專利名稱：可級(jí)聯(lián)電流型調(diào)節(jié)器的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的相互參照引用本申請(qǐng)要求2003年10月2日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.60/508,106的權(quán)益，該美國(guó)申請(qǐng)?jiān)诖耸菫樗械囊鈭D和目的而通過參考結(jié)合的。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及PWM功率調(diào)節(jié)器，和/或多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，特別是具有高抗擾性以及任意相位計(jì)數(shù)的無時(shí)鐘、級(jí)聯(lián)、電流型調(diào)節(jié)器。
相關(guān)技術(shù)描述多相功率轉(zhuǎn)換和電流型控制是通常用于電子市場(chǎng)的DC-DC功率轉(zhuǎn)換的方法。當(dāng)通過單相轉(zhuǎn)換器無法再輕易地提供負(fù)載電流時(shí)，多相功率轉(zhuǎn)換提供了劃算的功率解決方案。調(diào)節(jié)每個(gè)通道切換的時(shí)間使得其與其它每一個(gè)通道平衡地異相。多相方法通過改良的響應(yīng)時(shí)間、主脈動(dòng)取消、以及改良的熱分布提供了節(jié)約成本的有利條件。
然而，電子市場(chǎng)已經(jīng)發(fā)展到多相功率調(diào)節(jié)器中需要的相位數(shù)量超出單個(gè)集成電路(IC)實(shí)際可以支持的數(shù)量的程度。由于相位計(jì)數(shù)發(fā)展成大于四，集成電路組件變得龐大，并且功率傳遞點(diǎn)與控制器IC之間的間距超出了可以精確維持低電平信號(hào)的完整性和噪聲抑制的距離。信號(hào)問題使得用在抑制噪聲的額外部件方面的額外費(fèi)用、布局約束、以及減少的相位計(jì)數(shù)不可避免。
以前的方法試圖通過級(jí)聯(lián)多重電流型調(diào)節(jié)器來解決過度的包裝尺寸問題(這僅是所有問題的一部分)。在一種情況中，單獨(dú)的控制器IC產(chǎn)生對(duì)所有電流模式調(diào)節(jié)器共用的三角形信號(hào)。每個(gè)電流型調(diào)節(jié)器在三角形信號(hào)的不同可編程點(diǎn)開始它的周期，來力圖獲得不同的通道之間的必需的相位間隔。不同通道間的正確的相位間隔是消去脈動(dòng)所必需的多相功率變換的重要組成。
先前的解決方案還遺留下其它未解決的問題。三角形信號(hào)是一種模擬信號(hào)，并由此受到信號(hào)衰減和噪聲干擾的影響。因此先前的方法受到不同通道的物理間隔的約束。由一個(gè)通道轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的噪音會(huì)摻雜進(jìn)到達(dá)其它通道的三角形信號(hào)，這將兩個(gè)通道之間的時(shí)間間隔限制到允許噪音消散所必需的某個(gè)值。由于通道間的時(shí)間間隔受到了限制，相位計(jì)數(shù)和/或轉(zhuǎn)換頻率也因此受到限制。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可級(jí)聯(lián)功率調(diào)節(jié)器包括可編程延遲單元和PWM控制邏輯?？删幊萄舆t單元響應(yīng)數(shù)字輸入信號(hào)開始一個(gè)延遲周期，并根據(jù)延遲周期的終止認(rèn)定一個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)。PWM控制邏輯響應(yīng)數(shù)字輸入信號(hào)以及輸出控制條件來控制每個(gè)PWM周期?？杉?jí)聯(lián)調(diào)節(jié)器因此使用數(shù)字信號(hào)在通道間進(jìn)行通信。數(shù)字信號(hào)不傾向于是相同種類的信號(hào)退化或噪聲靈敏性，從而使得相位數(shù)以及調(diào)節(jié)器之間的物理間隔是不受限制的。由于沒有來自獨(dú)立控制器的時(shí)鐘信號(hào)，因此該控制器是相對(duì)簡(jiǎn)單、低成本的設(shè)備。由于沒有時(shí)鐘，使用該可級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的自振蕩系統(tǒng)。
