用于多相DC-DC变换器的多相变压器制造技术

提供了一种包括多相变压器的多相ＤＣ－ＤＣ变换器，所述多相变压器包括多个输入电压端子和变压器输出电压端子，每个输入电压端子与对应的相位相关联。将每一相位分配给所述多个输入电压端子中的一个输入电压端子，以使多相变压器的所述输入电压端子上的纹波电流最小化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例涉及功率变换器的领域，并且更具体地但又不仅 限于涉及用于多相DC-DC变换器的多相变压器。
技术介绍
直流-直流(DC-DC)变换器能够将来自电源的电能从一个电压 和电流水平转换为另一个电压和电流水平。DC-DC变换器与诸如台 式电脑、服务器和家用电子设备等各种计算系统结合使用。还可以在 诸如膝上型电脑、移动电话、个人数字助理和游戏系统的移动计算机 系统中找到DC-DC变换器。当今的微处理器可能消耗100-200W的功率。DC-DC变换器可以 用于为需要诸如0.5到2.0伏特(V)的低电压和诸如100安培(A) 或以上的大电流的处理器供电。此外，处理器的电流需求量可能在比 较宽的范围上以较高的转换速率变化。多相DC-DC变换器可以用于为计算系统提供所需的大电流、低 电压。当今的多相DC-DC变换器可以使用需要大滤波器电容且可能 不适用于单片集成的分立-电感器布局。其它的多相DC-DC变换器可 以包括多相变压器布局，该多相变压器布局不能使DC-DC变换器的 效率最大化。此外，该多相DC-DC变换器无法考虑将相位分配给多 相变压器的顺序。附图说明参照附图对本专利技术的非限制性和非穷举性的实施例进行说明，其 中除特别声明外，各图中相似的参考标记表示相似的部件。图1A是示出根据本专利技术的一个实施例的多相DC-DC变换器的方框图IB是示出根据本专利技术的一个实施例的多相DC-DC变换器的 电压波形的示图2是示出根据本专利技术的一个实施例的循环级联多相变压器的 电路图3是示出使用根据本专利技术的一个实施例的循环级联多相变压 器的DC-DC变换器平面布置的电路图4是示出根据本专利技术的一个实施例的变形循环级联多相变压 器的电路图5是示出使用根据本专利技术的一个实施例的变形循环级联多相 变压器的DC-DC变换器平面布置的电路图6A是示出根据本专利技术的一个实施例的混合循环级联多相变压 器的电路图6B是示出根据本专利技术的一个实施例的混合循环级联多相变压 器的电路图7是示出使用根据本专利技术的一个实施例的混合循环级联多相 变压器的DC-DC变换器平面布置的电路图8是示出根据本专利技术的一个实施例将相位分配给多相变压器 的逻辑和操作的流程图9A是示出根据本专利技术的一个实施例将相位分配给多相变压器 的示图9B是示出根据本专利技术的一个实施例将相位分配给多相变压器 的示图9C是示出根据本专利技术的一个实施例的效率趋势相对于不同相 数的曲线；图IO是示出根据本专利技术的一个实施例的多相DC-DC变换器的方 框图IIA是示出具有根据本专利技术的一个实施例的多相DC-DC变换器的系统的方框图；以及图11B是示出根据本专利技术的一个实施例的计算机系统的方框图。具体实施例在下面的说明书中，阐述了大量的具体细节，以便帮助全面地理 解本专利技术的实施例。然而，本领域技术人员应该理解，本专利技术的实施 例可以在没有一个和多个所述具体细节的情况下实施，或者本专利技术的 实施例可以用其它方法、部件、材料等实施。在其它实例中，没有示 出或详细描述众所周知的结构、材料或操作，以免对本说明书的理解 模糊不清。在本申请全文中提到"一个实施例"或"实施例"意味着结合实 施例描述的特定的特征、结构或特性包括在本专利技术的至少一个实施例 中。因此，在本申请全文中各处出现的短语"在一个实施例中"或"在 实施例中"不一定全指同一个实施例。此外，在一个或多个实施例中， 特定的特征、结构或特性可以以任何方式组合。在下面的说明书和权利要求书中，可以使用术语"耦合"及其派 生词。"耦合"可以意味着两个或多个元件直接接触(物理上、电气 上、磁性上、光学上等)。"耦合"也可以意味着两个或多个元件彼此 之间不是直接接触，而是相互协作或者相互作用。转向图1A，其示出多相DC-DC变换器100的实施例。在相关技 术中，多相DC-DC变换器100还可以被称为多相电压调节器模块 (VRM)。在一个实施例中，多相DC-DC变换器100是集成在管芯 上的器件。多相DC-DC变换器100包括根据此处所述实施例的多相 变压器102。多相变压器102的各种实施例将在下文进行说明。多相DC-DC变换器100在端子103上接收输入电压Vjn。将该 输入电压施加到桥接器(bridge) 104、 105、 106和107。每个桥接器 还接收相应的控制信号(Or04)。在一个实施例中，桥接器104-107 的开关控制使用脉宽调制(PWM)。尽管图1A示出具有四相的多相 DC-DC变换器，但是应该理解本专利技术的实施例并不限于具有四相的 多相变压器。通常，各相偏移360/N度的倍数，其中N是相数。例如，在图 1B中，多相DC-DC变换器100的四个相位N偏移90度的倍数，例 如90、 180、 270度。变压器的输出电压Vs具有由于桥接器进行切换所引起的残余纹波电压(以及相应的纹波电流)。在一个实施例中， 使用电容器来使该纹波电压最小化。每个桥接器104-107分别输出电压VrV4，将这些电压施加到多 相变压器102的相应端子。电压VrV4是根据控制信号(<Dr(I)4)的 开关PWM波形。针对控制信号将相位分配给桥接器的输入对应于将 相位分配给多相变压器102的输入端。相位的分配确定了每个变压器 输入端子的相移。多相变压器102产生变压器的输出电压Vs。由电容器112对电 压Vs进行滤波，以在端子114上提供多相DC-DC变换器100的输出 电压VOUT。此外，电容器112可以在负载电流突然变化的情况下稳 定输出电压V0UT。通过增加相数以及通过增加多相变压器的耦合系 数，可以减小电容器112的所需尺寸。根据此处的实施例，将相位分配给多相变压器102，以便增加 DC-DC变换器的效率。变换器的效率是变换器的功率输出和功率输 入的比率。当DC-DC变换器将电功率从输入电压电平转换为期望的 输出电压电平时会发生一些损耗。如图IB的实例所示，将相为依次分配给多相变压器102将造成 变换器的效率降低，这是由于变压器的输入电压端子上的高纹波电流 引起的。效率退化可以是低于90%几个百分点。此处所述的相位分 配将使DC-DC变换器的效率达到90%或者更高。现在，将讨论多相变压器102的实施例。应该理解的是，本专利技术 的实施例不限于这些多相变压器的实施例。同样，多相变压器不限于 此处所述的相数。可以改变多相变压器的相数以适于实施。参照图2，其示出多相变压器200的实施例。多相变压器200使 用循环级联布局。多相变压器200包括四个2相变压器。在图2的实 施例中，将四个2相变压器实施为耦合电感器Ll-L4。在一个实施例中，耦合电感器包括两个磁耦合的电感器。使这两 个电感器的绕组围绕同一个铁芯。如点符号所示，两个电感器以相同 的极性缠绕并且直接耦合(与间接耦合相对)。每个电感器的绕组数 是相同的(比例为1 : 1)。耦合电感器L1-L4上的虚线线条表示磁芯。在一个实施例中，电感器是半导体管芯上的集成电感器。将电压V,-V4分别输入到输入电压端子202-205。变压器在输出 端子206上的输出电压Vs近似为Vs= (Vj+V2+V3+V4) /4= (V,+...+VN) /N，即使在变压器端子的任一端子上出现大电流的情 况下，也是如此。输入电压端子202耦合到耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：　　　　提供包括多相变压器的多相ＤＣ－ＤＣ变换器，所述多相变压器包括多个输入电压端子和变压器输出电压端子，每个输入电压端子与对应的相位相关联；以及　　　　将每一相位分配给所述多个输入电压端子中的一个输入电压端子，以使所述多相变压器的所述输入电压端子上的纹波电流最小化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G施罗姆，P哈祖哈，J李，F帕耶，T卡尔尼克，V德，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]