功率转换器中的相数倍增器制造技术

提出了涉及将脉宽调制(PWM)信号PWMin复制到N‑1个延迟控制器以形成N‑1个时间交错的PWM信号的装置和相关方法。在说明性示例中，N‑1个延迟控制器中的每一个都可以响应于复制的PWM信号和/或相移时钟，设置并重置相应的锁存器，以便形成相应生成的PWM信号(PWM

【技术实现步骤摘要】
功率转换器中的相数倍增器
各个实施例主要涉及多相位功率转换。
技术介绍
电子器件，也被称为负载，接收来自不同电源的功率。例如，某些电源可以在壁装电源插座处(例如，从主电源)耦合到负载装置，或者可以更直接地耦合到各种本地和/或便携式电源(例如，电池、可再生能源、发电机)。诸如中央处理器(CPU)和图形处理器(GPU)之类的某些负载设备，在满足更高的输入电流要求的同时，还要求严格的电压调节和/或电源的高效率。在某些电子设备中，电源电压源(例如，电池输入、整流市电电源、中间直流电源)可通过各种电压转换电路转换为负载兼容电压。开关电源由于其效率高而已成为电压转换电路，因此经常用于提供各种电子负载。开关模式电源使用开关设备转换电压，该开关设备以非常低的电阻导通并通过非常高的电阻关断。开关模式电源可以在一段时间内为输出电感器充电，并可以在随后的时间段内释放部分或全部电感器能量。输出能量可以被传递到一组输出电容器，该组输出电容器提供滤波以产生直流输出电压。在降压型开关电源中，稳定状态下的输出电压可能约为输入电压乘以工作周期，其中工作周期是通过开关导通时间的持续时间除以一个开关周期的通过开关的总的接通时间和断开时间。
技术实现思路
装置和相关方法涉及将脉宽调制(PWM)信号PWMin复制到N-1个延迟控制器以形成N-1个时间交错的PWM信号。在说明性示例中，每一个N-1个延迟控制器都可以响应于复制的PWM信号和/或相移时钟，设置并重置相应的锁存器以形成相应生成的PWM信号(PWM2至PWMN)的上升沿和/或下降沿。在一些示例中，延迟控制器可以微调任何生成的PWM信号(PWM2至PWMN)的脉冲宽度，以校正提供给负载的相电流平衡。相数倍增器可以有利地将例如由PWM控制器提供的一个PWM信号拆分为多个交错的PWM相位信号，而无需扩展PWM控制器上的PWM信号引脚的数量。一些装置和相关方法涉及调节与N-1个中的每一个时间交错脉宽调制(PWM)从机信号相关的工作周期，以使N-1个从机电流信号各自响应地匹配与主PWM信号PWM1相关的主电流信号。在说明性示例中，可以使用模数转换器(ADC)对主电流信号和N-1个从机电流信号进行采样，来确定N-1个从机电流信号中的每一个从机电流信号。在一些实施例中，ADC可以在例如根据循环选择模式来选择电流信号中的不同信号之前，从电流信号中的所选择信号之一中收集多个样本。例如，可以基于当前信号样本来确定移动平均值。可以调节每个从机电流信号的工作周期以基于电流信号移动平均值有利地平衡相电流。各种实施例可以实现一个或多个优点。例如，可以通过使用八个4通道相数倍增器将传统的8相PWM控制器扩展为支持多达32个相，而无需向PWM控制器添加更多引脚。因此，例如利用可用的引脚，PWM控制器可以支持更多的交错相位。在一些实施例中，PWM控制器的封装尺寸可以有利地减小或保持不变。例如，为了支持8相位，可以将具有两个PWM引脚的PWM控制器与两个4通道相数倍增器一起使用，而不是使用具有八个PWM引脚的PWM控制器。因此，可以有利地减小PWM控制器的封装尺寸。在一些实施例中，通过使用相数倍增器，可以将相同的PWM控制器进行扩展，以便满足中央处理单元(CPU)和/或图形处理单元(GPU)的不断增长的电流需求。在一些实施例中，可以通过使用智能功率级来考虑功率级的温度效应。在一些实施例中，可以通过将智能功率级的主电流监视信号直接馈送到PWM控制器来保持电流监视信号的精度。在一些实施例中，每个产生的PWM信号的脉冲宽度可以通过使用相电流控制电路ISHARE来微调或调节。此外，一些实施例可有利地提供各相之间的增强的电流平衡，同时例如增加交错的相与PWM控制器引脚数的比率。通过改善电流平衡并具有扩展能力以实现更多阶段、成本、尺寸、重量和可靠性方面的优势，可以使得对诸如大容量和滤波电容的依赖性降低。在附图和以下描述中阐述了各种实施例的细节。根据说明书和附图以及根据权利要求书，其他特征和优点将显而易见。附图说明图1表示一个带有典型相数倍增器的功率转换器。图2表示典型的相数倍增器的结构。图3表示相数倍增器接收并产生的典型信号的时序图。图4表示能够产生不同相位的多个PWM信号的一种典型方法的流程图。图5A表示用于平衡相电流的一种典型的相数倍增器的结构。图5B表示图5A所示的相数倍增器中一种典型的相电流控制电路的结构。图5C表示一种系统时钟信号、典型产生的脉冲宽度调制(PWM)信号以及相电流的时序图。图6表示用于调节所产生的PWM信号的工作周期的流程图，以便平衡相电流。各个附图中相似的参考符号指示相似的元件。具体实施方式为了帮助理解，本文档组织如下。首先，参照图1简要介绍具有示例性相数倍增器的功率转换器，该相数倍增器配置根据即达脉冲宽度调制(PWM)信号而生成几个交错的脉冲宽度调制(PWM)信号。其次，参考图2-4，讨论转向示出了相数倍增器的体系结构的示例性实施例。然后，参照图5A-5C，提出了进一步的解释性讨论，以解释产生在交错相之间具有平衡电流的PWM信号的电路。最后，参照图6，呈现了进一步的解释性讨论，以解释一种用于调制所生成的PWM信号的工作周期以便平衡相电流的方法。直流到直流电压转换通常由开关模式稳压器执行，也称为电压转换器或负载点(POL)稳压器/转换器。一种称为降压或降压调节器的直流到直流转换器可以根据一个或多个负载设备的要求将较高的电压(例如12V)转换为较低的值。更一般地，电压调节器和电流调节器通常被称为功率转换器，并且如本文中所使用的，术语功率转换器意在包括这样的设备。图1表示一种配有典型的相数倍增器的功率转换器。在本例中，系统100包括一个功率负载系统105。功率负载系统105包括一个或多个交错式电源110，配置在计算机105中，提供一个或多个负载115。在一些示例中，可以将负载115指定为以有限的电压扰动在输入电压下操作。电源110包括功率转换器120。功率转换器120调节供应到负载115中的电流和/或电压。功率转换器120被配置为动态地调制开关信号的频率以实现快速的瞬态响应。更具体地，功率转换器120包括控制到相关联的功率开关的输入端的脉冲宽度调制器(PWM)控制器125。在说明性示例中，PWM控制器125以fsw的频率产生具有指令工作周期的一个或多个即达脉冲宽度调制信号(例如，PWMin)。功率转换器120还包括相数倍增器135。参照图2，功率转换器120可以通过采用示例性的相数倍增器135来有利地支持平衡良好的大量相数，该示例性的相数倍增器135被配置为从来自PWM控制器125的单个PWMin信号中产生N-1相的信号(PWM2PWMn)。…相数倍增器135接收即达脉冲宽度调制信号(例如，PWMin)，并基于PWMin信号生成N-1个脉冲宽度调制信号。生成的N-1个脉冲宽度调制信号与PWMin共享相同的频率。N个脉冲宽度调制信号具有不同的相位。在所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n一个脉冲宽度调制(PWM)控制器，根据提供给负载的输出电压信号和/或输出电流信号，配置产生一个即达PWM信号PWMin；/n一个相数倍增器，根据即达PWM信号PWMin，配置为N-1个功率级产生N-1个PWM信号，其中相数倍增器包括：/n一个延迟模块，配置接收即达PWM信号PWMin，并且复制即达PWM信号PWMin的脉冲宽度W；/nN-1片PWM逻辑电路，配置接收脉冲宽度W以及时钟信号，以便产生N-1个PWM信号，其中N-1片PWM逻辑电路中的第i片包括：/n一个移相器，根据预定义的相位，配置产生一个移相时钟信号，其中预定义的相位等于(i-1)*360/N,2≤i≤N；/n一个延迟控制器，根据移相时钟信号，配置延迟脉冲宽度W；以及/n一个锁存器，根据所述相移时钟信号和所述延迟控制器的一个输出信号配置产生第i个PWM信号。/n

【技术特征摘要】
20190403 US 16/374,4211.一种系统，包括：
一个脉冲宽度调制(PWM)控制器，根据提供给负载的输出电压信号和/或输出电流信号，配置产生一个即达PWM信号PWMin；
一个相数倍增器，根据即达PWM信号PWMin，配置为N-1个功率级产生N-1个PWM信号，其中相数倍增器包括：
一个延迟模块，配置接收即达PWM信号PWMin，并且复制即达PWM信号PWMin的脉冲宽度W；
N-1片PWM逻辑电路，配置接收脉冲宽度W以及时钟信号，以便产生N-1个PWM信号，其中N-1片PWM逻辑电路中的第i片包括：
一个移相器，根据预定义的相位，配置产生一个移相时钟信号，其中预定义的相位等于(i-1)*360/N,2≤i≤N；
一个延迟控制器，根据移相时钟信号，配置延迟脉冲宽度W；以及
一个锁存器，根据所述相移时钟信号和所述延迟控制器的一个输出信号配置产生第i个PWM信号。


2.权利要求1所述的系统，其中延迟模块包括一个延迟锁相循环(DLL)。


3.权利要求1所述的系统，其中PWM控制器还根据相数倍增器要接收的PWMin信号，产生一个相关的同步时钟信号。


4.权利要求1所述的系统，其中锁存器进一步包括置位复位(SR)锁存器，置位输入耦合接收相移的时钟信号，而置位复位输入耦合接收延迟控制器的输出信号，其中该输出信号的上升沿发生在相移时钟信号的上升沿之后的W时段。


5.权利要求1所述的系统，还包括N个功率级，N个功率级中的每个功率级都耦合供应一个公共的输出节点，N-1个功率级耦合到N-1片PWM逻辑电路的中相应的一片，其中N-1个功率级中的每个功率级都根据工作周期以及N-1个PWM信号中相应的一个PWM信号的相位来运行。


6.权利要求5所述的系统，其中耦合N个功率级中的一个功率级接收即达PWM信号PWMin。


7.权利要求1所述的系统，其中相数倍增器还包括：
一个频率同步器，以便根据接收同步时钟信号，配置产生时钟信号，其中时钟信号的频率为即达PWM信号PWMin的频率的32倍。


8.权利要求7所述的系统，其中还配置PWM逻辑电路的N-1片，用于接收移相时钟信号，产生N-1个PWM信号。


9.权利要求1所述的系统，还包括：
N个功率级，接收N个PWM信号，并且相应地配置产生N个电流检测器输出信号，其中第一功率级的第一电流检测器输出信号由PWM控制器接收，N-1片PWM逻辑电路中的每一片还包括：
一个相电流控制电路(ISHARE)，用于耦合接收来自N个功率级的N个电流检测器输出信号，其中配置ISHARE，根据N个电流检测器输出信号产生相应的精调信号，从而调节N-1个PWM信号中对应的那个PWM信号的脉冲宽度。


10.权利要求9所述的系统，其中ISHARE包括：
一个N-输入选择电路，配置接收来自N个功率级的N个电流检测器输出信号，其中配置一个选择信号，在即达PWM信号PWMin频率的N倍的频率下，选择其中一个N电流检测器输出信号；

【专利技术属性】
技术研发人员：普拉巴·乌帕德亚雅，
申请(专利权)人：万国半导体国际有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA