[发明专利]切换式电源供应器及其控制电路与快速响应方法

说明书

一种切换式电源供应器及其控制电路与快速响应方法。切换式电源供应器具有负载瞬变响应能力，包含至少一功率级电路以及控制电路。控制电路包括脉宽调制信号产生电路以及快速响应信号产生电路。脉宽调制信号产生电路根据输出电压与快速响应信号，而产生PWM信号，以操作对应的功率级电路中功率开关，而将输入电压转换为输出电压。快速响应信号产生电路包括微分电路以及比较电路。微分电路用以对相关于输出电压的感测信号，执行微分运算，而产生微分信号。比较电路用以比较微分信号与快速响应阈值信号，以于微分信号超过快速响应阈值信号时，决定脉宽调制信号产生电路执行快速响应程序。

技术领域

本发明涉及一种切换式电源供应器，特别是指一种具有负载瞬变 (loadtransient)响应能力的切换式电源供应器。本发明还涉及用于切换式电源供应器中的控制电路与快速响应方法。

背景技术

图1A显示一种现有技术切换式电源供应器1，用以将输入电压Vin 转换为输出电压Vout，以供应电源予中央处理器(Central Processing Unit，CPU)/或图形处理器(Graphic Processing Unit，GPU)10。如图1A 所示，切换式电源供应器1是一种多相的切换式电源供应器，其包括多个功率级电路11以及控制电路12。控制电路12根据相关于输出电压 Vout的电压感测信号Vsense与相关于流经各功率级电路11的电感电流的电流感测信号CS1、CS2与CS3，对应产生脉宽调制(pulse width modulation，PWM)信号PWM1、PWM2与PWM3以分别操作功率级电路11中的功率开关，而将输入电压Vin转换为输出电压Vout。

与一般非供应电源予CPU或GPU的切换式电源供应器相比，切换式电源供应器1要满足下列特别的需要：CPU/GPU 10操作时为电源需求变化相对快速的负载电路，需要以极高的精度实现动态电压定位 (dynamic voltage positioning)，需要满足一定的负载线(load line) 要求，需要相对快速地在不同的电能消耗状态之间转换，需要提供不同的参数测量和监控。在切换式电源供应器1与CPU/GPU 10之间通常以串行总线(serial bus)界面进行通信，CPU/GPU 10会根据其负荷和运行模式提出不同的供电要求。

一般而言，CPU/GPU 10在某些操作模式下，消耗的电流相对较大，因此常常采用多相功率级电路11。在图1A所示的切换式电源供应器1 中，具有3相功率级电路11，分别根据脉宽调制(pulse width modulation， PWM)信号PWM1、PWM2与PWM3而操作其中的功率开关，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。对于切换式电源供应器1来说，精确测量每个相的电流是很重要的，控制电路12根据相关于各相电流的电流感测信号CS1、CS2与CS3，使各相之间的电流维持平均分配，并实现良好的回路特性控制、设定负载线(load line)，以及致能过流保护程序。

请参阅图1B，显示切换式电源供应器1的电压随载下降(droop) 操作模式中，电压感测信号Vsense与PWM信号PWM1、PWM2与PWM3 的波形信号示意图。输出电压Vout在负载增加的时候，会出现下降，如图所示，在时间点t1之后，由电压V1下降至电压V2。并且，在输出电压Vout从电压V1开始下降的初期，会出现下冲(undershoot)。而在负载降低的时候，输出电压Vout会出现上升(未示出，例如输出电压 Vout由电压V2上升至电压V1)，并且，在输出电压Vout从电压V2开始上升的初期，会出现上冲(overshoot)。因此，电压随载下降操作模式利用负载线技术，使输出电压Vout在负载电流增加时，将输出电压 Vout降低，而在负载电流降低时，将输出电压Vout提高，以此降低输出电容Cout，也就是不需要采用较多或是电容值较高的输出电容Cout，以降低电路面积与降低电路制造成本。