[发明专利]用于开关电压调节器的控制器优化的方法和设备

说明书

提供了一种用于开关电压调节器的控制器优化的方法和设备。用于数字电压调节器控制器的控制环路系数是通过确定PID(比例‑积分‑微分)系数为用于所述数字电压调节器控制器的多个系统参数的函数来确定的，PID系数满足数字电压调节器控制器的增益和相位裕度目标，并重新确定一个或多个PID系数以在低于所述数字电压调节器控制器的带宽的频率下，平坦化所述数字电压调节器控制器的输出阻抗响应。

技术领域

本申请涉及开关电压调节器，具体涉及通过优化电压环路和电流环路响应以使开关电压调节器的输出阻抗响应平坦化来改进暂态响应。

背景技术

诸如DC-DC调节器的开关电压调节器，由于其高效率和这种转换器占用小的面积/体积，被广泛用于各种应用的现代电子系统，例如用于电信的计算(服务器和移动电话)和POL(负载点系统)。被广泛接受的开关电压调节器的拓扑结构包括降压、升压、降压-升压、正向、反激、半桥、全桥和SEPIC拓扑结构。多相降压转换器特别适合用于在低电压下提供高性能集成电路，诸如微处理器、图形处理器和网络处理器所需的高电流。降压转换器使用有源组件实现，诸如脉冲宽度调制(PWM)控制器IC(集成电路)、驱动器电路，包括功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的一个或多个相位，以及无源组件，诸如电感器、变压器或耦合电感器、电容器和电阻器。多个相(功率级)可以通过各自的电感器被并联连接到负载，以满足高输出电流要求。

一些开关电压调节器实现AVP(自适应电压位置，也被称为跌落补偿和负载线)。在一个基于AVP的电压调节系统中，电压调节器设计的关键标准是为了满足随频率的输出阻抗要求，以实现良好的瞬态响应。调节器控制器可包括被设计为使输出阻抗响应平坦化以便获得恒定的电阻输出阻抗的补偿器。只要输出阻抗在控制带宽内是恒定的并且超出带宽的阻抗更小，AVP仍然可以实现。在这些条件下，相位裕度通常大于60度。否则，在输出阻抗曲线内出现峰值或突起。常规AVP设计方法设定控制带宽以匹配ESR(等效串联电阻)零点，并确保超出ESR零点的阻抗小于下垂电阻。然而，至少60度的相位裕度不是总能被获得，例如当调节器控制器实施非常低的开关频率以实现更高的效率时。在这些使用常规的AVP设计方法的条件下，显著的峰值或突起出现在调节器的输出阻抗响应中。输出阻抗是用于评估开关电压调节器负载瞬态响应的一种有效措施。相对平坦的输出阻抗曲线产生更为理想的调节器响应。因此，在闭环阻抗曲线内的峰值或突起是不希望的，并可能导致更不理想的调节器响应。

发明内容

根据用于数字电压调节器控制器的确定控制环路系数的方法的一个实施例，该方法包括：确定满足数字电压调节器控制器的增益和相位裕度目标的PID(比例-积分-微分)系数，作为数字电压调节器控制器的多个系统参数的函数；并重新确定一个或多个PID系数，以在低于数字电压调节器控制器的带宽的频率下平坦化数字电压调节器控制器的输出阻抗响应。

根据可操作地存储计算机程序以确定用于数字电压调节器控制器的控制环路系数的非临时性计算机可读介质的一个实施例，该计算机程序包括：用以确定满足数字电压调节器控制器的增益和相位裕度目标的PID(比例-积分-微分)系数作为数字电压调节器控制器的多个系统参数的函数的程序指令。该计算机程序还包括程序指令，以重新确定PID系数中的一个或多个，以在低于数字电压调节器控制器的带宽的频率下平坦化数字电压调节器控制器的输出阻抗响应。

通过阅读以下的详细描述以及查看附图，本领域技术人员将认识到附加特征和优点。

附图说明

附图的元件相对于彼此不一定按比例。相同的标记表示相应的类似部件。各个图示的实施例的特征可以被结合，除非它们彼此排斥。实施例在附图中被描绘并以下的说明书中详述。

图1示出了多相开关电压调节器的一个实施例的框图，其具有控制环路补偿器，以及用于确定控制环路补偿器的控制环路系数的编程系统。

图2示出了确定数字电压调节器控制器的控制环路系数的方法的一个实施例的流程图。