CN110401329A - 含菊花链架构的多相开关变换器及其故障保护方法 - Google Patents

含菊花链架构的多相开关变换器及其故障保护方法 Download PDF

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Abstract

公开了含菊花链架构的多相开关变换器及其故障保护方法，其中多相开关变换器包括多个并联耦接的开关电路、以及连接为菊花链架构的多个控制电路。该故障保护方法包括：将多个控制电路中的一个配置为主控制电路，以在其第一端提供相位控制信号；将其余控制电路配置为从控制电路，以在其第一端接收相位控制信号；若主控制电路检测到故障，则变为从控制电路，停止向其第一端提供相位控制信号，并在其相位输出信号上产生第二脉冲；以及若从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲，则变为主控制电路，在其第一端提供相位控制信号。

Description

含菊花链架构的多相开关变换器及其故障保护方法
技术领域
本发明涉及电子电路，尤其涉及多相开关变换器。
背景技术
近年来，随着高性能CPU的出现，需要输出电压更小、输出电流更大的开关变换器，对开关变换器的热性能、EMI及负载瞬态响应的要求也不断提高。多相开关变换器以其优越的性能，被广泛应用于高性能CPU的电源解决方案。
对于采用单个控制器的多相开关变换器而言，如果负载电流需求增大，变换器的相数需随之增加，相应地，控制器的逻辑、电路、结构与尺寸也需随之进行调整，这无疑极大地增加了系统的开发难度与整体成本。
为此，具有良好的可扩展性的菊花链架构被引入多相开关变换器，其中设置有多个控制电路，每个控制电路用于驱动一相开关电路。在这种架构下，可以根据具体应用的需要轻松调节多相开关器的总相数，如果需要增加相数，只需在菊花链架构中加入新的控制电路及对应外部元件即可。
然而，在菊花链架构下，如何实现多相开关变换器的故障保护，使得其在任何一相电路发生故障时仍能正常工作，成为了一项挑战。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的实施例提供一种用于多相开关变换器的控制电路，与其余控制电路连接在一起形成菊花链架构，多相开关变换器包括多个并联耦接的开关电路，该控制电路包括：第一端，与其余控制电路的第一端耦接在一起，以共享相位控制信号；第二端，耦接至菊花链架构中前一控制电路的第三端以接收相位输入信号；以及第三端，耦接至菊花链架构中后一控制电路的第二端以提供相位输出信号。其中在正常工作状态下，控制电路基于相位输入信号和相位控制信号，产生具有第一脉冲的相位输出信号以及控制对应开关电路的开关控制信号；该控制电路被设置为主控制电路时，在其第一端提供相位控制信号；该控制电路被设置为从控制电路时，在其第一端接收相位控制信号；若主控制电路检测到故障，则变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲；若从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲，则变为主控制电路。
本发明的实施例还提供一种多相开关变换器，包括：多个并联耦接的开关电路，其中每个开关电路均具有耦接至输入电压的输入端和耦接至负载以提供输出电压的输出端；以及多个如前所述的控制电路，连接为菊花链架构。
本发明的实施例还进一步提供一种用于多相开关变换器的故障保护方法，其中多相开关变换器包括多个并联耦接的开关电路、以及连接为菊花链架构的多个控制电路，每个控制电路均具有第一端、第二端与第三端，其中第一端与其余控制电路的第一端耦接在一起以共享相位控制信号，第二端耦接至前一控制电路的第三端以接收相位输入信号，第三端耦接至后一控制电路的第二端以提供相位输出信号，其中在正常工作状态下，控制电路基于相位输入信号和相位控制信号，产生具有第一脉冲的相位输出信号以及控制对应开关电路的开关控制信号。该故障保护方法包括：将所述多个控制电路中的一个配置为主控制电路，以在其第一端提供相位控制信号；将其余控制电路配置为从控制电路，以在其第一端接收相位控制信号；若主控制电路检测到故障，则变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲；以及若从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲，则变为主控制电路。
除此之外，本发明的实施例还提供一种用于多相开关变换器的控制电路的故障保护方法，其中多相开关变换器包括多个并联耦接的开关电路、以及连接为菊花链架构的多个控制电路，每个控制电路均具有第一端、第二端与第三端，其中第一端与其余控制电路的第一端耦接在一起以共享相位控制信号，第二端耦接至前一控制电路的第三端以接收相位输入信号，第三端耦接至后一控制电路的第二端以提供相位输出信号，其中在正常工作状态下，控制电路基于相位输入信号和相位控制信号，产生具有第一脉冲的相位输出信号以及控制对应开关电路的开关控制信号。该故障保护方法包括：判断控制电路为主控制电路还是从控制电路；当控制电路为主控制电路时，在其第一端提供相位控制信号；当控制电路为从控制电路时，在其第一端接收相位控制信号；若主控制电路检测到故障，则变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲；以及若从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲，则变为主控制电路。
根据本发明实施例的多相开关变换器中，若主控制电路检测到故障，则变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲。若从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲，则变为主控制电路。通过这样的处理方式，多相开关变换器即使在主控制电路出现故障时，仍能保持正常工作。
附图说明
图1A为根据本发明实施例的多相开关变换器100的示意性框图；
图1B为根据本发明实施例的图1A所示多相开关变换器100的故障保护工作流程图；
图2A～2C为根据本发明实施例的双相开关变换器在故障保护模式下的原理性工作波形图；
图3为根据本发明实施例的多相开关变换器200的示意性框图；
图4为根据本发明实施例的用于图3所示多相开关变换器200的控制芯片230A的示意性框图；
图5为根据本发明实施例的图4所示控制芯片230A的故障保护工作流程图；
图6为根据本发明实施例的导通信号产生电路2031A的示意性框图；
图7为根据本发明实施例的开关控制电路2033A的示意性框图；
图8A和8B为根据本发明实施例的三相开关变换器在故障保护模式下的工作波形图；
图9为根据本发明实施例的用于多相开关变换器的控制芯片230B的示意性框图。
具体实施方式
下面将结合附图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。在以下描述中，为了便于对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，本领域普通技术人员可以理解，这些特定细节并非为实施本发明所必需。此外，在一些实施例中，为了避免混淆本发明，未对公知的电路、材料或方法做具体描述。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图均是为了说明的目的，其中相同的附图标记指示相同的元件。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。此外，说明书中所指的相互同步或相等的信号，在实际应用中，由于信号处理造成的延时，彼此之间也许存在少许时差。
图1为根据本发明实施例的多相开关变换器100的示意性框图，包括并联耦接的开关电路111～11N、以及连接为菊花链(daisy chain)架构的控制电路101～10N。其中每个开关电路均具有耦接至输入电压Vin的输入端和耦接至负载以提供输出电压Vout的输出端。控制电路101～10N分别耦接至开关电路111～11N，其中每个控制电路10i(i＝1，2，……，N)均具有第一端、第二端与第三端，其中第一端与其余控制电路的第一端耦接在一起以共享相位控制信号Set，第二端耦接至前一控制电路的第三端以接收相位输入信号Takei，第三端耦接至后一控制电路的第二端以提供相位输出信号Passi。
在正常工作状态下，控制电路10i基于相位输入信号Takei和相位控制信号Set，产生具有第一脉冲的相位输出信号Passi以及控制对应开关电路11i的开关控制信号PWMi。在一些实施例中，开关电路11i为同步降压电路，包括上管HSi、下管LSi、电感器Li和输出电容器Coi。在开关控制信号PWMi为高电平时，上管HSi导通，下管LSi关断。在开关控制信号PWMi为低电平时，上管HSi关断，下管LSi导通。
相位控制信号Set通常包括多个用于依次触发各开关电路向负载提供功率输出的脉冲，例如脉冲1～N。一般地，开关控制信号PWM1～PWMN分别与该多个脉冲同步。例如，开关控制信号PWMi的上升沿与脉冲i的上升沿同步，从而在脉冲i的上升沿使上管HSi导通，下管LSi关断，触发对应开关电路11i向负载提供功率输出。
图1B为根据本发明实施例的图1A所示多相开关变换器100的故障保护工作流程图，包括步骤S121～S126。
在步骤S121，将控制电路101～10N中的一个，例如控制电路101，设置为主控制电路，以在其第一端提供相位控制信号Set。
在步骤S122，将其余控制电路，例如控制电路102～10N，设置为从控制电路，以在其第一端接收相位控制信号Set。
在步骤S123，判断控制电路101是否检测到故障。若是，则进行至步骤S124；若否，则继续判断。
在步骤S124，控制电路101变为从控制电路，停止向其第一端提供相位控制信号Set，并在其相位输出信号Pass1上产生第二脉冲。在一些实施例中，在该第二脉冲结束后，控制电路101会使其相位输出信号Pass1等于相位输入信号Take1，以将自身旁路(bypass)。在一些实施例中，若一段时间后，故障消失，则控制电路101可能以从控制电路的身份重新恢复正常工作。
在步骤S125，判断控制电路102是否在其相位输入信号Take2上检测到第二脉冲。若是，则进行至步骤S126，否则继续判断。
在步骤S126，控制电路102变为主控制电路，在其第一端提供相位控制信号Set。
通过这样的处理方式，多相开关变换器100在其主控制电路出现故障时，仍能保持正常工作。以下将结合工作波形图对本发明的实施例做进一步描述，但本领域技术人员可以理解，这些波形图仅用于示例的目的，而并非用于限制本发明。
以双相开关变换器(N＝2)为例，如图2A所示，在t1时刻之前，控制电路101为主控制电路，控制电路102为从控制电路，双相开关变换器正常工作，相位输出信号Pass1具有脉冲幅值为vp1的第一脉冲。
在t1时刻，控制电路101检测到故障，于是变为从控制电路，并在其相位输出信号Pass1上产生具有脉冲幅值为vp2的第二脉冲。在一些实施例中，vp1约为3.3V，vp2约为1.5V。控制电路102在其相位输入信号Take2上基于脉冲幅值检测到第二脉冲，于是变为主控制电路，在其第一端提供相位控制信号Set。
在一些实施例中，处于阈值电压Vth1(例如2V)至供电电压(例如3.3V)之间的电平被认为是高电平(“1”)，处于0V至Vth2(例如1V)之间的电平被认为是低电平(“0”)，处于阈值电压Vth2与Vth1之间的电平被认为是中间电平。第一脉冲在低电平与高电平之间切换，第二脉冲在低电平与中间电平之间切换。控制电路若在其相位输入信号上检测到中间电平，则认为检测到第二脉冲。
控制电路101在第二脉冲结束后，使相位输出信号Pass1等于相位输入信号Take1，直至其在t2时刻退出故障状态。在t2时刻后，双相开关变换器恢复正常工作。与t1时刻之前不同的是，此时，控制电路101为从控制电路，而控制电路102为主控制电路。
图2B为根据本发明另一实施例的双相开关变换器在故障保护模式下的原理性工作波形图，其中第二脉冲具有与第一脉冲相同的脉冲幅值，但二者的脉冲宽度不同。第一脉冲的脉冲宽度为tp1(例如60ns)，第二脉冲的脉冲宽度为tp2(例如350ns)。控制电路102可以检测其相位输入信号Take2上脉冲的脉冲宽度，在检测到脉冲宽度大于阈值tth(tp1＜tth＜tp2，例如200ns)时，则判断为检测到第二脉冲，并变为主控制电路。
图2C为根据本发明又一实施例的双相开关变换器在故障保护模式下的原理性工作波形图，其中第二脉冲的脉冲幅值与脉冲宽度与第一脉冲均不相同。控制电路102在检测到相位输入信号Take2维持在幅值vp2的时间大于阈值tth时，则判断为检测到第二脉冲，并变为主控制电路。
