具有獨立高頻和低頻路徑信號的快速瞬態電源制造技術
【技術實現步驟摘要】
具有獨立高頻和低頻路徑信號的快速瞬態電源相關申請的交叉引用本申請要求于2016年1月20日提交的美國臨時申請序列號為62/280,897、名稱為“具有改進的瞬態響應的控制架構”以及2016年1月20日提交的美國臨時申請序列號為62/280,878、名稱為“具有獨立高頻和低頻路徑信號的快速瞬態電源”的申請的優先權，其全部內容通過引用并入本文。
技術介紹
電源系統包括電源、負載裝置和將電源連接到負載裝置的電源接口裝置。電源可包括電池、電網、太陽能光伏電池交流(AC)發電機和/或前端功率轉換器的輸出。電源接口裝置可以配置為升高或降低電源的電壓以為負載裝置供應合適的電壓。電源接口裝置可以是升壓轉換器或降壓轉換器或任何其他轉換器。負載裝置可包括電阻性負載、磁性負載、電容性負載、加熱器。在一個實現方式中，負載裝置可以是低電壓高電流負載裝置，例如計算機中央處理單元(CPU)。這種類型的負載裝置可具有多個負載瞬態。在負載瞬態期間，負載裝置的電流可在非常短的時間段內大幅改變。例如，在瞬態期間，負載裝置的電流可以在小于1微秒內從0A上升到100A，或者從100A下降到0A。電流的這些突變可能會在負載裝置中產生大的電壓變化，并且可能會導致輸出電壓擺動到負載裝置規定的操作窗口之外。為了最小化瞬態變化，在一個實施方式中，可以將大功率電容器添加到電源系統的輸出端。該電容器可以在瞬態期間供應或吸收必要的電流，并且因此減小由負載瞬變引起的電壓變化。為此，該輸出端電容器用于補充轉換器的緩慢上升的電流以滿足負載裝置對電流需求的增加。類似地，輸出電容器用于吸收電流以滿足負載裝置中電流的突然減小。然而...
【技術保護點】
一種電源接口裝置，所述電源接口裝置在輸入端子處耦合到電源并在輸出端子處耦合到負載裝置，且所述電源接口裝置配置為，改變所述電源的電壓，以對應于與所述負載裝置相關聯的電壓，其特征在于，所述電源接口裝置包括：主開關轉換器，所述主開關轉換器耦合到所述輸入端子和所述輸出端子，且所述主開關轉換器配置為以第一開關頻率操作，以將電流從所述輸入端子供應到所述輸出端子；輔助開關轉換器，所述輔助開關轉換器與所述主開關轉換器并聯地耦合到所述輸入端子和所述輸出端子，且所述輔助開關轉換器配置為以高于所述第一開關頻率的第二開關頻率操作，以將電流從所述輸入端子供應到所述輸出端子；反饋和補償電路，所述反饋和補償電路配置為，檢測所述輸出端子處的瞬態，并基于所檢測的瞬態輸出瞬態信號；主控制電路，所述主控制電路包括低通濾波器，所述低通濾波器配置為接收所述瞬態信號并輸出所述瞬態信號的低頻分量，所述主控制電路配置為基于所述瞬態信號的低頻分量生成用于控制所述主開關轉換器的主控制信號；輔助控制電路，所述輔助控制電路包括高通濾波器，所述高通濾波器配置為接收所述瞬態信號并輸出所述瞬態信號的高頻分量，所述輔助控制電路配置為基于所述瞬態信號...
