CN114461002A - 多相电压调节器及其温度平衡控制方法 - Google Patents

多相电压调节器及其温度平衡控制方法 Download PDF

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CN114461002A CN202011239342.0A CN202011239342A CN114461002A CN 114461002 A CN114461002 A CN 114461002A CN 202011239342 A CN202011239342 A CN 202011239342A CN 114461002 A CN114461002 A CN 114461002A
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Abstract

本公开涉及多相电压调节器及其温度平衡控制方法，公开一种多相电压调节器中的温度平衡控制的方法，包括以下步骤：提供一电压调节器，该电压调节器包括多个功率级，该功率级分别包括一温度采样单元，该些温度采样单元彼此并联从而形成一并联线路。基于该并联线路采样反映该些功率级的温度的一第一温度信号，且采样反映对应该功率级的温度的多个第二温度信号。以及根据该第一温度信号以及该第二温度信号之间的一比较结果，调整对应该功率级的一脉冲宽度调制信号，用于平衡该些功率级之间的温度。

Description

多相电压调节器及其温度平衡控制方法
技术领域
本发明是有关于一电压调节器，且特别关于一种多相电压调节器及其温度平衡控制方法。
背景技术
随着半导体技术的不断发展，使得例如电脑以及周边数字产品日益更新。在电脑及周边数字产品的应用集成电路中，由于半导体工艺的快速发展，造成集成电路电源的更多样化需求，升压器、降压器等各种不同组合的电压调节器被用来实现各种集成电路的不同电源需求，也成为能否提供各种多样化数字产品的重要因素之一。
在各种电压调节电路中，多相电压调节器在大电流或大功率应用情况具有很好的效能。然而，由于多相电源的布局及设计不一致，会导致每相的温度不一致，即存在某些相温度低，某些相温度高的状况，进而降低了多相电源的可靠性且限制了其功率输出能力。因此，如何控制多相电压调节器的温度是亟需解决的问题。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所披露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中普通技术人员所知道的现有技术。在“背景技术”段落所披露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中普通技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种多相电压调节器中的温度平衡控制的方法，可以有效达到温度平衡。
本发明另提供一种多相电压调节器，可以有效的达到温度平衡。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所披露的技术特征中得到进一步的了解。
本发明的多相电压调节器包括多个功率级，工作在不同的相位，该功率级分别包括一温度采样单元以及一控制单元，该些温度采样单元彼此并联连接而形成一并联线路。其中，该功率级的该控制单元基于该并联线路采样一第一温度信号，该第一温度信号反映该些功率级的温度，该控制单元并从该温度采样单元取得一第二温度信号，该第二温度信号对应该功率级的温度，该功率级的该控制单元根据该第一温度信号以及该第二温度信号之间的一比较结果调整该功率级的一脉宽调制信号(PWM signal)的脉宽和/或频率，用于平衡该些功率级之间的温度。
在本发明的一实施例中，上述的该功率级在工作的相位的该脉宽调制信号的脉宽和/或频率的变化幅度和该比较结果呈正相关。
在本发明的一实施例中，上述的该第一温度信号反映该些功率级的一最高温度。
在本发明的一实施例中，上述的该温度采样单元包括一温度采样电路、一第一上拉电路、一第一下拉电路、一第二上拉电路以及一第二下拉电路，该第一上拉电路、该第一下拉电路、该第二上拉电路以及该第二下拉电路分别耦接至该温度采样电路，且该第一上拉电路以及该第一下拉电路之间形成一第一采样节点，该第二上拉电路以及该第二下拉电路之间形成一第二采样节点，该些温度采样单元之间通过该第一采样节点彼此并联连接，以采样该第一温度信号，该第二采样节点则供该控制单元采样该第二温度信号。
在本发明的一实施例中，上述的该控制单元包括耦接至一脉宽调制输入端的一脉宽调制调整电路以及耦接至该脉宽调制调整电路的一功率处理电路，该脉宽调制调整电路根据该脉宽调制输入端输入的一输入信号以及该比较结果而输出调整后的该脉宽调制信号至该功率处理电路。
在本发明的一实施例中，上述的各该功率级的该脉宽调制信号根据该比较结果调整至使各个该功率级之间的温度接近一致的一设定值。
本发明的多相电压调节器包括一控制器以及多个功率级。该些功率级工作在不同的相位，该些功率级耦接该控制器，该功率级分别包括一温度采样单元，该些温度采样单元彼此并联连接而形成一并联线路。其中，该控制器基于该并联线路采样一第一温度信号，该第一温度信号反映该些功率级的温度，该控制器并从该温度采样单元取得多个第二温度信号，该些第二温度信号分别对应该些功率级的温度，该控制器根据该第一温度信号以及该第二温度信号之间的一比较结果调整该功率级的一脉宽调制信号的脉宽和/或频率，借此平衡该些功率级之间的温度。
在本发明的一实施例中，上述的该功率级在工作的相位的该脉宽调制信号的脉宽和/或频率的变化幅度和该比较结果呈正相关。
在本发明的一实施例中，上述的该第一温度信号反映该些功率级的一最高温度。
在本发明的一实施例中，上述的该温度采样单元包括一温度采样电路、一第一上拉电路、一第一下拉电路、一第二上拉电路以及一第二下拉电路，该第一上拉电路、该第一下拉电路、该第二上拉电路以及该第二下拉电路分别耦接至该温度采样电路，且该第一上拉电路以及该第一下拉电路之间形成一第一采样节点，该第二上拉电路以及该第二下拉电路之间形成一第二采样节点，该些温度采样单元之间通过该第一采样节点彼此并联连接，以采样该第一温度信号，该第二采样节点则供该控制器采样该第二温度信号。
在本发明的一实施例中，上述的各个该功率级的该脉宽调制信号根据该比较结果调整至使各个该功率级之间的温度接近一致的一设定值。
本发明的多相电压调节器中的温度平衡控制的方法，包括以下步骤：提供一电压调节器，该电压调节器包括多个功率级，该功率级分别包括一温度采样单元，该些温度采样单元彼此并联从而形成一并联线路。基于该并联线路采样反映该些功率级的温度的一第一温度信号，且采样反映对应该功率级的温度的多个第二温度信号。以及根据该第一温度信号以及该第二温度信号之间的一比较结果，调整对应该功率级的一脉冲宽度调制信号的脉宽和/或频率，用于平衡该些功率级之间的温度。
在本发明的一实施例中，在上述的该功率级在工作的相位的该脉宽调制信号的脉宽和/或频率的变化幅度和该比较结果呈正相关。
在本发明的一实施例中，上述的该第一温度信号反映该些功率级的一最高温度。
在本发明的一实施例中，上述的各个该功率级的该脉宽调制信号根据该比较结果调整至使各个该功率级之间的温度接近一致的一设定值。
基于上述，本发明提供的多相电压调节器及其温度平衡控制方法，通过并联线路采样反映多个功率级的温度的一第一温度信号，且采样反映对应功率级的温度的多个第二温度信号，并根据第一温度信号以及第二温度信号之间的一比较结果，调整对应功率级的一脉冲宽度调制信号的脉宽和/或频率，用于平衡这些功率级之间的温度。让多个功率级可以有效的达到均温，大幅提高多相电压调节器的可靠度。本发明的多相电压调节器可以充分利用多相电源的功率输出能力，同时提升多相电源的可靠性。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一实施例的多相电压调节器的示意图。
图2A是本发明一实施例的多相电压调节器的脉冲相位的示意图。
