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TWI852370B - 電壓調節器的控制電路和控制方法 - Google Patents

電壓調節器的控制電路和控制方法 Download PDF

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TWI852370B
TWI852370B TW112106895A TW112106895A TWI852370B TW I852370 B TWI852370 B TW I852370B TW 112106895 A TW112106895 A TW 112106895A TW 112106895 A TW112106895 A TW 112106895A TW I852370 B TWI852370 B TW I852370B
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胡望淼
張方禹
姜禮節
劉超
加欣 張
景海 周
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美商茂力科技股份有限公司
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Abstract

本申請公開了一種用於電壓調節器的控制電路和控制方法。控制電路包括能量調節電路和開關控制電路。能量調節電路根據溫度取樣信號產生動態最大輸出能量參考值，並根據輸出電壓、輸出電流、以及動態最大輸出能量參考值產生調節信號，動態最大輸出能量參考值隨著溫度取樣信號的增大而減小，隨著溫度取樣信號的減小而增大。開關控制電路根據調節信號產生開關控制信號，以控制電壓調節器中至少一個開關的導通及關斷，使得當環境溫度為第一溫度時，輸出電壓和輸出電流沿第一曲線變化，以及當環境溫度為第二溫度時，輸出電壓和輸出電流沿第二曲線變化。

Description

電壓調節器的控制電路和控制方法
本揭露的實施例是關於電子電路，更具體地說，本發明是關於電壓調節器的控制電路和控制方法。
在如今低電壓、大電流微處理器供電應用中，電源性能，尤其是暫態響應性能為至關重要的要求。為了減小負載電流突變過程中輸出電壓(即微處理器的供電電壓)的電壓偏差，以及減少負載電流增加之後微處理器的功率損耗，自適應調整電壓定位(adaptive voltage position，AVP)技術被採用以維持系統的穩定。
傳統自適應調整電壓定位技術的原理如圖1所示，輸出電壓Vo隨著輸出電流(即負載電流)Io的增大從電壓V1開始線性減小，直至輸出電流Io到最大負載點Im時，輸出電壓Vo降到電壓V2。其中，電壓V1可能是根據微處理器提供的電壓識別碼(voltage identification，VID)而設定的參考電壓。
隨著微處理器的快速發展，功耗快速增加，也帶來了微處理器散熱的問題。因此，有需要提供一種改進的電壓調節器，具有更好的供電側電能管理能力以輔助微處理器進行熱管理。
因此本發明的目的在於解決先前技術的上述技術問題，提出一種電壓調節器的控制電路和控制方法
根據本發明的實施例，提出了一種用於電壓調節器的控制電路，電壓調節器為負載提供輸出電壓和輸出電流，控制電路包括：能量調節電路，根據輸出電壓、輸出電流、以及環境溫度產生調節信號，能量調節電路根據輸出電壓和輸出電流得到輸出能量值，根據環境溫度得到動態最大輸出能量參考值，動態最大輸出能量參考值隨著環境溫度的增大而減小、隨著環境溫度的減小而增大，能量調節電路更根據輸出能量值和動態最大輸出能量參考值產生調節信號；電壓基準調節電路，接收調節信號，並根據輸出電壓預設目標值和調節信號產生用於設置輸出電壓的輸出電壓基準值，輸出電壓基準值隨著調節信號的變化而動態變化；以及開關控制信號產生電路，根據輸出電壓基準值、以及輸出電壓產生開關控制信號，以控制電壓調節器中至少一個開關的導通及關斷。
根據本發明的實施例，還提出了一種用於電壓調節器的控制電路，電壓調節器為負載提供輸出電壓和輸出電流，控制電路包括：能量調節電路，根據溫度取樣信號產生動態最大輸出能量參考值，並根據輸出電壓、輸出電流、以及動態最大輸出能量參考值產生調節信號，其中動態最大輸出能量參考值和溫度取樣信號所代表的溫度呈反方向變化；以及開關控制電路，接收調節信號，並根據調節信號產生開關控制信號，以控制電壓調節器中至少一個開關的導通及關斷，使得當溫度取樣信號代表了第一溫度時，輸出電壓和輸出電流沿第一曲線變化，以及當溫度取樣信號代表了第二溫度時，輸出電壓和輸出電流沿第二曲線變化。
