CN103280974B - 多相开关模式电源及其控制电路和控制方法 - Google Patents

多相开关模式电源及其控制电路和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多相开关模式电源及其控制电路和控制方法。多相开关模式电源SMPS包括：N个开关电路耦接至输出节点，其中每个开关电路包括一个开关，多相SMPS在输出节点提供输出电压，其中N为自然数;多个比较电路，每个比较电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接阈值电压，第二输入端耦接输出电压反馈信号，输出端提供负载指示信号;以及控制单元，具有多个输入端和N个输出端，其中每个输入端接收一个负载指示信号，每个输出端提供一个控制信号至相应开关，控制单元用于根据负载指示信号选择性地同时导通n个开关，其中n为不大于N的自然数。该多相SMPS能适应不同的瞬态负载水平，具有响应准确及时等优点。

Description

多相开关模式电源及其控制电路和控制方法
本发明要求申请号为13/530，290，申请日期为2012年6月22日的美国专利申请的优先权。
技术领域
本发明涉及开关模式电源(SMPS)，具体但不限于涉及多相SMPS及其控制电路和负载瞬态控制方法。
背景技术
多相SMPS由于能提供大电流而被普遍应用，如用于微处理系统等。图1示出了一个现有技术的多相SMPS。多相SMPS100具有N相的开关电路P1-PN，开关电路P1-PN具有共同的输入端Vin和输出端Vout。输出端Vout为负载提供电能。多相SMPS100的每个开关电路如开关电路P1包括开关S1，在开关S1的开关动作下开关电路P1为负载提供电流。开关S1-SN在多个控制信号的控制下依次导通。然而在负载瞬态状况下，即负载突然增大等情况下，SMPS100需要通过同时将开关S1-SN导通来提供足够的电流。
因此在负载瞬态状况下需要进行瞬态控制。而且，瞬态控制最好可以适应不同的瞬态负载水平。
发明内容
为了解决前面描述的一个问题或者多个问题，本发明提出一种多相SMPS及其控制电路和控制方法。
根据本发明的一个方面，一种多相开关模式电源(SMPS)包括：N个开关电路耦接至输出节点，其中每个开关电路包括一个开关，多相SMPS在输出节点提供输出电压用于为负载供电，其中N为自然数;多个比较电路，每个比较电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接阈值电压，第二输入端耦接输出电压的反馈信号，输出端提供负载指示信号;以及控制单元，具有多个输入端和N个输出端，其中每个输入端耦接相应比较电路的输出端用于接收一个负载指示信号，每个输出端提供一个控制信号至相应开关的控制端，其中控制单元用于根据负载指示信号选择性地同时导通n个开关，其中n为不大于N的自然数。
在一个实施例中，每个负载指示信号具有预定的索引参数，所述索引参数为不大于N的自然数，且越小的阈值电压对应越大的索引参数，当反馈信号低于阈值电压时相应的负载指示信号处于有效状态，其中n等于处于有效状态的负载指示信号的索引参数的最大值。
在一个实施例中，其中每个开关Si具有序号i(i=1，2…N)，其中：当m+n-1不大于N时，n个开关包括从开关Sm至S(m+n-1)同时导通，其中m代表当前序号;或者当m+n-1大于N时，n个开关包括从开关Sm至SN以及开关S1至S(m+n-N-1)同时导通。
在一个实施例中，多相SMPS包括N个比较电路，其中当反馈信号低于阈值电压时相应的负载指示信号转变为有效状态，其中当n个负载指示信号为有效状态时，n个开关同时导通。
在一个实施例中，多相SMPS进一步包括N个非门，其中：每个开关电路包括同步整流管;以及每个非门包括输入端和输出端，其中输入端耦接控制单元相应的输出端，输出端耦接相应的同步整流管。
在一个实施例中，多个比较电路包括第一比较电路，第一比较电路耦接最大的阈值电压，其中当第一比较电路输出一脉冲时，一个开关被导通并维持固定导通时间。
在一个实施例中，耦接到多个比较电路的阈值电压呈等差数列递减。
在一个实施例中，多相SMPS进一步包括耦接在输出节点和参考地之间的输出电容，其中每个开关电路进一步包括：整流器，耦接在对应的开关和参考地之间;以及电感，具有第一端和第二端，其中第一端耦接对应开关和整流器，第二端耦接输出节点。
