具有不连续导电模式控制的多相功率调节器制造技术

本申请实施例涉及具有不连续导电模式控制的多相功率调节器。本发明专利技术揭示一种多相功率调节器(100)，其包含多个相，其并联耦合从而以输出电压(Vout)提供负载电流作为相电流的组合，每一相包含经切换以至少部分地基于比较器输出信号提供相应的相电流的至少一个功率晶体管，以及用以感测相电流的电流感测低通滤波器。调节器(100)进一步包含：gm级(102)，其至少部分地基于输出电压(Vout)来生成电流设置点电压；比较器(110)，其用以将来自电流感测低通滤波器的电压与所述电流设置点电压进行比较，及电流设置点调整电路(150)，其用以提供辅助控制信号，以响应于比较器输出的改变来降低所述电流设置点电压，且然后响应于比较器输出的另一改变来增加所述电流设置点电压。另一改变来增加所述电流设置点电压。另一改变来增加所述电流设置点电压。

【技术实现步骤摘要】
具有不连续导电模式控制的多相功率调节器
[0001]本申请是申请日为2018年4月6日、申请号为“201880030442.7”、专利技术创造名称为“具有不连续导电模式控制的多相功率调节器”的专利技术专利申请的分案申请。

技术介绍

[0002]多相功率调节器(例如降压型、升压型或降压
‑
升压型)采用多个功率级或相，其并联耦合以向负载(例如调节电压下的负载电流)供应功率。每一功率相包含一或多个功率晶体管/开关，在开关节点处连接到电感器，其中并联相共享输入和输出电容器，且其中中央控制器用于对相激活进行排序并提供相占空比控制。多相调节器通过选择地激活/撤销激活所述相来供应经调节功率，其中每一有源相基于受控的开关占空比来递送负载电流。多相调节器可经设计为在要求较低负载电流的轻/中负载下以不连续导电模式(DCM)进行操作(使得在有源相切换周期期间，相以DCM操作)，及/或在要求较高负载电流的中/重负载下以连续导电模式(CCM)操作(使得在相切换周期期间，每一相以CCM操作)，包含在一些设计中基于负载电流要求在DCM与CCM之间过渡。

技术实现思路

[0003]在所描述的实例中，一种多相功率调节器包含多个相，其并联耦合从而以经调节输出电压提供负载电流作为相电流的组合，每一相包含经切换以至少部分地基于比较器输出信号来提供相应的相电流的至少一个功率晶体管，以及用以感测电感器电流的电流感测低通滤波器。调节器进一步包括gm级，所述gm级包含跨导放大器，所述跨导放大器用以至少部分地基于输出电压生成电流设置点电压；比较器，其用以将来自所述相的低通滤波器的电压与电流设置点电压进行比较，以及生成比较器输出信号；以及电流设置点调整电路，其用以提供辅助控制信号以响应于比较器输出信号的改变而降低电流设置点电压，且然后响应于比较器输出信号的另一改变而增加到比较器的电流设置点电压。
[0004]在其它所描述的实例中，一种供用于多相调节器的电路，所述多相调节器包含并联耦合从而以经调节输出电压提供负载电流作为相电流组合的多个相，包括：相控制电路，其至少部分地基于电流设置点信号来控制相电流的生成；跨导误差放大器，其在输出处提供电流设置点信号；以及辅助控制电路，其耦合到跨导误差放大器的输出，以生成辅助控制信号来调整电流设置点信号。辅助控制电路包含电流源和在第一节点处耦合到电流源的电阻器。所述电路还包含并联耦合到电阻器的电容器和并联耦合到电阻器和介于第一节点与接地之间的第一电容器的开关。
[0005]在进一步所描述的实例中，一种供用于多相功率调节器的方法，所述多相功率调节器包含并联耦合从而以经调节输出电压提供负载电流作为相电流组合的多个相，包含通过比较器确定第一信号的量值超过来自多相功率调节器的相的电压，所述电压对应于由所述相供应的电流。响应于所述确定，该方法包括触发多相功率调节器的相以通过相电感器供应相关联相电流，以及降低到比较器的第一信号的量值。在降低第一信号的量值度之后，所述方法然后包含增加第一信号的量值。
附图说明
[0006]图1A和1B(统称为图1)根据实例实施例说明多相开关功率调节器的实例，包含用于生成辅助斜坡控制表面的实例电流设置点调整电路。
[0007]图2根据实例实施例说明在使用辅助斜坡控制表面的不连续导电模式(DCM)期间多相调节器的操作的实例波形。
[0008]图3根据实例实施例说明在其中多相调节器的相开始重叠的DCM操作期间多相调节器的额外实例波形。
[0009]图4根据实例实施例说明在其中多相调节器的相开始重叠的DCM操作期间多相调节器的额外实例波形。
[0010]图5根据实例实施例说明在其中多相调节器的相从DCM到CCM操作过渡中进一步重叠的DCM操作期间的多相调节器的额外实例波形。
[0011]图6根据实例实施例说明基于使用相同的辅助斜坡控制表面的CCM期间的SMPS的实例波形。
[0012]图7根据实例实施例展示方法的实例。
具体实施方式
[0013]多相开关功率调节器采用并联耦合的多个功率级来产生经调节输出电压。多相调节器内的触发每一相接通的控制电路通常使用“控制表面”来确定何时接通给定相。控制表面可为指示何时启用相的信号或多个信号之间的关系。在DCM操作期间有用的控制表面在CCM操作期间不一定有用。此外，鉴于调节器在输出电压上使用的控制表面类型(例如，产生不连续性和噪声)，DCM和CCM操作之间的过渡可能会出现问题。
[0014]实例实施例针对采用特定辅助斜坡控制表面的多相开关(功率)调节器，所述辅助斜坡控制表面能够在DCM操作期间以及CCM操作期间控制调节器，包含提供DCM和CCM操作之间的平滑过渡。即使在较高DCM操作范围内的电流电平期间，调节器仍继续提供经调节输出电压。
[0015]图1(展示为图1A和1B)根据本说明书展示包含用于生成辅助斜坡控制表面的实例电流设置点调整电路的多相开关调节器100(也称为开关模式电力供应器或SMPS)的实例。
[0016]参考图1A，实例性多相开关调节器100包含多相控制电路，包含gm(跨导)级102(其将电压转换为电流)、比较器110、电流设置点调整电路150和逻辑电路120。参考图1B，实例降压调节器100包含相130a到130d，在此实例中，相130a到130d包含在开关节点131c到134c(SW1到SW4)处连接到相电感器L1到L4的高/低侧开关(功率)晶体管13la/131b到134a/134b。定时器/驱动器132a到132d(当被来自逻辑电路120的触发信号TRIG1到TRIG4触发时)向高/低侧开关晶体管提供占空比控制的栅极驱动。对于有源相，相电流通过相电感器L1到L4提供给电流求和节点135，所述电流求和节点135与由Rload表示的负载并联地耦合到共享输出电容器COUT。电流感测滤波器R1C1到R4C4在相应的开关节点131c到134c和输出节点131e到134e之间横跨相电感器L1到L4连接，从而通过求和节点145将电流感测反馈提供到图1A的控制电路，作为电流感测斜坡信号149(到比较器110的输入)。
[0017]图1中的实例多相开关调节器100基于降压拓扑。在其它实例中，根据实例实施例包含使用辅助斜坡控制表面的电流设置点调整的相控制方法可以适用于其它开关调节器
拓扑，例如升压和降压
‑
升压。
[0018]图1中的实例多相开关调节器100基于具有高/低侧电源开关13la/13lb到134a/134b的同步功率级。在此实例中，未展示DCM操作终止低侧相以防止电感器电流反向所需的机制/电路，例如零电流比较器或其它检测器(对于CCM操作，任何电感器电流均不会达到零)。在其它实例中，实施零电流检测以防止DCM中的电感器电流反向的另一种方法为使用异步功率级。通过使用二极管代替低侧功率开关13lb到134b，根据实例实施例的包含使用辅助斜坡控制表面的电流设置点调整的相控制方法可以适用于异步功率级，例如图1中的实例。异步功率级的使用消除电感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多相功率转换器，其包括：多个电路，其并联耦合从而以经调节输出电压提供负载电流作为相电流的组合，每个电路包含经配置以至少部分地基于比较器输出信号提供相应的相电流的至少一个功率晶体管，以及用以感测所述相电流的电流感测低通滤波器；gm级，其包含跨导放大器，经配置以至少部分地基于所述输出电压来生成电流设置点电压；比较器，其用以将来自所述电路的所述电流感测低通滤波器的电压与所述电流设置点电压进行比较，并生成所述比较器输出信号；及电流设置点调整电路，其耦合到所述gm级的输出和所述比较器的输出，所述电流设置点调整电路响应于所述比较器输出信号的改变而提供辅助控制信号以降低所述电流设置点电压，且然后响应于所述比较器输出信号的另一改变，增加提供到所述比较器的所述电流设置点电压。2.根据权利要求1所述的转换器，其中所述电流设置点调整电路包含由所述比较器输出信号控制的开关。3.根据权利要求1所述的转换器，其中所述gm级包含补偿电容器，且所述电流设置点调整电路包含：电流源；电阻器，其耦合到所述电流源，且在第一节点处耦合到所述补偿电容器；第一电容器，其并联耦合到所述电阻器；及开关，其并联耦合到所述电阻器和并联耦合到所述第一节点和接地之间的所述第一电容器；所述辅助控制信号，其在所述第一节点处提供。4.根据权利要求3所述的转换器，其中所述开关包含由所述比较器输出信号控制的控制输入。5.根据权利要求3所述的转换器，其中所述第一节点通过所述补偿电容器电容性地耦合到所述跨导放大器的输出。6.根据权利要求3所述的转换器，其中：所述开关响应于所述比较器输出信号变为逻辑高而接通，从而致使所述电流设置点电压降低；响应于所述电流设置点电压的所述降低，所述比较器输出信号变为逻辑低，从而致使所述开关关断；及响应于所述开关关断，所述电流设置点电压根据由所述电阻器的电阻和所述第一电容器的电容设置的时间常数而增加。7.根据权利要求1所述的转换器，其中所述转换器经配置以选择性地在连续导电模式及不连续导电模式下运作，且所述电流设置点调整电路在不连续导电模式期间和在连续导电模式期间增加和降低所述电流设置点电压。8.一种供用于多相调节器的电路，所述电路包括：相控制电路，其用以至少部分地基于电流设置点信号来控制所述多相调节器的相电流的生成；
跨导放大器，其用以在输出处提供所述电流设置点信号；及辅助控制电路，其耦合到所述跨导放大器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：