具有斜率補償功能的脈沖密度數/模轉換器的制造方法
【專利說明】具有斜率補償功能的脈沖密度數/模轉換器
[0001]相關專利串請案
[0002]本申請案主張于2013年3月12日提出申請的共同擁有的美國臨時專利申請案第61/777，808號的優先權，所述申請案特此出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技術領域
[0003]本發明涉及切換模式電力供應器(SMPS)，且更特定來說涉及在SMPS中借助使用脈沖密度調制(PDM)的數/模轉換器(DAC)提供斜率補償。
【背景技術】
[0004]正常地，在切換模式電力供應器(SMPS)中，峰值電流值與電感器中的平均電流有關。但對于一些SMPS電路拓撲學，當脈沖寬度調制(PffM)工作循環大于50%時，在透過電感器的峰值與平均電流之間存在改變關系，其中峰值電流不再與平均電流成比例。此可致使不穩定性，例如，次諧波振蕩。此不穩定性(次諧波振蕩)的基本原因是電感器電流在下一 PffM循環開始之前不返回到O。為防止此不穩定性，許多SMPS應用使用被稱為“峰值電流模式控制”(PCMC)的控制方法。PCMC為電感器電流設置最大或峰值電平。可借助模擬比較器監視SMPS功率電感器電流。此比較器的閾值設置SMPS電感器的峰值電流極限。參考圖1，峰值電流與平均電流有關(在一些假定下)。對于PCMC應用的數字實施，數/模轉換器(DAC)用以將閾值電壓提供到比較器。
[0005]PCMC將下行斜率調制到電流參考值上以使電力電路穩定。隨著PWM循環行進，此以遞減參考斜率按比例調整峰值電感器電流。基本思路是將電路限制到在下一 PWM循環開始之前可適當地放電的峰值電流電平。
[0006]參考圖2，其描繪用于SMPS中的現有技術模擬斜率補償電路的示意性框圖。隨著用戶的PffM工作循環持續時間增加而減小用于峰值電流檢測的參考電壓。參考圖3，其描繪在圖2中展示的現有技術模擬斜率補償電路的一部分的示意性框圖。當使用模擬斜率補償時存在若干問題。舉例來說，模擬電路是昂貴的。模擬電路實施方案需要用于配置的外部組件，或需要PWM控制器集成電路中的高度可調適內部功能模塊。模擬斜率產生器具有受限制電壓范圍。另外，在小工藝幾何尺寸集成電路中，斜率補償功能性所需的必要模擬電路太大且太昂貴而無法構建，且因此在供價格敏感性產品使用時是不具成本效率的。
【發明內容】
[0007]因此，需要借助低成本、混合信號(模擬與數字)集成電路解決方案為SMPS系統提供斜率補償功能性。
[0008]根據一實施例，一種具有斜率補償功能的脈沖密度調制數/模轉換器(PDM DAC)可包括:所述PDM DAC，其可包括:PDM DAC累加器，PDM DAC加法器，其具有耦合到所述PDMDAC累加器的輸入的輸出及耦合到所述PDM DAC累加器的輸出的第二輸入，PDM DAC多路復用器，其具有耦合到所述PDM DAC加法器的第一輸入的輸出，及PDM DAC增量值寄存器，其具有耦合到所述PDM DAC多路復用器的第一輸入的輸出；斜率產生器，其可包括:斜率產生器累加器，其具有耦合到所述PDM DAC多路復用器的第二輸入的輸出，斜率產生器多路復用器，其具有耦合到所述斜率產生器累加器的輸入的輸出及耦合到所述PDM DAC增量值寄存器的所述輸出的第一輸入，斜率值寄存器，斜率產生器加法器，其具有耦合到所述斜率產生器多路復用器的第二輸入的輸出、耦合到所述斜率值寄存器的輸出的第一輸入及耦合到所述斜率產生器累加器的所述輸出的第二輸入，非正檢測電路，其具有耦合到所述斜率產生器累加器的所述輸出的輸入，及控制邏輯，其具有耦合到所述非正檢測電路的輸出的輸入、耦合到所述斜率產生器累加器的啟用輸入的第一控制輸出及耦合到所述斜率產生器多路復用器的控制輸入的第二控制輸出；及D鎖存器，其具有耦合到所述PDM