具有自測試的多相調(diào)節(jié)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有自測試的多相調(diào)節(jié)器，包括多個輸出相，每個輸出相可操作用于通過單獨(dú)的電感器將相電流遞送至經(jīng)由電感器和輸出電容器連接至輸出相的負(fù)載。多相調(diào)節(jié)器進(jìn)一步包括控制器，控制器可操作用于通過調(diào)整由輸出相遞送至負(fù)載的相電流來調(diào)節(jié)遞送至負(fù)載的電壓，以及監(jiān)控由輸出相遞送至負(fù)載的相電流。控制器進(jìn)一步可操作用于確定所監(jiān)控的相電流是否指示各個輸出相中的任何輸出相、各個電感器中的任何電感器或者輸出電容器是故障的，即使被遞送至負(fù)載的總電流在指定限度內(nèi)。
【專利說明】具有自測試的多相調(diào)節(jié)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及多相調(diào)節(jié)器，特別地涉及多相調(diào)節(jié)器的自測試。

【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)電源或者電壓調(diào)節(jié)器因為它們的高效率以及由這樣的調(diào)節(jié)器所占用的小量面積/體積而廣泛用于高功率應(yīng)用。普遍認(rèn)可的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器包括降壓、升壓、升降壓、正激、回掃、半橋、全橋、和單端初級電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)拓?fù)?。多相降壓轉(zhuǎn)換器特別適用于在低電壓下產(chǎn)生諸如微處理器、圖像處理器和網(wǎng)絡(luò)處理器之類的高性能集成電路所需的高電流。降壓轉(zhuǎn)換器通常被實施為具有諸如脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器IC(集成電路)、驅(qū)動器、功率MOSFET (金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)之類的有源部件，以及諸如電感器、變壓器或耦合的電感器、電容器和電阻器之類的無源部件。在其中可以通過并聯(lián)連接多個輸出轉(zhuǎn)換器以及施加在它們之間共享的電流以滿足總輸出電流需求來滿足高電流需求的應(yīng)用中也可以使用并聯(lián)轉(zhuǎn)換器。在本文中可互換地使用術(shù)語“多相調(diào)節(jié)器”和“并聯(lián)轉(zhuǎn)換器”以及“輸出相”和“輸出轉(zhuǎn)換器”。
[0003]多相調(diào)節(jié)器中大量數(shù)目的部件以及這樣的系統(tǒng)的通常高輸出電流和功率使其需要檢測任何部件或者連接故障，以便于驗證這些系統(tǒng)的完整功能以及確保電壓調(diào)節(jié)器在其整個操作范圍之上正常地操作。通常實施電壓、電流、功率和溫度監(jiān)控以確保在改變的、不可預(yù)知的和無法預(yù)料的操作條件下正常地操作。這些系統(tǒng)通常監(jiān)控整個系統(tǒng)或各個輸出相的輸入和輸出端子的電壓和電流。
[0004]在多相調(diào)節(jié)器中有許多故障條件，其中調(diào)節(jié)器可以在一些條件下仍然提供調(diào)節(jié)，但是當(dāng)操作條件改變時發(fā)生故障。例如，具有缺失的輸出相部件或連接的電壓調(diào)節(jié)器可以仍然在無負(fù)載或者輕負(fù)載條件下正常地調(diào)節(jié)輸出電壓，但是當(dāng)負(fù)載電流增大時發(fā)生故障。系統(tǒng)可能能夠在無負(fù)載或者輕負(fù)載條件下以預(yù)期的電壓、電流和溫度操作范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是當(dāng)負(fù)載電流增大時發(fā)生故障而無法調(diào)節(jié)。此外，電壓調(diào)節(jié)器可以操作于亞最優(yōu)條件，例如操作于通常在高負(fù)載電流下導(dǎo)致熱問題的不良效率。大多數(shù)傳統(tǒng)的系統(tǒng)基于電壓、電流、功率和溫度監(jiān)控而提供簡單的故障保護(hù)，但是無法提供復(fù)雜故障保護(hù)，復(fù)雜故障保護(hù)對更不容易或更難以檢測其中調(diào)節(jié)器在一些條件下正常地操作而在其他條件下無法正常操作的條件進(jìn)行保護(hù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)多相調(diào)節(jié)器的實施例，調(diào)節(jié)器包括多個輸出相，每個輸出相可操作用于通過單獨(dú)的電感器將相電流遞送至經(jīng)由電感器和輸出電容器連接至輸出相的負(fù)載。多相調(diào)節(jié)器進(jìn)一步包括控制器，控制器可操作用于通過調(diào)整由輸出相遞送至負(fù)載的相電流來調(diào)節(jié)遞送至負(fù)載的電壓，以及監(jiān)控由輸出相遞送至負(fù)載的相電流?？刂破鬟M(jìn)一步可操作用于確定所監(jiān)控的相電流是否指示各個輸出相中的任何輸出相、各個電感器中的任何電感器或者輸出電容器是故障的，即使被遞送至負(fù)載的總電流在指定限度內(nèi)。
[0006]根據(jù)操作多相調(diào)節(jié)器的方法的實施例，方法包括:通過調(diào)整由輸出相遞送至負(fù)載的相電流來調(diào)節(jié)遞送至負(fù)載的電壓；監(jiān)控由輸出相遞送至負(fù)載的相電流；以及即使被遞送至負(fù)載的總電流在指定限度內(nèi)，也確定所監(jiān)控的相電流是否指示各個輸出相中的任何輸出相、各個電感器中的任何電感器或輸出電容器是故障的。
[0007]通過閱讀以下詳細(xì)說明書以及查看附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到附加的特征和優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]附圖的元件無需相對于彼此按比例繪制。相同的附圖標(biāo)記表示對應(yīng)的相同的部件。各個所示實施例的特征可以組合，除非它們相互排斥。在附圖中描繪并且在以下說明書中詳細(xì)說明了實施例。
[0009]圖1示出了具有含有自測試單元的控制器的多相調(diào)節(jié)器的實施例的框圖。
[0010]圖2示出了在多相調(diào)節(jié)器中包括的控制器的框圖。
[0011]圖3示出了由在多相調(diào)節(jié)器中包括的自測試單元所執(zhí)行的自測試方法的實施例的流程圖。
[0012]圖4示出了在多相調(diào)節(jié)器的控制器中包括的自測試單元的實施例的框圖。
[0013]圖5示出了根據(jù)另一實施例的在多相調(diào)節(jié)器的控制器中包括的自測試單元的框圖。
[0014]圖6示出了根據(jù)又一實施例的在多相調(diào)節(jié)器的控制器中包括的自測試單元的框圖。
[0015]圖7示出了根據(jù)又一實施例的在多相調(diào)節(jié)器的控制器中包括的自測試單元的框圖。
[0016]圖8示出了根據(jù)另一實施例的在多相調(diào)節(jié)器的控制器中包括的自測試單元的框圖。

【具體實施方式】
[0017]在本文中所述的實施例提供了復(fù)雜監(jiān)控和檢測方法以用于標(biāo)識其中多相調(diào)節(jié)器并未正常操作的條件，從而防止調(diào)節(jié)器在操作期間經(jīng)受重大故障。多相調(diào)節(jié)器的控制器使用復(fù)雜方法執(zhí)行調(diào)節(jié)器的自測試來查看控制器內(nèi)可用的信息以檢測異常操作條件，或者使用特定操作模式來訓(xùn)練系統(tǒng)以使得可以檢測異常操作條件。在每種情形下，控制器可以檢測許多故障條件，其中多相調(diào)節(jié)器在一些條件下仍然提供調(diào)節(jié)，但是當(dāng)操作條件改變時發(fā)生故障。
[0018]圖1示出了多相調(diào)節(jié)器的實施例，多相調(diào)節(jié)器包括包含多個輸出相102的功率級100，以及用于控制功率級100的操作的控制器200。每個輸出相102可操作用于通過單獨(dú)的電感器(LX)將相電流(IPX)遞送至經(jīng)由電感器和輸出電容器(Cout)連接至輸出相102的負(fù)載104。每個輸出相102具有高壓側(cè)晶體管(HSX)和低壓側(cè)晶體管(LSX)以用于通過對應(yīng)的電感器而耦合至負(fù)載104。每個輸出相102的高壓側(cè)晶體管可切換地將負(fù)載104連接至多相調(diào)節(jié)器的輸入電壓(Vin)，并且對應(yīng)的低壓側(cè)晶體管在不同周期可切換地將負(fù)載104連接至接地。圖1中示出了三個輸出相102 (N= 3)，然而功率級100可以包括大于一的任何數(shù)目的輸出相102 (也即N彡2)。
[0019]控制器200通過調(diào)整由輸出相102遞送至負(fù)載104的相電流來調(diào)整由功率級100遞送至負(fù)載104的電壓(Vsense)。控制器200包括多相脈沖寬度調(diào)制器(PWM) 202以用于切換功率級100的輸出相102，以使得在一些周期期間功率級100通過一個或多個高壓側(cè)晶體管發(fā)起正向電流至負(fù)載104，而在其他周期期間通過一個或多個低壓側(cè)晶體管從負(fù)載104吸收反向電流。也即，多相調(diào)節(jié)器可以操作于具有電流吸收能力的連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)下。例如，僅第一輸出相(N= I) 102可以例如在輕負(fù)載條件下有時有效。一個或多個附加的輸出相(N =2或更大)102可以被激活以支持負(fù)載104的更大的功率需求。為此目的，多相PWM 202向連接至功率級100的每個輸出相102的對應(yīng)的驅(qū)動器106提供PWM控制信號(PWM1、PWM2...PWMN)。
[0020]驅(qū)動器106響應(yīng)于由多相PWM 202提供的PWM控制信號而向?qū)?yīng)的輸出相102的高壓側(cè)和低壓側(cè)晶體管的柵極提供柵極驅(qū)動信號(GHX、GLX)。至少部分地基于施加至負(fù)載104的輸出電壓(Vsense)來確定輸出相102的激活狀態(tài)以及高壓側(cè)和低壓側(cè)晶體管的占空t匕，以使得調(diào)節(jié)器可以盡可能快速和可靠地對改變的負(fù)載條件做出反應(yīng)。控制器200也可以將多相調(diào)節(jié)器設(shè)置在DCM(間斷導(dǎo)通模式)下。
[0021]除了調(diào)節(jié)遞送至負(fù)載104的電壓之外，控制器200也監(jiān)控由輸出相102遞送至負(fù)載104的相電流，并且確定所監(jiān)控的相電流是否指示各個輸出相102中的任何輸出相、各個電感器中的任何電感器或者輸出電容器是故障的，即使遞送至負(fù)載104的總電流在指定限度內(nèi)。為此目的，在控制器200中包括的或者與其關(guān)聯(lián)的自測試單元204使用在控制器200內(nèi)可用的信息來檢測異常操作條件，或者使用特定操作模式來訓(xùn)練調(diào)節(jié)器以使得可以檢測異常操作條件。例如，如果多相調(diào)節(jié)器具有缺失的輸出相部件或者連接，則在無負(fù)載或輕負(fù)載條件下調(diào)節(jié)器仍然可以正常地調(diào)節(jié)輸出電壓，但是當(dāng)負(fù)載電流增大時發(fā)生故障。也即，多相調(diào)節(jié)器可能能夠在無負(fù)載或輕負(fù)載條件下以預(yù)期的電壓、電流和溫度操作范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是當(dāng)負(fù)載電流增大時發(fā)生故障而無法調(diào)節(jié)。附加地，多相調(diào)節(jié)器可以操作于亞最優(yōu)條件，例如操作于通常在高負(fù)載電流下導(dǎo)致熱問題的不良效率?？刂破?00的自測試單元204可以在這些條件的每一個下檢測故障的部件，并且例如通過使得一個或多個出問題的輸出相102失效或者關(guān)閉調(diào)節(jié)器而防止對調(diào)節(jié)器的損傷。在首先描述了控制器200的更詳細(xì)實施例之后，在本文中稍后以更多細(xì)節(jié)描述自測試單元204的各個實施例。
[0022]控制器200也包括電壓定位單元206，以用于通過緩變目標(biāo)電壓而控制從一個SVID至另一個的改變，其中SVID是向多相調(diào)節(jié)器提供以用于實現(xiàn)電源電壓改變的電壓標(biāo)識信息。控制器200也包括電壓感測單兀208,以用于確定在輸出電壓(Vsense)和由電壓定位單元206所提供的目標(biāo)電壓(Vtgt)之間的誤差，并且將誤差電壓轉(zhuǎn)換成向多相PWM 202提供的數(shù)字表示?？刂破?00也包括電流感測和平衡單元210，以用于感測輸出相102的各個相電流(IP1、IP2…IPN)并且將感測到的電流信息轉(zhuǎn)換為相電流信息。電流感測和平衡單元210也將相電流信息轉(zhuǎn)換為對每個單個輸出相102的占空比的調(diào)節(jié)量，以用于調(diào)整相電流以使它們保持平衡。
[0023]圖2更具體地示出了控制器200的實施例。在圖2中，為了便于說明由單個框212表示功率級102、輸出電容器和負(fù)載104。根據(jù)該實施例，電壓定位單元206包括適應(yīng)性電壓定位(AVP)電路214，以用于將來自電流感測和平衡單元210的相電流信息(Iphase)轉(zhuǎn)換為距離設(shè)定點的偏移(Offset)，以基于負(fù)載電流而設(shè)置調(diào)節(jié)器目標(biāo)電壓。電壓定位單元206也包括用于將所需的SVID轉(zhuǎn)換為數(shù)字目標(biāo)電壓(VtgtD)的動態(tài)電壓轉(zhuǎn)換電路(DVID)216，用于比較偏移和數(shù)字目標(biāo)電壓的比較器218，以及用于將用于調(diào)節(jié)器的目標(biāo)電壓設(shè)定為模擬參考電壓(VtgtA)的參考DAC (數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器)220。第二比較器222將模擬參考電壓與感測的輸出電壓(Vsense)作比較。第二比較器222是電壓感測單元208的一部分。
[0024]電壓感測單元208也包括用于在與模擬參考電壓(VtgtA)作比較之前濾波感測到的輸出電壓的抗混疊濾波器224，以及用于將模擬誤差電壓(errA)(也即VtgtA與Vsense之間差值)轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示(errD)的電壓感測ADC(模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器)226。PID(比例積分微分)濾波器228采用數(shù)字誤差電壓作為輸入以及采用占空比作為輸出來實現(xiàn)補(bǔ)償器轉(zhuǎn)移函數(shù)。多相PWM 202的多相PWM增益單元230基于PID濾波器228的輸出以及來自電流感測和平衡單元210的電流平衡信息(Ibal)來針對不同的輸出相102設(shè)置增益。多相PWM 202的數(shù)字PWM 232將數(shù)字占空比信息轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制波形，脈沖寬度調(diào)制波形與驅(qū)動器106配合以控制功率級100的輸出相102的開關(guān)狀態(tài)。
[0025]電流感測和平衡單元210包括用于監(jiān)控N個輸出相的各個相電流(ΙΡ1、ΙΡ2...ΙΡΝ)的電流感測電路234，其中N > 2，以及用于將所監(jiān)控的相電流轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字相電流的電流感測ADC 236，數(shù)字相電流信息由用于每個輸出相102的通道電流電路238處理。通道電流電路238的輸出提供至AVP電路214、電流平衡電路240以及電流限制電路242。電流平衡電路240將來自通道電流電路238的相電流信息轉(zhuǎn)換成對于每個單個輸出相102的占空比的對應(yīng)調(diào)節(jié)量，以調(diào)整相電流使得它們保持平衡。電流限制電路242監(jiān)控相電流并且可以強(qiáng)制多相PWM 202修改PWM脈沖以便確保相電流不會超過正性或者負(fù)性限度?？梢蕴峁┻^電流保護(hù)(OCP)電路244以用于如果在不超過一些其他正性或負(fù)性限度的情況下無法維持調(diào)節(jié)器操作，則關(guān)閉多相調(diào)節(jié)器?？梢蕴峁┻^電壓保護(hù)(OVP)電路246以用于監(jiān)控輸出電壓以確保輸出電壓在一些合理操作約束內(nèi)。如果在不超過一些限度的情況下無法維持調(diào)節(jié)器操作，則OVP電路246也可以關(guān)閉多相調(diào)節(jié)器。控制器200也可以包括用于提供對于快速負(fù)載瞬變的迅速響應(yīng)的主動瞬態(tài)響應(yīng)(ATR)或快速ATR(FATR)電路248，以及用于將感測到的輸入電壓(Vin_sense)的數(shù)字表示提供至PID濾波器228和多相PWM增益單元230的另一 ADC 250。圖2中示出的控制器部件是多相調(diào)節(jié)器的已知的部件，并且因此考慮到這點而并未進(jìn)一步解釋它們的操作。
[0026]控制器200的自測試單元204使用由至少一些控制器部件所提供的信息來檢測異常操作條件，或者使用控制器200的特定操作模式來訓(xùn)練多相調(diào)節(jié)器以使得可以檢測異常操作條件。自測試單元204檢測耦合至控制器200的故障部件，這可以包括多相調(diào)節(jié)器的可靠操作。
[0027]圖3示出了由自測試單元204所實施的、檢測在控制器200外部的部件中故障的方法的實施例。方法包括通過調(diào)整由輸出相102遞送至負(fù)載104的相電流而調(diào)節(jié)遞送至負(fù)載104的電壓(步驟300)，監(jiān)控由輸出相102遞送至負(fù)載104的相電流(步驟310)，以及即使遞送至負(fù)載104的總電流在指定限度內(nèi)，也確定所監(jiān)控的相電流是否表示各個輸出相102中的任何輸出相、各個電感器(LX)中的任何電感器或者輸出電容器(Cout)是故障的(步驟320)。
[0028]圖4示出了自測試單元204的一個實施例。根據(jù)該實施例，自測試單元204包括電流平衡故障監(jiān)控器400。電流平衡故障監(jiān)控器400分析電流平衡電路240的輸入和輸出，如由通向電流平衡故障監(jiān)控器400的兩個虛線所示。電流平衡電路240調(diào)整每個單個輸出相102的PWM占空比以相對于其他輸出相102而增大或者減小相應(yīng)的相電流。這通常由具有以下傳遞函數(shù)的濾波器來完成:
[0029]dUx = (Ix — Itargx) * (Ki_ibal/s+Kp_ibal)(I)
[0030]其中，dUx是對在第X個輸出相102中的占空比的調(diào)節(jié)量，Ix是在第X個輸出相102中測得電流,Itargx是第x個輸出相102的目標(biāo)電流，以及Ki_ibal和Kp_ibal分別是積分和比例增益。
[0031]電流平衡電路240調(diào)整各個相電流以在輸出相102的有效輸出相之間，針對總負(fù)載電流匹配由控制器200所確定的某一分配。當(dāng)多相調(diào)節(jié)器無法調(diào)整相電流以匹配分配時，可以發(fā)生電流平衡故障，從而指示調(diào)節(jié)器無法充分地控制一個或多個輸出相102。這種條件可以由壞的驅(qū)動器106、輸出相晶體管、電感器或電流感測網(wǎng)絡(luò)234而引起。
[0032]電流平衡故障監(jiān)控器400監(jiān)控所有輸出相102是否通過對多相PWM 202的相似的響應(yīng)而主動地調(diào)節(jié)。例如，電流平衡故障監(jiān)控器400可以監(jiān)控每個輸出相102朝向Itargx驅(qū)動Ix(也即將誤差驅(qū)動至零)的能力，并且監(jiān)控每個輸出相102是否收斂在可接受的輸出dUx上(也即沒有持續(xù)不變的削波)。電流平衡故障監(jiān)控器400檢測當(dāng)各個相電流中的任何相電流無法匹配針對該有效輸出相102的對應(yīng)的分配時的電流平衡故障條件，或者由電流平衡電路240所允許的調(diào)整量(也即發(fā)生了削波)在其上限或者下限處。當(dāng)分配例如在多相調(diào)節(jié)器的測試模式中以預(yù)定方式改變時，可以更易于檢測電流平衡故障。電流平衡故障監(jiān)控器400可以提供該預(yù)定的(已知的)分配。例如，可以動態(tài)地添加偏移以確定電流平衡電路240是否能夠通過以預(yù)定的(預(yù)期的)方式再次平衡相電流來響應(yīng)于改變的偏移。如果相電流并未以預(yù)定方式再平衡，則自測試單元204的電流平衡故障監(jiān)控器檢測到異常條件。
[0033]圖5示出了自測試單元204的另一實施例。根據(jù)該實施例，自測試單元204包括紋波電流故障監(jiān)控器410。紋波電流故障監(jiān)控器410分析電流平衡電路240的輸入，如由通向紋波電流故障監(jiān)控器410的單個虛線所示。在多相切換調(diào)節(jié)器的正常操作期間，相電流取決于功率開關(guān)狀態(tài)而應(yīng)該增大或者減小。適當(dāng)?shù)夭僮鬏敵鱿?02將總是具有一些紋波電流。紋波電流模式以廣泛已知的，并且由于調(diào)節(jié)器的同步切換特性而易于在電流感測波形中標(biāo)識。紋波電流可以從DCM改變至CCM，以使得紋波電流故障監(jiān)控器410應(yīng)該知曉操作的模式。無法檢測預(yù)期的紋波電流模式和預(yù)期幅度的電流紋波可以指示壞驅(qū)動器106、輸出級晶體管、電感器或電流感測網(wǎng)絡(luò)234。紋波電流故障監(jiān)控器410監(jiān)控通道電流電路238的輸出，并且任何時候只要輸出相102處于主動調(diào)節(jié)或者特定測試模式則查找壞紋波電流模式。紋波電流故障監(jiān)控器410檢測任何相電流是否不具有與對應(yīng)預(yù)期的紋波電流模式相匹配的紋波電流模式。
[0034]圖6示出了自測試單元204的又一實施例。根據(jù)該實施例，自測試單元204包括緩變電流故障監(jiān)控器420。緩變(ramp)電流故障監(jiān)控器420分析動態(tài)電壓轉(zhuǎn)換電路(DVID) 216和通道電流電路238的輸出，如由通向緩變電流故障監(jiān)控器420的兩個虛線所示?？梢悦枥L多相調(diào)節(jié)器的啟動以確定啟動緩變電流的典型分布。例如，存在基于啟動速率和總輸出電容預(yù)期的上限和下限。也存在不期望接通負(fù)載104的電壓范圍。例如，對于集成電路的操作存在最小電壓。緩變電流故障監(jiān)控器420檢查啟動緩變以確定當(dāng)從已知的操作條件啟動時，諸如當(dāng)輸出電容器完全放電時，電流分布是否在預(yù)期的范圍內(nèi)。電流分布的改變可以指示諸如壞驅(qū)動器106、輸出相晶體管、電感器、電流感測網(wǎng)絡(luò)234或者泄漏的輸出電容器之類的問題。緩變電流故障監(jiān)控器420可以在測試模式下類似地強(qiáng)制形成向上或者向下的緩變以檢查緩變電流。這允許測量正向和反向電流，以及多相調(diào)節(jié)器發(fā)起和吸收電流的能力。
[0035]在一個實施例中，控制器200使得遞送至負(fù)載104的電壓向上緩變以向輸出電容器充電。電壓的緩變引起輸出相102中的有效輸出相發(fā)起電流至負(fù)載。可以描繪電壓的改變以基于對應(yīng)的輸出dV/dt和電容而確定向上緩變的電流的預(yù)期的緩變電流模式。緩變電流故障監(jiān)控器420檢測由有效輸出相102發(fā)起的任何電流是否不具有與預(yù)期的緩變電流模式相比配的緩變電流模式?？梢栽诙嘞嗾{(diào)節(jié)器的啟動模式下執(zhí)行該測試。
[0036]在另一實施例中，控制器200使得遞送至負(fù)載104的電壓向下緩變以對輸出電容器放電。電壓緩變引起一個或多個輸出相102從負(fù)載104吸收電流。再次，可以描繪電壓的改變以基于對應(yīng)的輸出dV/dt和電容而確定向下緩變的電流的預(yù)期的緩變電流模式。緩變電流故障監(jiān)控器420檢測由輸出相102吸收的任何電流是否不具有與預(yù)期的緩變電流模式相匹配的緩變電流模式。
[0037]圖7示出了自測試單元204的又一實施例。根據(jù)該實施例，自測試單元204包括相序故障監(jiān)控器430。相序故障監(jiān)控器430分析相電流(IPl、IP2...IPN)以及動態(tài)電壓轉(zhuǎn)換電路(DVID)的輸出，如由通向相序故障監(jiān)控器430的四條虛線所示。多相調(diào)節(jié)器可以以單相模式操作，其中僅一個輸出相102是有效的并且調(diào)節(jié)輸出。相序故障監(jiān)控器430通過一次對一個或數(shù)個輸出相102排序來測試每個輸出相102是否操作正常，以便確保每個輸出相102操作正常。相序故障監(jiān)控器430確定對應(yīng)的所監(jiān)控的相電流是否以預(yù)定的(預(yù)期的)方式響應(yīng)。
[0038]根據(jù)一個實施例,相序故障監(jiān)控器430在對輸出相102排序期間監(jiān)控相電流和輸出電壓(Vsense)。例如，相序故障監(jiān)控器430可以通過一次操作具有僅一個輸出相102的多相調(diào)節(jié)器并且檢查對應(yīng)的經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓來檢查每個輸出相102是否功能正常?？梢砸匀绱朔绞皆O(shè)計順序以使得在相同點處每個輸出相102僅是有效的那一個，并且相序故障監(jiān)控器430檢查得到的輸出電壓對于每個有效輸出相102而言是否仍處于調(diào)節(jié)中。例如，對于3相調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)模式可以是:所有輸出相；輸出相I ;輸出相1+2 ;輸出相2 ;輸出相2+3，輸出相3 ;以及所有輸出相。如果任何輸出相102并未正常操作，則僅檢查輸出電壓可以足以檢測故障。然而，在整個序列排序期間檢查相電流和輸出電壓提供了更穩(wěn)健的故障監(jiān)控。
[0039]控制器200也可以使得一個輸出相102發(fā)起電流而另一個輸出相102吸收電流來檢查輸出相102以便確保所有輸出相102具有合適的發(fā)起和吸收電流能力并且電流感測網(wǎng)絡(luò)234是正常工作的。相序故障監(jiān)控器430確定第一輸出相102的所監(jiān)控相電流是否以預(yù)定的(預(yù)期的)方式吸收，以及對于第二輸出相102的所監(jiān)控相電流是否以預(yù)定方式發(fā)起。當(dāng)任何輸出相102均由于缺失或者有故障的功率級部件而無法正常操作時，可能發(fā)生相序故障。相序故障監(jiān)控器430可以在單相主動調(diào)節(jié)期間或者使用單相調(diào)節(jié)而在特定測試模式下檢查相序故障。
[0040]圖8示出了自測試單元204的另一實施例。根據(jù)該實施例，自測試單元204包括占空比、PID和電流平衡故障監(jiān)控器440。占空比、PID和電流平衡故障監(jiān)控器440分析動態(tài)電壓轉(zhuǎn)換電路(DVID)、電壓感測ADC (模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器)226、PID濾波器228、電流平衡電路240以及通道電流電路238的相電流(IP1、IP2…IPN)和輸出，如由通向占空比、PID和電流平衡故障監(jiān)控器440的八條虛線所示。多相調(diào)節(jié)器在給定的輸出電壓和輸入電壓下操作具有預(yù)期的占空比。類似地，諸如PID濾波器228之類的的環(huán)路濾波器、以及在電流感測和平衡單元210中包括的電流平衡環(huán)路濾波器在正常操作期間具有預(yù)期的輸出。占空比和環(huán)路濾波器輸出范圍可以在瞬態(tài)期間大大改變，因此簡單地檢查上限和下限是不夠的。占空比、PID和電流平衡故障監(jiān)控器440可以檢測諸如缺失導(dǎo)致不良效率的晶體管、需要更大占空比以維持調(diào)節(jié)、以及對環(huán)路濾波器輸出的可能削波之類的條件。占空比、PID和電流平衡故障監(jiān)控器400將控制器200的占空比和環(huán)路濾波器輸出與所監(jiān)控的相電流(IPl、IP2…IPN)、遞送至負(fù)載的電壓以及調(diào)節(jié)器的輸入電壓相關(guān)起來。如果由占空比、PID和電流平衡故障監(jiān)控器400所確定的相關(guān)性無法匹配預(yù)期的相關(guān)性，則可以檢測有缺陷的輸出相102、電感器和位于控制器200外部的其他部件?？梢栽谥鲃诱{(diào)節(jié)或者特定測試模式下任何時間完成監(jiān)控。
[0041]在本文中所述的自測試技術(shù)使得控制器200能夠檢測輸出可以由于多相調(diào)節(jié)器的并聯(lián)結(jié)構(gòu)而處于調(diào)節(jié)中的條件，但是在功率鏈中的缺陷包括但不限于:不切換的有故障的或者缺失的驅(qū)動器106 ;有故障的或缺失的高壓側(cè)晶體管；有故障的或缺失的低壓側(cè)晶體管；有故障的或缺失的或缺乏的特定電感器；極端泄漏的輸出電容器；有故障的或缺失的電流感測RC網(wǎng)絡(luò)234 ;和/或開路或短路的跡線(例如PWM，Vsense，ΙΡ1...ΡΝ)。在本文中所述的自測試技術(shù)杠桿放大了諸如電流感測、電流平衡、操作的具體模式(例如啟動)等之類的由控制器200所提供的特征，以便監(jiān)控或者訓(xùn)練設(shè)計用于檢測這樣的缺陷的功能?？刂破?00可以使得每一個出問題的輸出相102失效或者關(guān)閉整個調(diào)節(jié)器。
[0042]諸如“第一”、“第二”等等的術(shù)語用于描述各個元件、區(qū)域、區(qū)段等等，并且也并非意在限定。說明書全文中相同的術(shù)語涉及相同的元件。
[0043]如在本文中所使用的，術(shù)語“具有”、“包含”、“含有”、“包括”等等是開放式術(shù)語，指示了所述元件或特征的存在，但是并未排除附加的元件或特征。冠詞“一”、“一個”或“該”意在包括復(fù)數(shù)形式以及單數(shù)形式，除非上下文明確給出相反指示。
[0044]應(yīng)該理解的是在本文中所述的各個實施例的特征可以相互組合，除非上下文明確給出相反指示。
[0045]盡管已經(jīng)在本文中示出和描述了具體實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉的是，可以不脫離本發(fā)明的范圍而對于具體實施例替換大量備選例和/或等價實施方式。本申請意在覆蓋在本文中所述具體實施例的任何變形例或修改例。因此，本發(fā)明意在僅由權(quán)利要求及其等價方式來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種多相調(diào)節(jié)器，包括: 多個輸出相，每個所述輸出相可操作用于通過單獨(dú)的電感器將相電流遞送至經(jīng)由所述電感器和輸出電容器而連接至所述輸出相的負(fù)載； 控制器，可操作用于通過調(diào)整由所述輸出相遞送至所述負(fù)載的所述相電流來調(diào)節(jié)遞送至所述負(fù)載的電壓，監(jiān)控由所述輸出相遞送至所述負(fù)載的所述相電流，以及即使被遞送至所述負(fù)載的總電流在指定限度內(nèi)，也確定所監(jiān)控的相電流是否指示各個輸出相中的任何輸出相、各個電感器中的任何電感器或所述輸出電容器是故障的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相調(diào)節(jié)器，其中所述控制器進(jìn)一步可操作用于確定總負(fù)載電流在所述輸出相中的一個或多個有效輸出相之間的分配，調(diào)整每個有效輸出相的所述相電流以匹配所述分配，以及檢測由所述一個或多個有效輸出相遞送的任何所述相電流是否不匹配針對所述有效輸出相的所述分配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多相調(diào)節(jié)器，其中所述控制器進(jìn)一步可操作用于在所述多相調(diào)節(jié)器的測試模式下測試所述一個或多個有效輸出相是否以預(yù)定方式對所述分配中的已知改變做出反應(yīng)，以及檢測在所述測試模式下由所述一個或多個有效輸出相遞送的所述相電流是否通過以所述預(yù)定方式再平衡所述相電流而響應(yīng)于所述分配中的所述已知改變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相調(diào)節(jié)器，其中所述控制器進(jìn)一步可操作用于同步切換所述輸出相而在所述相電流中引起紋波，以及檢測任何所述相電流是否不具有與預(yù)期的紋波電流模式相匹配的紋波電流模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相調(diào)節(jié)器，其中所述控制器進(jìn)一步可操作用于向上緩變被遞送至所述負(fù)載以對所述輸出電容器進(jìn)行充電的電壓，電壓緩變使得所述輸出相中的有效輸出相發(fā)起電流至所述負(fù)載，以及檢測由所述有效輸出相所發(fā)起的任何電流是否不具有與預(yù)期的緩變電流模式相匹配的緩變電流模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多相調(diào)節(jié)器，其中所述控制器可操作用于在所述多相調(diào)節(jié)器的啟動模式下向上緩變被遞送至所述負(fù)載的電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相調(diào)節(jié)器，其中所述控制器進(jìn)一步可操作用于向下緩變被遞送至所述負(fù)載以對所述輸出電容器進(jìn)行放電的電壓，電壓緩變使得所述輸出相從所述負(fù)載吸收電流，以及檢測由所述輸出相所吸收的任何電流是否不具有與預(yù)期的緩變電流模式相匹配的緩變電流模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相調(diào)節(jié)器，其中所述控制器進(jìn)一步可操作用于以預(yù)定順序測試所述輸出相，并且確定對應(yīng)的所監(jiān)控的相電流是否以預(yù)定方式響應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多相調(diào)節(jié)器，其中所述控制器可操作用于通過監(jiān)控在測試時由每個有效相所遞送的相電流以及在所述預(yù)定順序之上被遞送至所述負(fù)載的電壓來確定所監(jiān)控的相電流是否在所述預(yù)定順序之上以預(yù)定方式響應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相調(diào)節(jié)器，其中所述控制器進(jìn)一步可操作用于強(qiáng)制所述輸出相中的第一輸出相吸收電流，強(qiáng)制所述輸出相中的第二輸出相發(fā)起電流，以及確定針對所述第一輸出相所監(jiān)控的相電流是否以預(yù)定方式吸收和針對所述第二輸出相所監(jiān)控的相電流是否以預(yù)定方式發(fā)起。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相調(diào)節(jié)器，其中所述控制器進(jìn)一步可操作用于使所述控制器的占空比和回路濾波器輸出與所監(jiān)控的相電流、被遞送至所述負(fù)載的電壓以及所述多相調(diào)節(jié)器的輸入電壓相關(guān)，以及確定相關(guān)性是否匹配預(yù)期的相關(guān)性。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相調(diào)節(jié)器，其中所述控制器進(jìn)一步可操作用于使得被確定為故障的每個輸出相或者連接至被確定為故障的電感器的每個輸出相無效。
13.一種操作多相調(diào)節(jié)器的方法，所述多相調(diào)節(jié)器具有多個輸出相，每個所述輸出相用于通過單獨(dú)的電感器將相電流遞送至經(jīng)由所述電感器和輸出電容器而連接至所述多個輸出相的負(fù)載，所述方法包括: 通過調(diào)整由所述輸出相遞送至所述負(fù)載的所述相電流來調(diào)節(jié)遞送至所述負(fù)載的電壓； 監(jiān)控由所述輸出相遞送至所述負(fù)載的所述相電流；以及 即使被遞送至所述負(fù)載的總電流在指定限度內(nèi)，也確定所監(jiān)控的相電流是否指示各個輸出相中的任何輸出相、各個電感器中的任何電感器或所述輸出電容器是故障的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括: 確定總負(fù)載電流在所述輸出相中的一個或多個有效輸出相之間的分配； 調(diào)整每個有效輸出相的所述相電流以匹配所述分配；以及 檢測由所述一個或多個有效輸出相遞送的任何所述相電流是否不匹配針對所述有效輸出相的所述分配。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括: 在所述多相調(diào)節(jié)器的測試模式下，測試所述一個或多個有效輸出相是否以預(yù)定方式對所述分配中的已知改變做出反應(yīng)；以及 檢測在所述測試模式下由所述一個或多個有效輸出相遞送的所述相電流是否通過以所述預(yù)定方式再平衡所述相電流而響應(yīng)于所述分配中的所述已知改變。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括: 同步切換所述輸出相，在所述相電流中引起紋波；以及 檢測任何所述相電流是否不具有與預(yù)期的紋波電流模式相匹配的紋波電流模式。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括: 向上緩變被遞送至所述負(fù)載以對所述輸出電容器進(jìn)行充電的電壓，電壓緩變使得所述輸出相中的有效輸出相發(fā)起電流至所述負(fù)載；以及 檢測由所述有效輸出相所發(fā)起的任何電流是否不具有與預(yù)期的緩變電流模式相匹配的緩變電流模式。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在所述多相調(diào)節(jié)器的啟動模式下向上緩變被遞送至所述負(fù)載的電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括: 向下緩變被遞送至所述負(fù)載以對所述輸出電容器進(jìn)行放電的電壓，電壓緩變使得所述輸出相從所述負(fù)載吸收電流；以及 檢測由所述輸出相所吸收的任何電流是否不具有與預(yù)期的緩變電流模式相匹配的緩變電流模式。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括: 以預(yù)定順序測試所述輸出相；以及 確定所監(jiān)控的相電流是否在所述預(yù)定順序之上以預(yù)定方式響應(yīng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中確定所監(jiān)控的相電流是否在預(yù)定順序之上以預(yù)定方式響應(yīng)的步驟包括:監(jiān)控在測試時由每個有效相所遞送的相電流以及在所述預(yù)定順序之上被遞送至所述負(fù)載的電壓。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括: 強(qiáng)制所述輸出相中的第一輸出相吸收電流； 強(qiáng)制所述輸出相中的第二輸出相發(fā)起電流；以及 確定針對所述第一輸出相所監(jiān)控的相電流是否以預(yù)定方式吸收和針對所述第二輸出相所監(jiān)控的相電流是否以預(yù)定方式發(fā)起。
23.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括: 使所述控制器的占空比和回路濾波器輸出與所監(jiān)控的相電流、被遞送至所述負(fù)載的電壓以及所述多相調(diào)節(jié)器的輸入電壓相關(guān)；以及確定相關(guān)性是否匹配預(yù)期的相關(guān)性。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括:使得被確定為故障的每個輸出相或者連接至被確定為故障的電感器的每個輸出相無效。
25.一種被配置用以控制多相調(diào)節(jié)器的設(shè)備，所述多相調(diào)節(jié)器具有多個輸出相，每個所述輸出相用于通過單獨(dú)的電感器將相電流遞送至經(jīng)由所述電感器和輸出電容器而連接至所述多個輸出相的負(fù)載，所述方法包括: 用于通過調(diào)整由所述輸出相遞送至所述負(fù)載的所述相電流來調(diào)節(jié)遞送至所述負(fù)載的電壓的裝置； 用于監(jiān)控由所述輸出相遞送至所述負(fù)載的所述相電流的裝置；以及用于即使被遞送至所述負(fù)載的總電流在指定限度內(nèi)，也確定所監(jiān)控的相電流是否指不各個輸出相中的任何輸出相、各個電感器中的任何電感器或所述輸出電容器是故障的裝置。
【文檔編號】H02M1/00GK104253526SQ201410293562
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】B·唐, R·皮爾遜, S·索思韋爾, T·吳, 劉宜遠(yuǎn), B·莫洛伊, K·奧斯特羅姆, A·巴巴扎德赫 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司