電壓調節器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電壓調節器和電壓調節的方法。
【背景技術】
[0002]電壓調節器是被設計用于自動維持恒定輸出電壓的電路。一些電壓調節器以線性模式來操作，而一些以切換模式來操作(其中至少一個元件用作打開/閉合開關)。通常，電壓調節器無法即時響應于負載電流的突變(sudden change)。輸出電容器通常用于降低紋波(ripple)且有助于降低由于負載電流的突變而生成的輸出電壓瞬變。
[0003]許多系統使用具有陶瓷介質的電壓調節器輸出電容器。具有陶瓷層和金屬電極的這種類型的電容器是固有壓電的。因此，如果存在處于人類可聽頻率范圍內的壓電電壓改變(20Hz-20KHz)，則它們可以可聽見地震動。例如，可以按照每秒240次來刷新用于計算機監控器和電視的液晶顯示器，并且可以按照該速率的兩倍來刷新3D顯示器。每次刷新循環均要求電源電流的大的改變，這可能導致了電壓調節器輸出電容器處的電壓瞬變。對于具有周期負載電流改變的電壓調節器驅動顯示器或其他系統，令人反感的可聽噪聲可以由輸出電容生成。降低電壓調節器的輸出處的電壓瞬變通常是需要的，并且更具體地，需要降低來自電壓調節器的輸出電容器的聽覺噪聲。
【附圖說明】
[0004]圖1 (現有技術)是現有電壓調節器的示例實施例的示意性框圖。
[0005]圖2A-2C(現有技術)是示出圖1的電壓調節器中的電流、電壓和信號波形的時序圖。
[0006]圖3是改進的電壓調節器的示例實施例的示意性框圖。
[0007]圖4A-4D是示出圖3的電壓調節器的信號和電壓波形的時序圖。
[0008]圖5是示出圖3中部分電壓調節器的示例實施例的額外細節的示意性框圖。
[0009]圖6是示出圖3中部分電壓調節器的示例實施例的額外細節的示意性框圖。
[0010]圖7是用于降低電壓調節器的周期輸出電壓紋波的方法的示例實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]圖1圖示用于將功率提供給負載108的現有技術的電壓調節器100的示例。負載108被描述為電阻器，但是，通常來說負載108可以是具有變化的電流需求的系統。所示電壓調節器100 (其被簡化從而有助于圖示和說明)包括DC-DC變換器102和反饋電路104。DC-DC變換器102將在輸入電壓Vin處的功率轉換為在輸出電壓V ■處的功率。輸入電壓V1N可以大于輸出電壓V (OT或輸出電壓V (W可以大于輸入電壓Vin。DC-DC變換器102可以是線性電路，或者DC-DC變換器102可以是切換電路。反饋電路104將輸出電壓V.與參考電壓Vref相比較并且生成反饋信號S FB，該反饋信號Sfb使得DC-DC變換器102生成更大或更小的電流以維持恒定的輸出電壓V.。輸出電容器106對于切換DC-DC變換器來說是必要的。對于所有類型的DC-DC變換器，輸出電容器106有助于降低輸出電壓的紋波，并且還有助于降低由于負載電流iuM的突變而產生的輸出電壓瞬變。
[0012]圖2A-2C圖示與圖1的示例電壓調節器100相關聯的各種示例波形。在圖2A的示例中，到系統108的電流周期性地變化，到系統108的電流i 在時間t ^ t3處突然地增大，并且在時間tjP 14處突然地減小。
[0013]在圖2B中，圖1中的電壓調節器100無法瞬間響應于圖2A中所述的負載電流的變化。當負載電流iuM增大時(t D t3)，由DC-DC變換器102提供的電流(i.)是不足的，并且輸出電壓V-隨著輸出電容器106開始放電而開始減小。閉環電壓調節器系統花費有限數量的時間用于響應輸出電壓V.并且將輸出電壓V ■恢復回到期望電壓，從而在時間t #口七3處在輸出電壓V ■上生成負電壓瞬變。同樣地，當負載電流i U3ad減小時(t 2，t4)，DC-DC變換器102提供比負載110要求的電流更多的電流(i.)，并且輸出電壓V.隨著電容器106開始充電而開始增加。再一次地，閉環電壓調節器系統花費有限數量的時間來響應，并且正電壓瞬變在時間〖2和14處被生成在輸出電壓V ■上。如果V ■上的電壓瞬變足夠大，并且如果電壓瞬態的頻率在人類聽覺能帶(auditory band)的之內，則輸出電容器106可以生成令人反感的聽覺噪聲。
[0014]在圖1中，反饋信號Sfb控制DC-DC變換器102的電流輸出。在圖2C中，在時間M5P t3處，閉環電壓調節器響應時間使得反饋信號Sfb緩慢地增大到較高電平從而增大i0UT(DC-DC變換器102的電流輸出)，并且在時間t2和t4處，電壓調節器閉環響應時間使得反饋信號Sfb緩慢地減小到較低電平從而減小i (jUT。
[0015]圖3圖示改良的電壓調節器300的示例實施例，其為圖1的電壓調節器100添加有附加的前饋電路。信號Su3ad是來自由電壓調節器300供電的系統108的信號，信號Su3ad表明系統108所需的電流。更具體地，信號&_表明系統108將要求電流的改變，從而允許電壓調節器300預測負載電流中的突變。前饋電路302使用信號Su3ad來生成被耦合到反饋信號Sfb的前饋信號S ppo前饋電路302還接收電壓調節器輸出電壓V.。前饋電路302使用V.和信號S U3ad來生成前饋電壓輸出V ppo前饋信號Sff具有可變振幅，并且前饋信號S FF的振幅是前饋電壓輸出Vff的振幅。在圖3中，修正的反饋信號Sfb是反饋電路104的輸出(如圖2C所述)和前饋信號Sff的總和。信號S L0AD、SFF, Sff對S FB的貢獻(contribut1n)、以及產生的修正的Sfb被示出在圖4A-4D中。
[0016]通常，電壓調節器無法預測負載電流即將改變。信號Su3ad和前饋電路302使得電壓調節器300能夠略微在反饋回路中存在待感測的充分的電流變化之前、以及略微在存在待感測的輸出電壓V.上的任何瞬變之前預測電流的改變。前饋信號S FF修正了反饋信號Sfb從而代替了如圖2C中的相對慢的閉環響應，修正的反饋信號Sfb即時(但是短暫地(briefly))響應于信號Sumid前饋信號Sff在信號S伽卩中的每個階段(st印)改變之后立即將尖峰脈沖(spike)(衰減之后的電壓的階段)添加到反饋信號SFB。在圖3的示例中，前饋信號Sff被電容性耦合到反饋信號Sfb，但是電容性耦合不是必需的。電容性耦合僅僅是用于在信號Su3ad中的每個階段之后提供短暫信號的途徑中的一種示例。當信號S ^_為周期性時，前饋電路302隨著時間可以調整前饋信號Sff的量級(magnitude)(前饋信號S FF的量級是前饋電壓輸出Vff的量級)，從而基本地消除輸出電壓V ■上的對應的周期性的電壓瞬變。
[0017]在圖4A中，信號S_是來自由電壓調節器300供電的系統108的信號。信號3_是對應于改變的系統電流的信號，例如將改變系統108的狀態的控制器中的信號。例如，3_:)可以是顯示刷新信號或周期性脈寬調制顯示背光的信號。在圖4A的示例中，當信號
高時，負載電流i U3ad為高，而當信號S _為低時，負載電流i _為低。
[0018]在圖4B中，前饋信號Sff是具有與負載信號S _相同正時且具有可變量級的信號(前饋信號Sff的量級是前饋電壓輸出Vff的量級)。對于圖3中的示例，修正的反饋信號Sfb是反饋電路104的輸出(如圖2C所示)與電容性耦合的前饋信號S ^的總和。
[0019]在圖4C中，信號Sfb(Sff)是前饋信號Sff對修正的反饋信號Sfb的貢獻。Sfb(Sff)在時間^和13將正階段添加到反饋信號S FB，并且每個階段如由電阻器304和電容器306所確定地衰減。Sfb(Sff)在時間t#Pt4將負階段添加到反饋信號Sfb，并且每個階段如由電阻器304和電容器306所確定地衰減。再一次地，電容性耦合僅僅是用于將短暫響應實施到Vu3ad中的每個階段中的方式中的一個示例。階段的可變量級是來自前饋電路302的前饋電壓輸出Vff的量級。
[0020]圖4D示出在來自前饋信號Sff的衰減階段被添加至反饋電路104的輸出(如圖2C所示)時的反饋信號SFB。產生的反饋信號Sfb具有基本上瞬時上升和下降時間。與圖2C所示的較慢的閉環響應時間相比，反饋信號Sfb的快速上升和下降時間使得DC-DC變換器102立即響應于在時間V t2、t#P 14處的負載電流改變。實際上，在存在輸出電壓V.的任何改變之前，前饋電路302使得DC-DC變換器電路102響應于負載電流的改變，并且由于周期性負載電流改變而產生的V.上的周期性電壓瞬變被基本消除。由于消除了 V.上的周期性電壓瞬變，因此消除了來自輸出電容器106的聽覺噪聲。
[0021]圖5示出使用切換DC-DC變換器502的圖3中的電壓調節器300的示例實施例的額外細節。在圖5中，DC-DC變換器502示出了圖3中的DC-DC變換器102的一個可能的示例。DC-DC變換器502是切換DC-DC升壓變換器(輸出電壓V.高于輸入電壓V IN)。DC