多相开关功率转换器的平均电流模式控制制造技术

示例性实施例涉及开关功率转换器。开关功率转换器可以包括配置用于平均电流模式控制的多个控制单元，其中多个控制单元中的每个控制单元包括专用的比例控制单元。开关功率转换器可以进一步包括积分器，其耦合到多个控制单元中的每个控制单元并且被配置成向每个控制单元传送信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年03月12日提交的、题目为“AVERAGE CURRENT MODE CONTROL OF MULTI-PHASE SWITCHING POWER CONVERTERS”的美国专利申请No.14/207338的权益，通过引用将其整体显式地并入本文。
本专利技术总体上涉及开关转换器。更具体地，本专利技术涉及多相开关功率转换器的平均电流模式控制的实施例。
技术介绍
电源管理在现今电子工业中扮演重要角色。电池供电的手持式设备需要电源管理技术来延长电池寿命以及改善设备的性能和操作。电源管理的一个方面包括控制操作电压。常规的电子系统，特别是片上系统(SOC)通常包括各种子系统。各种子系统可能在为子系统的特定需求而特制的不同操作电压下操作。可以采用电压调节器(也可以被称为“电压转换器”或“功率转换器”)来向各种子系统传送特定的电压。还可以采用电压调节器来使子系统彼此隔离。开关调节器可以包括开关电压转换器。开关电压转换器可以使用一个或多个电子开关结合着能量储存设备(电感器或电容器)在较高的输入电压和较低的输出电压之间转换以在较高的外部DC电源电压和较低的集成电路电压之间传输能量。与线性电压调节器相比，开关电压调节器的一个优势是更高的效率。开关转换器可以基于电压模式控制技术或电流模式控制技术。常规的固定频率电流模式控制技术包括峰值电流模式控制、谷值电流模式控制和平均电流模式控制。峰值电流模式控制和谷值电流模式控制可能易受次谐波振荡的影响并且除了同步斜坡(ramp)之外可能还需要外部斜率(slope)补偿。因此，峰值电流模式控制技术和谷值电流模式控制技术可能需要更复杂的电路并且因此需要更大的硅面积。常规的平均电流模式控制架构天然地没有次谐波问题。平均电流模式控制相对于峰值电流模式控制和谷值电流模式控制的主要区别特征是常规平均电流模式控制使用高增益和宽带宽的电流误差放大器。这可以迫使开关转换器的平均电流具有非常小的误差地跟随负载电流。常规平均电流模式控制的优势包括不需要补偿斜坡、大噪声裕度、出色的电压和电流调节以及输入电压和输出电压前馈控制。由于两个误差放大器(一个用于电压以及另一个用于电流)，该架构的实施是复杂的并且控制环的补偿变得十分有挑战性。当平均模式技术用来实施多相转换器时，挑战进一步增加。存在对增强的开关功率转换器的需求。更具体地，存在对涉及具有常规平均电流模式架构的优势并且可以被容易地拓展到多相而不牺牲性能的简化的开关功率转换器的实施例的需求。附图说明图1A和图1B图示了针对峰值电流模式控制配置的多相开关转换器。图2图示了根据本专利技术的示例性实施例的单相开关功率转换器。图3是图示了根据本专利技术的示例性实施例的单相开关功率转换器的各种信号的绘图。图4图示了根据本专利技术的示例性实施例的多相开关转换器。图5图示了根据本专利技术的示例性实施例的多相开关转换器的积分控制单元、比例控制单元和外部斜坡。图6是根据本专利技术的示例性实施例的多相开关转换器的图示。图7描绘了根据本专利技术的示例性实施例的又一多相开关转换器。图8是描绘根据本专利技术的示例性实施例的方法的流程图。图9是描绘根据本专利技术的示例性实施例的另一方法的流程图。图10描绘了根据本专利技术的示例性实施例的包括RF模块、数字模块和电源管理模块的设备。具体实施方式下面结合附图阐述的详细描述旨在作为对本专利技术的示例性实施例的描述，而非旨在代表可在其中实践本专利技术的仅有的示例性方面。贯穿本描述使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或解释”，并且不应当一定被解释成优于或胜过其他示例性方面。本详细描述包括具体细节以用于提供对本专利技术的示例性方面的透彻理解的目的。没有这些具体细节也可以实践本专利技术的示例性方面对本领域技术人员将是显而易见的。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形式示出以免模糊本文中给出的示例性方面的新颖性。图1A图示了被配置成提供输出电压Vout的峰值电流模式控制的多相开关转换器100。由于已经使用了峰值电流模式控制技术，因此，在每个开关周期中的电感器峰值电流可以被固定而最小电感器电流未受限制。对于大于50％的占空比，这导致次谐波振荡。可能需要外部斜率补偿技术来抑制次谐波振荡。图1B图示了使用常规的平均电流模式控制的单相降压转换器110。如在图1B中图示的，在转换器110中使用的控制具有两个不同的误差积分器以及补偿电路装置。因此，使用的控制可能是复杂的并且需要更多的硅区域来实施。如本文描述的，示例性实施例涉及固定频率的开关功率转换器及其操作的方法。示例性实施例可以涉及配置用于使用平均电流模式控制技术的单相功率转换器或多相功率转换器。可以通过注入外部同步时钟的AC分量实现固定频率操作。示例性实施例可以限制(并且可能防止)次谐波问题。此外，示例性实施例可以在相对较快的瞬态响应、相对较快的线性/负载调节和固定频率操作的情况下从基本0％-100％的占空比操作。根据单相示例性实施例，开关功率转换器可以包括电流估计器，电流估计器用于估计经过耦合到被配置成传送输出电压的功率级的输出的电感器的电流。功率转换器还可以包括控制单元，控制单元被配置成将估计的电感器电流与积分的误差电压、缩放的误差电压和注入的同步时钟的AC分量的结果相比较。得到的脉冲宽度调制信号控制功率级。根据多相示例性实施例，开关功率转换器可以包括配置用于平均电流模式控制的多个控制单元，其中多个控制单元中的每个单元包括专用的缩放误差电压并且可以被配置成独立地接收相移同步时钟的AC分量。此外，开关功率转换器可以包括由所有控制单元共享的单个误差电压积分器。开关功率转换器还可以包括配置用于平均电流模式控制的多个功率级，其中多个功率级中的每个功率相位具有电感器电流估计器并且被配置成接收来自多个控制单元的关联的控制单元的脉冲宽度调制信号并且传送输出电压。通过思考随后的描述、附图以及所附的权利要求，本专利技术的其他方面以及各个方面的特征和优点对本领域技术人员将是显而易见的。图2描绘了根据本专利技术的另一示例性实施例的单相开关功率转换器200。开关功率转换器200包括控制单元204和功率级206。开关功率转换器200进一步包括电容器Cout和电阻性负载Rload。开关功率转换器200可以被配置成利用基准电压Vref调节输出电压Vout。功率级206包括电压源212、开关S1和S2、电阻器Rf、电感器L和电容器Cf。如本领域技术人员将理解的，电阻器Rf和电容器Cf可以包括RC无损电感器电流估计器207。控制单元204包括比例积分(PI)控制单元205、同步斜坡208、电容器Cc和双边脉冲宽度调制器比较器210。PI控制单元205包括被配置成接收输出电压Vout的输入以及被配置成接收基准电压Vref的另一输入。PI控制单元205的输出可以耦合到节点G，节点G可以是高阻抗节点。同步斜坡208可以被配置成接收外部时钟相位Φ1。此外，同步斜坡208的输出可以被电容性地耦合到节点G(即，经由电容器Cc)。因此，包括相位信息的同步斜坡208的AC分量可以在节点G经由电容器Cc被添加到PI控制单元205的输出。节点G可以进一步被耦合到比较器210的输入。比较器210的另一输入可以被连接到节点H，节点H可以是功率级206的无损RC电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关功率转换器，包括：多个控制单元，被配置用于平均电流模式控制，所述多个控制单元中的每个控制单元包括专用的比例控制单元；以及积分器，耦合到所述多个控制单元中的每个控制单元并且配置成向每个控制单元传送信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.12 US 14/207,3381.一种开关功率转换器，包括：多个控制单元，被配置用于平均电流模式控制，所述多个控制单元中的每个控制单元包括专用的比例控制单元；以及积分器，耦合到所述多个控制单元中的每个控制单元并且配置成向每个控制单元传送信号。2.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中每个控制单元进一步包括同步斜坡，所述同步斜坡被配置成经由电容器向第一节点注入相位信息，所述第一节点耦合到所述比例控制单元的输出。3.根据权利要求1所述的开关功率转换器，所述同步斜坡包括RC电路，所述RC电路被配置成接收外部的固定频率的时钟相位并且经由电容器向高阻抗节点传送信号。4.根据权利要求2所述的开关功率转换器，其中所述单个积分器被配置成经由电阻器向所述第一节点传送积分信号。5.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中所述单个积分器被配置成经由电阻器向第一节点传送积分信号，所述第一节点耦合到所述比例控制单元的输出。6.根据权利要求1所述的开关功率转换器，所述比例控制单元包括跨导放大器，所述跨导放大器被配置成接收基准电压和所述开关功率转换器的输出电压并且向高阻抗节点传送信号。7.一种开关功率转换器，包括：多个控制单元，所述多个控制单元中的每个控制单元被配置成独立地接收时钟相位的AC分量；以及多个功率级，被配置用于平均电流模式控制，所述多个功率相位中的每个功率级被配置成接收来自所述多个控制单元中的关联的控制单元的脉冲宽度调制信号并且传送输出电压。8.根据权利要求7所述的开关功率转换器，每个控制单元包括：同步斜坡，被配置成接收所述相位信息并且经由电容器向节点传送输出；比例控制单元，被配置成接收来自共享的积分器的积分信号、所述输出电压和基准电压并且向所述节点传送信号；以及比较器，被配置成接收代表来自关联的功率级的估计的电感器电流的信号和来自所述节点的信号，并且向所述关联的功率级传送控制信号。9.根据权利要求8所述的开关功率转换器，所述同步斜坡包括：电阻器，耦合在所述同步斜坡的输入和输出之间；以及电容器，耦合在所述输出和地电压之间。10.根据权利要求8所述的开关功率转换器，所述比例控制单元包括：跨导放大器，具有耦合到所述基准电压的第一输入和耦合到所述输出电压的第二输入，以及耦合到所述比例控制单元的输出的输出；以及电阻器，耦合在积分器的输出和所述比例控制单元的所述输出之间。11.根据权利要求7所述的开关功率转换器，进一步包括积分器，所述积分器被配置成接收基准电压和所述输出电压并且向所述多个控制单元中的每个控制单元传送积分信号。12.根据权利要求11所述的开关功率转换器，所述积分器包括：跨导放大器，具有耦合到所述基准电压的第一输入和耦合到所述输出电压的第二输入，以及耦合到所述积分器的输出的输出；以及电容器，耦合在所述积分器的所述输出和地电压之间。13.一种开关功率转换器，包括：电流估计器，用于估计经过电感器的电流，所述电感器耦合到被配置成传送输出电压的功率级的输出；以及比较器，被配置成：接收第一信号，所述第一信号包括积分误差电压、缩放的误差电压和时钟相位的AC分量；接收第二信号，所述第二信号包括来自所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·班萨尔，Q·A·科汗，史春雷，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US