CN111580589A - 斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器，属于多项稳压器技术领域，包括多相调节器，所述多相调节器包括：功率级100，其包括多个输出相102以及用于控制功率级100的控制器200，并且控制器200具有自测单元。本发明中，用于识别多相调节器不能正常工作的状况，从而防止调节器在工作期间遭受重大故障，多相调节器的控制器使用复杂的方法执行调节器的自检，通过查看控制器内可用的信息以检测异常运行状况，或者使用特定的运行模式对系统进行操作以检测异常运行状况，在每种情况下，控制器都可以检测许多故障情况，其中多相调节器在某些情况下仍可提供调节，但在工作条件发生变化时会发生故障。

Description

斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器

技术领域

本发明属于多项稳压器技术领域，尤其涉及一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器。

背景技术

开关电源或者稳压器由于其高效率以及这种稳压器所占用的面积/体积小，而在高功率应用中很受欢迎。广泛使用的开关稳压器的包括降压、升压、降压-升压、正向、反激、半桥、全桥和SEPIC拓扑。多相降压转换器特别适合于在高性能集成电路(例如微处理器、图形处理器和网络处理器)所需的低电压下提供大电流。降压转换器通常由有源组件实现，例如脉冲宽度调制(PWM)控制器IC(集成电路)、驱动器、功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)以及无源元件，例如电感器、变压器或耦合的电感器、电容器和电阻器。并联转换器还用于满足高电流要求的情况，通过并联连接多个输出转换器并在它们之间使电流叠加，从而满足总输出电流的要求。术语“多项稳压器”和“并行转换器”以及“输出相位”和“输出转换器”在本文中可互换使用。

因为多相稳压器中含有大量组件以及此类系统的输出电流和功率通常比较大，所以使得人们希望任何组件或连接故障都可以被检测到，以便校验系统的全部功能，确保电压稳压器正常运行在工作范围之内。通常实施电压、电流、功率和温度监控，以确保在变化、不可预测和不可预见的运行条件下正常运行。这些系统通常监视整个系统或各个输出相位的输入和输出端子的电压和电流。

多相稳压器存在许多失效情况，在某些情况下，调压器仍可提供调节，但是当运行状态发生变化时，稳压器会失效，例如，缺少输出相位组件或连接的稳压器在空载或轻载条件下仍可正确调节输出电压，但在负载电流增加时会失效，在空载或轻载条件下，系统可能能够在预期的电压、电流和温度工作范围内进行调节，但在负载电流增加时则无法进行调节，再例如，电压稳压器可能在次优条件下以较差的效率工作，这通常会在高负载电流下导致热量过高的问题。大多数常规系统都基于电压、电流、功率和温度监控来提供简单的故障保护，但是无法提供复杂的故障保护，从而无法防止稳压器正常工作的情况变得更加微妙或难以检测，因此，现阶段亟需一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决多相稳压器存在许多失效情况，在某些情况下，调压器仍可提供调节，但是当运行状态发生变化时，稳压器会失效，例如，缺少输出相位组件或连接的稳压器在空载或轻载条件下仍可正确调节输出电压，但在负载电流增加时会失效，在空载或轻载条件下，系统可能能够在预期的电压、电流和温度工作范围内进行调节，但在负载电流增加时则无法进行调节，再例如，电压稳压器可能在次优条件下以较差的效率工作，这通常会在高负载电流下导致热量过高的问题。大多数常规系统都基于电压、电流、功率和温度监控来提供简单的故障保护，但是无法提供复杂的故障保护，从而无法防止稳压器正常工作的情况变得更加微妙或难以检测的问题，而提出的一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器，包括多相调节器，所述多相调节器包括：功率级100，其包括多个输出相102以及用于控制功率级100的控制器200，并且控制器200具有自测单元，且每个输出相102可以通过单独的电感器(LX)将相电流(IPX)传送到由电感器和输出电容器(Cout)连接到的输出相102的负载104，且每个输出相位102具有高侧晶体管(HSX)和低侧晶体管(LSX)，且所述输出相位102用于通过相应的电感器耦合到负载104，且每个输出相102的高侧晶体管将负载104可切换地连接到多相调节器的输入电压(Vi n)，并且相应的低侧晶体管在不同的周期可切换地将负载104连接到地，在图1中显示出了三个输出相102(N＝3)，但在功率级100可以包括大于1的任何数量的输出相102(即，N≥2)。