在一个实施例中，多相SMPS进一步包括加法电路，加法电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接反馈信号，第二输入端耦接斜率补偿信号，输出端耦接所述多个比较电路的第二输入端。
在一个实施例中，多相SMPS进一步包括：数模转换电路(DAC)，具有输入端和输出端，其中输入端耦接控制单元;以及电阻分压电路，包括串联耦接的多个电阻，电阻分压电路具有耦接第一电阻的第一输入端，耦接最后一个电阻的第二输入端以及多个输出端，其中第一输入端耦接DAC的输出端，第二输入端耦接参考地，多个输出端用于提供多个阈值电压。
在一个实施例中，多相SMPS进一步包括反馈电路，反馈电路具有输入端和输出端，其中输入端耦接输出节点，输出端提供反馈信号。
根据本发明的另一个方面，一种控制电路包括：反馈端，用于接收反馈信号;多个控制信号输出端;多个比较电路，每个比较电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接反馈端、第二输入端耦接阈值电压，输出端提供一个负载指示信号;以及控制单元，具有多个输入端和多个输出端，其中多个输入端一对一耦接多个比较电路的输出端，多个输出端一对一耦接多个控制信号输出端用于提供多个脉冲宽度调制(PWM)信号，控制单元用于根据多个负载指示信号的状态选择性地同时将一定数量的PWM信号置高。
在一个实施例中，当反馈信号低于阈值电压时，相应的负载指示信号为有效状态，当n个负载指示信号为有效状态时，n个PWM信号同时置高。
在一个实施例中，控制电路进一步包括：DAC，具有输入端和输出端，其中输入端耦接控制单元;以及电阻分压电路，包括串联耦接的多个电阻，电阻分压电路具有耦接第一电阻的第一输入端，耦接最后一个电阻的第二输入端以及多个输出端，其中第一输入端耦接DAC的输出端，第二输入端耦接参考地，多个输出端用于提供多个阈值电压。
根据本发明的又一个方面，一种用于多相SMPS的负载瞬态控制方法，其中多相SMPS具有耦接N个开关的输入端和提供输出电压的输出端，该方法包括：将输出电压的反馈信号和多个阈值电压进行比较;基于比较结果判断多相SMPS的负载水平;以及根据负载水平选择性地同时导通n个开关，其中n为不大于N的自然数。
在一个实施例中，该方法更具体包括：将反馈信号和多个阈值电压Vth1、Vth2…Vthf相比较获得多个负载指示信号，其中Vth1＞Vth2＞…Vthf，其中f为从2到N的任意自然数;为每个负载指示信号设置一个索引参数，索引参数为不大于N的自然数，其中当反馈信号低于阈值电压时相应的负载指示信号为有效状态;找出处于有效状态的负载指示信号的索引参数的最大值;以及同时导通n个开关，其中n等于索引参数的最大值。
在一个实施例中，每个开关Si对应的序号为i(i=1，2…N)：若m+n-1不大于N，将开关从Sm至S(m+n-1)同时导通，其中m代表当前序号;或者若m+n-1大于N，将开关从Sm至SN以及从开关S1至S(m+n-1-N)同时导通。
根据本发明的实施例所提供的电路和瞬态控制方法能适应不同的瞬态负载水平，具有响应准确及时等优点。
附图说明
为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明的实施例进行描述。这些附图仅用于示例。附图通常仅示出实施例中系统或电路的部分特征。
图1示出了现有技术的多相SMPS的示意图;
图2A示出了根据本发明一实施例的多相SMPS的示意图;
图2B示出了根据本发明一实施例的包括同步整流管的多相SMPS的示意图;
图2C示出了根据本发明一实施例的具有外部补偿的多相SMPS的示意图;
图3A示出了根据本发明一实施例的多相SMPS中一些信号的波形图;
图3B示出了根据本发明一实施例的带外部补偿的多相SMPS中一些信号的波形图;
图4A示出了根据本发明一实施例的多相SMPS第一状态下的多个信号波形图，其中该多个信号包括瞬态状况下的多个控制信号;
图4B示出了根据本发明一实施例的多相SMPS第二状态下的多个信号波形图，其中该多个信号包括瞬态状况下的多个控制信号;
图5示出了根据本发明一实施例的具有数模转换器和电阻分压器的多相SMPS;
图6示出了根据本发明一实施例的多相SMPS的负载瞬态控制方法;
