含菊花链架构的多相开关变换器及其故障保护方法技术

公开了含菊花链架构的多相开关变换器及其故障保护方法，其中多相开关变换器包括多个并联耦接的开关电路、以及连接为菊花链架构的多个控制电路。该故障保护方法包括：将多个控制电路中的一个配置为主控制电路，以在其第一端提供相位控制信号；将其余控制电路配置为从控制电路，以在其第一端接收相位控制信号；若主控制电路检测到故障，则变为从控制电路，停止向其第一端提供相位控制信号，并在其相位输出信号上产生第二脉冲；以及若从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲，则变为主控制电路，在其第一端提供相位控制信号。

Polyphase switching converter with daisy chain architecture and its fault protection method

【技术实现步骤摘要】
含菊花链架构的多相开关变换器及其故障保护方法
本专利技术涉及电子电路，尤其涉及多相开关变换器。
技术介绍
近年来，随着高性能CPU的出现，需要输出电压更小、输出电流更大的开关变换器，对开关变换器的热性能、EMI及负载瞬态响应的要求也不断提高。多相开关变换器以其优越的性能，被广泛应用于高性能CPU的电源解决方案。对于采用单个控制器的多相开关变换器而言，如果负载电流需求增大，变换器的相数需随之增加，相应地，控制器的逻辑、电路、结构与尺寸也需随之进行调整，这无疑极大地增加了系统的开发难度与整体成本。为此，具有良好的可扩展性的菊花链架构被引入多相开关变换器，其中设置有多个控制电路，每个控制电路用于驱动一相开关电路。在这种架构下，可以根据具体应用的需要轻松调节多相开关器的总相数，如果需要增加相数，只需在菊花链架构中加入新的控制电路及对应外部元件即可。然而，在菊花链架构下，如何实现多相开关变换器的故障保护，使得其在任何一相电路发生故障时仍能正常工作，成为了一项挑战。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的实施例提供一种用于多相开关变换器的控制电路，与其余控制电路连接在一起形成菊花链架构，多相开关变换器包括多个并联耦接的开关电路，该控制电路包括：第一端，与其余控制电路的第一端耦接在一起，以共享相位控制信号；第二端，耦接至菊花链架构中前一控制电路的第三端以接收相位输入信号；以及第三端，耦接至菊花链架构中后一控制电路的第二端以提供相位输出信号。其中在正常工作状态下，控制电路基于相位输入信号和相位控制信号，产生具有第一脉冲的相位输出信号以及控制对应开关电路的开关控制信号；该控制电路被设置为主控制电路时，在其第一端提供相位控制信号；该控制电路被设置为从控制电路时，在其第一端接收相位控制信号；若主控制电路检测到故障，则变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲；若从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲，则变为主控制电路。本专利技术的实施例还提供一种多相开关变换器，包括：多个并联耦接的开关电路，其中每个开关电路均具有耦接至输入电压的输入端和耦接至负载以提供输出电压的输出端；以及多个如前所述的控制电路，连接为菊花链架构。本专利技术的实施例还进一步提供一种用于多相开关变换器的故障保护方法，其中多相开关变换器包括多个并联耦接的开关电路、以及连接为菊花链架构的多个控制电路，每个控制电路均具有第一端、第二端与第三端，其中第一端与其余控制电路的第一端耦接在一起以共享相位控制信号，第二端耦接至前一控制电路的第三端以接收相位输入信号，第三端耦接至后一控制电路的第二端以提供相位输出信号，其中在正常工作状态下，控制电路基于相位输入信号和相位控制信号，产生具有第一脉冲的相位输出信号以及控制对应开关电路的开关控制信号。该故障保护方法包括：将所述多个控制电路中的一个配置为主控制电路，以在其第一端提供相位控制信号；将其余控制电路配置为从控制电路，以在其第一端接收相位控制信号；若主控制电路检测到故障，则变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲；以及若从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲，则变为主控制电路。除此之外，本专利技术的实施例还提供一种用于多相开关变换器的控制电路的故障保护方法，其中多相开关变换器包括多个并联耦接的开关电路、以及连接为菊花链架构的多个控制电路，每个控制电路均具有第一端、第二端与第三端，其中第一端与其余控制电路的第一端耦接在一起以共享相位控制信号，第二端耦接至前一控制电路的第三端以接收相位输入信号，第三端耦接至后一控制电路的第二端以提供相位输出信号，其中在正常工作状态下，控制电路基于相位输入信号和相位控制信号，产生具有第一脉冲的相位输出信号以及控制对应开关电路的开关控制信号。该故障保护方法包括：判断控制电路为主控制电路还是从控制电路；当控制电路为主控制电路时，在其第一端提供相位控制信号；当控制电路为从控制电路时，在其第一端接收相位控制信号；若主控制电路检测到故障，则变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲；以及若从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲，则变为主控制电路。根据本专利技术实施例的多相开关变换器中，若主控制电路检测到故障，则变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲。若从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲，则变为主控制电路。通过这样的处理方式，多相开关变换器即使在主控制电路出现故障时，仍能保持正常工作。附图说明图1A为根据本专利技术实施例的多相开关变换器100的示意性框图；图1B为根据本专利技术实施例的图1A所示多相开关变换器100的故障保护工作流程图；图2A～2C为根据本专利技术实施例的双相开关变换器在故障保护模式下的原理性工作波形图；图3为根据本专利技术实施例的多相开关变换器200的示意性框图；图4为根据本专利技术实施例的用于图3所示多相开关变换器200的控制芯片230A的示意性框图；图5为根据本专利技术实施例的图4所示控制芯片230A的故障保护工作流程图；图6为根据本专利技术实施例的导通信号产生电路2031A的示意性框图；图7为根据本专利技术实施例的开关控制电路2033A的示意性框图；图8A和8B为根据本专利技术实施例的三相开关变换器在故障保护模式下的工作波形图；图9为根据本专利技术实施例的用于多相开关变换器的控制芯片230B的示意性框图。具体实施方式下面将结合附图详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了便于对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，本领域普通技术人员可以理解，这些特定细节并非为实施本专利技术所必需。此外，在一些实施例中，为了避免混淆本专利技术，未对公知的电路、材料或方法做具体描述。在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图均是为了说明的目的，其中相同的附图标记指示相同的元件。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。此外，说明书中所指的相互同步或相等的信号，在实际应用中，由于信号处理造成的延时，彼此之间也许存在少许时差。图1为根据本专利技术实施例的多相开关变换器100的示意性框图，包括并联耦接的开关电路111～11N、以及连接为菊花链(daisychain)架构的控制电路101～10N。其中每个开关电路均具有耦接至输入电压Vin的输入端和耦接至负载以提供输出电压Vout的输出端。控制电路101～10N分别耦接至开关电路111～11N，其中每个控制电路10i(i＝1，2，……，N)均具有第一端、第二端与第三端，其中第一端与其余控制电路的第一端耦接在一起以共享相位控制信号Set，第二端耦接至前一控制电路的第三端以接收相位输入信号Takei，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于多相开关变换器的控制电路，与其余控制电路连接在一起形成菊花链架构，多相开关变换器包括多个并联耦接的开关电路，该控制电路包括：第一端，与其余控制电路的第一端耦接在一起，以共享相位控制信号；第二端，耦接至菊花链架构中前一控制电路的第三端以接收相位输入信号；以及第三端，耦接至菊花链架构中后一控制电路的第二端以提供相位输出信号；其中在正常工作状态下，控制电路基于相位输入信号和相位控制信号，产生具有第一脉冲的相位输出信号以及控制对应开关电路的开关控制信号；该控制电路被设置为主控制电路时，在其第一端提供相位控制信号；该控制电路被设置为从控制电路时，在其第一端接收相位控制信号；若主控制电路检测到故障，则变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲；若从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲，则变为主控制电路。