【技術特征摘要】
2016.01.20 US 62/280,878;2016.01.20 US 62/280,8971.一種電源接口裝置，所述電源接口裝置在輸入端子處耦合到電源并在輸出端子處耦合到負載裝置，且所述電源接口裝置配置為，改變所述電源的電壓，以對應于與所述負載裝置相關聯的電壓，其特征在于，所述電源接口裝置包括：主開關轉換器，所述主開關轉換器耦合到所述輸入端子和所述輸出端子，且所述主開關轉換器配置為以第一開關頻率操作，以將電流從所述輸入端子供應到所述輸出端子；輔助開關轉換器，所述輔助開關轉換器與所述主開關轉換器并聯地耦合到所述輸入端子和所述輸出端子，且所述輔助開關轉換器配置為以高于所述第一開關頻率的第二開關頻率操作，以將電流從所述輸入端子供應到所述輸出端子；反饋和補償電路，所述反饋和補償電路配置為，檢測所述輸出端子處的瞬態，并基于所檢測的瞬態輸出瞬態信號；主控制電路，所述主控制電路包括低通濾波器，所述低通濾波器配置為接收所述瞬態信號并輸出所述瞬態信號的低頻分量，所述主控制電路配置為基于所述瞬態信號的低頻分量生成用于控制所述主開關轉換器的主控制信號；輔助控制電路，所述輔助控制電路包括高通濾波器，所述高通濾波器配置為接收所述瞬態信號并輸出所述瞬態信號的高頻分量，所述輔助控制電路配置為基于所述瞬態信號的高頻分量生成用于控制所述輔助開關轉換器的輔助控制信號；和共用緩沖器，所述共用緩沖器通常由所述主控制電路和所述輔助控制電路共享，其中：所述共用緩沖器包括輸入端子和輸出端子，所述共用緩沖器的輸入端子連接到所述反饋和補償電路，以及所述共用緩沖器的輸出端子連接到所述高通濾波器和所述低通濾波器。2.根據權利要求1所述的電源接口裝置，其特征在于，所述反饋和補償電路包括：反饋感測電路，所述反饋感測電路配置為感測所述輸出端子處的輸出電壓；誤差放大器，所述誤差放大器配置為，接收所感測的輸出電壓和參考電壓，并基于所感測的輸出電壓和所述參考電壓輸出所述瞬態信號；和補償電路，所述補償電路配置為，接收所述瞬態信號并向所述共用緩沖器輸出頻率補償的瞬態信號。3.根據權利要求2所述的電源接口裝置，其特征在于，所述反饋感測電路包括配置為感測輸出電壓并生成反饋電壓的多個電阻器和電容器，所述誤差放大器配置為，接收所述反饋電壓和所述參考電壓，并當所述反饋電壓和所述參考電壓基本上彼此不相等時生成所述瞬態信號，以及所述補償電路包括第一電容器、第二電容器和電阻器，所述第一電容器的一端連接到所述誤差放大器的輸出端子且另一端連接到接地端子，所述第二電容器與所述電阻器串聯連接以形成串聯電容器-電阻器網絡，其中所述串聯電容器-電阻器網絡的一端連接到所述接地端子且另一端連接到所述誤差放大器的輸出端子。4.根據權利要求1所述的電源接口裝置，其特征在于，所述共用緩沖器配置為將所述主控制電路、所述輔助控制電路與所述反饋和補償電路的阻抗隔離。5.根據權利要求1所述的電源接口裝置，其特征在于，所述主控制電路還包括主比較器，所述主比較器配置為，將所述瞬態信號的低頻分量與由所述主開關轉換器供應的所感測的低頻電感器信號進行比較，并生成用于控制所述主開關轉換器的主控制信號，所述主控制信號使得所述主開關轉換器能夠將跟蹤瞬態信號低頻分量的低頻電流供應到輸出端子，所述低通濾波器包括電阻器和電容器，所述低通濾波器的電阻器的一端連接到所述共用緩沖器，且另一端連接到所述低通濾波器的電容器和所述主比較器的非反相端子，以及所述低通濾波器的電容器的一端連接到所述低通濾波器的電阻器和所述主比較器的非反相端子，且另一端連接到接地端子。6.