在图2A～2C的实施例中，第二脉冲具有与第一脉冲所不同的脉冲宽度和/或脉冲幅值。但这并不用于限制本发明，本领域普通技术人员可以理解，在其他实施例中，第二脉冲也可以具有与第一脉冲所不同的脉冲频率、偏置电平或者其他电参数，只要能使控制电路将第二脉冲与正常工作状态下的第一脉冲区分开来。
前述故障可以包括控制电路或其对应开关电路的过压、过流、过温、欠压或晶体管故障中的一项或几项。为了防止误触发，在一些情况下，会在前述故障发生多次或持续一段时间后，方认定为检测到故障，并进行相关故障处理与保护。此外，主控制电路并非必需在检测到故障后立即转换为从控制电路并产生第二脉冲，而可以在其它保护动作完成或者一段延时结束后再进行。同样地，从控制电路在检测到第二脉冲后，也并非一定立即转换为主控制电路，或在转换为主控制电路后立即开始产生相位控制信号，这些动作之间可能存在延时。
在一些实施例中，当控制电路被设置为主控制电路时，除了产生相位控制信号Set之外，它还可以与上位控制器通过通信总线进行双向通信，以接收来自上位控制器的指令，并将多相开关变换器的工作状态反馈至上位变换器。除此之外，主控制电路还可以负责管理整个多相开关变换器的启动、关断与保护，监测各从控制电路是否发生故障。
在一些实施例中，若控制电路102在其相位输入信号Take2上检测到第二脉冲时，其自身也处于故障状态，其将保持为从控制电路，而不会变为主控制电路。此时，相位输入信号Take2上的第二脉冲被传递至其相位输出信号Pass2。若控制电路103在其相位输入信号Take3上检测到第二脉冲，且其自身未处于故障状态，则控制电路103将变为主控制电路，在其第一端提供相位控制信号Set。
图3为根据本发明实施例的多相开关变换器200的示意性框图，其中包括具有相同结构的控制芯片231～23N。与图1A所示示例相比，图3中每个控制芯片内均集成了控制电路、驱动电路以及对应开关电路中的晶体管。
图4为根据本发明实施例的用于图3所示多相开关变换器200的控制芯片230A的示意性框图。控制芯片230A包括主控单元、功率单元、主从判断电路2030、开关控制电路2033、故障检测电路2034以及多个引脚。引脚SET用于共享相位控制信号Set，引脚TAKE用于接收相位输入信号Take，引脚PASS用于提供相位输出信号Pass，引脚VIN用于接收输入电压Vin，引脚PGND用于耦接至功率地，引脚SW通过外部元件耦接至负载。功率单元包括上管HS、下管LS以及驱动电路2035，晶体管HS和LS串联耦接在引脚VIN与PGND之间，两者的连接点耦接至引脚SW。
主控单元用于产生相位控制信号Set。故障检测电路2034检测是否发生故障，产生故障检测信号FAULT。主从判断电路2030耦接至引脚TAKE与故障检测电路2034，基于相位输入信号Take和故障检测信号FAULT判断控制芯片应为主控芯片还是从控芯片，产生主从判断信号MS，并将其提供至主控单元。开关控制电路2033耦接至引脚SET和TAKE、故障检测电路2034与主从判断电路2030，基于相位控制信号Set、相位输入信号Take、故障检测信号FAULT与主从判断信号MS，产生开关控制信号PWM与相位输出信号Pass。
在一个实施例中，主控单元包括导通信号产生电路2031、信号调制电路2032以及开关S1。导通信号产生电路2031产生导通控制信号Set_ana。信号调制电路2032耦接至导通信号产生电路2031，基于导通控制信号Set_ana产生预处理信号Set_out。开关S1具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至信号调制电路2032以接收预处理信号Set_out，第二端耦接至引脚SET以提供相位控制信号Set，控制端耦接至主从判断电路2030以接收主从判断信号MS。
图5为根据本发明实施例的图4所示控制芯片230A的故障保护工作流程图，包括步骤S240～S252。
在步骤S240，控制芯片230A上电启动。
在步骤S241，判断控制芯片230A被初始设置为主控芯片还是从控芯片。若控制芯片230A被初始设置为主控芯片，则进行至步骤S242。作为主控芯片，其主控单元将负责提供相位控制信号Set至引脚SET。若控制芯片230A被初始设置为从控芯片，则进行至步骤S248。
在一个实施例中，控制芯片230A还包括耦接在引脚PASS与参考地之间的下拉电阻器R1。在菊花链架构下，通过将引脚TAKE经外接上拉电阻器连接至供电电压，即可将控制芯片230A初始设置为主控芯片。反之，若引脚TAKE没有外接上拉电阻器，则控制芯片230A被初始设置为从控芯片。控制芯片230A在刚启动的时候，会在一段时间内将引脚PASS设为高阻态，此时主从判断电路2030基于引脚TAKE上的电压，来判断控制芯片230A是被初始设置为主控芯片还是从控芯片。若检测引脚TAKE上的电压为高电平，则判断控制芯片被初始设置为主控芯片，主控单元将相位控制信号Set提供至引脚SET。若检测到引脚TAKE上的电压为低电平，则判断控制芯片被初始设置为从控芯片，主控单元不提供相位控制信号Set至引脚SET。在其它的一些实施例中，可以通过调节其它特定引脚的电压、电流或者电阻值来实现初始主从设置。
在步骤S242，判断故障检测电路2034是否检测到故障，若是，则进行至步骤S243，否则，进行至步骤S247。
在步骤S243，控制芯片230A变为从控芯片，其主控单元停止提供相位控制信号Set至引脚SET。在步骤S244，控制芯片230A在相位输出信号Pass上产生第二脉冲。在步骤S245，相位输出信号Pass被设置为与相位输入信号Take相等。本领域技术人员可以理解，步骤S243和S244之间并非有必然的时间先后关系，它们可以同时进行，也可以一个在前一个在后。特别需要注意的是，它们并非必需在主控芯片的故障被检测到后立刻进行。
在步骤S246，判断故障是否消失，若是，则进行至步骤S247，若否，则继续判断。
在步骤S247，控制芯片230A正常工作，根据相位控制信号Set和相位输入信号Take产生开关控制信号PWM和具有第一脉冲的相位输出信号Pass。
在步骤S248，判断故障检测电路2034是否检测到故障，若是，则进行至步骤S249，若否，则进行至步骤S251。
在步骤S249，相位输出信号Pass被设置为与相位输入信号Take相等。
在步骤S250，判断故障是否消失，若是，则进行至步骤S247，若否，则继续判断。
在步骤S251，通过主从判断电路2030检测相位输入信号Take上是否出现第二脉冲。若是，则进行至步骤S252。若否，则进行至步骤S247。
在步骤S252，控制芯片230A变为主控芯片，其主控单元提供相位控制信号Set至引脚SET。然后，进行至步骤S247。
图6为根据本发明实施例的导通信号产生电路2031A的示意性框图，包括斜坡产生电路2311、误差比例积分电路2312以及比较电路2313。斜坡产生电路2311提供斜坡信号RAMP。误差比例积分电路2312接收参考信号REF和代表多相开关变换器输出电压的反馈信号FB，并基于该两个信号产生补偿信号COMP。比较电路2313接收反馈信号FB、参考信号REF、斜坡信号RAMP以及补偿信号COMP，产生导通控制信号Set_ana。
图7为根据本发明实施例的开关控制电路2033A的示意性框图，其中包括或门电路2330、RS触发器2331、2333、与门电路2332、导通时间控制电路2334、单触发电路2335、开关控制产生电路2336以及相位输出产生电路2337，其具体连接如图所示。在该实施例中，采用了恒定导通时间控制方式(constant on-time control method)。正常工作状态下，在相位输入信号Take的下降沿，触发器2331被置位，其输出的信号RUN变为高电平。随后，当相位控制信号Set由低电平变为高电平，触发器2333被置位，使信号PWM_Normal变为高电平，同时信号Pass_Normal也变为高电平。单触发电路2335在固定时间后会使信号Pass_Normal恢复至低电平。而在导通时间控制电路2334的作用下，触发器2333也将在一段时间TON后被复位，使信号PWM_Normal变为低电平。这段时间TON通常由多相开关变换器的输入电压Vin和输出电压Vout决定。
开关控制产生电路2336基于信号PWM_Normal与故障检测信号FAULT产生开关控制信号PWM。在正常工作状态下，开关控制信号PWM与信号PWM_Normal相等。在一些实施例中，当故障检测电路2034检测到故障，开关控制信号PWM被保持为高阻态，以使上管HS和下管LS均关断。
