[发明专利]基于输出电容器参数和输出电压变化的峰值电流估计

说明书

开关电压调节器的控制器基于电压调节器内的电流、电压调节器的输出电压中的变化以及输出电容器的电容和/或等效串联电阻(ESR)来估计负载电流。对于输出电压中的急剧下降，输出电容器的ESR提供负载电流的更好的估计，而输出电容针对中等输出电压降提供更好的估计。这些技术使电压调节器控制器更快地检测过大的负载电流，并且以很少的时间延迟向负载发出过电流警告。这些技术提供的快速响应为负载(例如，CPU或GPU)提供了足够的时间来减少其电流，从而避免了由于过大的负载电流而导致的完全关机。

技术领域

本申请涉及用于基于电压调节器中的电流、提供给电压调节器的负载的输出电压的变化以及输出电容器的电容或等效串联电阻(ESR)来估计提供给电压调节器的负载的峰值电流的技术。

背景技术

许多供电负载(包括：服务器、游戏机和高端计算处理器)都要求在负载瞬变导致负载电流猛增到过高水平时，尽可能快地接收到过电流(OC)警告信号。一旦这样的负载接收到OC警告信号，负载就可以降低负载电流，例如，通过关闭负载内的中央或图形处理单元(CPU或GPU)的部分，或另外通过将汲取的电流钳位到安全水平来减小负载电流，这可以防止负载因电流过大而关机。向负载供电的电压调节器通常必须提供这样的OC警告信号，并且必须以最小的延迟发出该信号，因为负载响应于OC警告信号来调整负载电流还有进一步的延迟。例如，典型负载内的系统可能要求在电流峰值的4微秒内发出这样的OC警告。如果OC警告信号发出得足够迅速，例如在该4微秒的时间限制内，则负载电流(例如，CPU/GPU电流)可能会及时被减小，以防止由于电流过大而导致关机。

从输出负载电流达到警告水平时到发出OC警告的延迟可能没有提供足够的时间来防止负载的过电流关机。该延迟的主要分量是输出负载电流增加与在电压调节器内检测到该增加之间的时延。大多数开关电压调节器使用储能电感器来调节电压，并且电感器会限制从电压调节器输出的电流的变化率。负载电流的增加(和减小)导致电感器电流的对应增加(和减小)，但仅在一定的滞后之后。该滞后很大程度上取决于电感器的电感，其中较大的电感会导致较长的延迟。

用于减小报告时延并且从而提高OC警告性能的一种技术是使用较小的电感。然而，较小的电感通常在开关电压调节器中需要较高的开关频率，这是以较高的开关损耗和较低的功率效率为代价的。考虑到功率效率对于电压调节器的重要性，通常最好使用较大的电感器，以优化功率效率。

需要用于减小在电压调节器处检测负载处的过大电流水平时的时延的技术，使得可以向负载迅速地发出OC警告信号。这样的技术不应降低电压调节器的功率效率，并且因此不应该影响所选择的电感器尺寸。

发明内容

根据用于估计提供给开关电压调节器的负载的负载电流的方法的实施例，该方法可以在开关电压调节器内实现。该方法包括感测电感器电流和开关电压调节器的输出电压。该方法进一步包括确定感测到的输出电压中的电压变化，并且基于电感器电流、电压变化和开关电压调节器的输出电容器的电容器参数来估计负载电流的峰值电流。例如，电容器参数可以是输出电容器的电容或等效串联电阻(ESR)。

根据开关电压调节器的实施例，开关电压调节器被配置为估计提供给负载的负载电流。开关电压调节器包括功率级、输出、输出电容器、电感器和控制器。输出用于耦合负载并且用于向负载提供电流。输出电容器被耦合到输出并且具有包括输出电容和输出电容器ESR的电容器参数。电感器被耦合在功率级与输出之间，并且具有流经电感器的电感器电流。控制器被配置为感测电感器电流和输出处的输出电压。控制器进一步被配置为确定感测到的输出电压中的电压变化，并且基于感测到的电感器电流、电压变化和电容器参数中的至少一个电容器参数来估计负载电流的峰值电流。

本领域技术人员在阅读以下详细描述并在查看附图时将认识到附加的特征和优点。

附图说明