CN104009627B - 多相转换控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多相转换控制器，用以控制耦接一输入电压的多个转换电路，使多个转换电路共同提供一输出电压。多相转换控制器包括一反馈控制电路、一导通时间控制电路以及一多相逻辑控制电路，反馈控制电路根据输出电压决定一导通时点并据此产生一导通信号；导通时间控制电路决定一导通周期；多相逻辑控制电路根据导通信号及导通周期依序控制多个转换电路导通，其中，导通时间控制电路根据一模式信号调整导通周期的长度。

Description

多相转换控制器

技术领域

本发明是有关于一种多相转换控制器，且特别是有关于一种可根据模式信号调整导通时间长度的多相转换控制器。

背景技术

请参见图1，图1为现有技术中的多相转换控制器的电路示意图。在此以两相(转换电路)为例来说明。转换电路2、4耦接一输入电压Vin，分别包括上臂晶体管MU1及MU2、下臂晶体管ML1及ML2、电感L1及L2，而其输出端彼此耦接至一输出电容C以共同提供一输出电压Vout。多相转换控制器10依序控制转换电路2、4。系统进入轻载时会提供一模式信号Sm，一多相转换控制器10接收模式信号Sm时会进行减相操作，传统做法是始终保持第一相进行工作，屏蔽第二相，即转换电路2继续操作而转换电路4停止操作，如此，可达到降低切换损失，提高轻载效率的优点。

由于传统做法始终保持某固定相(如第一相)工作，即如果进行减相动作，则会减少其他相，而始终保持该固定相工作，这样会导致各相的功率晶体管和电感工作量并不平衡，常用的固定相会较其他相位更早损坏，影响整体电路的寿命。

请参见图2，图2为现有技术中的电源的控制电路示意图。一误差放大器EA比较一反馈信号FB与一输出电压参考信号Vref而产生一误差放大信号，且将误差放大信号输入不同相位的脉宽调制比较器PWM1、PWM2中。运算放大器OP1、OP2比较各相位电流检测电阻(未示出)两端的电压信号ISEN1及ISEN1_N、ISEN2及ISEN2_N，据此测量出各相的电流并产生对应的一电流差值放大信号，并输入对应的脉宽调制比较器PWM1、PWM2。此外，一震荡电路12产生一锯齿波信号，和脉宽调制比较器PWM1、PWM2的输出一同输入一驱动门控制电路14之中。驱动门控制电路14产生驱动信号UG1、LG1、UG2、LG2，通过驱动门控制电路14驱动对应的功率晶体管。

一外部相位控制信号PSC决定电路是否要进入减相操作。一选相电路16接收到外部相位控制信号PSC后，即被动决定是否要进入减相操作，当其判断需进入减相操作时，便控制驱动门控制电路14以关闭其中一个或多个相位。进入减相操作时，暂停工作的相位不是固定的。

现有技术利用选相控制，在进行减相操作时不固定关闭相同的相位，在首次决定减相时，关闭多个转换电路中至少一相；以及在另一次决定减相时，关闭多个转换电路中至少另一个，以期望能“平均”各相的工作时间。实际上，每次电路重新启动，电源的控制电路仍会从预设的第一相开始暂停工作，使得各相的功率晶体管和电感工作量仍会有明显的不平衡。

换言之，现有技术在减相时，所关闭的相位并不改变。其缺点是，各相位的功率晶体管与电感工作量并不平衡，常用的相位将较其他相位更早损坏，影响整体电路的寿命。

发明内容

鉴于现有技术中的多相转换控制器在减相时，各相的功率晶体管和电感工作量不平衡，使常用的相位将较其他相位更早损坏，影响整体电路的寿命。本发明在轻载时不减相操作，如此不仅确保各相工作量的平均，而且延长各相的导通时间使系统的频率降低，达到等同于减相的效果而提高效率。

为达上述目的，本发明提供一种多相转换控制器，用以控制耦接一输入电压的多个转换电路，使多个转换电路共同提供一输出电压。多相转换控制器包括一反馈控制电路、一导通时间控制电路以及一多相逻辑控制电路，反馈控制电路根据输出电压决定一导通时点并据此产生一导通信号；导通时间控制电路决定一导通周期；多相逻辑控制电路根据导通信号及导通周期依序控制多个转换电路导通，其中，导通时间控制电路根据一模式信号调整导通周期的长度。

本发明也提供了一种多相转换控制器，用以控制耦接一输入电压的多个转换电路，使多个转换电路共同提供一输出电压。多相转换控制器包括一时脉产生电路、一反馈控制电路以及一多相逻辑控制电路。时脉产生电路根据一操作频率产生一时脉信号以及一斜坡信号。反馈控制电路根据输出电压及斜坡信号产生一导通信号。多相逻辑控制电路根据导通信号及时脉信号依序控制多个转换电路导通。其中，反馈控制电路根据一模式信号调整时脉信号以及斜坡信号的频率。

以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明的申请专利范围。而有关本发明的其他目的与优点，将在后续的说明与图示加以阐述。

附图说明

图1为现有技术中的多相转换控制器的电路示意图；

图2为现有技术中的电源的控制电路示意图；

图3为本发明的一第一较佳实施例的多相转换控制器的电路示意图；

图4为本发明的一第一较佳实施例的导通时间控制电路的电路示意图；

图5为本发明的一第二较佳实施例的导通时间控制电路的电路示意图；

图6为本发明的一第二较佳实施例的多相转换控制器的电路示意图。

附图标记说明：

现有技术：

2、4：转换电路；

10：多相转换控制器；

12：震荡电路；

14：驱动门控制电路；

16：选相电路；

C：输出电容；

EA：误差放大器；

FB：反馈信号；

ISEN1及ISEN1_N、ISEN2及ISEN2_N：电压信号；

L1、L2：电感；

LG1、LG2、UG1、UG2：驱动信号；

MU1、MU2：上臂晶体管；

ML1、ML2：下臂晶体管；

OP1、OP2：运算放大器；

PSC：外部相位控制信号；

PWM1、PWM2：脉宽调制比较器；

Sm：模式信号；

Vin：输入电压；

Vout：输出电压；

Vref：输出电压参考信号；

本发明：

100：多相转换控制器；

102：比较器；

103：误差放大器；

104：导通时间控制电路；

105：时脉产生电路；

106：多相逻辑控制电路；

108、110、112：驱动电路；

202：参考电压产生器；

204：电流源；

206：比较器；

208：D型锁存器；

CJ：时脉输入端；

Clk：时脉信号；

COMP：误差放大信号；

CTON：导通时间电容；

D：输入端；

FB：反馈信号；

ITON：电流；

K1：重设开关；

“1”：逻辑信号；

LG1、LG2、LG3、UG1、UG2、UG3：驱动信号；

PWM：导通信号；

Q：输出端；

Q’：反向输出端；

R：重设端；

RAMP：斜坡信号；

Sm：模式信号；

Sp1、Sp2、Sp3：相控制信号；

Sto：导通时间信号；

Vref：输出电压参考信号；

VTH：导通时间参考电压；

VTON：电容电压；

VQN：开关信号；

Vin：输入电压；

Vout：输出电压。

具体实施方式

请参见图3，图3为本发明的一第一较佳实施例的多相转换控制器的电路示意图。多相转换控制器100是用以控制耦接一输入电压的多个转换电路(未示出，可参见图1)，使多个转换电路共同提供一输出电压。在本实施例以两个转换电路为例说明。多相转换控制器100包括一反馈控制电路、一导通时间控制电路104以及一多相逻辑控制电路106。反馈控制电路包括一比较器102，比较器102的一不倒相输入端接收一输出电压参考信号Vref，一倒相输入端接收代表输出电压的一反馈信号FB。比较器102在反馈信号FB的一准位低于输出电压参考信号Vref的一准位时，产生一导通信号PWM。导通时间控制电路104接收到导通信号PWM时开始计时，在计时达到一预定导通周期时产生一导通时间信号Sto。因此，导通信号PWM与导通时间信号Sto的产生时点的时间间隔代表转换电路的一导通周期长度。多相逻辑控制电路106根据导通信号PWM及导通时间信号Sto所代表的导通周期来依序控制多个转换电路逐一导通。例如：多相逻辑控制电路106计数导通信号PWM的次数，以对应计数的次数导通多个转换电路中对应的转换电路的上臂晶体管(可参见图1)。

多相逻辑控制电路106在接收到导通信号PWM时，产生相控制信号Sp1、Sp2，通过驱动电路108、110产生驱动信号UG1、UG2中对应的驱动信号而导通对应的转换电路的上臂晶体管，而在后接收导通时间信号Sto时，结束对应转换电路的导通周期而停止导通对应的转换电路的上臂晶体管并产生驱动信号LG1、LG2中对应的驱动信号而导通对应的转换电路的下臂晶体管。下臂晶体管的驱动信号LG1、LG2的产生是为了让一电感的一电流续流，因此，可根据连续电流模式(CCM)、非连续电流模式(DCM)、电感电流检测、仿真二极管模式(DEM)等方式来决定是否产生以及产生的驱动信号的脉宽。当反馈信号FB的准位再次低于输出电压参考信号Vref的准位时，多相逻辑控制电路106导通下一个转换电路。因此，本实施例的多个转换电路的导通周期彼此错开。

导通时间控制电路104额外接收一模式信号Sm。模式信号Sm可来自负载电路，例如为负载电路中的微控制器或微处理器所发出的数位控制信号，或为与负载电流有关的仿真信号。当模式信号Sm代表一轻载状态时，导通时间控制电路104延后产生导通时间信号Sto，也就是导通信号PWM及导通时间信号Sto的产生时点的时间间隔被延长。如此，多个转换电路的上臂晶体管导通时间延长，可使每一个转换电路每次传送至负载的能量提高而延后反馈信号FB的准位低于输出电压参考信号Vref的准位的时间点。如此，本发明达到操作频率降低的效果，因而减少切换损失，及提高轻载时的效率。而且，多相逻辑控制电路106仍依序控制多个转换电路导通而不进行减相操作，避免了现有技术中因各相工作量不均的问题。

请参见图4，图4为本发明的一第一较佳实施例的导通时间控制电路的电路示意图。导通时间控制电路主要包括一参考电压产生器202、一电流源204、一比较器206以及一导通时间电容CTON。电流源204产生一电流ITON对导通时间电容CTON充电以产生一电容电压VTON。参考电压产生器202产生一导通时间参考电压VTH。比较器206比较电容电压VTON及导通时间参考电压VTH以产生一导通周期信号。导通时间控制电路可包括一D型锁存器208及一重设开关K1，以便使导通时间电容CTON的电容电压VTON在下一相操作时能在零电压开始。D型锁存器208在一时脉输入端CJ接收到导通信号PWM时，根据一输入端D接收的一逻辑信号“1”，在一反向输出端Q’输出一低准位的一开关信号VQN，以关断重设开关K1。电流源204开始对导通时间电容CTON充电，使导通时间参考电压VTH开始上升。此时，电容电压VTON低于导通时间参考电压VTH。在经过预定导通周期之后，电容电压VTON高于导通时间参考电压VTH，比较器206输出导通时间信号Sto。D型锁存器208的一重设端R接收导通时间信号Sto时，重设输出，使一输出端Q输出一低准位信号，而反相输出端Q’输出一高准位的开关信号VQN，以导通重设开关K1。此时，电容电压VTON被归零以等待下一次周期(即导通信号PWM又回到高准位)。

电流源204根据多个转换电路耦接的一输入电压Vin或/及共同提供的一输出电压Vout来决定对导通时间电容CTON充电的电流ITON的大小，即决定了多个转换电路的导通周期的预定长度。电流源204也额外接收模式信号Sm，在模式信号Sm代表轻载状态时，降低电流ITON的大小，使得转换电路的导通周期延长。例如：当电流ITON降为1/N时，则导通周期变为原来的N倍，而达到等同相当于减了(N-1)相的效果。

请参见图5，图5为本发明的一第二较佳实施例的导通时间控制电路的电路示意图。相较于图3所示的实施例，改以参考电压产生器202对应模式信号Sm进行调制。当模式信号Sm代表轻载状态时，参考电压产生器202提高导通时间参考电压VTH的电压，使得转换电路的导通周期延长。其他电路的操作请参见图4对应的电路说明。

请参见图6，图6为本发明的一第二较佳实施例的多相转换控制器的电路示意图。多相转换控制器100系用以控制耦接一输入电压的多个转换电路，使多个转换电路共同提供一输出电压。在本实施例以三个转换电路为例说明，多相转换控制器100产生相控制信号Sp1、Sp2、Sp3，通过驱动电路108、110、112，产生驱动信号UG1、LG1、UG2、LG2、UG3、LG3，以控制对应的转换电路的上臂晶体管及下臂晶体管。本实施例为定频电路架构。多相转换控制器100包括一反馈控制电路、一时脉产生电路105以及一多相逻辑控制电路106。反馈控制电路包括一比较器102及误差放大器103。误差放大器103的一不倒相输入端接收一输出电压参考信号Vref，一倒相输入端接收代表输出电压的一反馈信号FB，并据此产生一误差放大信号COMP。时脉产生电路105根据预设的一操作频率，产生一时脉信号Clk以及一斜坡信号RAMP，因此时脉信号Clk及斜坡信号RAMP的频率相同。比较器102的一不倒相输入端接收一误差放大信号COMP，一倒相输入端接收斜坡信号RAMP，并据此产生导通信号PWM。多相逻辑控制电路106根据一导通信号PWM及时脉信号Clk来依序控制多个转换电路逐一导通。

时脉产生电路105接收一模式信号Sm，在模式信号Sm代表一轻载状态时，降低时脉信号Clk以及斜坡信号RAMP的频率。当频率降为1/N时，本实施例即达到减(N-1)相的效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种多相转换控制器，用以控制耦接一输入电压的多个转换电路，使该多个转换电路共同提供一输出电压，其特征在于，该多相转换控制器包括：

一反馈控制电路，根据该输出电压决定一导通时点并据此产生一导通信号；

一导通时间控制电路，反应于该导通信号的产生而开始进行计时，并在计时达到一导通周期时产生一导通时间信号；以及

一多相逻辑控制电路，根据该导通信号及该导通时间信号所代表的该导通周期而依序控制该多个转换电路导通；

其中，该导通时间控制电路根据一模式信号调整该导通周期的长度，以使该模式信号为一轻载状态时，该多个转换电路的每一者受控于该多相逻辑控制电路而依序操作，

其中，该多个转换电路中的每一个转换电路具有耦接到该输入电压的一上臂晶体管，该多相逻辑控制电路还根据该导通信号的次数依序地导通该多个转换电路中对应的转换电路的该上臂晶体管以提供该输出电压，且该多个转换电路的该多个上臂晶体管的该导通周期彼此错开。

2.根据权利要求1所述的多相转换控制器，其特征在于，该模式信号代表该轻载状态时，该导通时间控制电路延长该导通周期的长度。

3.根据权利要求1至2任一项所述的多相转换控制器，其特征在于，该导通时间控制电路还根据该输入电压决定该多个转换电路的该导通周期的长度。

4.根据权利要求1至2任一项所述的多相转换控制器，其特征在于，该导通时间控制电路包括一比较器、一电流源、一导通时间电容以及一参考电压产生器，该电流源对该导通时间电容充电以产生一电容电压，该参考电压产生器产生一导通时间参考电压，以及该比较器比较该电容电压及该导通时间参考电压以产生该导通时间信号。

5.根据权利要求4所述的多相转换控制器，其特征在于，该电流源根据该模式信号调整对该电容电压充电的一电流大小。

6.根据权利要求4所述的多相转换控制器，其特征在于，该参考电压产生器根据该模式信号调整该导通时间参考电压的大小。