CN109309451A - 多相切换式电源供应器、及其控制电路与控制方法 - Google Patents

多相切换式电源供应器、及其控制电路与控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109309451A
CN109309451A CN201710617931.XA CN201710617931A CN109309451A CN 109309451 A CN109309451 A CN 109309451A CN 201710617931 A CN201710617931 A CN 201710617931A CN 109309451 A CN109309451 A CN 109309451A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
ramp signal
power supply
signal
subtracting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710617931.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109309451B (zh
Inventor
何峻徹
陈裕昌
汪若瑜
李惟
李一惟
陈曜洲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Richtek Technology Corp
Original Assignee
Richtek Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Richtek Technology Corp filed Critical Richtek Technology Corp
Priority to CN201710617931.XA priority Critical patent/CN109309451B/zh
Publication of CN109309451A publication Critical patent/CN109309451A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109309451B publication Critical patent/CN109309451B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H02M3/1586Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel switched with a phase shift, i.e. interleaved

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明提出一种多相切换式电源供应器、及其控制电路与控制方法。多相切换式电源供应器包含:多个功率级电路、多个PWM控制器以及斜坡信号设定电路。多个PWM控制器,用以根据相关于输出电压的误差信号及多个各自对应各PWM控制器的斜坡信号,以产生对应的多个PWM信号,以控制各自对应的功率级电路。斜坡信号设定电路,根据增/减相信号而调整与增/减相信号相关的相位的斜坡信号。在减相操作时,斜坡信号设定电路使受减相位的斜坡信号的基准电平递变,以使受减相位的PWM信号的工作比渐减。

Description

多相切换式电源供应器、及其控制电路与控制方法
技术领域
本发明涉及一种多相切换式电源供应器、及其控制电路与控制方法,其能够确保多相切换式电源供应器在增相(phase add)或减相(phase cut)的转换期间时,整体系统的输出电压不会有突降(undershoot)或突升(overshoot)的不正常现象发生。
现有技术
请参考图1,其显示现有技术的多相切换式电源供应器电路于增相或减相时,其增/减相信号的波形示意图。
在多相切换式电源供应器中,当负载为轻载时工作的相位数目会转变为较少相位(phase cut,减相)、当负载为重载时工作的相位数目会转为较多相位(phase add,增相)。然而,现有技术的多相切换式电源供应器,在增减相位时会有瞬时电压不稳的问题。具体地,请参阅图1,以三相切换式电源供应器为例,本图中,当时间点t0,增/减相信号命令减相时,第二、三相功率级立即停止工作,第二、三相电流下降至0(时间点t2、t3),而第一相功率级独自供应电流(第一相电流)。由图1中可见,由于第一相电流还不能立即调整到所需电平,造成总输出电流Iout暂时不足,因此造成输出电压的突降(undershoot),不足的电压等于阴影处的电荷积分量QT。输出电压的突降会造成不稳定而产生种种的问题。
另一方面,当增相时,在转换的期间,也会产生相似的问题。
与本申请相关的上述发明,请参阅美国专利US 8258769B2和US 8643354B2。
有鉴于此,本发明即针对上述现有技术的不足,提出一种能够确保在增相或减相的转换期间时,整体系统的输出电压不会有突降或突升的不正常现象发生的多相切换式电源供应器、及其控制电路与控制方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷,提出一种多相切换式电源供应器、及其控制电路与控制方法,其能够确保在增相或减相的转换期间时,整体系统的输出电压不会有突降或突升的不正常现象发生。
为了实现上述发明目的,就其中一观点言,本发明提供了一种多相切换式电源供应器,包含:多个功率级电路,每一功率级电路为一个相位,用以将一输入电压转换为一输出电压,其中至少一功率级电路根据一增/减相信号,而工作、或不工作(关闭);该多个功率级电路根据对应的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)信号,切换该相位内至少一个功率晶体管,以共同将该输入电压转换为该输出电压,且每一相位各自产生对应的相位输出电流;多个PWM控制器,用以根据相关于该输出电压的一误差信号、及多个各自对应各PWM控制器的斜坡信号,以产生对应的多个PWM信号,以控制各自对应的功率级电路;以及一斜坡信号设定电路,根据该增/减相信号而调整与该增/减相信号相关的相位的斜坡信号,其中,在减相操作时,该斜坡信号设定电路使受减相位的斜坡信号递变,以使该受减相位的PWM信号的工作比(duty ratio)渐减。
就另一观点言,本发明提供了一种多相切换式电源供应器的控制电路,包含:多个功率级电路,每一功率级电路为一个相位,用以将一输入电压转换为一输出电压,其中至少一功率级电路根据一增/减相信号,而工作、或不工作(关闭);该多个功率级电路根据对应的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)信号,切换该相位内至少一个功率晶体管,以共同将该输入电压转换为该输出电压,且每一相位各自产生对应的相位输出电流;该控制电路包含:多个PWM控制器,用以根据相关于该输出电压的一误差信号、及多个各自对应各PWM控制器的斜坡信号,以产生对应的多个PWM信号,以控制各自对应的功率级电路;以及一斜坡信号设定电路,根据该增/减相信号而调整与该增/减相信号相关的相位的斜坡信号,其中,在减相操作时,该斜坡信号设定电路使受减相位的斜坡信号递变,以使该受减相位的PWM信号的工作比(duty ratio)渐减。
在一种较佳的实施型态中,其中,于减相两相以上时,依序且不同时关闭受减相位。
在一种较佳的实施型态中,其中,于减相两相以上时,先使一个受减相位的斜坡信号递变,之后,再使另一个受减相位的斜坡信号递变。
在一种较佳的实施型态中,其中该斜坡信号设定电路包括:一可调偏移电压源,根据该增/减相信号而调整其偏移值;以及一加法器,用以将对应于受增相位或受减相位的初始斜坡信号与该偏移值相加,以产生该受增相位或受减相位的斜坡信号,由此改变该斜坡信号的基准电平。
在一种较佳的实施型态中,其中各相位的初始斜坡信号为根据一频率电路而产生、或根据各相位的输出电流而产生。
在一种较佳的实施型态中,其中当决定进入减相操作时,保留相位的该多个功率级中的至少一个功率级,其所对应的各斜坡信号的该基准电平维持不变、或以一缓降斜率进行缓降。
在一种较佳的实施型态中,其中,在增相操作时,该斜坡信号设定电路使受增相位的斜坡信号递变,以使该受增相位的PWM信号的工作比(duty ratio)渐增。
在一种较佳的实施型态中,其中,于增相两相以上时,先使一个受增相位的斜坡信号递变,之后,再使另一个受增相位的斜坡信号递变。
在一种较佳的实施型态中,其中当决定进入增相操作时,保留相位的该多个功率级中的至少一个功率级,其所对应的各斜坡信号的该基准电平维持不变、或以一缓升斜率进行缓升。
在一种较佳的实施型态中,其中该受减相位的斜坡信号的基准电平递变的斜率为可调整。
在一种较佳的实施型态中,其中该受增相位的斜坡信号的基准电平递变的斜率为可调整。
就又一观点言,本发明提供了一种多相切换式电源供应器的控制方法,该多相切换式电源供应器包含:多个功率级电路,每一功率级电路为一个相位,用以将一输入电压转换为一输出电压,其中至少一功率级电路根据一增/减相信号,而工作、或不工作(关闭);该多个功率级电路根据对应的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)信号,切换该相位内至少一个功率晶体管,以共同将该输入电压转换为该输出电压,且每一相位各自产生对应的相位输出电流;该控制方法包含:根据相关于该输出电压的一误差信号、及多个与该增/减相信号相关的每一相位各自产生对应的斜坡信号,以产生每一相位各自对应的的多个PWM信号;以及根据该增/减相信号而调整与该增/减相信号相关的相位的斜坡信号,其中,在减相操作时,使受减相位的斜坡信号递变,以使该受减相位的PWM信号的工作比(dutyratio)渐减。
以下通过具体实施例详加说明,应当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1显示现有技术的多相切换式电源供应器电路于增相或减相时,其增/减相信号的波形示意图;
图2显示本发明一实施例的多相切换式电源供应器的方块示意图;
图3A-3J标出同步或异步的降压型、升压型、反压型、或升降压型的切换式电源供应器;
图4显示本发明一实施例的各PWM控制器如何产生其各自对应的PWM信号;
图5A显示本发明一实施例的各PWM控制器,在电流控制模式(current-mode)或电压控制模式(voltage-mode)下,如何产生其各自对应的PWM信号;
图5B显示本发明一实施例的各PWM控制器,在固定导通时间控制模式(constantON time)下,如何产生其各自对应的PWM信号;
图6显示本发明一实施例的各PWM控制器,在电压控制模式下,PWM信号与其各自对应的斜坡信号的波形示意图;
图7显示本发明一实施例的各PWM控制器,在固定导通时间控制模式(constant ONtime)下,PWM信号与其各自对应的斜坡信号的波形示意图;
图8显示本发明一实施例,在电压控制模式下,于减相两相以上时,本发明如何依序使各自不同的受减相位的斜坡信号的基准电平递变,以使各自不同的受减相位的PWM信号的工作比(duty ratio)渐减;
图9显示本发明一实施例,在电压控制模式下,于增相两相以上时,本发明如何依序使各自不同的受增相位的斜坡信号的基准电平递变,以使各自不同的受增相位的PWM信号的工作比(duty ratio)渐增;
图10显示本发明一实施例,在电压控制模式下,于减相两相以上时,本发明如何依序使各自不同的受减相位的斜坡信号的基准电平递变,以使各自不同的受减相位的PWM信号的工作比(duty ratio)渐减,并且,其中斜坡信号的基准电平的递变斜率为可调整;
图11显示本发明一实施例,在电压控制模式下,于增相两相以上时,本发明如何依序使各自不同的受增相位的斜坡信号的基准电平递变,以使各自不同的受增相位的PWM信号的工作比(duty ratio)渐增,并且,其中斜坡信号的基准电平的递变斜率为可调整;
图12显示本发明的另一实施例,其中,使斜坡信号的斜率递变。图中符号说明
I1 已知的第一相输出电流
I2 已知的第二相输出电流
t1 已知的时间点
100 多相切换式电源供应器
140 负载
11 第一相PWM控制器
112 比较器
12 第一相功率级
13 反馈电路
131 误差放大器
14 斜坡信号设定电路
141 加法器
142 可调偏移电压源
16 频率电路
17 导通时间产生器
18 斜坡信号产生电路
21 第二相PWM控制器
22 第二相功率级
31 第三相PWM控制器
70 控制电路
CLK 频率信号
COMP 误差信号
FB 反馈信号
IL1 第一相输出电流
IL2 第二相输出电流
ILN 第N相输出电流
Iout 输出电流
L1 基准电平
L1’ 基准电平
L1” 基准电平
L2 基准电平
L2’ 基准电平
L3 基准电平
LC 电感电流
N1 第N相PWM控制器
N2 第N相功率级
Ph 增/减相信号
PWM1 第一相PWM信号
PWM1’ 第一相PWM信号
PWM1” 第一相PWM信号
PWM2 第二相PWM信号
PWMN 第N相PWM信号
RAMP_i 初始斜坡信号
RAMP1 第一相斜坡信号
RAMP1’ 第一相斜坡信号
RAMP1” 第一相斜坡信号
RAMP2 第二相斜坡信号
RAMPN 第N相斜坡信号
t0~t3 时间点
Vin 输入电压
Vout 输出电压
Vout2 输出电压
Vref 参考信号
具体实施方式
涉及本发明的前述及其他技术内容、特点与功效,在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中,将可清楚的呈现。本发明中的图式均属示意,主要意在表示各装置以及各元件之间的上下次序关系,至于形状、厚度与宽度则并未依照比例绘制。
本发明的基本技术思想是当多相切换式电源供应器的负载在轻载与重载间变换时,也就是需要增加或减少作用的功率级相位时,根据增/减相信号而调整与增/减相信号相关的相位的斜坡信号。
意思就是:一方面,在减相操作时,斜坡信号设定电路使受减相位的斜坡信号递变,以使受减相位的PWM信号的工作比(duty ratio)渐减。而另一方面,在增相操作时,斜坡信号设定电路使受增相位的斜坡信号递变,以使受增相位的PWM信号的工作比(dutyratio)渐增。由此,本发明的多相切换式电源供应器能够确保其在增相(phase add)或减相(phase cut)的转换期间时,整体系统的输出电压不会有突降(undershoot)或突升(overshoot)的不正常现象发生。使受减/增相位的斜坡信号递变,例如但不限于可为:使受减/增相位的斜坡信号的基准电平递变(也可以为:使受减/增相位的斜坡信号的斜率递变)。
请参考图2-3。图2显示本发明一实施例的多相切换式电源供应器的方块示意图。图3A-3J标出同步或异步的降压型、升压型、反压型、或升降压型的切换式电源供应器。
如图2所示,本实施例的多相切换式电源供应器100包含:多个功率级电路12、22…N2、多个PWM控制器11、21、…N1、一反馈电路13以及一斜坡信号设定电路14。其中,每一功率级电路12、22、…或N2各为一个相位,用以共同将一输入电压转Vin换为一输出电压Vout。各功率级电路12、22、…或N2,即所谓的第一相功率级12、第二相功率级22、…及第N相功率级N2例如但不限于可为图3A-3J所示的同步或异步的降压型、升压型、反压型、或升降压型转换电路。工作中的功率级电路12、22、…或N2根据其各自对应的脉宽调制(pulse widthmodulation,PWM)信号PWM1、PWM2、…或PWMN,切换相位内至少一个功率晶体管(如图3A-3J所示),以共同将输入电压Vin转换为输出电压Vout,且每一相位各自产生对应的相位输出电流IL1、IL2、…或ILN。当需要改变工作的相位数目改变时,增/减相信号Ph使至少一个功率级电路由工作(active)转为不工作(inactive)、或由不工作转为工作。