根據權利要求5所述的電源接口裝置，其特征在于，所述輔助控制電路還包括輔助比較器，所述輔助比較器配置為，將所述瞬態信號的高頻分量與由所述輔助開關轉換器供應的所感測的高頻電感器信號進行比較，并生成用于控制所述輔助開關轉換器的輔助控制信號，所述輔助控制信號使得所述輔助開關轉換器能夠將跟蹤所述瞬態信號高頻分量的高頻電流供應到所述輸出端子，所述高通濾波器包括電阻器和電容器，所述高通濾波器的電容器的一端連接到所述共用緩沖器，且另一端連接到所述高通濾波器的電阻器和所述輔助比較器的非反相端子，以及所述高通濾波器的電阻器的一端連接到所述高通濾波器的電容器和所述輔助比較器的非反相端子，且另一端連接到所述接地端子。7.根據權利要求1所述的電源接口裝置，其特征在于，所述主開關轉換器和所述輔助開關轉換器包括降壓型號電流模式開關調節器，所述開關調節器配置為將所述輸入端子的較高輸入電壓轉換成所述輸出端子的較低輸出電壓。8.根據權利要求1所述的電源接口裝置，其特征在于，所述主開關轉換器包括第一主開關、第二主開關、主反相器和主電感器，所述第一主開關的漏極連接到所述輸入端子，所述第一主開關的源極連接到主節點，以及所述第一主開關的柵極連接到所述主控制電路且配置為接收所述主控制信號，所述第二主開關的漏極連接到所述主節點，所述第二主開關的源極連接到接地端子，以及所述第二主開關的柵極連接到所述主反相器且配置為接收所述主控制信號的反向信號。9.根據權利要求8所述的電源接口裝置，其特征在于，所述輔助開關轉換器包括第一輔助開關、第二輔助開關、輔助反相器和輔助電感器，所述第一輔助開關的漏極連接到所述輸入端子，所述第一輔助開關的源極連接到輔助節點，所述第一輔助開關的柵極連接到所述輔助控制電路且配置為接收所述輔助控制信號，所述第二輔助開關的漏極連接到所述輔助節點，所述第二輔助開關的源極連接到所述接地端子，以及所述第二輔助開關的柵極連接到所述輔助反相器且配置為接收輔助控制信號的反相信號。10.根據權利要求9所述的電源接口裝置，其特征在于，所述主開關轉換器配置為，在所述瞬態期間和所述瞬態之外向所述輸出端子供應低頻電流，所述輔助開關轉換器配置為，在所述瞬態期間向所述輸出端子供應高頻電流，并在所述瞬態之外向所述輸出端子供應基本為零的平均電流，以及所述瞬態包括負載電流的突然增加或突然減少、或者輸出電壓的突然增加或突然減少。11.根據權利要求10所述的電源接口裝置，其特征在于，所述第一主開關、所述第二主開關、所述第一輔助開關和所述第二輔助開關均包括FET開關。12.一種電源接口裝置，其特征在于，所述電源接口裝置包括：主開關轉換器，所述主開關轉換器耦合到輸入端子和輸出端子，且所述主開關轉換器配置為以第一開關頻率操作，以將電流從所述輸入端子供應到所述輸出端子；輔助開關轉換器，所述輔助開關轉換器與所述主開關轉換器并聯地耦合到所述輸入端子和所述輸出端子，且所述輔助開關轉換器配置為以高于所述第一開關頻率的第二開關頻率操作，以將電流從所述輸入端子供應到所述輸出端子；反饋和補償電路，所述反饋和補償電路耦合到所述輸出端子，且所述反饋和補償電路配置為，檢測所述輸出端子處的瞬態，且基于所檢測的瞬態輸出瞬態信號；主控制電路，所述主控制電路耦合到所述反饋和補償電路以及所述主開關轉換器，且所述主控制電路配置為，從所述反饋和補償電路接收所述瞬態信號，并基于所述瞬態信號生成用于控制所述主開關轉換器的主控制信號；低通濾波器，所述低通濾波器耦合到所述反饋和補償電路，且所述低通濾波器配置為，從所述反饋和補償電路接收所述瞬態信號，并輸出所述瞬態信號的低頻分量；加法器電路，所述加法器電路耦合到所述低通濾波器和所述反饋和補償電路，且所述加法器電路配置為，接收來自所述低通濾波器的所述瞬態信號的低頻分量和來自所述反饋和補償電路的所述瞬態信號，并輸出所述瞬態信號的高頻分量；和輔助控制電路，所述輔助控制電路耦合到所述加法器電路和所述輔助開關轉換器，且所述輔助控制電路配置為，接收所述瞬態信號的高頻分量，并基于所述瞬態信號的高頻分量生成用于控制所述輔助開關轉換器的輔助控制信號。