根據本發明的實施例，還提出了一種用於電壓調節器的控制方法，電壓調節器為負載提供輸出電壓和輸出電流，控制方法包括：根據輸出電壓和輸出電流得到輸出能量值；根據環境溫度得到隨著環境溫度變化而反方向變化的動態最大輸出能量參考值；根據輸出能量值和動態最大輸出能量參考值產生調節信號；以及根據調節信號產生開關控制信號，以控制電壓調節器中至少一個開關的導通及關斷，使得當環境溫度為第一溫度時，輸出電壓和輸出電流沿第一曲線變化，以及當環境溫度為第二溫度時，輸出電壓和輸出電流沿第二曲線變化。
下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域具有通常知識者顯而易見的是：不必採用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述已知的電路、材料或方法。
在整個說明書中，對「一個實施例」、 「實施例」、 「一個示例」或「示例」的描述意味著：結合該實施例或示例描述的特定特徵、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的用語「在一個實施例中」、 「在實施例中」、 「一個示例」或「示例」不一定都指同一實施例或示例。應當理解，當稱元件「耦接到」或「連接到」另一元件時，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件「直接耦接到」或「直接連接到」另一元件時，不存在中間元件。此外，可以以任何適當的組合和、或子組合將特定的特徵、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域具有通常知識者應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。相同的附圖標記表示相同的元件。這裡使用的術語“及/或”包括一個或多個相關列出的項目的任一和所有組合。
針對先前技術中提出的問題，本發明的實施例提出了一種電壓調節器及其控制電路和控制方法，該電壓調節器為負載提供輸出電壓和輸出電流。控制電路包括：能量調節電路及開關控制電路。能量調節電路根據輸出電壓、輸出電流、以及動態最大輸出能量參考值產生調節信號，動態最大輸出能量參考值隨著環境溫度的增大而減小、隨著環境溫度的減小而增大。開關控制電路根據調節信號產生開關控制信號，以控制電壓調節器中至少一個開關的導通及關斷，使得當環境溫度為第一溫度時，輸出電壓和輸出電流沿第一曲線變化，以及當環境溫度為第二溫度時，輸出電壓和輸出電流沿第二曲線變化。上述控制電路可以方便的在電壓調節器端實現可靠的能量管理，為負載提供持續大功率供能的同時，進一步保障了負載運行的安全性。
圖2為根據本發明實施例的電壓調節器20的電路示意圖。電壓調節器20為負載提供輸出電壓Vo和輸出電流Io。電壓調節器20的負載例如但不限於中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)等。負載例如可以根據接面溫度來調節運行頻率，發出指令改變電壓調節器20的輸出電壓Vo等，但回應速度較慢。為了在負載過溫之前能夠及時抑制功耗，電壓調節器20根據輸出電壓Vo、輸出電流Io、以及環境溫度Ta，在負載發出指令改變電壓調節器20的輸出電壓Vo之前，主動調節輸出電壓Vo、輸出電流Io、或輸出功率Pload，以實現超前的能量管理。
在圖2所示的實施例中，電壓調節器20包括開關電路210以及控制電路220。開關電路210例如可以是降壓電路、升降壓電路、升壓電路等。控制電路220包括能量調節電路22、以及開關控制電路23。如圖2所示，能量調節電路22接收代表了輸出電壓Vo的電壓取樣信號Vdiff、代表了輸出電流Io的電流取樣信號Isum、以及代表了環境溫度Ta的溫度取樣信號Tasen，並根據輸出電壓Vo、輸出電流Io、以及環境溫度Ta產生調節信號Jloop，以調節電壓調節器20在一定時長內的輸出能量值Jout。在一個實施例中，能量調節電路22根據環境溫度Ta產生動態最大輸出能量參考值Jmax，根據輸出電壓Vo、輸出電流Io、以及動態最大輸出能量參考值Jmax產生調節信號Jloop，動態最大輸出能量參考值Jmax隨著環境溫度Ta的變化而反方向變化，例如隨著環境溫度Ta的增大而減小、隨著環境溫度Ta的減小而增大。在一個實施例中，溫度取樣信號Tasen例如可以是控制電路220採集的環境溫度、控制電路220所在的積體電路(IC)的接面溫度，也可以是負載採集的環境溫度(殼溫、散熱器溫度等)或者其它功率管理晶片採集的環境溫度(如該功率管理晶片的接面溫度、殼溫、散熱器溫度等)。由負載或其它功率管理晶片採集的溫度，可以通過通訊匯流排發送給控制電路220。