图7A、图7B和图7C中的每个图示出了根据本发明多个实施例的多相SMPS中的负载指示信号系列及其对应的索引参数。
贯穿所有附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或特征。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在下面对本发明的详细描述中，为了更好地理解本发明，描述了大量的细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。为了清晰明了地阐述本发明，本文简化了一些具体结构和功能的详细描述。此外，在一些实施例中已经详细描述过的类似的结构和功能，在其它实施例中不再赘述。尽管本发明的各项术语是结合具体的示范实施例来一一描述的，但这些术语不应理解为局限于这里阐述的示范实施方式。
图2A示出了根据本发明一实施例的多相SMPS200A的示意图。多相SMPS200A包括N个开关电路P1、P2….PN，N个比较电路CMP1、CMP2…CMPN以及控制单元21。N个开关电路P1、P2…PN一起耦接到输出端OUT。每个开关电路Pi包括一个耦接在输入电压Vin和开关节点SWi之间的开关Si，其中i为从1到N的自然数。每个开关电路如开关电路Pn进一步包括整流器Dn和电感Ln。整流器Dn耦接在对应的开关Sn和参考地GND之间。开关节点SWn为开关Sn和整流器Dn的公共节点。电感Ln具有耦接到开关节点SWn的第一端251和耦接到输出节点OUT的第二端252。多相SMPS200A进一步包括耦接在输出节点OUT和参考地GND之间的输出电容Co。经过开关S1、S2…SN的交替导通和关断以及电感Ln和输出电容Co的滤波，输入电压Vin被转换成低于输入电压Vin的输出电压Vout。每个开关电路中的电流如电流In从开关电路Pn流向输出节点OUT。在正常的稳态运行模式中，即负载水平稳定的情况下，开关S1、S2…SN一个接一个地依次导通。多相SMPS200A在输出节点OUT提供输出电压Vout，为负载201供电，流经负载201的电流为流经各开关电路P1、P2…PN的电流之和。然而，当负载瞬态状况被检测到后，如输出电压Vout低于一预定参考电压时，多个开关电路中的开关同时导通。多相SMPS200A采用降压变换器。然而在另一个实施例中，多相SMPS可采用升压变换器。在又一个实施例中，多相SMPS可采用降压-升压变换器或其它类型的电压变换器。
多相SMPS200A可进一步包括反馈电路24，其中反馈电路24具有输入端241和输出端242。输入端241耦接输出节点OUT，输出端242提供反馈信号VFB。在一个实施例中，反馈信号VFB和输出电压Vout成正比。在另一个实施例中，反馈电路包含加法电路，反馈信号VFB为输出电压检测值和斜率补偿信号如锯齿波信号的叠加信号。
每个比较电路如比较电路CMPn具有第一输入端231、第二输入端232和输出端233。其中第一输入端231耦接反馈信号VFB。第二输入端232耦接阈值电压Vthn，输出端233耦接控制单元21的输入端21n。也就是说，对于比较电路CMPi(i=1，2…N)，其第一输入端耦接同一个反馈信号VFB，其第二输入端耦接阈值电压Vthi，其输出端提供负载指示信号LISi发送至控制单元21。
在图示的实施例中，比较电路CMPn的第一输入端231为反相输入端，第二输入端232为同相输入端。当反馈信号VFB低于阈值电压Vthn时，相应的负载指示信号LISn为逻辑高，为有效状态。当反馈信号VFB高于阈值电压Vthn时，相应的负载指示信号LISn为逻辑低，为无效状态。在另一个实施例中，阈值电压耦接比较电路的反相端，反馈信号耦接比较电路的同相端，则负载指示信号的有效状态为逻辑低，无效状态为逻辑高。
控制单元21具有N个输入端211、212…21N;N个输出端221、222…22N。N个输入端21i(i=1，2…N)一对一耦接多个比较电路CMPi(i=1，2…N)的输出端，用于接收相应的负载指示信号LISi。控制单元21的多个输出端22i(i=1，2…N)一对一耦接N个开关Si(i=1，2…N)的控制端用于提供控制信号CSi(i=1，2…N)。例如，比较电路CMPn的输出端耦接开关Sn的控制端。
