具有斜率补偿功能的脉冲密度数/模转换器的制造方法
【专利说明】具有斜率补偿功能的脉冲密度数/模转换器
[0001]相关专利串请案
[0002]本申请案主张于2013年3月12日提出申请的共同拥有的美国临时专利申请案第61/777，808号的优先权，所述申请案特此出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及切换模式电力供应器(SMPS)，且更特定来说涉及在SMPS中借助使用脉冲密度调制(PDM)的数/模转换器(DAC)提供斜率补偿。
【背景技术】
[0004]正常地，在切换模式电力供应器(SMPS)中，峰值电流值与电感器中的平均电流有关。但对于一些SMPS电路拓扑学，当脉冲宽度调制(PffM)工作循环大于50%时，在透过电感器的峰值与平均电流之间存在改变关系，其中峰值电流不再与平均电流成比例。此可致使不稳定性，例如，次谐波振荡。此不稳定性(次谐波振荡)的基本原因是电感器电流在下一 PffM循环开始之前不返回到O。为防止此不稳定性，许多SMPS应用使用被称为“峰值电流模式控制”(PCMC)的控制方法。PCMC为电感器电流设置最大或峰值电平。可借助模拟比较器监视SMPS功率电感器电流。此比较器的阈值设置SMPS电感器的峰值电流极限。参考图1，峰值电流与平均电流有关(在一些假定下)。对于PCMC应用的数字实施，数/模转换器(DAC)用以将阈值电压提供到比较器。
[0005]PCMC将下行斜率调制到电流参考值上以使电力电路稳定。随着PWM循环行进，此以递减参考斜率按比例调整峰值电感器电流。基本思路是将电路限制到在下一 PWM循环开始之前可适当地放电的峰值电流电平。
[0006]参考图2，其描绘用于SMPS中的现有技术模拟斜率补偿电路的示意性框图。随着用户的PffM工作循环持续时间增加而减小用于峰值电流检测的参考电压。参考图3，其描绘在图2中展示的现有技术模拟斜率补偿电路的一部分的示意性框图。当使用模拟斜率补偿时存在若干问题。举例来说，模拟电路是昂贵的。模拟电路实施方案需要用于配置的外部组件，或需要PWM控制器集成电路中的高度可调适内部功能模块。模拟斜率产生器具有受限制电压范围。另外，在小工艺几何尺寸集成电路中，斜率补偿功能性所需的必要模拟电路太大且太昂贵而无法构建，且因此在供价格敏感性产品使用时是不具成本效率的。
【发明内容】
[0007]因此，需要借助低成本、混合信号(模拟与数字)集成电路解决方案为SMPS系统提供斜率补偿功能性。
[0008]根据一实施例，一种具有斜率补偿功能的脉冲密度调制数/模转换器(PDM DAC)可包括:所述PDM DAC，其可包括:PDM DAC累加器，PDM DAC加法器，其具有耦合到所述PDMDAC累加器的输入的输出及耦合到所述PDM DAC累加器的输出的第二输入，PDM DAC多路复用器，其具有耦合到所述PDM DAC加法器的第一输入的输出，及PDM DAC增量值寄存器，其具有耦合到所述PDM DAC多路复用器的第一输入的输出；斜率产生器，其可包括:斜率产生器累加器，其具有耦合到所述PDM DAC多路复用器的第二输入的输出，斜率产生器多路复用器，其具有耦合到所述斜率产生器累加器的输入的输出及耦合到所述PDM DAC增量值寄存器的所述输出的第一输入，斜率值寄存器，斜率产生器加法器，其具有耦合到所述斜率产生器多路复用器的第二输入的输出、耦合到所述斜率值寄存器的输出的第一输入及耦合到所述斜率产生器累加器的所述输出的第二输入，非正检测电路，其具有耦合到所述斜率产生器累加器的所述输出的输入，及控制逻辑，其具有耦合到所述非正检测电路的输出的输入、耦合到所述斜率产生器累加器的启用输入的第一控制输出及耦合到所述斜率产生器多路复用器的控制输入的第二控制输出；及D锁存器，其具有耦合到所述PDM DAC加法器的进位输出输出的D输入及耦合到时钟信号的时钟输入；其中当可由所述非正检测电路检测来自所述斜率产生器累加器的O或负输出时，所述控制逻辑逼迫来自所述斜率产生器累加器的O输出，且当可将斜率模式控制信号施加到所述PDM DAC多路复用器时，所述PDM DAC加法器的所述第一输入可耦合到所述斜率产生器累加器的所述输出，否则耦合到所述PDM DAC增量值寄存器的所述输出。
[0009]根据另一实施例，可提供具有耦合到所述D锁存器的输出的输入的低通滤波器。根据另一实施例，所述低通滤波器的响应特性可为可选择的。根据另一实施例，所述低通滤波器包括多个极。根据另一实施例，斜率值在所述斜率值寄存器中可为正的。根据另一实施例，可提供二补数电路以用于在将二补数斜率值耦合到所述斜率产生器加法器之前对所述斜率值寄存器中的所述正斜率值进行二补数运算。根据另一实施例，斜率值在所述斜率值寄存器中可为负的。根据另一实施例，可提供具有耦合到所述斜率产生器加法器的所述输出的输入及耦合到所述控制逻辑的输入的输出的下溢检测电路。根据另一实施例，切换模式电力供应器(SMPS)控制器可包括具有斜率补偿的所述PDM DAC0
[0010]根据又一实施例，一种具有斜率补偿功能的脉冲密度调制(PDM)数/模转换器(DAC)可包括:PDM累加器电路，其用于产生具有与输入数据值成比例的脉冲密度的PDM脉冲流，其中所述PDM累加器以极高速度操作以当将所述PDM脉冲流转换成模拟电压时使输出低通滤波器要求最小化；及斜率累加器电路，其修改到所述PDM DAC的所述输入数据值以便产生PDM脉冲密度的受控改变，其中所述斜率累加器电路提供斜率补偿功能。根据又一实施例，可提供用于将所述PDM脉冲流转换成所述模拟电压的可选择响应低通模拟滤波器。
[0011]根据再一实施例，一种具有具斜率补偿功能的PDM DAC的切换模式电力供应器(SMPS)可包括:功率转换器，其可包括功率电感器、功率切换晶体管、整流器及滤波电容器；及混合信号集成电路，其可包括:脉冲宽度调制(PWM)产生器，数字处理器，其耦合到所述PffM产生器且发出PffM命令到所述PffM产生器，模/数转换器(ADC)，其具有耦合到所述功率转换器的所述滤波电容器的电压输出的模拟输入，PDM产生器，电压比较器，其具有耦合到所述功率转换器中的电流测量电路的第一输入，脉冲密度调制数/模转换器(PDM DAC)，其具有斜率补偿功能，且具有耦合到所述电压比较器的第二输入的模拟输出及耦合到所述电压比较器的输出的控制输入。根据另一实施例，所述混合信号集成电路可为微控制器。
[0012]根据再一实施例，一种在电流模式控制切换模式电力供应器(SMPS)中提供斜率补偿电压的方法可包括以下步骤:借助PDM数/模转换器(DAC)产生脉冲划分调制(PDM)信号；借助数字斜率产生器修改所述PDM DAC信号；及将所述经修改PDM DAC信号耦合到模拟低通滤波器以用于在电流模式控制SMPS中提供斜率补偿电压。
[0013]根据所述方法的另一实施例，所述模拟低通滤波器具有多个极。根据所述方法的另一实施例，所述模拟低通滤波器具有可选择滤波器特性。根据所述方法的另一实施例，其可包括选择所述低通滤波器的特性的步骤。根据所述方法的另一实施例，所述选择所述低通滤波器的所述特性的步骤提供减小的电压纹波。根据所述方法的另一实施例，其可包括以下步骤:检测斜率累加器中的O值；及当可检测到所述O值时，逼迫所述O值保持在所述斜率累加器中。根据所述方法的另一实施例，其可包括停用所述数字斜率产生