開關控制電路23耦接至能量調節電路22以接收調節信號Jloop，並根據調節信號Jloop產生開關控制信號PWM1，以控制開關電路210中至少一個開關的導通及關斷，使得當環境溫度Ta為第一溫度時，輸出電壓Vo和輸出電流Io沿第一曲線變化，以及當環境溫度Ta為第二溫度時，輸出電壓Vo和輸出電流Io沿第二曲線變化。在一個實施例中，電壓調節器20包括輸出電壓控制階段和輸出功率控制階段，當第二溫度大於第一溫度，且電壓調節器20工作在輸出功率控制階段時，第二曲線上輸出電壓Vo和輸出電流Io的乘積小於第一曲線上輸出電壓Vo和輸出電流Io的乘積。
圖3A~3C為根據本發明實施例的輸出電壓Vo-輸出電流Io曲線31~33。其中縱坐標代表了輸出電壓Vo，橫坐標代表了輸出電流Io。曲線31是環境溫度Ta等於第一溫度時(例如25攝氏度)的輸出電壓Vo-輸出電流Io曲線，曲線32是環境溫度Ta等於第二溫度時(例如50攝氏度)的輸出電壓Vo-輸出電流Io曲線，曲線33是環境溫度Ta等於第三溫度時(例如75攝氏度)的輸出電壓Vo-輸出電流Io曲線。本領域具有通常知識者可知，輸出電壓Vo-輸出電流Io曲線不限於圖3A~3C所示的曲線31~33，例如還可以包括更多的不同溫度下的曲線，也可以包括和圖3A~3C所示的曲線31~33形狀不同的輸出電壓Vo-輸出電流Io曲線。
在一個實施例中，當輸出電流Io小於電流閾值Ith時，電壓調節器20工作在輸出電壓控制階段，例如控制輸出電壓Vo恆定或等於預設值。當輸出電流Io大於電流閾值Ith時，電壓調節器20工作在輸出功率控制階段，例如控制輸出功率Pload恆定或等於預設值。隨著輸出電流Io的增大，輸出電壓Vo降至最小電壓閾值Vmin時，電壓調節器20再次工作在輸出電壓控制階段，如控制輸出電壓Vo等於最小電壓閾值Vmin。電流閾值Ith隨著環境溫度Ta的增大而減小，隨著環境溫度Ta的減小而增大。圖3A所示的實施例中，環境溫度Ta等於第一溫度時(曲線31)，若輸出電流Io小於電流閾值Ith_1，控制輸出電壓Vo保持恆定(如等於最大輸出電壓預設目標值Vmax)，以及若輸出電流Io大於電流閾值Ith_1， 控制輸出電壓Vo和輸出電流Io的乘積(也就是輸出功率Pload)等於第一功率P1(例如750瓦)。環境溫度Ta等於第二溫度時(曲線32)，若輸出電流Io小於電流閾值Ith_2，控制輸出電壓Vo保持恆定(如等於最大輸出電壓預設目標值Vmax)，以及若輸出電流Io大於電流閾值Ith_2，控制輸出電壓Vo和輸出電流Io的乘積等於第二功率P2(例如500瓦)。環境溫度Ta等於第三溫度時(曲線33)，若輸出電流Io小於電流閾值Ith_3，控制輸出電壓Vo保持恆定(如等於最大輸出電壓預設目標值Vmax)，以及若輸出電流Io大於電流閾值Ith_3，控制輸出電壓Vo和輸出電流Io的乘積等於第三功率P3(例如250瓦)。在圖3B~3C所示的實施例中，在不同的環境溫度Ta下，若輸出電流Io大於相應的電流閾值Ith，輸出電壓Vo隨著輸出電流Io的增大而分別沿由多條直線擬合而成的折線31~33變化。
圖4為根據本發明實施例的能量調節電路22的電路示意圖。能量調節電路22根據輸出電壓Vo和輸出電流Io得到輸出能量值Jout，根據環境溫度Ta得到動態最大輸出能量參考值Jmax，動態最大輸出能量參考值Jmax隨著環境溫度的增大而減小、隨著溫度的減小而增大。能量調節電路22進一步根據輸出能量值Jout和動態最大輸出能量參考值Jmax產生調節信號Jloop。在一個實施例中，能量調節電路22可以根據輸出電壓Vo和輸出電流Io的乘積在一定時長內的積分得到輸出能量值Jout。