相位输出产生电路2337基于信号Pass_Normal、相位输入信号Take、故障检测信号FAULT与主从判断信号MS，产生相位输出信号Pass。在正常工作状态下，相位输出信号Pass与信号Pass_Normal相等。
当故障检测电路2034检测到故障，而控制芯片230A为主控芯片时，相位输出产生电路2337会在相位输出信号Pass上产生第二脉冲。随后，使相位输出信号Pass与相位输入信号Take相等。
当故障检测电路2034检测到故障，而控制芯片230A为从控芯片时，相位输出产生电路2337使相位输出信号Pass与相位输入信号Take相等。
图8A为根据本发明实施例的三相开关变换器200(N＝3)在故障保护模式下的工作波形图。如图8A所示，在t4时刻之前，控制芯片231为主控芯片，其余控制芯片232和233为从控芯片，开关变换器正常工作。
在t4时刻，控制芯片231检测到故障，于是变为从控芯片，停止提供相位控制信号Set，并在其相位输出信号Pass1上产生第二脉冲。与正常工作状态下的第一脉冲相比，该第二脉冲具有不同的脉冲宽度和脉冲幅值。控制芯片231在第二脉冲结束后，使其相位输出信号Pass1等于相位输入信号Take1。
控制芯片232在其相位输入信号Take2上检测到第二脉冲，且自身未检测到故障，因而变为主控制电路，并自t5时刻起提供相位控制信号Set。
图8B为根据本发明另一实施例的三相开关变换器200故障保护模式下的工作波形图。与图8A所示实施例不同的是，控制芯片231在检测到故障后，并未立即变为从控芯片在并其相位输出信号Pass1上产生第二脉冲。如图8B所示，控制芯片231在t4时刻检测到故障，随后对相位控制信号Set进行调节，使其长时间维持在一预设电平(例如中间电平)。此时，开关控制信号PWM1～PWM3均变为高阻态，对应晶体管均关断，输出电压Vout持续下降。直至t7时刻，输出电压Vout下降至一预设阈值Vth(例如0V)，控制芯片231方在其相位输出信号Pass1上产生第二脉冲，并变为从控芯片，停止输出相位控制信号Set。
控制芯片232在其相位输入信号Take2上检测到第二脉冲，且自身未检测到故障，则变为主控芯片，并自t8时刻起提供相位控制信号Set。
虽然前述实施例中，开关变换器中的开关电路均以同步降压电路为例，但本领域技术人员可以理解，开关电路也可以采用其它拓扑，例如非同步降压电路、升压电路、升降压电路等。其中的开关管除了MOSFET，也可以采用其它合适的可控半导体开关器件。这些开关管可以和相应控制电路、驱动电路集成在一起，也可以彼此分立。在一些应用中，开关电路中的电感器和电容器也可以被集成入芯片内。而且，除了恒定导通时间控制，本发明中开关控制电路也可以采用其他合适的控制方式。这些变形均为本领域技术人员所容易理解，并未超出本发明的保护范围。
此外，为了叙述方便，前述实施例中多以功能框图的方式对控制电路进行了划分和介绍，但这并不用于限制本发明。控制电路中的某些电路可能由分立的器件或者芯片实现，而控制电路中的某些电路可能被部分整合在一起，例如由数字信号处理电路，或可编程器件(例如PLA、PAL、GAL、EPLD、CPLD、FPGA等)实现。图9为根据本发明实施例的用于多相开关变换器的控制芯片230B的示意性框图。与图4所示实施例相比，图9中的可编程器件集中实现了主从判断电路、信号调制电路、开关控制电路和故障检测电路的功能。
高阻态指的是数字电路的一种输出状态，它既不是高电平也不是低电平，如果高阻态再输入下一级电路的话，对下一级电路无任何影响。如果用仪器检测的话，高阻态有可能呈现出高电平、低电平或中间电平，由下一级电路决定。
在前述的一些实施例中，在故障状态下，开关控制信号变为高阻态，驱动电路在接收到该高阻态的开关控制信号后，使对应开关电路中的晶体管均关断，以停止功率输出。然而，这并非用于限制本发明，本领域技术人员可以根据实际需要，选择其他合适的方式，来使对应开关电路停止功率输出。此外，在故障状态下，对应开关电路也不一定立刻停止功率输出，而可以存在一段延时。而且，在需要停止功率输出时，开关电路中的晶体管也并非必需同时关断，对于同步降压电路而言，可以先关断上管，然后在检测到电感电流过零时，再关断下管。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (28)

1.一种用于多相开关变换器的控制电路，与其余控制电路连接在一起形成菊花链架构，多相开关变换器包括多个并联耦接的开关电路，该控制电路包括：
第一端，与其余控制电路的第一端耦接在一起，以共享相位控制信号；
第二端，耦接至菊花链架构中前一控制电路的第三端以接收相位输入信号；以及
第三端，耦接至菊花链架构中后一控制电路的第二端以提供相位输出信号；其中
在正常工作状态下，控制电路基于相位输入信号和相位控制信号，产生具有第一脉冲的相位输出信号以及控制对应开关电路的开关控制信号；
该控制电路被设置为主控制电路时，在其第一端提供相位控制信号；该控制电路被设置为从控制电路时，在其第一端接收相位控制信号；
若主控制电路检测到故障，则变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲；
若从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲，则变为主控制电路。
2.如权利要求1所述的控制电路，其中若主控制电路检测到故障，在变为从控制电路并在其相位输出信号上产生第二脉冲后，使其相位输出信号等于相位输入信号。
3.如权利要求1所述的控制电路，其中当从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲且其自身未检测到故障时，方变为主控制电路。
4.如权利要求1所述的控制电路，其中若从控制电路检测到故障，则使其相位输出信号等于相位输入信号。
5.如权利要求1所述的控制电路，其中所述第二脉冲具有与第一脉冲所不同的脉冲宽度或脉冲幅值。
6.如权利要求1所述的控制电路，其中所述第一脉冲具有第一脉冲幅值和第一脉冲宽度，第二脉冲具有第二脉冲幅值和第二脉冲宽度，若从控制电路检测到其相位输入信号在一预设时长内均维持在第二脉冲幅值，则判断为检测到第二脉冲。
7.如权利要求1所述的控制电路，其中所述故障包括过压、过流、过温、欠压或晶体管故障中的一项或几项。
8.如权利要求1所述的控制电路，其中主控制电路在检测到故障后，对相位控制信号进行调节以使所有开关电路均停止功率输出，待多相开关变换器的输出电压下降至一预设阈值后，主控制电路方变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲。
9.如权利要求1所述的控制电路，还包括：
主控单元，产生相位控制信号；
故障检测电路，检测控制电路是否发生故障，产生故障检测信号；
主从判断电路，耦接至故障检测电路，基于相位输入信号和故障检测信号判断控制电路应为主控制电路还是从控制电路，产生主从判断信号，并提供至主控单元；以及
开关控制电路，耦接至故障检测电路与主从判断电路，基于相位控制信号、相位输入信号、故障检测信号与主从判断信号，产生开关控制信号与相位输出信号。
10.如权利要求9所述的控制电路，其中主控单元包括：
导通信号产生电路，产生导通控制信号；
信号调制电路，耦接至导通信号产生电路，基于导通控制信号，产生预处理信号；以及
开关，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至信号调制电路以接收预处理信号，第二端耦接至控制电路的第一端，控制端耦接至主从判断电路以接收主从判断信号。
11.如权利要求9所述的控制电路，还包括耦接在其第三端与参考地之间的电阻器，所述主从判断电路在多相开关变换器刚启动时，基于相位输入信号来判断控制电路被初始设置为主控制电路还是从控制电路。
12.一种多相开关变换器，包括：
多个并联耦接的开关电路，其中每个开关电路均具有耦接至输入电压的输入端和耦接至负载以提供输出电压的输出端；以及
多个如权利要求1至11中任一项所述的控制电路，连接为菊花链架构。
13.一种用于多相开关变换器的故障保护方法，其中多相开关变换器包括多个并联耦接的开关电路、以及连接为菊花链架构的多个控制电路，每个控制电路均具有第一端、第二端与第三端，其中第一端与其余控制电路的第一端耦接在一起以共享相位控制信号，第二端耦接至前一控制电路的第三端以接收相位输入信号，第三端耦接至后一控制电路的第二端以提供相位输出信号，其中在正常工作状态下，控制电路基于相位输入信号和相位控制信号，产生具有第一脉冲的相位输出信号以及控制对应开关电路的开关控制信号，该故障保护方法包括：
将所述多个控制电路中的一个配置为主控制电路，以在其第一端提供相位控制信号；
将其余控制电路配置为从控制电路，以在其第一端接收相位控制信号；
若主控制电路检测到故障，则变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲；以及
若从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲，则变为主控制电路。
14.如权利要求13所述的故障保护方法，其中若主控制电路检测到故障，在变为从控制电路并在其相位输出信号上产生第二脉冲后，使其相位输出信号等于相位输入信号。
15.如权利要求13所述的故障保护方法，其中当从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲且其自身未检测到故障时，方变为主控制电路。
16.如权利要求13所述的故障保护方法，其中若从控制电路检测到故障，则使其相位输出信号等于相位输入信号。
17.如权利要求13所述的故障保护方法，其中所述第二脉冲具有与第一脉冲所不同的脉冲宽度或脉冲幅值。
18.如权利要求13所述的故障保护方法，其中所述第一脉冲具有第一脉冲幅值和第一脉冲宽度，第二脉冲具有第二脉冲幅值和第二脉冲宽度，若从控制电路检测到其相位输入信号在一预设时长内均维持在第二脉冲幅值，则判断为检测到第二脉冲。
19.如权利要求13所述的故障保护方法，其中所述故障包括过压、过流、过温、欠压或晶体管故障中的一项或几项。
20.如权利要求13所述的故障保护方法，其中主控制电路在检测到故障后，对相位控制信号进行调节以使所有开关电路均停止功率输出，待多相开关变换器的输出电压下降至一预设阈值后，主控制电路方变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲。
21.一种用于多相开关变换器的控制电路的故障保护方法，其中多相开关变换器包括多个并联耦接的开关电路、以及连接为菊花链架构的多个控制电路，每个控制电路均具有第一端、第二端与第三端，其中第一端与其余控制电路的第一端耦接在一起以共享相位控制信号，第二端耦接至前一控制电路的第三端以接收相位输入信号，第三端耦接至后一控制电路的第二端以提供相位输出信号，其中在正常工作状态下，控制电路基于相位输入信号和相位控制信号，产生具有第一脉冲的相位输出信号以及控制对应开关电路的开关控制信号，该故障保护方法包括：
判断控制电路为主控制电路还是从控制电路；
当控制电路为主控制电路时，在其第一端提供相位控制信号；
当控制电路为从控制电路时，在其第一端接收相位控制信号；
若主控制电路检测到故障，则变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲；以及
若从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲，则变为主控制电路。
22.如权利要求21所述的故障保护方法，其中若主控制电路检测到故障，在变为从控制电路并在其相位输出信号上产生第二脉冲后，使其相位输出信号等于相位输入信号。
23.如权利要求21所述的故障保护方法，其中当从控制电路在其相位输入信号上检测到第二脉冲且其自身未检测到故障时，方变为主控制电路。
24.如权利要求21所述的故障保护方法，其中若从控制电路检测到故障，则使其相位输出信号等于相位输入信号。
25.如权利要求21所述的故障保护方法，其中所述第二脉冲具有与第一脉冲所不同的脉冲宽度或脉冲幅值。
26.如权利要求21所述的故障保护方法，其中所述第一脉冲具有第一脉冲幅值和第一脉冲宽度，第二脉冲具有第二脉冲幅值和第二脉冲宽度，若从控制电路检测到其相位输入信号在一预设时长内均维持在第二脉冲幅值，则判断为检测到第二脉冲。
27.如权利要求21所述的故障保护方法，其中所述故障包括过压、过流、过温、欠压或晶体管故障中的一项或几项。
28.如权利要求21所述的故障保护方法，其中主控制电路在检测到故障后，对相位控制信号进行调节以使所有开关电路均停止功率输出，待多相开关变换器的输出电压下降至一预设阈值后，主控制电路方变为从控制电路，并在其相位输出信号上产生第二脉冲。
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