在图2A所示的实施例中，控制电路20包括多个比较电路CMP1、CMP2…CMPN和控制单元21。控制电路20具有反馈端FB和多个控制信号输出端OT1、OT2…OTN。每个比较电路如比较电路CMPn具有耦接反馈端FB的第一输入端231，耦接阈值电压Vthn的第二输入端和提供负载指示信号LISn的输出端。控制单元21具有多个输入端211、212…21N，分别一对一耦接多个比较电路CMP1、CMP2…CMPN的输出端用于接收负载指示信号LIS1、LIS2…LISN。控制单元21进一步具有多个输出端221、222…22N，分别一对一耦接多个控制信号输出端OT1、OT2…OTN。多个控制信号输出端OT1、OT2…OTN分别提供N个脉冲宽度调制(PWM)信号CS1、CS2…CSN。在图示的实施例中，阈值电压Vth1＞Vth2＞…VthN。当反馈端FB的反馈电压正好小于Vthn时，n个负载指示信号LIS1、LIS2…LISn处于有效状态，n个PWM信号置为逻辑高，同时将n个开关导通。
在图2A所示的实施例中，整流器Di(i=1、2…N)为二极管。然而在如图2B所示的实施例中，整流器可为同步整流管SRi(i=1、2…N)。在图2B所示的实施例中，每个开关电路如开关电路P1进一步包含非门26，非门26具有耦接控制信号C51的第一输入端261和耦接对应整流器SR1的输出端262。
和图2A中的控制电路20相比，图2B所示实施例中的控制电路20B进一步包括：对应N个开关电路P1、P2…PN的N个非门;以及N个整流输出端RC1、RC2…RCN。以整流输出端RC1为例，非门26的输入端261耦接控制单元21的输出端221，非门26的输出端262耦接对应的整流输出端RC1。控制电路20B控制开关S1、S2…SN和整流器SR1、SR2…SRN的开关动作。在一个实施例中，对每一个开关电路如开关电路P1来说，开关S1和整流器SR1以互补模式进行导通和关断。
在一个实施例中，参看图2C，多相SMPS200C和控制电路20C进一步包括加法电路27，将反馈信号VFB和斜率补偿信号如锯齿波信号进行叠加，用于进行外部补偿。其中加法电路27具有接收反馈信号VFB的第一输入端271，接收斜率补偿信号的第二输入端272，以及输出端273。其中输出端273耦接各比较电路CMP1、CMP2…CMPN的反相输入端。相应地，阈值电压Vth1、Vth2…VthN可为直流(DC)信号。
在另一个实施例中，比较电路CMP1、CMP2…CMPN的反相输入端接收反馈信号VFB，而阈值电压Vth1、Vth2…VthN为锯齿波电压信号。
在一个实施例中，多相SMPS200A或200B为固定导通时间(COT)变换器。COT变换器在预定条件满足时触发控制信号CSi(i=1，2…N)用于导通一开关，例如当输出电压Vout低于第一阈值电压Vth1时一控制信号置为逻辑高，并保持固定导通时间后置低。该固定导通时间可经输入电压Vin和输出电压Vout进行调节。
每个负载指示信号LSi具有预定的索引参数IDi，其中索引参数IDi为不大于N的自然数。索引参数IDi为每个负载指示信号设置的数字值。当其中一个负载指示信号为有效值时，其索引参数用于决定瞬态状况下多少个开关同时导通。
在图2A所示的实施例中，阈值电压依次递减，即：Vth1＞Vth2＞…VthN，每个负载指示信号LISi的索引参数IDi等于其序号i，可以表示为IDi=i(i=1，2…N)。因此当n个负载指示信号(LIS1、LIS2….LISn)为有效状态时，最大的索引参数为n，n个PWM信号置高用于同时开通n个开关。
在一个实施例中，一多相SMPS包括N个开关电路和小于N个的比较电路。负载指示信号对应的索引参数可不等于其序号。例如，一多相SMPS包括N个开关电路和f个比较电路CMP1、CMP2…CMPf，其中f为小于N的自然数。f个比较电路将一反馈信号与f个阈值电压Vth1，Vth2，…Vthf分别进行比较，产生f个负载指示信号LIS1，LIS2…LISf，其中Vth1＞Vth2＞…Vthf。多相SMPS控制器具有f个输入端用于接收f个负载指示信号，同时具有N个输出端提供N个控制信号CS1，CS2…CSN。负载指示信号LISi的索引参数可为任意不大于N的自然数(i=1，2…f)，只需满足ID1＜…＜IDf，即越小的阈值电压对应越大的索引参数。
图7A、图7B和图7C示出了一些实施例用于说明负载指示信号可能的索引参数。图7A、图7B和图7C中的每个实施例示出了具有10相开关电路的多相SMPS的一系列负载指示信号和其对应的索引参数，