在圖4所示的實施例中，能量調節電路22包括計算電路221、積分電路222、以及控制迴路223。本領域具有通常知識者可知，能量調節電路22不限於圖4所示的具體的電路結構。計算電路221接收溫度取樣信號Tasen，並根據溫度取樣信號Tasen和預設最大能量基準值Jb得到動態最大輸出能量參考值Jmax，例如可以根據但不限於以下公式(1)得到，其中a為係數，Ta_base為溫度基準值。預設最大能量基準值Jb例如可以通過通訊匯流排寫入，也可以預先設置。預設最大能量基準值Jb為當溫度取樣信號Tasen等於溫度基準值Ta_base時的動態最大輸出能量參考值Jmax。 Jmax= Jb- a* (Tasen-Ta_base)       (1)
積分電路222接收電壓取樣信號Vdiff和電流取樣信號Isum，並根據以下公式(2)得到輸出能量值Jout，例如計算電壓取樣信號Vdiff和電流取樣信號Isum的乘積在Δt時長內的積分。積分電路222例如可以用類比電路實現，也可以用數位電路實現。 Jmax= Jb- a* (Tasen-Ta_base)       (1)
控制迴路223接收輸出能量值Jout和動態最大輸出能量參考值Jmax，並根據輸出能量值Jout和動態最大輸出能量參考值Jmax產生調節信號Jloop，例如但不限於，對輸出能量值Jout和動態最大輸出能量參考值Jmax之間的差值Jout-Jmax進行迴路調節，如比例積分(PI)調節。控制迴路223的控制參數Kp、Ki例如可以通過通訊匯流排寫入，也可以提前預設。
在一個實施例中，當輸出能量值Jout小於調節閾值時，控制迴路223被重定，調節信號Jloop等於預設值，例如等於零。調節閾值小於或等於動態最大輸出能量參考值Jmax，例如可以等於動態最大輸出能量參考值Jmax減去一遲滯值Hys。遲滯值Hys為控制迴路223提供了和比例積分等迴路調節相反方向的調節，更容易為調節信號Jloop找到穩定的靜態工作點，增加了系統的穩定性
圖5為根據本發明實施例的積分電路222的電路示意圖。圖5所示的實施例以數位電路為例，本領域具有通常知識者可知，積分電路222的具體實現方式不限於圖5所示的實施例。圖5所示的實施例中，類比數位轉換器51接收電壓取樣信號Vdiff，並經過類比數位轉換後提供數位信號DV，類比數位轉換器52接收電流取樣信號Isum，並經過類比數位轉換後提供數位信號DI。乘法模組53接收數位信號DV和數位信號DI，並根據數位信號DV和數位信號DI的乘積提供信號Multi。在一個實施例中，乘法模組53例如可以通過加法器實現。累加模組54接收信號Multi，並將一定時長內的信號Multi累加得到輸出能量值Jout。
圖6為根據本發明實施例的開關控制電路23的電路示意圖。在圖6所示的實施例中，開關控制電路23包括電壓基準調節電路71、開關控制信號產生電路72、以及預警電路73。
電壓基準調節電路71接收調節信號Jloop，並根據輸出電壓預設目標值Vtgt和調節信號Jloop產生輸出電壓基準值Vref，用於設置輸出電壓Vo。輸出電壓基準值Vref隨著調節信號Jloop的變化而動態變化。在一個實施例中，輸出電壓預設目標值Vtgt例如可以由負載提供的電壓識別碼VID設置、通過通訊匯流排寫入、通過被動元器件設置或提前預設。在圖6所示的實施例中，電壓基準調節電路71包括減法電路711、限幅電路712、以及數位類比轉換電路713。減法電路711接收輸出電壓預設目標值Vtgt和調節信號Jloop，並提供輸出電壓預設目標值Vtgt和調節信號Jloop的差值VIDx。限幅電路712接收差值VIDx，經過限幅之後輸出動態電壓參考信號DVID。在一個實施例中，限幅電路712根據輸出電壓預設目標值Vtgt限制動態電壓參考信號DVID的最大值，使輸出電壓基準值Vref不大於輸出電壓預設目標值Vtgt，根據最小電壓閾值Vmin限制動態電壓參考信號DVID的最小值，使輸出電壓基準值Vref不小於最小電壓閾值Vmin。數位類比轉換電路713將動態電壓參考信號DVID經過數位類比轉換，產生輸出電壓基準值Vref。
開關控制信號產生電路72根據輸出電壓基準值Vref、以及輸出電壓Vo產生開關控制信號PWM1，以控制開關電路210中至少一個開關的導通與關斷。圖6以導通時長控制為例進行說明，本領域具有通常知識者可知，其它控制方法如峰值電流模式控制也可以用於本發明。如圖6所示，當電壓取樣信號Vdiff小於輸出電壓基準值Vref時，比較信號SET有效，開關控制信號PWM1控制開關電路210中至少一個開關導通，直至導通時長等於預設的導通時長時，控制至少一個開關關斷。在圖6所示的實施例中，開關控制信號產生電路72包括比較電路722、導通時長控制電路723、以及邏輯電路724。比較電路722的正相輸入端接收輸出電壓基準值Vref，比較電路722的反相輸入端接收電壓取樣信號Vdiff，比較電路722的輸出端根據輸出電壓基準值Vref和電壓取樣信號Vdiff的比較結果產生比較信號SET。導通時長控制電路723根據開關控制信號PWM1和導通時長信號TON產生導通時長控制信號COT。邏輯電路724接收比較信號SET和導通時長控制信號COT，並基於這兩個信號產生開關控制信號PWM1。邏輯電路724例如可以是RS正反器。
預警電路73根據輸出電壓基準值Vref提供預警信號Alt1和預警信號Alt2。當輸出電壓基準值Vref不等於輸出電壓預設目標值Vtgt時，預警信號Alt1指示電壓調節器20已經開始進行主動能量調節了。當輸出電壓基準值Vref等於最小電壓閾值Vmin時，預警信號Alt2指示電壓調節器20的能量調節達到極限。
圖7為根據本發明另一實施例的開關控制電路23的電路示意圖。在圖7所示的實施例中，開關控制電路23包括電流基準調節電路81、開關控制信號產生電路82、以及預警電路83。
電流基準調節電路81接收最大輸出電流目標值Imax、調節信號Jloop，並根據最大輸出電流目標值Imax和調節信號Jloop產生最大輸出電流基準值Iref。最大輸出電流基準值Iref用於設置輸出電流Io的最大值，且隨著調節信號Jloop的變化而動態變化。在一個實施例中，最大輸出電流目標值Imax例如可以通過通訊匯流排寫入、或提前預設。在圖7所示的實施例中，電流基準調節電路81包括減法電路811、限幅電路812、以及數位類比轉換電路813。減法電路811接收最大輸出電流目標值Imax和調節信號Jloop，並提供最大輸出電流目標值Imax和調節信號Jloop的差值Ix。限幅電路812接收差值Ix，經過限幅之後輸出動態輸出電流參考信號DImax。在一個實施例中，限幅電路812根據最大輸出電流目標值Imax限制動態輸出電流參考信號DImax的最大值，使最大輸出電流基準值Iref不大於最大輸出電流目標值Imax。數位類比轉換電路813將動態輸出電流參考信號DImax經過數位類比轉換，產生最大輸出電流基準值Iref。
開關控制信號產生電路82根據輸出電壓基準值Vref、最大輸出電流基準值Iref、電流取樣信號Isum、以及電壓取樣信號Vdiff產生開關控制信號PWM1，以控制開關電路210中至少一個開關的導通與關斷。輸出電壓基準值Vref例如根據輸出電壓預設目標值Vtgt產生。圖7以導通時長控制為例進行說明，本領域具有通常知識者可知，其它控制方法如峰值電流模式控制也可以用於本發明。如圖7所示，當電壓取樣信號Vdiff小於輸出電壓基準值Vref，且電流取樣信號Isum小於最大輸出電流參考值Iref時，置位元信號S1有效，開關控制信號PWM1控制開關電路210中至少一個開關導通，直至導通時長等於預設的導通時長時，控制至少一個開關關斷。本領域具有通常知識者可知，對輸出電流Io的控制不限於圖7所示的電路結構，不脫離本發明實質的其它任意合適的電路結構均可適用。在圖7所示的實施例中，開關控制信號產生電路82包括比較電路821、比較電路822、邏輯電路823、導通時長控制電路824、以及邏輯電路825。比較電路821的正相輸入端接收最大輸出電流基準值Iref，比較電路821的反相輸入端接收電流取樣信號Isum，比較電路821的輸出端根據最大輸出電流基準值Iref和電流取樣信號Isum的比較結果產生比較信號Ocl。比較電路822的正相輸入端接收輸出電壓基準值Vref，比較電路822的反相輸入端接收電壓取樣信號Vdiff，比較電路822的輸出端根據輸出電壓基準值Vref和電壓取樣信號Vdiff的比較結果產生比較信號SET。邏輯電路823根據比較信號SET和比較信號Ocl產生設置位元信號S1。在一個實施例中，邏輯電路823包括及閘電路，及閘電路的第一輸入端接收比較信號Ocl的反相信號，及閘電路的第二輸入端接收比較信號SET，及閘電路的輸出端根據比較信號Ocl的反相信號和比較信號SET作及運算，產生設置位元信號S1。導通時長控制電路824根據開關控制信號PWM1和導通時長信號TON產生導通時長控制信號COT。邏輯電路825接收設置位元信號S1和導通時長控制信號COT，並基於這兩個信號產生開關控制信號PWM1。邏輯電路825例如包括RS正反器。
預警電路83根據最大輸出電流基準值Iref提供預警信號Alt1。當最大輸出電流基準值Iref不等於最大輸出電流目標值Imax時，預警信號Alt1指示電壓調節器20開始進行能量調節。
圖8為根據本發明另一實施例的電壓調節器20的電路示意圖。圖8所示的實施例中，開關電路210包括多相開關電路，開關控制電路23根據調節信號Jloop、輸出電壓Vo、輸出電流Io產生開關控制信號PWM1、PWM2… PWMn，以依次控制開關電路210中各相開關的導通及關斷。
圖9為根據本發明一實施例的用於電壓調節器的控制方法的流程圖900，包括步驟S11~S14。電壓調節器為負載提供輸出電壓和輸出電流。
在步驟S11，根據輸出電壓和輸出電流得到輸出能量值。
在步驟S12，根據環境溫度得到隨著環境溫度的變化而反方向變化的動態最大輸出能量參考值。
在步驟S13，根據輸出能量值和動態最大輸出能量參考值產生調節信號。
在步驟S14，根據調節信號產生開關控制信號，以控制電壓調節器中至少一個開關的導通及關斷，使得當環境溫度為第一溫度時，輸出電壓和輸出電流沿第一曲線變化，以及當環境溫度為第二溫度時，輸出電壓和輸出電流沿第二曲線變化。其中電壓調節器包括輸出電壓控制階段和輸出功率控制階段，當第二溫度大於第一溫度，且電壓調節器工作在輸出功率控制階段時，第二曲線上輸出電壓和輸出電流的乘積小於第一曲線上輸出電壓和輸出電流的乘積。
在一個實施例中，根據調節信號產生開關控制信號進一步包括：根據輸出電壓預設目標值和調節信號產生用於設置輸出電壓的輸出電壓基準值，輸出電壓基準值隨著調節信號的變化而動態變化；以及根據輸出電壓基準值、以及輸出電壓產生開關控制信號，以控制電壓調節器中至少一個開關導通。
在另一個實施例中，根據調節信號產生開關控制信號進一步包括：根據最大輸出電流目標值和調節信號產生最大輸出電流基準值，用於設置輸出電流的最大值，最大輸出電流基準值隨著調節信號的變化而動態變化；以及根據輸出電壓預設目標值、最大輸出電流基準值、輸出電壓、以及輸出電流產生開關控制信號，以控制電壓調節器中至少一個開關的導通及關斷。
要注意的是，在上述的流程圖中各步驟的執行順序不限於圖9所示，兩個連續的功能框可以同時被執行，或以相反的循序執行。
雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範圍內的全部變化和變型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。
20:電壓調節器 210:開關電路 220:控制電路 22:能量調節電路 23:開關控制電路 221:計算電路 222:積分電路 223:控制迴路 51,52:類比數位轉換器 53:乘法模組 54:累加模組 71:電壓基準調節電路 72:開關控制信號產生電路 73:預警電路 711:減法電路 712,812:限幅電路 713,813:數位類比轉換電路 722,821,822:比較電路 723,824:導通時長控制電路 724,731,732,823,825,831:邏輯電路 811:減法電路 Vo,V1,V2,Io,Im,Vin,PWM1,PWM,PWMn,Isum,Vdiff,Jloop,Tasen,DV,DI,Multi,COT,SET,TON,Alt1,Alt2:信號 Ith_1,Ith_2,Ith_3:電流閾值 Vmin:電壓閾值 Vmax:最大輸出電壓預設目標值 31~33:輸出電壓輸出電流曲線 Jmax:動態最大輸出能量參考值 Jout:輸出能量值 Hys:遲滯值 Vtgt:輸出電壓預設目標值 Vref:輸出電壓基準值 VIDx:差值 DVID:動態電壓參考信號 Imax:最大輸出電流目標值 Iref:最大輸出電流基準值 S11~S14:流程步驟
為了更好的理解本發明，將根據以下附圖對本揭露進行詳細描述。 [圖1]為傳統自適應調整電壓定位技術的原理的示意圖； [圖2]為根據本發明實施例的電壓調節器20的電路示意圖； [圖3A-3C]為根據本發明實施例的輸出電壓Vo-輸出電流Io曲線31~33的示意圖； [圖4]為根據本發明實施例的能量調節電路22的電路示意圖； [圖5]為根據本發明實施例的積分電路222的電路示意圖； [圖6]為根據本發明實施例的開關控制電路23的電路示意圖； [圖7]為根據本發明另一實施例的開關控制電路23的電路示意圖； [圖8]為根據本發明另一實施例的電壓調節器20的電路示意圖； [圖9]為根據本發明一實施例的用於電壓調節器的控制方法的流程圖900。 在附圖中，相同或對應的標號被用以表示相同或對應的元件。