13.根據權利要求12所述的電源接口裝置，其特征在于，所述加法器電路配置為，在其反相端子處接收來自所述低通濾波器的所述瞬態信號的低頻分量，并在其非反相端子處接收來自所述反饋和補償電路的所述瞬態信號，從所述瞬態信號中減去所述瞬態信號的低頻分量，并向所述輔助控制電路輸出所述瞬態信號的高頻分量。14.根據權利要求13所述的電源接口裝置，其特征在于，所述電源接口裝置還包括共用緩沖器，所述共用緩沖器通常由所述主控制電路和所述輔助控制電路共享，且所述共用緩沖器配置為將所述主控制電路、所述輔助控制電路與所述反饋和補償電路的阻抗隔離。15.根據權利要求13所述的電源接口裝置，其特征在于，所述低通濾波器包括電阻器和電容器，所述電阻器的一端耦合到所述反饋和補償電路的輸出端子且第二端耦合到第一節點，所述電容器的一端連接到所述第一節點，且另一端連接到接地端子，以及所述加法器電路在其反相端子處耦合到所述第一節點，在其非反相端子處耦合到所述反饋和補償電路的輸出端子，且所述加法器電路配置為，在反相端子處接收來自所述低通濾波器的瞬態信號的低頻分量且在非反相端子處接收瞬態信號，并向所述輔助控制電路輸出所述瞬態信號的高頻分量。16.根據權利要求15所述的電源接口裝置，其特征在于，所述電源接口裝置還包括：多個電阻器，所述多個電阻器配置為為所述瞬態信號的高頻分量提供增益因子；和偏移電壓源，所述偏移電壓源配置為在穩態期間在所述瞬態之外偏移由所述輔助開關轉換器供應的高頻電流，以使得所述輔助開關轉換器能夠供應基本為零的平均電流，其中：所述多個電阻器包括第一電阻器和第二電阻器，所述第一電阻器連接到所述加法器電路的非反相端子，所述第二電阻器連接到所述加法器電路的反相端子，所述偏移電壓源通過所述第一電阻器耦合到所述加法器電路的非反相端子。17.一種電源接口裝置，其特征在于，所述電源接口裝置包括：主開關轉換器，所述主開關轉換器耦合到輸入端子和輸出端子，且所述主開關轉換器配置為以第一開關頻率操作，以將電流從所述輸入端子供應到所述輸出端子；輔助開關轉換器，所述輔助開關轉換器與所述主開關轉換器并聯地耦合到所述輸入端子和所述輸出端子，且所述輔助開關轉換器配置為，以高于所述第一開關頻率的第二開關頻率操作，以將電流從所述輸入端子供應到所述輸出端子；反饋和補償電路，所述反饋和補償電路耦合到所述輸出端子，且所述反饋和補償電路配置為，檢測所述輸出端子處的瞬態，并基于所檢測的瞬態輸出瞬態信號；高通濾波器，所述高通濾波器耦合到所述反饋和補償電路，且所述高通濾波器配置為，接收來自所述反饋和補償電路的瞬態信號并輸出所述瞬態信號的高頻分量；加法器電路，所述加法器電路耦合到所述高通濾波器和所述反饋和補償電路，且所述加法器電路配置為，接收來自所述高通濾波器的所述瞬態信號的高頻分量和來自所述反饋和補償電路的所述瞬態信號，并輸出所述瞬態信號的較低頻率分量；主控制電路，所述主控制電路耦合到所述加法器電路和所述主開關轉換器，且所述主控制電路配置為，基于所述瞬態信號的低頻分量生成用于控制所述主開關轉換器的主控制信號；和輔助控制電路，所述輔助控制電路耦合到所述高通濾波器和所述輔助開關轉換器，且所述輔助控制電路配置為基于所述瞬態信號的高頻分量生成用于控制所述輔助開關轉換器的輔助控制信號。