[发明专利]用于电压稳压器的负载线电路

说明书

本申请涉及一种用于电压稳压器的负载线电路。本发明公开了一种具有负载线电路的电压稳压器。该负载线电路被配置为接收对应于该电压稳压器的输出电流的所感测的电压。该负载线电路被进一步配置为生成复杂的(例如，非线性)负载线电压，该复杂的(例如，非线性)负载线电压与该电压稳压器的输出电压组合并且与该电压稳压器的设定电压进行比较以产生误差信号。该误差信号用作对该电压稳压器的反馈，使得该电压稳压器的输出电压可下降对应于该电压稳压器的特定输出电流的特定量。本发明所公开的模拟方法既不需要时钟信号也不需要数字电路，而是利用允许本发明所公开的方法快速并且节能的并联拓扑。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年10月23日提交的美国专利申请号16/661,825的优先权，该申请要求于2019年8月1日提交的美国临时专利申请号62/881642的权益。这些专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及DC电源，并且更具体地涉及具有模拟反馈系统的电压稳压器，该模拟反馈系统实现对负载条件的变化的快速非线性负载线响应。

背景技术

响应于不断增大的性能要求(即，重负载)，高性能计算处理器、图形处理器、人工智能(AI)处理器和汽车电子系统有时可能需要增加的功率。例如，处理器可触发电压稳压器模块或电源(即，核心功率稳压器)以增加传送到处理器的功率。核心功率稳压器必须满足额外的功率要求，同时提供对过温、过电流和过电压/欠电压的保护。此保护的一部分可能包括电压下降。

电压下降是指核心功率稳压器随着其输出(即，负载)电流的增加而降低其输出电压。电压下降的规定的输出电压相对于输出电流分布称为负载线。具有用于施加负载线的电路的核心功率稳压器可用来控制输出电压摆幅，使得其保持在指定边界内，尤其是在重负载期间。

在一些实施方式中，负载线具有恒定的(电压相对于电流)斜率。恒定斜率负载线的简单性可最小化处理要求并且可改善稳压器能够响应变化的负载条件的速度。然而，在一些实施方式中，可能期望负载线匹配(或近似于)更复杂的分布。产生复杂分布的数字处理方法可能会增加复杂性并且降低将负载线施加到稳压器输出的速度。因此，存在对实现提供了速度复杂性、处理优势和功率优势的更复杂负载线的电路和方法的需要。

发明内容

在至少一个方面，本公开总体上描述了一种电压稳压器。该电压稳压器包括负载线电路，该负载线电路被配置为接收对应于电压稳压器的输出电流的所感测的电压。基于所感测的电压，生成负载线电压。当负载线电压被添加到电压稳压器的误差信号时，使电压稳压器的输出电压遵循负载线。负载线电路包括多个放大器，该多个放大器各自被配置为以增益放大所感测的电压以形成负载线的不同斜率。负载线电路还包括多个限制器。每个限制器被配置为箝位负载线电路中的信号以在负载线的部分的边界处形成拐点。

在另一方面，本公开总体上描述一种用于实现电压稳压器中的负载线的方法。在该方法中，在具有第一增益的第一放大器处和具有第二增益的第二放大器处同时接收对应于电压稳压器的输出电流的所感测的电压。用第一放大器放大所感测的电压以输出第一斜率分量信号。也用第二放大器放大所感测的电压以输出第二斜率分量信号。当所感测的电压高于对应于中间拐点的阈值时，使用第一限制器将第二斜率分量信号箝位到对应于负载线的中间拐点的电压，否则第一限制器不箝位第二斜率分量信号。然后对第一斜率分量信号和第二斜率分量信号求和以形成负载线电压。当所感测的电压高于高拐点时，使用第二限制器将负载线电压箝位到对应于负载线的最小电压的电压，否则第二限制器不箝位负载线电压。当所感测的电压低于低拐点时，使用第三限制器将负载线电压箝位到零伏，否则第三限制器不箝位负载线电压。