在一種配置中，PWM控制邏輯包括PWM邏輯和反饋?zhàn)x出邏輯。PWM邏輯響應(yīng)數(shù)字輸入信號(hào)開始一個(gè)PWM周期，并響應(yīng)重置信號(hào)結(jié)束該P(yáng)WM周期。當(dāng)符合輸出控制條件時(shí)，該反饋?zhàn)x出邏輯給出該重置信號(hào)。在特定實(shí)施例中，該反饋?zhàn)x出邏輯包括讀出放大器和比較器。這種情況下，讀出放大器讀出輸出電流條件，并提供相應(yīng)的讀出信號(hào)。比較器將該讀出信號(hào)與反饋參考信號(hào)相比較來確定輸出控制條件。輸出電流條件可以通過任何適當(dāng)?shù)姆绞阶x出，例如輸出電感或其它傳感部件的最大、平均或最小電流。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的多相功率轉(zhuǎn)換器包括以級(jí)聯(lián)方式連接的多個(gè)調(diào)節(jié)器，多重轉(zhuǎn)換電路以及一個(gè)控制器。每個(gè)調(diào)節(jié)器包括可編程延遲單元和PWM控制電路。該可編程延遲單元接收來自上一級(jí)調(diào)節(jié)器的數(shù)字起始輸入信號(hào)，并在預(yù)定延遲之后向下一級(jí)調(diào)節(jié)器提供一個(gè)數(shù)字起始輸出信號(hào)?；谠摂?shù)字起始輸入信號(hào)的給出并基于滿足輸出條件，PWM控制邏輯控制PWM的輸出。每個(gè)轉(zhuǎn)換電路具有一個(gè)連接到相應(yīng)調(diào)節(jié)器的PWM輸出的輸入端，一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共用DC輸出電壓的輸出端，以及一個(gè)提供給PWM控制電路的讀出輸出端。該控制器讀出該DC輸出電壓，并向相應(yīng)調(diào)節(jié)器的PWM控制電路提供補(bǔ)償信號(hào)。
多相功率轉(zhuǎn)換器不需要中央時(shí)鐘信號(hào)，數(shù)字信號(hào)被用于確定調(diào)節(jié)器之間的時(shí)間安排。對(duì)于N個(gè)調(diào)節(jié)器，通過將每個(gè)調(diào)節(jié)器的預(yù)定延遲編程設(shè)計(jì)為1/(N*FSW)來實(shí)現(xiàn)選擇轉(zhuǎn)換頻率FSW。
控制多相位轉(zhuǎn)換器的多重可級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)器中的每一個(gè)調(diào)節(jié)器的方法包括連接每個(gè)調(diào)節(jié)器的數(shù)字輸出端到另一個(gè)調(diào)節(jié)器的數(shù)字輸入端，響應(yīng)在數(shù)字輸入端的數(shù)字輸入信號(hào)的接收，在預(yù)定延遲之后，在數(shù)字輸出端提供一個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)，以及響應(yīng)數(shù)字輸入信號(hào)的接收并響應(yīng)輸出條件的檢測(cè)，控制PWM循環(huán)。該方法還可以包括通過將N個(gè)級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)器中的每一個(gè)調(diào)節(jié)器的預(yù)定延遲設(shè)計(jì)成1/(N*FSW)，來設(shè)計(jì)多相轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換頻率FSW。該方法可以包括檢測(cè)輸出電流條件，產(chǎn)生讀出信號(hào)，以及將該讀出信號(hào)與補(bǔ)償信號(hào)相比較。該方法可以包括讀出峰值電流，例如流經(jīng)輸出電感等的電流。該方法還可以包括提供一個(gè)讀出輸出電壓條件并提供補(bǔ)償信號(hào)給每個(gè)調(diào)節(jié)器的中央控制器。
附圖的簡(jiǎn)要說明通過接下來的描述以及附圖將更好的理解本發(fā)明的益處、特征以及優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明典型實(shí)施例的多相DC-DC轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖2是圖1中的每個(gè)電流型調(diào)節(jié)器的典型實(shí)施方式的示意圖；圖3是圖1中的控制器的典型實(shí)施方式的示意圖。
詳細(xì)描述以下描述是用來使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠制造和使用提供于特定應(yīng)用環(huán)境及其所需條件的當(dāng)前發(fā)明。然而，對(duì)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的不同修改將是顯而易見的，并且在此給出的普遍原理也可以應(yīng)用到其它實(shí)施例中。因此，不意味著本發(fā)明局限于在此給出和描述的特定實(shí)施例，而是具有與在此公開的原理和新穎特征相一致的最大范圍。
依照本發(fā)明實(shí)施例的可級(jí)聯(lián)電流型調(diào)節(jié)器使用數(shù)字信號(hào)在通道間進(jìn)行通信。該電流型調(diào)節(jié)器可以單獨(dú)使用，也可以與其它類似調(diào)節(jié)器相級(jí)聯(lián)而用于多通道的DC-DC轉(zhuǎn)換器。如在此所使用的，術(shù)語“轉(zhuǎn)換器”用于表示多個(gè)“調(diào)節(jié)器”的級(jí)聯(lián)組合，應(yīng)該理解的是這樣的術(shù)語實(shí)際上是通用的，并且通常是可互換的。數(shù)字信號(hào)不傾向于是同種信號(hào)衰減或噪音靈敏性，因此調(diào)節(jié)器之間不存在對(duì)相位數(shù)或物理間隔的實(shí)際限制。