具有自测试的多相调节器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有自测试的多相调节器，包括多个输出相，每个输出相可操作用于通过单独的电感器将相电流递送至经由电感器和输出电容器连接至输出相的负载。多相调节器进一步包括控制器，控制器可操作用于通过调整由输出相递送至负载的相电流来调节递送至负载的电压，以及监控由输出相递送至负载的相电流。控制器进一步可操作用于确定所监控的相电流是否指示各个输出相中的任何输出相、各个电感器中的任何电感器或者输出电容器是故障的，即使被递送至负载的总电流在指定限度内。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种具有自测试的多相调节器，包括多个输出相，每个输出相可操作用于通过单独的电感器将相电流递送至经由电感器和输出电容器连接至输出相的负载。多相调节器进一步包括控制器，控制器可操作用于通过调整由输出相递送至负载的相电流来调节递送至负载的电压，以及监控由输出相递送至负载的相电流。控制器进一步可操作用于确定所监控的相电流是否指示各个输出相中的任何输出相、各个电感器中的任何电感器或者输出电容器是故障的，即使被递送至负载的总电流在指定限度内。【专利说明】具有自测试的多相调节器
本申请涉及多相调节器，特别地涉及多相调节器的自测试。
技术介绍
开关电源或者电压调节器因为它们的高效率以及由这样的调节器所占用的小量面积/体积而广泛用于高功率应用。普遍认可的开关电压调节器包括降压、升压、升降压、正激、回扫、半桥、全桥、和单端初级电感转换器(SEPIC)拓扑。多相降压转换器特别适用于在低电压下产生诸如微处理器、图像处理器和网络处理器之类的高性能集成电路所需的高电流。降压转换器通常被实施为具有诸如脉冲宽度调制(PWM)控制器IC(集成电路)、驱动器、功率MOSFET (金属-氧化物-半导体场效应晶体管)之类的有源部件，以及诸如电感器、变压器或耦合的电感器、电容器和电阻器之类的无源部件。在其中可以通过并联连接多个输出转换器以及施加在它们之间共享的电流以满足总输出电流需求来满足高电流需求的应用中也可以使用并联转换器。在本文中可互换地使用术语“多相调节器”和“并联转换器”以及“输出相”和“输出转换器”。 多相调节器中大量数目的部件以及这样的系统的通常高输出电流和功率使其需要检测任何部件或者连接故障，以便于验证这些系统的完整功能以及确保电压调节器在其整个操作范围之上正常地操作。通常实施电压、电流、功率和温度监控以确保在改变的、不可预知的和无法预料的操作条件下正常地操作。这些系统通常监控整个系统或各个输出相的输入和输出端子的电压和电流。 在多相调节器中有许多故障条件，其中调节器可以在一些条件下仍然提供调节，但是当操作条件改变时发生故障。例如，具有缺失的输出相部件或连接的电压调节器可以仍然在无负载或者轻负载条件下正常地调节输出电压，但是当负载电流增大时发生故障。系统可能能够在无负载或者轻负载条件下以预期的电压、电流和温度操作范围进行调节，但是当负载电流增大时发生故障而无法调节。此外，电压调节器可以操作于亚最优条件，例如操作于通常在高负载电流下导致热问题的不良效率。大多数传统的系统基于电压、电流、功率和温度监控而提供简单的故障保护，但是无法提供复杂故障保护，复杂故障保护对更不容易或更难以检测其中调节器在一些条件下正常地操作而在其他条件下无法正常操作的条件进行保护。
技术实现思路
根据多相调节器的实施例，调节器包括多个输出相，每个输出相可操作用于通过单独的电感器将相电流递送至经由电感器和输出电容器连接至输出相的负载。多相调节器进一步包括控制器，控制器可操作用于通过调整由输出相递送至负载的相电流来调节递送至负载的电压，以及监控由输出相递送至负载的相电流。控制器进一步可操作用于确定所监控的相电流是否指示各个输出相中的任何输出相、各个电感器中的任何电感器或者输出电容器是故障的，即使被递送至负载的总电流在指定限度内。 根据操作多相调节器的方法的实施例，方法包括:通过调整由输出相递送至负载的相电流来调节递送至负载的电压；监控由输出相递送至负载的相电流；以及即使被递送至负载的总电流在指定限度内，也确定所监控的相电流是否指示各个输出相中的任何输出相、各个电感器中的任何电感器或输出电容器是故障的。 通过阅读以下详细说明书以及查看附图，本领域技术人员将认识到附加的特征和优点。 