电源中的电流仿真

文档序号:155832 发布日期:2021-10-26 浏览:19次 >En<

阅读说明:本技术 电源中的电流仿真 (Current emulation in power supply ) 是由 V·斯林尼瓦斯 C·P·阿米劳特 R·T·卡罗尔 J·R·加雷特 于 2021-04-25 设计创作,主要内容包括:本公开的实施例涉及电源中的电流仿真。一种装置包括仿真器和对应的补偿器。在操作期间,仿真器在不同时间点产生表示从输出电压向负载供应的电流量的仿真输出电流值。通常,补偿器随时间对仿真输出电流值提供选择性补偿。例如,在第一持续时间内,来自补偿器的补偿调整被用于修改仿真输出电流值。在第二持续时间内,来自补偿器的补偿调整不被用于修改仿真输出电流值。在第二持续时间期间(例如在相应的瞬态状况期间)禁用或停止调整的应用(例如基于实际测量结果的输出电流),提供相应的仿真输出电流值的更准确和及时的生成。(Embodiments of the present disclosure relate to current emulation in power supplies. An apparatus includes a simulator and a corresponding compensator. During operation, the emulator generates emulated output current values at different points in time that represent the amount of current supplied from the output voltage to the load. Typically, the compensator provides selective compensation of the simulated output current value over time. For example, compensation adjustments from the compensator are used to modify the simulated output current value for a first duration. During the second duration, compensation adjustments from the compensator are not used to modify the simulated output current value. Disabling or stopping the application of the adjustment (e.g., the output current based on the actual measurement) during the second duration (e.g., during the corresponding transient condition) provides for a more accurate and timely generation of the corresponding simulated output current value.)

电源中的电流仿真

技术领域

本公开涉及电源中的电流仿真,具体地,本公开涉及用于电流仿真的一种方法、装置、计算机可读存储介质、系统和系统制造方法。

背景技术

一种类型的常规功率转换器是降压转换器。所谓的恒定导通时间(COT)开关降压调节器具有固定的导通时间,并且使用关断时间脉冲宽度调制(PWM)或整体频率调制来调节输出电压。通常,为了将输出电压维持在期望范围内,降压转换器将所生成的输出电压的幅度与设定点参考电压进行比较,以控制功率转换器中的相应开关电路系统(诸如控制开关和同步开关)。

在不实施负载线路调节的数字电压调节器中,负载所消耗的输出电流的物理测量主要是用于多相应用中的遥测和电流平衡目的。在这种情况下,监测输出电流的相应模数转换器(ADC)往往较慢,具有较慢的更新速率。

发明内容

如果在功率转换器应用中实施负载线路调节特征,则用于提供调节的参考电压变为输出电流的函数。在实施负载线路调节的一个实例中,这意味着如果期望快速响应,则必须将用于物理测量输出电流的对应模数转换器升级为较快的模数转换器。各个模数转换器的更新速率通常是开关频率的倍数。

本公开包括观察到常规电源监测和控制技术存在缺陷。例如,如前所述,通常难以精确地知道相应的功率转换器向负载递送多少电流以便生成适当的电源控制信号,但这又是被期望精确地知道的。负载线路调节和相应的高速模数转换器(例如如前所述的快速和精确地测量输出电流)的实施方式增加了传统电源的成本以及功耗。

本文的实施例包括跟踪由功率转换器向负载递送的电流并且控制相应输出电压的生成的新颖方式。

更具体地,本文的实施例包括一种包括仿真器和对应的补偿器的装置。在操作期间,仿真器在不同时间点产生表示从输出电压向负载供应的电流量的仿真输出电流值。顾名思义,补偿器随时间向仿真输出电流值提供补偿。例如,在一个实施例中,在第一持续时间内,补偿器启用(或提供)基于所供应的电流的测量结果对仿真输出电流值的调整。在第二持续时间内,补偿器禁用(或防止)基于所供应的电流的测量结果对仿真输出电流值的调整。

尤其是在负载经历电流消耗变化的瞬态状况期间,在一个或多个时间窗口中禁用补偿器和调整的对应应用,使得相应仿真输出电流值更准确地生成。在一个实施例中,在不同的时间窗口中禁用输出电流仿真和补偿器使得输出电流被更准确地测量,减轻了对快速模数转换器物理地测量输出电流的幅度的需要。

本文的其它实施例包括,经由补偿器,响应于检测到输出电流经历瞬态(诸如尖峰)电流消耗状况的触发状况,暂时禁用对仿真输出电流值的调整。

本文中的又一些实施例包括监测资源。补偿器响应于监测资源检测到由输出电压供电的负载经历瞬态电流消耗状况的触发状况,禁用对仿真输出电流值的调整。

根据进一步的示例实施例,监测资源被配置为监测任何合适的一个或多个参数,以检测控制补偿的触发状况。例如,在一个实施例中,监测资源监测控制产生输出电压的功率转换器的操作的频率。补偿器响应于检测到频率或对应时间段的变化而禁用对仿真输出电流值的调整。

注意,在一个实施例中,监测资源以任何适当的方式感测触发事件或状况(诸如由负载经由输出电压消耗的输出电流的突然变化)的发生。例如,在一个实施例中,监测资源检测输出电压相对于参考电压的偏差;这些偏差的极性可以用作瞬态事件的指示符;等等。

在还进一步的示例实施例中,功率转换器在恒定导通时间(COT)控制模式下操作。在这种情况下,顾名思义,激活开关电源的相应控制开关(高侧开关电路系统)的持续时间是恒定的,而相应控制器调整控制高侧开关电路系统的开关频率。在一个实施例中,开关频率与基线值(例如稳态值、参考值等)的偏差和/或对应极性的变化(例如正或负偏差)指示负载的电流消耗的相应瞬态事件(突然增加或减小)。