在控制反饋環(huán)路中提供一個(gè)獨(dú)立控制器，用于監(jiān)視負(fù)載并控制調(diào)節(jié)器。但是，沒有來自于獨(dú)立控制器IC的時(shí)鐘信號(hào)，而使得控制器IC是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的低成本設(shè)備。由于沒有時(shí)鐘，使用可級(jí)聯(lián)電流型調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)了一個(gè)獨(dú)特的自振蕩系統(tǒng)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的多相DC-DC轉(zhuǎn)換器100的示意圖。轉(zhuǎn)換器100將負(fù)載電壓VL提供給連接到接地端(GND)的負(fù)載101。一對(duì)負(fù)載電容CL1和CL2連接在VL和靠近負(fù)載101的GND之間。該VL信號(hào)被反饋給控制器103的電壓讀出(VSEN)引腳，控制器103同樣具有連接到GND的接地(RGND)引腳。術(shù)語“引腳”是指設(shè)備的接線，該接線可以是輸入、輸出或兩者都是(主要是，輸入/輸出或I/O接線)。該設(shè)備可以作為具有I/O引腳的芯片或IC來實(shí)現(xiàn)，盡管分立的實(shí)現(xiàn)也是預(yù)期中的?？刂破?03具有COMP引腳，該引腳將COMP信號(hào)提供給一個(gè)或多個(gè)以級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)連接的電流型調(diào)節(jié)器105的COM引腳。在所示的結(jié)構(gòu)中，具有N個(gè)調(diào)節(jié)器105(分別標(biāo)為1至N，其中N是任意的正整數(shù))。串聯(lián)電阻-電容(RC)電路的一端連接到COMP引腳，另一端連接到控制器103的反饋(FB)引腳和VDIFF引腳?？刂破?03也包括連接到軟啟動(dòng)電容CSS一端的軟啟動(dòng)(SS)引腳，軟啟動(dòng)電容CSS的另一端接GND?？刂破?03還包括連接到偏移電阻ROFS一端的偏移(OFST)引腳，偏移電阻ROFS的另一端接GND。
每個(gè)調(diào)節(jié)器105具有一個(gè)相位輸入(PH_IN)引腳和一個(gè)相位輸出(PH_OUT)輸出引腳。根據(jù)該級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，每個(gè)調(diào)節(jié)器105的PH_IN引腳連接到上一級(jí)調(diào)節(jié)器的PH_OUT引腳，這個(gè)序列繼續(xù)，直到編號(hào)為N的最后一個(gè)調(diào)節(jié)器的PH_OUT引腳連接到編號(hào)為1的第一調(diào)節(jié)器的PH_IN引腳。每個(gè)調(diào)節(jié)器105在其PH_OUT引腳上給出一個(gè)數(shù)字信號(hào)，其相對(duì)于之前使用模擬信號(hào)的方法提供了更高的信號(hào)完整性。每個(gè)調(diào)節(jié)器105構(gòu)成了轉(zhuǎn)換器100的單獨(dú)的通道，并組成驅(qū)動(dòng)相應(yīng)于N個(gè)共同連接VL信號(hào)的PWM轉(zhuǎn)換電路107之一的驅(qū)動(dòng)電路。在此僅描述一個(gè)轉(zhuǎn)換電路107，可以理解N個(gè)轉(zhuǎn)換電路107的每一個(gè)是基本相同的。
每個(gè)調(diào)節(jié)器105包括連接到相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路107的多個(gè)引腳，包括引導(dǎo)(BOOT)引腳、上級(jí)門控(UGATE)引腳、相位(PHASE)引腳、下級(jí)門控(LGATE)引腳、以及一對(duì)包括陰極電流讀出(ISEN-)引腳和陽極電流讀出(ISEN+)引腳的差分電流讀出輸入引腳。轉(zhuǎn)換電路107中，引導(dǎo)電容CB連接在BOOT引腳和PHASE引腳之間。UGATE引腳被提供給第一開關(guān)Q1的柵極，LGATE輸出引腳被提供給第二開關(guān)Q2的柵極。在所示的實(shí)施例中，開關(guān)Q1和Q2可由N通道金屬氧化物半導(dǎo)體、場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFETs)來實(shí)現(xiàn)，其它預(yù)期的開關(guān)類型還包括適于IC制造的半導(dǎo)體開關(guān)。電源輸入電壓VIN被提供給Q1的漏極，Q1的源極連接到調(diào)節(jié)器105的PHASE引腳和Q2的漏極。Q2的源極連接到電源地(PGND)，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，電源地PGND與信號(hào)地GND互相獨(dú)立示出。VIN信號(hào)通常為12伏(12V)，但其它電壓值也是可以的。
PHASE引腳連接到輸出電感L的一端以及讀出電阻RS的一端。讀出電阻RS的另一端連接到ISEN-引腳以及讀出電容CS的一端。讀出電容CS的另一端連接到調(diào)節(jié)器105的ISEN+引腳，以及產(chǎn)生VL信號(hào)的輸出電感L的另一端。如此，每個(gè)開關(guān)電路107的每個(gè)輸出電感L的輸出側(cè)在VL點(diǎn)連接在一起，并且連接到每個(gè)調(diào)節(jié)器105的ISEN+引腳。每個(gè)調(diào)節(jié)器105包括連接到定時(shí)電阻RT的定時(shí)(TIM)引腳，定時(shí)電阻的另一端連接到GND。輸出電感L是以本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的任何適宜的形式配置的，例如獨(dú)立電感、變壓器的主電感、帶有磁芯的電感等。
圖2是每個(gè)電流型調(diào)節(jié)器105的典型實(shí)施方式的示意圖。PH_IN輸入引腳被提供給延遲塊201的輸入端，延遲塊201連接于TIM引腳并具有連接到調(diào)節(jié)器105的PH_OUT輸出引腳的輸出端。PH_IN輸入引腳還連接到鎖存器203的設(shè)置輸入端(S)，鎖存器203由實(shí)施例中所示的設(shè)置-重置觸發(fā)器(SRFF)來實(shí)現(xiàn)，也可以是任何適合的鎖存器、觸發(fā)器或存儲(chǔ)設(shè)備。鎖存器203的Q輸出端連接到門控制邏輯205的輸入端。門控制邏輯205的第一輸出端連接到第一驅(qū)動(dòng)放大器207的輸入端，門控制邏輯205的第二輸出端連接到第二驅(qū)動(dòng)放大器209的輸入端。門控制邏輯205提供開關(guān)Q1和Q2的脈寬調(diào)制(PWM)控制，同時(shí)也提供如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的擊穿保護(hù)。調(diào)節(jié)器105具有用于連接并接收電源電壓VCC的VCC引腳，VCC引腳被提供給肖特基二極管211的正極和放大器209的正極電源輸入端。采用參照GND的電源電壓VCC為調(diào)節(jié)器105上所有邏輯電路的電源電壓。二極管211的負(fù)極被提供給放大器207的正極電源輸入端和BOOT引腳。放大器207的負(fù)極電源輸入端連接到PHASE引腳，放大器209的負(fù)極電源輸入端連接到獨(dú)立電源接地引腳PGND，該引腳PGND連接到PGND。放大器207的輸出端連接到UGATE引腳，放大器209的輸出端連接到調(diào)節(jié)器105的LGATE引腳。
調(diào)節(jié)器105具有連接到GND的獨(dú)立信號(hào)地引腳(GND)213。ISEN+引腳連接到電流讀出放大器215的非反向輸入端，放大器215的反向輸入端連接到ISEN-引腳。放大器215的輸出端連接到比較放大器217的反向輸入端。比較放大器217的非反向輸入端接收經(jīng)由COM引腳的COMP信號(hào)，比較放大器217的輸出端產(chǎn)生提供到鎖存器203的重置(R)輸入端的重置(RST)信號(hào)。鎖存器203、門控制邏輯205、放大器207和209以及配套電路共同實(shí)現(xiàn)適于控制本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的用于PWM操作的開關(guān)電路107中相應(yīng)一個(gè)的PWM邏輯或PWM開關(guān)電路。放大器215、217實(shí)現(xiàn)反饋?zhàn)x出邏輯或反饋比較邏輯，在符合控制條件時(shí)，例如轉(zhuǎn)換器100輸出端的一個(gè)輸出電流或電壓條件，給出RST信號(hào)，。PWM邏輯與反饋?zhàn)x出或比較邏輯共同組成PWM控制電路或PWM控制邏輯。
在操作過程中，應(yīng)用于PH_IN引腳的上升沿將鎖存器203的Q輸出端設(shè)置為高電平，該高電平使得門控邏輯205開始一個(gè)PWM循環(huán)。在所述的特定實(shí)施例中，門控制邏輯205關(guān)閉放大器209來關(guān)掉Q2，然后開啟放大器205來接通Q1。電流經(jīng)由輸出電感L被從VIN提供給負(fù)載101?？刂破?03讀出VL信號(hào)的電壓來產(chǎn)生提供給比較放大器217的COMP信號(hào)的適當(dāng)電平。在可選的實(shí)施方式中，COMP信號(hào)可以是靜穩(wěn)態(tài)參考信號(hào)。在所示的配置中，通過放大器215來讀出流經(jīng)電感L的電流，從而當(dāng)峰值電流使得放大器215的輸出變得與COMP信號(hào)相等時(shí)，比較器217給出RST信號(hào)來重置鎖存器203，鎖存器203取消它的Q輸出來結(jié)束該P(yáng)WM循環(huán)。特別是當(dāng)Q信號(hào)響應(yīng)鎖存器203的重置被拉低時(shí)，門控制邏輯205通過關(guān)閉放大器207來切斷開關(guān)Q1，并開啟放大器209來接通開關(guān)Q2。電阻ROFS允許設(shè)計(jì)者在控制器103中設(shè)計(jì)參考信號(hào)REF的DC偏移量，其中該REF信號(hào)還將在以下描述。