所述自检单元204包括电流平衡故障监视器400，电流平衡故障监视器400分析电流平衡电路240的输入和输出，如通向电流平衡故障监视器400的两条虚线所示，电流平衡电路240调整每个单独输出相位102的PWM占空比，以相对于其他输出相位102增大或减小相应的相位电流。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述功率级102、输出电容器和负载104由单个块212表示以便于说明，根据本实施例以及图2，电压位置单元206包括自适应电压定位(AVP)电路214，用于将来自电流检测和平衡单元210的相电流信息(Ipase)转换为来自设定点的偏移(Offset)，以基于负载电流设置调节器目标电压，所述电压位置单元206还包括用于将所需SVID转换为数字目标电压(VtgtD)的动态电压转换电路(DVID)216、用于比较偏移量和数字目标电压的比较器218以及基准DAC(数模转换器)220，用于将调节器的目标电压设置为模拟基准电压(VtgtA)，第二比较器222将模拟参考电压与检测的输出电压(Vsense)进行比较，第二比较器222是电压检测单元208的一部分。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述电压检测单元208还包括抗混叠滤波器224，用于在与模拟参考电压(VtgtA)比较之前对检测到的输出电压进行滤波，以及电压检测ADC(模数转换器))226，用于将模拟误差电压(errA)，即VtgtA和Vsense之间的差，转换为数字表示(errD)，PID(比例积分微分)滤波器228以数字误差电压作为输入，以占空比作为输出，实现补偿传递函数，多相PWM202的多相PWM增益单元230基于PID滤波器228的输出和来自电流检测和平衡单元210的电流平衡信息(Ibal)来设置不同输出相位102的增益，多相PWM202的数字PWM232将数字占空比信息转换为与驱动器106接口的脉冲宽度调制波形，以控制功率级100的输出相位102的开关状态。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述电流检测和平衡单元210包括电流检测电路234，用于监测N≥2时N个输出相的各个电流(IP1、IP2、……、IPN)，以及用于将所监视的相位电流转换成相应的数字相位电流信息的电流检测ADC236，所述数字相位电流信息由信道电流电路238针对每个输出相位102处理，信道电流电路238的输出被提供给AVP电路214、电流平衡电路240和电流限制电路242，电流平衡电路240将根据信道电流电路238的相电流信息来调整每个单独输出相位102的占空比，以此调整相电流，使其保持平衡，电流限制电路242监视相电流，并且可以强制多相PWM202修改PWM脉冲，以确保相电流不超过正或负限制，如果不能在不超过某些其他正或负极限的情况下维持调节器的操作，则可以提供过电流保护(OCP)电路244来关闭多相调节器，可以提供过电压保护(OVP)电路246来监视输出电压，以确保输出电压在某个合理的工作范围内，如果调节器不能在不超过某个极限的情况下保持运行，OVP电路246也可以关闭多相调节器，控制器200还可以包括主动瞬态响应(ATR)或快速ATR(FATR)电路248，用于对快速负载瞬态提供快速响应，另一ADC250，用于向PID滤波器228和多相PWM增益单元230提供检测输入电压(Vin_sense)的数字表示，图2所示的控制器组件是多相调节器的已知组件，因此在这方面不给出其操作的进一步说明。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述电流平衡电路240在输出相102的有源相之间调整各个相电流，以匹配由控制器200确定的总负载电流的特定分配，当多相调节器无法调整相电流以匹配分配时，可能会发生电流平衡故障，指示调节器无法充分控制一个或多个输出相102，这种情况可能由不良的驱动器106、输出相晶体管、电感器或电流检测网络234所引起。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述电流平衡故障监视器400监控所有的输出相102是否调节多相PWM202，例如，电流平衡故障监视器400可以监视每个输出相位102驱动Ix向Itargx的能力(即，将误差驱动为零)，并且监视每个输出相位102是否收敛于可接受的输出dUx(即，没有持续的限幅)，当任何单独的相电流与该有源输出相102的相应分配不匹配时，或者当电流平衡电路240允许的调整处于其上限或下限时，电流平衡故障监视器400检测电流平衡故障情况(即发生削波)，当以预定方式，例如在多相调节器的测试模式改变分配时，可以更容易地检测到电流平衡故障，当前平衡故障监视器400可以提供该预定(已知)分配，例如，可以动态地添加偏移量，以确定电流平衡电路240是否能够通过以预定的(预期的)方式重新平衡相电流来响应改变的偏移量，如果相位电流没有以预定方式重新平衡，则自检单元204的电流平衡故障监视器400检测异常情况。

一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器，该多项稳压器的工作原理为：

多相调节器：控制器200通过调节由输出相102传递至负载104的相电流来调节由功率级100传递至负载104的电压(Vsense)，控制器200包括多相脉冲宽度调制器(PWM)202，用于切换功率级100的输出相102，以便功率级100在某些时段内通过一个或多个高端晶体管向负载104提供正电流，在其他期间，负电荷从负载104通过一个或多个低端晶体管吸收负电流，也就是说，多相调节器可以在具有电流吸收能力的连续导通模式(CCM)下运行，例如，在轻负载条件期间仅第一输出相位(N＝1)102是激活的，通过负载104可以激活一个或多个附加输出相位(N＝2或更大)102以支持的更大功率需求，为此，多相PWM202给连接到功率级100的每个输出相位102的对应驱动器106提供PWM控制信号(PWM1、PWM2、……、PWMN)，驱动器106响应于多相PWM202提供的PWM控制信号，将栅极驱动信号(GHX，GLX)提供给相应输出相位102的高侧晶体管和低侧晶体管的栅极，至少有一部分基于施加到负载104的输出电压(Vsense)来确定输出相位102的激活状态以及高侧和低侧晶体管的占空比，以便调节器能够对变化的负载条件尽可能快速和可靠地作出反应，控制器200还可以将多相调节器设置为DCM(不连续传导模式)，除了调节传送到负载104的电压外，控制器200还监视由输出相位102传送到负载104的相位电流，并确定所监视的相位电流是否表明任何单个输出相位102、任何单个电感或输出电容器故障，即使传送到负载104的总电流在指定的限制内，为此，包括在控制器200中或与控制器200相关联的自检单元204使用控制器200内可用的信息来检测异常操作条件，或使用特定操作模式来操作调节器，以便能够检测异常操作条件，例如，如果多相调节器缺少输出相位元件或连接，则调节器仍可以在空载或轻载条件下正确调节输出电压，但当负载电流增加时会失效，也就是说，在空载或轻载条件下，多相调节器可以在预期的电压、电流和温度工作范围内调节，但当负载电流增大时不能调节，此外，多相调节器可能在次优条件下工作，例如效率低下，这可能导致在高负载电流下热量过大的问题，控制器200的自检单元204可以在这些条件中的每一个条件下检测故障部件，并且通过禁用一个或多个有问题的输出相位102或关闭调节器来防止对调节器的损坏，在首先描述更详细的控制器200的实施例之后，本文稍后更详细地描述自检单元204的各种实施例，控制器200还包括电压位置单元206，用于通过升高目标电压来控制从一个SVID到另一个SVID的变化，其中SVID是提供给多相调节器以实现电源电压变化的电压识别信息，控制器200还包括电压检测单元208，用于确定由电压位置单元206提供的输出电压(Vsense)和目标电压(Vtgt)之间的误差，并将误差电压转换为提供给多相PWM202的数字表示，控制器200还包括电流检测和平衡单元210，用于检测各个相电流(IP1、IP2、……、IPN)输出相位102，并将检测到的电流信息转换为相位电流信息，电流检测和平衡单元210还将相电流信息转换为对每个单独输出相位102的占空比的调整，以调整相电流，使其保持平衡；

