[发明专利]开关调节器电路及方法

说明书

本发明包含开关调节器电路及方法。在一项实施例中，第一开关调节器级接收第一输入电压且在第一节点上产生第一电压。第二开关调节器级接收该第一输入电压且在第二节点上产生第二电压。电容器包含耦合至该第一节点的第一端子及耦合至该第二节点的第二端子，且该第一开关调节器级及该第二开关调节器级被设置为设定该第一节点上的第一电压且设定该第二节点上的第二电压。

相关申请的交叉引用

本申请案主张于2012年12月31日提出的发明名称为「Switching RegulatorCircuits and Methods」，申请号为61/747,988的美国临时专利申请案的优先权，该美国临时专利申请案的公开内容特此以全文引用方式并入本文中。本申请案主张于2013年3月11日提出的发明名称为「Switching Regulators」，申请号为13/794,231的美国专利申请案的优先权，该美国专利申请案的公开内容特此以全文引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及开关调节器电路及方法。

背景技术

图1示出了现有的多相降压开关调节器。与使用惯用单相或多相调节器来获得高压摆率相关的一个显著问题是这种调节器展现了能够影响系统性能的不对称压摆率。此外，在高开关频率下，这种电路可能需要不实际的小电感值或不实际的大量相数。

图2示出了在正摆期间的多相降压开关调节器的结构。对于输入电压VIN和输出电压VOUT，现有的N相降压开关调节器将通过启动开关以使开关节点SW1及SW2至SWN短接至VIN来控制最大正向输入电流的压摆率。这使得电感电流的总和按以下速率摆动：

D(ISUM)/dt＝N*(VIN-VREF)/L

图3示出了在负摆期间现有的多相降压开关调节器的结构。为控制最大负向电流的压摆率，控制器302启动开关以使开关节点SW1及SW2至SWN短接至地。这使得电感电流的总和按以下速率摆动：

D(ISUM)/dt＝N*(-VREF)/L

因此，正向输出电流的压摆率高于负向输出电流的压摆率(VIN-VREF)/(VREF)倍。举例而言，若VIN处于12V且VOUT处于1V(例如，低占空比情况下)而不管所使用的相的数量如何，传统降压开关变换器特征在于其最大正向输出电流的压摆率(SRP)是最大负向输出电流的压摆率(SRN)的11倍。

(SRP)/(SRN)＝(N*(VIN-VREF)/L)/(N*(-VREF)/L)＝(12-1)/1＝11

在某些应用中，由于卸载事件(其中负载电流减少)所产生的正向电压过冲应等于由于等效负载事件(其中负载电流增加)所产生的负向下冲，以便在负载电流往返步进时输出电压不漂移。因此，系统可能会受到由于电感器的慢负向电流压摆率所产生的卸载输出电压过冲的限制且不能利用电感器的快速正向电流压摆率。图4示出了用于经历装载及卸载事件的单相传统降压变换器的上述情形。在某些应用中，可能需要减少系统增益，使得Vout上的电压下冲匹配该过冲。

图5显示了对先负向然后正向的VREF电压步阶响应的单相调节器的示例。由于慢负向压摆率，输出电压花费了较长的时间来摆动下降。因此，电感电流的慢负向压摆率再次限制了输出电压可摆动的快速程度。如上所述，图5示出了在某些应用中不需要的不对称。

快压摆率开关调节器在各种应用中是有利的。举例而言，遵循摩尔定律的微处理器的发展引起了芯片功率密度的增加，导致了热管理的挑战。CMOS程序具有至少两个功率耗散的分量：1)开关功率，其与供电电压的平方及时钟频率成比例；及2)装置泄漏功率，其是供电电压的函数。

逐渐地，相对于其工作量曲线的微处理器供电电压及时钟频率的微管理用于获得显著的功率节省。假定主功率耗散机制是供电电压的强函数，采用随时间适度减小平均供电电压且通常适度减小或不减小电路性能，获得显著的功率耗散的减少。