图2B是本发明一实施例的多相电压调节器的脉冲相位的示意图。
图3是本发明另一实施例的多相电压调节器的示意图。
图4是本发明一实施例的多相电压调节器的温度平衡控制方法的流程图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。在本文中，对各种实施例的描述中所使用的术语只是为了描述特定示例的目的，而并非旨在进行限制。除非上下文另外明确地表明，或非刻意限定组件的数量，否则本文所用的单数形式“一”、“一个”及“该”也包含复数形式。另一方面，术语“包括”和“包含”旨在被包括在内，意指可存在除列出的组件之外的附加组件。
当一个组件被表述为“连接”或“耦接”到另一组件时，该组件可以直接或通过中间组件连接或耦接至该另一组件；附加地，应当理解，各种实施例的描述的顺序不应被解释为暗示操作或步骤必须依赖于顺序，另选实施方案可使用与本文描述的顺序不同的顺序来执行步骤、操作、方法等。
请参照图1，图1是本发明一实施例的多相电压调节器1的示意图。该多相电压调节器1包括多个功率级11、12、13。本发明并不限制多相电压调节器包括的功率级的数量。本实施例以该多相电压调节器1包括3个功率级11、12、13作为举例说明。该些功率级11、12、13工作在不同的相位。该些功率级11、12、13分别包括温度采样单元111、121、131以及控制单元113、123、133。该些温度采样单元111、121、131彼此并联连接而形成一并联线路P1。
在本实施例中，为了方便说明，以该功率级11进行说明，而该些功率级12、13与该功率级11具有相同的结构与功能。该功率级11的该控制单元113基于该并联线路P1采样一第一温度信号T1。由于该并联线路P1是该些温度采样单元111、121、131的并联，通过该并联线路P1，该控制单元113可以取得该些功率级11、12、13的一最高温度，即第一温度信号T1，举例来说，该控制单元113取得每个该些功率级11、12、13的温度后，根据相互的比较而得到其中最高者。该控制单元113并从该温度采样单元111取得一第二温度信号T2，该第二温度信号T2对应该功率级11的温度。
该功率级11的该控制单元113根据该第一温度信号T1以及该第二温度信号T2之间的一比较结果C1调整该功率级11的一脉宽调制信号(Pulse Width Modulationsignal，PWMsignal)，其中，W1是未经调整的脉宽调制信号，而W1’是经调整后的脉宽调制信号，来平衡该些功率级11、12、13之间的温度，可以有效的让该些功率级11、12、13达到均温，大幅提高多相电压调节器1的可靠度。
在本发明一实施例中，该功率级11在工作的相位的经调整后的该脉宽调制信号W1’的脉宽和/或频率的变化幅度和该比较结果C1呈正相关。即该第一温度信号T1及该第二温度信号T2的差(比较结果C1)越大，对经调整后的该脉宽调制信号W1’的增加幅度将越大；该第一温度信号T1及该第二温度信号T2的差越小，对经调整后的该脉宽调制信号W1’的增加幅度将越小。换句话说，该脉宽调制信号W1’的增加的幅度和该比较结果C1相关联。在一实施例中，该比较结果C1是直接呈现温度差。
进一步以该功率级11的温度高于该功率级12，又该功率级12的温度高于该功率级13举例说明，该第一温度信号T1反映该功率级11的温度，即该些功率级11、12、13之中的一最高温度，而该功率级11的温度等于该最高温度(该第一温度信号T1以及该第二温度信号T2之间的该比较结果C1为零)，该功率级12的温度和该最高温度之间具有一第一差值(该第一温度信号T1以及该第二温度信号T2之间的该比较结果C1反映该第一差值)，该功率级13的温度和该最高温度之间具有一第二差值(该第一温度信号T1以及该第二温度信号T2之间的该比较结果C1反映该第二差值)，该第二差值大于该第一差值，根据上述比较结果，将不调整该功率级11的脉宽调制信号，另一方面，调整该功率级12的脉宽调制信号以及该功率级13的脉宽调制信号，其中，该功率级13的脉宽调制信号的调整幅度大于该功率级12。利用各个该功率级所得到的该比较结果，可以知道各个该功率级的温度和最高温度之间的落差，从而可以据此经由调整各个该功率级的脉宽调制信号，让各个该功率级之间的温度差变小。
在本实施例中，该多相电压调节器1的该温度采样单元111、121、131分别包括一温度采样电路1111、1211、1311、一第一上拉电路1112、1212、1312、一第一下拉电路1113、1213、1313、一第二上拉电路1114、1214、1314以及一第二下拉电路1115、1215、1315。该第一上拉电路1112、1212、1312、该第一下拉电路1113、1213、1313、该第二上拉电路1114、1214、1314以及该第二下拉电路1115、1215、1315分别耦接至该温度采样电路1111、1211、1311。该第一上拉电路1112、1212、1312以及该第一下拉电路1113、1213、1313之间形成一第一采样节点1116、1216、1316。该第二上拉电路1114、1214、1314以及该第二下拉电路1115、1215、1315之间形成一第二采样节点1117、1217、1317。
该些温度采样单元111、121、131之间通过该第一采样节点1116、1216、1316彼此并联连接，以采样该些功率级11、12、13的温度，从而得到该些功率级11、12、13之中的一最高温度(此处表示为该第一温度信号T1)，可以被理解的是，该些温度采样单元111、121、131所得到的该第一温度信号T1为相同。该第二采样节点1117、1217、1317则供该控制单元113、123、133采样分别对应的该些功率级11、12、13的温度(此处表示为该第二温度信号T2，可以被理解的是，该些温度采样单元111、121、131所得到的该第二温度信号T2为相异。
为了方便说明，以该功率级11进行说明，而该些功率级12、13与该功率级11具有相同的结构与功能。该第一上拉电路1112及该第二上拉电路1114用于驱动该温度采样单元111内部的电路操作。该第一下拉电路1113及该第二下拉电路1115用于驱动该温度采样单元111内部的电路操作。借此，该温度采样单元111可以通过该第一采样节点1116采样该第一温度信号T1，该控制单元113可以通过该第二采样节点1117采样该第二温度信号T2。
在本实施例中，该多相电压调节器1的该控制单元113、123、133分别包括耦接至一脉宽调制输入端115、125、135的一脉宽调制调整电路1131、1231、1331以及耦接至该脉宽调制调整电路1131、1231、1331的一功率处理电路1133、1233、1333。为了方便说明，以该功率级11进行说明，而该些功率级12、13与该功率级11具有相同的结构与功能。在该功率级11中，该脉宽调制调整电路1131根据该脉宽调制输入端115输入的一脉宽调制信号W1以及该比较结果C1而输出调整后的该脉宽调制信号W1’至该功率处理电路1133。请参阅图2A以及图2B，在图2A的实施例中，PWM1表示未经调整的脉宽调制信号(即W1)，而PWM2表示经调整后的脉宽调制信号(即W1’)，在此实施例中，该脉宽调制调整电路1131是调整(增加)脉宽调制信号的脉宽；在图2B的实施例中，PWM1表示未经调整的脉宽调制信号(即W1)，而PWM3表示经调整后的脉宽调制信号(即W1’)，在此实施例中，该脉宽调制调整电路1131是调整(增加)脉宽调制信号的频率。
在本实施例中，各该功率级11、12、13的该脉宽调制信号根据该比较结果调整至使各个该功率级11、12、13之间的温度接近一致的一设定值。举例而言，该功率级11的该脉宽调制信号W1’根据该比较结果C1调整至使各个该功率级11、12、13之间的温度接近一致的一设定值。该多相电压调节器1可以有效的让该些功率级11、12、13达到均温，大幅提高多相电压调节器1的可靠度。
在本实施例中，该些功率级11、12、13的该些温度采样单元111、121、131彼此并联连接而形成该并联线路P1。各该功率级11、12、13将该第一温度信号T1作为基准信号，该些第二温度信号(例如该第二温度信号T2)作为采样信号，送入该些脉宽调制调整电路1131、1231、1331，对各该功率级11、12、13的该功率处理电路1133、1233、1333的脉宽调制信号进行调整。若该些功率级11、12、13的该第二温度信号比该第一温度信号T1低，则说明该些功率级11、12、13的该第二温度信号比较低，可以通过该些脉宽调制调整电路1131、1231、1331适当增大该些功率级11、12、13的脉宽调制信号(例如该脉宽调制信号W1’)，使该些功率级11、12、13承担更多的电流，让该些功率级11、12、13的温度渐渐上升，最终达到与该第一温度信号T1一致。可以使所有该些功率级11、12、13的温度趋于一致。
请参照图3，图3是本发明另一实施例的多相电压调节器2的示意图。本实施例的该多相电压调节器2与图1所示的该多相电压调节器1具有相似的功能，本实施例与图1所示的实施例不同之处在于：该多相电压调节器2包括一控制器20及多个功率级21、22、23。该些功率级21、22、23不具有如该多相电压调节器1的控制单元113、123、133。
在本实施例中，该些功率级21、22、23工作在不同的相位。该些功率级21、22、23耦接该控制器20。该功率级21、22、23分别包括一温度采样单元111、121、131。该些温度采样单元111、121、131彼此并联连接而形成一并联线路P2。
该控制器20基于该并联线路P2采样一第一温度信号。该第一温度信号反映该些功率级21、22、23的温度，即通过该并联线路P2，该控制器20可以取得该些功率级21、22、23的温度。该控制器20并从该温度采样单元111、121、131取得多个第二温度信号，该些第二温度信号分别对应该些功率级21、22、23的温度。
在本实施例中，该控制器20根据该第一温度信号以及该些第二温度信号之间的比较结果调整该功率级21、22、23的脉宽调制信号，平衡该些功率级21、22、23之间的温度。该多相电压调节器2可以有效的让该些功率级21、22、23达到均温，大幅提高多相电压调节器2的可靠度。
请参照图4，图4是本发明一实施例的多相电压调节器的温度平衡控制方法100的流程图。该温度平衡控制方法100可以应用于图1所示的该多相电压调节器1或图3所示的该多相电压调节器2。该温度平衡控制方法100的步骤包括：在步骤S101中，提供一电压调节器。接着，在步骤S103中，基于并联线路采样反映多个功率级的温度的一第一温度信号，且采样反映对应功率级的温度的多个第二温度信号。在步骤S105中，根据第一温度信号以及第二温度信号之间的一比较结果，调整对应功率级的一脉冲宽度调制信号，以平衡这些功率级之间的温度。
关于图4所述步骤的多个实施细节，在前述的多个实施例及实施方式都有详细的说明，以下恕不多赘述。
综上所述，本发明提供一种多相电压调节器及其温度平衡控制方法，通过并联线路采样反映多个功率级的温度的一第一温度信号，且采样反映对应功率级的温度的多个第二温度信号，并根据第一温度信号以及第二温度信号之间的一比较结果，调整对应功率级的一脉冲宽度调制信号，以平衡这些功率级之间的温度。让多个功率级可以有效的达到均温，大幅提高多相电压调节器的可靠度。本发明的多相电压调节器可以充分利用多相电源的功率输出能力，同时提升多相电源的可靠性。

Claims (15)

1.一种多相电压调节器，其特征在于，包括：
多个功率级，工作在不同的相位，该功率级分别包括一温度采样单元以及一控制单元，该些温度采样单元彼此并联连接而形成一并联线路；
其中，该功率级的该控制单元基于该并联线路采样一第一温度信号，该第一温度信号反映该些功率级的温度，该控制单元并从该温度采样单元取得一第二温度信号，该第二温度信号对应该功率级的温度，该功率级的该控制单元根据该第一温度信号以及该第二温度信号之间的一比较结果调整该功率级的一脉宽调制信号的脉宽和/或频率，用于平衡该些功率级之间的温度。
2.如权利要求1所述的多相电压调节器，其特征在于，该功率级在工作的相位的该脉宽调制信号的脉宽/频率的变化幅度和该比较结果呈正相关。
3.如权利要求1所述的多相电压调节器，其特征在于，该第一温度信号反映该些功率级之中的一最高温度。
4.如权利要求1所述的多相电压调节器，其特征在于，该温度采样单元包括一温度采样电路、一第一上拉电路、一第一下拉电路、一第二上拉电路以及一第二下拉电路，该第一上拉电路、该第一下拉电路、该第二上拉电路以及该第二下拉电路分别耦接至该温度采样电路，且该第一上拉电路以及该第一下拉电路之间形成一第一采样节点，该第二上拉电路以及该第二下拉电路之间形成一第二采样节点，该些温度采样单元之间通过该第一采样节点彼此并联连接，以采样该第一温度信号，该第二采样节点则供该控制单元采样该第二温度信号。
5.如权利要求1所述的多相电压调节器，其特征在于，该控制单元包括耦接至一脉宽调制输入端的一脉宽调制调整电路以及耦接至该脉宽调制调整电路的一功率处理电路，该脉宽调制调整电路根据该脉宽调制输入端输入的一输入信号以及该比较结果而输出调整后的该脉宽调制信号至该功率处理电路。
6.如权利要求1所述的多相电压调节器，其特征在于，各该功率级的该脉宽调制信号根据该比较结果调整至使各个该功率级之间的温度一致的一设定值。
7.一种多相电压调节器，其特征在于，包括：
一控制器；以及
多个功率级，工作在不同的相位，该些功率级耦接该控制器，该功率级分别包括一温度采样单元，该些温度采样单元彼此并联连接而形成一并联线路；
其中，该控制器基于该并联线路采样一第一温度信号，该第一温度信号反映该些功率级的温度，该控制器并从该温度采样单元取得多个第二温度信号，该些第二温度信号分别对应该些功率级的温度，该控制器根据该第一温度信号以及该第二温度信号之间的一比较结果调整该功率级的一脉宽调制信号的脉宽和/或频率，用于平衡该些功率级之间的温度。
8.如权利要求7所述的多相电压调节器，其特征在于，该功率级在工作的相位的该脉宽调制信号的脉宽/频率的变化幅度和该比较结果呈正相关。
9.如权利要求7所述的多相电压调节器，其特征在于，该第一温度信号反映该些功率级的一最高温度。
10.如权利要求7所述的多相电压调节器，其特征在于，该温度采样单元包括一温度采样电路、一第一上拉电路、一第一下拉电路、一第二上拉电路以及一第二下拉电路，该第一上拉电路、该第一下拉电路、该第二上拉电路以及该第二下拉电路分别耦接至该温度采样电路，且该第一上拉电路以及该第一下拉电路之间形成一第一采样节点，该第二上拉电路以及该第二下拉电路之间形成一第二采样节点，该些温度采样单元之间通过该第一采样节点彼此并联连接，以采样该第一温度信号，该第二采样节点则供该控制器采样该第二温度信号。
11.如权利要求7所述的多相电压调节器，其特征在于，各个该功率级的该脉宽调制信号根据该比较结果调整至使各个该功率级之间的温度一致的一设定值。
12.一种多相电压调节器中的温度平衡控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一电压调节器，该电压调节器包括多个功率级，该功率级分别包括一温度采样单元，该些温度采样单元彼此并联从而形成一并联线路；
基于该并联线路采样反映该些功率级的温度的一第一温度信号，且采样反映对应该功率级的温度的多个第二温度信号；以及
根据该第一温度信号以及该第二温度信号之间的一比较结果，调整对应该功率级的一脉冲宽度调制信号的脉宽和/或频率，用于平衡该些功率级之间的温度。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，该功率级在工作的相位的脉宽调制信号的脉宽/频率的变化幅度和该比较结果呈正相关。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，该第一温度信号反映该些功率级的一最高温度。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，各个该功率级的脉宽调制信号根据该比较结果调整至使各个该功率级之间的温度一致的一设定值。
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