一種提高負載點電源瞬態響應性能的電源控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設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響應性能的 電源控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著忍片集成度和開關速度的不斷提高，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響應速度，才能滿足要求。
[0003] 當POL電源負載電流瞬間上升時，絕大多數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電阻化SR)而產生一個壓降，如圖1所示。傳統控制方法中，輸出電壓在 瞬態響應后會回到原來的設定值，若此系統的供電電壓容限為V〇±T0L_max，則允許的最大 瞬態響應偏移量為±T0L_max，需要輸出電容的總ESR應低于T0L_max/AIo_max才能滿足要 求。一般需要較多的輸出電容并聯才能滿足此低ESR要求。當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響應性能，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。減少動態響應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，電壓調節環的響應速度也必須足夠快，W使變換器在理論 的最小恢復時間內、在整個最大占空比范圍內變化。
[0006] 2)提高開關頻率，降低輸出濾波電感。運種方法的代價是低效率，增加了熱設計和 封裝難度。
[0007] 3)增加輔助電路，提高動態響應性能。例如增加一個由快速的誤差放大器和儲能 電容組成的動態響應電路(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Sa、二極管D2和瞬態控制電路，L為輸出扼流圈。 當負載電流升高時，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引自適應電壓定位(Adaptive Voltage化sitioning，AVP)控制就是提高負載點電 源瞬態響應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，當負載電流 較大時，使輸出電壓略微下降，當輸出電流較小時，使輸出電壓略微上升，W此增大輸出電 壓的瞬態偏移量容限，改善POL電源的瞬態響應性能。自適應電壓定位控制目前主要有兩種 實現方法:在輸出端串聯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 負載點電源的瞬態響應性能的需求。
[0009]如何解決負載點電源在瞬態響應下容許電壓偏移量低、需要電容數量較多的問題 是現有技術中存在的技術問題。
【發明內容】
[0010] 本發明的技術任務是針對W上不足之處，提供一種結構簡單、生產成本低、易于加 工、對環境無污染的提高負載點電源瞬態響應性能的電源控制方法。
[0011] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種提高負載點電源瞬態響應性能 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絡為POL電源變換 器輸出電壓引入一個穩態誤差，即通過在WL電源變換器的電壓控制環中引入直流增益，使 得輸出電壓穩態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 出電壓的瞬態偏移量容限，減小輸出電容需求數量。通過上述方法實現自適應電壓定位的 控制方式。
[0012] 作為優選，該方法用于平均電流模式。
[0013] 更優地，所述電壓誤差放大器的補償網絡是一個由Rf和Rin組成的純阻性補償網 絡，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為電流內環的直流增益，只要合理調整Rf和Rin的阻值，就可W實現所需的負阻 抗特性。
[0016] 本發明的一種提高負載點電源瞬態響應性能的電源控制方法和現有技術相比，具 有W下優點：
[0017] 1、本發明的純阻性網絡能夠實現自適應電壓定位，使得輸出電壓在輕載時上升、 重載時下降，而調節范圍仍在允許的偏差范圍內；
[0018] 2、本發明在大信號變化時，由于純阻性補償網絡中沒有電容需要充、放電，系統可 W實現較好的動態響應；
[0019] 3、本發明補償網絡設計簡單、動態響應速度快，可W有效節省板上空間、節省物 料、降低成本；
[0020] 4、本發明可W增大瞬態響應電壓偏移容限、減少輸出電容數量，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，自適應電壓定位的電壓輸出 特性正好與其一致。
[0022] 由此可見，本發明具有設計合理、結構簡單、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] 下面結合附圖對本發明進一步說明。
[0024] 附圖1為【背景技術】中傳統控制模式的瞬時動態響應波形圖；
[0025] 附圖2為實施例1中自適應電壓控制的電壓定位窗的波形圖；
[0026] 附圖3為實施例1中自適應電壓控制的瞬時動態響應波形圖；
[0027] 附圖4為實施例1中基于平均電流模式實現自適應電壓控制的系統框圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
[0029] 本發明的一種提高負載點電源瞬態響應性能的電源控制方法，該方法的自適應電 壓定位的實現方法是通過在電壓誤差放大器中采用純阻性補償網絡為POL電源變換器輸出 電壓引入一個穩態誤差，即通過在POL電源變換器的電壓控制環中引入直流增益，使得輸出 電壓穩態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 的瞬態偏移量容限，減小輸出電容需求數量。
[0030] 自適應電壓定位(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 穩態值為Vo巧〇L_max;滿載時，輸出電壓穩態值為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，相當于此電源允許 的瞬態響應電壓偏移量變為± ^T0L_max，增大一倍，對應的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絡是一個由Rf 和化n組成的純阻性補償網絡(傳統控制方式中為保持輸出電壓固定不變，常用RC網絡），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為電流內環的直流增益，只要合理調整Rf和Rin的阻值，就可W實現所需的負阻 抗特性。
[0034] 上述【具體實施方式】僅是本發明的具體個案，本發明的專利保護范圍包括但不限于 上述【具體實施方式】，任何符合本發明的一種提高負載點電源瞬態響應性能的電源控制方法 的權利要求書的且任何所屬技術領域的普通技術人員對其所做的適當變化或替換，皆應落 入本發明的專利保護范圍。
[0035] 通過上面【具體實施方式】，所述技術領域的技術人員可容易的實現本發明。但是應 當理解，本發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上，所述技術 領域的技術人員可任意組合不同的技術特征，從而實現不同的技術方案。
[0036] 除說明書所述的技術特征外，均為本專業技術人員的已知技術。
【主權項】
1. 一種提高負載點電源瞬態響應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絡為POL電源變換器輸出電壓引入一個穩態誤差，即 通過在POL電源變換器的電壓控制環中引入直流增益，使得輸出電壓穩態值隨著負載電流 的不同而以負阻抗特性變化。2. 根據權利要求1所述的一種提高負載點電源瞬態響應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. 根據權利要求2所述的一種提高負載點電源瞬態響應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絡是一個由Rf和Rin組成的純阻性補償網絡，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為電流內環的直流增益。
【專利摘要】本發明公開了一種提高負載點電源瞬態響應性能的電源控制方法，屬于電源控制方法，本發明要解決的技術問題為如何解決負載點電源在瞬態響應下容許電壓偏移量低、需要電容數量較多的問題。技術方案為：該方法是通過在電壓誤差放大器中采用純阻性補償網絡為POL電源變換器輸出電壓引入一個穩態誤差，即通過在POL電源變換器的電壓控制環中引入直流增益，使得輸出電壓穩態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
【申請號】CN201610084922
【發明人】趙瑞東, 戴曉龍, 耿士華, 徐成焱
【申請人】山東超越數控電子有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年2月14日