用于COT降压转换器的电流共享方法技术

本发明专利技术涉及用于COT降压转换器的电流共享方法。一种用于在已调节系统输出电压下提供输出电流的电源系统包括第一功率级和第二功率级，每个是恒定开启时间（COT）控制功率转换器。第一和第二功率级在公共输出电压节点处产生具有减小或非常小的输出纹波的相应第一和第二已调节输出电压。第一和第二功率级每个包括纹波注入电路以向每个功率级中的反馈控制电路注入纹波信号。电源系统还包括电流共享控制电路，其被配置成测量第一功率级的第一输出电流和第二功率级的第二输出电流，并产生控制信号以调制第二功率级的反馈控制电路以迫使第二输出电流等于第一输出电流。

【技术实现步骤摘要】
在已调节系统输出电压下提供输出电流的电源系统和方法
本专利技术涉及一种用于在已调节系统输出电压下提供输出电流的电源系统和一种用于在已调节系统输出电压下提供输出电流的方法。
技术介绍
也称为DC到DC转换器的开关模式电源或开关调节器常常被用来将输入源电压转换成处于适合于集成电路的内部电路的电压水平的输出电压。例如，可能需要将提供给集成电路的5伏源电压减小至IC芯片上的2.8伏以使芯片上的内部电路工作。开关调节器通过诸如电容器、电感器以及变压器之类的低损耗部件以及被开启和关闭以在离散分组中将来自输入端的能量传递至输出端的电源开关来提供电源功能。反馈控制电路用来调节能量传递以将恒定输出电压保持在电路的期望负载极限内。能够将开关调节器配置成逐步提升输入电压或者逐步降低输入电压或者两者。具体地，也称为“降压转换器”的降压开关调节器逐步降低输入电压，而也称为“升压转换器”的升压开关调节器逐步提升输入电压。降压-升压开关调节器或降压-升压转换器提供递升和递降功能二者。常规降压开关调节器的操作是众所周知的，并且概括如下。常规降压开关调节器包括一对电源开关，其被开启和关断以将输出电压调节至等于参考电压。更具体地，电源开关被交替地开启和关断以在也称为开关节点的开关输出节点处产生开关输出电压。开关节点被耦合到包括输出电感器和输出电容器的LC滤波电路以产生具有基本上恒定量值的输出电压。然后能够使用输出电压来驱动负载。更具体地，常常将该电源开关对称为包括“高侧电源开关”和“低侧电源开关”。高侧电源开关被开启以向输出滤波电路的输出电感器施加能量以允许通过电感器的电流聚集。当高侧电源开关被关断时，跨电感器的电压反向且通过电感器的电流在此时段期间减小。结果，电感器电流在标称输出电流以上和以下波动。由输出电容器来保持相对恒定的输出电压。低侧电源开关被开启和关断以用于同步控制操作。图1是常规降压开关调节器的示意图。参考图1，开关调节器1包括被配置成接收输入电压VIN的一对电源开关S1和S2，并被交替地开启和关断以在开关节点(SW)22处产生开关输出电压VSW。开关输出电压VSW被直接耦合到包括输出电感器L1和输出电容器COUT的LC滤波电路以在节点26处产生具有基本上恒定量值的已调节输出电压VOUT。然后能够使用输出电压VOUT来驱动负载30，由此，开关调节器1提供负载电流ILOAD以使输出电压VOUT保持在恒定水平。开关调节器1包括反馈控制电路以调节到LC滤波电路的能量传递以将恒定输出电压保持在电路的期望负载极限内。更具体地，反馈控制电路促使电源开关S1和S2开启和关断以将输出电压VOUT调节成等于参考电压VREF或与参考电压VREF有关的电压值。在本实施例中，使用包括电阻器R1和R2的分压器来划分输出电压VOUT，其然后被作为反馈节点28上的反馈电压VFB反馈到开关调节器1。在诸如错误比较器12之类的错误处理电路处将反馈电压VFB与参考电压VREF相比较。比较器输出被耦合到控制器和栅极驱动电路14以基于开关调节器控制方案来生成用于电源开关的控制电压。该控制电压被用来生成用于电源开关S1和S2的驱动信号。具有固定开启时间控制的降压开关调节器或“降压调节器”由于某些重要的优点而被广泛地用在工业中，诸如快速加载瞬态响应和相对大的关闭时间的容易控制和非常小的固定开启时间以将高输入电压调节至低输出电压。固定开启时间(或恒定开启时间)调节器是一个类型的电压调节器，采用其中基于输出信号中的纹波分量来调节输出电压的纹波模式控制。由于电源开关处的开关动作，所有开关模式调节器通过开关输出电感器而产生输出纹波电流。此电流纹波本身主要由于与负载并联地放置的输出电容器COUT中的等效串联电阻(ESR)而表现为输出电压纹波。在图1中将输出电容器COUT的ESR表示为电阻器RESR。最近，在需要高输出电流的应用中使用包括多个功率级的电源系统。通常，这些电源系统在多相控制下操作。例如，常规多相转换器使用多相PWM控制器来产生针对功率级的每个相具有不同相移的时钟信号。