CN106712478B - 多相dcdc转换器及其控制相退出的方法 - Google Patents

多相dcdc转换器及其控制相退出的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多相DCDC转换器，所述多相DCDC转换器包括第一调节模块，用于将所述相的占空比从所述相开始退出时的初始占空比值减小至临时占空比值，之后在第一时间段内维持所述临时占空比值；第二调节模块，用于在经过第一时间段后，减小所述相的占空比至所述第一占空比值，之后在第二时间段内维持所述第一占空比值；及关闭模块，用于在经过第二时间段后，将所述相完全关闭。本发明还提供了一种多相DCDC转换器控制相退出的方法。本发明应用于开关电源领域，减小了多相DCDC在关闭相的瞬间产生的输出电压的纹波，克服了现有技术成本高、实现难度高的缺陷。

Description

多相DCDC转换器及其控制相退出的方法
技术领域
本发明涉及开关电源领域，具体涉及多相DCDC转换器及其控制相退出的方法。
背景技术
当多相DCDC(Direct current to direct current，直流转直流)转换器由高负载变成低负载时，往往会相应地关闭一些相，以保持DCDC的高输出效率，而突然关闭一些相会导致DCDC输出电流瞬间变小，从而使输出电压产生纹波，该纹波幅度大，甚至会超出负载承受范围。在现有技术中，申请号为201510098033.9的发明申请文本公开了通过在每个输出功率级的控制路径中使用数模转换器使得DC-DC转换器产生传输模式之间的平稳变换。DAC由数字向上/向下计数器控制，其经由控制信号逐渐增加/减小功率级提供的电流，在相变换时通过控制相的电感电流的方法实现最小化多相DC-DC输出电压的瞬变，但该方法需要额外增加数模转换器，其增加了硬件成本和实现难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供多相DCDC转换器及其控制相退出的方法，减小多相DCDC在关闭相的瞬间产生的输出电压的纹波，克服现有技术成本高、实现难度高的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一方面，本发明提供了一种多相DCDC转换器，所述多相DCDC转换器包括第一调节模块、第二调节模块和关闭模块。
所述第一调节模块，用于将所述相的占空比从所述相开始退出时的初始占空比值减小至临时占空比值，之后在第一时间段内维持所述临时占空比值；
所述第二调节模块，用于在经过第一时间段后，减小所述相的占空比至所述第一占空比值，之后在第二时间段内维持所述第一占空比值；
所述关闭模块，用于在经过第二时间段后，将所述相完全关闭；
其中，所述临时占空比值、所述第一占空比值、所述第一时间段和所述第二时间段为预先设定。
作为本发明的改进，所述第一调节模块减小所述相的占空比的方法为：增大PWM输入信号的斜率。
作为本发明的另一种改进，所述第二调节模块减小所述相的占空比的方法为：增大PWM输入信号的斜率。
作为本发明的又一种改进，所述相的占空比为所述临时占空比值时的PWM输入信号的斜率是其占空比为所述初始占空比值时的2倍。
作为本发明的再一种改进，所述相的占空比为所述第一占空比值时的PWM输入信号的斜率是其占空比为所述临时占空比值时的2倍。
另一方面，本发明提供了一种多相DCDC转换器控制相退出的方法，包括步骤：
将所述相的占空比从所述相开始退出时的初始占空比值减小至临时占空比值，之后在第一时间段内维持所述临时占空比值；
在经过第一时间段后，减小所述相的占空比至所述第一占空比值，之后在第二时间段内维持所述第一占空比值；
在经过第二时间段后，将所述相完全关闭；
其中，所述临时占空比值、所述第一占空比值、所述第一时间段和所述第二时间段为预先设定。
作为本发明的改进，所述第一调节模块减小所述相的占空比的方法为：增大PWM输入信号的斜率。
作为本发明的另一种改进，所述第二调节模块减小所述相的占空比的方法为：增大PWM输入信号的斜率。
作为本发明的又一种改进，所述相的占空比为所述临时占空比值时的PWM输入信号的斜率是其占空比为所述初始占空比值时的2倍。
作为本发明的再一种改进，所述相的占空比为所述第一占空比值时的PWM输入信号的斜率是其占空比为所述临时占空比值时的2倍。
本发明提供的多相DCDC转换器及其控制相退出的方法，通过两次减小占空比使得退出相的电感电流下降，实现相的逐步退出，从而减小多相DCDC在关闭相的瞬间产生的输出电压的纹波，将输出电压的扰动降至最低，克服现有技术成本高、实现难度高的缺陷。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一实施方式的多相DCDC转换器的功能模块图；
图2是本发明一实施方式的多相DCDC转换器控制相退出的方法的流程图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
图1示出了本发明一实施方式的多相DCDC转换器的功能模块图，如图1所示，该多相DCDC转换器10包括第一调节模块104、第二调节模块106和关闭模块108。
当多相DCDC转换器10从重载变成轻载时，负载电流随之减小。此时，为了维持DCDC的利用效率，多相DCDC转换器10根据负载电流判断出待关闭的相。
第一调节模块104用于将相的占空比从相开始退出时的初始占空比值减小至临时占空比值，之后在第一时间段内维持临时占空比值。为方便描述，以下将待关闭的相称为退出相。通过将相的占空比从相开始退出时的初始占空比值减小至临时占空比值，使得在相同周期时间内，退出相的电感电流上升时间变短而下降时间变长，即电感电流上升幅度变小而下降幅度变大，故在周期结束后，退出相的电感电流下降，维持该占空比一定时间，电感电流峰值将缓慢下降并最终稳定于DCM(Discontinuous Conduction Mode,非连续导通模式)状态。在退出相的电感电流缓慢下降的同时，为了提供同样的负载需求，其他相的电流将自动缓慢上升以弥补退出相所减小的电流，从而使得多相DCDC转换器10的输出电压基本无扰动。其中，临时占空比值和第一时间段为预先设定，根据不同芯片的经验值预先设定，临时占空比值小于初始占空比值，例如，某芯片的经验值为：临时占空比值预先设定为初始占空比值的一半，第一时间段预先设定为32us(us：微秒)。在本实施方式中，第一调节模块104减小相的占空比的方法为：增加PWM输入信号的斜率。当多相DCDC转换器为电压模DCDC转换器时，PWM输入信号的斜率为斜坡电压信号的斜率，即斜坡电压信号的上升或下降速率；当多相DCDC转换器为电流模DCDC转换器时，PWM输入信号的斜率为感应电流信号的斜率，即感应电流信号的上升或下降速率。在本实施方式中，退出相的占空比为临时占空比值时的PWM输入信号的斜率是其占空比为初始占空比值时的2倍。
第二调节模块106，用于在经过第一时间段后，减小所述相的占空比至所述第一占空比值，之后在第二时间段内维持所述第一占空比值。与第一次减小占空比值的原理类似，通过将相的占空比从相开始退出时的临时占空比值减小至第一占空比值，使得在相同周期时间内，退出相的电感电流上升时间变短而下降时间变长，即电感电流上升幅度变小而下降幅度变大，故在周期结束后，退出相的电感电流进一步下降，维持该占空比一定时间，电感电流峰值将缓慢下降并最终稳定于DCM状态。在退出相的电感电流缓慢下降的同时，为了提供同样的负载需求，其他相的电流将自动缓慢上升以弥补退出相所减小的电流，从而减小相的关闭对多相DCDC转换器10输出电压的扰动。在本实施方式中，第二调节模块106减小相的占空比的方法为：增加PWM输入信号的斜率。当多相DCDC转换器为电压模DCDC转换器时，PWM输入信号的斜率为斜坡电压信号的斜率，即斜坡电压信号的上升或下降速率；当多相DCDC转换器为电流模DCDC转换器时，PWM输入信号的斜率为感应电流信号的斜率，即感应电流信号的上升或下降速率。其中，第一占空比值和第二时间段为预先设定，根据不同芯片的经验值预先设定，第一占空比自小于临时占空比值，第二时间段和第一时间段可以不同，需根据实际情况设定。例如，某芯片的经验值为：第一占空比值预先设定为临时占空比值的一半，第二时间段预先设定为20us(us：微秒)。在本实施方式中，退出相的占空比为第一占空比值时的PWM输入信号的斜率是其占空比为临时占空比值时的2倍。
关闭模块108用于在经过第二时间段后，将相完全关闭。在第二调节模块106减小相的占空比至第一占空比值后，由于退出相的电感电流进一步下降到较小值，此时将相完全关闭，多相DCDC转换器10的输出电压基本无扰动。
在其他实施方式中，多相DCDC转换器还可包括多个用于减小占空比值并在一定时间内维持该值的模块，相应的，关闭模块用于在最后一次减小占空比值并维持该值一段时间后将相完全关闭，以实现缓慢降低电感电流，从而减小相的关闭对多相DCDC转换器输出电压的扰动。
图2是本发明一实施方式的多相DCDC转换器控制相退出的方法的流程图，该方法由图1所示的一实施方式的多相DCDC转换器来运行。
当多相DCDC转换器10从重载变成轻载时，负载电流随之减小。此时，为了维持DCDC的利用效率，多相DCDC转换器10根据负载电流判断出待关闭的相。
在步骤S203中，第一调节模块104减小相的占空比后在第一时间段内维持该值。第一调节模块104将所述相的占空比从所述相开始退出时的初始占空比值减小至临时占空比值，之后在第一时间段内维持所述临时占空比值。为方便描述，以下将待关闭的相称为退出相。通过将相的占空比从相开始退出时的初始占空比值减小至临时占空比值，使得在相同周期时间内，退出相的电感电流上升时间变短而下降时间变长，即电感电流上升幅度变小而下降幅度变大，故在周期结束后，退出相的电感电流下降，维持该占空比一定时间，电感电流峰值将缓慢下降并最终稳定于DCM状态。在退出相的电感电流缓慢下降的同时，为了提供同样的负载需求，其他相的电流将自动缓慢上升以弥补退出相所减小的电流，从而减小相的关闭对多相DCDC转换器10输出电压的扰动。其中，临时占空比值和第一时间段为预先设定，根据不同芯片的经验值预先设定，临时占空比值小于初始占空比值，例如，某芯片的经验值为：临时占空比值预先设定为初始占空比值的一半，第一时间段预先设定为32us(us：微秒)。在本实施方式中，第一调节模块104减小相的占空比的方法为：增加PWM输入信号的斜率。当多相DCDC转换器为电压模DCDC转换器时，PWM输入信号的斜率为斜坡电压信号的斜率，即斜坡电压信号的上升或下降速率；当多相DCDC转换器为电流模DCDC转换器时，PWM输入信号的斜率为感应电流信号的斜率，即感应电流信号的上升或下降速率。在本实施方式中，退出相的占空比为临时占空比值时的PWM输入信号的斜率是其占空比为初始占空比值时的2倍。
在步骤S205中，第二调节模块106减小相的占空比后在第二时间段内维持该值。在经过第一时间段后，减小所述相的占空比至所述第一占空比值，之后在第二时间段内维持所述第一占空比值。与第一次减小占空比值的原理类似，通过将相的占空比从相开始退出时的临时占空比值减小至第一占空比值，使得在相同周期时间内，退出相的电感电流上升时间变短而下降时间变长，即电感电流上升幅度变小而下降幅度变大，故在周期结束后，退出相的电感电流进一步下降，维持该占空比一定时间，电感电流峰值将缓慢下降并最终稳定于DCM状态。在退出相的电感电流缓慢下降的同时，为了提供同样的负载需求，其他相的电流将自动缓慢上升以弥补退出相所减小的电流，从而使得多相DCDC转换器10的输出电压基本无扰动。在本实施方式中，第二调节模块106减小相的占空比的方法为：增加PWM输入信号的斜率。当多相DCDC转换器为电压模DCDC转换器时，PWM输入信号的斜率为斜坡电压信号的斜率，即斜坡电压信号的上升或下降速率；当多相DCDC转换器为电流模DCDC转换器时，PWM输入信号的斜率为感应电流信号的斜率，即感应电流信号的上升或下降速率。其中，第一占空比值和第二时间段为预先设定，根据不同芯片的经验值预先设定，第一占空比自小于临时占空比值，第二时间段和第一时间段可以不同，需根据实际情况设定。例如，某芯片的经验值为：第一占空比值预先设定为临时占空比值的一半，第二时间段预先设定为20us(us：微秒)。在本实施方式中，退出相的占空比为第一占空比值时的PWM输入信号的斜率是其占空比为临时占空比值时的2倍。
在步骤S207中，关闭模块108将相完全关闭。关闭模块108在经过第二时间段后，将相完全关闭。在第二调节模块106减小相的占空比至第一占空比值后，由于退出相的电感电流进一步下降到较小值，此时将相完全关闭，多相DCDC转换器10的输出电压基本无扰动。
在其他实施方式中，多相DCDC转换器还可多次减小占空比值并在一定时间内维持该值以缓慢降低电感电流，相应的，关闭模块在最后一次减小占空比值并维持该值一段时间后，将相完全关闭，从而减小相的关闭对多相DCDC转换器输出电压的扰动。
综上所述，本发明一实施方式提供了多相DCDC转换器及其控制相退出的方法，通过两次减小占空比使得退出相的电感电流下降到较低值，实现了相的逐步退出，减小多相DCDC在关闭相的瞬间产生的输出电压的纹波，将输出电压的扰动降至最低，克服现有技术成本高、实现难度高的缺陷。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种多相DCDC转换器，其特征在于，包括:第一调节模块、第二调节模块、关闭模块；
所述第一调节模块用于将退出相的占空比从所述退出相开始退出时的初始占空比值减小至临时占空比值，之后在第一时间段内维持所述临时占空比值，所述退出相的电感电流最终稳定于非连续导通模式状态；在所述第一时间段内，其他相的电流将缓慢上升以弥补所述退出相所减小的电流，使得所述多相DCDC转换器的输出电压基本无扰动；
所述第二调节模块用于在经过第一时间段后，减小所述退出相的占空比至第一占空比值，之后在第二时间段内维持所述第一占空比值；所述退出相的电感电流最终稳定于非连续导通模式状态；在所述第二时间段内，其他相的电流将缓慢上升以弥补所述退出相所减小的电流，使得所述多相DCDC转换器的输出电压基本无扰动；
所述关闭模块用于在经过第二时间段后，将所述退出相完全关闭；
其中，所述临时占空比值、所述第一占空比值、所述第一时间段和所述第二时间段为预先设定。
2.根据权利要求1所述的多相DCDC转换器，其特征在于，所述第一调节模块减小所述退出相的占空比的方法为：增大PWM输入信号的斜率。
3.根据权利要求1或2所述的多相DCDC转换器，其特征在于，所述第二调节模块减小所述退出相的占空比的方法为：增大PWM输入信号的斜率。
4.根据权利要求3所述的多相DCDC转换器，其特征在于，所述退出相的占空比为所述临时占空比值时的PWM输入信号的斜率是其占空比为所述初始占空比值时的2倍。
5.根据权利要求3所述的多相DCDC转换器，其特征在于，所述退出相的占空比为所述第一占空比值时的PWM输入信号的斜率是其占空比为所述临时占空比值时的2倍。
6.一种多相DCDC转换器控制相退出的方法，其特征在于，包括步骤：
将退出相的占空比从所述退出相开始退出时的初始占空比值减小至临时占空比值，之后在第一时间段内维持所述临时占空比值，所述退出相的电感电流最终稳定于非连续导通模式状态；在所述第一时间段内，其他相的电流将缓慢上升以弥补所述退出相所减小的电流，使得所述多相DCDC转换器的输出电压基本无扰动；
在经过所述第一时间段后，减小所述退出相的占空比至第一占空比值，之后在第二时间段内维持所述第一占空比值，所述退出相的电感电流最终稳定于非连续导通模式状态；在所述第二时间段内，其他相的电流将缓慢上升以弥补所述退出相所减小的电流，使得所述多相DCDC转换器的输出电压基本无扰动；
在经过所述第二时间段后，将所述退出相完全关闭；
其中，所述临时占空比值、所述第一占空比值、所述第一时间段和所述第二时间段为预先设定。
7.根据权利要求6所述的多相DCDC转换器控制相退出的方法，其特征在于，第一调节模块减小所述退出相的占空比的方法为：增大PWM输入信号的斜率。
8.根据权利要求6或7所述的多相DCDC转换器控制相退出的方法，其特征在于，第二调节模块减小所述退出相的占空比的方法为：增大PWM输入信号的斜率。
9.根据权利要求8所述的多相DCDC转换器控制相退出的方法，其特征在于，所述退出相的占空比为所述临时占空比值时的PWM输入信号的斜率是其占空比为所述初始占空比值时的2倍。
10.根据权利要求8所述的多相DCDC转换器控制相退出的方法，其特征在于，所述退出相的占空比为所述第一占空比值时的PWM输入信号的斜率是其占空比为所述临时占空比值时的2倍。
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