【技术特征摘要】
1.一种用于多相开关变换器的控制电路，与其余控制电路连接在一起形成菊花链架构，多相开关变换器包括多个并联耦接的开关电路，该控制电路包括：第一端，与其余控制电路的第一端耦接在一起，以共享相位控制信号；第二端，耦接至菊花链架构中前一控制电路的第三端以接收相位输入信号；以及第三端，耦接至菊花链架构中后一控制电路的第二端以提供相位输出信号；其中在正常工作状态下，控制电路基于相位输入信号和相位控制信号，产生具有第一脉冲的相位输出信号以及控制对应开关电路的开关控制信号；该控制电路被设置为主控制电路时，在其第一端提供相位控制信号；该控制电路被设置为从控制电路时，在其第一端接收相位控制信号；若主控制电路检测到故障，则变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲；若从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲，则变为主控制电路。2.如权利要求1所述的控制电路，其中若主控制电路检测到故障，在变为从控制电路并在其相位输出信号上产生第二脉冲后，使其相位输出信号等于相位输入信号。3.如权利要求1所述的控制电路，其中当从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲且其自身未检测到故障时，方变为主控制电路。4.如权利要求1所述的控制电路，其中若从控制电路检测到故障，则使其相位输出信号等于相位输入信号。5.如权利要求1所述的控制电路，其中所述第二脉冲具有与第一脉冲所不同的脉冲宽度或脉冲幅值。6.如权利要求1所述的控制电路，其中所述第一脉冲具有第一脉冲幅值和第一脉冲宽度，第二脉冲具有第二脉冲幅值和第二脉冲宽度，若从控制电路检测到其相位输入信号在一预设时长内均维持在第二脉冲幅值，则判断为检测到第二脉冲。7.如权利要求1所述的控制电路，其中所述故障包括过压、过流、过温、欠压或晶体管故障中的一项或几项。8.如权利要求1所述的控制电路，其中主控制电路在检测到故障后，对相位控制信号进行调节以使所有开关电路均停止功率输出，待多相开关变换器的输出电压下降至一预设阈值后，主控制电路方变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲。9.如权利要求1所述的控制电路，还包括：主控单元，产生相位控制信号；故障检测电路，检测控制电路是否发生故障，产生故障检测信号；主从判断电路，耦接至故障检测电路，基于相位输入信号和故障检测信号判断控制电路应为主控制电路还是从控制电路，产生主从判断信号，并提供至主控单元；以及开关控制电路，耦接至故障检测电路与主从判断电路，基于相位控制信号、相位输入信号、故障检测信号与主从判断信号，产生开关控制信号与相位输出信号。10.如权利要求9所述的控制电路，其中主控单元包括：导通信号产生电路，产生导通控制信号；信号调制电路，耦接至导通信号产生电路，基于导通控制信号，产生预处理信号；以及开关，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至信号调制电路以接收预处理信号，第二端耦接至控制电路的第一端，控制端耦接至主从判断电路以接收主从判断信号。11.如权利要求9所述的控制电路，还包括耦接在其第三端与参考地之间的电阻器，所述主从判断电路在多相开关变换器刚启动时，基于相位输入信号来判断控制电路被初始设置为主控制电路还是从控制电路。12.一种多相开关变换器，包括：多个并联耦接的开关电路，其中每个开关电路均具有耦接至输入电压的输入端和耦接至负载以提供输出电压的输出端；以及多个如权利要求1至11中任一项所述的控制电路，连接为菊花链架构。13.一种用于多相开关变换器的故障保护方法，其中多相开关变换器包括多个并联耦接的开关电路、以及连接为菊花链架构的多个控制电路，每个控制电路均具有第一端、第二端与第三端，其中第一端与其余控制电路的第一端耦接在一起以共享相位控制信号，第二端耦接至前一控制电路的第三端以接收相位输入信号，第三端耦接至后一控制电路的第二端以提供相位输出信号，其中在正常工作状态下，控制电路基于相位输入信号和相位控制信号，产生具...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜礼节，孙永恒，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51