CN113992011B - 多相开关变换器级联系统及其电压变换电路 - Google Patents

多相开关变换器级联系统及其电压变换电路 Download PDF

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Abstract

本公开的实施例涉及多相开关变换器级联系统及其电压变换电路。多相开关变换器级联系统包括多个并联耦接的电压变换电路。每个电压变换电路均具有控制信号输入管脚、控制信号传递管脚和置位管脚。其中每个电压变换电路的控制信号输入管脚耦接上一个电压变换电路的控制信号传递管脚，所有的电压变换电路的置位管脚耦接在一起。多个电压变换电路采用级联的控制方式将其中一个配置为主机，其他电压变换电路被配置为从机。该系统具有良好的可扩展性，可以根据具体应用的需要轻松调节变换器级联系统的总相数。

Description

多相开关变换器级联系统及其电压变换电路
技术领域
本发明涉及电子电路，更具体地，涉及多相开关变换器级联系统及其电压变换电路。
背景技术
随着电子技术的发展，越来越多的高性能模块(例如服务器、通信设备等模块中的中央处理器)需要更大的电流、更小的电压供电。这对开关变换器的设计要求变得更高，
多相开关变换器以其优越的性能，被广泛应用于高性能中央处理器的电源解决方案中。多相开关变换器可以采用每个开关变换器单独控制的架构模式，也可以采用主从级联控制的架构模式。对于主从级联控制的架构模式，可以根据具体应用的需要轻松调节多相开关器的总相数，不需要对每相电路的控制电路逻辑、结构等进行调整，具有良好的可扩展性，因此广泛地应用于多相开关变换器中。如何更高效、简洁地实现多相开关变换器的主从级联控制也是行业研究的重点。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提出一种多相开关变换器级联系统及其电压变换电路和控制方法。
根据本发明的一方面，提供了一种电压变换电路，包括：第一管脚，接收第一控制信号，其中，第一控制信号包括多个脉冲；第二管脚；第三管脚；以及脉冲序列选择电路，当脉冲序列选择电路通过第三管脚接收到同步信号后，脉冲序列选择电路选择第一控制信号中的第一组脉冲作为第二控制信号，并将第一控制信号中除第一组脉冲以外的脉冲作为第三控制信号在第二管脚输出。
根据本发明的另一方面，提供了一种多相开关变换器级联系统，包括：第一电压变换电路，具有第一管脚、第二管脚和第三管脚，第一电压变换电路根据反馈信号产生第一控制信号和同步信号，其中，所述反馈信号代表多相开关变换器级联系统的输出电压，所述第一控制信号包括多个脉冲；第一电压变换电路选择第一控制信号中第一组脉冲作为第二控制信号，并将第一控制信号中除第一组脉冲之外的脉冲作为第三控制信号在第一电压变换电路的第二管脚输出，同时将同步信号在第三管脚输出；以及第二电压变换电路，具有第一管脚、第二管脚和第三管脚，第二电压变换电路的第一管脚耦接第一电压变换电路的第二管脚，第二电压变换电路的第三管脚耦接第一电压变换电路的第三管脚，当第二电压变换电路接收到同步信号后，第二电压变换电路选择第三控制信号中的第一组脉冲作为第四控制信号，并将第三控制信号中除第一组脉冲之外的脉冲作为第五控制信号在第二电压变换电路的第二管脚输出。
根据本发明的又一方面，提供了一种多相开关变换器级联系统，包括：第一电压变换电路，具有第一管脚和第二管脚，第一电压变换电路根据代表开关变换器级联系统的输出电压的反馈信号产生第一控制信号和同步信号，其中，所述第一控制信号包括多个脉冲，第一电压变换电路选择第一控制信号中的第一组脉冲控制其内部的可控开关导通和关断切换，并将第一控制信号中除第一组脉冲外的脉冲在第一电压变换电路的第二管脚输出；以及第二电压变换电路，具有第一管脚和第二管脚，其第一管脚耦接第一电压变换电路的第二管脚，当第二电压变换电路接收到同步信号后，第二电压变换电路选择第一控制信号中的第二组脉冲控制其内部的可控开关导通和关断切换，并将第一控制信号中除第一组脉冲和第二组脉冲外的脉冲在第二电压变换电路的第二管脚输出。
根据本发明的又一方面，提供了一种电压变换电路，包括：第一管脚，接收第一控制信号；第二管脚；第三管脚；控制信号产生电路，接收反馈信号，并根据反馈信号产生第二控制信号，其中，第二控制信号包括多个脉冲，所述反馈信号代表电压变换电路的输出电压；同步信号产生电路，接收第二控制信号，并对第二控制信号的脉冲进行计数，产生同步信号，并将同步信号在第三管脚输出；以及脉冲序列选择电路，选择第二控制信号中的第一组脉冲作为第三控制信号，并将第二控制信号中除第一组脉冲以外的脉冲作为第四控制信号在第二管脚输出。
通过使用本公开的实施例，可以实现相应的技术效果。
附图说明
图1所示为根据本发明一个实施例的多相开关变换器级联系统100的电路示意图；
图2所示为根据本发明一个实施例的三相开关变换器级联系统200的电路示意图；
图3所示为根据本发明一个实施例的三相开关变换器级联系统200的波形示意图；
图4所示为根据本发明一个实施例的控制电路101的示意框图；
图5所示为根据本发明另一个实施例的第i个电压变换电路1i中的控制电路101的示意框图；
图6所示为根据本发明一个实施例的同步信号产生电路42的示意框图；
图7所示为根据本发明一个实施例的脉冲序列选择电路43的电路原理图；
图8所示为根据本发明所示的三相开关变换器级联系统200的波形示意图；
图9所示为根据本发明一个实施例的控制信号产生电路41的电路原理图。
如附图所示，在所有不同的视图中，相同的附图标记指代相同的部分。在此提供的附图都是为了说明实施例、原理、概念等的目的，并非按比例绘制。
具体实施方式
接下来将结合附图对本发明的具体实施例进行非限制性描述。在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构或特点被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都是指同一实施例。动词“包括”和“具有”在本文中用作开放限制，其既不排除也不要求还存在未叙述特征。除非另有明确说明，否则从属权利要求中记载的特征可以相互自由组合。在整个文件中使用“一”或“一个”(即，单数形式)限定的元件，并不排除多个这个元件的可能。更进一步地，所描述的特征、结构或特点可以在一个或多个实施例中以任何合适方式组合。除非另外指明，否则术语“连接”被用于指定电路元件之间的直接电连接，而术语“耦合”被用于指定可以是直接的或可以经由一个或多个其他元件的电路元件之间的电连接。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。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。当提及节点或端子的电压时，除非另外指示，否则认为该电压是该节点与参考电位(通常是地)之间的电压。此外，当提及节点或端子的电位时，除非另外指示，否则认为该电位指的是参考电位。给定节点或给定端子的电压和电位将进一步用相同的附图标记指定。将在第一逻辑状态(例如逻辑低状态)与第二逻辑状态(例如逻辑高状态)之间交替的信号称为“逻辑信号”。同一电子电路的不同逻辑信号的高和低状态可能不同。特别地，逻辑信号的高和低状态可以对应于在高或低状态下可能不是完全恒定的电压或电流。
图1所示为根据本发明一个实施例的多相开关变换器级联系统100的电路示意图。在图1所示实施例中，开关变换器级联系统100包括N个并联的电压变换电路，被分别示意为11、12、…、1N，用于提供同一个输出电压VOUT。其中，N为大于等于2的整数。在一个实施例中，N个并联的电压变换电路被示意为结构和功能均相同的集成电路芯片，本领域的技术人员可以理解，N个并联的电压变换电路也可以不是集成电路而是由分立器件搭建的电路。此外，本领域的技术人员也可以理解，开关变换器级联系统100可以根据负载需求采用任意数量的电压变换电路进行交错并联，以提供更高的电流以适应更多高电流需求场合。在一个实施例中，N个电压变换电路11、12、…、1N被配置为主从级联的工作模式，其中的一个变换器被配置为“主机”，其余电压变换电路被配置为“从机”。例如，在图1所示实施例中，电压变换电路11被示意为“主机”，其余电压变换电路12、…、1N被示意为“从机”。在图1所示实施例中，每个电压变换电路芯片包括多个管脚，为了简洁明了，仅仅示意出了用于说明图1实施例工作原理的管脚，其他管脚并未示出。在图1所示实施例中，这些管脚包括输入管脚IN、开关管脚SW、反馈管脚FB、同步管脚Syn、控制信号接收管脚FireIN和控制信号传递管脚FireOUT。
如图1所示，输入管脚IN接收开关变换器级联系统100的输入电压VIN；开关管脚SW通过对应的电感器耦接至开关变换器级联系统100的输出端；反馈管脚FB用于接收反馈信号VFB；“主机”的同步管脚Syn发送出同步信号Set；“从机”的同步管脚Syn接收“主机”发送的同步信号Set。每个芯片的控制信号接收管脚FireIN接受对应的控制信号PWMin(代表PWMin1，PWMin2,…，或PWMinN)；每个芯片的控制信号传递管脚FireOUT传送对应的控制信号PWMout(代表PWMout1，PWMout2,…，或PWMoutN)。其中，每个芯片的控制信号接收管脚FireIN与其级联的上一级芯片的控制信号传递管脚FireOUT相连；每个芯片的控制信号传递管脚FireOUT与其级联的下一级芯片的控制信号接收管脚FireIN相连。