20:電壓調節器
210:開關電路
220:控制電路
22:能量調節電路
23:開關控制電路
Vin,PWM1,Io,Isum,Vo,Vdiff,Jloop,Tasen:信號

Claims (23)

  1. 一種用於一電壓調節器的控制電路，該電壓調節器為一負載提供一輸出電壓和一輸出電流，該控制電路包括：一能量調節電路，根據該輸出電壓、該輸出電流、以及一環境溫度產生一調節信號，該能量調節電路根據該輸出電壓和該輸出電流得到一輸出能量值，根據該環境溫度得到一動態最大輸出能量參考值，該動態最大輸出能量參考值隨著該環境溫度的增大而減小、隨著該環境溫度的減小而增大，該能量調節電路進一步根據該輸出能量值和該動態最大輸出能量參考值產生該調節信號；一電壓基準調節電路，接收該調節信號，並根據一輸出電壓預設目標值和該調節信號產生用於設置該輸出電壓的一輸出電壓基準值，該輸出電壓基準值隨著該調節信號的變化而動態變化；以及一開關控制信號產生電路，根據該輸出電壓基準值、以及該輸出電壓產生一開關控制信號，以控制該電壓調節器中至少一個開關的導通及關斷。
  2. 如請求項1所述的控制電路，其中該能量調節電路根據該輸出電壓和該輸出電流的乘積在一定時長內的積分得到該輸出能量值。
  3. 如請求項1所述的控制電路，其中該能量調節電路更包括：一計算電路，根據一溫度取樣信號和一預設最大能量 基準值得到該動態最大輸出能量參考值；一積分電路，接收代表了該輸出電壓的一電壓取樣信號、代表了該輸出電流的一電流取樣信號，並根據該電壓取樣信號和該電流取樣信號的乘積在一定時長內的積分得到該輸出能量值；以及一控制迴路，接收該輸出能量值和該動態最大輸出能量參考值，並根據該輸出能量值和該動態最大輸出能量參考值產生該調節信號。
  4. 如請求項1所述的控制電路，其中當該輸出能量值小於一調節閾值時，該調節信號等於零，其中該調節閾值小於或等於該動態最大輸出能量參考值。
  5. 如請求項1所述的控制電路，其中該電壓基準調節電路更包括：一限幅電路，根據該輸出電壓預設目標值和一最小電壓閾值限制該輸出電壓基準值，使得該輸出電壓基準值不大於該輸出電壓預設目標值，且不小於該最小電壓閾值。
  6. 如請求項1所述的控制電路，更包括：一預警電路，根據該輸出電壓基準值提供一第一預警信號和一第二預警信號；其中當該輸出電壓基準值不等於該輸出電壓預設目標值時，該第一預警信號指示該電壓調節器已經開始進行主動能量調節；以及當該輸出電壓基準值等於一最小電壓閾值時，該第二預警信號指示該電壓調節器的能量調節達到極限。
  7. 如請求項1所述的控制電路，其中當該環境溫度為一第一溫度時，該輸出電壓和該輸出電流沿一第一曲線變化，以及當該環境溫度為一第二溫度時，該輸出電壓和該輸出電流沿一第二曲線變化。
  8. 如請求項7所述的控制電路，其中該電壓調節器包括一輸出電壓控制階段和一輸出功率控制階段，當該第二溫度大於該第一溫度，且該電壓調節器工作在該輸出功率控制階段時，該第二曲線上該輸出電壓和該輸出電流的乘積小於該第一曲線上該輸出電壓和該輸出電流的乘積。
  9. 一種用於一電壓調節器的控制電路，該電壓調節器為一負載提供一輸出電壓和一輸出電流，該控制電路包括：一能量調節電路，根據一溫度取樣信號、該輸出電壓、該輸出電流產生一調節信號；一電壓基準調節電路，接收該調節信號，並根據該調節信號產生用於設置該輸出電壓的一輸出電壓基準值，該輸出電壓基準值隨著該調節信號的變化而動態變化；以及一開關控制信號產生電路，根據該輸出電壓基準值、以及該輸出電壓產生一開關控制信號，以控制該電壓調節器中至少一個開關的導通及關斷。
  10. 如請求項9所述的控制電路，其中當該輸出電流大於一電流閾值，且該輸出電壓大於一最小電壓閾值時，該輸出電壓隨著該輸出電流的增大而減小。
  11. 如請求項9所述的控制電路，其中該電壓調節器包括一輸出電壓控制階段和一輸出功率控制階段，當該電壓調節器工作在該輸出電壓控制階段時，該電壓調節器控制該輸出電壓恒定或等於一預設值。
  12. 如請求項9所述的控制電路，其中該電壓調節器包括一輸出電壓控制階段和一輸出功率控制階段，當該第二溫度大於該第一溫度，且該電壓調節器工作在該輸出功率控制階段時，該第二曲線上該輸出電壓和該輸出電流的乘積小於該第一曲線上該輸出電壓和該輸出電流的乘積。
  13. 如請求項9所述的控制電路，其中該能量調節電路更包括：一計算電路，根據該溫度取樣信號和一預設最大能量基準值，經計算得到一動態最大輸出能量參考值，其中該動態最大輸出能量參考值和該溫度取樣信號所代表的一溫度呈反方向變化；一積分電路，接收代表了該輸出電壓的一電壓取樣信號、代表了該輸出電流的一電流取樣信號，並根據該電壓取樣信號和該電流取樣信號的乘積在一定時長內的積分得到一輸出能量值；以及一控制迴路，接收該輸出能量值和該動態最大輸出能量參考值，並根據該輸出能量值和該動態最大輸出能量參考值產生該調節信號。
  14. 如請求項13所述的控制電路，其中當該 輸出能量值小於一調節閾值時，該調節信號等於零，該調節閾值小於或等於該最大輸出能量參考值。
  15. 如請求項9所述的控制電路，其中：該電壓基準調節電路根據一輸出電壓預設目標值和該調節信號產生該輸出電壓基準值。
  16. 一種用於一電壓調節器的控制電路，該電壓調節器為一負載提供一輸出電壓和一輸出電流，該控制電路包括：一能量調節電路，根據一溫度取樣信號、該輸出電壓、該輸出電流產生一調節信號；一電流基準調節電路，接收該調節信號，並根據一最大輸出電流目標值和該調節信號產生一最大輸出電流基準值，用於設置該輸出電流的最大值，該最大輸出電流基準值隨著該調節信號的變化而動態變化；以及一開關控制信號產生電路，根據一輸出電壓預設目標值、該最大輸出電流基準值、該輸出電壓、以及該輸出電流產生該開關控制信號，以控制該電壓調節器中至少一個開關的導通及關斷。
  17. 如請求項16所述的控制電路，其中：當該溫度取樣信號代表了一第一溫度時，該輸出電壓和該輸出電流沿一第一曲線變化，以及當該溫度取樣信號代表了一第二溫度時，該輸出電壓和該輸出電流沿一第二曲線變化；以及當該輸出電流大於一電流閾值且該輸出電壓大於一最 小電壓閾值時，該輸出電壓隨著該輸出電流的增大而減小。
  18. 一種用於一電壓調節器的控制方法，該電壓調節器為一負載提供一輸出電壓和一輸出電流，該控制方法包括：根據該輸出電壓和該輸出電流得到一輸出能量值；根據一環境溫度得到隨著該環境溫度變化而反方向變化的一動態最大輸出能量參考值；根據該輸出能量值和該動態最大輸出能量參考值產生一調節信號；以及根據該調節信號產生一開關控制信號，以控制該電壓調節器中至少一個開關的導通及關斷，使得當該環境溫度為一第一溫度時，該輸出電壓和該輸出電流沿一第一曲線變化，以及當該環境溫度為一第二溫度時，該輸出電壓和該輸出電流沿一第二曲線變化。
  19. 如請求項18所述的控制方法，其中該電壓調節器包括一輸出電壓控制階段和一輸出功率控制階段；其中當該電壓調節器工作在該輸出電壓控制階段時，該電壓調節器控制該輸出電壓恒定或等於一預設值；以及當該第二溫度大於該第一溫度，且該電壓調節器工作在該輸出功率控制階段時，該第二曲線上該輸出電壓和該輸出電流的乘積小於該第一曲線上該輸出電壓和該輸出電流的乘積。
  20. 如請求項18所述的控制方法，其中根據該調節信號產生該開關控制信號更包括：根據一輸出電壓預設目標值和該調節信號產生用於設置該輸出電壓的一輸出電壓基準值，該輸出電壓基準值隨著該調節信號的變化而動態變化；以及根據該輸出電壓基準值、以及該輸出電壓產生該開關控制信號，以控制該電壓調節器中至少一個開關導通。
  21. 如請求項18所述的控制方法，其中根據該調節信號產生該開關控制信號更包括：根據一最大輸出電流目標值和該調節信號產生一最大輸出電流基準值，用於設置該輸出電流的最大值，該最大輸出電流基準值隨著該調節信號的變化而動態變化；以及根據一輸出電壓預設目標值、該最大輸出電流基準值、該輸出電壓、以及該輸出電流產生該開關控制信號，以控制該電壓調節器中至少一個開關的導通及關斷。
  22. 如請求項18所述的控制方法，其中當該輸出能量值小於一調節閾值時，該調節信號等於零，該調節閾值小於或等於該動態最大輸出能量參考值。
  23. 如請求項18所述的控制方法，更包括：根據該輸出電壓和該輸出電流的乘積在一定時長內的積分得到該輸出能量值。
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