图7A示出了根据本发明一实施例的具有10相开关电路的多相SMPS的负载指示信号LIS1-LIS6和其索引参数ID1-ID6。其中当反馈信号VFB小于阈值电压Vthi(i=1，2…6)时，负载指示信号LISi为有效状态，阈值电压Vth1＞Vth2＞…＞Vth6。信号LIS1，LIS2…LIS6的索引参数分别为1、2、4、6、8和10。因此，当仅有信号LIS1和LIS2为有效状态时，信号LIS1和LIS2的索引参数最大值为2，相应地2个开关电路中的开关将被同时导通用于瞬态控制。当信号LIS1、LIS2、LIS3和LIS4处于有效状态时，对应的最高索引参数为6，因此6个开关将被同时导通用于瞬态控制。当所有的负载指示信号LIS1、LIS2…LIS6都处于有效状态时，对应的最高索引参数为10，10个开关电路中的10个开关将被同时导通。
图7B示出了根据本发明一实施例的包括10个开关电路的多相SMPS中的负载指示信号LIS1、LIS2…LIS6及其索引参数。和图7A中的实施例相比，图7B中的索引参数ID6为8，而不是10，也就是说当所有的负载指示信号LIS1、LIS2…LIS6都为有效状态时，8个开关将被同时导通用于瞬态控制。
图7C示出了根据本发明另一实施例的包括10个开关电路的多相SMPS中的负载指示信号LIS1-LIS4及其索引参数。和图7A和图7B中的实施例相比，图7C中的多相SMPS实施例具有更少的比较电路，只产生4个负载指示信号。
图3A示出了根据本发明一实施例的多相SMPS的信号波形图。耦接到比较电路CMP1、CMP2…CMPN反相输入端的信号VFB为输出电压Vout反馈信号和锯齿波信号的叠加信号。阈值电压Vth1、Vth2…VthN依次减小Vth1＞Vth2＞…VthN。在一个实施例中，阈值电压Vth1、Vth2…VthN呈等差数列递减：Vth1-Vth2＝Vth2-Vth3…＝Vthn-Vth(n+1)…＝Vth(N-1)-VthN。输出电压Vout的反馈信号VFB分别和多个阈值电压进行比较。例如，将信号VFB与阈值信号Vth1比较用于产生第一负载指示信号LIS1，将信号VFB与阈值信号Vth2比较用于产生第二负载指示信号LIS2，等等。在时间t1之前，在稳态工作模式下，信号LIS1呈现较高频的周期性脉冲(方波)，其它负载指示信号为无效状态。当负载上升时，信号VFB下降，在时间t2后，信号VFB小于第二阈值电压Vth2，信号LIS2呈现电平。
在时间t1之前的稳态模式下，信号LIS1呈现周期脉冲，其它负载指示信号LIS2、LIS3…LISN为逻辑低，即无效状态。当负载瞬态上冲时，其它负载指示信号变为有效状态。在所示的实施例中，负载指示信号LISi的有效状态为逻辑高。当然应当知道，在另外的实施例中，负载指示信号的有效状态可为逻辑低而无效状态为逻辑高。在时间t2和t3之间，负载指示信号LIS1和LIS2为逻辑高。随着负载的升高，在时间t3和t4之间，负载指示信号LIS1、LIS2和LIS3为逻辑高。在时间t4和t5之间，信号LIS1、LIS2…LIS(N-1)为逻辑高。
在所示的实施例中，负载指示信号LISi的索引参数IDi=i(i=1、2…N)。例如，在时间t2和t3之间，负载指示信号LIS1和LIS2为有效状态，处于有效状态的负载指示信号的最大索引参数为2，控制信号CS1、CS2…CSN之中的2个信号置高用于同时使2个开关导通。当两个开关同时导通时，提供给负载的电流增大，多相SMPS就能适应负载瞬态上升变化了。同样地，随着负载的上升，在时间t4和t5之间，N-1个负载指示信号LIS1、LIS2…LIS(N-1)处于有效状态，有效状态的负载指示信号的最大索引参数为N-1，使得N-1个开关被同时导通。
图3B示出了根据本发明一实施例的多相SMPS的信号波形图。在这个实施例中，反馈信号VFB为输出电压Vout的检测值。在其中一个实施例中，反馈信号VFB正比于输出电压Vout，且每个阈值电压Vthi为一直流信号和一锯齿波信号的叠加值。在一个实施例中，叠加到阈值电压Vth1、Vth2…VthN的锯齿波信号大致相同，其中阈值电压Vth1、Vth2…VthN中的直流信号d1、d2…dN依次下降。在一个实施例中，阈值电压Vth1、Vth2…VthN中的直流信号d1、d2…dN的值为等差数列。
输出电压Vout的反馈信号VFB和多个阈值电压Vth1、Vth2…VthN分别相比。例如，将信号VFB和阈值电压Vth1相比较得到第一个负载指示信号LIS1，将信号VFB和Vth2比较得到第二个负载指示信号LIS2，等等。在时间t11之前的稳态阶段，信号LIS1呈现周期性脉冲。当负载上升，反馈信号VFB下降。在时间t12后，信号VFB低于第一阈值电压Vth1，负载指示信号LIS1呈现高电平。时间t13后，信号VFB下降到低于阈值Vth2，信号LIS2为高电平。当信号VFB低于阈值电压Vthi时，信号LISi呈现高电平(其中i=1，2…N)。
继续图3B的说明，当阈值电压高于反馈信号VFB时，信号LISi变高，即在负载瞬态上升阶段，一些负载指示信号变为有效状态。在图示的实施例中，有效状态为高电平。
在时间t13和t14之间，负载指示信号LIS1和LIS2为有效状态，其最高索引参数为2。因此开关S1、S2…SN中的两个开关同时导通。依次类推。在时间t15和t16之间，N-1个开关同时导通。
图4A示出了根据本发明一实施例的对应图2A-2C中的多相SMPS的信号图。在该实施例中，当负载指示信号LIS1、LIS2…LISn为有效状态时，控制信号CS1、CS2…CSN之中的n个控制信号置高用于使n个开关同时导通。每个开关Si的序号为i(i=1，2…N)，该n个同时被导通的开关序号连续。
参看图4A，在时间t43前，多相SMPS处于稳态模式，控制信号CS1、CS2…CSN交替依次导通各开关。在一个实施例中，当耦接最大阈值电压的比较电路输出端或负载指示信号出现脉冲时，控制信号CSm置高将开关Sm导通一固定时间。在稳态模式中，开关S1-SN按照预定的顺序依次导通，开关Si位于第i相开关电路(其中i=1，2…N)，m代表当前序号，即若在稳态模式下按顺序控制信号CSm被导通。例如，在时间t41，控制信号CS1在第一负载指示信号LIS1的第一个脉冲的上升沿置高，当前序号为1。在时间t42，控制信号CSm在信号LIS1的上升沿置高，当前序号为m，等等。第一负载指示信号LIS1可被作为COT控制的置位信号，其它的负载指示信号LIS2、LIS3…LISN作为同时控制多个开关导通的控制信号。每个负载指示信号LISi的索引参数为i。当VFB＜Vthn时，负载指示信号LISn为有效状态，且处于有效状态的负载指示信号的最大索引参数为n时，n个控制信号同时置高用于使n个开关同时导通。
继续图4A的说明，在时间t44，m又成为当前相。在该时间点，负载瞬态上冲，n个负载指示信号同时置高。因此n个控制信号置高用于使n个开关同时导通。该n个开关的序号连续。例如，参看图4A，当m+n-1不大于N时，在时间t43，n个控制信号CSm，CS(m+1)…CS(n+m-1)同时置高用于导通相应的n个从Sm至S(n+m-1)的开关。其中m为当前序号，n可为任何一个不大于N的自然数。
图4B示出了根据本发明一实施例的对应图2A-2C中多相SMPS的信号波形图，其中m+n-1大于N。每个负载指示信号LISi的索引参数等于其序号i。在时间t45，信号LIS1、LIS2…LISn为有效状态，m为当前序号，n为负载指示信号LIS1，LIS2…LISn的最高索引参数。此时n个控制信号从CSm至CSN，以及控制信号从CS1至CS(m+n-N-1)同时置高。相应地，n个开关从开关Sm至SN，以及从开关S1至S(m+n-N-1)同时导通。
图4A和图4B中的信号仅用于示例。在不脱离本发明的精神下，本发明旨在涵盖所有不同于图4A和图4B中信号波形的实施例。
图5示出了根据本发明一实施例的多相SMPS500。与图2A中的实施例相比，SMPS500的控制电路50进一步包括数模转换电路(DAC)51和电阻分压电路52。DAC51具有输入端511和输出端512。DAC51的输入端511耦接控制单元21。控制单元21输出数字阈值信号至DAC51的输入端511。经过数模转换，DAC51输出模拟阈值信号Vth1。电阻分压电路52具有串联耦接的多个电阻R1、R2…RN。电阻分压电路52具有耦接DAC51输出端512用于接收阈值信号Vth1的第一输入端521，耦接参考地GND的第二输入端522以及多个分别耦接比较电路CMP1、CMP2…CMPN的输出端531、532…53N。例如，电阻分压电路52的输出端531耦接第一比较电路CMP1的同相输入端。输出端532耦接第二比较电路CMP2的同相端，等等。电阻分压电路52的第一输入端521内部耦接第一电阻R1，第二输入端522内部耦接最后电阻RN。电阻分压电路52的第一输出端521直接耦接第一输入端521。第二输出端532在电阻分压电路52内部耦接在第一电阻R1和第二电阻R2之间。电阻分压电路52的最后输出端53N在内部耦接在电阻R(N-1)和电阻RN之间。N个输出端531、532…53N分别为N个比较电路CMP1、CMP2…CMPN提供N个阈值电压Vth1、Vth2…VthN。在一个实施例中，电阻R1、R2…RN的电阻值相同或基本相同，N个阈值电压Vth1、Vth2…VthN以等差数列递减，可表示为：Vth1-Vth2＝Vth2-Vth3＝…＝Vth(N-1)-VthN。
图6示出了根据本发明一实施例的用于多相SMPS的负载瞬态控制方法。多相SMPS具有一输入端，该输入端和多个开关耦接，多相SMPS进一步具有一输出端提供一输出电压。该方法包括：在步骤601，将输出电压的反馈信号和多个阈值电压相比较。其中包括N个开关电路的多相SMPS采用N个阈值电压Vth1、Vth2…VthN。在一个实施例中，阈值电压Vth1、Vth2…VthN依次下降，即Vth1＞Vth2＞…＞VthN。
继续图6的说明，反馈信号和输出电压呈正相关关系。在一个实施例中，反馈信号VFB正比于多相SMPS的输出电压。将反馈信号和多个阈值电压进行比较获得多个负载指示信号。当负载增大时，输出电压的反馈信号VFB下降，更多的负载指示信号转变为有效状态。其中当反馈信号低于阈值电压时相应的负载指示信号为有效状态。在步骤602，该方法进一步包括根据比较结果判断负载水平。对于包括N个开关电路的多相SMPS，负载水平通过高于反馈信号VFB的阈值电压个数来确定，即通过处于有效状态的负载指示信号个数来确定。每个负载指示信号都分配一个固定的索引参数，索引参数为不大于N的自然数。该方法进一步包括找出有效状态的负载指示信号的最高索引参数n，其中n为从1至N之间的一个自然数。在步骤603，方法进一步包括根据负载水平选择并同时导通多个开关。例如，对于包括N个开关电路的多相SMPS来说，当处于有效状态的负载指示信号的最高索引参数为n时，同时使n个开关导通。在一个实施例中，n个被导通的开关的序号连续，其中每个开关Si的序号为i(i＝１，2…N)。参看图4A，如果m+n-1不大于N，n个开关从开关Sm到S(m+n-1)同时导通，其中m为预定开关导通顺列下的当前序号。参看图4B，如果m+n-1高于N，n个开关从开关Sm至SN以及从开关S1至S(m+n-1-N)同时导通。
上述的一些特定实施例仅仅以示例性的方式对本发明进行说明，这些实施例不是完全详尽的，并不用于限定本发明的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本发明所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和权利要求限定的保护范围。

Claims (17)

1.一种多相开关模式电源，包括：
N个开关电路耦接至输出节点，其中每个开关电路包括一个开关，多相开关模式电源在输出节点提供输出电压用于为负载供电，其中N为自然数；
多个比较电路，每个比较电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接阈值电压，第二输入端耦接输出电压的反馈信号，输出端提供负载指示信号；以及
控制单元，具有多个输入端和N个输出端，其中多个输入端一对一耦接多个比较电路的输出端用于接收负载指示信号，N个输出端一对一耦接N个开关电路的开关的控制端，其中控制单元用于根据负载指示信号选择性地同时导通n个开关，n为不大于N的自然数。
2.如权利要求1所述的多相开关模式电源，其中每个负载指示信号具有预定的索引参数，所述索引参数为不大于N的自然数，且越小的阈值电压对应越大的索引参数，当反馈信号低于阈值电压时相应的负载指示信号处于有效状态，其中n等于处于有效状态的负载指示信号的索引参数的最大值。
3.如权利要求1所述的多相开关模式电源，其中每个开关Si具有序号i，i＝1，2…N，其中：
当m+n-1不大于N时，n个开关包括从开关Sm至S(m+n-1)同时导通，其中m代表当前序号；或者
当m+n-1大于N时，n个开关包括从开关Sm至SN以及开关S1至S(m+n-N-1)同时导通。