18.一種電源接口裝置，其特征在于，所述電源接口裝置包括：主開關轉換器，所述主開關轉換器耦合到第一輸入端子和輸出端子，且所述主開關轉換器配置為以第一開關頻率操作，以將電流從所述第一輸入端子供應到所述輸出端子；輔助開關轉換器，所述輔助開關轉換器耦合到第二輸入端子和所述輸出端子，且所述輔助開關轉換器配置為以高于所述第一開關頻率的第二開關頻率操作，以將電流從所述第二輸入端子供應到所述輸出端子；反饋和補償電路，所述反饋和補償電路耦合到所述輸出端子，且所述反饋和補償電路配置為，檢測所述輸出端子處的瞬態，并基于所檢測的瞬態輸出瞬態信號；主控制電路，所述主控制電路耦合到所述反饋和補償電路以及所述主開關轉換器，且所述主控制電路配置為，從所述反饋和補償電路接收所述瞬態信號，并基于所述瞬態信號生成用于控制所述主開關轉換器的主控制信號；和輔助控制電路，所述輔助控制電路包括：第一增益緩沖器，所述第一增益緩沖器耦合到所述反饋和補償電路，且所述第一增益緩沖器配置為放大從所述反饋和補償電路接收的所述瞬態信號，高通濾波器，所述高通濾波器耦合到所述第一增益緩沖器，且所述高通濾波器配置為，從所述第一增益緩沖器接收經放大的瞬態信號，并輸出所述經放大的瞬態信號的高頻分量，和輔助比較器，所述輔助比較器耦合到所述高通濾波器，且所述輔助比較器配置為，在第一端子處接收所述瞬態信號的高頻分量，以及在第二端子處接收由所述輔助開關轉換器供應的所感測的高頻電感器信號，并基于所述高頻分量與所感測的高頻電感器信號的比較結果生成用于控制所述輔助開關轉換器的輔助控制信號。19.根據權利要求18所述的電源接口裝置，其特征在于，所述電源接口裝置還包括偏移電壓源，所述偏移電壓源耦合到所述高通濾波器，且所述偏移電壓源配置為，在所述瞬態之外偏移由所述輔助開關轉換器供應的高頻電流，以使得從所述輔助開關轉換器能夠供應基本為零的平均電流。20.一種電源系統，其特征在于，所述電源系統包括：第一電源，所述第一電源耦合到第一輸入端子；第二電源，所述第二電源耦合到第二輸入端子；負載裝置，所述負載裝置耦合到輸出端子；和權利要求18所述的電源接口裝置，所述電源接口裝置耦合到所述第一電源、所述第二電源和所述負載裝置，且所述電源接口裝置配置為調節所述第一電源的電壓以與所述負載裝置的電壓相對應，其中：所述第一電源耦合到主開關轉換器，以及所述第二電源耦合到輔助開關轉換器，且所述第二電源獨立于所述第一電源。21.根據權利要求20所述的電源系統，其特征在于，所述第二電源是電容器。22.根據權利要求21所述的電源系統，其特征在于，所述電源系統還包括輸入源反饋和調節電路，所述輸入源反饋和調節電路的一端連接到所述第二電源，且另一端連接到用于控制所述輔助開關轉換器的輔助控制電路，其中所述輸入源反饋和調節電路包括反饋電壓感測電路、誤差放大器和補償電路，其中：所述反饋電壓感測電路配置為，通過第一和第二電阻器的網絡感測所述第二電源的電壓，并將反饋電壓輸出到所述誤差放大器的反相端子，所述第一電阻器的一端耦合到所述第二電源，且另一端耦合到所述誤差放大器的反相端子和所述第二電阻器，所述第二電阻器的一端耦合到所述誤差放大器的反相端子和所述第一電阻器，且另一端耦合到接地端子，所述誤差放大器配置為，監測在誤差放大器的反相端子處接收的反饋電壓和在誤差放大器的非反相端子處接收的參考電壓，且當所述反饋電壓與所述參考電壓不是基本上相等時輸出控制信號，所述補償電路包括第一電容器、第二電容器和電阻器...
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