控制器200：控制器200的自检单元204使用至少部分控制器部件提供的信息来检测异常运行状态，或使用控制器200的特定运行模式来运行多相调节器，以检测异常运行状态，204自检单元检测连接到控制器200的故障部件，保证多相稳压器可靠运行；

自测试单元204：通过调节由输出相位102传送到负载104的相电流来调节传送到负载104的电压(步骤300)，监视由输出相位102传送到负载104的相电流(步骤310)，以及确定所监视的相电流是否表示个别输出相102、个别电感器(LX)或输出电容器(Cout)中的任何一个存在故障，即使传送到负载104的总电流在规定的范围内(步骤320)，且电流平衡电路240调整每个单独输出相位102的PWM占空比，以相对于其他输出相位102增大或减小相应的相位电流。这通常由具有传递函数的过滤器完成：dUx＝(Ix-Itargx)*((Ki_ibal)/s+Kp_ibal)(1)其中dUx是对第x输出相位102的占空比的调整，Ix是第x输出相位102的测量电流，Itargx是第x输出相位102的目标电流，Ki_ibal和Kp_ibal分别是积分增益和比例增益，自测试技术使得控制器200能够检测由于多相调节器的并行结构而使得输出可能处于调节状态的情况，但是动力传动系中存在缺陷，包括但不限于：未切换的驱动器106发生故障或丢失；高侧晶体管故障或丢失；低侧晶体管故障或丢失；电感故障或丢失或严重超出规格；输出电容器极度泄漏；电流检测RC网络234故障或丢失；和/或开路或短路记录道(例如，PWM、Vsense、IP1、……、IPN)。本文描述的自测试技术利用控制器200提供的诸如电流检测、电流平衡、特定操作模式(例如，启动)等的特性来监视或执行设计用于。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中，用于识别多相调节器不能正常工作的状况，从而防止调节器在工作期间遭受重大故障，多相调节器的控制器使用复杂的方法执行调节器的自检，通过查看控制器内可用的信息以检测异常运行状况，或者使用特定的运行模式对系统进行操作以检测异常运行状况，在每种情况下，控制器都可以检测许多故障情况，其中多相调节器在某些情况下仍可提供调节，但在工作条件发生变化时会发生故障。

附图说明

图1为本发明提出的一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器中具有控制器的多相调节器的实施例的框图；

图2为本发明提出的一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器中多相调节器中包括的控制器的框图；

图3为本发明提出的一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器中多相调节器中所含的自测试单元在执行自测试方法时的实施例的流程图；

图4为本发明提出的一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器中多相调节器的控制器中所含的自测单元的实施例的框图；

图5为本发明提出的一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器中实施例一的多相调节器所含的控制器中的自检单元的框图；

图6为本发明提出的一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器中实施例二的多相调节器所含的控制器中的自检单元的框图；

图7为本发明提出的一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器中实施例三的多相调节器所含的控制器中的自测单元的框图；

图8为本发明提出的一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器中实施例四的多相调节器所含的控制器中的自检单元的框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器，包括多相调节器，所述多相调节器包括：功率级100，其包括多个输出相102以及用于控制功率级100的控制器200，并且控制器200具有自测单元，且每个输出相102可以通过单独的电感器(LX)将相电流(IPX)传送到由电感器和输出电容器(Cout)连接到的输出相102的负载104，且每个输出相位102具有高侧晶体管(HSX)和低侧晶体管(LSX)，且所述输出相位102用于通过相应的电感器耦合到负载104，且每个输出相102的高侧晶体管将负载104可切换地连接到多相调节器的输入电压(Vin)，并且相应的低侧晶体管在不同的周期可切换地将负载104连接到地，在图1中显示出了三个输出相102(N＝3)，但在功率级100可以包括大于1的任何数量的输出相102(即，N≥2)。

所述自检单元204包括电流平衡故障监视器400，电流平衡故障监视器400分析电流平衡电路240的输入和输出，如通向电流平衡故障监视器400的两条虚线所示，电流平衡电路240调整每个单独输出相位102的PWM占空比，以相对于其他输出相位102增大或减小相应的相位电流。

具体的，如图1所示，所述功率级102、输出电容器和负载104由单个块212表示以便于说明，根据本实施例以及图2，电压位置单元206包括自适应电压定位(AVP)电路214，用于将来自电流检测和平衡单元210的相电流信息(Ipase)转换为来自设定点的偏移(Offset)，以基于负载电流设置调节器目标电压，所述电压位置单元206还包括用于将所需SVID转换为数字目标电压(VtgtD)的动态电压转换电路(DVID)216、用于比较偏移量和数字目标电压的比较器218以及基准DAC(数模转换器)220，用于将调节器的目标电压设置为模拟基准电压(VtgtA)，第二比较器222将模拟参考电压与检测的输出电压(Vsense)进行比较，第二比较器222是电压检测单元208的一部分。

具体的，如图1所示，所述电压检测单元208还包括抗混叠滤波器224，用于在与模拟参考电压(VtgtA)比较之前对检测到的输出电压进行滤波，以及电压检测ADC(模数转换器))226，用于将模拟误差电压(errA)，即VtgtA和Vsense之间的差，转换为数字表示(errD)，PID(比例积分微分)滤波器228以数字误差电压作为输入，以占空比作为输出，实现补偿传递函数，多相PWM202的多相PWM增益单元230基于PID滤波器228的输出和来自电流检测和平衡单元210的电流平衡信息(Ibal)来设置不同输出相位102的增益，多相PWM202的数字PWM232将数字占空比信息转换为与驱动器106接口的脉冲宽度调制波形，以控制功率级100的输出相位102的开关状态。

具体的，如图1所示，所述电流检测和平衡单元210包括电流检测电路234，用于监测N≥2时N个输出相的各个电流(IP1、IP2、……、IPN)，以及用于将所监视的相位电流转换成相应的数字相位电流信息的电流检测ADC236，所述数字相位电流信息由信道电流电路238针对每个输出相位102处理，信道电流电路238的输出被提供给AVP电路214、电流平衡电路240和电流限制电路242，电流平衡电路240将根据信道电流电路238的相电流信息来调整每个单独输出相位102的占空比，以此调整相电流，使其保持平衡，电流限制电路242监视相电流，并且可以强制多相PWM202修改PWM脉冲，以确保相电流不超过正或负限制，如果不能在不超过某些其他正或负极限的情况下维持调节器的操作，则可以提供过电流保护(OCP)电路244来关闭多相调节器，可以提供过电压保护(OVP)电路246来监视输出电压，以确保输出电压在某个合理的工作范围内，如果调节器不能在不超过某个极限的情况下保持运行，OVP电路246也可以关闭多相调节器，控制器200还可以包括主动瞬态响应(ATR)或快速ATR(FATR)电路248，用于对快速负载瞬态提供快速响应，另一ADC250，用于向PID滤波器228和多相PWM增益单元230提供检测输入电压(Vin_sense)的数字表示，图2所示的控制器组件是多相调节器的已知组件，因此在这方面不给出其操作的进一步说明。

具体的，如图1所示，所述电流平衡电路240在输出相102的有源相之间调整各个相电流，以匹配由控制器200确定的总负载电流的特定分配，当多相调节器无法调整相电流以匹配分配时，可能会发生电流平衡故障，指示调节器无法充分控制一个或多个输出相102，这种情况可能由不良的驱动器106、输出相晶体管、电感器或电流检测网络234所引起。

具体的，如图1所示，所述电流平衡故障监视器400监控所有的输出相102是否调节多相PWM202，例如，电流平衡故障监视器400可以监视每个输出相位102驱动Ix向Itargx的能力(即，将误差驱动为零)，并且监视每个输出相位102是否收敛于可接受的输出dUx(即，没有持续的限幅)，当任何单独的相电流与该有源输出相102的相应分配不匹配时，或者当电流平衡电路240允许的调整处于其上限或下限时，电流平衡故障监视器400检测电流平衡故障情况(即发生削波)，当以预定方式，例如在多相调节器的测试模式改变分配时，可以更容易地检测到电流平衡故障，当前平衡故障监视器400可以提供该预定(已知)分配，例如，可以动态地添加偏移量，以确定电流平衡电路240是否能够通过以预定的(预期的)方式重新平衡相电流来响应改变的偏移量，如果相位电流没有以预定方式重新平衡，则自检单元204的电流平衡故障监视器400检测异常情况。