4.如权利要求1所述的多相开关模式电源，包括N个比较电路，其中当反馈信号低于阈值电压时相应的负载指示信号转变为有效状态，其中当n个负载指示信号为有效状态时，n个开关同时导通。
5.如权利要求1所述的多相开关模式电源，进一步包括N个非门，其中：
每个开关电路包括同步整流管；以及
每个非门包括输入端和输出端，其中输入端耦接控制单元相应的输出端，输出端耦接相应的同步整流管用于控制同步整流管。
6.如权利要求1所述的多相开关模式电源，其中多个比较电路包括第一比较电路，第一比较电路耦接最大的阈值电压，其中当第一比较电路输出脉冲时，一个开关被导通并维持固定导通时间。
7.如权利要求1所述的多相开关模式电源，其中耦接到多个比较电路的阈值电压呈等差数列递减。
8.如权利要求1所述的多相开关模式电源，进一步包括耦接在输出节点和参考地之间的输出电容，其中每个开关电路进一步包括：
整流器，耦接在对应的开关和参考地之间；以及
电感，具有第一端和第二端，其中第一端耦接相应的开关和整流器，第二端耦接输出节点。
9.如权利要求1所述的多相开关模式电源，进一步包括加法电路，加法电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接反馈信号，第二输入端耦接斜率补偿信号，输出端耦接所述多个比较电路的第二输入端。
10.如权利要求1所述的多相开关模式电源，进一步包括：
数模转换电路DAC，具有输入端和输出端，其中输入端耦接控制单元；以及
电阻分压电路，包括串联耦接的多个电阻，电阻分压电路具有耦接第一电阻的第一输入端，耦接最后一个电阻的第二输入端以及多个输出端，其中第一输入端耦接DAC的输出端，第二输入端耦接参考地，多个输出端用于提供多个阈值电压。
11.如权利要求1所述的多相开关模式电源，进一步包括反馈电路，反馈电路具有输入端和输出端，其中输入端耦接输出节点，输出端提供反馈信号。
12.一种控制电路，包括：
反馈端，用于接收反馈信号；
多个控制信号输出端；
多个比较电路，每个比较电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接反馈端、第二输入端耦接阈值电压，输出端提供一个负载指示信号；以及
控制单元，具有多个输入端和多个输出端，其中多个输入端一对一耦接多个比较电路的输出端，多个输出端一对一耦接多个控制信号输出端用于提供多个脉冲宽度调制PWM信号，控制单元用于根据多个负载指示信号的状态选择性地同时将一定数量的PWM信号置高。
13.如权利要求12所述的控制电路，其中当反馈信号低于阈值电压时，相应的负载指示信号为有效状态，当n个负载指示信号为有效状态时，n个PWM信号同时置高。
14.如权利要求12所述的控制电路，进一步包括：
数模转换电路DAC，具有输入端和输出端，其中输入端耦接控制单元；以及
电阻分压电路，包括串联耦接的多个电阻，电阻分压电路具有耦接第一电阻的第一输入端，耦接最后一个电阻的第二输入端以及多个输出端，其中第一输入端耦接DAC的输出端，第二输入端耦接参考地，多个输出端用于提供多个阈值电压。
15.一种用于多相开关模式电源的负载瞬态控制方法，其中多相开关模式电源具有耦接N个开关的输入端和提供输出电压的输出端，该方法包括：
将输出电压的反馈信号和多个阈值电压进行比较；
基于比较结果判断多相开关模式电源的负载水平；以及
根据负载水平选择性地同时导通n个开关，其中n为不大于N的自然数。
16.如权利要求15所述的方法，更具体包括：
将反馈信号和多个阈值电压Vth1、Vth2…Vthf相比较获得多个负载指示信号，其中Vth1>Vth2>…Vthf，其中f为从2到N的任意自然数；
为每个负载指示信号设置一个索引参数，索引参数为不大于N的自然数，其中当反馈信号低于阈值电压时相应的负载指示信号为有效状态，且越小的阈值电压对应越大的索引参数；
找出处于有效状态的负载指示信号的索引参数的最大值；以及
同时导通n个开关，其中n等于索引参数的最大值。
17.如权利要求16所述的方法，其中每个开关Si对应的序号为i，i＝1，2…N：
若m+n-1不大于N，将开关从Sm至S(m+n-1)同时导通，其中m代表当前序号；或者
若m+n-1大于N，将开关从Sm至SN以及从开关S1至S(m+n-1-N)同时导通。
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