其間，應(yīng)用于PH_IN引腳的上升沿啟動(dòng)延遲塊201的延遲周期，該延遲周期可通過連接到TIM引腳的定時(shí)電阻RT來進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。當(dāng)該延遲周期結(jié)束時(shí)，延遲邏輯201在PH_OUT引腳上驅(qū)動(dòng)一個(gè)上升沿，該上升沿啟動(dòng)相同的事件序列來開始級(jí)聯(lián)配置中轉(zhuǎn)換器100的下一個(gè)調(diào)節(jié)器105中的動(dòng)力循環(huán)。當(dāng)每個(gè)調(diào)節(jié)器105完成一個(gè)完整的延遲時(shí)間時(shí)，完成一個(gè)完整的周期。例如，直到通過編號(hào)為N的調(diào)節(jié)器的PH_OUT引腳觸發(fā)，編號(hào)為1的調(diào)節(jié)器才開始它的下一次循環(huán)。如果將N個(gè)調(diào)節(jié)器105中每一個(gè)的延遲時(shí)間編程設(shè)計(jì)成TD，轉(zhuǎn)換器100的轉(zhuǎn)換周期為N*TD，其中星號(hào)“*”表示相乘。轉(zhuǎn)換器100的轉(zhuǎn)換頻率是1/(N*TD)。為了得到期望的轉(zhuǎn)換頻率FSW，N個(gè)調(diào)節(jié)器105中的每一個(gè)的延遲時(shí)間編程設(shè)計(jì)為TD＝1/(N*FSW)。
在所示的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器100包括N個(gè)通道，每個(gè)通道由調(diào)節(jié)器105和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路107來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)調(diào)節(jié)器的延遲塊201可編程設(shè)計(jì)為相同的延遲來建立目標(biāo)FSW。每個(gè)通道以獨(dú)立的方式有效地操作，由此當(dāng)在前的通道仍在作用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載101時(shí)，可以激活下一個(gè)通道。每個(gè)通道的延遲最好是相同的，從而進(jìn)行同步操作，均勻分布負(fù)載。如此，由于級(jí)聯(lián)配置，每個(gè)通道以同步的形式被激活，即使每個(gè)通道是基于其自身的讀出條件而無效的。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解所例舉的特定實(shí)施例的多種變化是可能的。例如，延遲塊201可配置成本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的任何形式，來提供適宜的計(jì)時(shí)功能，可編程的或者是固定的。例如，延遲塊201可選擇的配置成使用通過TIM引腳連接的電容或其它部件，而不是電阻RT。再如，延遲塊201可配置為固定延遲，或配置成帶有內(nèi)部可編程的機(jī)構(gòu)來編程設(shè)計(jì)期望的延遲周期。所示特定實(shí)施例檢測(cè)通過輸出電感L的峰值電流，作為輸出控制條件來控制每個(gè)PWM循環(huán)。在峰值電流方法中，每個(gè)PWM循環(huán)通過數(shù)字邏輯來啟動(dòng)，根據(jù)控制條件而終止。許多可選擇的方法是可能的及預(yù)期的，例如其它電流方法或根據(jù)讀出電壓條件的方法，同時(shí)讀出設(shè)備可以是與輸出電感L的電流或電壓之外不同。其它電流方法包括平均電流模式或谷值電流模式。例如在谷值電流模式中，每個(gè)PWM循環(huán)由與弱電流或谷值電流相關(guān)的輸出控制信號(hào)來啟動(dòng)，并由邏輯信號(hào)或條件來終止。本發(fā)明不受任何特定的PWM控制方法的限制。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的控制器103的典型實(shí)施方式的示意圖。在一個(gè)實(shí)施方式中，控制器103由獨(dú)立芯片或具有分別與VCC電源電壓及GND連接的VCC引腳和GND引腳的IC來實(shí)現(xiàn)。VSEN引腳連接到放大器301的非反向輸入端，放大器301的反向輸入端連接到RGND引腳。放大器301讀出負(fù)載電壓VL，并產(chǎn)生提供給VDIFF引腳的輸出信號(hào)。放大器301也包括連接到OFST引腳的另一個(gè)偏移輸入端(反向輸入端)，該引腳用于使能通過電阻ROFS的REF信號(hào)的DC偏移量的控制。放大器301是一個(gè)差分遙感放大器，并可以配置成本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的單位增益放大器。在所示的實(shí)施方式中，VDIFF引腳連接到FB引腳，F(xiàn)B引腳連接到誤差信號(hào)放大器303的反向輸入端。軟啟動(dòng)SS引腳連接到軟啟動(dòng)基準(zhǔn)邏輯305的輸入端，軟啟動(dòng)基準(zhǔn)邏輯305的輸出端提供REF信號(hào)給放大器303的非反向輸入端。誤差信號(hào)放大器303的輸出端連接到提供COMP信號(hào)的COMP引腳。電容CSS控制軟啟動(dòng)的時(shí)間來啟動(dòng)控制器103的PWM操作。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)器提供了一個(gè)在多相DC-DC調(diào)節(jié)器或轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中級(jí)聯(lián)任意數(shù)量相位的低成本方法?？杉?jí)聯(lián)調(diào)節(jié)器可以實(shí)現(xiàn)不需要時(shí)鐘信號(hào)的自振蕩系統(tǒng)(例如無時(shí)鐘系統(tǒng))。因此，中央控制器不需要提供時(shí)鐘信號(hào)，中央控制器由此可配置成一個(gè)非常簡(jiǎn)單及低成本的設(shè)備。特定控制器103的示例是非常簡(jiǎn)單的，并可以配置成只帶有一個(gè)誤差信號(hào)放大器的更簡(jiǎn)單的形式。每個(gè)調(diào)節(jié)器包括數(shù)字控制的可編程延遲單元，該延遲單元接收數(shù)字輸入并向級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)器鏈中的下一個(gè)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生數(shù)字輸出。與先前使用普通模擬信號(hào)的方法相比，簡(jiǎn)單的數(shù)字接口(例如，PH_IN和PH_OUT)提供顯著的抗擾性。數(shù)字信號(hào)不傾向于是同種類型的信號(hào)衰減或噪聲靈敏性，因此不存在對(duì)相位數(shù)或調(diào)節(jié)器之間的物理間隔的實(shí)際限制。與先前具有相對(duì)較低的相位計(jì)數(shù)和/或轉(zhuǎn)換頻率的技術(shù)相比，由于可以將任意數(shù)目的調(diào)節(jié)器級(jí)聯(lián)在一起，相位計(jì)數(shù)是任意的。
多相或多通道轉(zhuǎn)換器的任何目標(biāo)轉(zhuǎn)換頻率是通過用通道數(shù)來分割周期以及編程設(shè)計(jì)具有相應(yīng)延遲的每個(gè)調(diào)節(jié)器而獲得的。還可能有其它優(yōu)點(diǎn)，例如獨(dú)特的省電模式，該模式中在低電壓周期可以暫時(shí)中止或關(guān)閉任何一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)器。在一種可選的省電配置中，重新編程設(shè)計(jì)每個(gè)剩余設(shè)備的延遲周期來保持FSW。該第一方法需要另外的控制電路來使延遲周期能夠重新編程設(shè)計(jì)。在另一種可選的省電配置中，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)級(jí)聯(lián)的調(diào)節(jié)器斷線時(shí)，允許多相轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換頻率在低功率周期中增長(zhǎng)。該第二方法還僅在低電壓功率周期中導(dǎo)致減少的效率，最小化了對(duì)整體功率的影響。仍然是在另一種省電可選配置中，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)換電路不起作用時(shí)能夠保持中止設(shè)備是激活的。由于較少設(shè)備作用于輸出電壓，該第三方法產(chǎn)生增大的脈動(dòng)電壓，但由于僅應(yīng)用在脈動(dòng)可忽略的低功率周期中，該模式被認(rèn)為是可接受的。同樣在該第三可選模式中，可以選擇中止的特定設(shè)備來最優(yōu)化結(jié)果，例如通過中止其它每一個(gè)設(shè)備產(chǎn)生對(duì)稱輸出脈動(dòng)。
盡管根據(jù)特定的優(yōu)選版本而對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了相當(dāng)詳細(xì)的描述，其它版本及變化是可能并可預(yù)期的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到其可以容易地使用所公開的概念及特定實(shí)施例，作為不脫離本發(fā)明的精神和范圍的用于提出其它與本發(fā)明目的相同的設(shè)計(jì)或更改的基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種可級(jí)聯(lián)功率調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述功率調(diào)節(jié)器包括可編程延遲單元，該單元響應(yīng)數(shù)字輸入信號(hào)開始一個(gè)延遲周期，并在延遲周期的終止時(shí)給出一個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)；以及PWM控制邏輯，該控制邏輯響應(yīng)所述的數(shù)字輸入信號(hào)以及輸出控制條件來控制每個(gè)PWM周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的可級(jí)聯(lián)功率調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述的PWM控制邏輯包括PWM邏輯，它響應(yīng)數(shù)字輸出信號(hào)來開始一個(gè)PWM周期，并響應(yīng)重置信號(hào)來結(jié)束該P(yáng)WM周期；以及連接到所述PWM邏輯的反饋?zhàn)x出邏輯，當(dāng)符合所述輸出控制條件時(shí)，該反饋?zhàn)x出邏輯給出所述重置信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2的可級(jí)聯(lián)功率調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述PWM邏輯包括鎖存器，該鎖存器響應(yīng)所述數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行設(shè)置，并響應(yīng)所述重置信號(hào)進(jìn)行重置；連接到所述鎖存器的門控制邏輯，其提供至少一個(gè)PWM控制信號(hào)；以及至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)放大器，每個(gè)放大器響應(yīng)于所述至少一個(gè)PWM控制信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3的可級(jí)聯(lián)功率調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述的門控制邏輯包括擊穿保護(hù)。
5.如權(quán)利要求2的可級(jí)聯(lián)功率調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述的反饋?zhàn)x出邏輯包括讀出放大器，該讀出放大器讀出輸出電流條件，并給出讀出信號(hào)；以及比較器，該比較器將所述讀出信號(hào)與反饋參考信號(hào)相比較以確定所述輸出控制條件。
6.一種多相功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述功率轉(zhuǎn)換器包括以級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)連接的多個(gè)調(diào)節(jié)器，每個(gè)調(diào)節(jié)器包含可編程延遲單元，該可編程延遲單元接收來自在前的調(diào)節(jié)器的數(shù)字起始輸入信號(hào)，并在預(yù)定延遲之后向下一個(gè)調(diào)節(jié)器提供一個(gè)數(shù)字起始輸出信號(hào)；以及PWM控制電路，該P(yáng)WM控制電路基于所述的數(shù)字起始輸入信號(hào)的給出并基于輸出條件的滿足來控制PWM輸出；多個(gè)轉(zhuǎn)換電路，每個(gè)轉(zhuǎn)換電路具有一個(gè)連接到所述多個(gè)調(diào)節(jié)器中的相應(yīng)一個(gè)調(diào)節(jié)器的PWM輸出端的輸入端，一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)公用DC輸出電壓的輸出端，以及一個(gè)提供給所述相應(yīng)調(diào)節(jié)器的PWM控制電路的讀出輸出端；控制器，該控制器讀出所述DC輸出電壓，并向所述相應(yīng)調(diào)節(jié)器的所述PWM控制電路提供補(bǔ)償信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6的多相功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述PWM控制電路包含PWM邏輯，該P(yáng)WM邏輯基于所述數(shù)字起始輸入信號(hào)的給出以及重置信號(hào)來控制所述PWM輸出；以及連接到所述PWM邏輯的反饋比較器邏輯，該反饋比較器邏輯基于所述補(bǔ)償信號(hào)以及所述多個(gè)轉(zhuǎn)換電路中的相應(yīng)一個(gè)的所述讀出輸出來給出所述重置信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7的多相功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述反饋比較器邏輯包含讀出放大器，該放大器具有輸出端和連接到所述相應(yīng)轉(zhuǎn)換電路的所述讀出輸出的輸入端；以及比較器，該比較器的第一輸入端接收所述補(bǔ)償信號(hào)，第二輸入端連接到所述讀出放大器的所述輸出端，以及提供所述重置信號(hào)的輸出端。
9.如權(quán)利要求7的多相功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述PWM邏輯包括門控邏輯以及至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)放大器。
10.如權(quán)利要求6的多相功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述多個(gè)轉(zhuǎn)換電路中的每一個(gè)包括具有將電流端串連到一個(gè)交點(diǎn)和具有連接到所述至少一個(gè)PWM輸出端的控制輸入端的第一和第二開關(guān)；連接在所述交點(diǎn)和所述DC輸出電壓之間的輸出電感；以及讀出電路，該電路讀出所述輸出電感的電流，并提供所述讀出輸出。
11.如權(quán)利要求10的多相功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一、第二開關(guān)分別包括第一、第二MOSFET。
12.如權(quán)利要求6的多相功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制器包含誤差信號(hào)放大器。
13.如權(quán)利要求6的多相功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制器包含讀出放大器和誤差信號(hào)放大器，該讀出放大器的輸入端連接到所述共用DC輸出電壓，其輸出端提供輸出讀出信號(hào)，誤差信號(hào)放大器將所述輸出讀出信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較，并提供所述補(bǔ)償信號(hào)。
14.如權(quán)利要求6的多相功率轉(zhuǎn)換器，所述多個(gè)調(diào)節(jié)器包含以菊花鏈結(jié)構(gòu)連接的N個(gè)調(diào)節(jié)器，其特征在于，通過將所述N調(diào)節(jié)器中的每一個(gè)調(diào)節(jié)器的所述預(yù)定延遲編程設(shè)計(jì)成1/(N*FSW)來實(shí)現(xiàn)選擇的轉(zhuǎn)換頻率FSW。
15.一種控制多相位轉(zhuǎn)換器的多個(gè)可級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)器中的每一個(gè)調(diào)節(jié)器的方法，其特征在于，所述方法包括連接每個(gè)調(diào)節(jié)器的數(shù)字輸出端到另一個(gè)調(diào)節(jié)器的數(shù)字輸入端；響應(yīng)在數(shù)字輸入端的數(shù)字輸入信號(hào)的接收，在預(yù)定延遲之后，在數(shù)字輸出端提供一個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)；以及響應(yīng)該數(shù)字輸入信號(hào)的接收并響應(yīng)輸出條件的檢測(cè)來控制PWM循環(huán)。
16.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述方法還包括通過將N個(gè)級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)器中的每一個(gè)調(diào)節(jié)器的預(yù)定延遲編程設(shè)計(jì)成1/(N*FSW)，來編程設(shè)計(jì)多相位轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換頻率FSW。
17.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述檢測(cè)輸出條件包括檢測(cè)輸出電流條件，并產(chǎn)生讀出信號(hào)；以及將該讀出信號(hào)與補(bǔ)償信號(hào)相比較。
18.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于，所述檢測(cè)輸出電流條件包括檢測(cè)峰值電流。
19.如權(quán)利要求18的方法，其特征在于，所述檢測(cè)峰值電流包括檢測(cè)流經(jīng)輸出電感的峰值電流。
20.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于，所述方法還包括提供一個(gè)用于讀出輸出電壓條件并提供補(bǔ)償信號(hào)給每個(gè)調(diào)節(jié)器的中央控制器。
全文摘要
可級(jí)聯(lián)電源調(diào)節(jié)器包括可編程延遲單元和PWM控制邏輯。該可編程延遲單元響應(yīng)數(shù)字輸入信號(hào)開始一個(gè)延遲周期，并根據(jù)該延遲周期的結(jié)束給出一個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)。該P(yáng)WM控制邏輯響應(yīng)該數(shù)字輸入信號(hào)并響應(yīng)一個(gè)輸出控制條件對(duì)PWM循環(huán)進(jìn)行控制。該可級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)器使用數(shù)字信號(hào)在通道間進(jìn)行通信。數(shù)字信號(hào)不傾向于是與模擬信號(hào)類型相同的信號(hào)衰減或噪聲靈敏性。因此，相位的數(shù)量是不受限制的，調(diào)節(jié)器之間的物理間隔也是不受限制的，并且轉(zhuǎn)換頻率也不受限制。由于沒有來自獨(dú)立控制器的時(shí)鐘信號(hào)，因此該控制器是相對(duì)簡(jiǎn)單、低成本的設(shè)備。由于沒有時(shí)鐘，使用該可級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)器獲得了獨(dú)特的自振蕩系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G05F1/10GK1619933SQ20041010237
公開日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月2日
發(fā)明者M·B·哈里斯 申請(qǐng)人:英特賽爾美國(guó)股份有限公司