CN110011535B - 一种自适应电压定位直流稳压器及其控制电路和控制方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种自适应电压定位直流稳压器及其控制方法。该直流稳压器包括：开关电路，产生输出电压和输出电流；控制电路，输出开关控制信号到开关电路来调节输出电压，以实现当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流小于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第二斜率减小，当输出电流大于第二阈值电流小于第三阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第三斜率减小。

Description

一种自适应电压定位直流稳压器及其控制电路和控制方法
技术领域
本发明涉及电子电路，尤其涉及一种自适应电压定位直流稳压器及其控制方法。
背景技术
在应用于膝上电脑、台式机、服务器以及电信设备的大电流直流稳压器中，自适应电压定位控制(AVP control，adaptive voltage position control)被广泛使用以提高***的瞬态响应能力并降低负载功耗。图1A示出了AVP控制的基本原理，其中Vout代表直流稳压器的输出电压，Iout代表直流稳压器的输出电流，Vref代表参考电压。如图1A所示，当输出电流Iout增大时，输出电压Vout在电压容差范围Vmax-Vmin内随之减小，其中Vmax代表允许的最大输出电压值，Vmin代表允许的最小输出电压值。
图1B对比了采用AVP控制和不采用AVP控制的直流稳压器的瞬态响应。如该图所示，对于不采用AVP控制的直流稳压器，由于输出电压Vout在负载变化时会出现过冲和下冲，仅一半的电压容差范围可用。而对于采用AVP控制的直流稳压器，其输出电压Vout在满载时被调节至略高于最小值Vmin，在轻载时被调节至略低于最大值Vmax。因此，在负载跳变期间其整个容差范围均可用，从而允许直流稳压器采用更小的输出电容器。此外，由于输出电流Iout增大时输出电压Vout减小，直流稳压器满载时的输出功率下降，这无疑极大地降低了热设计的难度。
然而，随着电子器件的快速发展，直流稳压器的功率越来越高，在电压容差范围内，传统的AVP控制已经无法同时保证***的安全运行以及快的瞬态响应能力。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种自适应电压定位直流稳压器及其控制方法。
根据本发明的实施例的一种自适应电压定位直流稳压器，包括：开关电路，接收一个输入电压并产生一个输出电压和一个输出电流；以及控制电路，产生一个开关控制信号到开关电路以调整输出电压，使得当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增大而以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流且小于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增大而以第二斜率减小，当输出电流大于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增大而以第三斜率减小。
根据本发明的实施例的一种自适应电压定位直流稳压器的控制方法，所述直流稳压器产生一个输出电压和一个输出电流，所述控制方法包括：采样输出电流；以及基于输出电流调整输出电压，使得当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流小于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第二斜率减小，当输出电流大于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第三斜率减小
根据本发明实施例的一种用于自适应电压定位直流稳压器的控制器，其中所述直流稳压器包括产生输出电压和输出电流的开关电路，该控制器包括：电压产生电路，根据输出电压、输出电流和第一斜率产生第一反馈信号，根据输出电压、输出电流和第二斜率产生第二反馈信号；第一比较电路，比较第一反馈信号和第一参考电压并输出第一比较信号；以及第二比较电路，比较第二反馈信号和第二参考电压并输出第二比较信号；开关开关电路，接收输入电压，产生输出电压和输出电流；以及控制电路，根据第一比较信号和第二比较信号产生开关控制信号，用于提供开关控制信号到开关电路以调整输出电压并将开关控制信号输出到开关电路以调整输出电压，使得当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第二斜率减小。
附图说明
为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：
图1A示出AVP控制的基本原理；
图1B示出采用AVP控制和不采用AVP控制的直流稳压器在负载跳变时的工作波形；
图2A-2D示出根据本发明一实施例的非线性AVP控制原理；
图3示出根据本发明一实施例的直流稳压器300的电路框图；
图4A示出根据本发明一实施例的非线性AVP控制电路30的电路框图；
图4B示出根据本发明另一实施例的非线性AVP控制电路30的电路框图；
图5示出根据本发明一实施例的电压产生电路301的电路示意图；
图6示出根据本发明另一实施例的电压产生电路301的电路示意图；
图7示出根据本发明另一实施例的电压产生电路301的电路示意图；
图8示出根据本发明一实施例的补偿电路306的电路示意图；
图9A示出根据本发明一实施例的具有参考电压调整电路90的非线性AVP控制电路30的电路框图；
图9B示出根据本发明一实施例的在固定参考电压Vref3和可调参考电压Vref3情况下的直流稳压器300的波形图；
图10示出根据本发明一实施例的直流稳压器300的控制方法流程图10。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
针对背景技术中提出的问题，本发明的实施例提出了一种AVP直流稳压器及其控制方法，该直流稳压器包括：开关电路，产生输出电压和输出电流；控制电路，输出开关控制信号到开关电路来调节输出电压，以实现当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流小于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第二斜率减小，当输出电流大于第二阈值电流小于第三阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第三斜率减小，该直流稳压器能同时保证***的安全运行以及快的瞬态响应能力。
图2A-2D示出根据本发明一实施例的非线性AVP控制原理。在图2A-2D中，X轴代表输出电流Iout，Y轴代表输出电压Vout。线条201表示在传统AVP控制模式下的直流稳压器的电流电压特性：输出电压Vout随着输出电流的变化而线性变化。当负载空载时，输出电压Vout的值设置为第一参考电压Vref，同时输出电流处于最小阈值电流I(0)，其中第一参考电压Vref略微小于最大输出电压值Vmax。在一个实施例中，第一参考电压Vref由一个处理器负载根据电压识别信号(VID，voltage identification code)产生。线条201示出输出电压Vout随着输出电流Iout的增加而线性减小。当负载为满载时，输出电压Vout被调整为略微大于最小输出电压值Vmin，此时输出电流Iout处于最大阈值电流I(max)。然而在传统AVP控制模式下，当输出电流Iout急剧增加到最大阈值电流I(max)时，输出电压Vout的不足会导致处理器负载的意外关闭。针对传统AVP控制模式的这个问题，本发明提出了一种非线性AVP控制模式，以图2A-2D中的线条202为例来说明。
根据本发明一实施例，图2A中的线条202示出一个三段非线性AVP控制模式。当输出电流Iout处于最小阈值电流I(0)时，输出电压Iout的值被调整为第一参考电压Vref，当输出电流Iout处于最大阈值电流I(max)时，输出电压Iout的值被调整为略大于最小输出电压Vmin。在图2A中，当输出电流Iout大于最小阈值电流I(0)而小于第一阈值电流I(k1)时，随着输出电流Iout的增加，输出电压Vout以第一斜率LL1减小，此时输出电压Vout和输出电流Iout的关系可以用如下公式表示：
Vout ＝ Vref – LL1* Iout (1)
当输出电流大于第一阈值电流I(k1)而小于第二阈值电流I(k2)时，随着输出电流Iout的增加，输出电压Vout以第二斜率LL2减小，此时输出电压Vout和输出电流Iout的关系可以用如下公式表示：
Vout ＝ Vref2– LL2* Iout (2)
其中Vref2代表一个小于第一参考电压Vref的第二参考电压，且第二斜率LL2小于第一斜率LL1。
当输出电流Iout大于第二阈值电流I(k2)而小于最大阈值电流I(max)时，随着输出电流Iout的增加，输出电压Vout以第三斜率LL3减小，此时输出电压Vout和输出电流Iout的关系可以用如下公式表示：
Vout ＝ Vref3– LL3* Iout (3)
其中Vref3代表一个小于第二参考电压Vref2的第三参考电压，且第三斜率LL3小于第二斜率LL2。如图2A所示，第三斜率LL3很小，此时输出电压Vout随着输出电流Iout的增加而减小的幅度也很小，这是为了避免不必要的***关断，从而保证了满载状态下的***安全运行。
如图2A所示的实施例，由于非线性AVP控制，在输出电流Iout较小时输出电压Vout可以被设置到足够高以减小负载阶跃引起的电压下冲，从而为安全工作保证了足够的净空。另外，从图中可以看出，在整个负载变化过程中，相同输出电流Iout对应于线条202的输出电压Vout值总是低于对应于线条201的输出电压Vout值，从而采用非线性AVP控制的直流稳压器的功耗低于采用传统AVP控制的直流稳压器。
图2B中的线条202示出根据本发明另一实施例的一种三段非线性AVP控制模式。图2B中的线条202与图2A中的线条202的区别在于：图2B中线条202上的第三斜率LL3为零。从而当输出电流Iout大于第二阈值电流I(k2)时，输出电压Vout保持为第三参考电压Vref不变。
图2C中的线条202示出根据本发明又一实施例的一种两段非线性AVP控制模式。图2C中的线条202与图2A中的线条202的区别在于：图2C中线条202上的第二斜率LL2等于第一斜率LL1。
图2D中的线条202示出根据本发明又一实施例的一种两段非线性AVP控制模式。图2D中的线条202与图2C中的线条202的区别在于：图2D中线条202上的第三斜率LL3为零。从而当输出电流Iout大于第二阈值电流I(k2)时，输出电压Vout保持为第三参考电压Vref不变。
图3示出根据本发明一实施例的直流稳压器300的电路框图。所述直流稳压器300包括：开关电路31、电压采样电路32、电流采样电路33和一个控制电路，其中所述控制电路包括一个非线性AVP控制电路30和一个开关控制电路34。
所述开关电路31接收输入电压Vin，产生输出电压Vout和输出电流Iout。所述电压采样电路32用于采样输出电压Vout并基于输出电压Vout产生一个电压采样信号Vosen。所述电流采样电路33用于采样输出电流Iout并基于输出电流Iout产生一个电流采样信号Isen。
所述控制电路输出开关控制信号Ctrl到开关电路31以调整输出电压Vout，从而使输出电压Vout在输出电流Iout小于第一阈值电流I(k1)时随着输出电流Iout的增大而以第一斜率LL1减小，在输出电流Iout大于第一阈值电流I(k1)且小于第二阈值电流I(k2)时随着输出电流Iout的增大而以第二斜率LL2减小，在输出电流大于第二阈值电流I(k2)时随着输出电流Iout的增大而以第三斜率LL3减小。
所述非线性AVP控制电路30用于接收电压采样信号Vosen、电流采样信号Isen、第一斜率LL1、第二斜率LL2和第三斜率LL3，并根据这些参数产生设置信号Set输出到开关控制电路34。
所述开关控制电路34从非线性AVP控制电路30处接收设置信号Set，并根据该信号产生开关控制信号Ctrl以控制开关电路31的开通。
图4A示出根据本发明一实施例的非线性AVP控制电路30的电路框图。所述非线性AVP控制电路30包括：电压发生电路301、比较器302、比较器303、比较器304和逻辑电路305。
电压发生电路301的一个节点3a耦接于图3所示的电流采样电路33以接收电流采样信号Isen，电压发生器302的另一个节点3b耦接于图3所示的电压采样电路32以接收电压采样信号Vosen。所述电压发生电路301用于产生反馈信号Vfb1、Vfb2和Vfb3。
所述电压发生电路301根据输出电压Vout、输出电流Iout和第一斜率LL1产生反馈信号Vfb1，在一个实施例中，反馈信号Vfb1可以用如下公式表示：
Vfb1＝ Vosen + Iout* LL1 (4)
所述电压发生电路301根据输出电压Vout、输出电流Iout和第二斜率LL2产生反馈信号Vfb2，在一个实施例中，反馈信号Vfb2可以用如下公式表示：
Vfb2 ＝ Vosen + Iout* LL2 (5)
所述电压发生电路301根据输出电压Vout、输出电流Iout和第三斜率LL3产生反馈信号Vfb3，在一个实施例中，反馈信号Vfb3可以用如下公式表示：
Vfb3 ＝ Vosen + Iout* LL3 (6)
比较器302的反相端耦接于电压产生电路301以接收反馈信号Vfb1，正相端用于接收第一参考电压Vref，所述第一参考电压Vref用来设置输出电压Vout，比较器302的输出端基于反馈信号Vfb1和第一参考电压Vref的比较结果输出比较信号Set1。在一个实施例中，反馈信号Vfb1或者第一参考信号Vref可以包含另外的信号，例如斜坡补偿信号。
比较器303的反相端耦接于电压产生电路301以接收反馈信号Vfb2，正相端用于接收第二参考电压Vref2，输出端基于反馈信号Vfb2和第二参考电压Vref2的比较结果输出比较信号Set2。在一个实施例中，反馈信号Vfb2或者第二参考信号Vref2可以包含另外的信号，例如斜坡补偿信号。
比较器304的反相端耦接于电压产生电路301以接收反馈信号Vfb3，正相端用于接收第三参考电压Vref3，输出端基于反馈信号Vfb3和第三参考电压Vref3的比较结果输出比较信号Set3。在一个实施例中，反馈信号Vfb3或者第三参考信号Vref3可以包含另外的信号，例如斜坡补偿信号。
所述逻辑电路305耦接于比较器302、303和304的输出端以接收比较信号Set1、Set2和Set3，并根据比较信号Set1、Set2和Set3产生设置信号Set。在一个实施例中，当任意一个比较信号Set1、Set2或者Set3为高电平时，所述设置信号Set控制开关电路31开通。在一个实施例中，逻辑电路305包括一个或门。
所述非线性AVP控制电路30还包括一个补偿电路306，当负载暂态变化时，用来动态调整斜率LL1使得当输出电流Iout小于第一阈值电流I(k1)时，斜率LL1随着输出电流Iout的增大而减小。从而当输出电流Iout小于第一阈值电流I(k1)时，在输出电流Iout动态增加的过程中，输出电压Vout的下冲现象被减弱。在一个实施例中，补偿电路306根据输出电流Iout产生一个下垂电压Vdroop，并进一步过滤该下垂电压Vdroop以输出一个补偿信号给反馈信号Vfb1，因此该补偿信号对于输出电流Iout的快速变化很敏感。
在一个实施例中，如果第一斜率LL1和第二斜率LL2相等且处于稳态，反馈信号Vfb1等于反馈信号Vfb2，就不再需要比较器303，这对应于图2C和图2D中的两段非线性AVP控制模式。图4B示出根据本发明另一实施例的两段非线性AVP控制电路30的电路框图，与图4A所示AVP控制电路相似，图4B所示两段非线性AVP控制电路30包括：电压产生电路301、比较器302、比较器304和逻辑电路305。
图5示出根据本发明一实施例的电压产生电路301的电路示意图。如图5所示，电压产生电路301包括：可控电流源51、可控电流源52、可控电流源53、电阻器54、电阻器55和电阻器56。
所述可控电流源51提供一个与输出电流Iout成比例的电流K1*Iout，电流K1*Iout流过电阻器54以产生反馈信号Vfb1。所述电阻器54的第一端耦接于可控电流源51以接收电流K1*Iout，第二端用于接收电压采样信号Vosen。根据如下方程式(7)，系数K1和电阻器54的阻值R54基于第一斜率LL1确定：
K1* R54 ＝ LL1 (7)
所述可控电流源52提供一个正比于输出电流Iout的电流K2*Iout，电流K2*Iout流过电阻器55以产生反馈信号Vfb2。所述电阻器55的第一端耦接于可控电流源52以接收电流K2*Iout，第二端用于接收电压采样信号Vosen。根据如下方程式(8)，系数K2和电阻器55的阻值R55基于第二斜率LL2确定：
K2* R55＝ LL2 (8)
所述可控电流源53提供一个正比于输出电流Iout的电流K3*Iout，电流K3*Iout流过电阻器56以产生反馈信号Vfb3。所述电阻器56的第一端耦接于可控电流源53以接收电流K3*Iout，第二端用于接收电压采样信号Vosen。根据如下方程式(9)，系数K3和电阻器56的阻值R56基于第三斜率LL3确定：
K3* R56＝ LL3 (8)
在一个实施例中，阻值R54、R55和R56预先设定好，电流源51、52和53可调，也就是说系数K1、K2和K3可调以满足斜率LL1、LL2和LL3的不同需求；在一个实施例中，系数K1、K2和K3预先设定好，阻值R54、R55和R56可调以满足斜率LL1、LL2和LL3的不同需求；在一个实施例中，阻值R54、R55和R56可调，电流源51、52和53也可调，也就是说系数K1、K2和K3也可调，以满足斜率LL1、LL2和LL3的不同需求。
图6示出根据本发明另一实施例的电压产生电路301的电路示意图。如图6所示实施例，所述电压发生电路301包括串联连接的可控电流源61、电阻器62、电阻器63和电阻器64。所述可控电流源61产生与输出电流Iout成比例的电流M*Iout。所述电阻器62具有第一端和第二端，其第一端耦接于可控电流源61以接收电流M*Iout，反馈信号Vfb1通过第一端输出，其中所述电阻器62的阻值R62根据斜率LL1、和LL2确定，例如R1＝(LL1-LL2)/M。所述电阻器63具有第一端和第二端，其第一端耦接于电阻器62的第二端，反馈信号Vfb2通过电阻器63的第一端输出，所述电阻器63的阻值R63根据第二斜率LL2和第三斜率LL3确定，例如R2＝(LL2-LL3)/M。所述电阻器64具有第一端和第二端，其第一端耦接于电阻器63的第二端，所述电阻器64的第二端用于接收电压采样信号Vosen，反馈信号Vfb3通过电阻器64的第一端输出，所述电阻器64的阻值R64根据第三斜率LL3确定，例如R3＝LL3/M。
如图6所示的实施例，补偿电路306包括一个与电阻器62并联的电容器C1。电容器C1和电阻器62两端的电压为下垂电压Vdroop，电容器C1过滤下垂电压Vdroop后补偿反馈信号Vfb1，从而当输出电流Iout小于第一阈值电流I(k1)时，第一斜率LL1随着输出电流Iout的增大而减小。
图7示出根据本发明另一实施例的电压产生电路301的电路示意图。如图7所示的实施例，电压产生电路301包括：可控电流源61、电阻器R0、选择器71、选择器72和选择器73。所述电阻器R0具有第一端和第二端，其中第一端耦接于可控电流源61以接收电流M*Iout，第二端用于接收电压采样信号Vosen，所述电阻器R0具有多个节点Ta(1)，Ta(2)，…Ta(n)，每个节点对应一个电压。所述选择器71具有多个输入端分别耦接于电阻器RO的多个节点，并根据第一斜率LL1来选择其中一个节点以获取反馈电压Vfb1，例如，以满足公式(4)的要求来选择节点。所述选择器72具有多个输入端分别耦接于电阻器R0的多个节点，并根据第二斜率LL2来选择其中一个节点以获取反馈电压Vfb2，例如，以满足公式(5)的要求来选择节点。所述选择器73具有多个输入端分别耦接于电阻器R0的多个节点，并根据第三斜率LL3来选择其中一个节点以获得反馈电压Vfb3，例如，以满足公式(6)的要求来选择节点。
图8示出根据本发明一实施例的补偿电路306的电路示意图。如图8所示实施例，所述补偿电路306产生一个补偿信号Droop1和一个补偿信号Droop2来补偿反馈信号Vfb1。补偿电路306包括：下垂电阻801、滤波电路LP1和滤波电路LP2，所述滤波电路LP1包括电阻802和电容803，所述滤波电路LP2包括电阻804和电容805。其中流过下垂电阻801的电流与输出电流Iout成比例，下垂电阻801两端的电压为下垂电压Vdroop。滤波电路LP1通过电阻802和电容803过滤下垂电压Vdroop以产生补偿信号Droop1，其中所述电阻802和电容803串联在一起后与电阻801并联，补偿电路306在电阻802和电容803的公共端口输出补偿信号Droop1。所述滤波电路LPF2通过电阻804和电容805过滤下垂电压Vdroop以产生补偿信号Droop2，其中所述电阻804和电容805串联在一起后与电阻801并联，补偿电路306在电阻804和电容805的公共端口输出补偿信号Droop2。在一个实施中，补偿信号Droop1通过运算电路806加到反馈信号Vfb1上，补偿信号Droop2通过运算电路807加到参考电压Vref上，其中补偿信号Droop2的斜率大于补偿信号Droop1的斜率，并且补偿信号Droop1和补偿信号Droop2的幅值相等。在另一个实施例中，可以通过运算电路将补偿信号Droop2从反馈信号Vfb1中减去。
图9A示出根据本发明一实施例的具有参考电压调整电路90的非线性AVP控制电路30的电路框图。所述参考电压调整电路90根据输出电压Vout和输出电流Iout产生可调第三参考电压Vref3。如图9A所述实施例，参考电压调整电路90接收电压采样信号Vosen、电流采样信号Isen、电压等级V1和电压等级V2，并根据这些信号产生第三参考电压Vref3。在一个实施例中，当电压采样信号Vosen指示输出电压Vout在负载阶跃期间减小到低于阈值电压Vth时，所述第三参考电压Vref3以一个固定斜率从第一电压等级V1减小到第二电压等级V2；当电流采样信号Isen指示负载跌落时，所述第三参考电压Vref3增大回第一电压等级V1。
图9B示出根据本发明一实施例的直流稳压器300在固定参考电压Vref3和可调第三参考电压Vref3情况下的波形图。如图9B所示实施例，当负载阶跃时，输出电压Vout减小到固定的第三参考电压Vref3时会出现下冲，图9A中的参考电压调整电路90是为了进一步减小或者消除这种下冲现象。当输出电压Vout在负载阶跃期间减小到低于阈值电压Vth时，可控第三参考电压Vref从第一电压等级V1减小到第二电压等级V2，这样输出电压Vout会跟随第三参考电压Vref3减小，从而消除了下冲现象。负载跌落期间第三参考电压Vref3又会增大回到第一电压等级V1.
图10示出根据本发明一实施例的直流稳压器300的控制方法流程图10。所述控制方法包括步骤S11-S13。
步骤S11，检测直流稳压器300的输出电流Iout。
步骤S12，调整输出电压Vout，使得在输出电流Iout小于第一阈值电流I(k1)时，输出电压Vout随着输出电流Iout的增加以第一斜率LL1减小，在输出电流Iout大于第一阈值电流I(k1)而小于第二阈值电流I(k2)时，输出电压Vout随着输出电流Iout的增加以第二斜率LL2减小，在输出电流Iout大于第二阈值电流I(k2)时，输出电压Vout随着输出电流Iout的增加以第三斜率LL3减小。
步骤S13，在负载暂态过程中动态调整第一斜率LL1，使得当输出电流Iout小于第一阈值I(k1)时，所述第一斜率LL1随着输出电流Iout的增加而增加。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种自适应电压定位直流稳压器，包括：
开关电路，接收一个输入电压并产生一个输出电压和一个输出电流；以及
控制电路，产生一个开关控制信号到开关电路以调整输出电压，使得当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增大而以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流且小于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增大而以第二斜率减小，当输出电流大于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增大而以第三斜率减小；其中
所述控制电路包括：
非线性自适应电压定位控制电路，根据输出电压、输出电流、第一斜率、第二斜率和第三斜率产生一个设置信号；以及
开关控制电路，根据设置信号产生一个开关控制信号以控制开关电路的开通。
2.如权利要求1所述的直流稳压器，所述控制电路进一步调整第一斜率，使得当输出电流小于第一阈值电流时，所述第一斜率随着输出电流的增大而减小。
3.如权利要求1所述的直流稳压器，所述第一斜率大于所述第二斜率，所述第二斜率大于所述第三斜率。
4.如权利要求1所述的直流稳压器，所述控制电路还包括：
电压产生电路，根据输出电压、输出电流和第一斜率产生第一反馈信号，根据输出电压、输出电流和第二斜率产生第二反馈信号，根据输出电压、输出电流和第三斜率产生第三反馈信号；
第一比较电路，根据第一反馈信号和第一参考电压的比较结果产生第一比较信号；
第二比较电路，根据第二反馈信号和第二参考电压的比较结果产生第二比较信号；以及
第三比较电路，根据第三反馈信号和第三参考电压的比较结果产生第三比较信号；其中
所述控制电路根据第一比较信号、第二比较新号和第三比较信号产生开关控制信号。
5.如权利要求4所述的直流稳压器，所述电压产生电路还包括：
第一可控电流源，提供与输出电流成比例的第一电流；
与第一可控电流源串联的第一电阻器，用以提供第一反馈信号；
第二可控电流源，提与输出电流成比例的第二电流；
与第二可控电流源串联的第二电阻器，用以提供第二反馈信号；
第三可控电流源，提供与输出电流成比例的第三电流；以及
与第三可控电流源串联的第三电阻器，用以提供第三反馈信号。
6.如权利要求4所述的直流稳压器，所述电压产生电路还包括：
可控电流源，提供与输出电流成比例的主电流；
第一电阻器，具有第一端和第二端，所述第一端耦接于可控电流源，其中第一端还用于输出第一反馈信号，所述第一电阻器的阻值基于第一斜率和第二斜率确定；
第二电阻器，具有第一端和第二端，所述第一端耦接于第一电阻器的第二端，其中第二电阻器的第一端还用于输出第二反馈信号，所述第二电阻器的阻值基于第二斜率和第三斜率确定；以及
第三电阻器，具有第一端和第二端，所述第一端耦接于第二电阻器的第二端 ，其中第三电阻器的第一端还用于输出第三反馈信号，所述第三电阻器的阻值基于第三斜率确定。
7.如权利要求4所述的直流稳压器，所述电压产生电路还包括：
可控电流源，提供与输出电流成比例的主电流；
电阻器，具有第一端和第二端，所述第一端耦接于可控电流源，所述第二端接收代表输出电压的电压采样信号，其中所述电阻器包括多个节点；
第一选择电路，具有多个输入端分别耦接于电阻器的多个节点，所述第一选择电路基于第一斜率来选择其中一个节点以接收该节点上的电压并输出第一反馈信号；
第二选择电路，具有多个输入端分别耦接于电阻器的多个节点，所述第二选择器基于第二斜率来选择其中一个节点以接收该节点上的电压并输出第二反馈信号；以及
第三选择电路，具有多个输入端分别耦接于电阻器的多个节点，所述第三选择器基于第三斜率来选择其中一个节点以接收该节点上的电压并输出第三反馈信号。
8.如权利要求4所述的直流稳压器，所述控制电路还包括：
下垂电阻，提供与输出电流成比例的下垂电压；
第一滤波电路，过滤所述下垂电压并产生一个具有第一斜率的第一补偿信号；以及
第二滤波电路，过滤所述下垂电压并产生一个具有第二斜率的第二补偿信号；其中
所述第一比较器通过比较第一反馈信号与第一补偿信号之和与第一参考电压与第二补偿信号之和而产生第一比较信号，且第一斜率小于第二斜率。
9.如权利要求4所述的直流稳压器，其中所述控制电路还根据输出电压和输出电流调整第三参考电压，使得在负载阶跃期间当输出电压从一个阈值电压减小时所述第三参考电压也随之减小，并且在负载跌落期间所述第三参考电压增大回所述阈值电压。
10.一种自适应电压定位直流稳压器的控制方法，所述直流稳压器产生一个输出电压和一个输出电流，所述控制方法包括：
采样输出电流；
基于输出电流调整输出电压，使得当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流小于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第二斜率减小，当输出电流大于第二阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第三斜率减小；
根据输出电压、输出电流、第一斜率、第二斜率和第三斜率产生一个设置信号；以及
根据设置信号产生一个开关控制信号以控制开关电路的开通。
11.如权利要求10所述的控制方法，还包括调整第一斜率，使得当输出电流小于第一阈值电流时，所述第一斜率随着输出电流的增加而减小。
12.如权利要求10所述的控制方法，还包括：
根据输出电压、输出电流和第一斜率产生第一反馈信号，并根据第一反馈信号和第一参考电压的比较结果输出第一比较信号；
根据输出电压、输出电流和第二斜率产生第二反馈信号，并根据第二反馈信号和第二参考电压的比较结果输出第二比较信号；
根据输出电压、输出电流和第三斜率产生第三反馈信号，并根据第三反馈信号和第三参考电压的比较结果输出第三比较信号；以及
基于第一比较信号、第二比较信号和第三比较信号来控制所述直流稳压器。
13.如权利要求11所述的控制方法，还包括根据输出电压调整第三参考电压，使得在负载阶跃期间，当输出电压从一个阈值电压减小时，所述第三参考电压从第一电压等级减小到第二电压等级。
14.一种用于自适应电压定位直流稳压器的控制器，其中所述直流稳压器包括产生输出电压和输出电流的开关电路，该控制器包括：
电压产生电路，根据输出电压、输出电流和第一斜率产生第一反馈信号，根据输出电压、输出电流和第二斜率产生第二反馈信号；
第一比较电路，比较第一反馈信号和第一参考电压并输出第一比较信号；以及
第二比较电路，比较第二反馈信号和第二参考电压并输出第二比较信号；开关控制电路，根据第一比较信号和第二比较信号产生开关控制信号，并将开关控制信号输出到开关电路以调整输出电压，使得当输出电流小于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第一斜率减小，当输出电流大于第一阈值电流时，输出电压随着输出电流的增加以第二斜率减小。
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