一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器，该多项稳压器的工作原理为：

多相调节器：控制器200通过调节由输出相102传递至负载104的相电流来调节由功率级100传递至负载104的电压(Vsense)，控制器200包括多相脉冲宽度调制器(PWM)202，用于切换功率级100的输出相102，以便功率级100在某些时段内通过一个或多个高端晶体管向负载104提供正电流，在其他期间，负电荷从负载104通过一个或多个低端晶体管吸收负电流，也就是说，多相调节器可以在具有电流吸收能力的连续导通模式(CCM)下运行，例如，在轻负载条件期间仅第一输出相位(N＝1)102是激活的，通过负载104可以激活一个或多个附加输出相位(N＝2或更大)102以支持的更大功率需求，为此，多相PWM202给连接到功率级100的每个输出相位102的对应驱动器106提供PWM控制信号(PWM1、PWM2、……、PWMN)，驱动器106响应于多相PWM202提供的PWM控制信号，将栅极驱动信号(GHX，GLX)提供给相应输出相位102的高侧晶体管和低侧晶体管的栅极，至少有一部分基于施加到负载104的输出电压(Vsense)来确定输出相位102的激活状态以及高侧和低侧晶体管的占空比，以便调节器能够对变化的负载条件尽可能快速和可靠地作出反应，控制器200还可以将多相调节器设置为DCM(不连续传导模式)，除了调节传送到负载104的电压外，控制器200还监视由输出相位102传送到负载104的相位电流，并确定所监视的相位电流是否表明任何单个输出相位102、任何单个电感或输出电容器故障，即使传送到负载104的总电流在指定的限制内，为此，包括在控制器200中或与控制器200相关联的自检单元204使用控制器200内可用的信息来检测异常操作条件，或使用特定操作模式来操作调节器，以便能够检测异常操作条件，例如，如果多相调节器缺少输出相位元件或连接，则调节器仍可以在空载或轻载条件下正确调节输出电压，但当负载电流增加时会失效，也就是说，在空载或轻载条件下，多相调节器可以在预期的电压、电流和温度工作范围内调节，但当负载电流增大时不能调节，此外，多相调节器可能在次优条件下工作，例如效率低下，这可能导致在高负载电流下热量过大的问题，控制器200的自检单元204可以在这些条件中的每一个条件下检测故障部件，并且通过禁用一个或多个有问题的输出相位102或关闭调节器来防止对调节器的损坏，在首先描述更详细的控制器200的实施例之后，本文稍后更详细地描述自检单元204的各种实施例，控制器200还包括电压位置单元206，用于通过升高目标电压来控制从一个SVID到另一个SVID的变化，其中SVID是提供给多相调节器以实现电源电压变化的电压识别信息，控制器200还包括电压检测单元208，用于确定由电压位置单元206提供的输出电压(Vsense)和目标电压(Vtgt)之间的误差，并将误差电压转换为提供给多相PWM202的数字表示，控制器200还包括电流检测和平衡单元210，用于检测各个相电流(IP1、IP2、……、IPN)输出相位102，并将检测到的电流信息转换为相位电流信息，电流检测和平衡单元210还将相电流信息转换为对每个单独输出相位102的占空比的调整，以调整相电流，使其保持平衡；

控制器200：控制器200的自检单元204使用至少部分控制器部件提供的信息来检测异常运行状态，或使用控制器200的特定运行模式来运行多相调节器，以检测异常运行状态，204自检单元检测连接到控制器200的故障部件，保证多相稳压器可靠运行；

自测试单元204：通过调节由输出相位102传送到负载104的相电流来调节传送到负载104的电压(步骤300)，监视由输出相位102传送到负载104的相电流(步骤310)，以及确定所监视的相电流是否表示个别输出相102、个别电感器(LX)或输出电容器(Cout)中的任何一个存在故障，即使传送到负载104的总电流在规定的范围内(步骤320)，且电流平衡电路240调整每个单独输出相位102的PWM占空比，以相对于其他输出相位102增大或减小相应的相位电流。这通常由具有传递函数的过滤器完成：dUx＝(Ix-Itargx)*((Ki_ibal)/s+Kp_ibal)(1)其中dUx是对第x输出相位102的占空比的调整，Ix是第x输出相位102的测量电流，Itargx是第x输出相位102的目标电流，Ki_ibal和Kp_ibal分别是积分增益和比例增益，自测试技术使得控制器200能够检测由于多相调节器的并行结构而使得输出可能处于调节状态的情况，但是动力传动系中存在缺陷，包括但不限于：未切换的驱动器106发生故障或丢失；高侧晶体管故障或丢失；低侧晶体管故障或丢失；电感故障或丢失或严重超出规格；输出电容器极度泄漏；电流检测RC网络234故障或丢失；和/或开路或短路记录道(例如，PWM、Vsense、IP1、……、IPN)。本文描述的自测试技术利用控制器200提供的诸如电流检测、电流平衡、特定操作模式(例如，启动)等的特性来监视或执行设计用于。

实施例一：自测试单元204包括纹波电流故障监视器410，纹波电流故障监视器410分析电流平衡电路240的输入，如通向纹波电流故障监视器410的单虚线所表示的，在多相开关稳压器的正常工作过程中，根据电源开关的状态，相电流应增大或减小，正常工作的输出相位102将始终具有一些纹波电流，由于调节器的同步开关特性，纹波电流模式是众所周知的，并且在电流感应波形中易于识别，纹波电流可以从DCM变为CCM，因此纹波电流故障监视器410应当知道操作模式，无法检测预期的纹波电流模式和预期的幅度电流纹波可能由于不良的驱动器106、输出级晶体管、电感或电流检测网络234所引起，纹波电流故障监视器410监视信道电流电路238的输出，并且在输出相位102处于激活调节或特定测试模式时查找不良的纹波电流模式，纹波电流故障监控器410检测任一相电流的纹波电流模式是否是符合相应预期的纹波电流模式。