DAC加法器的進位輸出輸出的D輸入及耦合到時鐘信號的時鐘輸入；其中當可由所述非正檢測電路檢測來自所述斜率產生器累加器的O或負輸出時，所述控制邏輯逼迫來自所述斜率產生器累加器的O輸出，且當可將斜率模式控制信號施加到所述PDM DAC多路復用器時，所述PDM DAC加法器的所述第一輸入可耦合到所述斜率產生器累加器的所述輸出，否則耦合到所述PDM DAC增量值寄存器的所述輸出。
[0009]根據另一實施例，可提供具有耦合到所述D鎖存器的輸出的輸入的低通濾波器。根據另一實施例，所述低通濾波器的響應特性可為可選擇的。根據另一實施例，所述低通濾波器包括多個極。根據另一實施例，斜率值在所述斜率值寄存器中可為正的。根據另一實施例，可提供二補數電路以用于在將二補數斜率值耦合到所述斜率產生器加法器之前對所述斜率值寄存器中的所述正斜率值進行二補數運算。根據另一實施例，斜率值在所述斜率值寄存器中可為負的。根據另一實施例，可提供具有耦合到所述斜率產生器加法器的所述輸出的輸入及耦合到所述控制邏輯的輸入的輸出的下溢檢測電路。根據另一實施例，切換模式電力供應器(SMPS)控制器可包括具有斜率補償的所述PDM DAC0
[0010]根據又一實施例，一種具有斜率補償功能的脈沖密度調制(PDM)數/模轉換器(DAC)可包括:PDM累加器電路，其用于產生具有與輸入數據值成比例的脈沖密度的PDM脈沖流，其中所述PDM累加器以極高速度操作以當將所述PDM脈沖流轉換成模擬電壓時使輸出低通濾波器要求最小化；及斜率累加器電路，其修改到所述PDM DAC的所述輸入數據值以便產生PDM脈沖密度的受控改變，其中所述斜率累加器電路提供斜率補償功能。根據又一實施例，可提供用于將所述PDM脈沖流轉換成所述模擬電壓的可選擇響應低通模擬濾波器。
[0011]根據再一實施例，一種具有具斜率補償功能的PDM DAC的切換模式電力供應器(SMPS)可包括:功率轉換器，其可包括功率電感器、功率切換晶體管、整流器及濾波電容器；及混合信號集成電路，其可包括:脈沖寬度調制(PWM)產生器，數字處理器，其耦合到所述PffM產生器且發出PffM命令到所述PffM產生器，模/數轉換器(ADC)，其具有耦合到所述功率轉換器的所述濾波電容器的電壓輸出的模擬輸入，PDM產生器，電壓比較器，其具有耦合到所述功率轉換器中的電流測量電路的第一輸入，脈沖密度調制數/模轉換器(PDM DAC)，其具有斜率補償功能，且具有耦合到所述電壓比較器的第二輸入的模擬輸出及耦合到所述電壓比較器的輸出的控制輸入。根據另一實施例，所述混合信號集成電路可為微控制器。
[0012]根據再一實施例，一種在電流模式控制切換模式電力供應器(SMPS)中提供斜率補償電壓的方法可包括以下步驟:借助PDM數/模轉換器(DAC)產生脈沖劃分調制(PDM)信號；借助數字斜率產生器修改所述PDM DAC信號；及將所述經修改PDM DAC信號耦合到模擬低通濾波器以用于在電流模式控制SMPS中提供斜率補償電壓。
[0013]根據所述方法的另一實施例，所述模擬低通濾波器具有多個極。根據所述方法的另一實施例，所述模擬低通濾波器具有可選擇濾波器特性。根據所述方法的另一實施例，其可包括選擇所述低通濾波器的特性的步驟。根據所述方法的另一實施例，所述選擇所述低通濾波器的所述特性的步驟提供減小的電壓紋波。根據所述方法的另一實施例，其可包括以下步驟:檢測斜率累加器中的O值；及當可檢測到所述O值時，逼迫所述O值保持在所述斜率累加器中。根據所述方法的另一實施例，其可包括停用所述數字斜率產生