更具体地，电压变换电路11的控制信号传递管脚FireOUT与电压变换电路12的控制信号接收管脚FireIN相连；电压变换电路12的控制信号传递管脚FireOUT将与下一级电压变换电路的控制信号接收管脚FireIN相连。以此类推，电压变换电路1N的控制信号接收管脚FireIN与电压变换电路1(N-1)的控制信号传递管脚FireOUT相连；电压变换电路1N的控制信号传递管脚FireOUT与电压变换电路11的控制信号接收管脚FireIN相连。此外，输出电感L1耦接在电压变换电路11的管脚SW和开关变换器级联系统100的输出端之间；输出电感L2耦接在电压变换电路12的管脚SW和开关变换器级联系统100的输出端之间。依此类推，输出电感LN耦接在电压变换电路1N的管脚SW和开关变换器级联系统100的输出端之间。
在图1所示实施例中，开关变换器级联系统100还包括输出电容Cout和反馈电路。输出电容Cout耦接在开关变换器级联系统100的输出端和参考地之间。反馈电路耦接在开关变换器级联系统100的输出端和参考地之间，用于产生反馈信号VFB。在一个实施例中，反馈电路包括由电阻器R1和R2构成的分压器，反馈信号VFB为电压反馈信号，代表开关变换器级联系统100的输出电压VOUT。
在图1所示实施例中，作为“主机”的电压变换电路11将在开关变换器级联系统100启动时判断开关变换器级联系统100的工作相数，即具有多少路启动工作的并联的电压变换电路，并据此产生同步信号Set。在一个实施例中，同步信号Set为一个具有逻辑高低电平的逻辑信号，包括多个脉冲。在一个实施例中，同步信号Set的每个逻辑高电平作为一个脉冲；在其他实施例中，同步信号Set也可以将每个逻辑低电平作为一个脉冲。在一个实施例中，同步信号Set将每个脉冲(例如逻辑高电平)作为其有效状态。当“主机”产生Set信号，同时“从机”接收到Set信号后，所有电压变换电路启动并处于等待状态，每个电压变换电路将在各自控制信号接收管脚FireIN接收的控制信号PWMin的脉冲序列中挑选该相电压变换电路所需要的一组脉冲，再将控制信号PWMin中其他不需要的脉冲作为控制信号PWMout在其控制信号传递管脚FireOUT输出。在一个实施例中，最后一个“从机”1N的控制信号传递管脚FireOUT输出的控制信号PWMoutN将作为指示信号送至“主机”的控制信号接收管脚FireIN，此时，控制信号PWMoutN用于指示开关变换器级联系统100中是否存在错误。在一个实施例中，控制信号PWMin1(即控制信号PWMoutN)将被送入一个故障指示模块(未示出)，用于判断是否存在错误。例如，在一个实施例中，当控制信号PWMoutN为一个没有脉冲的低电平信号时，代表开关变换器级联系统100工作正常；当控制信号PWMoutN具有高低脉冲信号时，代表开关变换器级联系统100中的某一相电路出现故障。需要说明地是：“主机”产生Set信号是指产生代表Set信号有效状态的脉冲(例如逻辑高电平)；同样地，“从机”接收Set信号也是指接收到了代表Set信号有效状态的脉冲。在一个实施例中，每个电压变换电路包括可控开关，每相电压变换电路所挑选的脉冲序列用于控制该相电压变换电路的可控开关。通过控制该相电压变换电路的可控开关的导通和关断切换，可将输入电压VIN转换为输出电压VOUT。
在一个实施例中，开关变换器级联系统100通过检查各电压变换电路的控制信号接收管脚FireIN是否具有一定的阻值来判断N个电压变换电路中的“主机”和“从机”。例如，在图1所示实施例中，电压变换电路11的控制信号接收管脚FireIN上连接有上拉电阻RM，因此电压变换电路11将作为开关变换器级联系统100的“主机”，其他电压变换电路作为开关变换器级联系统的“从机”。在其他实施例中，也可以通过其他方式来设置“主机”和“从机”。例如，通过模拟信号发射源提供模拟信号至各电压变换电路11的控制信号接收管脚FireIN用于设置主“主机”和“从机”。又如，通过数字信号发射源提供数字信号至各电压变换电路11的控制信号接收管脚FireIN用于设置“主机”和“从机”。这些实施例均在本申请的保护范围之内。
此外，本领域的技术人员可以理解，虽然在图1所示实施例中，N路电压变换电路被示意为级联控制的方式工作，但每相电压变换电路均具有独立的控制电路和功率单元，因此在其他一些实施例中，即使没有其他电压变换电路存在的情况下，每个电压变换电路也可以作为单相电路，各自独立工作。接下来将结合更具体的实施例对多相开关变换器级联系统的工作原理进行详细说明。
图2所示为根据本发明一个实施例的三相开关变换器级联系统200的电路示意图。如图2所示，开关变换器级联系统200包括3个并联的电压变换电路11、12和13。其中电压变换电路11被配置为“主机”，电压变换电路12和13被配置为“从机”。
如图2所示，输出电感L1耦接在电压变换电路11的开关管脚SW和开关变换器级联系统200的输出端之间；输出电感L2耦接在电压变换电路12的开关管脚SW和开关变换器级联系统200的输出端之间；输出电感L3耦接在电压变换电路13的开关管脚SW和开关变换器级联系统200的输出端之间。“主机”11的同步管脚Syn发送出同步信号Set；“从机”的同步管脚Syn接收“主机”发送的同步信号Set。
电压变换电路11的控制信号传递管脚FireOUT与电压变换电路12的控制信号接收管脚FireIN相连；电压变换电路12的控制信号传递管脚FireOUT将与电压变换电路13的控制信号接收管脚FireIN相连；电压变换电路13的控制信号传递管脚FireOUT与电压变换电路11的控制信号接收管脚FireIN相连。
与图1所示相同，反馈管脚FB用于接收反馈信号VFB；输出电容Cout耦接在开关变换器级联系统200的输出端和参考地之间。反馈电路耦接在开关变换器级联系统200的输出端和参考地之间。
在图2所示实施例中，电压变换电路11、12和13被进一步示意为包括控制电路101和功率单元102。以“主机”11为例，其控制电路101将根据反馈管脚FB上接收的反馈信号VFB产生控制信号PWM(将在图4中示出)，并根据控制信号PWM在同步管脚Syn产生置为信号Set、在控制信号传递管脚FireOUT产生控制信号PWMout1以及第一相电路控制信号PWM1。功率单元102包括上开关管HS和下开关管LS。上开关管HS和下开关管LS串联连接在输入管脚IN和参考地之间，同时其公共节点耦接至开关管脚SW。第一相电路控制信号PWM1分别送至上开关管HS和下开关管LS的控制端，通过控制上开关管HS和下开关管LS的导通和关断切换，进而将输入电压VIN转换为输出电压VOUT。在图2所示实施例中，上开关管HS和下开关管LS均被示意为金属半导体场效应管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)，但本领域一般技术人员可以理解，上开关管HS和下开关管LS还可以是其他合适的可控半导体功率开关器件。
“主机”11输出的控制信号PWMout1作为“从机”12的控制信号接收管脚FireIN上接收的控制信号PWMin2。“从机”12根据控制信号PWMin2和同步信号Set，产生控制信号PWMout2和第二相电路控制信号PWM2。同样地，“从机”12的功率单元102与“主机”11相同。第二相电路控制信号PWM2通过控制功率单元102中的功率开关管的导通和关断切换，进而将输入电压VIN转换为输出电压VOUT。
“从机”12输出的控制信号PWMout2作为“从机”13的控制信号接收管脚FireIN上接收的控制信号PWMin3。“从机”13根据控制信号PWMin3和同步信号Set，产生控制信号PWMout3和第三相电路控制信号PWM3。同样地，“从机”13的功率单元102与“主机”11相同。第三相电路控制信号PWM3通过控制功率单元102中的功率开关管的导通和关断切换，进而将输入电压VIN转换为输出电压VOUT。“从机”13的控制信号传递管脚FireOUT将耦接至“主机”11的控制信号接收管脚FireIN，将控制信号PWMout3作为“主机”11的控制信号接收管脚FireIN上接收的控制信号PWMin1。在一个实施例中，控制信号PWMout3用作指示信号，指示开关变换器级联系统200是否出现故障。在一个实施例中，控制信号PWMout3为一个低电平信号，不具有高低电平脉冲。
在图2所示实施例中，电感器L1、L2和L3都被示意在芯片11、12和13的外部，在其他实施例中，电感器L1、L2和L3可以被集成在芯片内部，作为功率单元的一部分。即功率单元102除上开关管HS1和下开关管LS2外还包括电感。在图2所示实施例中，电压变换电路的功率单元102被示意为BUCK型拓扑结构，本领域一般技术人员可以理解，功率单元102也可以被示意为其他类型的合适的隔离或非隔离的拓扑结构，例如，功率单元102可以是BOOST拓扑、BUCK-BOOST拓扑、Z型拓扑、CUK拓扑、FLYBACK拓扑等等。
图3所示为根据本发明一个实施例的三相开关变换器级联系统200的波形示意图。图3所示波形图中，从上自下分别示意出了控制信号PWM、同步信号Set、第一相电路控制信号PWM1、控制信号PWMout1/PWMin2、第二相电路控制信号PWM2、控制信号PWMout2/PWMin3、第三相电路控制信号PWM3以及控制信号PWMout3/PWMin1的波形。接下来将结合图3的波形示意图对开关变换器级联系统200的工作原理进行描述。
作为“主机”的电压变换电路11将根据反馈信号VFB产生控制信号PWM。同时，将在开关变换器级联系统200启动时判断系统需要工作的相数，即多少路并联的电压变换电路，并据此产生同步信号Set。在图2所示实施例中，假如开关变换器级联系统200的三相电压变换电路都需要工作，则作为“主机”的电压变换电路11将在控制信号PWM的每三个脉冲后产生一个同步信号Set的有效脉冲。同时将在控制信号PWM的脉冲序列中挑选“主机”11所需要的脉冲(即图3所示的第一组脉冲序列)作为第一相电路控制信号PWM1，再将其他不需要的脉冲(即图3所示的第二、三组脉冲序列)作为控制信号PWMout1在其控制信号传递管脚FireOUT输出。此时，“主机”11接收的控制信号PWMin1(即控制信号PWMout3)为一个低电平信号，不具有脉冲。需要指出，在一个实施例中，判断系统的相数包括判断系统实际工作的相数，而不是整个系统级联的相数。例如，在一个实施例中，系统级联了五相电压变换电路，但根据负载情况只需要启动三相电压转换电路工作，则作为“主机”的电压变换电路11依然在控制信号PWM的每三个脉冲后产生一个同步信号Set的有效脉冲。
“从机”12接收到Set信号后，将在控制信号PWMin2(即控制信号PWMout1)的脉冲序列中挑选“从机”12所需要的脉冲(即图3所示的第二组脉冲序列)，再将其他不需要的脉冲(即图3所示的第三组脉冲序列)作为控制信号PWMout2在其控制信号传递管脚FireOUT输出。
“从机”13接收到Set信号后，将在控制信号PWMin3(即控制信号PWMout2)的脉冲序列中挑选“从机”13所需要的脉冲(即图3所示的第三组脉冲序列)，再将已不具有脉冲的控制信号PWMout3在其控制信号传递管脚FireOUT输出。
图4所示为根据本发明一个实施例的控制电路101的示意框图。图4示意了第i个电压变换电路1i中的控制电路101，其中，i为整数，且1≤i≤N。如图4所示，控制电路101包括控制信号产生电路41、同步信号产生电路42和脉冲序列选择电路43。特别地，图4示意了一个作为“主机”的电压变换电路1i中的控制电路101。如图4所示，主从选择信号M/S用于控制控制信号产生电路41和同步信号产生电路42使能与否。当电压变换电路1i作为“主机”时，主从选择信号M/S使能控制信号产生电路41和同步信号产生电路42。控制信号产生电路41根据反馈信号VFB产生控制信号PWM。在一个实施例中，控制信号PWM为一个具有高低逻辑电平的脉宽调制信号，包括多个脉冲。同步信号产生电路42接收控制信号PWM，并根据控制信号PWM产生同步信号Set。在一个实施例中，将根据控制信号接收管脚FireIN上的电压产生主从选择信号M/S。
脉冲序列选择电路43接收控制信号PWMini、控制信号PWM和同步信号Set。当电压变换电路1i作为“主机”时，控制信号PWMini不具有脉冲，脉冲序列选择电路43根据控制信号PWM和同步信号Set产生第i相电路控制信号PWMi和控制信号PWMouti。具体地，当同步信号Set有效(即具有代表有效状态的脉冲)时，脉冲序列选择电路43选择控制信号PWM中第i相电路需要的脉冲作为第i相电路控制信号PWMi送至功率单元102，并将控制信号PWM剩余脉冲序列送至控制信号传递管脚FireOUT作为控制信号PWMouti送出。
图5所示为根据本发明另一个实施例的第i个电压变换电路1i中的控制电路101的示意框图。特别地，图5示意了一个作为“从机”的电压变换电路1i中的控制电路101。如图5所示，电压变换电路1i作为“从机”时，主从选择信号M/S不使能控制信号产生电路41和同步信号产生电路42(用虚线标识)。当脉冲序列选择电路43接收到同步信号Set后，选择控制信号PWMini中第i相电路需要的脉冲作为第i相电路控制信号PWMi送至功率单元102，并将控制信号PWMini中剩余的脉冲送至控制信号传递管脚FireOUT作为控制信号PWMouti送出。
图6所示为根据本发明一个实施例的同步信号产生电路42的示意框图。如图6所示，同步信号产生电路42包括脉冲计数电路421、总相数计算电路422、相数比较电路423和逻辑电路424。
脉冲计数电路421接收控制信号PWM，并对控制信号PWM的脉冲进行计数，并产生计数信号Count-pulse。计数信号Count-pulse代表控制信号PWM的脉冲计数值。在一个实施例中，计数信号Count-pulse包括一个模拟信号；在另一个实施例中，计数信号Count-pulse包括一个数字信号。
总相数计算电路422用于计算开关变换器级联系统100/200的工作相数，并提供相数指示信号Phase-all，用于指示开关变换器级联系统100/200中工作的电压转换电路的数量。同样地，在一个实施例中，相数指示信号Phase-all可以为模拟信号；在另一个实施例中，相数指示信号Phase-all可以为数字信号。在一个实施例中，级联系统100/200的工作相数小于或等于级联系统100/200级联的总相数。在一些实施例中，如果需要开关变换器级联系统级联的每个电压转换电路均工作，即具有明确的相数值时，总相数计算电路422可以省略，相数指示信号Phase-all为设置的一个固定值，且该固定值即为系统级联的电压转换电路的数量。
相数比较电路423接收计数信号Count-pulse和相数指示信号Phase-all，并将计数信号Count-pulse和相数指示信号Phase-all进行比较产生比较信号Equal。在一个实施例中，比较信号Equal为一个高低逻辑电平信号，具有有效状态和无效状态。在一个实施例中，当比较信号Equal从无效状态(例如逻辑低电平)变为有效状态(例如逻辑高电平)时，表示控制信号PWM的脉冲计数值等于开关变换器级联系统100/200中工作的电压变换电路的数量。此外，比较信号Equal将被送至脉冲计数电路421，用于复位脉冲计数电路421。在一个实施例中，当比较信号Equal从无效状态(例如逻辑低电平)变为有效状态(例如逻辑高电平)时，脉冲计数电路421复位，一个计数周期结束，重新开始计数。在图6所示实施例中，计数信号Count-pulse和相数指示信号Phase-all均被示意为数字信号，分别通过串行或并行接口总线BUS1和BUS2送至相数比较电路423。
逻辑电路424接收比较信号Equal和控制信号PWM，并对比较信号Equal和控制信号PWM做逻辑运算产生同步信号Set。在一个实施例中，逻辑电路424包括逻辑与门4241和边沿检测电路4242。逻辑与门4241接收比较信号Equal和控制信号PWM，并对比较信号Equal和控制信号PWM做逻辑与运算，产生与信号AND。边沿检测电路4242检测与信号AND的边沿，并在与信号AND的边沿时刻产生同步信号Set。在一个实施例中，边沿检测电路4242包括下降沿检测电路，用于在与信号AND的下降沿时刻产生同步信号Set。本领域一般技术人员可以理解，边沿检测电路4242用于在每个周期开始时产生一个延时，防止误触发，在一些实施例中，边沿检测电路4242可以省略，与信号AND可以作为置位信号Set。
图7所示为根据本发明一个实施例的脉冲序列选择电路43的电路原理图。如图7所示，脉冲序列选择电路43包括边沿检测电路431、触发器432、逻辑与门433、反相器434和逻辑与门435。
边沿检测电路431接收控制信号PWM(电压转换电路1i作为“主机”时)或控制信号PWMini(电压转换电路1i作为“从机”时)，并在控制信号PWM或控制信号PWMini的边沿时刻产生复位信号Reset用于复位触发器432。在一个实施例中，边沿检测电路431包括下降沿检测电路，下降沿检测电路在控制信号PWMini的下降沿时刻产生复位信号Reset用于复位触发器432。
触发器432具有置位端S、复位端R和输出端D。触发器432的置位端S接收同步信号Set、复位端R接收复位信号Reset，并在输出端D输出第i个屏蔽信号Sldi,其中，1≤i≤N。
逻辑与门433接收第i个屏蔽信号Sldi和控制信号PWMini，并对第i个屏蔽信号Sldi和控制信号PWMini做与运算产生第i个控制信号PWMi。
反相器434接收第i个屏蔽信号Sldi，并对第i个屏蔽信号Sldi做反相运算产生第i个反相屏蔽信号Sldi_reverse。
逻辑与门435接收第i个反相屏蔽信号Sldi_reverse和控制信号PWMini，并对第i个反相屏蔽信号Sldi_reverse和控制信号PWMini做与运算产生控制信号PWMouti。
图8所示为根据本发明一实施例的三相开关变换器级联系统200的波形示意图。在图8所示实施例中，三相开关变换器级联系统内部结构采用如图4-7所示电路原理图。在图8所示波形图中，从上自下分别示意出了控制信号PWM、比较信号Equal、与信号AND、同步信号Set、第一屏蔽信号Sld1、第一反相屏蔽信号Sld1_reverse、第一相电路控制信号PWM1、控制信号PWMout1/PWMin2、第二屏蔽信号Sld2、第二反相屏蔽信号Sld2_reverse、第二相电路控制信号PWM2、控制信号PWMout2/PWMin3、第三屏蔽信号Sld3、第三反相屏蔽信号Sld3_reverse、第三相电路控制信号PWM3以及控制信号PWMout3/PWMin1的波形。从图8所示波形可以看出，电压变换电路11在控制信号PWM中选择自己所需的那一组脉冲，然后将控制信号PWM中其余脉冲从控制信号传递管脚FireOUT送出。电压变换电路12和13分别在各自的控制信号接收管脚FireIN接收的控制信号PWMin2和PWMin3中选择自己所需的那一组脉冲，然后将剩余脉冲从控制信号传递管脚FireOUT送出。此外，从图8所示的波形示意图中也可以看到，控制信号PWMout3作为“主机”11的控制信号接收管脚FireIN上接收的控制信号PWMin1，为一个低电平信号，不具有脉冲，用于指示控制信号在所有相电路中传递无误，可以开始下一个周期。
图9所示为根据本发明一个实施例的控制信号产生电路41的电路原理图。在图9所示实施例中，控制电路包括比较电路411、导通时长控制电路412和逻辑电路413。
在一个实施例中，比较电路411接收反馈信号VFB，并将反馈信号VFB和参考电压信号VREF比较，产生比较信号TOFF。比较信号TOFF包括一个高低逻辑电平信号。在一个实施例中，当比较信号TOFF从逻辑低变为逻辑高时，功率单元102中的第一可控开关(如BUCK变换器中的上开关管HS)导通，第二可控开关(如BUCK变换器中的下开关管LS)关断。在一个实施例中，比较电路411包括一个电压比较器，具有同相输入端和反相输入端，其同相输入端接收反馈信号VFB，反相输入端接收参考电压信号VREF。当反馈信号VFB降低到参考电压信号VREF时，电压比较器输出的比较信号TOFF变高，第一可控开关导通，第二可控开关关断。
导通时长控制电路412接收输入电压信号VIN和输出电压信号VOUT，并根据输入电压信号VIN和输出电压信号VOUT产生导通时长控制信号TON。导通时长控制信号TON用于控制功率单元102中可控开关的导通时长。在一个实施例中，导通时长控制信号TON用于控制上开关管HS的导通时长。在其他实施例中，导通时长控制电路412也可不接收输入电压信号VIN和输出电压信号VOUT，根据导通时长控制电路412内部的固定电压信号产生导通时长控制信号TON。在这种情况下，产生的导通时长控制信号TON不随输入电压信号VIN和输出电压信号VOUT变化而变化。
逻辑电路413接收比较信号TOFF和导通时长控制信号TON，并对比较信号TOFF和导通时长控制信号TON做逻辑运算，产生控制信号PWM，用于控制功率单元102中可控开关的导通和关断。在图9所示实施例中，逻辑电路413示意为一个RS触发器，RS触发器的置位端S接收比较信号TOFF，RS触发器的复位端R接收导通时长控制信号TON，RS触发器在输出端Q输出控制信号PWM。
本领域的普通技术人员可以理解，图9只是象征性地示意了一个恒定导通时间控制的电压环控制电路。在其他实施例中，可根据实际系统需要，采用其他合适的控制方法产生控制信号PWM，这些均在本发明的保护范围之内。
虽然前面已经参照几个典型实施例对本发明进行了描述，但相关领域的普通技术人员应当理解，所公开的本发明的实施例中所采用的术语是说明性和示例性的，而非限制性的，仅用于描述特定实施例，并非是对本发明的限制。此外，本领域的普通技术人员在没有背离本发明的原理和概念的前提下，未通过创造性的努力而对本发明公开的实施例在形式和细节上进行的多种修改，这些修改均落在本申请的权利要求或其等效范围所限定的保护范围内。

Claims (14)

1.一种电压变换电路，包括：
第一管脚，接收第一控制信号，其中，第一控制信号包括多个脉冲；
第二管脚；
第三管脚；以及
脉冲序列选择电路，当脉冲序列选择电路通过第三管脚接收到同步信号后，脉冲序列选择电路选择第一控制信号中的第一组脉冲作为第二控制信号，并将第一控制信号中除第一组脉冲以外的脉冲作为第三控制信号在第二管脚输出。
2.如权利要求1所述电压变换电路，还包括：
功率单元，接收第二控制信号，所述第二控制信号通过控制功率单元中的可控开关的导通和关断切换，将所述功率单元接收的输入电压转换为电压变换电路的输出电压。
3.如权利要求1所述的电压变换电路，其中，第三管脚不再接收同步信号，而是输出同步信号，所述电压变换电路还包括：
控制信号产生电路，接收反馈信号，并根据反馈信号产生第四控制信号，其中，第四控制信号包括多个脉冲，所述反馈信号代表电压变换电路的输出电压；以及
同步信号产生电路，接收第四控制信号，并对第四控制信号的脉冲进行计数，产生同步信号；
其中，所述脉冲序列选择电路忽略第一控制信号，并在接收到同步信号后选择第四控制信号中的第一组脉冲作为第二控制信号，并将第四控制信号中除第一组脉冲以外的脉冲作为第三控制信号。
4.如权利要求3所述的电压变换电路，其中，同步信号产生电路包括：
脉冲计数电路，接收第四控制信号，并对第四控制信号的脉冲进行计数，并产生计数信号；
相数比较电路，接收计数信号，并将计数信号和相数指示信号比较产生比较信号，其中，相数指示信号代表一个多相电源系统中工作的电压变换电路的数量；以及
逻辑电路，接收比较信号和第四控制信号，并对比较信号和第四控制信号做逻辑运算产生同步信号。
5.如权利要求1所述的电压变换电路，其中，脉冲序列选择电路包括：
边沿检测电路，接收第一控制信号，并在第一控制信号的边沿时刻产生复位信号；
RS触发器，具有用于接收同步信号的置位端、用于接收复位信号的复位端以及输出端，RS触发器在其输出端输出屏蔽信号；
第一逻辑与门，接收屏蔽信号和第一控制信号，并对屏蔽信号和第一控制信号做逻辑与运算产生第二控制信号；
反相器，接收屏蔽信号，并对屏蔽信号做反相运算产生反相屏蔽信号；以及
第二逻辑与门，接收反相屏蔽信号和第一控制信号，并对反相屏蔽信号和第一控制信号做逻辑与运算，产生第三控制信号。
6.如权利要求3所述的电压变换电路，其中，脉冲序列选择电路包括：
边沿检测电路，接收第四控制信号，并在第四控制信号的边沿时刻产生复位信号；
RS触发器，具有用于接收同步信号的置位端、用于接收复位信号的复位端以及输出端，RS触发器在其输出端输出屏蔽信号；
第一逻辑与门，接收屏蔽信号和第四控制信号，并对屏蔽信号和第四控制信号做逻辑与运算产生第二控制信号；
反相器，接收屏蔽信号，并对屏蔽信号做反相运算产生反相屏蔽信号；以及
第二逻辑与门，接收反相屏蔽信号和第四控制信号，并对反相屏蔽信号和第四控制信号做逻辑与运算，产生第三控制信号。
7.一种多相开关变换器级联系统，包括：
第一电压变换电路，具有第一管脚、第二管脚和第三管脚，第一电压变换电路根据反馈信号产生第一控制信号，并根据第一控制信号产生同步信号，其中，所述反馈信号代表多相开关变换器级联系统的输出电压，所述第一控制信号包括多个脉冲；第一电压变换电路选择第一控制信号中第一组脉冲作为第二控制信号，并将第一控制信号中除第一组脉冲之外的脉冲作为第三控制信号在第一电压变换电路的第二管脚输出，同时将同步信号在第三管脚输出；以及
第二电压变换电路，具有第一管脚、第二管脚和第三管脚，第二电压变换电路的第一管脚耦接第一电压变换电路的第二管脚，第二电压变换电路的第三管脚耦接第一电压变换电路的第三管脚，当第二电压变换电路接收到同步信号后，第二电压变换电路选择第三控制信号中的第一组脉冲作为第四控制信号，并将第三控制信号中除第一组脉冲之外的脉冲作为第五控制信号在第二电压变换电路的第二管脚输出。
8.如权利要求7所述的多相开关变换器级联系统，进一步包括连接在第一电压变换电路的第一管脚上的电阻，其中，当检测到所述电阻的一端具有电压值时，第一电压变换电路根据反馈信号产生第一控制信号。
9.如权利要求7所述的多相开关变换器级联系统，其中，当第一电压变换电路的第一管脚接收到第一指示信号后，第一电压变换电路根据反馈信号产生第一控制信号。
10.如权利要求7所述的多相开关变换器级联系统，其中，第二控制信号通过控制第一电压变换电路的可控开关的导通和关断切换，将多相开关变换器级联系统的输入电压转换为输出电压；第四控制信号通过控制第二电压变换电路的可控开关的导通和关断切换，将多相开关变换器级联系统的输入电压转换为输出电压。
11.如权利要求7所述的多相开关变换器级联系统，其中，所述同步信号包括多个脉冲，在一个周期内，当第一控制信号的脉冲个数与多相开关变换器级联系统包括的电压变换电路的数量相同时，同步信号产生一个脉冲。
12.如权利要求7所述的多相开关变换器级联系统，进一步包括：
第三电压变换电路，具有第一管脚、第二管脚和第三管脚，第三电压变换电路的第一管脚耦接第二电压变换电路的第二管脚，第三电压变换电路的第三管脚耦接第一电压变换电路的第三管脚，当第三电压变换电路接收到同步信号后，第三电压变换电路选择第五控制信号中的第一组脉冲作为第六控制信号控制其内部的可控开关导通和关断切换，进而将多相开关变换器级联系统的输入电压转换为输出电压，并将第五控制信号中除第一组脉冲之外的脉冲作为第七控制信号在第三电压变换电路的第二管脚输出。
13.一种多相开关变换器级联系统，包括：
第一电压变换电路，具有第一管脚和第二管脚，第一电压变换电路根据代表开关变换器级联系统的输出电压的反馈信号产生第一控制信号和同步信号，其中，所述第一控制信号包括多个脉冲，第一电压变换电路选择第一控制信号中的第一组脉冲控制其内部的可控开关导通和关断切换，并将第一控制信号中除第一组脉冲外的脉冲在第一电压变换电路的第二管脚输出；以及
第二电压变换电路，具有第一管脚和第二管脚，其第一管脚耦接第一电压变换电路的第二管脚，当第二电压变换电路接收到同步信号后，第二电压变换电路选择第一控制信号中的第二组脉冲控制其内部的可控开关导通和关断切换，并将第一控制信号中除第一组脉冲和第二组脉冲外的脉冲在第二电压变换电路的第二管脚输出。
14.一种电压变换电路，包括：
第一管脚，接收第一控制信号；
第二管脚；
第三管脚；
控制信号产生电路，接收反馈信号，并根据反馈信号产生第二控制信号，其中，第二控制信号包括多个脉冲，所述反馈信号代表电压变换电路的输出电压；
同步信号产生电路，接收第二控制信号，并对第二控制信号的脉冲进行计数，产生同步信号，并将同步信号在第三管脚输出；以及
脉冲序列选择电路，选择第二控制信号中的第一组脉冲作为第三控制信号，并将第二控制信号中除第一组脉冲以外的脉冲作为第四控制信号在第二管脚输出。
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