用于多相转换器的控制电路与其单相对等物相比在实现中一般地更加复杂和昂贵。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术提供一种用于在已调节系统输出电压下提供输出电流的电源系统，所述电源系统包括：第一功率级，包括恒定开启时间控制功率转换器，所述第一功率级接收第一输入电压并在公共输出电压节点处产生具有恒定量值的第一已调节输出电压，所述第一功率级包括被配置成接收指示第一已调节输出电压的第一反馈电压并基于所述第一反馈电压来调节第一已调节输出电压的第一反馈控制电路，所述第一功率级还包括第一LC滤波电路，所述第一LC滤波电路被配置成产生具有减小或非常小的输出纹波的第一已调节输出电压，并且还包括被配置成向第一反馈控制电路中的节点注入第一纹波信号的第一纹波注入电路；第二功率级，包括恒定开启时间控制功率转换器，所述第二功率级接收第二输入电压并在公共输出电压节点处产生具有恒定量值的第二已调节输出电压，所述第二功率级包括被配置成接收指示所述第二已调节输出电压的第二反馈电压并基于所述第二反馈电压来调节第二已调节输出电压的第二反馈控制电路，所述第二功率级还包括第二LC滤波电路，所述第二LC滤波电路被配置成产生具有减小或非常小的输出纹波的第二已调节输出电压，并且还包括被配置成向第二反馈控制电路中的节点注入第二纹波信号的第二纹波注入电路，所述第一功率级和所述第二功率级被耦合到所述公共输出电压节点以在所述公共输出电压节点处生成所述已调节系统输出电压；以及电流共享控制电路，被配置成测量所述第一功率级的第一输出电流和所述第二功率级的第二输出电流，并产生控制信号以调制所述第二功率级的第二反馈控制电路以迫使所述第二输出电流等于所述第一输出电流，其中所述电流共享控制电路包括：运算放大器，具有被耦合以接收所述第一功率级的第一输出电流的正输入端子、被耦合以接收所述第二功率级的第二输出电流的负输入端子以及输出端子；受控电流源，具有被耦合到所述运算放大器的输出端子的控制端子，所述受控电流源被连接在电源电位与第二功率级的第二反馈控制电路中的节点之间，所述控制电流源被运算放大器控制以向所述第二反馈控制电路中的节点中推入电流或从其中拉出电流以便迫使所述第二输出电流等于所述第一输出电流；以及阻抗，被耦合在所述运算放大器的负输入端子与输出端子之间。优选地，所述的电源系统中，所述第一LC滤波电路和所述第二LC滤波电路每个包括电感器和输出电容器，所述输出电容器包括具有非常低的等效串联电阻的电容器。所述第一功率级可以包括被基于恒定开启时间反馈控制方案来控制以驱动第一开关输出节点以便产生第一开关输出电压的第一开关和第二开关，所述第一开关输出节点被耦合到第一LC滤波器以产生具有减小的或无输出纹波的第一已调节输出电压，所述第一功率级的第一反馈控制电路被配置成接收指示所述第一已调节输出电压的第一反馈电压，并基于所述第一反馈电压来调节所述第一已调节输出电压，其中，所述第一纹波注入电路被耦合到所述第一开关输出电压，并被配置成向所述第一反馈电压注入所述第一纹波信号。所述电流共享控制电路可以包括：晶体管，所述晶体管具有被耦合到所述运算放大器的输出端子的控制端子、被耦合到电源电位的第一电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在已调节系统输出电压下提供输出电流的电源系统，所述电源系统包括：第一功率级，包括恒定开启时间（COT）控制功率转换器，所述第一功率级接收第一输入电压并在公共输出电压节点处产生具有基本上恒定量值的第一已调节输出电压，所述第一功率级包括被配置成接收指示第一已调节输出电压的第一反馈电压并基于所述第一反馈电压来调节第一已调节输出电压的第一反馈控制电路，所述第一功率级还包括第一LC滤波电路，所述第一LC滤波电路被配置成产生具有减小或非常小的输出纹波的第一已调节输出电压，并且还包括被配置成向第一反馈控制电路中的节点注入纹波信号的第一纹波注入电路；第二功率级，包括恒定开启时间（COT）控制功率转换器，所述第二功率级接收第二输入电压并在公共输出电压节点处产生具有基本上恒定量值的第二已调节输出电压，所述第二功率级包括被配置成接收指示所述第二已调节输出电压的第二反馈电压并基于所述第二反馈电压来调节第二已调节输出电压的第二反馈控制电路，所述第二功率级还包括第二LC滤波电路，所述第二LC滤波电路被配置成产生具有减小或非常小的输出纹波的第二已调节输出电压，并且还包括被配置成向第二反馈控制电路中的节点注入纹波信号的第二纹波注入电路；以及电流共享控制电路，被配置成测量所述第一功率级的第一输出电流和所述第二功率级的第二输出电流，并产生控制信号以调制所述第二功率级的第二反馈控制电路以迫使所述第二输出电流等于所述第一输出电流。...

