一種提高負載點電源瞬態(tài)響應(yīng)性能的電源控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電源控制方法，具體地說是一種提高負載點電源瞬態(tài)響應(yīng)性能的 電源控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著忍片集成度和開關(guān)速度的不斷提高，忍片的性能越來越強大，功耗隨之增加， 對高頻瞬態(tài)電流的需求也越來越大。為其供電的負載點(Point Of LoacUPOL)電源必須要 有更高的功率密度和更快的瞬態(tài)響應(yīng)速度，才能滿足要求。
[0003] 當(dāng)POL電源負載電流瞬間上升時，絕大多數(shù)的電流會由輸出電容提供，此時會由于 輸出電容的等效串聯(lián)電阻化SR)而產(chǎn)生一個壓降，如圖1所示。傳統(tǒng)控制方法中，輸出電壓在 瞬態(tài)響應(yīng)后會回到原來的設(shè)定值，若此系統(tǒng)的供電電壓容限為V〇±T0L_max，則允許的最大 瞬態(tài)響應(yīng)偏移量為±T0L_max，需要輸出電容的總ESR應(yīng)低于T0L_max/AIo_max才能滿足要 求。一般需要較多的輸出電容并聯(lián)才能滿足此低ESR要求。當(dāng)負載條件由負載瞬間回到輕載 時亦然。
[0004] 為了提高負載點電源的瞬態(tài)響應(yīng)性能，一直都在嘗試不同的方法，W下是普遍采 用的幾種方法：
[0005] 1)增加輸出電容。減少動態(tài)響應(yīng)的過沖和跌落值最明顯、最強有效的方法就是增 加輸出端電容值，因為容性偏移量與容值成反比，而且大電容往往有更小的ESR值，使得阻 性偏移量也減少。但是，具有小ESR值的大電容通常價格高、體積大，需要很大的板上空間。 此外，即使使用很大的輸出電容，電壓調(diào)節(jié)環(huán)的響應(yīng)速度也必須足夠快，W使變換器在理論 的最小恢復(fù)時間內(nèi)、在整個最大占空比范圍內(nèi)變化。
[0006] 2)提高開關(guān)頻率，降低輸出濾波電感。運種方法的代價是低效率，增加了熱設(shè)計和 封裝難度。
[0007] 3)增加輔助電路，提高動態(tài)響應(yīng)性能。例如增加一個由快速的誤差放大器和儲能 電容組成的動態(tài)響應(yīng)電路(DRC)，使其在負載切換時工作，從而減少輸出大電容。在BUCK變 換器拓撲中增加一個輔助電感La、輔助開關(guān)Sa、二極管D2和瞬態(tài)控制電路，L為輸出扼流圈。 當(dāng)負載電流升高時，輸出電壓降低至小于參考電壓Vlo,Sa開通，變換器輸出電感減少，使得 電感電流迅速增加；當(dāng)負載電流下降時，Sa斷開，電感中的電流通過N2反饋至輸入端。但 是，運些方法增加了額外電路，引起功率損耗，增加了變換器體積，實用性較差。
[000引自適應(yīng)電壓定位(Adaptive Voltage化sitioning，AVP)控制就是提高負載點電 源瞬態(tài)響應(yīng)性能的一種控制方式。其工作原理是:在供電電壓波動允許范圍內(nèi)，當(dāng)負載電流 較大時，使輸出電壓略微下降，當(dāng)輸出電流較小時，使輸出電壓略微上升，W此增大輸出電 壓的瞬態(tài)偏移量容限，改善POL電源的瞬態(tài)響應(yīng)性能。自適應(yīng)電壓定位控制目前主要有兩種 實現(xiàn)方法:在輸出端串聯(lián)固定電阻的無源法和改變參考電壓的有源法。但是都未達到提高 負載點電源的瞬態(tài)響應(yīng)性能的需求。
[0009]如何解決負載點電源在瞬態(tài)響應(yīng)下容許電壓偏移量低、需要電容數(shù)量較多的問題 是現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對W上不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低、易于加 工、對環(huán)境無污染的提高負載點電源瞬態(tài)響應(yīng)性能的電源控制方法。
[0011] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種提高負載點電源瞬態(tài)響應(yīng)性能 的電源控制方法，該方法是通過在電壓誤差放大器中采用純阻性補償網(wǎng)絡(luò)為POL電源變換 器輸出電壓引入一個穩(wěn)態(tài)誤差，即通過在WL電源變換器的電壓控制環(huán)中引入直流增益，使 得輸出電壓穩(wěn)態(tài)值隨著負載電流的不同而W負阻抗特性變化，從而增大POL電源變換器輸 出電壓的瞬態(tài)偏移量容限，減小輸出電容需求數(shù)量。通過上述方法實現(xiàn)自適應(yīng)電壓定位的 控制方式。
[0012] 作為優(yōu)選，該方法用于平均電流模式。
[0013] 更優(yōu)地，所述電壓誤差放大器的補償網(wǎng)絡(luò)是一個由Rf和Rin組成的純阻性補償網(wǎng) 絡(luò)，電壓誤差放大器是一個比例型電壓誤差放大器，直流增益大小為Rf/Rin;P化電源變換 器的輸出電壓Vo和輸出電流Io呈現(xiàn)負阻抗特性，且此特性阻值Rdroop為：
[001引式中，AIout為負載最大電流Io_max和最小電流Io_min之差，AVout為輸出電壓 的幅度，Gc為電流內(nèi)環(huán)的直流增益，只要合理調(diào)整Rf和Rin的阻值，就可W實現(xiàn)所需的負阻 抗特性。
[0016] 本發(fā)明的一種提高負載點電源瞬態(tài)響應(yīng)性能的電源控制方法和現(xiàn)有技術(shù)相比，具 有W下優(yōu)點：
[0017] 1、本發(fā)明的純阻性網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)電壓定位，使得輸出電壓在輕載時上升、 重載時下降，而調(diào)節(jié)范圍仍在允許的偏差范圍內(nèi)；
[0018] 2、本發(fā)明在大信號變化時，由于純阻性補償網(wǎng)絡(luò)中沒有電容需要充、放電，系統(tǒng)可 W實現(xiàn)較好的動態(tài)響應(yīng)；
[0019] 3、本發(fā)明補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計簡單、動態(tài)響應(yīng)速度快，可W有效節(jié)省板上空間、節(jié)省物 料、降低成本；
[0020] 4、本發(fā)明可W增大瞬態(tài)響應(yīng)電壓偏移容限、減少輸出電容數(shù)量，還能降低了負載 較高條件下的輸出電壓值，可明顯降低供電對象的功耗；
[0021] 5、本發(fā)明容易滿足微處理器的電源要求：intel在V畑10.0中將處理器工作電壓 要求由固定電壓加正負容忍誤差的方式改為了遞降電壓方式，自適應(yīng)電壓定位的電壓輸出 特性正好與其一致。
[0022] 由此可見，本發(fā)明具有設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單、易于加工、體積小、使用方便、一物多 用等特點，因而，具有很好的推廣使用價值。
【附圖說明】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。
[0024] 附圖1為【背景技術(shù)】中傳統(tǒng)控制模式的瞬時動態(tài)響應(yīng)波形圖；
[0025] 附圖2為實施例1中自適應(yīng)電壓控制的電壓定位窗的波形圖；
[0026] 附圖3為實施例1中自適應(yīng)電壓控制的瞬時動態(tài)響應(yīng)波形圖；
[0027] 附圖4為實施例1中基于平均電流模式實現(xiàn)自適應(yīng)電壓控制的系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0029] 本發(fā)明的一種提高負載點電源瞬態(tài)響應(yīng)性能的電源控制方法，該方法的自適應(yīng)電 壓定位的實現(xiàn)方法是通過在電壓誤差放大器中采用純阻性補償網(wǎng)絡(luò)為POL電源變換器輸出 電壓引入一個穩(wěn)態(tài)誤差，即通過在POL電源變換器的電壓控制環(huán)中引入直流增益，使得輸出 電壓穩(wěn)態(tài)值隨著負載電流的不同而W負阻抗特性變化，從而增大POL電源變換器輸出電壓 的瞬態(tài)偏移量容限，減小輸出電容需求數(shù)量。
[0030] 自適應(yīng)電壓定位(Adaptive Vol1:age Positioning)，或稱為遞減電壓(DROOP)，指 的是將電源的輸出電壓隨著負載電流的不同而變化，如附圖2所示，即在輕載時，輸出電壓 穩(wěn)態(tài)值為Vo巧〇L_max;滿載時，輸出電壓穩(wěn)態(tài)值為V〇-T0L_max，負載線是一條具有固定斜率 的斜線，負載電流與輸出電壓形成一個電壓定位窗，如附圖3所示。運樣，相當(dāng)于此電源允許 的瞬態(tài)響應(yīng)電壓偏移量變?yōu)椤?^T0L_max，增大一倍，對應(yīng)的ESR也增大一倍，所需輸出電 容減半。
[0031] 如附圖4所示，該方法用于平均電流模式。電壓誤差放大器的補償網(wǎng)絡(luò)是一個由Rf 和化n組成的純阻性補償網(wǎng)絡(luò)(傳統(tǒng)控制方式中為保持輸出電壓固定不變，常用RC網(wǎng)絡(luò)），電 壓誤差放大器是一個比例型電壓誤差放大器，直流增益大小為Rf/Rin;P化電源變換器的輸 出電壓Vo和輸出電流Io呈現(xiàn)負阻抗特性，且此特性阻值Rdroop為：
[0033] 式中，AIout為負載最大電流Io_max和最小電流Io_min之差，AVout為輸出電壓 的幅度，Gc為電流內(nèi)環(huán)的直流增益，只要合理調(diào)整Rf和Rin的阻值，就可W實現(xiàn)所需的負阻 抗特性。
[0034] 上述【具體實施方式】僅是本發(fā)明的具體個案，本發(fā)明的專利保護范圍包括但不限于 上述【具體實施方式】，任何符合本發(fā)明的一種提高負載點電源瞬態(tài)響應(yīng)性能的電源控制方法 的權(quán)利要求書的且任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對其所做的適當(dāng)變化或替換，皆應(yīng)落 入本發(fā)明的專利保護范圍。
[0035] 通過上面【具體實施方式】，所述技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易的實現(xiàn)本發(fā)明。但是應(yīng) 當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于上述的一種【具體實施方式】。在公開的實施方式的基礎(chǔ)上，所述技術(shù) 領(lǐng)域的技術(shù)人員可任意組合不同的技術(shù)特征，從而實現(xiàn)不同的技術(shù)方案。
[0036] 除說明書所述的技術(shù)特征外，均為本專業(yè)技術(shù)人員的已知技術(shù)。
【主權(quán)項】
1. 一種提高負載點電源瞬態(tài)響應(yīng)性能的電源控制方法，其特征在于：該方法是通過在 電壓誤差放大器中采用純阻性補償網(wǎng)絡(luò)為POL電源變換器輸出電壓引入一個穩(wěn)態(tài)誤差，即 通過在POL電源變換器的電壓控制環(huán)中引入直流增益，使得輸出電壓穩(wěn)態(tài)值隨著負載電流 的不同而以負阻抗特性變化。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高負載點電源瞬態(tài)響應(yīng)性能的電源控制方法，其特征 在于:該方法用于平均電流模式。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高負載點電源瞬態(tài)響應(yīng)性能的電源控制方法，其特征 在于:所述電壓誤差放大器的補償網(wǎng)絡(luò)是一個由Rf和Rin組成的純阻性補償網(wǎng)絡(luò)，電壓誤差 放大器是一個比例型電壓誤差放大器，直流增益大小為Rf/Rin;P0L電源變換器的輸出電壓 Vo和輸出電流1〇呈現(xiàn)負阻抗特性，且此特性阻值Rdrqqp為：式中，Alout為負載最大電流Io_max和最小電流Io_min之差，AVout為輸出電壓的幅 度，Gc為電流內(nèi)環(huán)的直流增益。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高負載點電源瞬態(tài)響應(yīng)性能的電源控制方法，屬于電源控制方法，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為如何解決負載點電源在瞬態(tài)響應(yīng)下容許電壓偏移量低、需要電容數(shù)量較多的問題。技術(shù)方案為：該方法是通過在電壓誤差放大器中采用純阻性補償網(wǎng)絡(luò)為POL電源變換器輸出電壓引入一個穩(wěn)態(tài)誤差，即通過在POL電源變換器的電壓控制環(huán)中引入直流增益，使得輸出電壓穩(wěn)態(tài)值隨著負載電流的不同而以負阻抗特性變化。
【IPC分類】H02M3/156
【公開號】CN105634277
【申請?zhí)枴緾N201610084922
【發(fā)明人】趙瑞東, 戴曉龍, 耿士華, 徐成焱
【申請人】山東超越數(shù)控電子有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年2月14日