多相位功率转换器制造技术

一种多相位功率转换器，包括：调节器；值供应系统，被布置用于收集功率转换器的至少一个操作点；以及预测器，用于确定更新相位状态，以在功率转化器的进一步操作期间激活或去激活每个相位(11

Multiphase power converter

【技术实现步骤摘要】
多相位功率转换器
本公开涉及多相位功率转换器。
技术介绍
电功率转换器(具体是DC-DC功率转换器)由于它们的高效率以及这种转换器消耗的少量面积/体积而被广泛使用。其中，多相位DC-DC功率转换器尤其适用于在低压下提供大电流，诸如微处理器、图形处理器、网络处理器的高度集成的电子部件所需的电流。一般地，传统的多相位功率转换器通常包括被称为相位的多个转换器分支。这些相位通常并联连接，以向公共负载提供相应的相位电流。因此，由多相位功率转换器提供给负载的输出电流是相位电流的总和。当前一代的处理器(诸如CPU或GPU)具有非常高的峰值功率与空闲功率需求之比。然后，用于为这种处理器供电的DC-DC功率转换器需要在各种负载简档(profile)下都表现良好。为此，已知根据一次期望的输出功率来动态地适应同时激活的功率转换器的相位数，以便无论输出功率的水平如何都优化转换器的性能。激活相位数目的这种适应在本领域有时被称为相位添加和下降，或更普遍地被称为切相。所谓的自动稳相涉及通过将输出电流与阈值进行比较而控制的激活相位的数目的这种变化。但是自动稳相可能不适于输出电流的一些变化行为，诸如切换输出电流。实际上，可以减少激活相位的数目，而能量仍然从刚刚下降的一个相位提供。这样，系统可能会变得不稳定。另外，自动稳相通常会产生延迟(称为重新平衡时间)，要求在减少激活相位的数目之前将输出电流降低到阈值以下。这避免了非常短时间内的相位下降，但是这降低了切相的好处，并且如果输出电流变化过快，甚至可能会阻止适应激活相位的数目。r>当特定要求被应用于输出电流时(诸如大电压转换速率)，自动稳相是不适用的。可能需要增加激活相位的数目来满足这种要求，尽管仅考虑功率节省会导致以最少数目的激活相位进行操作。
技术实现思路
与传统技术相反，本文的实施例包括新颖的多相位功率转换器，其能够通过更多数目的输出情况和要求以优化方式进行操作，包括至少一些以上引用的那些情况和要求。为了实现该目的或任何其他目的，本文的实施例包括一种电功率转换器，其包括用于向负载提供输出电流和输出电压的多个相位，输出电流和输出电压源于分别由相位(phase，也称为“相位单元”)提供的相位输出电流和相位输出电压。功率转换器的一种实施方式还包括：-调节器，用于在功率转换器的操作期间选择性地激活每个相位；-值供应系统，用于收集至少一个操作点，每个操作点均与功率转换器的操作瞬时有关，并且每个操作点均包括针对对应操作瞬时的功率转换器的输入电流、功率转换器的输入电压、相位输入电流、相位输入电压中的一个或多个输入参数和/或输出电流、输出电压、相位输出电流、相位输出电压中的一个或多个输出参数的测量值，和/或每个操作点还包括分配给功率转换器的相同操作瞬时的目标输出电压的至少一个值；以及-预测器(实施为硬件和/或软件)，用于为多个相位中的每个相位提供指示该相位是否被激活的相应的更新相位状态，更新相位状态控制相应相位的激活。根据本文的实施例，预测器操作用于使用基于由值供应系统(即，监控器和值生成器)收集的至少一个操作点以及基于从机器学习过程获得的预测器参数的处理来确定更新相位状态。因此，本文的实施例包括通过使用机器学习过程控制激活相位的数目来在电功率转换器中实施切相的新方式。由于更新相位状态是根据输入电流、输入电压、输出电流、输出电压中的一个或多个的测量值以及与各个相位相关的测量值确定的，因此在切相期间考虑了转换器输入电源和转换器负载的实际状态。另外，当这些状态随时间变化时，值供应系统和预测器的连锁操作允许自动修改相位状态，用于将激活相位的数目拟合到新条件上。具体地，实施用于更新相位状态的机器学习过程允许在负载的广泛操作方案范围内改进相位数目的拟合，包括输出电流在对应于相位差大于2的有效相位的数目的值之间快速切换(如果这些输出电流值中的每一个均被连续保持)。此外，实施机器学习处理还允许自动、快速并且可能周期性地更新用于向负载提供期望功率的相位的数目。根据一个实施例，预测器操作用于为每个相位(当对应的更新相位状态指示该相位将被激活时)提供该相位的操作参数的更新值。相位操作参数的该更新值被传送到调节器，使得该更新值以与相位操作参数的更新值匹配的方式激活所关注的相位。通过这种改进，可以获取每个激活相位的最佳操作。根据另外的实施例，预测器操作用于基于与功率转换器的连续操作瞬时有关的多个操作点来确定每个相位的更新相位状态，多个对应于固定数目的操作点。换句话说，在一个实施例中，预测器基于包括固定数目的操作点的历史来提供更新相位状态。通过这种改进，预测器在更大程度上优化了功率转换器的操作，特别是通过预测负载的操作方案中发生的变化。当根据多个连续的操作点确定相位状态时，预测器可被配置为实施循环神经网络，尤其是长短期记忆网络，使得每次通过值供应系统将又一操作点提供给预测器时，该又一操作点以FIFO队列方式添加到之前刚刚使用的多个操作点，以便获取更新的多个操作点，该更新的多个操作点将用于发布每个相位的又一更新相位状态。在一个实施例中，可以有利地实施以下附加特征中的一个或多个，与这些附加特征中的几个的组合分别实施：-功率转换器可被配置为DC-DC功率转换器或AC-DC功率转换器；-预测器可被配置为包括用于存储标记的训练数据的查找表，并且包括用于选择这些标记的训练数据中的一个训练数据作为与至少一个操作点的最接近的相邻数据(neighbor)的装置；-预测器可被配置为在用于从至少一个操作点发布每个相位的更新状态的计算序列中实施回归类型的至少一个计算步骤；-预测器可被配置为以前馈人工智能方式进行操作；-预测器可被配置为作为神经网络进行操作，尤其是用于作为单层神经网络进行操作；以及-预测器可被配置为神经形态芯片。本文的其他实施例使得能够快速增加功率转换器的输出电流，同时避免激活太少数目的相位或太少相位的集合，以产生用于向负载供电的转换器输出电流。为此，功率转换器可进一步包括操作用于基于收集的至少一个操作点的每个操作点的转换器输出电流的测量值来确定将被激活的相位的最小数目的模块。然后，功率转换器可适于使得将由调节器实施的更新相位状态导致有效相位的数目至少等于将被激活的相位的最小数目。根据另外的实施例，本公开的第二方面提出了一种用于使用多相位功率转换器执行电功率转换的方法，用于向负载提供输出电流和输出电压，输出电流和输出电压源于分别由相位提供的相位输出电流和相位输出电压，该方法包括：-使用调节器，在功率转换期间选择性地激活每个相位；-收集在功率转换期间发生的至少一个操作点，每个收集的操作点均与功率转换期间的操作瞬时有关，并且包括针对操作瞬时的功率转换器的输入电流、功率转换器的输入电压、相位输入电流、相位输入电压中的一个或多个输入参数和/或输出电流、输出电压、相位输出电流、相位输出电压中的一个或多个输出参数的测量值，以及分配给操作点的操作瞬时的功率转换的目标输出电压的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率转换器，包括共同向负载提供输出电流和输出电压的多个相位，所述输出电流和所述输出电压源于分别由所述相位提供的相位输出电流和相位输出电压，其中所述功率转换器进一步包括：/n-调节器，用于将输入电压转换为所述输出电压；/n-值供应系统，用于收集操作点，每个操作点均与所述功率转换器的操作瞬时有关，并且每个操作点均包括针对对应操作瞬时的所述功率转换器的输入电流、所述功率转换器的输入电压、相位输入电流、相位输入电压中的一个或多个输入参数和/或所述输出电流、所述输出电压、所述相位输出电流、所述相位输出电压中的一个或多个输出参数的测量值，以及每个操作点还包括分配给所述功率转换器的相同操作瞬时的目标输出电压的至少一个值；以及/n-预测器，用于为所述多个相位中的每个相应相位提供指示所述相应相位是否被激活的相应的更新相位状态，所述更新相位状态被传输至所述调节器，使得所述调节器选择性地激活由所述相应的更新相位状态所指示的每个相位，所述预测器操作用于使用基于由所述值供应系统收集的所述至少一个操作点以及基于从机器学习过程获得的预测器参数的处理来确定所述更新相位状态。/n

【技术特征摘要】
20181212 US 16/217,5801.一种功率转换器，包括共同向负载提供输出电流和输出电压的多个相位，所述输出电流和所述输出电压源于分别由所述相位提供的相位输出电流和相位输出电压，其中所述功率转换器进一步包括：
-调节器，用于将输入电压转换为所述输出电压；
-值供应系统，用于收集操作点，每个操作点均与所述功率转换器的操作瞬时有关，并且每个操作点均包括针对对应操作瞬时的所述功率转换器的输入电流、所述功率转换器的输入电压、相位输入电流、相位输入电压中的一个或多个输入参数和/或所述输出电流、所述输出电压、所述相位输出电流、所述相位输出电压中的一个或多个输出参数的测量值，以及每个操作点还包括分配给所述功率转换器的相同操作瞬时的目标输出电压的至少一个值；以及
-预测器，用于为所述多个相位中的每个相应相位提供指示所述相应相位是否被激活的相应的更新相位状态，所述更新相位状态被传输至所述调节器，使得所述调节器选择性地激活由所述相应的更新相位状态所指示的每个相位，所述预测器操作用于使用基于由所述值供应系统收集的所述至少一个操作点以及基于从机器学习过程获得的预测器参数的处理来确定所述更新相位状态。


2.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述功率转换器是DC-DC功率转换器或AC-DC功率转换器。


3.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述预测器操作用于：针对每个相位，当所述相应的更新相位状态指示所述相位为有效时，提供所述相位的相位操作参数的更新值，所述相位操作参数的所述更新值去往所述调节器，使得所述调节器以与所述相位操作参数的所述更新值匹配的方式激活所述相位。


4.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述预测器操作用于基于多个操作点来确定每个相位的所述更新相位状态，所述多个操作点与所述功率转换器的连续的对应操作瞬时相关，所述多个操作点是固定数目的操作点。


5.根据权利要求4所述的功率转换器，其中所述预测器操作用于实施循环神经网络，尤其是长短期记忆网络，使得每次通过所述值供应系统将又一操作点提供给所述预测器时，所述又一操作点以FIFO队列方式添加到所述多个操作点，以便获取更新的多个操作点，所述更新的多个操作点将用于发布每个相位的又一更新相位状态。


6.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述预测器包括用于存储标记的训练数据的查找表，所述预测器进一步操作用于选择所述标记的训练数据中的一个训练数据作为与所述至少一个操作点最接近的相邻数据。


7.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述预测器进一步操作用于在用于从所述至少一个操作点发布每个相位的所述更新相位状态的计算序列中实施回归类型的至少一个计算步骤。


8.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述预测器以前馈人工智能方式进行操作。


9.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述预测器作为单层神经网络进行操作。


10.根据权利要求8所述的功率转换器，其中所述预测器包括神经形态芯片。


11.根据权利要求1所述的功率转换器，还包括操作用于基于收集的所述至少一个操作点中的每个操作点的所述转换器输出电流的测量值来确定将被激活的相位的最小数目，并且所述功率转换器适用于使得将由所述调节器实施的所述更新相位状态导致有效相位的数目至少等于将被激活的相位的所述最小数目。


12.一种用于使用功率转换器执行电功率转换的方法，所述功率转换器包括操作用于向负载提供输出电流和输出电压的多个相位，所述输出电流和所述输出电压源于分别由所述相位提供的相位输出电流和相位输出电压，所述方法包括：
-在功率转换期间选择性地激活每个相位；
-收集在所述功率转换期间发生的至少一个操作点，每个操作点均与所述功率转换期间的操作瞬时有关，并且包括：i)针对操作瞬时的所述功率转换器(10)的输入电流、所述功率转换器的输入电压、相位输入电流、相位输入电压中的一个或多个输入参数和/或所述输出电流、所述输出电压、所述相位输出电流、所述相位输出电压中的一个或多个输出参数的测量值；以及ii)分配给所述操作点的操作瞬时的所述功率转换的目标输出电压的至少一个值；以及
-经由预测器，为所述多个相位中的每个相位提供更新相位状态，用于在所述调节器的进一步实施中指示所述相位是有效还是无效，其中使用基于收集的所述至少一个操作点以及基于从机器学习获取的预测器参数的处理来确定每个更新相位状态。


13.根据权利要求12所述的方法，还包括：在所述机器学习期间执...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·L·施瓦贝，S·赛拉图，J·A·埃尤里，
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