【技术特征摘要】
2013.06.21 US 13/9242021.一种用于在已调节系统输出电压下提供输出电流的电源系统，所述电源系统包括：第一功率级，包括恒定开启时间控制功率转换器，所述第一功率级接收第一输入电压并在公共输出电压节点处产生具有恒定量值的第一已调节输出电压，所述第一功率级包括被配置成接收指示第一已调节输出电压的第一反馈电压并基于所述第一反馈电压来调节第一已调节输出电压的第一反馈控制电路，所述第一功率级还包括第一LC滤波电路，所述第一LC滤波电路被配置成产生具有减小或非常小的输出纹波的第一已调节输出电压，并且还包括被配置成向第一反馈控制电路中的节点注入第一纹波信号的第一纹波注入电路；第二功率级，包括恒定开启时间控制功率转换器，所述第二功率级接收第二输入电压并在公共输出电压节点处产生具有恒定量值的第二已调节输出电压，所述第二功率级包括被配置成接收指示所述第二已调节输出电压的第二反馈电压并基于所述第二反馈电压来调节第二已调节输出电压的第二反馈控制电路，所述第二功率级还包括第二LC滤波电路，所述第二LC滤波电路被配置成产生具有减小或非常小的输出纹波的第二已调节输出电压，并且还包括被配置成向第二反馈控制电路中的节点注入第二纹波信号的第二纹波注入电路，所述第一功率级和所述第二功率级被耦合到所述公共输出电压节点以在所述公共输出电压节点处生成所述已调节系统输出电压；以及电流共享控制电路，被配置成测量所述第一功率级的第一输出电流和所述第二功率级的第二输出电流，并产生控制信号以调制所述第二功率级的第二反馈控制电路以迫使所述第二输出电流等于所述第一输出电流，其中所述电流共享控制电路包括：运算放大器，具有被耦合以接收所述第一功率级的第一输出电流的正输入端子、被耦合以接收所述第二功率级的第二输出电流的负输入端子以及输出端子；受控电流源，具有被耦合到所述运算放大器的输出端子的控制端子，所述受控电流源被连接在电源电位与第二功率级的第二反馈控制电路中的节点之间，所述控制电流源被运算放大器控制以向所述第二反馈控制电路中的节点中推入电流或从其中拉出电流以便迫使所述第二输出电流等于所述第一输出电流；以及阻抗，被耦合在所述运算放大器的负输入端子与输出端子之间。2.权利要求1的电源系统，其中，所述第一LC滤波电路和所述第二LC滤波电路每个包括电感器和输出电容器，所述输出电容器包括具有非常低的等效串联电阻的电容器。3.权利要求1的电源系统，其中：所述第一功率级包括被基于恒定开启时间反馈控制方案来控制以驱动第一开关输出节点以便产生第一开关输出电压的第一开关和第二开关，所述第一开关输出节点被耦合到第一LC滤波器以产生具有减小的或无输出纹波的第一已调节输出电压，所述第一功率级的第一反馈控制电路被配置成接收指示所述第一已调节输出电压的第一反馈电压，并基于所述第一反馈电压来调节所述第一已调节输出电压，其中，所述第一纹波注入电路被耦合到所述第一开关输出电压，并被配置成向所述第一反馈电压注入所述第一纹波信号。4.权利要求1的电源系统，其中，所述电流共享控制电路包括：晶体管，所述晶体管具有被耦合到所述运算放大器的输出端子的控制端子、被耦合到电源电位的第一电流端子和被耦合到所述第二功率级的第二反馈控制电路中的节点的第二电流端子，所述晶体管被运算放大器控制以向第二反馈控制电路中的节点中推入电流或从其中拉出电流，以便迫使所述第二输出电流等于所述第一输出电流；以及电容器，所述电容器被耦合在晶体管的第一电流端子与运算放大器的负输入端子之间。5.权利要求4的电源系统，其中：所述第二功率级包括被基于恒定开启时间反馈控制方案来控制以驱动第二开关输出节点以便产生第二开关输出电压的第三开关和第四开关，所述第二开关输出节点被耦合到第二LC滤波器以产生具有减小的或无输出纹波的第二已调节输出电压，所述第二功率级的第二反馈控制电路被配置成接收指示所述第二已调节输出电压的第二反馈电压，并基于所述第二反馈电压来调节所述第二已调节输出电压，其中，所述第二纹波注入电路被耦合到第二开关输出电压，并被配置成向所述第二反馈电压注入所述第二纹波信号；以及其中，所述晶体管的第二电流端子被耦合到所述第二功率级的第二反馈控制电路中的节点以调制所述第二反馈电压，从而迫使所述第二输出电流等于所述第一输出电流。6.权利要求4的电源系统，其中，所述晶体管包括NPN双极晶体管且所述电源电位包括接地电位。7.权利要求4的电源系统，其中，所述晶体管包括PNP双极晶体管、NMOS晶体管以及PMOS晶体管中的一个。8.权利要求2的电源系统，其中，所述电流共享控制电路被配置成测量作为所述第一输出电流流过所述第一LC滤波电路中的电感器的电感器电流并测量作为所述第二输出电流的流...

【专利技术属性】
技术研发人员：P诺拉，
申请(专利权)人：麦奎尔有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US