[发明专利]在电流瞬变期间保持最大平坦电压的脉冲宽度调制序列

说明书

技术领域

本发明一般在控制系统的领域中。更明确地说，本发明在控制系统中的脉冲宽度调制使用领域中。本说明书这里以数字受控电源而举例说明本发明，该数字受控电源在有宽范围电流瞬变的情况下实现电压调节。

背景技术

最近，半导体集成电路制造过程的进步已经导致集成电路要求用于各种部分的分离电源，这些分离电源包括用于输入/输出衰减器环路的电压、和用于数字芯部的第二独特电源电压。尽管这种进步带来减小芯部功率消耗的优点，但出现这些添加电压的调节问题。随着系统级芯片技术的出现，这些装置的设计者才开始提出用来调节多电源域级芯片的这种要求。美国专利6,940,189提出了一种数字开环脉冲宽度调制控制系统的实施，作为降低成本和提高整个系统级芯片解决方案的功率效率的最佳装置。上述参考专利没有解决在开关模式电源的阶跃响应中的超调问题，该开关模式电源供电芯部(core)电压域。美国专利申请11/549,586介绍了一种产生近临界阻尼阶跃响应的脉冲宽度调制序列，该近临界缓冲阶跃响应解决了在电压瞬变期间的超调问题，以及建议将同一算法用于电流瞬变。然而，电流瞬变范围和设备元件参数范围的限制存在，超越这些限制，在参考美国专利申请11/549,586内的算法维持得比最大平坦电压小。

因此，存在有对于新颖脉冲宽度调制算法的需要，该新颖脉冲宽度调制算法适用于宽范围的设备元件值和输出电流的较大变化数值，并因而克服了响应电流瞬变的电压不稳定问题，由此提供供电负载的最大平坦电压，这些负载典型地要求精确调节，如半导体芯部。

发明内容

本发明指向一种新颖但容易理解的算法，该算法借助于由本技术领域的普通控制工程师普遍使用的工具实施。本发明描绘一种产生特定脉冲宽度调制序列的简单算法，该特定脉冲宽度调制序列在二阶或更高阶线性或非线性系统中维持最大平坦电压，该二阶或更高阶线性或非线性系统否则响应电流瞬变将呈现显著的电压不稳定性。本发明在集成多个电源电压域的半导体芯片时举例说明算法的使用，该多个电源电压域具有开环或闭环开关模式直流-直流变换器，以得到最佳功率节省、及最小热量耗散和元件成本。

另外，本发明不限于对于示范系统的应用。本发明可以应用于在数学上与脉冲控制相似并且要求响应瞬变负载的固定输出设定点(set-point)的任何二阶或更高阶系统的控制。在数学相似的脉冲开环控制下的任何电气、机械或机电系统特别可以从本发明受益，借此，没有本发明，开环控制可能导致不能接受的输出不稳定性，因而使这样一种布局是不希望的，并且这样的开环布局的成本利益和实施的容易不可实现。本发明仅设置+/-10％容差的控制设备元件值的使用的设计要求和系统负载的合理准确估计，依据控制系统的负载调节规格和设备参数具有+/-20％的容差。

附图说明

图1表明按照本发明一个实施例的示范结构的示意图。

图2表明描述脉冲序列的一般公式，该脉冲序列在实际系统中在任何方向上在电流瞬变期间导致最大平坦电压。

图3表明在电流瞬变期间假想系统输出电压的两种时域曲线。

图4表明在本发明一个实施例的控制下工作的示范系统中的可能过渡的时域曲线。

图5表明在本发明一个实施例的控制下工作的示范系统中的可能过渡的时域曲线。

图6表明在本发明一个实施例的控制下工作的示范系统中的可能过渡的时域曲线。

图7表明在本发明一个实施例的控制下工作的示范系统中的可能过渡的时域曲线。

图8表明在本发明一个实施例的控制下工作的示范系统中的可能过渡的时域曲线。

图9表明在本发明一个实施例的控制下工作的示范系统中的可能过渡的时域曲线。

具体实施方式

本发明涉及一种在固有欠阻尼系统中在电流瞬变期间使用脉冲宽度调制技术来维持最大平坦电压的控制系统和算法。如下描述包含关于本发明的各个实施例和实施方式的具体信息。本领域的技术人员将认识到，人们可以按与在本说明书中明确地描绘的不同的方式实践本发明。如下附图和它们的伴随详细描述用作本发明的仅仅示范性的而不是限制性的实施例。