)頻率工作，以從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起低頻電流； 輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器，其與所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器并行地耦接至所述輸入終端和所述輸出終端，并且配置為在高于所述第一開關(guān)頻率的第二開關(guān)頻率工作，以從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起快速暫態(tài)高頻電流； 反饋檢測電路，其配置為檢測所述輸出終端處的輸出電壓； 誤差放大器，其配置為接收檢測到的輸出電壓和參考電壓，并且基于所述檢測到的輸出電壓與所述參考電壓來輸出暫態(tài)信號； 高通濾波器，其配置為接收所述暫態(tài)信號并且輸出所述暫態(tài)信號的較高頻分量；以及 輔助驅(qū)動器電路，其配置為基于所述暫態(tài)信號的較高頻分量來驅(qū)動所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器。2.權(quán)利要求1所述的電源接口裝置，其中所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器和所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器包括電流模式開關(guān)調(diào)節(jié)器。3.權(quán)利要求1所述的電源接口裝置，其中所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器和所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器包括多個降壓、電流模式開關(guān)調(diào)節(jié)器，其配置為將所述輸入終端的較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換成較低的電壓，所述較低的電壓作為所述輸出電壓。4.權(quán)利要求1所述的電源接口裝置，其中所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器包括第一主開關(guān)、第二主開關(guān)、和主電感器，其中所述第一主開關(guān)在一端處耦接至所述輸入電壓終端并且在另一端處耦接至主節(jié)點，所述第二主開關(guān)在一端處耦接至所述主節(jié)點并且在另一端處耦接至接地終端，并且所述主電感器在一端處耦接至所述主節(jié)點并且在另一端處耦接至所述輸出終端。5.權(quán)利要求4所述的電源接口裝置，其中所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器包括第一輔助開關(guān)、第二輔助開關(guān)、和輔助電感器，其中所述第一輔助開關(guān)在一端處耦接至所述輸入終端并且在另一端處耦接至輔助節(jié)點，所述第二輔助開關(guān)在一端處耦接至所述輔助節(jié)點并且在另一端處耦接至所述接地終端，并且所述輔助電感器在一端處耦接至所述輔助節(jié)點并且在另一端處耦接至所述輸出終端。6.權(quán)利要求5所述的電源接口裝置，其中: 所述輔助開關(guān)調(diào)節(jié)器配置為:僅在在負(fù)載裝置處檢測到的暫態(tài)期間發(fā)起所述快速暫態(tài)高頻電流，以及 所述暫態(tài)包括負(fù)載電流的急劇的增大或減小。7.權(quán)利要求5所述的電源接口裝置，其中所述第一和第二主開關(guān)以及所述第一和第二輔助開關(guān)包括FET開關(guān)。8.權(quán)利要求1所述的電源接口裝置，其中: 所述反饋檢測電路包括多個電阻器和電容器，其配置為檢測所述輸出電壓并且生成反饋電壓，以及 所述誤差放大器配置為接收所述反饋電壓和所述參考電壓，并且當(dāng)所述反饋電壓和所述參考電壓實質(zhì)上彼此不相同時，生成所述暫態(tài)信號。9.權(quán)利要求8所述的電源接口裝置，還包括: 低通濾波器，其配置為接收所述暫態(tài)信號并且輸出所述暫態(tài)信號的較低頻分量；以及 主驅(qū)動器電路，其配置為基于所述暫態(tài)信號的較低頻分量來驅(qū)動所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器。10.權(quán)利要求9所述的電源接口裝置，其中: 所述輔助驅(qū)動器電路包括輔助比較器，其配置為比較所述暫態(tài)信號的所述較高頻分量與檢測到的由所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器發(fā)起的高頻電流，并且生成用于驅(qū)動所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的輔助脈沖寬度信號，以及 所述輔助脈沖寬度信號使得所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器能夠向所述輸出終端發(fā)起跟蹤所述暫態(tài)信號的所述較高頻分量的高頻電流。11.權(quán)利要求10所述的電源接口裝置，其中: 所述主驅(qū)動器電路包括主比較器電路，其配置為比較所述暫態(tài)信號的所述較低頻分量與檢測到的由所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器發(fā)起的低頻電流，并且生成用于驅(qū)動所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器的主脈沖寬度信號，以及 所述主脈沖寬度信號使得所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器能夠向所述輸出終端發(fā)起跟蹤所述暫態(tài)信號的所述較低頻分量的低頻電流。12.權(quán)利要求10所述的電源接口裝置，其中響應(yīng)于所述第一占空比，所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器配置為:僅在在負(fù)載裝置處通過所述反饋檢測電路檢測到的暫態(tài)期間，向所述輸出終端發(fā)起所述快速暫態(tài)高頻電流。13.權(quán)利要求12所述的電源接口裝置，其中所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器配置為在所述負(fù)載裝置的穩(wěn)態(tài)工作期間發(fā)起實質(zhì)上的零電流。14.一種電源接口裝置，其包括: 主開關(guān)轉(zhuǎn)換器，其耦接至輸入終端和輸出終端，并且配置為在第一開關(guān)頻率工作，以從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起低頻電流； 輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器，其與所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器并行地耦接至所述輸入終端和所述輸出終端，并且配置為在高于所述第一開關(guān)頻率的第二開關(guān)頻率工作，以從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起快速暫態(tài)高頻電流； 主控制環(huán)路，其配置為驅(qū)動所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起所述低頻電流；以及 輔助控制環(huán)路，其獨立于所述主控制環(huán)路，并且配置為驅(qū)動所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器在暫態(tài)期間從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起所述快速暫態(tài)高頻電流，其中: 所述輔助控制環(huán)路包括高通濾波器，其配置為輸出與所述暫態(tài)關(guān)聯(lián)的輸出電壓的較高頻補(bǔ)償分量，以及 所述輔助控制環(huán)路配置為基于所述輸出電壓的所述較高頻補(bǔ)償分量來驅(qū)動所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器。15.權(quán)利要求14所述的電源接口裝置，其中所述主控制環(huán)路包括: 主反饋檢測電路，其具有多個電阻器和電容器，所述多個電阻器和電容器配置為檢測所述輸出電壓并且生成反饋電壓； 主誤差運算放大器，其配置為接收所述反饋電壓和參考電壓，并且當(dāng)所述反饋電壓和所述參考電壓實質(zhì)上彼此不相同時，生成暫態(tài)信號； 主比較器電路，其配置為比較所述暫態(tài)信號與檢測到的由所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器發(fā)起的低頻電流，并且生成用于驅(qū)動所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器的主脈沖寬度信號;其中 所述主脈沖寬度信號使得所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器能夠發(fā)起跟蹤所述暫態(tài)信號的低頻電流。16.權(quán)利要求14所述的電源接口裝置，其中所述輔助控制環(huán)路包括: 輔助反饋檢測電路，其包括低通濾波器，該低通濾波器耦接至所述輸出終端并且配置為生成所述輸出電壓的較低頻補(bǔ)償分量； 輔助誤差運算放大器，其配置為直接接收所述輸出電壓和所述輸出電壓的較低頻補(bǔ)償分量，生成所述輸出電壓的較高頻補(bǔ)償分量，并且向所述高通濾波器供應(yīng)所述輸出電壓的較高頻補(bǔ)償分量； 輔助比較器電路，其配置為比較所述輸出電壓的較高頻分量與檢測到的由所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器發(fā)起的高頻電流，并且生成用于驅(qū)動所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器的輔助脈沖寬度信號；以及 所述輔助脈沖寬度信號使得所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器能夠向所述輸出終端發(fā)起跟蹤所述輸出電壓的較高頻補(bǔ)償分量的所述快速暫態(tài)高頻電流。17.—種電源接口裝置，其包括: 主開關(guān)轉(zhuǎn)換器，其耦接至輸入終端和輸出終端，并且配置為在第一開關(guān)頻率運行，以從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起低頻電流； 輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器，其與所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器并行地耦接至所述輸入終端和所述輸出終端，并且配置為在高于所述第一開關(guān)頻率的第二開關(guān)頻率運行，以從所述輸入終端向所述輸出終端發(fā)起快速暫態(tài)高頻電流； 反饋檢測電路，其配置為檢測所述輸出終端處的輸出電壓； 誤差放大器，其配置為接收檢測到的輸出電壓與參考電壓，并且基于所述檢測到的輸出電壓與所述參考電壓來輸出暫態(tài)信號； 低通濾波器，其配置為接收所述暫態(tài)信號并且輸出所述暫態(tài)信號的較低頻分量； 高通濾波器，其配置為接收所述暫態(tài)信號并且輸出所述暫態(tài)信號的較高頻分量； 主驅(qū)動器電路，其配置為基于所述暫態(tài)信號的較低頻分量來驅(qū)動所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器；以及 輔助驅(qū)動器電路，其配置為基于所述暫態(tài)信號的較高頻分量來驅(qū)動所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器。18.權(quán)利要求17所述的電源接口裝置，其中所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器和所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器包括多個降壓、電流模式開關(guān)調(diào)節(jié)器，其配置為將所述輸入終端的較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換成較低的電壓，所述較低的電壓作為所述輸出電壓。19.權(quán)利要求17所述的電源接口裝置，其中所述主開關(guān)轉(zhuǎn)換器包括第一主開關(guān)、第二主開關(guān)、和主電感器，其中所述第一主開關(guān)在一端處耦接至所述輸入電壓終端并且在另一端處耦接至主節(jié)點，所述第二主開關(guān)在一端處耦接至所述主節(jié)點并且在另一端處耦接至接地終端，并且所述主電感器在一端處耦接至所述主節(jié)點并且在另一端處耦接至所述輸出終端。20.權(quán)利要求19所述的電源接口裝置，其中所述輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換器包括第一輔助開關(guān)、第二輔助開關(guān)、和輔助電感器，其中所述第一輔助開關(guān)在一端處耦接至所述輸入終端并且在另一端處耦接至輔助節(jié)點，所述第二輔助開關(guān)在一端處耦接至所述輔助節(jié)點并且在另一端處耦接至所述接地終端，并且所述輔助電感器在一端處耦接至所述輔助節(jié)點并且在另一端處耦接至所述輸出終端。
【文檔編號】H02M1/32GK105915037SQ201610096835
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月22日
【發(fā)明人】張勁東, 黎堅
【申請人】凌力爾特公司