实施例二：自测试单元204包括斜坡电流故障监视器420，斜坡电流故障监视器420分析动态电压转换电路(DVID)216和通道电流电路238的输出，其由通向斜坡电流故障监视器420的两条虚线表示，多相稳压器的启动可以用来确定启动斜坡电流的典型轮廓，如，根据启动率和总输出电容，有一个期望的上限和下限，还有一个电压范围，在该电压范围内，预期负载104不会导通，例如，集成电路的工作电压是最小的，斜坡电流故障监视器420在从已知的操作条件(例如当输出电容器完全放电)启动时，检查启动斜坡以确定电流是否在预期范围内，电流分布的变化可以表示诸如不良驱动器106、输出相晶体管、电感器、电流检测网络234或漏输出电容器等问题，斜坡电流故障监视器420同样可以在测试模式中强制上升或下降斜坡来检查斜坡电流，这允许测量正电流和负电流，以及多相调节器的源电流和汇电流能力，控制器200将传送到负载104的电压升高以对输出电容器充电，电压斜坡使输出相位102中的有源相位向负载提供电流，电压的变化可以根据相应的输出dV/dt和电容来确定斜坡电流的预期斜坡电流模式，斜坡电流故障监视器420检测由有源输出相位102产生的电流的斜坡电流模式是否与预期斜坡电流模式匹配，该测试可在多相调节器的启动模式下进行，在另一个实施例中，控制器200将传送到负载104的电压降低以放电输出电容器，电压斜坡导致一个或多个输出相位102从负载104接收电流，同样，电压的变化可以被描绘成基于相应的输出dV/dt和电容来确定斜坡下降电流的预期斜坡电流模式，斜坡电流故障监视器420检测由输出相位102接收的电流的斜坡电流模式是否与预期斜坡电流模式匹配。

实施例三；自测试单元204包括相序故障监视器430，相序故障监视器430分析相电流(IP1、IP2、……、IPN)和动态电压转换电路(DVID)的输出，如通向相序故障监视器430的四条虚线所表示，多相调节器可以在单相模式下工作，其中只有一个输出相位102激活并调节输出，相序故障监视器430通过一次对一个或多个输出相位102进行排序来测试每个输出相位102是否正常工作，进而确保每个输出相位102正常工作，相序故障监视器430确定相应的被监视相电流是否以预定(预期)方式响应，根据一个实施例，相序故障监视器430在输出相102的排序期间监视相电流和输出电压(Vsense)，例如，相序故障监视器430可以通过一次仅使用一个输出相位102操作多相调节器并检查相应的调节输出电压来检查每个输出相位102是否正常工作，序列的设计方式可以使得在某一点上的每个输出相位102是唯一激活的相位，并且相序故障监视器430检查对于每个激活的输出相位102产生的输出电压是否仍然处于调节中，例如，三相调节器的调节模式可以是：所有输出相位；输出相位1；输出相位1+2；输出相位2；输出相位2+3；输出相位3；和所有输出相位，如果输出相位102中的任何一个工作不正常，则仅检查输出电压就可能足以检测故障，然而，在整个序列期间检查相电流和输出电压可提供更为可靠的故障监测，控制器200还可以通过一个输出相位102当作电流源而另一个输出相位102接收电流来检查输出相位102，以确保所有输出相位102具有适当的输出和接收能力并且电流检测网络234工作正常，相序故障监视器430确定第一输出相102的监测相电流是否以预定的(预期的)方式输出，第二输出相102的监测相电流是否以预定的方式输出，当任何输出相位102由于缺少或发生故障的功率级组件而无法正常工作时，可能发生相位排序故障，相序故障监视器430可以在单相主动调节期间或在使用单相调节的特定测试模式中检查相序故障。

实施例四，自测试单元204包括占空比、PID和电流平衡故障监视器440，占空比、PID和电流平衡故障监视器440分析相电流(IP1、IP2、……、IPN)和动态电压转换电路(DVID)、电压检测ADC(模数转换器)226、PID滤波器228、电流平衡电路240和信道电流电路238的输出，如通向占空比、PID和电流平衡故障监视器440的八条虚线所示，在给定输出电压和输入电压的情况下，多相调器以预期的占空比运行，类似地，诸如PID滤波器228的环路滤波器和包括在电流检测和平衡单元210中的电流平衡环路滤波器在正常操作期间具有预期输出，在瞬态过程中，占空比和环路滤波器的输出范围可能会发生很大变化，因此仅仅检查上限和下限是不够的，占空比、PID和电流平衡故障监视器440可以检测诸如导致效率低下的晶体管丢失、需要更宽的占空比来维持调节、以及可能的环路滤波器输出的削波等情况，占空比、PID和电流平衡故障监视器440将控制器200的占空比和环路滤波器输出与被监视的相电流(IP1、IP2、……、IPN)，输出到负载的电压和调节器的输入电压相关联，如果由占空比、PID和电流平衡故障监视器440确定的相关性与期望的相关性不匹配，则可以检测到控制器200外部的有缺陷的输出相位102、电感和其他组件，可在主动调节或特定测试模式下随时进行监测。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器，其特征在于：包括多相调节器，所述多相调节器包括：功率级100，其包括多个输出相102以及用于控制功率级100的控制器200，并且控制器200具有自测单元，且每个输出相102可以通过单独的电感器(LX)将相电流(IPX)传送到由电感器和输出电容器(Cout)连接到的输出相102的负载104，且每个输出相位102具有高侧晶体管(HSX)和低侧晶体管(LSX)，且所述输出相位102用于通过相应的电感器耦合到负载104，且每个输出相102的高侧晶体管将负载104可切换地连接到多相调节器的输入电压(Vin)，并且相应的低侧晶体管在不同的周期可切换地将负载104连接到地，在图1中显示出了三个输出相102(N＝3)，但在功率级100可以包括大于1的任何数量的输出相102(即，N≥2)；

