[发明专利]应用于电压调节器模块的即插即用电子电容器

说明书

一种用于电压调节器模块(VRM)的即插即用瞬态抑制单元(TSU)，该单元包括：双向电流源，其经由TSU的高压端口和低压端口并联连接到VRM的电压输出，适于立即吸收或提供被供应给负载的电流；检测电路，其用于检测VRM的电压输出与参考稳态电压之间的不匹配，该检测电路包括第一比较器，该第一比较器用于检测VRM的电压输出与参考稳态电压之间的匹配；第二比较器，其用于检测VRM的电压输出与高于参考稳态电压的预定义阈值之间的不匹配；第三比较器，其用于检测VRM的电压输出与低于参考稳态电压值的预定义阈值之间的不匹配；瞬态响应加速器，其经由TSU的第三端口连接到VRM误差放大器的输出补偿端口，并且适于控制VRM的占空比饱和。第三比较器检测到加载瞬态，此时瞬态响应加速器将VRM的占空比饱和到最大值，并且电流从电流源提供到输出，直到第一比较器检测到VRM的电压输出与预期的稳态电压匹配。第二比较器检测到卸载瞬态，此时瞬态响应加速器将VRM的占空比饱和到最小值，并且电流从输出吸收到电流源，直到第一比较器检测到VRM的电压输出与预期的稳态电压匹配。

技术领域

本发明涉及电压调节器模块(VRM)的领域。更具体地，本发明涉及一种类似电容器的瞬态抑制单元(TSU)以提高VRM的性能并减小其总体积，尤其是减小VRM输出处所需的物理输出电容的值和体积以将负载瞬态维持在定义边界内。

背景技术

当今电压调节器模块(VRM)的目标特性是能够在宽范围负载变化下维持良好调节的几乎恒定的输出电压，同时最大化功率密度。实现该目标的关键考虑因素是无源部件的物理尺寸，其禁止了完全集成化的解决方案。各种当前应用提高了切换频率，并且采用多相转换器来增强瞬态响应，从而允许电感器的集成。另一方面，VRM应用中的输出电容的尺寸主要取决于负载瞬态幅度和速率，并且因此占用了大部分PCB面积。

为了最小化负载瞬态的影响，现有几种增强控制带宽从而导致占空比饱和的方法。诸如电流编程模式控制及其衍生方法、时间最优和最小偏差控制方法等方法已经示出了某种瞬态响应，该瞬态响应实际上具有尽可能最小的电压偏差，该电压偏差仅受电感器电流转换速率的限制。这些方法的主要局限性是由于高输入输出转换比，在卸载瞬态期间的调节弱。

尤其是对于卸载瞬态，几种性能上超过时间最优控制方法的最先进的解决方案提出了几种电路扩展，或者通过拓扑结构的内部变化、将快速辅助电路并联到主转换器，或者通过将辅助单元连接在负载侧处，来增加电感器电流转换速率。这些解决方案通常需要专门定制的控制器(有时与数字设计相结合)或多模式补偿方案。在商业VRM应用中，另外的复杂层是较少采用这种有前景的技术的主要原因。很明显，许多VRM解决方案依赖于成熟的模拟补偿器来保证可靠性、性能以及最重要的是要降低复杂性和成本。如果辅助瞬态抑制单元(TSU)可以作为附加单元集成到VRM而不需要干扰、替换或修改原始设计，则这将是非常有利的，并且可能被工业更好地吸收。

因此，本发明的目的是提供一种用于VRM应用的即插即用TSU，其通过基于硅的解决方案来交换输出电容而不影响稳态操作、原始设计的补偿网络和输入滤波器。

随着描述的进行，本发明的其它目的和优点将变得显而易见。

发明内容

本发明涉及一种用于电压调节器模块(VRM)的即插即用瞬态抑制单元(TSU)，该单元包括：

a.双向电流源，其经由TSU的高压端口和低压端口并联连接到VRM的电压输出，适于立即吸收或提供被供应给负载的电流；

b.检测电路，其用于检测VRM的电压输出与参考稳态电压之间的不匹配，该检测电路包括：

i.第一比较器，其用于检测VRM的电压输出与参考稳态电压之间的匹配；

ii.第二比较器，其用于检测VRM的电压输出与高于参考稳态电压的预定义阈值之间的不匹配；以及

iii.第三比较器，其用于检测VRM的电压输出与低于参考稳态电压值的预定义阈值之间的不匹配；以及