为便利说明起见,以下说明假设增/减相时的受控对象均为第一相功率级12,但当然,增/减相时的受控对象也可以均为其他相功率级,或交替轮流。
图2中,各相PWM控制器12、22、…或N2分别输出PWM信号PWM1、PWM2、…或PWMN,以控制第一相功率级12、第二相功率级22、…及第N相功率级N2,以共同将输入电压Vin转换为输出电压Vout。
反馈电路13根据与输出电压Vout相关的反馈信号FB,产生误差信号COMP,并将此误差信号COMP分别输入各相PWM控制器12、22、…或N2。
本发明相比于现有技术的差异与优越之处在于:本发明具有斜坡信号设定电路14。值得注意的是,本发明所具有的斜坡信号设定电路14能够根据增/减相信号Ph而调整与增/减相信号Ph相关的相位的斜坡信号RAMP1、RAMP2、或…RAMPN,而解决现有技术中,在增/减相瞬时变化的过程中,电压突降或突升的问题。
请参考图4,其显示本发明一实施例的各PWM控制器如何产生其各自对应的PWM信号。如上所述,为便利说明起见,图4在说明时假设增/减相时的受控对象均为第一相功率级12,因此输出的是PWM信号PWM1,以控制第一相PWM控制器11。但当然,在另一实施例中,增/减相时的受控对象也可以为其他相功率级、或轮流。
如图4所示,反馈电路13包括误差放大器131。此误差放大器131将反馈信号FB与参考信号Vref相比较,产生误差信号COMP。此误差信号COMP被输入至第一相PWM控制器11。
在一实施例中,斜坡信号设定电路14可包括一可调偏移电压源142以及一加法器141。可调偏移电压源142根据增/减相信号Ph而调整其偏移值。调整偏移值的结果,将使斜坡信号的基准电平改变,其作用与目的稍后详述。
初始斜坡信号RAMP_i可为任何方式所产生的斜坡信号。在一实施例中,若多相切换式电源供应器100以电压控制模式(voltage mode)进行控制,则初始斜坡信号RAMP_i例如但不限于可根据频率电路16所产生的频率信号CLK来产生。在另一实施例中,若多相切换式电源供应器100以电流控制模式(current mode)进行控制,则初始斜坡信号RAMP_i例如但不限于可根据各对应相位的输出电流来产生,例如但不限于可侦测功率级电路中的电感电流(参阅图3A-3J)。需说明的是:图4中显示根据频率电路16和第一相输出电流IL1来产生初始斜坡信号RAMP_i,两者只需要择一。
斜坡信号设定电路14的加法器141,用以将初始斜坡信号RAMP_i与可调偏移电压源142所产生的偏移值相加,以产生受增相位或受减相位的斜坡信号RAMP1,由此可改变斜坡信号RAMP1的基准电平L1(斜坡信号RAMP1的基准电平L1请参阅图6-7)。由于本发明的斜坡信号设定电路14所产生的斜坡信号RAMP1,具有可变的基准电平L1,因此,在增/减相瞬时变化的过程中,可解决电压突降或突升的问题,此部分稍后详述。
请参考图5A。图5A显示本发明一实施例的各PWM控制器,在电压控制模式(voltage-mode)或电流控制模式(current-mode)下,如何产生PWM信号。在本实施例中,第一相PWM控制器11例如但不限于可包括一比较器112。第一相PWM控制器11的比较器112将误差信号COMP与斜坡信号RAMP1比较,产生PWM信号PWM1,输出至第一相功率级12。在本实施例中,例如但不可以在定频的情况下,调整PWM信号的工作比(duty ratio)。
请参考图5B。图5B显示本发明一实施例的各PWM控制器,在固定时间控制模式(constant time)下,如何产生其各自对应的PWM信号。与图5A所示的实施例不同之处在于:图5B的第一相PWM控制器11例如但不限于可包括一比较器112以及一导通时间产生器17,比较器112将误差信号COMP与斜坡信号RAMP1比较之后,导通时间产生器17根据比较结果产生一个固定时间。这个固定时间可以是固定导通时间(constant ON time)、或固定关闭时间(constant OFF time)。在本实施例中,例如但不可以在变频的情况下,调整PWM信号的工作比(duty ratio)。
需说明的是,在图4、图5A及图5B所示的实施例中,也可以选择性地(但非必须地),在有需要的时候,根据增/减相信号Ph,来直接使能(enable)或禁止(disable)第一相PWM控制器11。
请参考图5A并对照图6及图8。图6显示本发明一实施例的各PWM控制器,在电压控制模式下,PWM信号与其各自对应的斜坡信号的波形示意图。图8显示本发明一实施例,在电压控制模式下,于减相两相以上时,本发明如何依序使各自不同的受减相位的斜坡信号的基准电平递变,以使各自不同的受减相位的PWM信号的工作比(duty ratio)渐减。
以下先以图5A、图6及图8,以减相情况为例说明本发明的斜坡信号设定电路14如何于减相时改变斜坡信号RAMP1的基准电平L1。图6是显示第一相PWM控制器11所产生的PWM信号PWM1与其对应的斜坡信号RAMP1的波形示意图。