所述自检单元204包括电流平衡故障监视器400，电流平衡故障监视器400分析电流平衡电路240的输入和输出，如通向电流平衡故障监视器400的两条虚线所示，电流平衡电路240调整每个单独输出相位102的PWM占空比，以相对于其他输出相位102增大或减小相应的相位电流。

2.根据权利要求1所述的斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器，其特征在于，所述功率级102、输出电容器和负载104由单个块212表示以便于说明，根据本实施例以及图2，电压位置单元206包括自适应电压定位(AVP)电路214，用于将来自电流检测和平衡单元210的相电流信息(Ipase)转换为来自设定点的偏移(Offset)，以基于负载电流设置调节器目标电压，所述电压位置单元206还包括用于将所需SVID转换为数字目标电压(VtgtD)的动态电压转换电路(DVID)216、用于比较偏移量和数字目标电压的比较器218以及基准DAC(数模转换器)220，用于将调节器的目标电压设置为模拟基准电压(VtgtA)，第二比较器222将模拟参考电压与检测的输出电压(Vsense)进行比较，第二比较器222是电压检测单元208的一部分。

3.根据权利要求1所述的斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器，其特征在于，所述电压检测单元208还包括抗混叠滤波器224，用于在与模拟参考电压(VtgtA)比较之前对检测到的输出电压进行滤波，以及电压检测ADC(模数转换器))226，用于将模拟误差电压(errA)，即VtgtA和Vsense之间的差，转换为数字表示(errD)，PID(比例积分微分)滤波器228以数字误差电压作为输入，以占空比作为输出，实现补偿传递函数，多相PWM202的多相PWM增益单元230基于PID滤波器228的输出和来自电流检测和平衡单元210的电流平衡信息(Ibal)来设置不同输出相位102的增益，多相PWM202的数字PWM232将数字占空比信息转换为与驱动器106接口的脉冲宽度调制波形，以控制功率级100的输出相位102的开关状态。

4.根据权利要求1所述的斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器，其特征在于，所述电流检测和平衡单元210包括电流检测电路234，用于监测N≥2时N个输出相的各个电流(IP1、IP2、……、IPN)，以及用于将所监视的相位电流转换成相应的数字相位电流信息的电流检测ADC236，所述数字相位电流信息由信道电流电路238针对每个输出相位102处理，信道电流电路238的输出被提供给AVP电路214、电流平衡电路240和电流限制电路242，电流平衡电路240将根据信道电流电路238的相电流信息来调整每个单独输出相位102的占空比，以此调整相电流，使其保持平衡，电流限制电路242监视相电流，并且可以强制多相PWM202修改PWM脉冲，以确保相电流不超过正或负限制，如果不能在不超过某些其他正或负极限的情况下维持调节器的操作，则可以提供过电流保护(OCP)电路244来关闭多相调节器，可以提供过电压保护(OVP)电路246来监视输出电压，以确保输出电压在某个合理的工作范围内，如果调节器不能在不超过某个极限的情况下保持运行，OVP电路246也可以关闭多相调节器，控制器200还可以包括主动瞬态响应(ATR)或快速ATR(FATR)电路248，用于对快速负载瞬态提供快速响应，另一ADC250，用于向PID滤波器228和多相PWM增益单元230提供检测输入电压(Vin_sense)的数字表示，图2所示的控制器组件是多相调节器的已知组件，因此在这方面不给出其操作的进一步说明。

5.根据权利要求1所述的斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器，其特征在于，所述电流平衡电路240在输出相102的有源相之间调整各个相电流，以匹配由控制器200确定的总负载电流的特定分配，当多相调节器无法调整相电流以匹配分配时，可能会发生电流平衡故障，指示调节器无法充分控制一个或多个输出相102，这种情况可能由不良的驱动器106、输出相晶体管、电感器或电流检测网络234所引起。

6.根据权利要求1所述的斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器，其特征在于，所述电流平衡故障监视器400监控所有的输出相102是否调节多相PWM202，例如，电流平衡故障监视器400可以监视每个输出相位102驱动Ix向Itargx的能力(即，将误差驱动为零)，并且监视每个输出相位102是否收敛于可接受的输出dUx(即，没有持续的限幅)，当任何单独的相电流与该有源输出相102的相应分配不匹配时，或者当电流平衡电路240允许的调整处于其上限或下限时，电流平衡故障监视器400检测电流平衡故障情况(即发生削波)，当以预定方式，例如在多相调节器的测试模式改变分配时，可以更容易地检测到电流平衡故障，当前平衡故障监视器400可以提供该预定(已知)分配，例如，可以动态地添加偏移量，以确定电流平衡电路240是否能够通过以预定的(预期的)方式重新平衡相电流来响应改变的偏移量，如果相位电流没有以预定方式重新平衡，则自检单元204的电流平衡故障监视器400检测异常情况。

7.一种斜坡电流模式下进行相电流测试的多相稳压器，其特征在于，该多项稳压器的工作原理为：

多相调节器：控制器200通过调节由输出相102传递至负载104的相电流来调节由功率级100传递至负载104的电压(Vsense)，控制器200包括多相脉冲宽度调制器(PWM)202，用于切换功率级100的输出相102，以便功率级100在某些时段内通过一个或多个高端晶体管向负载104提供正电流，在其他期间，负电荷从负载104通过一个或多个低端晶体管吸收负电流，也就是说，多相调节器可以在具有电流吸收能力的连续导通模式(CCM)下运行，例如，在轻负载条件期间仅第一输出相位(N＝1)102是激活的，通过负载104可以激活一个或多个附加输出相位(N＝2或更大)102以支持的更大功率需求，为此，多相PWM202给连接到功率级100的每个输出相位102的对应驱动器106提供PWM控制信号(PWM1、PWM2、……、PWMN)，驱动器106响应于多相PWM202提供的PWM控制信号，将栅极驱动信号(GHX，GLX)提供给相应输出相位102的高侧晶体管和低侧晶体管的栅极，至少有一部分基于施加到负载104的输出电压(Vsense)来确定输出相位102的激活状态以及高侧和低侧晶体管的占空比，以便调节器能够对变化的负载条件尽可能快速和可靠地作出反应，控制器200还可以将多相调节器设置为DCM(不连续传导模式)，除了调节传送到负载104的电压外，控制器200还监视由输出相位102传送到负载104的相位电流，并确定所监视的相位电流是否表明任何单个输出相位102、任何单个电感或输出电容器故障，即使传送到负载104的总电流在指定的限制内，为此，包括在控制器200中或与控制器200相关联的自检单元204使用控制器200内可用的信息来检测异常操作条件，或使用特定操作模式来操作调节器，以便能够检测异常操作条件，例如，如果多相调节器缺少输出相位元件或连接，则调节器仍可以在空载或轻载条件下正确调节输出电压，但当负载电流增加时会失效，也就是说，在空载或轻载条件下，多相调节器可以在预期的电压、电流和温度工作范围内调节，但当负载电流增大时不能调节，此外，多相调节器可能在次优条件下工作，例如效率低下，这可能导致在高负载电流下热量过大的问题，控制器200的自检单元204可以在这些条件中的每一个条件下检测故障部件，并且通过禁用一个或多个有问题的输出相位102或关闭调节器来防止对调节器的损坏，在首先描述更详细的控制器200的实施例之后，本文稍后更详细地描述自检单元204的各种实施例，控制器200还包括电压位置单元206，用于通过升高目标电压来控制从一个SVID到另一个SVID的变化，其中SVID是提供给多相调节器以实现电源电压变化的电压识别信息，控制器200还包括电压检测单元208，用于确定由电压位置单元206提供的输出电压(Vsense)和目标电压(Vtgt)之间的误差，并将误差电压转换为提供给多相PWM202的数字表示，控制器200还包括电流检测和平衡单元210，用于检测各个相电流(IP1、IP2、……、IPN)输出相位102，并将检测到的电流信息转换为相位电流信息，电流检测和平衡单元210还将相电流信息转换为对每个单独输出相位102的占空比的调整，以调整相电流，使其保持平衡；

控制器200：控制器200的自检单元204使用至少部分控制器部件提供的信息来检测异常运行状态，或使用控制器200的特定运行模式来运行多相调节器，以检测异常运行状态，204自检单元检测连接到控制器200的故障部件，保证多相稳压器可靠运行；

自测试单元204：通过调节由输出相位102传送到负载104的相电流来调节传送到负载104的电压(步骤300)，监视由输出相位102传送到负载104的相电流(步骤310)，以及确定所监视的相电流是否表示个别输出相102、个别电感器(LX)或输出电容器(Cout)中的任何一个存在故障，即使传送到负载104的总电流在规定的范围内(步骤320)，且电流平衡电路240调整每个单独输出相位102的PWM占空比，以相对于其他输出相位102增大或减小相应的相位电流。这通常由具有传递函数的过滤器完成：dUx＝(Ix-Itargx)*((Ki_ibal)/s+Kp_ibal)(1)其中dUx是对第x输出相位102的占空比的调整，Ix是第x输出相位102的测量电流，Itargx是第x输出相位102的目标电流，Ki_ibal和Kp_ibal分别是积分增益和比例增益，自测试技术使得控制器200能够检测由于多相调节器的并行结构而使得输出可能处于调节状态的情况，但是动力传动系中存在缺陷，包括但不限于：未切换的驱动器106发生故障或丢失；高侧晶体管故障或丢失；低侧晶体管故障或丢失；电感故障或丢失或严重超出规格；输出电容器极度泄漏；电流检测RC网络234故障或丢失；和/或开路或短路记录道(例如，PWM、Vsense、IP1、……、IPN)。本文描述的自测试技术利用控制器200提供的诸如电流检测、电流平衡、特定操作模式(例如，启动)等的特性来监视或执行设计用于。

Images