CN111694392A - 开关稳压控制器及配置参数优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种开关稳压控制器及配置参数优化方法。其中，用于多相位开关稳压器的控制器，包括配置一个误差放大器，产生表示反馈电压和参考电压之间差值的误差信号；配置一个回路运算器，根据驱动功率级的误差信号，产生控制信号；以及配置一个动态相位管理控制电路，根据输入电流、输入电压、输出电流和输出电压产生功率效率值。根据第一电流信号和功率效率值，动态相位管理控制电路产生相位选择信号，表示要激活的第一数量的功率级。相位选择信号提供给回路运算器，以便激活第一数量的功率级。

Description

开关稳压控制器及配置参数优化方法
技术领域
本发明涉及一种开关稳压控制器及配置参数优化方法。
背景技术
开关模式电压源或开关稳压器，也被称为直流到直流的转换器，用于将一个输入电压源转换成所需的输出电压，达到电子系统中适合集成电路的电压水平。例如，一个用于电子系统的12伏特电压源，必须降至5伏特才能为I/O接口电路供电，如果是为核心数字逻辑电路供电，尤其是当核心数字逻辑电路是使用深亚微米集成电路配置起来的时候，就必须降至1伏特供电。开关稳压器通过电容器、电感器和变压器等低损耗元件提供供电功能，电源开关接通和断开，使得能量从离散数据包中的输入端转移到输出端。反馈控制电路用于调节能量转移，在电路所需的负载极限内保持稳定的输出电压。
传统的开关稳压器的运行已经广为人知，简要说明如下。一个开关稳压器包括一对电源开关，接通和断开电源开关，根据参考电压调制输出电压。更确切地说，电源开关交替地接通和断开，在开关输出节点(也称为开关节点)上产生开关输出电压。开关节点耦合到一个LC滤波电路上，LC滤波电路包括一个输出电感器和一个输出电容器，产生具有基本恒定幅值的输出电压。然后输出电压用于驱动负载。开关稳压器包括一个控制电路，控制电路通常使用一个误差放大器，比较表示输出电压的反馈电压和参考电压，控制电路产生一个或多个控制信号，控制接通-断开开关周期的开关频率(脉冲频率调制)或脉冲宽度(脉宽调制)。可以使用多种不同的控制体系，控制电源开关的工作周期(即接通时间)。
在本领域中，多相位开关稳压器和多相位转换器已众所周知。多相位转换器包括并联的功率级，驱动公共负载。用于每个功率级的开关信号相互不在同一相位上。例如，一个功率级可以打开一个开关，同时另一个功率级可以关闭一个开关。每个功率级按相同的时钟频率继续运行。多相位控制器通常用于控制多相位运行中的多个功率级。多相位开关稳压器实现了多种优势，包括较高的效率、较快的瞬态响应以及较高的电流性能等。
图1表示一种传统的多相位开关稳压器的示意图。参见图1，一种多相位开关稳压器10包括一个多相位控制器12，驱动N个并联的功率级22。每个功率级22都耦合到各自的输出电感器L1到LN上。输出电感器L1到LN的输出节点耦合到输出电容器Cout上，形成LC滤波电路，产生具有基本恒定幅值的调制输出电压Vout(节点24)。输出电压Vout可以用于驱动负载30，从而使开关稳压器10提供负载电流ILoad，将输出电压Vout维持在恒定水平。在一些示例中，功率级22配置成一对电源开关，串联在输入电压Vin和地之间。功率开关可以是N-型MOSFET器件或P-型和N-型MOSFET器件。
多相位控制器12配置管理级22的反馈控制，以便调制到LC滤波电路的能量转移，在电路所需的负载限制内维持稳定的输出电压。确切地说，多相位控制器12接收反馈节点26上的反馈电压Vfb。反馈电压Vfb可以是调制输出电压Vout或调制输出电压Vout的分割电压。多相位控制器12产生控制信号，例如脉冲宽度调制(PWM)控制信号PWM1至PWMN，使得每个功率级上的电源开关接通和断开，根据参考电压Vref，调制输出电压Vout。例如，多相位控制器12可以包括一个误差放大器、一个比例-积分-微分(PID)运算器以及一个数字脉冲-宽度-调制(PWM)产生器，以便产生PWM控制信号(节点19)，用于驱动各自的功率级22。多相位控制器12包括一个内存20，存储预置的配置参数，这些预置的配置参数用于控制开关稳压器的运行点，以及功率级22的反馈控制。
另外，运行多相位控制器12，以便选择相位的数量，或者功率级的数量，根据负载电流要求，激活它们。例如，多相位控制器12可以配置动态相位管理，从而根据负载的要求，利用预置的相位电流阈值，激活所选择的数量的相位或功率级。为此，控制器12接收表示供给负载30的负载电流ILoad的感应电流Isens(节点27)。用于反馈控制运行的预置的相位电流阈值和其他配置参数可以存储在内存20中。在一些示例中，可以配置多相位控制器12，控制5、6或8个功率级。每个功率级都具有一个相关的最大电流极限(例如60A)，作为与功率级相关的输出电感器可以承受的最大电流。控制器激活一个指定数量的功率级，将负载电流要求分发到一个或多个功率级上，使得每个功率级都在其电流极限内运行。在传统的动态相位管理体系中，多相位控制器12是带有一组预置的相位电流阈值的，用于根据负载电流的要求选择不同的相位组合。例如，对于低于第一相位电流阈值的负载电流值来说，控制器12激活一个功率级；对于等于或大于第一相位电流阈值但是小于第二相位电流阈值的负载电流值来说，控制器12激活两个功率级，以此类推。
在一个示例中，假设开关稳压器10中的每个功率级22都有一个60A的最大的电流极限。控制器12要为一个功率级配置高达40A的预置相位电流阈值，为两个功率级配置高达80A的预置相位电流阈值，为三个功率级配置高达120A的预置相位电流阈值，以此类推。在运行过程中，当负载电流的要求小于40A时，只能激活一个功率级。当负载电流要求增大到或超过40A时，达到第一相位电流阈值，激活两个功率级。当负载电流要求增大到或超过80A时，达到第二相位电流阈值，激活三个功率级。在这种情况下，控制器12会根据不同的负载电流要求，接通不同数量的功率级。
发明内容
本发明提供一种开关稳压控制器及配置参数优化方法，来解决现有技术存在的问题。
本发明的一个技术方案是提供一种用于多相位开关稳压器的控制器，其特征在于，多相位开关稳压器包括多个并联的功率级，接收输入电压并在输出端产生调制输出电压用于驱动负载，该控制器包括：
误差放大器，用于接收一个表示调制输出电压的反馈电压和一个参考电压，并且产生一个表示反馈电压和参考电压之间差值的误差信号；
回路运算器，用于根据误差信号产生多个控制信号，每个控制信号用于耦合驱动各自的功率级，功率级由控制信号驱动，产生调制输出电压，输出电压的电压值与参考电压有关；以及
动态相位管理控制电路，接收表示流经负载的第一电流信号、表示输出电压的第一电压信号、表示供给功率级电流的第二电流信号，以及表示输入电压的第二电压信号，并且根据第一电流信号、第一电压信号、第二电流信号和第二电压信号产生功率效率值，该动态相位管理控制电路配置为根据第一电流信号和功率效率值，产生相位选择信号，表示要激活第一数量的功率级，相位选择信号提供给回路运算器，以激活第一数量的功率级。
可选地，所述动态相位管理控制电路配置为产生功率效率值，作为输出功率和输入功率的比值，输出功率与第一电压信号和第一电流信号有关，输入功率与第二电压信号和第二电流信号有关。
可选地，所述动态相位管理控制电路根据第一电流信号产生相位选择信号，选择初始数量的功率级去激活，以及根据功率效率值产生相位选择信号，选择第一数量的功率级去激活，功率级的第一数量大于或小于初始数量。
可选地，对于第一电流信号的一个给定值，所述动态相位管理控制电路产生相位选择信号以选择第一数量的功率级，以使该第一电流信号的给定值在所选第一数量的功率级的最大的电流极限范围内。
可选地，所述动态相位管理控制电路包括微处理器用于评估功率效率值，还包括内存用于存储查找表，所述的查找表将相位电流阈值映射到要激活的功率级数量，所述的微处理器与内存交互，根据功率效率值，修正查找表中的相位电流阈值，以便对于第一电流信号值的指定范围，优化开关稳压器的功率效率。
可选地，所述动态相位管理控制电路包括一个状态机器用于评估功率效率值，还包括内存用于存储查找表，所述的查找表将相位电流阈值映射为要激活的功率级数量，所述的状态机器与内存交互，根据功率效率值，修正查找表中的相位电流阈值，以便对于第一电流信号值的指定范围，优化开关稳压器的功率效率。
本发明的另一个技术方案是提供一种用于多相位开关稳压控制器的方法，多相位开关稳压器包括多个并联的功率级，以便接收输入电压，在输出端产生调制输出电压，用于驱动负载，该方法包括：
接收一个表示调制输出电压的反馈电压和一个参考电压；
产生一个误差信号，表示反馈电压和参考电压之间的差值；
至少根据误差信号，产生多个控制信号，耦合每个控制信号，驱动各自的功率级，功率级由控制信号驱动，产生具有与参考电压有关的电压值的调制输出电压；
接收表示流经负载电流的第一电流信号、表示输出电压的第一电压信号、表示供给功率级的电流的第二电流信号、表示输入电压的第二电压信号；
根据第一电流信号、第一电压信号、第二电流信号和第二电压信号，产生一个功率效率值；
根据第一电流信号和功率效率值，产生表示要激活的第一数量的功率级的相位选择信号；
根据相位选择信号，激活第一数量的功率级；并且
利用激活的功率级，根据反馈电压和参考电压，产生调制输出电压。
可选地，产生相位选择信号包括：
根据第一电流值，产生相位选择信号，选择初始数量的功率级去激活；
对于初始数量的激活功率级来说，测量第一功率效率值；
产生相位选择信号，选择一个额外的功率级去激活；
对于初始数量加上一个额外的激活功率级来说，测量第二功率效率值；
根据第二功率效率小于第一功率效率，产生相位选择信号，选择初始数量的功率级去激活；并且
根据第二功率效率大于第一功率效率，产生相位选择信号，选择初始数量加上一个额外的功率级去激活。
可选地，产生相位选择信号包括：
根据第一电流信号，产生相位选择信号，选择初始数量的功率级去激活；
对于初始数量的激活功率级来说，测量第一功率效率值；
产生相位选择信号，选择减少一个功率级去激活；
对于初始数量减一的激活功率级来说，测量第二功率效率值；
根据第二功率效率小于第一功率效率，产生相位选择信号，选择初始数量的功率级去激活；并且
根据第二功率效率大于第一功率效率，产生相位选择信号，选择初始数量减一个的功率级去激活。
可选地，产生一个功率效率值包括：利用微处理器产生功率效率值。
可选地，产生一个功率效率值包括：利用状态机器，产生功率效率值。
可选地，产生相位选择信号包括：
通过内存存储查找表，查找表将相位电流阈值映射到要激活的功率级数量；
根据功率效率值，修正查找表中的相位电流阈值，对于第一电流信号值的指定范围，优化开关稳压器的功率效率；以及
利用第一电流信号，索引查找表，以获得作为相位选择信号要激活的功率级的数量。
本发明所述用于多相位开关稳压器的控制器及方法，通过测量功率效率，设定相位电流阈值，实现了配置参数优化，以便选择运行过程中要激活的功率级的数量。相位电流阈值设定在功率级组合的最大电流极限内。与现有相比，不再利用预置的相位电流阈值，而是通过测量运行过程中的输入和输出功率，用本发明提出的控制器及方法，为不同的功率级组合动态设定相位电流阈值。对于多相位开关稳压器指定的运行点或多相位开关稳压器的整体运行，本发明所述的控制器通过最大化功率效率，亦即输出功率与输入功率的比值，可以优化能量消耗。
附图说明
以下的详细说明及附图提出了本发明的各个实施例。
图1表示一种传统的多相位开关稳压器的示意图。
图2表示在本发明的实施例中，引入一种多相位控制器的多相位开关稳压器的示意图。
图3表示在一个多相位开关稳压器示例中，传统的动态相位管理操作。
图4表示依据本发明的实施例，多相位开关稳压器中的动态相位管理操作。
图5表示在一些实施例中，在多相位开关稳压器中配置动态相位管理的功率效率优化方法的流程图。
图6表示在可选实施例中，在多相位开关稳压器中配置动态相位管理的功率效率优化方法的流程图。
具体实施方式
依据本发明的实施例，一种用于多相位开关稳压器的控制器，通过测量功率效率，设定相位电流阈值，实现了配置参数优化，以便选择运行过程中要激活的功率级的数量。相位电流阈值设定在功率级组合的最大电流极限内。更确切地说，不再利用预置的相位电流阈值，而是通过测量运行过程中的输入和输出功率，用本发明提出的控制器为不同的功率级组合动态设定相位电流阈值。对于多相位开关稳压器指定的运行点或多相位开关稳压器的整体运行，本发明所述的控制器通过最大化功率效率，亦即输出功率与输入功率的比值，可以优化能量消耗。
更确切地说，开关稳压器控制器实现了许多传统解决方案所不具备的优势。首先，控制器配置了一个自主的并且独立于主机系统的控制体系，用于能量优化。利用控制器，为了选择相位或功率级数量用于特定负载电流值的相位电流阈值设定在功率级的最大电流极限内，以便优化能量使用。不需要外部系统接口或用户输入。其次，运行控制器，在运行时更新相位电流阈值设定。因此，可以优化多相位开关稳压器的运行，以便在运行时获得最佳的能量使用。确切地说，控制器设定相位电流阈值，在运行时自主地获得最大的能量效率，即，输出功率和输入功率的比值。
图2表示在本发明的实施例中，引入一个多相位控制器的多相位开关稳压器的示意图。参见图2，一个多相位开关稳压器50包括一个多相位控制器(“控制器”)52，驱动N个并联的功率级22。每个功率级22都接收输入电压Vin，并且耦合到各自的输出电感器L1到LN上。输出电感器L1到LN的输出节点耦合到输出电容器Cout上，形成LC滤波电路，以便产生具有基本恒定幅值的调制输出电压Vout(节点24)。然后，输出电压Vout可以用于驱动负载30，从而开关稳压器50提供负载电流ILoad，以便将输出电压Vout维持在恒定水平。在一些示例中，将功率级22配置成一对功率开关，串联在输入电压Vin(节点58)和地之间。功率开关可以是N-型MOSFET器件或P-型和N-型MOSFET器件。
多相位控制器52配置功率级22的反馈控制，调制到LC滤波电路的能量转移，以便将稳定的输出电压维持在电流所需的负载极限内。确切地说，多相位控制器52接收反馈节点26处的反馈电压Vfb。反馈电压Vfb可以是调制输出电压Vout或调制输出电压Vout的分割电压。多相位控制器52产生控制信号，例如脉冲宽度调制(PWM)控制信号PWM1至PWMN，以便使每个功率级中的功率开关接通和断开，根据参考电压Vref调制输出电压Vout。
更确切地说，在控制器52处，反馈电压Vfb(节点26)与参考电压Vref(节点53)在误差放大器54处作比较。误差放大器54产生一个误差信号，作为反馈电压Vfb和参考电压Vref之间的差值。在一些示例中，误差信号可以数字化，例如通过使用一个模拟到数字转换器(ADC)。误差信号Verr或其数字化版本，被提供给回路运算器56，产生PWM控制信号PWM1至PWM-N(节点19)，用于驱动各自功率级22中的功率开关。例如，回路运算器56可以包括一个比例-积分-微分(PID)运算器以及一个数字脉冲宽度调制(PWM)产生器，以便产生PWM信号PWM1至PWM-N(节点19)用于驱动各自的功率级22。根据各自的PWM控制信号，每个功率级22中的功率开关接通和断开，以便调制到各自电感器L1到LN以及电容器Cout上的能量转移。因此，控制器52产生PWM控制信号，用于驱动功率开关，将调制输出电压Vout调节到参考电压Vref设定的所需电压值上。要注意的是，图2所示的开关稳压器的结构仅用于解释说明，不用于局限。可以使用其他结构的开关稳压器。开关稳压器的结构或特定的反馈控制系统对于本发明的实施来说并不重要。
多相位控制器52包括一个内存80，存储配置参数，用于控制开关稳压器的运行状态和功率级22的反馈控制。回路运算器56与内存80交互，以便在运行时获得相应的配置参数。例如，内存80可以存储回路运算器56中PID运算器的配置参数82(例如PID系数Ki、Kp和Kd)。可以利用PID系数调节反馈控制回路的增益带宽。内存80还可以存储运行操作中的其他配置参数。在本实施例中，控制器52包括一个交互界面60，接收来自外部源的输入数据Data_In(节点65)，例如系统处理器或用户输入。交互界面60与内存80交互。可以利用交互界面60，加载配置参数数据到内存80上。还可选择，利用交互界面60，更新内存80中存储的数据值。在一个实施例中，交互界面配置为功率管理总线(PMBus)。
另外，运行多相位控制器52，根据负载电流的要求，选择要激活的相位的数量、或功率级的数量。在本发明的实施例中，多相位控制器52配置动态相位管理(DPM)，从而根据负载电流的要求，激活所需数量的相位或功率级。利用一组相位电流阈值，为指定范围的负载电流值，确定要激活的功率级的特定数量。在本实施例中，这组相位电流阈值就存储在内存80中。在一些实施例中，这组相位电流阈值存储在内存80的查找表84中。查找表84存储这组相位电流阈值的地方，是每个与一定数量的相位或功率级相关的相位电流阈值被激活的地方。查找表84被电流信号索引，电流信号表示供给负载30的负载电流。例如，回路运算器56接收感应电流Isens，感应电流Isens表示流入负载30的负载电流ILoad。回路运算器56使用感应电流Isens索引查找表84，确定对于特定的负载电流要求，应使用多少个相位或多少个功率级。根据感应电流值，查找表84提供一个相位选择信号给回路运算器56，相位选择信号表示要激活的功率级数量。根据相位选择信号，回路运算器56产生控制信号，激活各自的功率级或使其失效。
在传统的功率稳压控制器中，查找表存储预置的相位电流阈值。不能在开关稳压器运行的时候，改变预置相位电流。因此，无论任何特定的相位组合的功率效率高低，根据固定的相位电流阈值，都需要运行传统的多相位开关稳压器在不同的运行相位之间切换。在本发明的实施例中，查找表84存储了相位电流阈值的一组初始值。在运行时，自动更新相位电流阈值，以便使功率效率最大化，这将在下文中详细介绍。
在本发明的实施例中，为了实现最大化功率效率，控制器52含有逻辑电路，以便测量输入和输出功率，并据此设定相位电流阈值，达到最大功率效率。为此，控制器52包括一个输入功率(Pin)逻辑电路62和一个输出功率(Pout)逻辑电路64。输出功率逻辑电路64接收一个第一电压信号Vo(节点59)，表示输出电压Vout，并且还接收一个第一电流信号Io(节点61)，表示开关稳压器50提供给负载30的输出电流，这个输出电流也是流经负载的负载电流ILoad。第一电压信号Vo可以是输出电压Vout，或者是一个与输出电压Vout相关的电压。利用不同的技术，可以传感第一电流信号Io。在一个示例中，第一电流信号可以测量为每个功率级提供的输出电流的总和。第一电流信号Io还可以测量为供给负载的负载电流。第一电流信号Io可以是功率级的输出电路的总和，或者流至负载的负载电流，或者是与其相关的电流值。在一些实施例中，第一电流信号Io可以是与传感电流信号Isens相同的电流信号。
输入功率逻辑电路62接收了表示输入电压Vin的第二电压信号Vi(节点57)，另外还接收了表示流入开关稳压器50的功率级22中输入电流的第二电流信号Ii(节点59)。第二电压信号Vi可以是输入电压Vin，或者是与输入电压Vin相关的电压。利用不同的技术，可以传感第二电流信号Ii。在一个示例中，在输入电压节点58处传感输入电流Iin。第二电流信号Ii可以测量为流入功率级22的输入电流Iin，或者是表示流入功率级22的电流的电流值。
输入功率逻辑电路62根据第二电压信号Vi和第二电流信号Ii，测试一个输入功率信号Pin。例如，输入功率信号Pin是输入电压Vin(用第二电压信号Vi表示)和输入电流Iin(用第二电流信号Ii表示)的乘积。输出功率逻辑电路64根据第一电压信号Vo和第一电流信号Io，产生一个输出功率信号Pout。例如，输出功率信号Pout是输出电压Vout(用第一电压信号Vo表示)和输出电流Iout(用第一电流信号Io表示)的乘积。
多相位控制器52还包括一个控制逻辑电路70，接收输入功率信号Pin和输出功率信号Pout。控制逻辑电路70利用输入功率信号Pin和输出功率信号Pout，计算功率效率值。在一个示例中，功率效率值用输出功率Pout与输入功率Pin的比值表示。也就是说，Peff＝Pout/Pin。功率效率值可以是一个从0到1的值，或者是从0到100％。利用功率效率值，控制逻辑电路70可以评估使用功率级的不同组合时，相位电流的阈值。在本说明中，功率级的不同组合是指使用过程中要激活的不同数量的功率级。换言之，控制逻辑电路70根据功率效率值，设定用于动态相位管理运行时的相位电流阈值。设定相位电流阈值，实现开关稳压器50的不同运行点时的功率效率达到最大。在实施例中，控制逻辑电路70可以与内存80交互，以便修正查找表84中相位电流阈值的值。
多相位开关稳压器50配置动态相位管理，根据负载电流的要求，激活不同数量的功率级或相位。在动态相位管理下，控制器52接收传感电流信号Isens，传感电流信号Isens表示供给负载330的负载电流ILoad。可以配置多相位控制器52，控制任意数量的功率级，从2个到N个功率级。每个功率级都有一个相关的最大电流极限(例如60A)，最大电流可以由与功率级有关的输出电感器处理。控制器激活一定数量的功率级，将负载电流的要求分布在一个或多个功率级上，使得每个功率级都在其自身的电流极限内运行。在传统的动态相位管理体系中，配置控制器带有一组预置的或固定的电流阈值，以便根据负载电流的要求选择不同的相位组合。例如，对于小于第一电流阈值的负载电流值来说，控制器激活一个功率级；对于等于或大于第一电流阈值但小于第二电流阈值的负载电流值来说，控制器激活两个功率级，以此类推。
在本发明的实施例中，配置控制器52的初始值，用于动态相位管理运行时的相位电流阈值。也就是说，查找表84存储相位电流阈值的初始值，找到要激活的功率级的数量。然后，根据控制逻辑电路70进行的功率效率评估，修正或调节相位电流阈值。
在一个示例中，认为功率稳压器50中的每个功率级22都具有一个最大的电流极限60A。控制器52对于一个功率级的初始相位电流阈值达到40A，对于两个功率级的初始相位电流阈值达到80A，对于三个功率级的初始相位电流阈值达到120A，以此类推。在使用初始值的运行过程中，当负载电流要求小于40A时，仅激活一个功率级。当负载电流要求增大到或超过40A时，达到第一电流阈值，并激活两个功率级。当负载电流要求增大到80A或以上时，达到第二电流阈值，并激活三个功率级。另一方面，当负载电流要求减小到65A时，开关稳压器返回激活两个功率级。也就是说，之前激活过的第三个功率级现在被停用(deactivated)了。在这种情况下，控制器52根据负载电流的要求，选择接通不同数量的功率级，并使用查找表84中的相位电流阈值。
在本发明的实施例中，开关稳压器50在运行时，控制逻辑电路70接收来自输入功率逻辑电路62和输出功率逻辑电路64的输入功率信号Pin和输出功率信号Pout。控制逻辑电路70评估指定工作点的功率效率值，也就是说，输入/输出电压/电流状态，并且利用指定的工作点，确定要使用的功率级的最佳数量。
在另一个示例中，控制逻辑电路70对于本工作点确定第一功率效率值，也就是说，对于本输入/输出电压/电流状态的功率效率值，并且利用指定数量的激活功率级，用查找表84表示。根据初始的相位电流阈值或之前修正的相位电流阈值，选择要激活的功率级的数量。控制逻辑电路70指引回路运算器56增加一个被激活的功率级，或者如果可行的话，在功率级的最大电流极限内，减少一个要激活的功率级的数量。利用修正数量的功率级(或者增加一个或者减少一个)，控制逻辑电路70确定了当前工作点的第二功率效率值，也就是说，对于当前输入/输出电压/电流状况下的功率效率值，并且利用修正数量的激活功率级(增加一个或减少一个)。
当第一功率效率值大于第二功率效率值时，控制逻辑电路70不会修正查找表84，允许回路运算器返回最初的工作状态(利用原始数量的被激活功率级)。当第一功率效率值小于第二功率效率值时，控制逻辑电路修正查找表84，使得回路运算器56对于指定的工作状态，使用修正数量的被激活功率级(增加一个或减少一个)。也就是说，对于指定的负载电流状态，修正查找表84，使用多一个或少一个的功率级。还可选择，修正相位电流阈值，使得对于指定的负载电流状态，多激活一个或少激活一个功率级。
在一个示例中，假设控制器52为一个功率级配置的初始相位电流阈值最高为40A。当负载电流要求增大到45A时，根据初始相位电流阈值，控制器52将激活两个功率级，然而，控制逻辑电路70评估利用两个功率级(初始设定)和利用少一个功率级(修正设定)也就是一个单独的功率级用于45A负载电流情况时的功率效率值。当利用一个单独的功率级的功率效率大于利用两个功率级的功率效率时，控制逻辑电路70将修正查找表84，为一个功率级设定最大为45A的相位电流阈值(而不是最大为40A)。在这种情况下，控制逻辑电路70评估功率使用情况，并且确定可以利用最大为45A的负载电流的一个单独的功率级使开关稳压器50以更大的能量效率运行。对于最大为45A的负载电流来说，不再需要利用初始的40A阈值激活第二个功率级，可以不激活额外的功率级。
在另一个示例中，假设控制器52为两个功率级配置最大为80A的初始相位电流阈值。当前的负载电流要求为90A，并且已经激活了三个功率级。当负载电流要求降低至75A时，控制器52将停用一个功率级，只激活两个功率级。然而，控制逻辑电路70评估利用两个功率级(原始设定)和还利用一个额外的功率级(修正设定)也就是三个功率级用于75A的负载电流情况时的功率效率值。当使用三个功率级的效率大于使用两个功率级的功率效率时，控制逻辑电路70将修正查找表84，以便为两个功率级设定最大为74A的相位电流阈值。在这种情况下，对于75A的负载电流要求类似，将激活第三个功率级。控制逻辑电路70评估功率使用状态，确定可以用75A负载电流的三个功率级使开关稳压器50运行在更大的能量效率，而不再使用两个功率级，直到达到80A的初始相位电流阈值为止。
在这种情况下，运行控制逻辑电路70，配置动态相位管理，通过评估对于指定负载要求的不同组合的功率级的功率效率水平，并且选择相位的组合或功率级的数量，最大化功率效率。
要注意的是，对于不同组合的功率级来说，控制逻辑电路70修正了相位电流阈值，同时对于各自的组合，保持在最大的电流极限内。例如，当单独的功率级具有最大电流极限60A时，控制逻辑电路70会为单独的功率级修正相位电流阈值到最大60A，并且不超过60A。在一些情况下，可以使用一个保护带区域。例如，当单独的功率级具有最大电流极限60A以及5A的保护带时，控制逻辑电路70会为一个单独的功率级修正相位电流阈值为最大55A并且不超过55A。控制逻辑电路70修正相位电流阈值，使功率效率最优化，但是仍然保持在功率级的最大电流极限内。
在一个示例中，将控制逻辑电路70配置成一个微处理器。微处理器可以是控制器52的一个共享元件。也就是说，控制器52包括一个微处理器，用于提供其他的控制和处理功能。控制逻辑电路70是利用相同的微处理器配置的。例如，控制逻辑电路70在多相位开关稳压控制器现有的微处理器中，可以配置新功能。在一些实施例中，输入功率逻辑电路62和输出功率逻辑电路64也可以在相同的微处理器中配置新功能。在另一个实施例中，控制逻辑电路70可以配置成一个状态机器(state machine)。当需要较快的响应时，就需要一个状态机器。
图3表示在一个多相位开关稳压器的一些示例中，传统的动态相位管理操作。参见图3，在传统的动态相位管理体系中，控制器带有固定的预置相位电流阈值Iset1和Iset2，对于相关的相位组合来说，每个预置的相位电流阈值都小于最大的电流极限。也就是说，对于使用一个单独的功率级来说，最大的电流极限为Imax(1相位)，对于使用两个功率级来说，最大的电流极限为Imax(2相位)。第一个相位电流阈值Iset1设定为小于Imax(1相位)，第二个相位电流阈值Iset2设定为小于Imax(2相位)。因此，对于负载电流要求小于阈值Iset1来说，仅激活一个单独的功率级(曲线100-1)。对于负载电流要求大于阈值Iset但小于第二相位电流阈值Iset2来说，要激活两个功率级(曲线100-2)。对于负载电流要求大于阈值Iset2来说，要激活三个功率级(曲线100-3)。在传统的体系中，相位电流阈值Iset1和Iset2是固定的，不能改变。
图4表示依据本发明的实施例，在一个多相位开关稳压器中的动态相位管理运行。参见图4，依据本发明的实施例，多相位控制器利用可调节的相位电流阈值，配置动态相位管理。因此，控制器带有初始的相位电流阈值Iset1和Iset2。然而，可以根据功率效率评估，修正相位电流阈值。在本例中，第一个相位电流阈值从Iset1的初始值修正为阈值I1，第二个相位电流阈值从Iset2的初始值修正为阈值I2。修正后的相位电流阈值仍然在各自的最大电流极限Imax(1相位)或Imax(2相位)之内。因此，低于负载电流要求小于阈值I1时，仅激活一个单独的功率级(曲线110-1)。由于阈值I1大于阈值Iset1，对于较大范围的负载电流要求来说，使用单独的功率级。也就是说，对于负载电流大于初始阈值时，对于功率效率优化来说，可以使用单独的功率级。
对于负载电流要求大于阈值I1但小于第二相位电流阈值I2来说，要激活两个功率级。与之类似，由于阈值12大于阈值Iset2，对于较大范围的负载电流要求和较高的负载电流值来说，要使用两个功率级。也就是说，为了功率效率优化，对于负载电流大于初始阈值来说，要使用两个功率级的组合。对于负载电流要求大于阈值I2来说，要激活三个功率级。
在开关稳压器的整个运行时间内，本发明所述的控制器继续评估工作点上开关稳压器的功率效率，可以持续更新相位电流阈值，以便优化能量的使用。
图5表示在一些实施例中，一种多相位开关稳压器配置动态相位管理的功率效率优化方法的流程图。参见图5，方法200从接收反馈电压和参考电压开始，产生一个差值信号，差值信号表示反馈电压和参考电压之间的差值(202)。然后，根据相位选择信号，方法200激活第一数量的功率级(204)。根据误差信号，方法200产生控制信号，利用激活的功率级产生调制输出电压(206)。方法200接收对应输入电压、输入电流、输出电压和输出电流(或负载电流)的信号(208)。方法200产生功率效率值，作为根据信号输出功率与输入功率的比值(210)。根据功率效率值，方法200确定第二数量的相位(212)。第二数量可以大于或小于第一数量。方法200产生相位选择信号，根据功率效率值激活第二数量的相位或功率级(214)。
在一些实施例中，根据功率效率值，方法200确定了要激活的相位数量，将查找表存储的相位电流阈值更新到要激活的功率级数量。利用表示负载电流的感应电流信号，索引查找表，方法200产生相位选择信号，以获得要激活的指定数量的功率级。
图6表示在可选实施例中，一种多相位开关稳压器配置动态相位管理的功率效率优化方法的流程图。参见图6，为了配置动态相位管理(252)，方法250从提供初始的相位电流阈值开始。然后，根据负载电流要求，方法250选择要激活的功率级数量(254)。利用所激活的功率级的数量，方法250为工作点测量功率效率值(256)。功率效率值可以表示为输出功率与输入功率的比值。方法250激活一个额外的功率级(258)。方法250利用激活的功率级测量功率效率值(260)。也就是说，测量功率效率值对应于激活的功率级，包括额外的功率级。方法250确定多激活了额外的功率级是否会提高功率效率(262)。如果功率效率没有升高，方法250会不带额外的功率级继续运行(264)。方法250继续确定由于负载电流要求的变化是否导致工作点发生改变(268)。如果工作点没有发生改变，方法250在256处重复，使用激活的功率级，测量该处的功率效率值。如果工作点发生了改变，方法250返回到254，根据负载电流的要求，选择激活的功率级的数量。
如果利用额外的功率级提高了功率效率(262)，那么方法250会继续使用额外的功率级运行(266)。方法250继续确定由于负载电流要求的变化是否导致工作点发生改变(268)。如果工作点没有发生变化，方法250在256处重复，利用激活的功率级，测量该处的功率效率值。如果工作点发生了变化，方法250返回至254，根据负载电流要求，选择一定数量的功率级。
在一些实施例中，根据功率效率值，方法250确定了要激活的相位数量，将查找表存储的相位电流阈值更新到要激活的功率级数量。利用额外的功率级，方法250继续运行，利用表示负载电流的感应电流信号，索引查找表，以获得要激活的功率级数量。
在图6所示的方法250中，激活一个额外的功率级，以便评估功率效率值。在其他实施例中，可以减少一个被激活的功率级数量，以便评估功率效率值。也就是说，停用一个功率级，以便评估功率效率值。
本发明可以有多种实施方式，包括一种进程；一种装置；一种系统；一组器件；一个嵌入计算机可读存储介质的计算机程序产品；以及/或者一个处理器，例如一个硬盘处理器或一个处理器设备，用于执行存储在由处理器上耦合的内存上的指令，以及/或者执行由处理器上耦合的内存提供的指令。在这种情况下，这些配置或本发明可以采用的任何其他形式，都可以称为技术。一般来说，文中所述的程序中的步骤顺序，可以在本发明的范围内变化。除非另有说明，为执行任务所配置的处理器或内存等元件，都可以作为一种通用元件配置，也就是在特定时间内，为了执行任务临时配置，或者为了执行任务所制造的特定元件。文中所述的术语“处理器”是指一种或多种器件、电路和/或计算机程序指令等用于处理数据的处理核。
本文给出了本发明的一个或多个实施例及其附图的详细说明。虽然，本发明给出了这些实施例，但本发明的实施并不局限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求书限定，本发明包括了多种可选方案、修正案和等效方案。为了对本发明做全面理解，下文详细说明了各种特定细节。这种细节仅用于解释说明，本发明根据权利要求书就可以试试，无需这些特定细节中的部分细节或全部细节。为了简便，技术领域中与本发明有关的已知技术材料不再赘述，以免本发明引起不必要的混淆。
上述详细说明仅用于解释说明本发明的典型实施例，不用于局限。本发明范围内可能存在各种修正案和改动。本发明由所附的权利要求书限定。

Claims (12)

1.一种用于多相位开关稳压器的控制器，其特征在于，多相位开关稳压器包括多个并联的功率级，接收输入电压并在输出端产生调制输出电压用于驱动负载，该控制器包括：
误差放大器，用于接收一个表示调制输出电压的反馈电压和一个参考电压，并且产生一个表示反馈电压和参考电压之间差值的误差信号；
回路运算器，用于根据误差信号产生多个控制信号，每个控制信号用于耦合驱动各自的功率级，功率级由控制信号驱动，产生调制输出电压，输出电压的电压值与参考电压有关；以及
动态相位管理控制电路，接收表示流经负载的第一电流信号、表示输出电压的第一电压信号、表示供给功率级电流的第二电流信号，以及表示输入电压的第二电压信号，并且根据第一电流信号、第一电压信号、第二电流信号和第二电压信号产生功率效率值，该动态相位管理控制电路配置为根据第一电流信号和功率效率值，产生相位选择信号，表示要激活第一数量的功率级，相位选择信号提供给回路运算器，以激活第一数量的功率级。
2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述动态相位管理控制电路配置为产生功率效率值，作为输出功率和输入功率的比值，输出功率与第一电压信号和第一电流信号有关，输入功率与第二电压信号和第二电流信号有关。
3.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述动态相位管理控制电路根据第一电流信号产生相位选择信号，选择初始数量的功率级去激活，以及根据功率效率值产生相位选择信号，选择第一数量的功率级去激活，功率级的第一数量大于或小于初始数量。
4.如权利要求3所述的控制器，其特征在于，对于第一电流信号的一个给定值，所述动态相位管理控制电路产生相位选择信号以选择第一数量的功率级，以使该第一电流信号的给定值在所选第一数量的功率级的最大的电流极限范围内。
5.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述动态相位管理控制电路包括微处理器用于评估功率效率值，还包括内存用于存储查找表，所述的查找表将相位电流阈值映射到要激活的功率级数量，所述的微处理器与内存交互，根据功率效率值，修正查找表中的相位电流阈值，以便对于第一电流信号值的指定范围，优化开关稳压器的功率效率。
6.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述动态相位管理控制电路包括一个状态机器用于评估功率效率值，还包括内存用于存储查找表，所述的查找表将相位电流阈值映射为要激活的功率级数量，所述的状态机器与内存交互，根据功率效率值，修正查找表中的相位电流阈值，以便对于第一电流信号值的指定范围，优化开关稳压器的功率效率。
7.一种用于多相位开关稳压控制器的方法，其特征在于，多相位开关稳压器包括多个并联的功率级，以便接收输入电压，在输出端产生调制输出电压，用于驱动负载，该方法包括：
接收一个表示调制输出电压的反馈电压和一个参考电压；
产生一个误差信号，表示反馈电压和参考电压之间的差值；
至少根据误差信号，产生多个控制信号，耦合每个控制信号，驱动各自的功率级，功率级由控制信号驱动，产生具有与参考电压有关的电压值的调制输出电压；
接收表示流经负载电流的第一电流信号、表示输出电压的第一电压信号、表示供给功率级的电流的第二电流信号、表示输入电压的第二电压信号；
根据第一电流信号、第一电压信号、第二电流信号和第二电压信号，产生一个功率效率值；
根据第一电流信号和功率效率值，产生表示要激活的第一数量的功率级的相位选择信号；
根据相位选择信号，激活第一数量的功率级；并且
利用激活的功率级，根据反馈电压和参考电压，产生调制输出电压。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，产生相位选择信号包括：
根据第一电流值，产生相位选择信号，选择初始数量的功率级去激活；
对于初始数量的激活功率级来说，测量第一功率效率值；
产生相位选择信号，选择一个额外的功率级去激活；
对于初始数量加上一个额外的激活功率级来说，测量第二功率效率值；
根据第二功率效率小于第一功率效率，产生相位选择信号，选择初始数量的功率级去激活；并且
根据第二功率效率大于第一功率效率，产生相位选择信号，选择初始数量加上一个额外的功率级去激活。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，产生相位选择信号包括：
根据第一电流信号，产生相位选择信号，选择初始数量的功率级去激活；
对于初始数量的激活功率级来说，测量第一功率效率值；
产生相位选择信号，选择减少一个功率级去激活；
对于初始数量减一的激活功率级来说，测量第二功率效率值；
根据第二功率效率小于第一功率效率，产生相位选择信号，选择初始数量的功率级去激活；并且
根据第二功率效率大于第一功率效率，产生相位选择信号，选择初始数量减一个的功率级去激活。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，产生一个功率效率值包括：
利用微处理器产生功率效率值。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，产生一个功率效率值包括：
利用状态机器，产生功率效率值。
12.如权利要求7所述的方法，其特征在于，产生相位选择信号包括：
通过内存存储查找表，查找表将相位电流阈值映射到要激活的功率级数量；
根据功率效率值，修正查找表中的相位电流阈值，对于第一电流信号值的指定范围，优化开关稳压器的功率效率；以及
利用第一电流信号，索引查找表，以获得作为相位选择信号要激活的功率级的数量。
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