针对功率转换器的负载线调节

文档序号:1956362 发布日期:2021-12-10 浏览:10次 >En<

阅读说明:本技术 针对功率转换器的负载线调节 (Load line regulation for power converters ) 是由 陈铿 C·阿米劳特 J·加雷特 于 2021-06-07 设计创作,主要内容包括:本公开的各实施例涉及针对功率转换器的负载线调节。在功率转换器中实现负载线的方法包括:基于在更新之间具有延迟的感测负载电流信息,调整用于对功率转换器的输出电压进行调节的目标电压;以及响应于检测到负载电流瞬变并且在对感测负载电流信息的下一更新变为可用之前,基于盲负载电流信息来调整目标电压。还描述了对应的控制器、功率转换器和电子系统。(Embodiments of the present disclosure relate to load line regulation for power converters. A method of implementing a load line in a power converter includes: adjusting a target voltage for regulating an output voltage of the power converter based on the sensed load current information with a delay between updates; and adjusting the target voltage based on the blind load current information in response to detecting the load current transient and before a next update to the sensed load current information becomes available. Corresponding controllers, power converters, and electronic systems are also described.)

针对功率转换器的负载线调节

技术领域

本公开的各实施例涉及针对功率转换器的负载线调节。

背景技术

对于某些POL(负载点)功率转换器产品,负载线调节是所需要的特征。负载线调节涉及基于感测电流信息来调整目标电压。准确的负载线调节需要随时可用的感测电流信息,以在负载瞬变期间调整目标电压。但是,对于某些类型的功率转换器,诸如具有固定导通时间并且使用关断时间脉宽调制(PWM)来调节输出电压的恒定导通时间(COT)切换降压调节器,电流信息未被连续地感测,而是例如在每个PWM脉冲的开始或结束时被周期性地更新。

特别是在电流的大的负跃迁(负载释放)期间,当电流信息更新可能不可用时,非连续电流感测方案将时间延迟添加到目标电压调整。在COT切换降压调节器的情况下,PWM脉冲在负载释放期间未提供,因此在新的电流信息可用时会延迟。长时间没有新可用的电流感测信息会导致负载线更新被延迟,从而导致功率转换器输出电压中产生额外的不期望瞬变。

在功率转换器借助电感器将电流传递到负载的情况下,数字电流仿真器可以模拟电感器电流。经仿真的电感器电流信息可以被用于调整目标电压,作为负载线调节的一部分。尽管数字电流仿真器提供了非常快的电流假定并且以最小的时钟延迟实现了负载线调节,但是准确的电流仿真信息需要了解实际的电感器值并且仍然需要模拟电流感测来保持经数字仿真的稳态电流的准确性。为了使得仿真器电路知道电感器值,客户必须将电感器值输入到通信门户中。而且,由于组件的公差,在假定的电感器值与实际电感器值之间总是存在一些不准确性。

因此,需要针对功率转换器的、使用在更新之间具有延迟的感测负载电流信息来实现负载线调节的改进的负载线调节方案。

发明内容

根据在功率转换器中实现负载线的方法的一个实施例,方法包括:基于在更新之间具有延迟的感测负载电流信息,调整用于对功率转换器的输出电压进行调节的目标电压;以及响应于检测到负载电流瞬变并且在对所检测的负载电流信息的下一更新变为可用之前,基于盲负载电流信息来调整目标电压。

根据被配置为实现针对功率转换器的负载线的控制器的一个实施例,控制器包括:调制器,被配置为基于在更新之间具有延迟的感测负载电流信息,调整用于对功率转换器的输出电压进行调节的目标电压;以及瞬变响应电路,被配置为检测负载电流顺便,以及响应于检测到负载电流瞬变并且在对感测负载电流信息的下一更新变为可用之前,基于盲负载电流信息来调整目标电压。

根据功率转换器的一个实施例,功率转换器包括:至少一个相,被配置为向与功率转换器耦合的负载提供相电流;以及控制器,被配置为实现针对功率转换器的负载线。控制器包括:调制器,被配置为基于在更新之间具有延迟的感测负载电流信息,调整用于对功率转换器的输出电压进行调节的目标电压;以及瞬变响应电路,被配置为检测负载电流瞬变,以及响应于检测到负载电流瞬变并且在对感测负载电流信息的下一更新变为可用之前,基于盲负载电流信息来调整目标电压。

根据电子系统的一个实施例,电子系统包括:电路板;附接到电路板的负载;以及被配置为向负载提供功率的功率转换器。功率转换器包括:至少一个相,被配置为向负载提供相电流;以及控制器,被配置为实现针对功率转换器的负载线。控制器包括:调制器,被配置为基于在更新之间具有延迟的感测负载电流信息,调整用于对功率转换器的输出电压进行调节的目标电压;以及瞬变响应电路,被配置为检测负载电流瞬变,以及响应于检测到负载电流瞬变并且在对感测负载电流信息的下一更新变为可用之前,基于盲负载电流信息来调整目标电压。

本领域技术人员在阅读以下详细描述并且在查看附图时将认识到附加的特征和优点。

附图说明

附图的元素不必相对于彼此成比例。相同的附图标记指代对应相同的部分。除非它们相互排斥,否则各种所示实施例的特征可以被组合。在附图中描绘了实施例,并且在以下描述中详细描述了实施例。

图1图示了电子系统的一个实施例的框图,电子系统包括附接到板的负载以及被配置为对提供给负载的输出电压进行调节的功率转换器。

图2图示了被包括在图1所示的功率转换器中的调制器、负载线调节电路和瞬变响应电路的一个实施例的框图。

图3和图4图示了与调制器、负载线调节电路和瞬变响应电路的操作相关联的各种波形。

图5图示了本文所述的盲负载线调整技术的一个实施例的波形图。

图6图示了被包括在负载线调节电路中或与负载线调节电路相关联的瞬变响应电路的另一实施例的框图。

图7图示了由图6所示的瞬变响应电路实现的多步调整技术的一个示例的波形图。

具体实施方式

本文描述的实施例提供了针对功率转换器的负载线调节技术。负载线调节技术包括基于在更新之间具有延迟的感测负载电流信息来调整用于对功率转换器的输出电压进行调节的目标电压。例如,在COT功率转换器的情况下,电流信息可以在每个PWM脉冲的开始或结束时被更新。通常,可以使用在更新之间具有延迟的任何电流感测技术。响应于检测到负载电流瞬变并且在对所检测的负载电流信息的下一更新变为可用之前,本文所述的负载线调节技术基于盲负载电流信息来调整目标电压。如本文所使用的,表述“基于盲负载电流信息”是指在至少一部分负载瞬变期间不了解实际负载电流。

图1图示了电子系统100的一个实施例,电子系统100包括附接到板103(诸如PCB(印刷电路板))的负载102,以及被配置为对提供给负载102的输出电压(Vout)进行调节的功率转换器104。功率转换器104在图1中仅作为示例而被示出为降压转换器。在该示例中,功率转换器104包括一个或多个功率级106,每个功率级106形成功率转换器104的一个相。功率转换器104可以是单相(一个功率级106)或多相(多于一个功率级106)。

如本文所使用的术语“功率转换器”广义上指代向一个或多个电子负载102提供一个或多个调节电压的任何类型的功率转换器或电压调节器(VR),电子负载102诸如是以太网交换机、ASIC(专用集成电路)、存储器设备、处理器(诸如中央处理单元(CPU)、微处理器、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、人工智能(AI)加速器、图像处理器、网络或分组处理器、协处理器、多核处理器、前端处理器、基带处理器等)。例如,功率转换器104可以是如图1所示的降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器、切换式电容器电压调节器、降压变换器、负载点(POL)电源等。功率转换器104可以被实现为功率器件模块。

如本文所使用的术语“功率器件模块”是指包括功率级106的至少一个功率开关HS/LS的经封装的功能组件,功率级106被用于将电压从一个电平转换为另一电平(例如在功率转换和电压调节时完成)。功率器件模块还可以包括用于驱动至少一个功率开关HS/LS的驱动器电路108。功率器件模块可以附加地包括用于控制驱动器电路108来实现功率转换器104的控制器110。控制器和/或驱动器功能可以替代地在功率器件模块外部实现。被包括在功率器件模块中的至少一个功率开关HS/LS的驱动器电路108也可以在功率器件模块的外部。组成功率转换器104的各种无源组件(诸如,电容器(Cout)和/或电感器(L))可以被包括在功率器件模块中、被表面安装到功率器件模块、位于单独的板103上等。

功率转换器104的每个功率级106被配置为通过相应的电感器L和减小输出电压纹波的输出电容器Cout来向负载102提供电流(ips)。控制器110针对每个(单个或多个)相生成切换控制信号(PWM),以调节提供给负载102的输出电压Vout。

功率转换器控制器110包括调制器112,用于针对每个相而生成切换控制信号PWM,来调节提供给负载102的输出电压Vout。在一个实施例中,调制器112实现脉宽调制(PWM)。

功率转换器控制器110还包括电流感测电路(ISEN)114,电流感测电路114用于频繁但不连续地感测由每个功率级106传递的相电流ips,并且将所感测的电流信息(i_info)提供给被包括在控制器110中的负载线调节电路116。负载线调节电路116基于所感测的电流信息i_info的变化来更新目标电压值“Vtgt”,以基于经更新的目标值来调节功率转换器104的输出电压Vout。电流感测电路114优选地尽可能快地而不是连续地更新所感测的电流信息i_info。电流感测电路114可以实现在电流感测更新之间具有延迟的任何电流感测技术。例如,在PWM调制的情况下,电流感测电路114可以在每个PWM脉冲的开始或结束时更新电流信息i_info。电流感测电路114还可以在控制器110的输出引脚(未示出)上实现过电流保护和/或提供电流遥测信息。

功率转换器控制器110还可以包括电压感测电路(VSEN)118,电压感测电路118用于感测功率转换器104的输出电压Vout并且将所感测的电压信息(v_info)提供给负载线调节电路116。负载线调节电路116可以基于电压信息v_info的变化来更新目标电压值,以基于经更新的目标电压值Vtgt来调节功率转换器104的输出电压Vout。被包括在控制器108中的调制器112基于由负载线调节电路116指示的目标电压Vtgt来针对功率转换器104的每个相生成切换控制信号“PWM”。调制器112和负载线调节电路116可以在模拟和/或数字域中,被实现为单个单元或单独的单元。

在切换控制信号“PWM”的导通时段期间,每个功率级106的高侧开关器件“HS”将对应电感器L连接到电源电压(Vin)。功率级106的低侧开关器件“LS”在切换控制信号“PWM”的关断时段期间,将电感器L接地或连接到另一参考电位。高侧和低侧开关器件“HS”、“LS”可以是功率MSOFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、HEMT(高电子迁移率晶体管)等。导通和关断时段的持续时间以及它们之间的定时转变由调制器112提供的对应切换控制信号“PWM”来指示。

如上所述,调制器基于在更新之间具有延迟的感测负载电流信息i_info来调整用于对功率转换器104提供给负载102的输出电压Vout进行调节的目标电压Vtgt。被包括在负载线调节电路116中或与负载线调节电路116相关联的瞬变响应电路120检测负载102处的负载电流瞬变。响应于检测到负载电流瞬变并且在对所检测的负载电流信息i_info的下一更新变为可用之前,瞬变响应电路120基于盲负载电流信息来调整用于负载线调节的目标电压Vtgt。

例如,负载线调节电路116可以利用底限电压信号作为由调制器112实现的恒定导通时间(COT)控制方案的一部分。COT控制将所感测的输出电压信息v_info与底限电压“Vflr”和内部斜坡信号“Vrmp”的组合进行比较。当调节器输出电压Vout下降到低于组合电压信号时,调制器112发起PWM脉冲来将对应功率级106的高侧开关器件HS导通固定导通时间。底限电压可以由内部补偿误差放大器生成,内部误差补偿放大器将所感测的输出电压信息v_info与参考电压“Vref”进行比较。瞬变响应电路120可以通过将底限电压信号Vflr与阈值进行比较并且在底限电压Vflr超过阈值时输出信号来检测负载102处的负载电流瞬变,以指示已检测到负载电流瞬变。

在另一示例中,调制器112可以在调节功率转换器104的输出电压Vout时实现PWM控制,并且瞬变响应电路120可以在PWM控制的脉冲频率改变预定量时,检测负载电流瞬变。为了更详细地图示该示例,考虑稳态(无负载瞬变)PWM脉冲频率为800kHz+/-5%。在瞬变条件下,发生超出+/-5%稳态范围的频率偏移。例如,在负载电流瞬变事件期间,20%或更多的频率可能会偏移到PWM脉冲频率。瞬变响应电路120可以通过将PWM脉冲频率或PWM时段与阈值进行比较并且在超过阈值时发信号通知,来检测负载电流瞬变。

在又一示例中,当输出电压Vout的过冲超过阈值时,例如,如电压感测电路118所示,瞬变响应电路120可以检测负载电流瞬变。在每个情况下,响应于检测到负载电流瞬变并且在对所检测的负载电流信息i_info的下一更新变为可用之前,瞬变响应电路120基于盲负载电流信息来调整在负载线调节中使用的目标电压。

图2图示了功率转换器104的调制器112、负载线调节电路116和瞬变响应电路120的一个实施例。根据该实施例,调制器112实现了恒定导通时间(COT)控制方案。在COT控制方案下,由调制器112生成的切换控制信号“PWM”具有固定导通时间。调制器112在PWM脉冲之间改变关断时间,以调节功率转换器104的输出电压Vout。

调制器112包括模拟前端(AFE)感测放大器200。模拟前端感测放大器200的正(+)输入端子被耦合到同相放大器202和被耦合到电压感测电路118提供的感测输出电压v_info。模拟前端感测放大器200的负(-)输入端子被耦合到接地或者参考电位“Remote_gnd”。参考电流发生器204被耦合到模拟前端感测放大器200的输入端子,以用于经由模拟电源VDDA来提供适当的偏置。模拟前端感测放大器200的输出对应于参考电压Vref(例如,600mV)+(Vout-Vtgt),其中Vtgt是由负载线调节电路116确定的目标电压。

模拟前端感测放大器200的输出被馈送到底限参考电压发生器。底限参考电压发生器包括底限调节放大器206,底限调节放大器206对模拟前端感测放大器200的输出进行调节并且生成底限电压V_flr。底限参考电压发生器还包括底限停驻放大器208和开关S1、S2、S3、S4和S5。底限停驻放大器208的负输入端子经由开关S3而被可切换地耦合到停驻电压参考值“Flr_parking_ref”。底限停驻放大器208的正输入端子经由开关S4而被可切换地耦合到参考电压Vref。开关S2将底限停驻放大器208的输入端子耦合到底限停驻放大器208的输出,底限停驻放大器208的输出也经由开关S1而被可切换地耦合到底限调节放大器206的负输入。开关S5将底限调节放大器206的输出(Vflr)耦合到底限停驻放大器208的正输入。控制器110基于开关SW1、SW2和SW3的设置来控制底限参考电压发生器110的操作模式设置。

停驻电压参考值“Flr_parking_ref”(例如,预定的固定DC电压值)经由开关SW3而被选择性地耦合到底限停驻放大器208的负输入,并且底限停驻放大器208的正输入经由开关S5而被选择性地耦合到底限参考电压Vflr。在底限调节模式下,采用了负反馈机制。对于COT操作,切换频率被调谐来确保精度,精度由底限调节放大器206的稳态操作来反映。底限停驻放大器208被配置用于在底限调节模式下的单位增益反馈。底限调节模式通过闭合开关S2和S4并且断开开关S1、S3和S5来启用。在二极管仿真模式中,底限被固定并且要求电压斜坡Vrmp处于高于底限电压Vflr的电压(例如,50mV)。电路在二极管仿真模式下以开环、谷值控制状态来操作。谷值被固定在目标值处,并且调节误差基于功率转换器输出电压Vout的纹波。二极管仿真模式可以通过闭合开关S1、S3和S5并且断开开关S2和S4来启用。

斜坡电压Vrmp被添加到底限调节放大器206所输出的底限电压Vflr。pMOS开关P1在每个PWM脉冲的结束处将斜坡电压“Vrmp”复位。比较器210将经组合的斜坡加底限电压与模拟前端电路的输出“Vfb”进行比较。随着斜坡电压继续建立,经组合的斜坡加底限电压最终超过了模拟前端电路输出Vfb,这通过设置锁存器212(诸如SR触发器)的信号“PWM_start”而触发了新的PWM脉冲的发起。锁存器212的输出形成针对功率转换器104的对应功率级106的切换控制信号“PWM”。锁存器212由信号“Pulse_reset”复位。锁存器212输出的每个PWM脉冲的宽度是固定值,但是PWM脉冲之间的关断时间是可变的,因此在本实施例中具有恒定的导通时间调节。调制器112可以实现除PWM COT以外的调制方案,诸如可变导通时间PWM、脉冲频率调制(PFM)、爆炸式(bang-bang)调制等。

进一步根据PWM COT实施例,瞬变响应电路120包括比较器214,比较器214将在由调制器112实现的COT控制方案中使用的底限电压信号Vflr与阈值“V_th”进行比较。底限电压Vflr的突然下降指示负载阶跃,而Vflr的下降陡度指示负载阶跃的幅度。比较器214用来检测负载电流瞬变的阈值“V_th”可以是固定的或可编程的。在可编程阈值的情况下,可以检测到不同幅度的负载电流瞬变。

瞬变响应电路120的比较器214在底限电压Vflr超过阈值V_th时输出信号“T_det”,从而指示已检测到负载电流瞬变。比较器214的输出T_det可以对锁存器216进行设置。瞬变响应电路120的比较器214可以将控制器110内可用并且指示负载电流瞬变的任何信号与对应阈值V_th进行比较,以检测何时发生负载电流瞬变。例如,瞬变响应电路120的比较器214可以通过将提供给每个功率级106的调制信号PWM的PWM脉冲频率或PWM时段与阈值V_th进行比较来检测负载电流瞬变,并且在超过阈值时激活信号“T_det”。在另一示例中,瞬变响应电路120的比较器214可以将所感测的输出电压信息v_info与阈值V_th进行比较,并且在超过阈值时激活信号“T_det”(在该示例中为电压过冲)。在又一示例中,瞬变响应电路120的比较器214可以将指示负载电流瞬变的AFE模拟信号与阈值V_th进行比较,并且在超过阈值时激活信号“T_det”。

在所检测的负载电流瞬变对应于负载电流下降的情况下,瞬变响应电路120的除法器电路218在锁存器214的输出T_det指示底限电压信号Vflr超过阈值V_th的情况下,将在检测负载电流瞬变之前可用的最新感测的负载电流信息i_info更新除以缩放因子来生成经盲缩放的电流值“i_info_blind”。换言之,瞬变响应电路120将最后已知的电流测量值i_info除以某个值,并且所除的值被用于调整负载线响应,并且修改目标电压Vtgt。

在一个实施例中,除法器电路218将检测负载电流瞬变之前可用的最新感测的负载电流信息更新i_info除以大于或等于2的正整数。在一个情况下,整数可以无限大,这对应于零安培的经盲缩放的电流值i_info_blind。无限大的除数导致Vout的最大欠冲,但仍产生比可能导致不稳定的原始过冲问题更好的结果。一些附加的示例性除数整数值为2、4、8、16等。还可以使用其他整数除数以及非整数除数值。在缩放中使用的整数值可以是可编程的。在每种情况下,除法器电路218的输出被视为“盲”,因为它不是基于至少部分负载瞬变期间对实际负载电流的明确了解。

如果在负载瞬变事件期间实际负载电流信息可用,则可以使用该信息代替盲电流信息。例如,当下一电流信息更新i_info变为可用时,对应锁存器216可以通过新可用的电流信息更新i_info来复位,以指示新的电流感测信息可用。瞬变响应电路120可以包括直通电路220,直通电路220在不经修改的情况下,提供新可用的感测负载电流信息i_info。如果感测负载电流信息i_info被提供为模拟信号并且瞬变响应电路120在数字域中实现,则瞬变响应电路120可以包括用于将模拟感测负载电流信息转换到数字域的模数转换器(ADC)222。

负载线调节电路116包括乘法单元224,乘法单元224将负载线阻抗值乘以由直通电路220提供的未缩放的感测负载电流信息i_info或者由除法器电路218提供的盲负载电流信息i_info_blind,以生成用于调整负载线调节设定点的电压调整值“Vadj”。如果检测到负载瞬变,则乘法单元224将负载线阻抗值乘以由除法器电路218提供的盲负载电流信息i_info_blind。如果未检测到负载瞬变,则乘法单元224将负载线阻抗值乘以由直通电路220提供的未缩放的感测负载电流信息i_info。

负载线调节电路116还包括修改电路226,用于将由乘法单元224生成的电压调整值Vadj与目标DAC值228组合。目标DAC值228可以是固定的或可编程的,并且指示负载线调节中使用的基本目标电压。随着负载电流的变化,负载线也变化。由乘法单元224生成的电压调整值Vadj提供对应的调整,以确保在负载102的操作范围内进行适当的负载线调节。如本文先前所解释的,修改电路226的输出是由调制器112用来调节功率转换器104的输出电压Vout的目标电压Vtgt。

图3和图4图示了与功率转换器104的调制器112、负载线调节电路116和瞬变响应电路120的操作相关联的各种波形。图3示出了由具有恒定导通时间的调制器112生成的切换控制信号PWM,以及作为响应,由对应的功率级106传递的相电流ips。在该示例中,感测电流信息i_info在每个PWM脉冲的开始处被更新。在负载瞬变事件期间,不会激活任何PWM脉冲。结果,直到负载瞬变事件消退并且PWM脉冲恢复之后,对感测电流信息i_info的更新才变为可用。瞬变负载事件之前对感测电流信息i_info的最后更新显著高于瞬变事件期间的实际负载电流。如果负载线调节基于对感测电流信息i_info的最后更新来实现,则预期功率转换器104的输出电压Vout中的高过冲。然而,瞬变响应电路120通过检测负载电流瞬变并且在对感测负载电流信息i_info的下一更新变为可用之前,基于盲负载电流信息i_info_blind来调整在负载线调节中使用的目标电压Vtgt,从而防止了这样的过冲。

图4更详细地图示了本公开的该方面。图4的顶部曲线图示了图2所示的COT引擎的内部斜坡信号Vrmp和底限电压信号Vflr。图4的中间曲线示出了由瞬变响应电路120的比较器214输出并且对相应锁存器216进行设置的信号T_det、由调制器112或负载线调节电路116生成的消隐信号“PWM_blank”(用于在负载电流瞬变事件的持续时间内将PWM脉冲消隐(无PWM脉冲),其中消隐时段可以是一个经编程的PWM周期)以及负载线调节中使用的目标电压Vtgt。图4的底部图示出了由调制器112生成的PWM脉冲序列。

根据本文先前描述的COT PWM实施例,当由调制器112实现的COT控制方案中使用的底限电压信号Vflr超过阈值V_th时,瞬变响应电路120的比较器214的输出T_det被激活(例如,进入逻辑1状态)。如本文先前所解释的,瞬变响应电路120的比较器214可以将控制器110内可用并且指示负载电流瞬变的任何信号与阈值V_th进行比较,以检测何时发生负载电流瞬变。例如,比较器214可以通过将提供给每个功率级106的调制信号PWM的PWM脉冲频率或PWM时段与阈值V_th进行比较来检测负载电流瞬变,并且当超过阈值时激活信号T_det。在另一示例中,比较器214可以将感测输出电压信息v_info与阈值V_th进行比较,并且在超过阈值时激活信号T_det。在又一示例中,比较器214可以将指示负载电流瞬变的AFE模拟信号与阈值V_th进行比较,并且在超过阈值时激活信号T_det。

在每个情况下,阈值V_th可以如在图4的顶部曲线中由水平虚线和实心竖直线(其中箭头在其间延伸)所指示的那样可编程,以允许检测不同幅度的负载电流瞬变事件。对应的锁存器216由比较器214的经激活的输出T_det来设置。锁存器216可以基于经编程的脉冲(例如,在检测到负载电流瞬变事件之后的第一脉冲、第二脉冲、第三脉冲等)而复位(例如,为逻辑零状态)。锁存器216替代地可以响应于对感测负载电流信息i_info的新更新来复位。例如,当图2所示的ADC 222的输出改变值时,锁存器216可以被复位。

响应于检测到负载电流瞬变,瞬变响应电路120基于盲负载电流信息i_info_blind来调整目标电压Vtgt。在一个实施例中,通过缩放因子来缩放在检测负载电流瞬变之前可用的感测负载电流信息更新i_info而生成经盲缩放的电流值并且基于经盲缩放的电流值来调整目标电压Vtgt,盲负载电流信息i_info_blind被生成。如先前结合图2所解释的,缩放可以包括将检测到负载电流瞬变之前可用的感测负载电流信息更新i_info任意地除以整数值(例如,2、4、8、16等),整数值可以是可编程的或者可以不是可编程的。

如图4的底部曲线所示,一旦从负载电流瞬变恢复,PWM脉冲就会恢复。随着PWM脉冲恢复,在该示例中,感测负载电流信息i_info也会更新。瞬变响应电路120基于对变为可用的感测负载电流信息i_info的新更新来调整在负载线调节中使用的目标电压Vtgt。这在图4的中间曲线中示出,其中瞬变响应电路120从在检测到负载电流瞬变之前,向负载线调节电路116提供感测负载电流信息i_info(窗口1)开始,响应于检测到负载电流瞬变而提供盲负载电流信息i_info_blind(窗口2),并且然后随着新的负载电流更新变为可用而返回到提供感测负载电流信息i_info(窗口3)。在窗口1和3中,在负载线调节中使用的目标电压Vtgt基于对感测负载电流信息i_info的实际更新来调整。在窗口2中,当对感测负载电流信息i_info的更新不可用时,负载线调节中使用的目标电压Vtgt基于瞬变响应电路120提供的盲负载电流信息i_info_blind来调整。

图5图示了本文所述的盲负载线调整技术的一个实施例。如图5所示,在瞬变负载电流事件之前,负载线调节电路116基于对感测电流信息i_info的频繁而不连续的更新,来更新在负载线调节中使用的目标电压值Vtgt。响应于检测到负载电流瞬变,瞬变响应电路120基于盲负载电流信息i_info_blind而不是最后已知的电流测量值来调整目标电压Vtgt。这允许功率转换器输出电压Vout的平滑跃迁。最终,新的/实际的电流感测值将再次变为可用并且被用于对输出电压调节进行进一步的精细调整。相反,如果在瞬变负载电流事件期间,最后已知的电流测量值被用作负载线调节过程的一部分,则目标电压Vtgt以及输出电压Vout将保持不理想的低水平,只有在下一可用负载电流测量值变为可用时才经历较大的过冲,并且Vtgt经历对应的较大跳变。本文所述的盲负载线调整技术减轻了在瞬变负载电流事件期间,目标电压Vtgt以及因此的输出电压Vout的大幅增加,从而减小了Vout过冲。瞬变响应电路120可用的调整步长的数量和大小是灵活的,并且可以是可编程的。

图6图示了被包括在负载线调节电路116中或者与负载线调节电路116相关联的瞬变响应电路120的另一实施例。根据该实施例,瞬变响应电路120包括多个比较器300,每个比较器300用于将功率转换器控制器110内可用并且指示负载电流瞬变的信号“load_transient_ind”与对应的阈值“V_thx”进行比较。在该实施例中,存在n个比较器和n个不同的阈值,其中n是大于或等于2的整数。如本文先前所解释的,指示负载电流瞬变的信号load_transient_ind可以是来自由调制器112实现的COT控制方案的底限电压信号、与调制控制方案相关联的PWM脉冲频率或时段、感测输出电压Vout、指示负载电流瞬变的AFE模拟信号等。在每个情况下,采用多个比较器300和不同的阈值V_thx允许瞬变响应电路120响应于负载电流瞬变而做出的调整步长的数量和大小的灵活性增加。当更多的阈值被超过时,瞬变响应电路120检测到越来越大的瞬变并且进行进一步的对应步长调整。

例如关于本文先前结合图2所述,每个比较器300的输出可以对对应的锁存器302进行设置。例如也关于本文中先前结合图2所述,每个锁存器302的输出可以被耦合到对应除法器/直通电路304。如果对应锁存器302的输出指示比较器300上游的阈值被超过,则除法器/直通电路304将感测负载电流信息i_info的最新更新除以缩放因子来生成经盲缩放的电流值。除法器/直通电路304的缩放因子彼此不同,以允许对提供给负载线调节电路116的乘法单元224的盲负载电流信息i_info_blind进行不同的调整,不同的调整对应于指示负载电流瞬变的信号“load_transient_ind”的幅度。例如,第一缩放因子可以是2,第二缩放因子可以是4,第三缩放因子可以是8等。这样,对于越来越大的负载电流瞬变,可以对在负载线调节中使用的目标电压值Vtgt进行更大的步长调整。当对感测负载电流信息i_info的新更新变为可用时,除法器/直通电路304在不经修改的情况下,通过新可用的感测负载电流信息i_info,并且目标电压Vtgt基于该未缩放的和实际/新的电流信息来调整。

图7图示了图6所示的多步调整实施例的示例。通过提供多个比较器300和对应的锁存器302以及除法器/直通电路304,被提供给负载线调节电路的盲负载电流信息i_info_blind可以针对不同的负载电流瞬变,对负载线调节中使用的目标电压值Vtgt进行不同的逐步调整。每个调整步骤对应于比较器300中的相应一个的触发。

对于相对较大的负载电流瞬变,“load_transient_ind”信号可能超过几个比较器阈值V_thx,甚至可能超过所有比较器阈值V_thx。由瞬变响应电路120提供的盲负载电流信息i_info_blind被进一步缩放,并且每当另一比较器阈值V_thx被超过时,对目标电压值Vtgt进行附加的逐步调整。负载线调节电路116将负载线阻抗值与从瞬变响应电路120接收的对应盲缩放电流值(i_info_blind1、i_info_blind2等)相乘,以生成对应的电压修改值Vadj。负载线调节电路116的修改电路226基于电压修改值Vadj来调整目标电压Vtgt。

对于相对较小的负载电流瞬变,较少的比较器300跳闸,并且对盲负载电流信息i_info_blind进行了较小的缩放。因此,结果是,对目标电压值Vtgt进行的逐步调整更少,或者可能只有一次。代替逐步调整目标电压值Vtgt,盲负载电流信息i_info_blind的更连续缩放可以在负载电流瞬变期间由瞬变响应电路120来实现。

尽管本公开不限于此,但是以下编号的示例说明了本公开的一个或多个方面。

示例1.一种在功率转换器中实现负载线的方法,方法包括:基于在更新之间具有延迟的感测负载电流信息,调整用于对功率转换器的输出电压进行调节的目标电压;以及响应于检测到负载电流瞬变并且在对感测负载电流信息的下一更新变为可用之前,基于盲负载电流信息来调整目标电压。

示例2.根据示例1所述的方法,其中感测负载电流信息在所检测的负载电流瞬变的至少一部分期间未被更新,并且其中基于盲负载电流信息来调整目标电压包括:对在检测到负载电流瞬变之前可用的感测负载电流信息更新进行缩放,以生成经盲缩放的电流值;以及基于经盲缩放的电流值来调整目标电压。

示例3.根据示例2所述的方法,其中所检测的负载电流瞬变对应于负载电流的下降,并且其中缩放包括:将在检测到负载电流瞬变之前可用的感测负载电流信息更新除以大于或等于2的正整数。

示例4.根据示例2或3所述的方法,还包括:在目标电压基于盲负载电流信息而被更新之后,基于对变为可用的感测负载电流信息的新更新来调整目标电压。

示例5.根据示例1到4中任一项所述的方法,其中检测负载电流瞬变包括:检测在由功率转换器的控制器实现的恒定导通时间(COT)控制方案中使用的底限电压信号何时超过阈值。

示例6.根据示例1至5中任一项所述的方法,其中功率转换器在调节输出电压时实现脉宽调制(PWM)控制,并且其中检测负载电流瞬变包括:检测PWM控制的脉冲频率何时改变预定量。

示例7.根据示例1至6中任一项所述的方法,其中检测负载电流瞬变包括:检测输出电压的过冲何时超过阈值。

示例8.根据示例1至7中任一项所述的方法,其中检测负载电流瞬变包括:检测在功率转换器的控制器内可用并且指示负载电流瞬变的信号何时超过第一阈值。

示例9.根据示例8所述的方法,其中基于盲负载电流信息来调整目标电压包括:响应于检测到信号何时超过第一阈值,将检测到负载电流瞬变之前可用的感测负载电流信息更新缩放第一缩放因子,以生成第一盲缩放电流值;以及基于第一盲缩放电流值来调整目标电压。

示例10.根据示例9所述的方法,其中所检测的负载电流瞬变对应于负载电流的下降,方法还包括:检测信号何时超过低于第一阈值的第二阈值;响应于检测到信号何时超过第二阈值,将检测到负载电流瞬变之前可用的感测负载电流信息更新缩放第二缩放因子,以生成低于第一盲缩放电流值的第二盲缩放电流值,第二缩放因子大于第一缩放因子;以及基于第二盲缩放电流值来调整目标电压。

示例11.一种控制器,被配置为实现针对功率转换器的负载线,控制器包括:调制器,被配置为基于在更新之间具有延迟的感测负载电流信息,调整用于对功率转换器的输出电压进行调节的目标电压;以及瞬变响应电路,被配置为检测负载电流瞬变,以及响应于检测到负载电流瞬变并且在对感测负载电流信息的下一更新变为可用之前,基于盲负载电流信息来调整目标电压。

示例12.根据示例11所述的控制器,其中感测负载电流信息在所检测的负载电流瞬变的至少一部分期间未被更新,并且其中瞬变响应电路被配置为:对在检测到负载电流瞬变之前可用的感测负载电流信息更新进行缩放,以生成经盲缩放的电流值;以及基于经盲缩放的电流值来调整目标电压。

示例13.根据示例12所述的控制器,其中所检测的负载电流瞬变对应于负载电流的下降,并且其中瞬变响应电路被配置为:将在检测到负载电流瞬变之前可用的感测负载电流信息更新除以大于或等于2的正整数。

示例14.根据示例12或13所述的控制器,其中瞬变响应电路被配置为:在目标电压基于盲负载电流信息而被更新之后,基于对变为可用的感测负载电流信息的新更新来调整目标电压。

示例15.根据示例11至14中任一项所述的控制器,其中瞬变响应电路包括比较器,比较器被配置为:将在由调制器实现的恒定导通时间(COT)控制方案中使用的底限电压信号与阈值进行比较,并且在底限电压超过阈值时输出信号来指示检测到负载电流瞬变。

示例16.根据示例11至15中任一项所述的控制器,其中调制器被配置为在调节功率转换器的输出电压时实现脉宽调制(PWM)控制,并且其中瞬变响应电路被配置为在PWM控制的脉冲频率改变预定量时,检测负载电流瞬变。

示例17.根据示例11至16中任一项所述的控制器,其中瞬变响应电路被配置为在输出电压的过冲超过阈值时,检测负载电流瞬变。

示例18.根据示例11至17中任一项所述的控制器,其中瞬变响应电路包括:第一比较器,被配置为将在控制器内可用并且指示负载电流瞬变的信号与第一阈值进行比较,第一比较器具有指示信号何时超过阈值的输出;以及第一锁存器,被配置为存储第一比较器的输出。

示例19.根据示例18所述的控制器,其中所检测的负载电流瞬变对应于负载电流的下降,并且其中瞬变响应电路包括第一除法器电路,第一除法器电路被配置如果在第一锁存器的输出指示信号超过第一阈值,则将在检测到负载电流瞬变之前可用的感测负载电流信息更新除以第一缩放因子,来生成第一盲缩放电流值;控制器还包括:负载线调节电路,被配置为将负载线阻抗值乘以第一盲缩放电流值来生成第一电压修改值;以及修改电路,被配置为基于第一电压修改值来调整目标电压。

示例20.根据示例19所述的控制器,其中瞬变响应电路包括:第二比较器,被配置为将指示负载电流瞬变的信号与低于第一阈值的第二阈值进行比较,第二比较器具有指示信号何时超过第二阈值的输出;第二锁存器,被配置为存储第二比较器的输出;以及第二除法器电路,被配置为如果第二锁存器的输出指示信号超过第二阈值,则将在检测到负载电流瞬变之前可用的感测负载电流信息更新除以第二缩放因子来生成第二盲缩放电流值,第二缩放因子大于第一缩放因子,其中负载线调节电路被配置为将负载线阻抗值乘以第二盲缩放电流值,来生成第二电压修改值,以及其中修改电路被配置为基于第二电压修改值来调整目标电压。

示例21.根据示例19或20所述的控制器,其中第一锁存器被配置为在目标电压基于盲负载电流信息被更新之后,指示对感测负载电流信息的新更新何时变为可用,其中负载线调节电路被配置为将负载线阻抗值乘以对感测负载电流信息的新更新,来生成新电压修改值,并且其中修改电路被配置为基于新电压修改值来调整目标电压。

示例22.一种功率转换器,包括:至少一个相,被配置为向与功率转换器耦合的负载提供相电流;以及控制器,被配置为实现针对功率转换器的负载线,控制器包括:调制器,被配置为基于在更新之间具有延迟的感测负载电流信息,调整用于对功率转换器的输出电压进行调节的目标电压;以及瞬变响应电路,被配置为检测负载电流瞬变,以及响应于检测到负载电流瞬变并且在对感测负载电流信息的下一更新变为可用之前,基于盲负载电流信息来调整目标电压。

示例23.一种电子系统,包括:电路板;附接到电路板的负载;以及被配置为向负载提供功率的功率转换器,其中功率转换器包括:至少一个相,被配置为向负载提供相电流;以及控制器,被配置为实现针对功率转换器的负载线,其中控制器包括:调制器,被配置为基于在更新之间具有延迟的感测负载电流信息,调整用于对功率转换器的输出电压进行调节的目标电压;以及瞬变响应电路,被配置为检测负载处的负载电流瞬变,以及响应于检测到负载电流瞬变并且在对感测负载电流信息的下一更新变为可用之前,基于盲负载电流信息来调整目标电压。

诸如“第一”、“第二”等的术语被用于描述各种元件、区域、部分等,并且也不旨在进行限制。在整个说明书中,相同的术语指代相同的元素。

如本文中所使用的,术语“具有”、“包含”、“包括(including/comprising)”等是开放式术语,其指示所陈述的元素或特征的存在,但是不排除其他元素或特征。除非上下文另外明确指出,否则冠词“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在包括复数和单数。

应当理解,除非另外特别指出,否则本文所述的各种实施例的特征可以被彼此组合。

尽管本文已图示和描述了特定实施例,但是本领域普通技术人员将理解,在不脱离本发明的范围的情况下,各种备选和/或等效实现方式可以替代所示出和描述的特定实施例。本申请旨在覆盖本文所讨论的特定实施例的任何改编或变型。因此,意图是本发明仅由权利要求及其等同物来限制。

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