【专利附图】【附图说明】 附图的元件无需相对于彼此按比例绘制。相同的附图标记表示对应的相同的部件。各个所示实施例的特征可以组合，除非它们相互排斥。在附图中描绘并且在以下说明书中详细说明了实施例。 图1示出了具有含有自测试单元的控制器的多相调节器的实施例的框图。 图2示出了在多相调节器中包括的控制器的框图。 图3示出了由在多相调节器中包括的自测试单元所执行的自测试方法的实施例的流程图。 图4示出了在多相调节器的控制器中包括的自测试单元的实施例的框图。 图5示出了根据另一实施例的在多相调节器的控制器中包括的自测试单元的框图。 图6示出了根据又一实施例的在多相调节器的控制器中包括的自测试单元的框图。 图7示出了根据又一实施例的在多相调节器的控制器中包括的自测试单元的框图。 图8示出了根据另一实施例的在多相调节器的控制器中包括的自测试单元的框图。 【具体实施方式】 在本文中所述的实施例提供了复杂监控和检测方法以用于标识其中多相调节器并未正常操作的条件，从而防止调节器在操作期间经受重大故障。多相调节器的控制器使用复杂方法执行调节器的自测试来查看控制器内可用的信息以检测异常操作条件，或者使用特定操作模式来训练系统以使得可以检测异常操作条件。在每种情形下，控制器可以检测许多故障条件，其中多相调节器在一些条件下仍然提供调节，但是当操作条件改变时发生故障。 图1示出了多相调节器的实施例，多相调节器包括包含多个输出相102的功率级100，以及用于控制功率级100的操作的控制器200。每个输出相102可操作用于通过单独的电感器(LX)将相电流(IPX)递送至经由电感器和输出电容器(Cout)连接至输出相102的负载104。每个输出相102具有高压侧晶体管(HSX)和低压侧晶体管(LSX)以用于通过对应的电感器而耦合至负载104。每个输出相102的高压侧晶体管可切换地将负载104连接至多相调节器的输入电压(Vin)，并且对应的低压侧晶体管在不同周期可切换地将负载104连接至接地。图1中示出了三个输出相102 (N= 3)，然而功率级100可以包括大于一的任何数目的输出相102 (也即N彡2)。 控制器200通过调整由输出相102递送至负载104的相电流来调整由功率级100递送至负载104的电压(Vsense)。控制器200包括多相脉冲宽度调制器(PWM) 202以用于切换功率级100的输出相102，以使得在一些周期期间功率级100通过一个或多个高压侧晶体管发起正向电流至负载104，而在其他周期期间通过一个或多个低压侧晶体管从负载104吸收反向电流。也即，多相调节器可以操作于具有电流吸收能力的连续导通模式(CCM)下。例如，仅第一输出相(N= I) 102可以例如在轻负载条件下有时有效。一个或多个附加的输出相(N =2或更大)102可以被激活以支持负载104的更大的功率需求。为此目的，多相PWM 202向连接至功率级100的每个输出相102的对应的驱动器106提供PWM控制信号(PWM1、PWM2...PWMN)。 驱动器106响应于由多相PWM 202提供的PWM控制信号而向对应的输出相102的高压侧和低压侧晶体管的栅极提供栅极驱动信号(GHX、GLX)。至少部分地基于施加至负载104的输出电压(Vsense)来确定输出相102的激活状态以及高压侧和低压侧晶体管的占空t匕，以使得调节器可以尽可能快速和可靠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多相调节器，包括：多个输出相，每个所述输出相可操作用于通过单独的电感器将相电流递送至经由所述电感器和输出电容器而连接至所述输出相的负载；控制器，可操作用于通过调整由所述输出相递送至所述负载的所述相电流来调节递送至所述负载的电压，监控由所述输出相递送至所述负载的所述相电流，以及即使被递送至所述负载的总电流在指定限度内，也确定所监控的相电流是否指示各个输出相中的任何输出相、各个电感器中的任何电感器或所述输出电容器是故障的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B·唐，R·皮尔逊，S·索思韦尔，T·吴，刘宜远，B·莫洛伊，K·奥斯特罗姆，A·巴巴扎德赫，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT