用于功率级的自动电流共享制造技术

本装置和相关方法涉及根据确定相位电流是否高于或低于所有相输出电流的平均值，来调制N个交错的功率级中的每一个的工作周期。在说明性示例中，工作周期调制可以在上升沿或下降沿上增加或减少延迟，这可以微调相位PWM信号，从而将相位电流校正为平均相位电流。例如，可以通过比较电阻两端的电压极性，来确定调制方式，该电阻在表示平均相位电流(IMON/N)的信号和相应的相位电流之间延伸。通过使用延迟调制引擎，功率级可以本地且自主地改变PWM信号的脉冲宽度，以基本平衡所有交错功率级之间的相位电流。

【技术实现步骤摘要】
用于功率级的自动电流共享
各个实施例主要涉及多功率级。
技术介绍
电子器件，也被称为负载，接收来自不同电子电源的功率。例如，某些电源可以在壁装电源插座处耦合到负载装置(例如，从主电源)，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。开关电源由于其高效率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
本专利技术提供的装置和相关方法涉及调制N个交错的功率级中每个响应的功率级中的工作周期，以确定相位电流高于或低于所有相位输出电流的平均值。在说明性示例中，工作周期调制可能会增加或减少上升沿或下降沿上的延时，从而精确调节相位PWM信号，将相位电流校正到平均相位电流。例如，可以通过比较电阻两端的电压极性来确定调制方式，该电阻表示平均相位电流(IMON/N)的信号和相应的相位电流之间的延伸。通过使用延迟调制引擎，功率级可以在本地且自主地更改PWM信号的脉冲宽度，以实质性平衡所有交错功率级之间的相位电流。各种实施例可以实现一个或多个优点。举例来说，PWM控制器可使用来自N个交错相位中的每一相(例如，功率级)的电流感测信号来改变到每一级的PWM信号，以便平衡从每一相供应的输出电流。在各个实施例中，每个相中的功率级可能能够自我调节其自身的输出电流以匹配由其他N-1个交错相提供的平均电流，以实现相位之间的电流平衡。可以有利地通过每个功率级单独地实现这种电流平衡，而无需通过例如PWM控制器的直接干预。多相电源中任意数量的交错相的总输出电流可以报告给PWM控制器。在一些实施方式中，适合于平衡电流的电路可以与一些现有功率级架构向后兼容。可以在每个阶段中都实现电流共享，例如，通过将每级平均电流与将来自所有级的电流求和的复合平均电流进行比较来实现。基于比较，可以在每个相应的功率级控制电路中进行工作周期调整，以使相应的平均级电流基于平均复合电流进行基本调节。在一些实施例中，每个功率级集成电路(IC)可以采用相同的平均输出电流引脚(例如，IMON)来将级电流信号反馈到例如公共PWM控制器上。因此，PWM控制器可以使用一个引脚来接收代表来自多个功率级的所有交错相位输出电流的反馈信号。在使用延迟调制引擎的一些实施方式中，可以通过设计PWM控制器，有效地减少引脚数。因此，可以减小PWM控制器的封装尺寸。在一些实施例中，由于每个功率级都可能能够调节其自身的电流，以实现各相位之间的电流平衡而无需PWM控制器的干预，因此可以有利地简化PWM控制器的设计和操作。在一些实施例中，具有延迟调制引擎的实施例的新的智能功率级(SPS)可能能够用于例如多相位应用中。在一些实施例中，可以有利地减少在数字或模拟电流共享方案中使用的PWM控制器的总数。一些实施例还可以包括一个或多个相位倍增器或相位乘法器，以提供更多的PWM信号。功率级的输出电流信号可以由相位倍增器或相位乘法器接收。通过使用具有延迟调制引擎的功率级，可以有利地减小引脚数量，从而减小相位倍增器或相位乘法器的封装尺寸。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表示一个带有典型的智能功率级(SPS)系统的功率转换器。图2表示功率转换器中典型的SPS系统和PWM控制器之间的连接。图3A表示SPS系统中典型的SPS的结构。图3B表示SPS中典型的延迟模块引擎(DME)的结构。图4A表示输入的PWM信号和典型的工作周期调制PWM信号的时序图。图4B表示输入的PWM信号和典型的工作周期调制PWM信号的时序图。图5表示调节接收到的PWM信号的工作周期的典型方法的流程图。各个附图中相似的参考符号指示相似的元件。具体实施方式首先，参照图1简要介绍具有示例性的智能功率级(SPS)的功率转换器。其次，参考图2-4B，讨论转向示出了智能功率级的体系结构的示例性实施例。然后，参照图5，提出了进一步的解释性讨论，以解释产生调节输入的PWM信号的工作周期的方法。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。一种被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智能功率级系统的功率转换器。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包括控制到相位关联的功率开关的输入端的脉冲宽度调制器(PWM)控制器125，例如这样可以降低输出电容。在说明性示例中，PWM控制器125以fsw的频率产生具有命令工作周期的一个或多个输入的脉冲宽度调制信号(例如，PWM1信号1301、PWM2信号1302、……PWMn信号130n)。功率转换器120还包括一个智能功率级(SPS)系统135。SPS系统135包括N个智能功率级。N个功率级135的每个功率级(例如SPS1、SPS2、……、SPSn)都接收产生的PWM信号中的一个信号(例如1301、1302、……、130n)，根据其各自的SPS，PWM信号中的每个信号都有一个交错的相位(例如延时)。每个功率级都传递一个功率级输出信号(PWM1’、PWM2’、……、PWMN’)，以便通过输出电路140提供受控级输出电路(Iout1、Iout2、Iout3、Iout4)，为负载产生一个基本平衡的功率共享。在不同的实施例中，输出电路140可以含有一个或多个电感元件(例如通过一个电感器耦合串联在SPSi的输出端和公共负载节点之间)，其可以包括例如在级之间的耦合或解耦绕组。参照图2，更详细地描述SPS系统135和PWM控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率转换系统，其特征在于，包括：/nN个功率级，通过各自的输出信号可操作性地相互交叉耦合将它们各自的输出电流提供给一个公共输出节点，N个功率级中的每一个功率级都适用于接收相应的脉冲宽度调制信号，其中每个功率级都包括一个延时调制引擎DME，包括：/n一个第一输入节点，耦合接收第一信号，第一信号表示相应的功率级的输出电流信号；/n一个第二输入节点，耦合接收第二信号，第二信号表示N个输出电流的平均值；/n一个检测电路耦合到第一输入节点和第二输入节点上，配置用于确定第一信号和第二信号之间的差值；/n一个处理电路，耦合接收表示来自检测电路差值的信号，并且通过在相应的脉冲宽度调制信号的一个边沿施加延时，产生相应的输出信号。/n

【技术特征摘要】
20190529 US 16/425,5341.一种功率转换系统，其特征在于，包括：
N个功率级，通过各自的输出信号可操作性地相互交叉耦合将它们各自的输出电流提供给一个公共输出节点，N个功率级中的每一个功率级都适用于接收相应的脉冲宽度调制信号，其中每个功率级都包括一个延时调制引擎DME，包括：
一个第一输入节点，耦合接收第一信号，第一信号表示相应的功率级的输出电流信号；
一个第二输入节点，耦合接收第二信号，第二信号表示N个输出电流的平均值；
一个检测电路耦合到第一输入节点和第二输入节点上，配置用于确定第一信号和第二信号之间的差值；
一个处理电路，耦合接收表示来自检测电路差值的信号，并且通过在相应的脉冲宽度调制信号的一个边沿施加延时，产生相应的输出信号。


2.权利要求1所述的功率转换系统，其特征在于，其中检测电路还包括一个耦合在第一输入节点和第二输入节点之间的电阻。


3.权利要求1所述的功率转换系统，其特征在于，其中检测电路决定第一信号和第二信号之间差值的符号。


4.权利要求3所述的功率转换系统，其特征在于，所加载的延时为第一信号和第二信号之间差值符号的函数。


5.权利要求4所述的功率转换系统，其特征在于，检测电路还包括一个比较电路，用于确定第一信号和第二信号之间差值的幅度是否处于预设的阈值之内。...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·麦肯齐，
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