CN104823374A - 具有多个开关转换器的供电系统中的相位偏移的确定 - Google Patents

Abstract

一种用于确定供电系统的开关元件之间切换相位的分布的控制器(500)。供电系统具有多个电压转换器，每个电压转换器包括开关元件，并被布置为通过以预定频率切换开关元件将供应给电压转换器的输入电压转换为相应输出电压。控制器(500)包括：接收机(510)，用于接收指示每个电压转换器对电压转换器的输入电流的波纹电流分量的相应贡献的一个或更多个信号；以及排序确定模块(520)，被配置为：以对波纹电流的贡献递减的顺序对电压转换器排序。控制器(500)还包括切换相位偏移计算器(530)，被配置为：通过以下步骤，计算针对每个电压转换器中的开关元件要应用的相应切换相位偏移：(i)计算两个最高排序的电压转换器的相应相位偏移，其可以使得仅由所述两个最高排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小；(ii)计算下一个最高排序的电压转换器的相位偏移，其可以使得仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高排序的电压转换器的电压转换器所引起的输入电流波纹最小；以及(iii)对于排序中的每个后续电压转换器，重复步骤(ii)。控制器(500)还包括输出信号发生器(540)，被配置为：生成限定了计算出的切换相位偏移的一个或更多个输出信号，所述计算出的切换相位偏移要应用于相应开关元件的切换。

Description

具有多个开关转换器的供电系统中的相位偏移的确定

技术领域

这里的公开大体上涉及具有多个电压转换器的供电系统的领域，每个电压转换器被配置为通过以预定频率切换开关元件，来将输入电压转换为输出电压，并且更具体地涉及确定这种供电系统中的电压转换器之间切换相位的分布。

背景技术

近年来，具有多个开关电压转换器的供电系统的发展已经导致了多种电子设备的性能和效率的提高。

例如，在多种应用领域中对于比以往更快速和更复杂的信号和数据处理的需要已经推动了对具有多个高性能集成电路(例如处理器、ASIC和FPGA)的新一代信号处理系统的需要，多个高性能集成电路的特征在于它们对多个低供电电压的需要、高电流电平的要求以及严格的供电电压调节需要。这些需要可以通过诸如所谓的中间总线架构(IBA)供电的多转换器供电系统来满足，其经由两级电压转换布置提供来自输入电源的多个严格调节的电压。

图1是示意性示出常规IBA供电的示例的示意图。在图1的示例中，IBA电力系统10是两级配电网络，其包括与输入电力总线30相连的第一级DC/DC转换器20，输入电力总线通常处于36-75V、18-36V或18-60V之间的电压V_DCH。IBC 20通常用开关模式供电(SMPS)的高效形式来实现，其可以是完全调节的或线调节的，以便将输入电力总线电压V_DCH转换为中间电压总线(IVB)40上的较低的中间总线电压V_IB。第一级DC/DC转换器20经由IVB 40与多个(N个)第二级DC/DC电压转换器50-1至50-N的输入相连。

在图1的示例中，多个第二级DC/DC电压转换器50-1至50-N的每一个是通常称为负载点(POL)调节器的非隔离的降压调节器。通常，每个POL调节器可以是隔离的或非隔离的。然而，在由IBC 20提供隔离的情况下，优选地，POL隔离器全部是非隔离的。每个POL调节器(k)是SMPS，并通过以决定电压转换率的切换占空比切换POL中的开关元件(例如功率MOSFET)来将调节后的电压Vout_k传递给它的负载60-k。在图1的示例中，POL调节器50-1和50-2向公共负载60-1传送电力(尽管多于两个POL调节器可以向公共负载传送电力)。

尽管在图1的示例中，IBC 20和POL调节器50-1至50-N是降压调节器，它们的拓扑不限于这样，并且可以备选地是升压、降压-升压等。

在这种具有多个电压转换器50-1至50-N的供电系统中，转换器50-1至50-N的切换相位可能需要相对于彼此偏移，以减少系统中特定的非期望效果。这些非期望效果包括由于切换脉冲的同步边缘导致的IVB 40中的大波纹电流和高等级的辐射发射。应该注意的是，这些问题不是特定针对IBA供电的，还在利用多个开关电压转换器的其他应用(例如均流轨道和跟踪/排序组)中出现。

所谓“相位扩展”是一种减轻这些效果的方法。最简单的相位扩展方式是：允许电压转换器(在图1的示例中，POL调节器50-1至50-N)根据它们自身的内部生成时钟单独操作。这使得切换脉冲边缘的出现在时间上随机化，由此降低切换噪声重叠的可能性，以便从为电压转换器馈送的输入源(即，图1的示例中的IBC 20)瞬时提取高峰值电流。

一种更加受控和有效的相位扩展方式涉及：在公共时钟信号的基础上，控制对电压转换器的切换；以及使电压转换器的相应切换脉冲边缘在切换周期上分布。在这种情况下，对于所有转换器使用单个时钟源，并且每个转换器使得它的切换相位偏移设置为切换循环的周期T_s内的不同值。例如在以公共占空比操作的三个电压转换器的组中，可以在转换器之间引入T_s/3的相位偏移。这种类型的相位扩展有效降低了输入波纹电流，并且还降低了辐射发射的幅度和增加了辐射发射的频率。

随着这种供电系统中电压转换器的数量增加，并且对较高的电流的需要变得更加普遍，对于导致最低可能输入波纹电流的优化受控相位扩展的需要增加。这不只是使相位偏移在切换循环的周期中均等分布的任务，如将在以下解释的，每个转换器对输入波纹电流的贡献取决于转换器操作的占空比和它的负载电流。

目前为止，通常当在使用之前配置供电系统时，人工选择每个电压转换器的相位偏移。然而，随着转换器数量的增加，相位偏移值的可能组合的数量急剧增加。这使得人工找到给出最低输入波纹电流的相位偏移非常困难。此外，已知的设置相位偏移的方法已经变得太慢，以致于不能支持响应于在供电系统的操作期间电压转换器的负载的改变对相位偏移“动态(on the fly)”优化，并且由此维持低输入电压波纹。

发明内容

考虑到上述在供电系统中在电压转换器之间分布切换相位的常规方法的问题，本发明设计了一种用于确定系统中开关元件之间切换相位的近最优分布的计算高效的方案，其允许有效降低输入电流波纹以及可能在供电系统中提供的任何输入电容。

更具体地，这里描述的实施例提供了一种用于确定供电系统的开关元件之间切换相位的分布的控制器，供电系统包括多个电压转换器，其中每个电压转换器包括开关元件，并且被布置为通过以预定切换频率切换开关元件将供应给电压转换器的输入电压转换为相应输出电压。控制器包括：接收机，用于接收指示每个电压转换器对电压转换器的输入电流的波纹电流分量的相应贡献的一个或更多个信号；以及排序确定模块，被配置为：以对波纹电流的贡献递减的顺序对电压转换器排序。控制器还包括切换相位偏移计算器，被配置为：通过以下步骤，计算针对每个电压转换器中的开关元件要应用的相应切换相位偏移：(i)计算两个最高排序的电压转换器的相应相位偏移，其可以使得仅由所述两个最高排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小；(ii)计算下一个最高排序的电压转换器的相位偏移，其可以使得仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高排序的电压转换器的电压转换器所引起的输入电流波纹最小；以及(iii)对于排序中的每个后续电压转换器，重复步骤(ii)。控制器还包括输出信号发生器，被配置为：生成限定了要应用于相应开关元件的切换的计算出的切换相位偏移的一个或更多个输出信号。

通过以对波纹电流的贡献递减的顺序对电压转换器排序，排序确定模块能够生成电压转换器的列表，其中以对输入电流的波纹电流的贡献递减的顺序列出电压转换器。该实施例中，切换相位计算器被配置为通过以下步骤来确定切换相位：首先确定将使仅由所述两个最高排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小的两个最高排序的电压转换器的相应相位偏移，以及然后，依次地对于列表中的第三个和每个后续的电压转换器，计算基本使仅由那个电压转换器和列表中更高的电压转换器所引起的输入电流波纹最小的相位偏移。

根据利用这里描述的高效相位偏移确定方案来“动态(on the fly)”控制切换相位偏移的分布以便在供电系统的操作期间可以维持低的输入电流波纹的另一实施例，提供了一种用于控制供电系统的开关元件之间的切换相位的分布的控制器，供电系统包括多个电压转换器，其中每个电压转换器包括开关元件，并且被布置为通过以预定切换频率切换开关元件将供应给电压转换器的输入电压转换为相应输出电压。控制器包括：接收机，用于接收指示每个电压转换器对电压转换器的输入电流的波纹电流分量的相应贡献的一个或更多个信号，以及切换相位偏移调节器，用于在供电系统的操作期间调节开关元件的切换相位偏移。切换相位偏移调节器包括：切换相位偏移计算器，被配置为：基于接收到的信号，计算针对每个电压转换器中的开关元件要应用的相应切换相位偏移，计算出的切换相位偏移例如大体上使得输入电流波纹最小。切换相位偏移调节器还包括：控制信号发生器，被配置为，生成限定了要应用于相应开关元件的切换的计算出的切换相位偏移的一个或更多个控制信号。本实施例的切换相位偏移调节器响应于接收到的一个或更多个信号中的改变，重新计算切换相位偏移，并在电源系统的操作期间生成与重新计算的与切换相位偏移相对应的控制信号。

另一个实施例提供了一种供电系统，包括：多个电压转换器，其中每个电压转换器包括：开关元件，并且被布置为通过以预定切换频率切换开关元件来将供应给电压转换器的输入电压转换为相应输出电压。供电系统还包括根据以上阐述的任一实施例的控制器，用于控制开关元件之间的切换相位的分布。

在又另一实施例中，在包括多个电压转换器供电系统中，其中每个电压转换器包括开关元件，并且被布置为通过以预定切换频率切换开关元件将供应给电压转换器的输入电压转换为相应输出电压，提供了一种确定切换相位在开关元件之间的分布的方法。方法包括：接收指示来自每个电压转换器的对电压转换器的输入电流的波纹电流分量的相应贡献的一个或更多个信号；以及以对波纹电流的贡献递减的顺序对电压转换器排序。方法还包括通过以下步骤，计算应用于每个电压转换器中的开关元件的相应切换相位偏移：(i)计算两个最高排序的电压转换器的相应相位偏移，其可以使得仅由所述两个最高排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小化；(ii)计算下一个最高排序的电压转换器的相位偏移，其可以使得仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高排序的电压转换器的电压转换器所引起的输入电流波纹最小化；以及(iii)对于排序中的每个后续电压转换器，重复步骤(ii)。生成限定要应用于相应开关元件的切换的计算出的切换相位偏移的一个或更多个信号。

另一个实施例，在供电系统中包括多个电压转换器，其中每个电压转换器包括开关元件，并且被布置为通过以预定切换频率切换开关元件将供应给电压转换器的输入电压转换为相应输出电压，提供了一种用于控制开关元件之间的切换相位的分布的方法。方法包括：接收指示来自每个电压转换器的对电压转换器的输入电流的波纹电流分量的相应贡献的一个或更多个信号；以及通过以下步骤，在供电系统的操作期间调节开关元件的切换相位偏移：基于接收到的信号，计算针对每个电压转换器中的开关元件要应用的相应切换相位偏移，计算切换相位偏移，以便大体上使得波纹电流分量最小化；以及生成一个或更多个控制信号，其限定计算出的切换相位偏移，以使要应用于相应开关元件的切换的计算出的切换相位偏移。根据该方法，响应于接收到的信号中的改变，重新计算切换相位偏移，并在供电系统的操作期间生成与重新计算的与切换相位偏移相对应的控制信号。

这里描述的另一实施例提供了一种承载计算机指令的信号或信号，计算机程序指令当由处理器执行时，使处理器执行上述实施例的一个或跟多个中阐述的方法。

附图说明

现在将仅以示例的方式，参照附图描述发明的实施例，其中：

图1示出了作为具有多个开关电压转换器的传统供电系统的示例的IBA电力系统；

图2是示出了根据本发明的第一实施例的供电系统；

图3是示出了图2中所示的切换相位偏移控制器的功能组件；

图4示出了图2中所示的切换相位偏移控制器的示例性硬件实施方式；

图5是示出控制图2的供电系统中的切换相位偏移的分布的方法的流程图；

图6示出了三个转换器的切换周期的部分在这里描述的相位偏移计算中使用的时隙之间的划分；

图7示出了多个转换器的切换周期的部分在这里描述的相位偏移计算中使用的时隙之间的划分，其中在一些时隙中至少两个转换器是旋开的；

图8示出了改变在计算转换器的最佳相位偏移期间转换器的切换相位的过程；

图9示出了在实施穷尽搜索的情况下，以及，为了对比，当使用很据实施例的算法时，将相位偏移组合的数量评估为当时隙的可配置数量P＝16和128时的系统中的电压转换器的数量的函数；

图10示出了两种示例性的相位扩展配置，其产生相同的输入RMS电流值，但是不同的峰峰输入电压波纹；

图11示出了根据发明的第二实施例的切换相位偏移控制器的功能组件；

图12示出了根据第二实施例控制切换相位偏移分布的方法的流程图；

图13和14示出了在第二实施例中使用的树结构和相位偏移的选择；

图15示出了在第一实施例的修改中，在转换器的最佳相位偏移的计算期间，改变转换器n的切换相位的过程；以及

图16示出了第一实施例的修改中如何满足供电系统中的两个并行电压存在。

具体实施方式

[第一实施例]

图2是根据本发明的第一实施例的具有多个电压转换器的供电系统的示意图，其采用IBA电力系统的形式。

图2中所示的IBA电力系统100包括多个电压转换器200-1至200-N，其每一个如在图1中的示例中一样是SMPS形式的降压拓扑调节器。因此，电压转换器200-1至200-N的每一个通过切换电压转换器中的开关元件(例如功率晶体管，如功率MOSFET)，向它的负载300-k传送调节后的输出电压Vout_k。然而，应该注意的是，输出电压调节不是电压转换器200-1至200-N的必要特征，因此通常仅电压转换器200-1至200-N中的一些或没有电压转换器200-1至200-N可以提供调节后的输出电压。

电压转换器200-k中的开关元件的切换根据包括一连串脉冲的驱动信号而发生。这些脉冲的特征在于占空比D_k，占空比D_k确定电压转换率，电压转换器200-k根据电压转换率将经由中间电压总线(IVB)400将向其提供的输入电压Vin转换为相应输出电压Vout_k。在本实施例中，电压转换器200-1和200-2向公共负载300-1传送电力(尽管，更通常地，一个、两个或多于两个电压转换器可以向负载传送电力)。

尽管切换占空比的值可以因转换器而异，转换器200-1至200-N中的开关元件均以共同的切换频率1/Ts切换，切换频率由时钟生成的开关定时信号定义，时钟通常可以位于电压转换器200-1至200-N之一内，在供电系统100的另一个组件内(例如这里以下描述的控制器500或IBC 700)，或在供电系统100以外。

每个电压转换器200-1至200-N具有信号处理器210和输入/输出(I/O)接口220，利用输入/输出(I/O)接口220其能够由切换相位偏移控制器500经由控制信号总线600进行数字控制和管理。在本实施例中，使用PMBus协议从切换相位偏移控制器500向电压转换器200-1至200-N传送包括上面提及的开关定时信号的控制信号。

切换相位偏移控制器500可以被提供为单独的硬件组件(如图2所示)，或可以集成为板上控制器(未示出)、IBC 700或电压转换器200-1至200-N之一的一部分，或集成为板外控制器的一部分。切换相位偏移控制器500调节转换器200-1至200-N的切换相位偏移，以维持基本使IVB 400中的电流波纹和来自电压转换器200-1至200-N的辐射发射最小化的相位偏移的近最优分布。以下将详细描述切换相位偏移控制器500的操作。

可以从任意合适的源向电源转换器200-1至200-N供电。在本实施例中，电力经由第一级DC/DC转换器700和IVB 400向电压转换器200-1至200-N馈送。第一级DC/DC转换器700可以是隔离的DC/DC转换器。具有这种第一级DC/DC转换器的IBA供电或IBC具有以下优点：更高效并且制造的性价比更高，原因在于，在单个转换器处提供与IBC的电源上游的隔离，其通常需要使用包括变压器的相对昂贵的组件。备选地，IBC 700可以不提供电隔离。如图2所示，IBC 700优选地以SMPS的高效形式来实现，SMPS的高效形式可以是完全调节的或线调节的，以便将对其的源电压输入转换为较低的电压Vin。

同样如图2所示，在电压转换器200-1至200-N组的公共输入处连接低通滤波器，其包括具有电容C_in的电容器和等效串联电阻(ESR)ESR_Cin。

图3示出了切换相位偏移控制器500的主要功能组件。控制器500包括接收机510、排序确定模块520、切换相位偏移计算器530、和输出信号发生器540，它们如所示功能性地互联。在当前实施例中，排序确定模块520、切换相位偏移计算器530和输出信号发生器540一起充当切换相位调节器550。以下将详细描述切换相位偏移控制器500的这些组件的功能。

图4示出了切换相位偏移控制器500的可编程信号处理硬件示例性实施方式。图4中所示的信号处理装置800包括用于接收来自电压转换器200-1至200-N的以下描述的信号的输入/输出(I/O)或接收部分810。接收机810经由控制信号总线600与电压转换器200-1至200-N的I/O接口220相连，所述控制信号总线600实现其间的信息和控制信号的交换。具体地，接收机810被配置为接收关于电压转换器的操作条件的信息，包括它们的相应的输出电流Iout_k，以及它们相应的测量的输出电压Vout_k或占空比D_k。

如图4所示，信号处理装置800还包括处理器820、工作存储器830和存储计算机可读指令的指令存储器840，所述计算机可读指令当由处理器820执行时，使得处理器执行以下描述的处理操作，来计算要应用于每个电压转换器200-1至200-N中的开关元件的相应切换相位偏移，并生成限定了计算出的切换相位偏移，所述切换相位偏移要应用于相应开关元件的切换。指令存储器840可以包括预先加载了计算机可读指令的ROM。备选地，指令存储器840可以包括RAM或类似类型的存储器，并且可以从计算机程序产品(例如计算机可读存储介质850(例如CD-ROM等))或承载计算机可读指令的计算机可读信号860向其输入计算机可读指令。

在本实施例中，图4中示出的硬件组件的组合870(包括处理器820、工作存储器830和指令存储器840)被配置为实现上述排序确定模块520、切换相位偏移计算器530和输出信号发生器540的功能，现在将参照图5对其进行详细描述。

图5是示出控制器500借以控制供电系统100中的切换相位偏移的分布的过程的流程图。

在步骤S10中，接收机510接收指示每个电压转换器200-1至200-N对波纹电流Iripple的相应贡献的一个或更多个信号，波纹电流Iripple形成电压转换器200-1至200-N从IVB 400提取的整个输入电流Isum的部分。在本实施例中，接收机510接收指示每个电压转换器200-k的相应输出电流Iout_k和输出电压Vout_k的信号。更具体地，接收到的信号传达当每个电压转换器200-k为负载300-k供电时每个电压转换器200-k的输出电流Iout_k和输出电压Vout_k的测量值，所述测量值是在供电系统100的操作期间测量的。在这种操作期间，输出电压的测量值指示相应电压转换器对输入电流波纹做出的贡献。应该注意的是，然而，作为转换器的测量的输出电压Vout_k的替代，接收到的信号可以指示当每个电压转换器200-k操作用于为它的负载300-k供电时由每个电压转换器200-k使用的相应切换占空比D_k。电压转换器200-k中的开关元件的切换占空比D_k由明确定义的关系与它的输出电压有关Vout_k。例如，输出电压Vout_k可以通过表达式Vout_k＝η_kD_kV_in与D_k相关，其中η_k是电压转换器200-k的效率。

此外，如以下所解释的，接收到的信号可以备选地传达每个电压转换器200-k的相应输出电流Ioutk和输出电压Voutk(或占空比Dk)的值的估计(而不是测量的)值，其预计在供电系统100的操作期间发生。在这种备选实施例中，用户可以经由用户接口(例如，在例如LCD监视器的显示器上的引导用户界面GUI)在供电系统的配置期间向控制器500发送这些参数的预期值。

在图5的步骤S20中，基于在步骤S10接收到的信号，排序确定模块520以对波纹电流Iripple的贡献递减的顺序，对电压转换器200-1至200-N排序。因此，在步骤S20中，排序确定模块520可以被认为根据它们对波纹电流Iripple的相应贡献的大小在列表中对电压转换器200-1至200-N排序，使得为波纹电流Iripple提供(或预期提供)最大贡献的电压转换器被放在列表的顶部，并且提供(或预期提供)最小贡献的电压转换器被放在列表的底部。

可以用多种方式中的一种来估计在供电系统100操作期间每个电压转换器200-1至200-N对波纹电流Iripple做出的贡献。在当前实施例中，采用所测量的电压转换器200-k的输出电流Iout_k的接收值，来提供电压转换器200-k对波纹电流Iripple做出的贡献的指示；Iout_k的值越大，则假设该贡献越大。因此，排序确定模块520以输出电流的值递减的顺序来对电压转换器200-1至200-N排序。

在步骤S20中，可能出现电压转换器200-1至200-N中的两个或更多个具有(或，在上述备选实施例中，预计提供)相同输出电流(即，在输出电流能够测量或预测的精度内)的情况。在这种情况下，为了实现对这些电压转换器的排序(即，为了确定这些转换器应该在列表中出现的顺序)，排序确定模块520进一步以输出电压Vout_k(或视情况可以是D_k)的值递减的顺序来对这两个或更多个电压转换器进行排序。

应该注意的是，当电压转换器被布置为相应负载供电，排序确定模块520可以备选地用输出电压Vout_k(或视情况，当每个电压转换器被布置为相应负载供电时，每个电压转换器中的开关元件的相应占空比D_k)的值递减的顺序来对电压转换器200-1至200-N排序，以及，在电压转换器200-1至200-N中的两个或更多个具有(或，在上述备选实施例中，预计提供)相同的输出电压Vout_k值(或视情况D_k)的情况下，则排序确定模块520还以输出电流的值递减的顺序来对这两个或更多个转换器电压排序。

于是，一旦已经对电压转换器200-1至200-N排序，则切换相位计算器530计算要针对每个电压转换器200-1至200-N中的开关元件应用的相应切换相位偏移。以下描述计算这些相位偏移值的整个过程，其基于每个转换器200-k(对于k＝1至N)的输入电压Vin、输出电压Vout_k、估计的标称输出电流、和效率η_k的值。然而，以下描述的计算方法不限于使用转换器的标称输出电流值，而可以作为替代基于相应输出电流的最大或最小值。除了转换器200-1至200-N的相应相位偏移值，还计算得到的总输入波纹电流的值和实现的电压的估计。

计算在步骤S30开始，其中切换相位计算器530计算两个最高排序电压转换器的相应相位偏移(关于公共同步时钟)，其将使仅由所述两个最高排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小化。换言之，切换相位计算器530计算两个最高排序的电压转换器的相应相位偏移值，所述值当仅仅那两个最高排序的电压转换器在电力系统100中存在时，使得输入电流波纹最小化。

切换相位计算器530可以备选地在步骤S30中通过将排序最高的转换器的相位设置为任意值(例如0)来确定相位偏移的值，然后计算排序次高转换器的相位偏移值，其将使仅由那两个最高排序的电压转换器导致的输入电流波纹最小化。

然后，在步骤S40中，切换相位计算器530计算下一最高排序电压转换器(即，列表中的第三转换器)的相位偏移，其将使仅由所述下一最高排序的电压转换器和排序高于所述下一最高电压转换器的电压转换器(两个最高排序的转换器)引起的输入波纹电流最小化。

在步骤S50中，切换相位计算器530确定是否已经计算了排序/列表中的最后电压转换器的相位偏移，并且，如果没有计算，则针对在步骤S20处产生的排序中的下一个电压转换器重复步骤S40中的计算。因此，在步骤S40的下一次执行中，切换相位偏移计算器530计算下一个最高排序电压转换器(即列表中标识的第四转换器)的相位偏移，其将使仅由所述下一最高排序的电压转换器和排序高于所述下一最高电压转换器的电压转换器(也就是说，在步骤S30中和步骤S40的第一次执行中考虑的转换器(即三个排序最高的转换器))所引起的输入电流波纹最小化。

通过重复步骤S40的该过程，每次重复计算排序中的下一个电压转换器的近最佳相位偏移，切换相位计算器530确定要应用于供电系统中的每个电压转换器200-1至200-N中的开关元件的相应的切换相位偏移。

为了便于理解如何在图5的步骤S30和S40中计算相位偏移，现在将提供对相关背景理论的回顾，随后详细描述本发明实施例中采用的计算处理。

由于本实施例中所有的电压转换器200-1至200-N都是降压类型的，来自IVB 400的在Vin处的总平均输入电流可以被估计为：

       $\mathrm{Iin}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{{\mathrm{Iout}}_k\·{\mathrm{Vout}}_k}{\mathrm{Vin}\·{\mathrm{\η}}_k}\right)$      式1

每个转换器的占空比D_k给出了时钟周期T_s的部分时间dt_k，在dt_k期间每个电压转换器从输入供电汲取电流，dt_k可以被描述为：

       ${\mathrm{dt}}_k=T_s\·D_k=\frac{T_s\·{\mathrm{Vout}}_k}{\mathrm{Vin}\·{\mathrm{\η}}_k}$      式2

在指定时刻从Vin和C_in汲取的总电流Isum(t)可以被估计为在那一时刻切换的电压转换器的Iout的总和：

       $\mathrm{Isum}\left(t\right)=\underset{n\_\mathrm{switching}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{Iout}}_n\left(t\right)$       式3

这意味着，在时钟周期的特定时刻，从输入电容器中汲取的电流I_Cin(t)可以被估计为式3和1之间的差异：

I_Cin(t)＝Isum(t)-Iin     式4

按照定义，要最小化的输入电容器RMS电流值I_Cin，rms(即输入电流波纹Iripple)由下式给出：

       $I_{\mathrm{Cin},\mathrm{rms}}=\sqrt{\frac{1}{T_s}\underset{0}{\overset{T_s}{\∫}}{I}_{\mathrm{Cin}}{\left(t\right)}^2\mathrm{dt}}$      式5

由于当前波纹导致的时间dt期间的输入电压偏差dV可以被估计为：

       $\mathrm{dV}=\frac{\mathrm{dt}}{C_{\mathrm{in}}}{I}_{\mathrm{Cin}}\left(t\right)+{\mathrm{ESR}}_{\mathrm{Cin}}\·I_{\mathrm{Cin}}\left(t\right)$     式6

为了找到真实世界中的合适的实施方式，在降压转换器200-1至200-N中可实现有限数量的相位偏移的情况下，需要考虑离散解。如果要用于计算的时间分辨率被选作dt，则在时钟周期期间的时隙P的数量是：

       $P=\frac{T_s}{\mathrm{dt}}$       式7

于是可以使用式2和7来如下估计与每个电压转换器200-k的占空比相对应的时隙数dp_k：

       ${\mathrm{dp}}_k=\mathrm{round}\left(\frac{T_s\·{\mathrm{Vout}}_k}{\mathrm{Vin}\·{\mathrm{\η}}_k\·\mathrm{dt}}\right)$       式8

图6示出了三个电压转换器的每个中的切换周期的“高”部分。为了清楚，相应切换周期的转换器中的开关被打开的部分被示为不彼此重叠。

图7示出了更复杂的示例，其中来自多个转换器的切换周期的“高”部分关于彼此偏移。如图7所示，在一些时隙中，存在多于一个其开关处于导通(“高”)状态的转换器。Isum_p被定义为来自所有其开关在时隙P导通的转换器的电流的总和(参见以上式3)。

Isum_p＝∑m_{switching_in_slot_p}Iout_m    式9

根据式6，每个时隙将为输入电压偏差dV做贡献。对于每个时隙，该输入电压偏差dV可以是正或负的(电流流入电容器Cin，或从电容器Cin流出)，取决于在时钟周期期间转换器的切换相位如何分布。找到其中总累加dV达到最大值和最小值的时隙j1和j2将给出峰峰电压偏差Vpp。式3和式4写入式6给出：

       $V_{\mathrm{pp}}=\underset{j_1\∈[0...P]}{\mathrm{amx}}\left[\underset{p=0}{\overset{j_1}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{T_s}{P\·C_{\mathrm{in}}}({\mathrm{Isum}}_p-I_{\mathrm{in}})+{\mathrm{ESR}}_{\mathrm{Cin}}({\mathrm{Isum}}_{j1}-\mathrm{Iin}))\right]-$ ${\min }_{j_2\∈[0...P]}[{\mathrm{\Σ}}_{p=0}^{j_2}({\mathrm{Isum}}_p-\mathrm{Iin})+{\mathrm{ESR}}_{\mathrm{Cin}}({\mathrm{Isum}}_{j2}-\mathrm{Iin}))]$ 等式式10

由式4和5可见，为了使得输入电容器RMS电流值最小化，以下的量需要被最小化：

       ${\∫}_0^{T_s}{(\mathrm{Isum}\left(t\right)-\mathrm{Iin})}^2\mathrm{dt}$     式11

在式9和以上参照图2描述的离散表示的情况下，式11可以被写为：

       ${\mathrm{\Σ}}_{p=0}^{P-1}{({\mathrm{\Σ}}_{m\_\mathrm{switching}\_\mathrm{in}\_\mathrm{slot}\_p}{\mathrm{Iout}}_m-\mathrm{Iin})}^2$     式12

用于计算转换器200-1至200-N的相位偏移的算法将针对不同的相位偏移来估计式12，以便找到给出最低输入电容器RMS电流的偏移。图8示出了位于相位偏移位置k的转换器n。将估计从k＝0至k_end的偏移位置，其中k_end＝P-dp_n。

以上，已经假设了偏移k的分辨率与对于p的分辨率相同，也就是dt。然而，可能优选针对占空比使用小的dt来执行计算，以便获得好精度，并且对于k使用较大的dt，其通常受到所使用的物理设备的限制。

在现有实施例中，还基于用户的C_in和ESR_Cin输入，根据式5和10来估计得到的总输入波纹电流Iripple和总输入波纹电压。

在具有大量转换器(例如，五个或更多个转换器)的供电系统中，估计转换器的相位偏移的所有可能的组合将是非常耗时的过程。为了避免该问题并且显著加速这种电力供应系统中的相位偏移组合的计算，本实施例的算法开始于使用这里描述的排序过程之一对转换器排序。

如将根据以上描述和以下提供的伪码理解的，算法首先确定排序中的第一转换器的偏移。然后，考虑排序中的下一个转换器，并计算那个转换器的相位偏移，并且过程继续向下进行至排序中的最后一个转换器。这显著降低了需要估计的相位偏移的组合的数量。更具体地，本实施例的算法需要在计算中考虑相位偏移的P*(N-1)个组合。相反，如果要进行穷尽搜索(即估计所有可能的组合)，估计的数量将变为P^N-1。对于时钟周期期间的两个不同时隙数P(也就是P＝16和P＝128)，在图9中绘制了被评估为系统中的电压转换器的数量N的函数的组合的数量。

还通过以下伪码描述算法：

      

      

      

      

V_Cin，rms＝I_Cin，rms*(ESR_Cin+T_s/C_in)

再次参照图5，一旦已经用上述方式确定了所有转换器200-1至200N的切换相位偏移，则过程进行至步骤S60，其中输出信号发生器540生成限定了计算出的切换相位偏移的一个或更多个输出信号，所述切换相位偏移要应用于相应开关元件的切换。在这些输出信号的基础上，控制器500生成限定了计算出的切换相位偏移的控制信号，以使计算出的切换相位相移应用于相应开关元件的切换。然后，经由控制信号总线600向电压转换器200-1至200-N发送这些控制信号，由电压转换器经由它们相应的I/O接口220接收，并由它们相应的处理器210处理，使得每个电压转换器将其切换的相位偏移设置为相应的计算出的值。

在本实施例中，如上述提及的，排序确定模块520、切换相位偏移计算器530和输出信号发生器540一起充当切换相位调节器550，并通过在供电系统100的操作期间重新计算切换相位偏移和生成与计算出的切换相位偏移相对应的控制信号，响应于转换器对Iripple估计出的贡献的改变。

[第二实施例]

为了实现相位扩展配置的良好优化，只评估输入电流RMS值可能是不够的。例如，图10A和10B中所示的两个相位扩展配置均给出与式5计算的相同的输入电流RMS值。然而，图10B中的配置将由于相位在切换周期上扩展而产生较低的峰峰输入电压波纹。

在第二实施例中，设置电压转换器的相应切换相位偏移，以不仅降低输入电流波纹，还降低输入电压波纹。高的电流波纹导致高等级的辐射发射、增加功率耗散，并给输入电容器带来压力。因此，可能需要更大和更昂贵的电容器来处理电流波纹。另一方面，将峰峰输入电压波纹保持为低正是输入电容的目的，并且是期望的，以便实现对供电系统的输出电压的良好的调节。

现在将参照图11至14描述根据第二实施例的切换相位偏移控制器，其中类似参考符号指示上述第一实施例的类似的组件和过程。

图11示出了第二实施例的切换相位偏移控制器500-2的主要功能组件，其可以形成与图2中所示第一实施例中相同的供电系统的部分。控制器500-2因此可以被提供为单独的硬件组件，或可以集成为板上控制器、图2中所示的IBC 700或电压转换器200-1至200-N之一的一部分，或集成为板外控制器的一部分。

本实施例的切换相位偏移控制器500-2包括接收机510、排序确定模块520、切换相位偏移计算器530-2、和输出信号发生器540，它们如图11中所示功能性互联。在当前实施例中，接收机510、排序确定模块520和输出信号发生器540与第一实施例中相同，并且这里将不重复对这些公共组件的描述。然而，切换相位偏移计算器530-2部分地由于包括相位偏移选择器535而与第一实施例的切换相位偏移计算器530不同，以下将详细描述相位偏移选择器535的功能。

与第一实施例类似，将用以上参照图4描述的类型的可编程信号处理硬件来实现本实施例的切换相位偏移控制器500-2。图4中所示出的硬件组件的组合870(包括处理器820、工作存储器830和指令存储器840)可以被配置为实现本实施例的排序确定模块520、切换相位偏移计算器530-2和输出信号发生器540的功能。

图12是示出本实施例的控制器500-2通过其控制供电系统100中的切换相位偏移的分布的过程的流程图。

步骤S10和S20与上述参照图5的描述的相同，并且因此这里将不再次描述在过程的这些阶段由控制器500-2执行的操作。

一旦在步骤S20中已经对电压转换器200-1至200-N排序，则切换相位计算器530-2计算要应用于每个电压转换器200-1至200-N中的开关元件的相应切换相位偏移。计算这些相位偏移值的整个过程于以下描述，并且基于每个转换器200-k(对于k＝1至N)的输入电压Vin、输出电压Vout_k、估计的标称输出电流和效率η_k的值。然而，以下描述的计算方法不限于使用转换器的标称输出值，并且可以作为替代基于相应输出电流的最大或最小值。

计算在步骤S30-2开始，其中切换相位计算器530-2优选地将最高排序的转换器设置为任意值(例如0)，并且然后计算第二个最高排序的电压转换器的多个相位偏移(相对于公共同步时钟)。多个相位偏移的每一个是这样的：其将产生仅由两个最高排序的电压转换器引起的、低于阈值的输入电流波纹(即，仅当那两个最高排序的电压转换器在供电系统中存在时，发生的输入电流波纹)，其中多个相位偏移的至少一个将使仅由所述两个最高排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小化。换言之，切换相位计算器530-2不仅计算将使得仅由于两个最高排序电压转换器(如在第一实施例中一样)引起的输入电流波纹最小化的第二转换器的相位偏移，还计算第二电压转换器的至少另一个相位偏移值，其可以或可以不还使上述输入电流波纹最小化，但是其在任何情况下产生小于预定阈值的(仅由于两个最高排序的电压转换器所引起的)输入电流波纹。

然后，在步骤S40-2中，对于下一个最高排序的电压转换器(在这一阶段，列表中的第三转换器)，切换相位计算器530-2类似地计算相应的多个相位偏移，其每一个将产生仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高排序的电压转换器(在该阶段，仅由三个最高排序的转换器)引起的低于阈值的输入电流波纹，其中下一最高排序的(第三)电压转换器的多个相位偏移的至少一个将使得仅由所述下一最高排序的电压转换器和排序高于所述下一最高电压转换器的电压转换器所引起的输入电流波纹最小化。尽管当前实施例中步骤S40-2的阈值与步骤S30-2中的阈值相同，通常，每次执行步骤S40-2时，这些阈值可能不同。

在步骤S50中，切换相位计算器530-2确定是否已经计算了排序/列表中的最后电压转换器的相位偏移，并且，如果没有计算，则针对在步骤S20处产生的排序中的下一个电压转换器重复步骤S40-2中的计算。因此，在步骤S40-2的下一次执行中，切换相位偏移计算器530-2计算下一个最高排序的电压转换器(即，列表中标识的第四转换器)的多个相位偏移，其每一个将产生仅由下一个最高排序(第四)电压转换器和排序高于下一个最高排序的电压转换器的电压转换器引起的、低于阈值的输入电流波纹，其中下一个最高排序的电压转换器的多个相位偏移的至少一个将使得仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高排序的电压转换器的电压转换器所引起的输入电流波纹最小化。

通过重复步骤S40-2的该过程，每次重复计算排序中下一个电压转换器的多个近最优候选相位偏移，切换相位计算器530-2被认为建立候选相位偏移值的“树结构”，例如如图13中所示的示例，其中树结构的每一等级(行)的多个节点包含已经在针对与那个等级/行相关联的排序/列表中的电压转换器m执行步骤S40-2期间计算的相位偏移的相应值(km1，km2，km3等)。应该注意的是，在树结构的任意给定等级处出现的所有相位偏移值已经在它们的计算期间被发现低于阈值，该阈值与对应于该等级的电压转换器相关联。例如，对于第二最高排序的电压转换器计算的偏移值k21、k22和k23均在与那个转换器相关联的阈值以下，并且因此在计算过程期间被选为保留在树结构中。采用这种方式，如图13中所示，有效地“修剪”了树的一些分枝，而保留了其他分枝。该分枝修剪过程限制了在后续计算中需要考虑的每个树等级处的相位偏移的数量，所述后续计算如以下所述由相位偏移选择器535执行。

与本实施例做对比，可以认为上述在第一实施例中重复步骤S40的过程产生向下通过图13的树结构的单个路径，该路径仅包括包含将使输入电流波纹最小化的相应相位偏移值的节点(在每个树等级处提供一个)。

一旦已经考虑了供电系统中的所有电压转换器，并且针对每个电压转换器已经计算了相应组的相位偏移值，则过程进行至步骤S55。在步骤S55中，对于多个相位偏移组合的每一个，其中每个组合包括多个电压转换器的每一个的相应相位偏移，相位偏移选择器535计算指示符值，该指示符值指示当被配置为根据计算出的相位偏移的组合中相应的相位偏移的值来切换它们的开关元件时由多个电压转换器200-1至200-N的操作引起的输入电压波纹(在本实施例中，峰峰输入电压Vpp)。相位偏移选择器535然后选择给出最低的计算出的指示符值的相位偏移的组合。

换言之，在步骤S55中，对于相位偏移的每一组合(其可以被认为是经由中间节点的选集(在每个树等级处一个)，从与最高排序的转换器相关联的节点开始并且继续到与最低排序的转换器相关联的节点之一向下通过树结构的可能路径之一)，相位偏移选择器535计算指示当被配置为根据如包含在通过树结构的路径的节点中的相位偏移的相应值来切换它们的开关元件时将由多少个电压转换器200-1至200-N所引起的输入电压波纹的值。因此，通过树结构的每个路径可以被认为代表电压转换器200-1至200-N的可能配置，其中每个电压转换器200-1至200-N具备如在树结构中的相应节点处指定的相应相位偏移。

可以根据任意函数导出指示符值，任意函数的估计产生输入电压波纹的测量。因此，可以通过评估输入电压波纹的表达式(例如，式10)或提供输入电压波纹的测量值的该表达式的简化形式，来获得指示符值。例如，将通过设置ESR_Cin＝0和T_s＝P＝C_in＝1简化式10中V_pp的表达式，但其仍提供输入电压波纹的指示。

一旦已经针对通过树结构的每个可用路径(或对仅一些可用路径的选集)计算了指示符值，相位偏移选择器535选择给出最低的计算出的指示符值的路径。

根据上文将理解的是，通过跟踪树结构的每个等级处的最有希望的候选相位偏移(也就是说，那些在上述阈值以下的候选相位偏移)，可以在它们到达它们的末端之前有效地“切断”树的分枝，由此降低由相位偏移选择器535在步骤S55中执行以选择切换相位偏移的最佳组合的过程的复杂度，根据所述切换相位偏移的最佳组合来配置电压转换器200-1至200-N。

算法的复杂度随着P与树结构中的节点数的乘积而变化，并且是系统中电压转换器的数量N、Iout_n和dp_n的函数。复杂度可以近似表示为：

       $\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{m}^n{P}^{(n+1)},$

其中m是代表保持在每个树等级处的节点的分数的取值在0和1之间的数。由此可以看出，原则上，复杂度可以上升至实际中难于处理的等级(类似于评估所有可能的相位偏移配置的情况，如以上参照图9所描述的)。因此，优选地限制在每个树等级保持的节点数，例如通过大体上设置在算法的步骤S30-2和S40-2中所使用的上述阈值和/或将保持在每个树等级的相位偏移值的数量设置为合适的值。

一旦已经用上述方式选择了切换相位偏移的组合，则过程进行至步骤S60，其中输出信号发生器540生成一个或更多个输出信号，其限定了要应用于相应开关元件的切换的来自所选组合的切换相位偏移。在这些输出信号的基础上，控制器500-2生成限定切换相位偏移的所选组的控制信号，以使这些切换相位偏移应用于相应开关元件的切换。然后，经由控制信号总线600向电压转换器200-1至200-N发送这些控制信号，由电压转换器经由它们相应的I/O接口220接收，并由它们相应的处理器210处理，使得每个电压转换器将它的切换的相位偏移设置为相应值。

现在将参照图14描述一个示出可以如何使用本实施例的算法来计算供电系统的切换相位偏移的分布的示例，所述供电系统包括四个电压转换器。

在该示例中，为了降低相位偏移选择器535要选择的相位偏移组合的数量，选择高占空比。此外，切换周期中的时隙P的数量是16。遵循图12中的步骤S20，如以下表1中所示对四个电压转换器排序。

      

n	Ioutn(A)	dpn
			1	40	5
2	30	5
			3	20	4
4	10	2

表1

在图14中示出当前示例中由切换相位偏移计算器530-2所生成的树结构，为了简化，其仅包含每个树等级处的可以产生最低输入电流波纹的分枝节点。如上所述，用粗体指示的分枝节点是在处理期间被“切断”的那些分枝节点。

在偏移位置S₁＝0处放置电压转换器1。对于给出从5到11七个相位偏移S₂的相位偏移位置0至15来评估电压转换器2，七个相位偏移S₂均给出相同和最低的输入电流波纹(由于与电压转换器1没有重叠)。对于七个S₂相位偏移的每一个，针对从0至15的相位偏移对电压转换器3进行评估。S₂相位偏移之一(S₂＝8)给出了比其他更高的输入电流波纹的值，因而不进一步评估该分枝。过程继续，并且，在替换电压转换器4之后，存在均给出最低输入电流波纹的六个不同的配置。在已经针对这些配置的每一个计算V_pp之后，余下了给出比其他更低的输入电压波纹的两个组合，并且在步骤S55中选择这些中的一个。

[修改和变型]

可以不偏离本发明的范围，对实施例做出多个修改和变型。

例如，在上述实施例及其修改中，采用转换器的输出电流Iout_k、输出电压Iout_k和/或占空比D_k来提供转换器200-k对输入电流波纹的贡献的指示。然而，可以基于该贡献的其他指示来对转换器200-1至200-N排序。例如，在另一实施例中，接收机510可以被配置为：接收指示相应输出电流Iout_k和以下各项之一的乘积的一个或更多个信号，作为指示每个电压转换器200-1至200-N对波纹电流Iripple的贡献的一个或更多个信号：当每个电压转换器被布置为为相应负载供电时每个电压转换器200-k的(i)相应输出电压Vout_k；以及(ii)相应切换占空比D_k。在该变型中，排序确定模块520被配置为按所述乘积(根据情况为Iout_k·Vout_k或Iout_k·D_k)的值递减的顺序对电压转换器200-1至200-N进行排序。

此外，在上述简要说明的备选实施例中，由接收机510在步骤S10接收到的信号可以传达每个电压转换器200-k的相应输出电流Iout_k和输出电压Vout_k(或占空比D_k)的估计的(而不是测量的)值，其预计在供电系统100的操作期间发生。在该备选实施例中，用户可以经由用户接口(例如，在如LCD监视器的显示器上的引导用户界面GUI)在供电系统100的配置期间(例如在工厂或现场在安装期间)向控制器500发送这些参数的预期值。本实施例的排序确定模块520和切换相位偏移计算器530然后执行上述操作来计算相位偏移值，并且输出信号发生器540生成限定计算出的相位偏移值的信号，以便向用户接口输出。用这种方式，供电系统100的用户可以在显示器上观看计算出的相位偏移值，以及设置转换器200-1至200-N来根据相应相位偏移值操作；这可以通过例如经由用户接口向控制器500发出合适的命令，或通过例如使用PMBus规范v1.2中提出的INTERLEAVE命令直接依次配置每个转换器来完成。

上述供电系统采用IBA电力系统的示例形式，尽管将理解的是，这里描述的切换相位偏移控制技术适用于具有多个开关电压转换器的其他类型的电力系统，多个开关电压转换器以公共的切换频率来将输入电压转换为相应输出电压。例如，尽管上述实施例中的每个电压转换器是SMPS形式的单独的降压转换器，将理解的是：在备选实施例中，替代或除了这种单独转换器以外，供电系统可以具有一个或更多个SMPS，每个SMPS包括上述最一般形式的多个电压转换器(例如，多相位降压转换器的情况)。

可以用各种方式来修改描述上述第一实施例的算法的伪码。

例如，当计算dp_n时，可以替代于“四舍五入(round)”函数(其向上或向下四舍五入到最接近的整数)使用“向上取整”函数(其向上取整到最接近的整数)。这可以通过避免由实际脉冲宽度的向下四舍五入所导致的、来自不同转换器的切换周期的“高”部分的重叠，提供更好的相位分布。因此，上述算法中的行“dp_n＝round(T_s*Vout_n/(Vin*dt*η_n)”可以用“dp_n＝ceiling(T_s*Vout_n/(Vin*dt*η_n)”来替代。

此外，当(通过评估Isum_p-Iin)计算每个相位偏移I² _Cin的输入电容器RMS电流的值时，在上述伪码中考虑所有转换器的总Iin。然而，在计算过程的任意阶段，可以备选地仅使用至此已经计算了相位偏移的计算器的总Iin。因此，代码：

      

      

在第一实施例的伪码中，从k＝0至k_end，其中k_end＝P-dp_n，评估相位偏移位置。然而，由于切换周期是周期性循环发生的时间段，可以在从k＝0至P-1(即k_end＝P-1)的所有位置的计算中考虑电压转换器的导通周期(即，转换器的切换周期的上述“高”部分)。因此，可以允许导通周期环绕(wrap around)至下一个切换周期。这可以允许更好地使用整个切换周期和更有效的相位偏移分布。图15中示出了该切换相位偏移的“环绕”，其可以与图8做比较(其中，如上所示，根据k＝0至k_end其中k_end＝P-dp_n来评估相位偏移位置)。

此外，上述算法可以适于与其中两个或更多个电压转换器的输出被连接在一起为负载提供单个输出电压的供电系统一同使用。在这种供电系统中，并行电压转换器之间的相位偏移通常是受限的。例如，通常要求三个转换器的并行布置，以在单独的转换器之间具有120°(切换周期的1/3)的偏移。在修改后的算法中，这种并行转换器可以被处理为其导通周期在切换周期Ts上扩展的单个转换器，如图16中所示。该示例中，两个转换器的导通周期偏移180°。

在第二实施例中，相位偏移选择器535通过选择其相位偏移值使得输入电流波纹最小化的路径，从三个结构(每个代表转换器相位偏移的组合/配置)的可用路径中做出它的选择。然而，可以备选地使用其他选择准则。例如，在备选实施例中，针对上述相位偏移组合的每一个，相位偏移选择器535可以计算指示符值，指示符值指示当被配置为根据计算出的相位偏移组合中的相应相位偏移的值来切换它们的开关元件时由多个电压转换器200-1至200-N的操作所引起的输入电流波纹(例如在T_s设置为1的情况下，峰峰电流波纹I_Cin，pp、来自式5的RMS输入电流波纹I_Cin，rms、I² _Cin，rms、或其简化形式)，并且相位偏移选择器535可以选择给出最低的计算出的指示符的值的相位偏移组合。

作为另一备选，相位偏移选择器535可以被布置为：(i)针对相位偏移的多个组合的每一个，计算第一指示符值和第二指示符值，第一指示符值指示当被配置为根据计算出的相位偏移的组合中相应的相位偏移值切换它们的开关元件时、将由多个转换器200-1至200-N的操作引起的输入电压波纹，第二指示符值指示当结合计算出的相位偏移配置为根据相应的相位偏移值切换它们的开关元件时由多个转换器200-1至200-N的操作引起的输入电流波纹；以及(ii)选择给出计算出的第一和第二指示符值的乘积(例如V_ppI² _Cin)的最低值的相位偏移的组合。

已经呈现了本发明的实施例的上述说明，用于说明和描述的目的。不是旨在是穷尽性的或将公开的当前形式作为对本发明的限制。可以不离开本发明的精神和范围来做出替代、修改和变型。

Claims (23)

1.一种用于确定供电系统(100)的开关元件之间切换相位的分布的控制器(500；500-2)，所述供电系统(100)包括多个电压转换器(200-1至200-N)，其中每个电压转换器包括开关元件，并且被布置为通过以预定切换频率切换开关元件将供应给电压转换器的输入电压(Vin)转换为相应输出电压(Vout₁至Vout_N)，所述控制器(500；500-2)包括：

接收机(510)，用于接收指示每个电压转换器(200-1至200-N)对电压转换器的输入电流的波纹电流分量的相应贡献的一个或更多个信号；

排序确定模块(520)，被配置为：以对波纹电流的贡献递减的顺序对电压转换器(200-1至200-N)排序；

切换相位偏移计算器(530；530-2)，被配置为：通过以下步骤，计算要应用于每个电压转换器(200-1至200-N)中的开关元件的相应切换相位偏移：

(i)计算两个最高排序的电压转换器的相应相位偏移，所述相位偏移将使得仅由所述两个最高排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小；

(ii)计算下一个最高排序的电压转换器的相位偏移，所述相位偏移将使得仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高排序的电压转换器的电压转换器所引起的输入电流波纹最小；以及

(iii)对于排序中的每个后续电压转换器，重复步骤(ii)；以及

输出信号发生器(540)，被配置为：生成一个或更多个输出信号，所述一个或更多个输出信号限定了要应用于相应开关元件的切换的计算出的切换相位偏移。

2.根据权利要求1所述的控制器(500；500-2)，其中：

所述接收机(510)被配置为：接收指示每个电压转换器的相应输出电流(Iout₁至Iout_N)的一个或更多个信号，作为指示每个电压转换器(200-1至200-N)对波纹电流的相应贡献的一个或更多个信号；以及

所述排序确定模块(520)被配置为：以输出电流递减的顺序对电压转换器(200-1至200-N)排序。

3.根据权利要求2所述的控制器(500；500-2)，其中：

所述接收机(510)接收到的一个或更多个信号还指示以下参数之一的值：

相应占空比，其中，每个电压转换器中的开关元件根据相应占空比切换；以及

每个电压转换器的相应输出电压；以及

在所述电压转换器中的至少两个电压转换器具有相同的输出电流的情况下，所述排序确定模块(520)被配置为：进一步以所述参数的值递减的顺序对所述至少两个电压转换器排序。

4.根据权利要求1所述的控制器(500；500-2)，其中：

所述接收机(510)被配置为：接收指示以下参数之一的值的一个或更多个信号，作为指示每个电压转换器(200-1至200-N)对波纹电流的贡献的一个或更多个信号：

相应占空比，其中，每个电压转换器中的开关元件根据相应占空比切换；以及

每个电压转换器的相应输出电压；以及

所述排序确定模块(520)被配置为：以所述参数值递减的顺序对电压转换器(200-1至200-N)排序。

5.根据权利要求4所述的控制器(500；500-2)，其中：

所述接收机(510)接收的一个或更多个信号还指示每个电压转换器的相应输出电流；以及

在所述电压转换器(200-1至200-N)中的至少两个电压转换器具有相同的参数值的情况下，所述排序确定模块(520)被配置为进一步以输出电流递减的顺序对所述至少两个电压转换器排序。

6.根据权利要求1所述的控制器(500；500-2)，其中：

所述接收机(510)被配置为：接收指示每个电压转换器的相应输出电流与相应输出电压和相应切换占空比之一的乘积的一个或更多个信号，作为指示每个电压转换器(200-1至200-N)对波纹电流的贡献的一个或更多个信号；以及

所述排序确定模块(520)被配置为：以所述乘积的值递减的顺序对电压转换器(200-1至200-N)排序。

7.一种用于控制供电系统(100)的开关元件之间的切换相位的分布的控制器(500；500-2)，所述供电系统(100)包括多个电压转换器(200-1至200-N)，其中每个电压转换器包括开关元件，并且被布置为通过以预定切换频率切换开关元件将供应给电压转换器的输入电压(Vin)转换为相应输出电压(Vout₁至Vout_N)，所述控制器包括：

接收机(510)，用于接收指示每个电压转换器(200-1至200-N)对电压转换器的输入电流的波纹电流分量的相应贡献的一个或更多个信号；以及

切换相位偏移调节器(550)，用于在供电系统(100)的操作期间调节开关元件的切换相位偏移，所述切换相位偏移调节器包括；

切换相位偏移计算器(520，530)，被配置为：基于接收到的信号，计算要应用于每个电压转换器(200-1至200-N)中的开关元件的相应切换相位偏移，所述切换相位偏移被计算为使得波纹电流分量最小；以及

控制信号发生器(540)被配置为，生成一个或更多个控制信号，所述一个或更多个控制信号限定了要应用于相应开关元件的切换的计算出的切换相位偏移，

其中切换相位偏移调节器(550)响应于接收到的信号的改变，重新计算切换相位偏移，并在电源系统(100)的操作期间生成与重新计算的切换相位偏移相对应的控制信号。

8.根据前述任一项权利要求所述的控制器(500-2)，其中：

所述切换相位偏移计算器(530-2)被布置为：

(i)计算次高排序的电压转换器的多个相位偏移，所述多个相位相移中的每一个将产生仅由两个最高排序的电压转换器引起的、低于阈值的输入电流波纹，其中所述多个相位偏移中的至少一个将使得仅由两个最高排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小；

(ii)对于下一个最高排序的电压转换器，计算相应的多个相位偏移，所述多个相位偏移中的每一个将产生仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高电压转换器的电压转换器所引起的、低于阈值的输入电流波纹，其中所述下一个最高排序的电压转换器的多个相位偏移中的至少一个将使得仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高电压转换器排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小；以及

(iii)对于排序中的每个后续电压转换器，重复步骤(ii)；

所述切换相位偏移计算器(530-2)包括相位偏移选择器(535)，该相位偏移选择器(535)被布置为：针对相位偏移的多个组合中的每个组合，计算指示符值，并且选择给出最小的计算出的指示符值的相位偏移的组合，其中，每个组合包括多个电压转换器中每一个的相应相位偏移，所述指示符值指示当多个电压转换器(200-1至200-N)被配置为根据计算出的相位偏移的组合中相应的相位偏移值来切换它们的开关元件时将由所述多个电压转换器(200-1至200-N)的操作引起的输入电压波纹；以及

所述输出信号发生器(540)被配置为：根据所选的切换相位偏移的组合，生成所述一个或更多个输出信号。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的控制器(500-2)，其中：

所述切换相位偏移计算器(530-2)被布置为：

(i)计算次高排序的电压转换器的多个相位偏移，所述多个相位偏移中的每一个将产生仅由两个最高排序的电压转换器引起的、低于阈值的输入电流波纹，其中所述多个相位偏移中的至少一个将使得仅由两个最高排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小；

(ii)对于下一个最高排序的电压转换器，计算相应的多个相位偏移，所述多个相位偏移中的每一个将产生仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高电压转换器的电压转换器所引起的、低于阈值的输入电流波纹，其中所述下一个最高排序的电压转换器的多个相位偏移中的至少一个将使得仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高电压转换器的电压转换器引起的输入电流波纹最小；以及

(iii)对于排序中的每个后续电压转换器，重复步骤(ii)；

所述切换相位偏移计算器(530-2)包括相位偏移选择器(535)，该相位偏移选择器(535)被布置为：针对相位偏移的多个组合中的每个组合，计算指示符值，并且选择给出最小的计算出的指示符值的相位偏移的组合，其中，每个组合包括多个电压转换器中每一个的相应相位偏移，所述指示符值指示当多个电压转换器(200-1至200-N)被配置为根据计算出的相位偏移的组合中相应的相位偏移值来切换它们的开关元件时将由所述多个电压转换器(200-1至200-N)的操作引起的输入电压波纹；以及

所述输出信号发生器(540)被配置为：根据所选的切换相位偏移的组合，生成一个或更多个输出信号。

10.根据前述权利要求1-7中任一项所述的控制器(500-2)，其中：

所述切换相位偏移计算器(530-2)被布置为：

(i)计算次高排序的电压转换器的多个相位偏移，所述多个相位偏移中的每一个将产生仅由两个最高排序的电压转换器引起的、低于阈值的输入电流波纹，其中所述多个相位偏移中的至少一个将使得仅由两个最高排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小；

(ii)对于下一个最高排序的电压转换器，计算相应的多个相位偏移，所述多个相位偏移中的每一个将产生仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高电压转换器的电压转换器所引起的、低于阈值的输入电流波纹，其中所述下一个最高排序的电压转换器的多个相位偏移中的至少一个将使得仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高电压转换器的电压转换器引起的输入电流波纹最小；以及

(iii)对于排序中的每个后续电压转换器，重复步骤(ii)；

所述切换相位偏移计算器(530-2)包括相位偏移选择器(535)，其被布置为：

针对相位偏移的多个组合中的每个组合，计算第一指示符值和第二指示符值，其中，每个组合包括多个电压转换器中每一个的相应相位偏移，所述第一指示符值指示输入电压波纹，所述第二指示符值指示当多个转换器(200-1至200-N)被配置为根据计算出的相位偏移的组合中相应的相位偏移值切换它们的开关元件时将由所述多个转换器(200-1至200-N)的操作引起的输入电流波纹；以及

选择给出计算出的第一和第二指示符值的乘积的最小值的相位偏移的组合；以及

所述输出信号发生器(540)被配置为：根据所选的切换相位偏移的组合，生成所述一个或更多个输出信号。

11.一种供电系统(100)，包括：

多个电压转换器(200-1至200-N)，其中每个电压转换器包括开关元件，并且被布置为通过以预定切换频率切换开关元件来将供应给电压转换器(200-1至200-N)的输入电压(Vin)转换为相应输出电压；以及

根据前述任一项权利要求所述的控制器(500；500-2)，用于确定开关元件之间的切换相位的分布。

12.一种在包括多个电压转换器(200-1至200-N)的供电系统(100)中确定切换相位在开关元件之间的分布的方法，其中，每个电压转换器包括开关元件，并且被布置为通过以预定切换频率切换开关元件将供应给电压转换器(200-1至200-N)的输入电压(Vin)转换为相应输出电压，所述方法包括：

接收(S10)指示每个电压转换器(200-1至200-N)对电压转换器的输入电流的波纹电流分量的相应贡献的一个或更多个信号；

以对波纹电流的贡献递减的顺序对电压转换器(200-1至200-N)排序(S20)；

通过以下步骤，计算要应用于每个电压转换器中的开关元件的相应切换相位偏移：

(i)计算(S30；S30-2)两个最高排序的电压转换器的相应相位偏移，所述相位偏移将使得仅由所述两个最高排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小；

(ii)计算(S40；S40-2)下一个最高排序的电压转换器的相位偏移，所述相位偏移将使得仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高排序的电压转换器的电压转换器所引起的输入电流波纹最小；以及

(iii)对于排序中的每个后续电压转换器，重复步骤(ii)；以及

生成(S60)一个或更多个输出信号，所述一个或更多个输出信号限定了要应用于相应开关元件的切换的计算出的切换相位偏移。

13.根据权利要求12所述的方法，其中：

接收(S10)指示每个电压转换器(200-1至200-N)对波纹电流的贡献的一个或更多个信号包括：接收指示每个电压转换器的相应输出电流的一个或更多个信号；以及

以输出电流递减的顺序对电压转换器(200-1至200-N)排序(S20)。

14.根据权利要求13所述的方法，其中：

接收到的一个或更多个信号还指示以下参数之一的值：

相应占空比，其中，每个电压转换器中的开关元件根据相应占空比切换；以及

每个电压转换器的相应输出电压；以及

在所述电压转换器中的至少两个电压转换器具有相同的输出电流的情况下，进一步以参数值递减的顺序对所述至少两个电压转换器排序(S20)。

15.根据权利要求12所述的方法，其中：

接收(S10)指示每个电压转换器(200-1至200-N)对波纹电流的贡献的一个或更多个信号包括：接收指示以下参数之一的值的一个或更多个信号：

相应占空比，其中，每个电压转换器中的开关元件根据相应占空比切换；以及

每个电压转换器的相应输出电压；以及

以参数值递减的顺序对电压转换器排序(S20)。

16.根据权利要求15所述的方法，其中：

接收的一个或更多个信号还指示每个电压转换器的相应输出电流；以及

在所述电压转换器中的至少两个电压转换器具有相同的参数值的情况下，进一步以输出电流递减的顺序对所述至少两个电压转换器排序(S20)。

17.根据权利要求12所述的方法，其中：

接收(S10)指示每个电压转换器(200-1至200-N)对波纹电流的贡献的一个或更多个信号包括：接收指示每个电压转换器的相应输出电流与相应输出电压和相应切换占空比之一的乘积的一个或更多个信号；以及

以所述乘积的值递减的顺序对电压转换器排序(S20)。

18.一种在包括多个电压转换器(200-1至200-N)的供电系统(100)中控制开关元件之间的切换相位的分布的方法，其中，每个电压转换器包括开关元件，并且被布置为通过以预定切换频率切换开关元件将供应给电压转换器(200-1至200-N)的输入电压(Vin)转换为相应输出电压，所述方法包括：

接收(S10)指示每个电压转换器(200-1至200-N)对电压转换器(200-1至200-N)的输入电流的波纹电流分量的相应贡献的一个或更多个信号；以及

通过以下步骤，在供电系统的操作期间调节开关元件的切换相位偏移：

基于接收到的信号，计算(S20，S30，S40)要应用于每个电压转换器(200-1至200-N)中的开关元件的相应切换相位偏移，所述切换相位偏移被计算为使得波纹电流分量最小；以及

生成(S60)一个或更多个控制信号，所述一个或更多个控制信号限定了计算出的切换相位偏移以使计算出的切换相位偏移应用于相应开关元件的切换，

其中响应于接收到的信号的改变，重新计算切换相位偏移，并在电源系统(100)的操作期间生成与重新计算的切换相位偏移相对应的控制信号。

19.根据权利要求12至18中任一项所述的方法，其中通过以下步骤来计算针对电压转换器(200-1至200-N)中每一个中的开关元件要应用的切换相位偏移：

(i)计算(S30-2)次高排序的电压转换器的多个相位偏移，所述多个相位偏移中的每一个将产生仅由两个最高排序的电压转换器引起的、低于阈值的输入电流波纹，其中所述多个相位偏移中的至少一个将使得仅由两个最高排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小；

(ii)对于下一个最高排序的电压转换器，计算(S40-2)相应的多个相位偏移，所述多个相位偏移中的每一个将产生仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高电压转换器的电压转换器所引起的、低于阈值的输入电流波纹，其中所述下一个最高排序的电压转换器的多个相位偏移中的至少一个将使得仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高电压转换器排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小；

(iii)对于排序中的每个后续电压转换器，重复步骤(ii)；

针对相位偏移的多个组合中的每个组合，计算(S55)指示符值，并且选择给出最小的计算出的指示符值的相位偏移的组合，其中，每个组合包括多个电压转换器(200-1至200-N)中每一个的相应相位偏移，所述指示符值指示当多个电压转换器(200-1至200-N)被配置为根据计算出的相位偏移的组合中相应的相位偏移值来切换它们的开关元件时将由所述多个电压转换器(200-1至200-N)的操作引起的输入电压波纹；以及

选择(S55)给出最小的计算出的指示符值的相位偏移的组合，

其中根据所选的切换相位偏移的组合，生成(S60)限定了计算出的切换相位偏移的一个或更多个输出信号，所述计算出的切换相位偏移要应用于相应开关元件的切换。

20.根据权利要求12至18中任一项所述的方法，其中：

通过以下步骤来计算针对电压转换器(200-1至200-N)中的每一个中的开关元件要应用的切换相位偏移：

(i)计算次高排序的电压转换器的多个相位偏移，所述多个相位偏移中的每一个将产生仅由两个最高排序的电压转换器引起的、低于阈值的输入电流波纹，其中多个相位偏移中的至少一个将使得仅由两个最高排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小；

(ii)对于下一个最高排序的电压转换器，计算相应的多个相位偏移，所述多个相位偏移中的每一个将产生仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高电压转换器的电压转换器所引起的、低于阈值的输入电流波纹，其中所述下一个最高排序的电压转换器的多个相位偏移的至少一个将使得仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高电压转换器的电压转换器引起的输入电流波纹最小；

(iii)对于排序中的每个后续电压转换器，重复步骤(ii)；

针对相位偏移的多个组合中的每个组合，计算指示符值，并且选择给出最小的计算出的指示符值的相位偏移的组合，其中，每个组合包括多个电压转换器中每一个的相应相位偏移，所述指示符值指示当多个电压转换器(200-1至200-N)被配置为根据计算出的相位偏移的组合中相应的相位偏移值来切换它们的开关元件时将由所述多个电压转换器(200-1至200-N)的操作引起的输入电压波纹；以及

选择给出最小的计算出的指示符值的相位偏移的组合；

其中根据所选的切换相位偏移的组合，生成限定了计算出的切换相位偏移的一个或更多个信号，所述计算出的切换相位偏移要应用于相应开关元件的切换。

21.根据前述权利要求12-18中任一项所述方法，其中通过以下步骤计算要应用于每个电压转换器(200-1至200-N)中的开关元件的切换相位偏移：

(i)计算次高排序的电压转换器的多个相位偏移，所述多个相位偏移中的每一个将产生仅由两个最高排序的电压转换器引起的、低于阈值的输入电流波纹，其中所述多个相位偏移中的至少一个将使得仅由两个最高排序的电压转换器引起的输入电流波纹最小；

(ii)对于下一个最高排序的电压转换器，计算相应的多个相位偏移，所述多个相位偏移中的每一个将产生仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高电压转换器的电压转换器所引起的、低于阈值的输入电流波纹，其中所述下一个最高排序的电压转换器的多个相位偏移中的至少一个将使得仅由所述下一个最高排序的电压转换器和排序高于所述下一个最高电压转换器的电压转换器引起的输入电流波纹最小；

(iii)对于排序中的每个后续电压转换器，重复步骤(ii)；

针对相位偏移的多个组合中的每个组合，计算第一指示符值和第二指示符值，其中，每个组合包括多个电压转换器中每一个的相应相位偏移，所述第一指示符值指示输入电压波纹，所述第二指示符值指示当多个转换器(200-1至200-N)被配置为根据计算出的相位偏移的组合中相应的相位偏移值切换它们的开关元件时将由所述多个转换器(200-1至200-N)的操作引起的输入电流波纹；以及

选择给出计算出的第一和第二指示符的值的乘积的最小值的相位偏移的组合；以及

其中根据所选的切换相位偏移的组合，生成限定了计算出的切换相位偏移的一个或更多个输出信号，所述计算出的切换相位偏移要应用于相应开关元件的切换。

22.一种计算机可读存储介质(850)，存储计算机指令，所述计算机程序指令当由处理器(820)执行时，使处理器(820)执行根据权利要求12至21中的至少一项所述的方法。

23.一种承载计算机程序指令的信号(860)，所述计算机程序指令当由处理器(820)执行时，使处理器(820)执行根据权利要求12至21中的至少一项所述的方法。