因此,本文的实施例包括补偿器,其利用仿真电流输出值来控制在恒定导通时间控制模式下操作的功率转换器的操作;功率转换器至少部分地基于仿真输出电流值来生成输出电压以对负载供电。

在还进一步的示例实施例中,功率转换器基于参考电压生成器的输出产生输出电压。在第一持续时间和第二持续时间两者期间,如本文所述的参考电压生成器基于仿真电流输出值的幅度来导出参考电压设定点信号。功率转换器中的控制器基于所导出的参考电压设定点信号来调节输出电压的生成。如前所述,仿真器在瞬态状况期间基于纯仿真(即,没有补偿的情况下)产生仿真输出电流值,因为仿真输出电流值比物理输出电流测量结果更准确。

本文中的进一步实施例包括经由功率转换器和对应的控制器在输入电压转换成驱动负载的输出电压期间实施负载线路调节。

在还进一步的示例实施例中,如本文所述的仿真器基于将输入电压转换成输出电压的功率转换器的电感来产生仿真电流输出值。

在进一步的示例实施例中,如本文所述的仿真器包括仿真电流信息生成器,仿真电流信息生成器针对多个采样时间中的每个采样时间产生电感器电流仿真信息。仿真器使用电感器电流仿真信息作为基础来产生仿真输出电流值。例如,经由补偿器生成的调整,补偿器偏置仿真输出电流值的幅度以跟踪所供应的电流的实际测量结果的幅度。这确保仿真输出电流值通常跟踪由功率转换器向负载供应的实际输出电流。

在一个实施例中,针对多个采样时间中的每个采样时间,电感器电流仿真信息指定从输出电压向负载供应的电流量的估计变化。根据生成输出电压的相应功率转换器的开关控制状态,针对多个采样时间中的每个采样时间,仿真信息生成器生成从(功率转换器的)电感器两端的电压供应的电流量的估计变化。在一个实施例中,仿真信息生成器基于开关控制状态和诸如输入电压、输出电压等的所监测的电源参数的组合来产生仿真信息。

经由仿真信息,仿真器针对多个采样时间中的每个采样时间来估计到负载的输出电流量的变化,并且在第一持续时间和第二持续时间两者期间从所估计的变化导出仿真电流输出值。如前所述,在不应用补偿的特定持续时间内,输出电流的实际测量结果并不用于导出仿真输出电流值。

本文中的还进一步的实施例包括模数转换器和对应的电路系统,该电路系统产生由输出电压向负载供应的电流的实际测量结果。这可以包括测量对应的功率转换器的电感器两端的电压以及实施DCR测量。

在一个实施例中,补偿器偏置仿真输出电流值。通过基于实际测量结果对仿真输出电流值进行偏置,补偿器确保:与仅是所供应的电流本身的实际测量结果相比较(当存在瞬态输出电流状况时,所述实际测量在短持续时间内易于出错),由仿真器产生的仿真电流输出值是从输出电压向负载供应的电流量的更准确的表示。

注意,本文的其它实施例包括计时器。在这种情况下,在一个非限制性示例实施例中,在禁用调整的第二持续时间之后的一定时间量之后,计时器使得仿真电流输出值的生成基于输出电流的实际测量结果。

如前所述,这里的实施例比传统技术有用。例如,在瞬态状况期间禁用或停止对仿真输出电流值的补偿调整并且在基本上纯仿真模式下操作,由此得出更准确的输出电流值,该输出电流值随后被用于控制输入电压转换成输出电压。本文的实施例包括输出电流的数字仿真,以在没有快速模数转换器(ADC)的情况下实施负载线路特征。更具体地说,在一个实施例中,被实施以测量实际电流的ADC不仅被实施为低更新速率,而且来自ADC的输出电流测量信号也可能被严重滤波。如前所述,基于诸如输入电压Vin、输出电压Vout、编程的L值(与电感器组件相关联)之类的监测值,以及诸如负载阶跃和负载释放状况之类的瞬态电流消耗的感测,来仿真相应功率转换器的输出电流。

将在下面更详细地公开这些和其它更具体的实施例。

注意,尽管这里讨论的实施例可以应用于功率转换器,但是这里公开的概念可以有利地应用于任何其它合适的拓扑以及一般的电源控制应用。

注意,如本文所讨论的任何资源可以包括一个或多个计算机化设备、移动通信设备、服务器、基站、无线通信装置、通信管理系统、工作站、用户装置、手持或膝上型计算机等,以执行和/或支持本文所公开的任何或所有方法操作。换句话说,一个或多个计算机化设备或处理器可以被编程和/或配置为如本文所解释的那样操作以执行如本文所描述的不同实施例。

本文中的其它实施例包括用于执行上文概述和下文详细公开的步骤和操作的软件程序。一个这样的实施例包括计算机程序产品,其包括非暂时性计算机可读存储介质(即,任何计算机可读硬件存储介质),在非暂时性计算机可读存储介质上编码软件指令以用于随后执行。当在具有处理器的计算机化设备(硬件)中执行时,所述指令编程和/或使处理器(硬件)执行本文公开的操作。这种布置通常被提供为布置或编码在非暂时性计算机可读存储介质上的软件、代码、指令和/或其它数据(例如,数据结构),所述非暂时性计算机可读存储介质例如是光学介质(例如,CD-ROM)、软盘、硬盘、存储棒、存储器设备等,或其它介质,例如一个或多个ROM、RAM、PROM等中的固件,或作为专用集成电路(ASIC)等。软件或固件或其它这样的配置可以被安装到计算机化设备上,以使得计算机化设备执行本文所解释的技术。

因此,本文的实施例针对支持如本文所讨论的操作方法、系统、计算机程序产品等。

本文的一个实施例包括其上存储有指令的计算机可读存储介质和/或系统。所述指令在由计算机处理器硬件执行时使得所述计算机处理器硬件(例如一个或多个位于同一位置或位于不同位置的处理器设备):在不同时间点,产生表示从输出电压向负载供应的电流量的仿真电流输出值;在第一持续时间内,提供(补偿)基于所供应的电流的实际测量结果对所述仿真电流输出值的调整;在第二持续时间内,禁用基于所供应的电流的实际测量结果对所述仿真电流输出值的(补偿)调整;并且至少部分地基于仿真输出电流值,控制产生输出电压的功率转换器的操作。

为了清楚起见,已经添加了上述步骤的排序。注意,可以以任何适当的顺序执行如本文所讨论的任何处理步骤。

本公开的其它实施例包括软件程序和/或相应硬件,以执行上面概述并在下面详细公开的任何方法实施例步骤和操作。

应当理解,如本文所讨论的系统、方法、装置、计算机可读存储介质上的指令等也可以严格地被实现为软件程序、固件,实现为软件、硬件和/或固件的混合,或者实现为诸如在处理器(硬件或软件)内、或者在操作系统内或在软件应用内的单独硬件。

如本文所讨论的,本文的技术非常适用于支持开关电源的领域。然而,应当注意,本文的实施例不限于在这样的应用中使用,并且本文讨论的技术也非常适合于其它应用。

另外注意,尽管本文的不同特征、技术、配置等中的每个可以在本公开的不同地方讨论,但是在合适的情况下,意图是概念中的每个概念可以可选地彼此独立地或彼此组合地执行。因此,如本文所述的一个或多个本发明可以以许多不同的方式实施和查看。

此外,注意,本文实施例的初步讨论(实施例的简要描述)有目的地不指定本公开或要求保护的本发明的每个实施例和/或递增的新颖方面。相反,本简要描述仅呈现了一般实施例和相对于常规技术的相应新颖点。对于本发明的其它细节和/或可能的观点(排列),读者可以参考本公开的

具体实施方式

部分(其是实施例的概述)和相应的附图,如下面进一步讨论的。

附图说明

图1是根据本文的实施例的支持仿真和动态补偿的电源的示例总图。

图2是示出根据本文的实施例的仿真器和相关组件的示例图。

图3是示出根据本文的实施例的功率转换器的示例图。

图4是示出根据本文的实施例的仿真信息的采样和对应生成的示例时序图。

图5是示出根据本文的实施例的监测资源和对应的补偿控制输出的实施方式的示例图。

图6是示出根据本文的实施例的在瞬态和非瞬态状况期间的仿真输出电流值的动态生成的示例时序图。

图7是示出根据本文的实施例的在瞬态和非瞬态状况期间的仿真输出电流值的动态生成的示例时序图。

图8是示出执行根据本文的实施例的方法的计算机处理器硬件和相关软件指令的示例图。

图9是示出根据本文的实施例的方法的示例图。

图10是示出根据本文的实施例的电路的制造的示例图。

从以下对在附图中示出的优选实施例的更具体的描述中,本发明的前述和其它目的、特征和优点将变得显而易见,在附图中,相同的附图标记在不同的视图中始终表示相同的部件。附图不一定是按比例的,而是重点在于示出实施例、原理、概念等。

具体实施方式

本文的实施例包括一种装置,该装置包括仿真器和对应的补偿器。在操作期间,仿真器在不同时间点产生表示从输出电压向负载供应的电流量的仿真输出电流值。补偿器随时间对仿真输出电流值提供选择性补偿。例如,在第一持续时间内,补偿器启用(提供)基于对所供应的电流的测量结果对仿真输出电流值的补偿调整。在第二持续时间内,补偿器禁用(防止)基于对所供应的电流的测量结果对仿真输出电流值的补偿调整。在一个实施例中,尤其是在负载经历电流消耗变化的瞬态状况期间,在输出电流仿真期间补偿器的临时禁用和相应的补偿调整提供了相应仿真输出电流值的更准确生成。

现在,更具体地,图1是根据本文的实施例的、支持输出电流仿真和动态补偿的电源的示例总图。

在该示例实施例中,电源100包括功率转换器135、监测资源170、仿真器141、补偿器160和输出电流测量资源150。功率转换器135包括控制器140和电压转换器165。

如图所示,输出电流测量资源150接收一个或多个信号132(例如与电压转换器165相关联的反馈信号)。顾名思义,经由一个或多个信号132,输出电流测量资源150物理地测量由输出电压123向负载118供应的输出电流122。

在一个实施例中,基于信号132,输出电流测量资源150产生指示输出电流122的幅度的输出电流信息155。输出电流测量资源150是或包括一个或多个模数转换器,以测量电压转换器165中的相应电感器两端的电压。

输出电流测量资源150包括一个或多个模数转换器和对应的电路系统,该电路系统产生由输出电压123向负载118供应的电流的实际采样测量。这可以包括测量对应的功率转换器165的电感器(例如图3中的电感器325)两端的电压,并且实施DCR测量。可以实施任何备选类型的物理测量以检测输出电流122的幅度或幅度变化。

顾名思义,监测资源170监测与电源100相关联的一个或多个参数142。在一个实施例中,监测资源170监测电源100的瞬态输出电流状况,例如当负载118经历输出电流122的突然增加或减少(例如,高于或低于阈值)时。这可以包括控制信号105或其它合适实体的监测。

基于检测到指示相应瞬态状况的触发状况,监测资源170产生控制信息151。在一个实施例中,控制信息151包括指示瞬态(输出电流)状况发生的时间窗口的信号。如下面进一步讨论的,控制信息151控制仿真器141何时将使用输出电流信息155作为基础来校正或提供对仿真输出电流值125的补偿。

更具体地,在一个非限制性示例实施例中,补偿器160接收指示瞬态输出电流状况发生的时间窗口的控制信息151。另外,补偿器160接收由仿真器141产生的仿真输出电流值125。基于输出电流信息155、控制信息151和仿真输出电流值125的组合,补偿器160产生输出到仿真器141的调整信息145。

如进一步所示,仿真器141接收调整信息145、控制信号105的状态信息、输出电压Vout的状态信息、输入电压Vin的状态信息。基于这样的输入,仿真器141产生被传输到控制器140的仿真输出电流值125。

如本文进一步讨论的,控制器140使用仿真输出电流值125作为基础来控制电源100中的电压转换器165的操作。

根据另外的示例实施例,在操作期间,仿真器141在不同的时间点产生仿真输出电流值125(估计),其表示从输出电压123向动态负载118供应的输出电流122的量。如前所述,补偿器160随时间向仿真输出电流值125提供补偿(经由调整信息145)。例如,在一个实施例中,在第一持续时间内(例如当负载118消耗基本上恒定或稳态量的电流时),补偿器160将调整信息145(从输出电流信息150导出)输入到仿真器141。如本文进一步讨论的,在第一时间窗口期间,仿真器141使用调整信息145(例如从输出电流122的物理测量结果导出)来调整仿真输出电流值125。

在第二持续时间内,例如在由控制信息151指示的瞬态状况期间,仿真器141暂时停止使用或不接收调整信息145来生成仿真输出电流值125。在这种情况下,仿真器141并不基于由输出电流测量资源150指示的所供应的电流的测量结果(诸如调整信息145)来生成仿真输出电流值125。相反,仿真器141基于控制信号105的状态以及测量的输入电压Vin和测量的输出电压Vout产生仿真输出电流值125。

如本文进一步讨论的,尤其是在负载118经历输出电流122消耗的变化的瞬态状况期间,停止使用或禁用在一个或多个时间窗口中由补偿器160提供的补偿(例如从输出电流信息155导出的调整信息145),该停止使用或禁用提供了相应仿真输出电流值125的更准确生成。

图2是示出根据本文的实施例的仿真器和相关组件的示例图。

如图所示,并且如先前所讨论的,电源100包括仿真器141、监测资源170和补偿器160。电源100还包括参考电压生成器295。

在该示例实施例中,仿真器141包括电压生成器243、复用器245、放大器261和加法器221(例如数字加法器)。在一个实施例中,仿真器141是根据相应的采样时钟进行操作的数字电路。如这里进一步讨论的,每个时钟信号使加法器221执行加法(求和)功能。

如进一步所示,补偿器160包括多个组件,包括滤波器217、加法器222、复用器246(也称为多路复用器)、控制器240(例如PI或比例积分控制器或其它合适的资源)。

在该示例实施例中,仿真器141基于将输入电压121转换成输出电压123的电压转换器165(图1)的(图3中的电感器325的)电感L产生仿真电流输出值125。

更具体地说,仿真器141包括电压值生成器243,电压值生成器基于输入电压121和输出电压123的幅度产生不同的电压值V1、V2和V3。例如,电压值生成器243接收输入电压121的幅度和输出电压123的幅度,并且使用这些信息产生电压值V1(其中V1=Vin-Vout)、V2(其中V2=0-Vout)和V3(其中V3=-Vd-Vout)。其中Vd可以是0.5V。

电压转换器165以控制信号105所指示的3种不同开关状态中的一个开关状态操作。控制信号105控制复用器245的状态。

基于控制信号105的设置(例如,在图3中示出和讨论的三态中,开关Q11是否导通、开关Q12是否导通、或者Q11和Q12两者是否都断开),仿真器141的复用器245将相应的电压值V1、V2或V3输出到放大器261。放大器261将dT/L的增益(其中dT是操作加法器221、222和223中的每个加法器的采样时间段,并且L是图3中的电感器325的电感)施加到接收的电压值(V1、V2或V3),并且产生输出到加法器221的相应电感器电流仿真信息241(诸如操作采样时钟频率的数字加法器,其中dT是与采样时钟频率相关联的时间段)。

如前所述,仿真器141使用从放大器261输出的电感器电流仿真信息241(针对每个采样周期或时间段的电流的计算变化)作为基础来产生仿真输出电流值125。更具体地,在瞬态电流消耗状况期间,仿真器141基于电感器电流仿真信息241产生仿真输出电流值125,而没有来自补偿器160的补偿。相反,在稳态电流消耗状况期间,仿真器141基于电感器电流仿真信息241和来自补偿器160的补偿信息(诸如补偿调整145)产生仿真输出电流值125。

当在稳态状况期间使用时,经由补偿器160生成的调整145,补偿器160偏置仿真输出电流值125的幅度,以一般地跟踪输出电流122的实际测量结果的幅度。偏置(通过调整145)确保仿真输出电流值125通常跟踪由电压转换器165提供给负载118的实际输出电流122。

如进一步所示,在一个实施例中,仿真输出电流值125的补偿取决于对由监测资源170监测的触发状况的检测。在该示例实施例中,经由将与控制信号105相关联的测量时间段142和阈值信息251进行比较,监测资源170检测瞬态状况。响应于检测到控制信号105的测量时间段(或频率)高于和/或低于相应阈值,监测资源170产生控制信息151(控制信息的一个或多个比特)。

控制信息151控制补偿器160是否提供对仿真输出电流值125的补偿。例如,加法器221将仿真输出电流值125输出到滤波器217。加法器222从滤波后的仿真输出电流值125中减去输出电流信息155(使用一个或多个慢速模数转换器对输出电流122进行的物理测量),以产生输入到复用器246的信道1的信号158。

在该示例实施例中,控制信息151控制复用器246的状态。在稳态状况期间,当开关时间段通常恒定时,控制信息151设置复用器246以将复用器246的信道1输入的信号158传递到控制器240。相反,在瞬态状况期间,当开关时间段与由指示瞬态的阈值信息251指定的一个或多个阈值相交时,控制信息151将复用器246设置到信道2,其中将来自信道2的零值输入到控制器240。

控制器240接收复用器246的输出,并且产生输入到加法器221的调整145。加法器221基于电感器电流仿真信息241(即,值X)、仿真输出电流值125(即,值Y)和调整信息145(即,Z)产生仿真输出电流值125,如下所示:

Y(n+1)=Y(n)+X(n)-Z(n),

其中n=前一采样时间段,n+1=下一采样时间段。

根据控制信息151的状态,调整信息145(值Z)通常是值158(当选择复用器246的信道1时)或零值(当选择复用器246的信道2时),如通过(PI或比例积分)控制器240馈送的。以这种方式,当复用器246的信道1被选择时,在稳态状况期间补偿器160基于测量电流122(来自输出电流信息155)来偏置仿真输出电流值125的设置。当复用器246的信道1被选择时,在瞬态状况期间防止补偿器160基于测量电流122(来自输出电流信息155)偏置仿真输出电流值125的设置。

根据另外的示例实施例,电源100包括用于调节输出电压123的参考电压生成器295。如图所示,放大器262提供增益R_LL(与电压转换器165相关联的负载线路电阻值),使得放大器262的输出VR是等于仿真输出电流值125乘以电压转换器165的电阻R_LL的值。加法器223通过从电压转换器135的VID_目标值减去值VR来产生参考电压RV。VID_目标是指示用于调节输出电压123的基线幅度(设定点)的值。电压值VR提供对参考电压225的调整。

如下面在图3中进一步讨论的,电压转换器165基于由参考电压生成器295产生的参考电压225调节输出电压123。

图3是示出根据本文的实施例的功率转换器的示例图。

在该非限制性示例实施例中,电压转换器165被配置为降压转换器,其包括电压源320(提供输入电压121)、开关Q11、开关Q12、电感器325和输出电容器335。

尽管图3中的电压转换器165是降压转换器配置,但是再次注意,电压转换器165可以被实例化为任何合适类型的电压转换器并且包括任何数量的相,从而提供如本文所述的调整。

如图所示,电压转换器165的开关Q11与开关Q12串联连接在输入电压120和相应的接地参考之间。电压转换器165还包括从节点396延伸到输出电容器335和动态负载118的电感器325。

通过基于相应的控制信号105-1(应用到开关Q11的栅极G)和105-2(应用到开关Q12的栅极G)来开关所述开关Q11和Q12,耦联开关Q11的源极(S)节点和开关Q12的漏极(D)节点的节点396提供通过电感器325的输出电流122,从而生成向负载118供电的输出电压123。

在一个实施例中,控制器140基于一个或多个反馈参数来控制开关Q11和Q12的开关。例如,如前所述,控制器140可以被配置为接收输出电压反馈信号123-1,该输出电压反馈信号从如前在图1中所述的被提供用于为负载118供电的输出电压123导出。输出电压反馈信号123-1可以是输出电压123本身或其比例导数。

再次参考图3,经由比较器350,控制器140将输出电压反馈信号123-1(诸如输出电压123本身或其导数或比例信号)与参考电压225(图2)进行比较。如前所述,参考电压225是期望的设定点,在由电源100实施的负载线路调节期间以该设定点来控制输出电压123的幅度。此外,如前所述,在负载线路调节期间,参考电压225的幅度根据输出电流122的幅度而变化。

基于输出电压反馈信号123-1和电压参考225的比较,比较器350基于输出电压反馈信号123-1和参考电压225之间的差产生相应的误差电压355。由比较器350产生的误差电压355的幅度根据输出电压123的幅度处于或脱离调节的程度(相对于参考电压225)而变化。

如进一步所示,控制器140的PWM(脉冲宽度调制)控制器360基于误差电压355的幅度控制开关Q11和Q12的开关操作。例如,如果误差电压355指示(电压转换器165的)输出电压123变得小于参考电压225的幅度,则PWM控制器360在相应的开关控制周期中增加激活高侧开关Q11的占空比或频率(从而降低激活低侧开关Q12的占空比)。

相反,如果误差电压355指示(电压转换器165的)输出电压123变得大于参考电压225的幅度,则PWM控制器360在相应的开关控制周期中减小激活高侧开关Q11的占空比或频率(从而增加激活低侧开关Q12的占空比)。

如本领域所公知的,控制器140在不同时间控制开关Q11和Q12中的每个开关的导通和断开,以防止输入电压121短路到接地参考电压。例如,当开关Q11被激活为导通状态时,开关Q12被去激活为断开状态。相反,当开关Q11被去激活到断开状态时,开关Q12被激活到断开状态。注意,控制器240在状态导通-断开和断开-导通状态转换之间实施死区时间,以防止输入电压121短路到接地参考电压。

通过随着控制相应开关Q11和Q12的调制而发生的脉冲变化,控制器140控制输出电压123的生成,使得输出电压123相对于参考电压设定点225保持在期望电压范围内。

图4是示出根据本文的实施例的仿真信息的采样和对应生成的示例时序图。

在该示例实施例中,脉冲宽度调制控制器360产生驱动电压转换器165的相应开关Q11和Q12的控制信号105。

当控制信号105为逻辑高时(例如当控制信号105-1驱动开关Q11至导通状态,并且控制信号105-2驱动开关Q12至断开状态时,如状态S2所指示的),仿真器140的增益级261输出电感器电流仿真信息241,电感器电流仿真信息指示在时间T41和时间T42之间的每个采样时间段(ST=10纳秒)的输出电流122的变化为:

dI=(Vsw-Vout)×dT/L

其中dI=采样时间段的电流变化,Vsw=节点396处的电压(在该示例中诸如12VDC,因为开关Q11将输入电压传递到节点396),Vout=输出电压123的幅度(在该示例中诸如1VDC),dT=采样时间段(在该示例中为10纳秒),并且L是电感器325的电感(在该示例中为100毫微亨利)。

因此,在时间范围T41和T42之间、时间范围T43和T44之间等,仿真器140在图表420中产生仿真输出电流值125(被示为单调递增)。

相反,当控制信号105为逻辑低时(例如当控制信号105-1将开关Q11驱动到断开状态,并且控制信号105-2将开关Q12驱动到导通状态时),仿真器140的增益级261输出电感器电流仿真信息241,电感器电流仿真信息指示在时间T42和时间T43之间的每个采样时间段(ST=10纳秒)的输出电流122的变化为:

dI=(Vsw-Vout)×dT/L

其中dI=电流的变化,Vsw=节点396处的电压(例如在该示例中为0VDC,因为开关Q12导通),Vout=输出电压123的幅度(例如在该示例中为1VDC),dT=采样时间段(在该示例中为10纳秒),并且L是电感器325的电感(在该示例中为100毫微亨利)。

因此,在时间范围T42和T43之间、时间范围T44和T45之间等,仿真器140产生图表420中的仿真输出电流值125(被示为单调递减)。

如果需要,如前所述,注意仿真器140可以被配置为当开关Q11(又称为高侧开关电路或控制开关电路)和开关Q12(又称为低侧开关电路或同步开关电路)都断开时,在三态状况(死区时间)期间产生输出电流122的适当ΔI值。

图5是示出根据本文的实施例的监测资源和对应的补偿控制输出的实施方式的示例图。

如前所述,在一个实施例中,电压转换器165在恒定导通时间控制模式下操作,其中相应电压转换器165的高侧开关电路(Q11)被设置为固定值,并且控制信号105的频率(和时间段)根据驱动负载118所需的输出电流122的量而变化。

在该示例实施例中,监测资源170监测控制信号105的时间段,并且将控制信号与两个阈值251-1和251-2(诸如固定值的变量)中的每个阈值进行比较,以确定与动态负载118相关联的瞬态电流消耗状况。

例如,转换器505将控制信号105转换成测量的时间段值145-1,该时间段值被输出到比较器251-1和251-2。如果信号145-1的幅度大于阈值251-1,则比较器521将信号531设置为指示负载118释放状况的逻辑1。这触发信号547变高,从而使计数器555产生控制信号151以禁用与补偿器160相关联的补偿。

在一个实施例中,响应于检测到触发状况(例如图7中所示的在时间T11处的负载释放),计时器555防止仿真器140基于时间T11和时间T12之间的输出电流信息155(图7)生成仿真输出电流值125。在由计时器555控制的持续时间之后,计时器555将信号151设置回到如下状态:其中仿真器141至少部分地再次基于输出电流信息155(诸如模数转换器所测量的输出电流122)生成仿真输出电流值125。

相反,如果信号145-1的幅度小于阈值251-2,则比较器522将信号532设置为指示负载118阶跃状况的逻辑1。这触发信号547变高,从而使计数器555产生控制信号151以禁用补偿。在一个实施例中,响应于检测到触发状况(如图6所示的例如在时间T1处的负载阶跃),计时器555防止仿真器140基于时间T1和时间T2之间的输出电流信息155(图6)生成仿真输出电流值125。在由计时器555控制的持续时间之后,计时器将信号151设置回到如下状态:其中仿真器140至少部分地再次基于输出电流信息155(诸如模数转换器所测量的输出电流122)生成仿真输出电流值125。

因此,在瞬态状况以及对应的预定时间窗口期间,仿真器140基于纯仿真(诸如在没有从表示输出电流122的实际测量结果的输出电流信息155导出的调整的情况下)产生相应的仿真输出电流值125。在不同的时间窗口中,输出电流仿真和补偿器160的禁用提供了输出电流122的更精确的测量,减轻了对快速模数转换器(诸如输出电流测量资源150)的需要,以物理地测量输出电流122的幅度并使用这样的信息作为产生相应的输出电压123的基础。

根据进一步的示例实施例,计时器555可以被配置为:使得仿真电流输出值的生成基于在禁用来自输出电流信息155的调整的持续时间(诸如T1至T2、T11至T12等)之后的一定时间量之后所供应的电流的实际测量结果。

图6是示出根据本文的实施例的在瞬态和非瞬态状况期间的仿真输出电流值的动态生成的示例时序图。

在该示例实施例中,持续时间600示出电压转换器165和仿真器140在多个时间点和时间窗口上的操作。

例如,在时间T0和时间T1之间,动态负载118消耗基本上固定(或稳态)的电流量。在这种情况下,在时间T0和时间T1之间,基于电感器电流仿真信息241(从测量的输入电压121、测量的输出电压123和控制信号105中导出)以及从测量的输出电流155中导出的调整信息145的组合,仿真器141产生仿真输出电流值125。通常,在所示的时间T0和时间T1之间,仿真输出电流值125和实际输出电流122都紧密地跟踪所测量的输出电流信息155的幅度。控制器140产生输出电压123以跟踪参考电压225。

在时间T1或其附近,假设动态负载118相对于在T0和T1之间的时间范围内的消耗显著增加了电流消耗。响应于检测到的电流消耗的瞬态增加,监测资源170产生控制信息151以在时间T1和时间T2之间禁用由补偿器160和对应的输出电流信息155提供的补偿(或校正)。在这种情况下,因为在时间T1和时间T2之间补偿被禁用,因此仿真器141仅基于电感器电流仿真信息241产生仿真输出电流值125,而没有由调整信息145提供的补偿(校正)。因此,在时间T1和时间T2之间,仿真输出电流值125非常接近地跟踪实际输出电流122,即使输出电流信息155(实际测量电流122)并不用于提供补偿/校正。注意,来自输出电流测量资源150的输出电流信息155(诸如测量的输出电流122)由于延迟而不能紧密地跟踪实际的输出电流122。

最终,在时间T2附近,在再次达到稳态(例如基本恒定的电流消耗)之后,来自输出电流测量资源150的测量输出电流信息155再次良好地表示实际输出电流122。在这种情况下,在T1和T2之间的持续时间(时间窗口)之后,监测资源170生成控制信号151以经由输出电流信息155再次启用补偿/校正。更具体地,在时间T2和时间T3之间,动态负载118再次消耗基本上固定的电流量。在这种情况下,在时间T2和时间T3之间,基于电感器电流仿真信息241(从测量的输入电压121、测量的输出电压123和控制信号105中导出)以及调整信息145(从测量的输出电流155中导出)的组合,仿真器141产生仿真输出电流值125。通常,在时间T2和时间T3之间,仿真输出电流值125和实际输出电流122都紧密地跟踪所测量的输出电流信息155的幅度。与往常一样,控制器140产生输出电压123以跟踪参考电压225。

因此,在时间T1和时间T2之间使用仿真输出电流值125提供了对提供给负载118的电流的更准确的读取。

图7是示出根据本文的实施例的在瞬态和非瞬态状况期间的仿真输出电流值的动态生成的示例时序图。

在该示例实施例中,持续时间700示出电压转换器165和仿真器140在多个时间点上的操作。

例如,在时间T10和时间T11之间,动态负载118消耗基本上固定的电流量。在这种情况下,在时间T10和时间T11之间,基于电感器电流仿真信息241(从测量的输入电压121、测量的输出电压123和控制信号105中导出)以及从测量的输出电流155中导出的调整信息145的组合,仿真器141产生仿真输出电流值125。通常,在所示的时间T10和时间T11之间,仿真输出电流值125和实际输出电流122都紧密地跟踪所测量的输出电流信息155的幅度。控制器140产生输出电压123以跟踪参考电压225。

在时间T11处或附近,假设动态负载118相对于T10和T11之间的时间范围中的消耗显著降低了电流消耗(例如,所谓的负载释放)。响应于检测到的电流消耗的瞬态减小,监测资源170产生控制信息151以在时间T11和时间T12之间禁用由补偿器160和对应的输出电流信息155提供的补偿(或校正)。在这种情况下,因为在时间T11和时间T12之间补偿被禁用,因此仿真器141仅基于电感器电流仿真信息241产生仿真输出电流值125,而没有由调整信息145提供的补偿(校正)。因此,在时间T11和时间T12之间,仿真输出电流值125非常接近地跟踪实际输出电流122,即使输出电流信息155(实际测量电流122)不用于提供对仿真输出电流值125的补偿/校正。注意,由于延迟,来自输出电流测量资源150的输出电流信息155在时间T11和T12之间不能紧密跟踪实际输出电流122。

最终,在时间T12附近,在再次达到稳态之后,来自输出电流测量资源150的测量输出电流信息155再次良好地表示实际输出电流122。在这种情况下,在T11和T12之间的持续时间(时间窗口)之后,监测资源170生成控制信号151以经由输出电流信息155再次启用补偿/校正。更具体地,在时间T12和时间T13之间,动态负载118再次消耗基本上固定的电流量。在这种情况下,在时间T12和时间T13之间,基于电感器电流仿真信息241(从测量的输入电压121、测量的输出电压123和控制信号105中导出)以及调整信息145(从测量的输出电流155中导出)的组合,仿真器141产生仿真输出电流值125。通常,在时间T12和时间T13之间,仿真输出电流值125和实际输出电流122都紧密地跟踪所测量的输出电流信息155的幅度。与往常一样,控制器140产生输出电压123以跟踪参考电压225。

如前所述,这里的实施例比传统技术有用。例如,在瞬态状况期间禁用对仿真输出电流值125的调整得出更准确的输出电流值125,该输出电流值随后被用于控制输入电压121转换成输出电压123,从而提供对负载118的变化的更快瞬态响应。

因此,在时间T11和时间T12之间使用仿真输出电流值125提供了对提供给负载118的电流的更准确的读取。

图8是根据本文的实施例的用于实施如本文所讨论的任何操作的计算机设备的示例框图。

如图所示,本示例的计算机系统800(例如由诸如控制器140、仿真器141、监测资源170、补偿器160、输出电流测量资源150等一个或多个资源中的任一个资源实施)包括互连811、处理器813(例如,诸如一个或多个处理器设备之类的计算机处理器硬件)、I/O接口814、以及通信接口817,其中所述互连将诸如其中可以存储和检索数字信息的非暂时性类型的介质(或硬件存储介质)之类的计算机可读存储介质812耦联。

I/O接口814提供到诸如电源电压转换器165之类的任何适当电路的连接。

计算机可读存储介质812可以是任何硬件存储资源或设备,诸如存储器、光存储、硬盘驱动器、软盘等。在一个实施例中,计算机可读存储介质812存储由控制应用程序140-1用来执行如本文所述的任何操作的指令和/或数据。

此外,在该示例实施例中,通信接口817使得计算机系统800和处理器813能够在诸如网络190之类的资源上通信,以从远程资源检索信息并与其它计算机通信。

如图所示,计算机可读存储介质812被编码有由处理器813执行的控制应用程序140-1(例如,软件、固件等)。控制应用程序140-1可以被配置为包括用于实施如本文所讨论的任何操作的指令。

在一个实施例的操作期间,处理器813通过使用互连811来访问计算机可读存储介质812,以便启动、运行、执行、解释或以其它方式执行存储在计算机可读存储介质812上的控制应用程序140-1中的指令。

执行控制应用程序140-1,在处理器813中产生诸如控制过程140-2之类的处理功能。换句话说,与处理器813相关联的控制过程140-2表示在计算机系统800中的处理器813内或上执行控制应用程序140-1的一个或多个方面。

根据不同的实施例,注意,计算机系统800可以是微控制器设备、逻辑、硬件处理器、混合模拟/数字电路系统等,计算机系统被配置为控制电源并且执行如本文所述的任何操作。

现在将经由图9中的流程图来讨论由不同资源支持的功能。注意,以下流程图中的步骤可以以任何合适的顺序执行。

图9是示出根据本文的实施例的控制功率转换器的方法的示例图。

在处理操作910中,仿真器141在不同的时间点产生表示从输出电压123向负载118供应的电流量的仿真输出电流值125。

在处理操作920中,在第一持续时间内,补偿器160基于所供应的电流122的实际测量结果应用对仿真输出电流值125的调整(诸如调整信息145)。

在处理操作930中,在第二持续时间内,补偿器160禁用基于所供应的电流122的实际测量结果对仿真输出电流值125的调整(诸如调整145)。

在处理操作940中,控制器140控制功率转换器的操作,功率转换器至少部分地基于仿真输出电流值125产生输出电压123。

图10是示出根据本文的实施例的电路板上的功率转换器电路的装配的示例图。

在该示例实施例中,装配器1040接纳衬底1010(例如电路板)。

装配器1040还将控制器140和电压转换器165(以及与功率转换器135相关联的对应组件,诸如仿真器141、补偿器160、输出电流测量资源150、监测资源170等)固定(耦联)到衬底1010。

经由电路路径1021(诸如一个或多个迹线、电导体、线缆、导线等),装配器1040将控制器140耦联到电压转换器165。注意,与功率转换器135相关联的诸如控制器140、电压转换器165之类的组件以及诸如仿真器141、补偿器160、输出电流测量资源150、监测资源170等的对应组件,可以以任何适当的方式被固定或耦联到衬底1010。例如,电源100中的一个或多个组件可以被焊接到衬底、插入到衬底1010上的插槽中,等等。

还要注意,衬底1010是可选的。电路路径1022可以被布置在提供功率转换器135和负载118之间的连接的线缆中。

在一个非限制性示例实施例中,负载118独立于衬底1010而布置在其自身的衬底上;负载118的衬底直接或间接地连接到衬底1010。控制器140或功率转换器135的任何部分可以布置在插入到衬底1010的插槽中的较小的独立板上。

经由一个或多个电路路径1022(诸如一个或多个迹线、线缆、连接器、导线、导体、导电路径等),装配器1040将电压转换器165耦联到负载118。在一个实施例中,电路路径1022将从电压转换器165生成的输出电压123传送到负载118。

因此,本文的实施例包括一种系统,包括:衬底1010(例如电路板、独立板、母板、预定耦联到母板的独立板、主机等);包括如本文所述的对应组件的电压转换器165;以及负载118。如前所述,基于输出电压123的传输和在一个或多个电路路径1022上从电压转换器165传送到负载118上的对应电流122的传输,来对负载118供电。

注意,负载118可以是任何合适的电路或硬件,例如一个或多个CPU(中央处理单元)、GPU(图形处理单元)和ASIC(专用集成电路,例如包括一个或多个人工智能加速器的那些专用集成电路),该电路或硬件可以处于衬底1010上或布置在远程位置。

再次注意,本文的技术非常适合用于诸如实施功率转换的电路应用之类的电路应用。然而,应当注意,本文的实施例不限于在这样的应用中使用,并且本文讨论的技术也非常适合于其它应用。

基于本文所阐述的描述,已阐述了许多具体细节以提供对所要求保护的主题的透彻理解。然而,本领域技术人员将理解,可以在没有这些具体细节的情况下实践所要求保护的主题。在其它实例中,没有详细描述本领域普通技术人员已知的方法、装置、系统等,以免模糊所要求保护的主题。具体实施方式的某些部分是按照对存储在诸如计算机存储器之类的计算系统存储器内的数据比特或二进制数字信号的操作的算法或符号表示来呈现的。这些算法描述或表示是数据处理领域的普通技术人员用来向本领域的其它技术人员传达其工作实质的技术的示例。这里描述的算法通常被认为是导致期望结果的操作或类似处理的自洽序列。在这种情况下,操作或处理涉及物理量的物理操纵。通常,尽管不是必须的,这样的量可以采取能够被存储、传送、组合、比较或以其它方式操纵的电信号或磁信号的形式。主要出于通用的原因,将这些信号称为比特、数据、值、元素、符号、字符、项、数字等有时是方便的。然而,应当理解,所有这些和类似的术语都与适当的物理量相关联,并且仅仅是方便的标记。除非另外特别说明,否则如从以下讨论中显而易见的,应当理解,在本说明书中,利用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”等术语进行的讨论指的是诸如计算机或类似电子计算设备之类的计算平台的动作或过程,该计算平台操纵或变换被表示为计算平台的存储器、寄存器或其它信息存储设备、传输设备或显示设备内的电子物理量或磁物理量的数据。

尽管已经参照本发明的优选实施例具体示出和描述了本发明,但是本领域技术人员应当理解,在不脱离由所附权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下,可以进行形式和细节上的各种改变。这些变化旨在被本申请的范围所覆盖。因此,本申请的实施例的前述描述不是限制性的。相反,本发明的任何限制都呈现在所附权利要求中。

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