[发明专利]具有改进的瞬态响应的控制结构

说明书

电源接口装置包括主开关变换器、辅助开关变换器、反馈感测电路、误差放大器、高通滤波器、瞬态检测电路和辅助控制电路。瞬态检测电路配置为接收瞬态信号的高频分量，并当所述瞬态信号的高频分量超出由第一阈值和第二阈值限定的运行窗口范围时输出使能信号，以及当所述瞬态信号的高频分量保持在所述运行窗口范围内时输出非使能信号。辅助控制电路配置为根据所述使能信号激活所述辅助开关变换器，并根据所述非使能信号使所述辅助开关变换器失效。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年1月20日提交的、美国临时申请序列号为62/280,897、名称为“具有改进的瞬态响应的控制结构”的优先权的权益；2016年1月20日提交的、美国临时申请序列号为62/280,878、名称为“具有分离的高频和低频路径信号的快速瞬态电源”的优先权的权益；和2016年6月30日提交的、美国申请序列号为15/199693、名称为“具有改进的瞬态响应的控制结构”的优先权的权益，其全部内容通过引用结合于此。

背景技术

供电系统包括电源、负载器件、以及将电源连接到负载器件的电源接口装置。电源可包括电池、电网、太阳能光伏电池、交流(AC)发电机、和/或前端功率变换器的输出。电源接口装置可配置为升高或降低电源的电压，以给负载器件提供合适的电压。电源接口装置可为升压变换器或降压变换器或者任何其它变换器。负载器件可包括电阻性负载、磁性负载、电容性负载、发热器件。在一种实施方式中，该负载器件可例如为低电压但高电流的负载器件，例如，计算机中央处理单元(CPU)。这种类型的负载器件可具有多种负载瞬态工况(transient condition)。

在负载瞬态工况期间，负载器件的电流可在很短的时间内大幅变化。例如，瞬态工况期间，负载器件的电流可在短于一微秒内从0A增加到100A或者从100A减小到0A。这些电流突变能够在负载器件处产生大的电压波动，并能够使输出电压摆动超出负载器件的稳定运行窗口。

为使瞬态变化最小化，在一种实施方式中，供电系统的输出端可添加大功率电容器。该电容器可在瞬态工况期间提供或吸收必要的电流，从而减小负载瞬变引起的电压波动。为此，输出端电容器有助于补充电感器的缓慢上升的电流，以满足负载器件对电流需求的增加。类似地，输出端电容器有助于吸收电流，以满足负载器件的电流的突然降低。然而，电容器昂贵并因此可能会增加系统的成本和尺寸。

在另一实施方式中，变换器可被推动为在较高带宽下运行，以快速地响应负载瞬变。然而，开关式变换器带宽受限于它的开关频率。因此，为推动变换器在较高带宽下运行，该变换器不得不在较高的开关频率下运行。这意味着更多的功率损耗，因为每次开关接通/断开，都具有功率损耗。如此，供电系统还受限于置于电源与负载器件之间的功率变换器的功率损耗。

因此，需要一种供电系统，该供电系统能够对负载器件的瞬态工况提供快速响应，同时能够提高能效并降低成本和尺寸。

发明内容