请参考图6,本发明相比于现有技术的优越之处在于:斜坡信号设定电路14使受增/减相位的斜坡信号RAMP1的基准电平L1递变。更具体地说,在减相操作时,斜坡信号设定电路14使受减相位的斜坡信号RAMP1的基准电平L1递增,即,在图6中,斜坡信号的基准电平从L1变为L1’,再变为L1”。对应地,受减相位的PWM信号的工作比会渐减,从PWM1变为PWM1’,再变为PWM1”。受减相位不是立刻不工作,而是逐渐减少工作比,最后停止工作。这样,就可以解决瞬时电压突降或突升的问题。需说明的是:将斜坡信号RAMP1的基准电平L1以及PWM信号的工作比绘示为三阶段,仅是为了解释递变的变化过程;实际上,可以为两个或更多个阶段,也可以是无段变化。
简而言之,当决定进入减相操作时,在首次决定减相时,斜坡信号RAMP1的基准电平L1会以一缓升斜率先往上缓升至基准电平L1’,然后,再继续缓升至基准电平L1”(请特别参考图8所示)。
请继续参考图8,在一实施例中,本发明能够依序且不同时关闭受减相位。
当一次决定减两相以上时,根据本发明,可以先被关闭一个相位(例如为第一相功率级12),则第一相功率级12所对应的斜坡信号RAMP1的基准电平L1会以一缓升斜率进行缓升,由此使欲被关闭相位的第一相功率级12逐渐停止工作。接着,本发明再关闭另一个相位(例如为第二相功率级22),依此类推。
图中举例显示被保留的相位是第三相位,其所对应的RAMP3的基准电平L3可以维持不变(如图8所示)。当然,当第三相位也需要关闭时,其所对应的RAMP3的基准电平L3也可以以一缓降斜率进行缓降。
请参考图8及图10。图10显示本发明另一实施例,与图8所示的实施例不同处在于:图10所示的实施例的斜坡信号RAMP1的基准电平L1的递变斜率为可变的(这使得斜坡信号RAMP1的基准电平L1成为曲线而非直线)。斜坡信号RAMP2’的基准电平L2’显示为直线,但也可以是曲线、或阶梯状,等等。
请参考图5A并对照图6及图9。图9显示本发明一实施例,在电压控制模式下,于增相两相以上时,本发明如何依序使各自不同的受增相位的斜坡信号的基准电平递变,以使各自不同的受增相位的PWM信号的工作比(duty ratio)渐增。
以下以图5A、图6及图9,说明增相的情况。
请参考图6,在增相操作时,斜坡信号设定电路14使受增相位的斜坡信号RAMP1”的基准电平L1”递变,以使受增相位的PWM信号的工作比(duty ratio)渐增。即,基准电平从L1”变为L1’,再变为L1。对应地,受增相位的PWM信号的工作比会渐增,从PWM1”变为PWM1’,再变为PWM1。
需说明的是:本发明可以仅在减相或增相操作其中之一时,使斜坡信号的基准电平递变(例如:仅在减相时为之、增相时不为,或仅在增相时为之、减相时不为)。当然,也可以在减相和增相操作时,都使斜坡信号的基准电平递变。
图9显示一次进入两相以上的增相操作时,可以依序而不同时地使相位恢复工作。图中所示为先恢复第二相位、再恢复第一相位,且被恢复的相位,其斜坡信号的基准电平递降,所以PWM信号的工作比递增。
请参考图9及图11。图11显示本发明另一实施例,与图9所示的实施例不同处在于:图11所示的实施例的斜坡信号RAMP1的基准电平L1的递变斜率为可变的(这使得斜坡信号RAMP1的基准电平L1成为曲线而非直线)。斜坡信号RAMP2’的基准电平L2’显示为直线,但也可以是曲线、或阶梯状,等等。
请参考图5B并对照图7及图8。图7显示本发明一实施例的各PWM控制器,在固定导通时间控制模式(constant ON time)下,PWM信号与其各自对应的斜坡信号的波形示意图。图8显示本发明一实施例,在电压控制模式下,于减相两相以上时,本发明如何依序使各自不同的受减相位的斜坡信号的基准电平递变,以使各自不同的受减相位的PWM信号的工作比(duty ratio)渐减。
以下先以图5B、图7及图8,以减相情况为例说明本发明应用于固定时间控制模式的情形,以下举例以固定导通时间控制模式(constant ON time)为例,但固定关闭时间控制模式(constant OFF time)也可类推。
为便利说明起见,图7是显示第一相PWM控制器11,在固定导通时间控制模式(constant ON time)下,PWM信号PWM1与其对应的斜坡信号RAMP1的波形示意图。
请参考图7,由于斜坡信号的基准电平递变,造成触发固定时间产生器17的时间点不同,因此PWM信号的频率也不同。虽然导通时间是固定的(或,在另一实施例中,关闭时间是固定的),但,频率改变了,造成PWM信号的工作比也改变了。同样地,在减相时,被减相位所对应的PWM信号的工作比会渐减,而在增相时,被增相位所对应的PWM信号的工作比会渐增。
需说明的是:以上所有实施例中所述递变的方向(递增或递减),如果数字信号高低电平意义相反,则递变的方向就会相反。或是,如果要控制的功率开关型式不同(例如,控制NMOS晶体管或PMOS晶体管会不同),则递变的方向就会相反。这些不同的情况,都属于本发明的范围。
此外,“改变斜坡信号的基准电平”,应视为一种广义的概念,并不绝对必须有一个基准电平与初始斜坡信号相加;例如,改变初始斜坡信号的斜率,也可等效达成本发明的目的。请参阅图12,在本实施例中,是根据增/减相信号Ph,来调整斜坡信号产生电路18所产生初始斜坡信号的斜率,使其递变,这也可以达成使PWM信号的工作比递减或递增的效果。
以上已针对较佳实施例来说明本发明,但以上所述,仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容,并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下,本领域技术人员可以想到各种等效变化。例如,在所示各实施例电路中,可插入不影响信号主要意义的元件,如其他开关等;又例如比较器或误差放大器的输入端正负号可以互换,只需在电路中做相应的修改等。但凡此类,都可根据本发明的教示类推而得。此外,所说明的各个实施例,并不限于单独应用,也可以组合应用,例如但不限于将两实施例并用。因此,本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。此外,本发明的任一实施型态不必须达成所有的目的或优点,因此,权利要求的任一项也不应以此为限。

Claims (33)

1.一种多相切换式电源供应器,其特征在于,包含:
多个功率级电路,每一功率级电路为一个相位,用以将一输入电压转换为一输出电压,其中至少一功率级电路根据一增/减相信号,而工作、或不工作(关闭);该多个功率级电路根据对应的脉宽调制信号,切换该相位内至少一个功率晶体管,以共同将该输入电压转换为该输出电压,且每一相位各自产生对应的相位输出电流;
多个脉宽调制控制器,用以根据相关于该输出电压的一误差信号、及多个各自对应各脉宽调制控制器的斜坡信号,以产生对应的多个脉宽调制信号,以控制各自对应的功率级电路;以及
一斜坡信号设定电路,根据该增/减相信号而调整与该增/减相信号相关的相位的斜坡信号,其中,在减相操作时,该斜坡信号设定电路使受减相位的斜坡信号递变,以使该受减相位的脉宽调制信号的工作比渐减。
2.如权利要求1所述的多相切换式电源供应器,其中,于减相两相以上时,依序且不同时关闭受减相位。
3.如权利要求2所述的多相切换式电源供应器,其中,于减相两相以上时,先使一个受减相位的斜坡信号递变,之后,再使另一个受减相位的斜坡信号递变。
4.如权利要求1所述的多相切换式电源供应器,其中,该斜坡信号设定电路包括:
一可调偏移电压源,根据该增/减相信号而调整其偏移值;以及
一加法器,用以将对应于受增相位或受减相位的初始斜坡信号与该偏移值相加,以产生该受增相位或受减相位的斜坡信号,由此改变该斜坡信号的基准电平。
5.如权利要求4所述的多相切换式电源供应器,其中,各相位的初始斜坡信号为根据一频率电路而产生、或根据各相位的输出电流而产生。
6.如权利要求1所述的多相切换式电源供应器,其中,当决定进入减相操作时,保留相位的该多个功率级中的至少一个功率级,其所对应的各斜坡信号的该基准电平维持不变、或以一缓降斜率进行缓降。
7.如权利要求1所述的多相切换式电源供应器,其中,在增相操作时,该斜坡信号设定电路使受增相位的斜坡信号递变,以使该受增相位的脉宽调制信号的工作比渐增。
8.如权利要求7所述的多相切换式电源供应器,其中,于增相两相以上时,先使一个受增相位的斜坡信号递变,之后,再使另一个受增相位的斜坡信号递变。
9.如权利要求1所述的多相切换式电源供应器,其中,当决定进入增相操作时,保留相位的该多个功率级中的至少一个功率级,其所对应的各斜坡信号的该基准电平维持不变、或以一缓升斜率进行缓升。
10.如权利要求1所述的多相切换式电源供应器,其中,该受减相位的斜坡信号的基准电平递变的斜率为可调整。
11.如权利要求7所述的多相切换式电源供应器,其中,该受增相位的斜坡信号的基准电平递变的斜率为可调整。
12.一种多相切换式电源供应器的控制电路,其特征在于,包含:多个功率级电路,每一功率级电路为一个相位,用以将一输入电压转换为一输出电压,其中至少一功率级电路根据一增/减相信号,而工作、或不工作(关闭);该多个功率级电路根据对应的脉宽调制信号,切换该相位内至少一个功率晶体管,以共同将该输入电压转换为该输出电压,且每一相位各自产生对应的相位输出电流;该控制电路包含:
多个脉宽调制控制器,用以根据相关于该输出电压的一误差信号、及多个各自对应各脉宽调制控制器的斜坡信号,以产生对应的多个脉宽调制信号,以控制各自对应的功率级电路;以及
一斜坡信号设定电路,根据该增/减相信号而调整与该增/减相信号相关的相位的斜坡信号,其中,在减相操作时,该斜坡信号设定电路使受减相位的斜坡信号递变,以使该受减相位的脉宽调制信号的工作比渐减。
13.如权利要求12所述的多相切换式电源供应器的控制电路,其中,于减相两相以上时,依序且不同时关闭受减相位。
14.如权利要求13所述的多相切换式电源供应器的控制电路,其中,于减相两相以上时,先使一个受减相位的斜坡信号递变,之后,再使另一个受减相位的斜坡信号递变。
15.如权利要求12所述的多相切换式电源供应器的控制电路,其中,该斜坡信号设定电路包括:
一可调偏移电压源,根据该增/减相信号而调整其偏移值;以及
一加法器,用以将对应于受增相位或受减相位的初始斜坡信号与该偏移值相加,以产生该受增相位或受减相位的斜坡信号,由此改变该斜坡信号的基准电平。
16.如权利要求15所述的多相切换式电源供应器的控制电路,其中,各相位的初始斜坡信号为根据一频率电路而产生、或根据各相位的输出电流而产生。
17.如权利要求12所述的多相切换式电源供应器的控制电路,其中,当决定进入减相操作时,保留相位的该多个功率级中的至少一个功率级,其所对应的各斜坡信号的该基准电平维持不变、或以一缓降斜率进行缓降。
18.如权利要求12所述的多相切换式电源供应器的控制电路,其中,在增相操作时,该斜坡信号设定电路使受增相位的斜坡信号递变,以使该受增相位的脉宽调制信号的工作比渐增。
19.如权利要求18所述的多相切换式电源供应器的控制电路,其中,于增相两相以上时,先使一个受增相位的斜坡信号递变,之后,再使另一个受增相位的斜坡信号递变。
20.如权利要求12所述的多相切换式电源供应器的控制电路,其中,当决定进入增相操作时,保留相位的该多个功率级中的至少一个功率级,其所对应的各斜坡信号的该基准电平维持不变、或以一缓升斜率进行缓升。
21.如权利要求12所述的多相切换式电源供应器的控制电路,其中,该受减相位的斜坡信号的基准电平递变的斜率为可调整。
22.如权利要求18所述的多相切换式电源供应器的控制电路,其中,该受增相位的斜坡信号的基准电平递变的斜率为可调整。
23.一种多相切换式电源供应器的控制方法,其特征在于,该多相切换式电源供应器包含:多个功率级电路,每一功率级电路为一个相位,用以将一输入电压转换为一输出电压,其中至少一功率级电路根据一增/减相信号,而工作、或不工作(关闭);该多个功率级电路根据对应的脉宽调制信号,切换该相位内至少一个功率晶体管,以共同将该输入电压转换为该输出电压,且每一相位各自产生对应的相位输出电流;该控制方法包含:
根据相关于该输出电压的一误差信号、及多个与该增/减相信号相关的每一相位各自产生对应的斜坡信号,以产生每一相位各自对应的的多个脉宽调制信号;以及
根据该增/减相信号而调整与该增/减相信号相关的相位的斜坡信号,其中,在减相操作时,使受减相位的斜坡信号递变,以使该受减相位的脉宽调制信号的工作比渐减。
24.如权利要求23所述的多相切换式电源供应器的控制方法,其中,于减相两相以上时,依序且不同时关闭受减相位。
25.如权利要求24所述的多相切换式电源供应器的控制方法,其中,于减相两相以上时,先使一个受减相位的斜坡信号递变,之后,再使另一个受减相位的斜坡信号递变。
26.如权利要求23所述的多相切换式电源供应器的控制方法,其中,还包含:
根据该增/减相信号而调整一偏移值;以及
将对应于受增相位或受减相位的初始斜坡信号与该偏移值相加,以产生该受增相位或受减相位的斜坡信号,由此改变该斜坡信号的基准电平。
27.如权利要求26所述的多相切换式电源供应器的控制方法,其中,各相位的初始斜坡信号为根据一频率信号而产生、或根据各相位的输出电流而产生。
28.如权利要求23所述的多相切换式电源供应器的控制方法,其中,当决定进入减相操作时,保留相位的该多个功率级中的至少一个功率级,其所对应的各斜坡信号的该基准电平维持不变、或以一缓降斜率进行缓降。
29.如权利要求23所述的多相切换式电源供应器的控制方法,其中,在增相操作时,该斜坡信号设定电路使受增相位的斜坡信号递变,以使该受增相位的脉宽调制信号的工作比渐增。
30.如权利要求29所述的多相切换式电源供应器的控制方法,其中,于增相两相以上时,先使一个受增相位的斜坡信号递变,之后,再使另一个受增相位的斜坡信号递变。
31.如权利要求23所述的多相切换式电源供应器的控制方法,其中,当决定进入增相操作时,保留相位的该多个功率级中的至少一个功率级,其所对应的各斜坡信号的该基准电平维持不变、或以一缓升斜率进行缓升。
32.如权利要求23所述的多相切换式电源供应器的控制方法,其中,该受减相位的斜坡信号的基准电平递变的斜率为可调整。
33.如权利要求29所述的多相切换式电源供应器的控制方法,其中,该受增相位的斜坡信号的基准电平递变的斜率为可调整。
CN201710617931.XA 2017-07-26 2017-07-26 多相切换式电源供应器、及其控制电路与控制方法 Active CN109309451B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710617931.XA CN109309451B (zh) 2017-07-26 2017-07-26 多相切换式电源供应器、及其控制电路与控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710617931.XA CN109309451B (zh) 2017-07-26 2017-07-26 多相切换式电源供应器、及其控制电路与控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109309451A true CN109309451A (zh) 2019-02-05
CN109309451B CN109309451B (zh) 2020-09-29

Family

ID=65202026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710617931.XA Active CN109309451B (zh) 2017-07-26 2017-07-26 多相切换式电源供应器、及其控制电路与控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109309451B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020243891A1 (en) * 2019-06-04 2020-12-10 Abb Schweiz Ag Apparatus and method for power conversion
WO2023277922A1 (en) * 2021-07-02 2023-01-05 Power Integrations, Inc. Adaptive ramp time modulation

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102457185A (zh) * 2010-10-26 2012-05-16 立锜科技股份有限公司 多相切换式电源供应器及其驱动电路与控制方法
TW201505338A (zh) * 2013-07-16 2015-02-01 Richtek Technology Corp 多相切換式電源供應器及其控制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102457185A (zh) * 2010-10-26 2012-05-16 立锜科技股份有限公司 多相切换式电源供应器及其驱动电路与控制方法
TW201505338A (zh) * 2013-07-16 2015-02-01 Richtek Technology Corp 多相切換式電源供應器及其控制方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020243891A1 (en) * 2019-06-04 2020-12-10 Abb Schweiz Ag Apparatus and method for power conversion
WO2023277922A1 (en) * 2021-07-02 2023-01-05 Power Integrations, Inc. Adaptive ramp time modulation

Also Published As

Publication number Publication date
CN109309451B (zh) 2020-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10892686B2 (en) Hysteretic control for transformer based power converters
US11936300B2 (en) Switched-capacitor circuit control in power converters
CN101931326B (zh) 在电流回路中具有取样与保持电路的降压升压转换器
US8860387B2 (en) Buck-boost converter with improved efficiency operation
CN101753024B (zh) 用于改进调压器的瞬态响应的pwm时钟发生系统和方法
EP2919374B1 (en) Duty-ratio controller
CN101667019B (zh) 双模调制且模式平滑转换的开关电源控制方法及电路
US9088211B2 (en) Buck-boost converter with buck-boost transition switching control
US8125805B1 (en) Switch-mode converter operating in a hybrid discontinuous conduction mode (DCM)/continuous conduction mode (CCM) that uses double or more pulses in a switching period
US8929106B2 (en) Monotonic pre-bias start-up of a DC-DC converter
TWI638508B (zh) 多相切換式電源供應器、及其控制電路與控制方法
CN106059290B (zh) 多通道直流-直流变换器及控制电路和方法
US20150097542A1 (en) Asymmetric Inductors in Multi-Phase DCDC Converters
CN105322793A (zh) 级联升降压dc到dc转换器及控制转换器的电路和方法
CN102055332A (zh) 滞后控制降压-升压变换器
CN104716837A (zh) 升降压变换器和升降压控制方法
CN101247079A (zh) 半导体装置
CN101542882A (zh) 开关稳压器及其控制方法
CN103053102A (zh) 在开关式电源转换器中使用桥拓扑减少波纹电流
CN104079167A (zh) 控制电路、开关电源和控制方法
EP4125201A1 (en) Three-level direct current converter, power supply system, and chip
CN101888166B (zh) 可调适脉宽控制的电源转换方法及装置
CN109309451A (zh) 多相切换式电源供应器、及其控制电路与控制方法
CN106664024A (zh) 开关模式电源和操作开关模式电源的方法
CN102457186A (zh) 电流模式切换式电源供应器及其控制电路与控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant