CN115549434A - 电源配置和非线性控制 - Google Patents

Abstract

本公开的各实施例总体上涉及电源配置和非线性控制。一种装置包括控制器，该控制器监测指示输出电压与设定点电压之间的差异的误差电压。基于监测到的误差电压，控制器生成调制调节信号，包括频率调节信号和接通时间调节信号。控制器根据频率调制调节信号和接通时间调节信号两者生成第一电源相的脉宽调制信号。

Description

电源配置和非线性控制

技术领域

本公开的各实施例总体上涉及电源配置和非线性控制。

背景技术

在常规的固定频率PWM控制器(数字控制器，基于PID的电压模式，带Vin前馈)中，Vtarget是调节器的目标输出电压，针对电压传感器的反馈比进行调节。Verror是误差电压，例如反馈电压与目标电压之间的差异。前馈模块基于测量、估计或固定的Vin提供标称占空比D0的前馈计算。

相应脉宽调制器(PWM)转换接收的控制信号并且产生脉宽调制信号。这会产生固定频率F0的PWM信号，具有响应于误差电压的可变占空比D。因此，反馈回路试图降低误差电压，使得输出电压与Vtarget匹配，并且针对电压传感器的比率进行调节。

清洁能源(或绿色技术)的实现对于减少我们作为人类对环境的影响非常重要。一般来说，清洁能源包括任何不断发展的方法和材料，以减少能源消耗对环境的总体毒性。

本公开包括观察到原始能源(诸如从绿色能源或非绿色能源接收的)通常需要转换为适当形式(诸如期望的AC电压、DC电压等)才能用于为诸如服务器、计算机、移动通信设备、无线基站等终端设备供电。在某些情况下，能量存储在相应的一个或多个电池资源中。无论能源是来自绿色能源还是非绿色能源，都希望最有效地利用由这样的系统提供的原始能源(诸如存储和后续分配)以减少我们对环境的影响。本公开有助于经由更高效的能源转换来减少我们的碳足迹并且更好地利用能源。

第一实施例

本文中的实施例包括改进经由功率转换器的相应输出电压的生成的新颖方式。

例如，本文中的实施例包括一种诸如电源等装置。电源包括诸如一个或多个电源相和电源控制器等组件。在操作期间，电源控制器经由来自电源的一个或多个电源相的电流的供应来产生输出电压以为负载供电。为了促进产生输出电压，电源控制器基于指示输出电压与参考设定点电压之间的差异的误差电压信号来生成电流控制信号，使得在闭环情况下，控制回路导出电流控制信号，该电流控制信号调制电源相的脉宽调制信号，以使供应给负载的总相电流与负载电流相匹配，并且将误差电压驱动到有效的小值，从而使输出电压与设定点电压相匹配。

此外，在另外的示例实施例中，电源控制器基于指示输出电压与参考设定点电压之间的差异的误差电压信号来生成开关周期调节信号和电流调节信号。在动态负载情况和变化的输出电流下，开关周期和电流控制信号被调节，使得动态负载下的误差电压最小化，并且输出电压动态调节得到提高。然后，电源控制器基于开关周期调节信号和电流调节信号生成(例如，经由调制或其他合适的功能)至少一个电源相的脉宽调制信号。这有效地改变了电源相的脉宽接通时间、断开时间、占空比、开关周期、开关频率和相电流，控制器应用这些来控制稳压器的输出电压和相电流。

因此，在一个实施例中，为了闭合回路并且提供调节，电流控制信号被生成(或导出)，使得其将误差电压有效地驱动为0，从而使输出电压与设定点电压相匹配。如本文中讨论的电流调节信号在瞬态事件期间提供调节以将输出电压的大小保持在期望的设定点电压。

根据另外的示例实施例，电源控制器基于电流控制信号和电源中的电源相的数目产生第一相电流控制信号；电源控制器从第一相电流控制信号中导出第一脉宽设置，然后基于第一脉宽设置调制(生成)控制第一电源相的第一脉宽调制信号。

根据另外的示例实施例，电源控制器控制电源的多个相(诸如第一电源相和第二电源相)的操作。例如，电源控制器基于电流控制信号和电源中的电源相的数目产生第一相电流控制信号。电源控制器基于第一相电流控制信号与指示由第一电源相供应给负载的第一输出电流的第一电流监测信号之间的差异产生第一误差电流信号。此外，电源控制器从第一误差电流信号中导出第一脉宽设置。然后，电源控制器基于第一脉宽设置生成(例如，调制)第一电源相的第一脉宽调制信号。

电源控制器基于电流控制信号和电源中的电源相的数目产生第二相电流控制信号。电源控制器基于第二相电流控制信号与指示由第二电源相供应的第二输出电流的第二电流消耗信号之间的差异产生第二误差电流信号。此外，电源控制器从第二误差电流信号中导出第二脉宽设置。电源控制器然后基于第二脉宽设置生成第二电源相的第二脉宽调制信号。

因此，本文中的实施例包括控制多个电源相产生相应输出电压来为负载供电。

在另外的示例实施例中，电源控制器：i)基于电流控制信号与指示由第一电源相和第二电源相供应的用于为负载供电的输出电流的电流消耗信号之间的差异产生误差电流信号(Ierror)(例如，参见图4和下面关于加法器461产生误差电流信号489的对应描述)，以及ii)从误差电流信号中导出脉宽设置，并且将脉宽设置应用于脉宽调制信号。在另外的示例实施例中，电源控制器：i)产生标称脉宽接通时间信号；ii)从误差电流信号中导出脉宽接通时间调节信号；以及iii)将脉宽接通时间调节信号应用于标称脉宽接通时间信号以控制脉宽调制信号的脉宽。

在一个实施例中，由电源控制器生成的电流控制信号指示将由第一电源相和第二电源相的组合供应给负载的总目标输出电流。

在另外的示例实施例中，电源控制器：i)产生标称开关周期；以及ii)将开关周期调节信号应用于标称开关周期，以控制脉宽调制信号的开关周期和频率。

本文中的另外的实施例包括经由电源控制器基于误差电压的大小、斜率或大小和斜率的组合来生成开关周期调节信号和电流调节信号。

在另外的示例实施例中，电源控制器被配置为在基于误差电压生成脉宽调制信号的非线性可变频率控制模式下操作。在一个实施例中，电源控制器响应于瞬态输出电流消耗情况而以非线性控制模式操作。

如前所述，电源可以被配置为包括多个电源相，每个电源相向负载供应输出电流。例如，在一个实施例中，电源包括由控制器控制的第二电源相。第二电源相向负载供应对应的第二输出电流。因此，第一电源相向负载供应第一输出电流；第二电源相向负载供应第二输出电流。

根据另外的实施例，电源还包括电流监测器。基于第一输出电流的大小和第二输出电流的大小，电流监测器(和控制器)经由对操作第一电源相和第二电源相的开关频率的调节，来平衡第一输出电流和第二输出电流。例如，响应于检测到第一输出电流和第二输出电流的大小的不平衡，电流监测器改变操作第一电源相和第二电源相中的一个或多个的开关频率。开关频率的变化导致来自每个电源相的输出电流的大小的变化。

在另外的示例实施例中，电源控制器从电流控制信号中导出脉宽接通时间调节信号；然后电源控制器基于开关周期调节信号和脉宽接通时间调节信号改变脉宽调制信号。

本文中的另外的实施例包括，经由电源控制器，响应于检测到由输出电压供应给动态负载的瞬态电流，生成电流调节信号和开关周期调节信号(为非零值)。

在一个实施例中，电源控制器响应于误差电压大于阈值而生成电流调节信号(例如，电流升压调节信号)和开关周期调节信号。

进一步注意，电源控制器可以被配置为包括任何数目的控制功能。例如，在一个实施例中，电源控制器包括可操作为将误差电压转换为开关周期调节信号的第一PD(比例微分)控制器功能；电源控制器包括可操作为将误差电压转换为电流调节信号的第二PD(比例微分)控制器功能。

因此，在一个实施例中，电源控制器实现从误差电压产生开关周期调节信号的第一控制器功能；电源控制器实现可操作为从误差电压产生电流调节信号的第二控制器功能。

在另外的示例实施例中，电源控制器包括加法器功能，加法器功能基于电流控制信号与电流消耗信号之间的差异产生误差电流信号。在一个实施例中，电流消耗信号表示由第一电源相供应的用于为负载供电的输出电流的量。电源控制器的第三控制器功能将误差电流信号转换为脉宽接通时间调节信号。电源控制器的脉宽调制发生器基于开关周期调节信号和脉宽接通时间调节信号产生脉宽调制信号。

第二实施例

本文中的另外的实施例包括电源控制器，例如电流模式控制器。在包括将输入电压转换为输出电压的操作期间，电流模式控制器通过从电源的一个或多个电源相供应相电流来产生输出电压以为负载供电。电流模式控制器基于从一个或多个电源相供应给负载的输出电流(Ifeedback)的大小与相电流设定点(Ictl)之间的差异来产生误差电流信号(Ierror)。基于误差电流信号的大小，电流模式控制器控制控制电源相的脉宽调制信号的脉宽设置。在一个实施例中，电流模式控制器根据脉宽设置的大小的变化在多个控制周期中的每个控制周期内改变脉宽调制信号的脉宽接通时间的上升沿和下降沿。

本文中的另外的实施例包括，经由电流模式控制器，基于从电源相供应给负载的输出电压的大小与电压设定点之间的差异产生误差电压信号；以及从误差电压中导出用于控制由电源相供应给负载的输出电流的相电流设定点。另外，电流模式控制器基于误差电压的大小来改变脉宽调制信号的开关频率，误差电压表示输出电压的大小与产生输出电压的电压设定点之间的差异。

在另外的示例实施例中，电流模式控制器：根据表示从电源相供应给负载的输出电流的模拟电流信号来确定输出电流的大小随时间的变化；基于表示应用于负载的输出电压的电压反馈信号确定输出电压的大小；基于表示由电源相供应的相电流的电流反馈信号和控制电源相的开关的脉宽调制信号的状态来模拟相电流随时间的变化；并且基于模拟的相电流来确定来自相应电源相的输出电流的大小。

在一个实施例中，电流模式控制器接收近似于由电源相供应给负载的输出电流的大小的电流测量信号，并且从电流测量信号中导出模拟电流信号。

在另外的示例实施例中，对于多个控制周期中的第一控制周期：生成第一斜坡信号；从脉宽设置中导出脉宽信号，该脉宽信号表示激活电源相中的高压侧开关电路系统以将输入电压转换为输出电压的时间量；并且基于脉宽信号相对于第一斜坡信号的大小来控制脉宽调制控制信号的上升沿的定时。

此外，对于第一控制周期，电流模式控制器生成相对于上升沿的第二斜坡信号；并且基于脉宽设置相对于第二斜坡信号的大小来控制脉宽调制控制信号的下降沿的定时。在这样的实施例中，在第一控制周期的上升沿处脉宽信号的大小不同于在第一控制周期的下降沿处脉宽信号的大小。

在另外的示例实施例中，在多个控制周期中的第一控制周期中脉宽调制信号的上升沿的定时取决于脉宽设置的大小；并且在多个控制周期中的第一控制周期中脉宽调制信号的下降沿的定时取决于脉宽设置的大小。

在另外的示例实施例中，在第一控制周期内在脉宽调制信号的上升沿处脉宽设置的大小是第一脉宽值；并且在第一控制周期内在脉宽调制信号的下降沿处脉宽设置的大小是第二脉宽值，第二脉宽值不同于第一脉宽值。因此，在一个实施例中，脉宽设置的大小在第一控制周期内变化，并且对脉宽持续时间有影响。在更具体的示例实施例中，电流模式控制器在脉宽调制信号的脉宽接通时间期间改变脉宽调制信号的脉宽设置的大小。

在另外的示例实施例中，来自电源相的输出电流包括第一输出电流和第二输出电流。第一电源相产生第一输出电流并且将其供应给负载；电源的第二电源相产生第二输出电流并且将其供应给负载。电源还包括电流监测器。电流监测器基于检测到的第一输出电流的大小和第二输出电流的大小，经由对控制第一电源相和第二电源相的操作的开关频率的调节来平衡第一输出电流和第二输出电流。

注意，尽管本文中讨论的实施例适用于电力和电压生成，但本文中公开的概念可以有利地应用于任何合适的应用中。

进一步注意，如本文中讨论的任何资源可以包括一个或多个计算机化设备、移动通信设备、服务器、基站、无线通信设备、通信管理系统、工作站、用户设备、手持或膝上型计算机等，以执行和/或支持本文中公开的方法操作中的任何一个或全部。换言之，一个或多个计算机化设备或处理器可以被编程和/或配置为如本文中解释的那样操作以执行如本文中描述的不同实施例。

本文中的另外的实施例包括用于执行上面概括的和下面详细公开的步骤和/或操作的软件程序。一个这样的实施例包括一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括非暂态计算机可读存储介质(即，任何计算机可读硬件存储介质)，在该非暂态计算机可读存储介质上编码有软件指令以供后续执行。该指令当在具有处理器的计算机化设备(硬件)中执行时编程和/或引起处理器(硬件)执行本文中公开的操作。这样的布置通常被提供作为软件、代码、指令和/或其他数据(例如，数据结构)，该软件、代码、指令和/或数据被布置或编码在诸如光学介质(例如，CD-ROM)、软盘、硬盘、记忆棒、存储器设备等非暂态计算机可读存储介质上、或其他介质，诸如一个或多个ROM、RAM、PROM等中的固件，或者这样的布置通常被提供作为专用集成电路(ASIC)等。软件或固件或者其他这样的配置可以安装到计算机化设备上以使计算机化设备执行本文中解释的技术。

因此，本文中的实施例涉及支持如本文中讨论的操作的方法、系统、计算机程序产品等。

本文中的一个实施例包括一种其上存储有指令的计算机可读存储介质和/或系统。该指令在由计算机处理器硬件执行时使计算机处理器硬件(诸如一个或多个位于同一位置或位于不同位置的处理器设备)：经由来自电源的至少一个电源相的输出电流的供应来产生输出电压以为负载供电；基于指示输出电压与设定点电压之间的差异的误差电压生成开关周期调节信号；从误差电压中导出电流控制信号；并且基于开关周期调节信号和电流控制信号生成第一电源相的脉宽调制信号。

本文中的另一实施例包括一种其上存储有指令的计算机可读存储介质和/或系统。该指令在由计算机处理器硬件执行时使计算机处理器硬件(例如，位于同一位置或位于不同位置的一个或多个处理器设备)：经由从电源的至少一个电源相供应相电流来产生输出电压以为负载供电；基于从电源相供应给负载的输出电流的大小与相电流设定点之间的差异来产生误差电流信号；基于误差电流信号的大小，控制控制电源相的脉宽调制信号的脉宽设置；并且根据脉宽设置的大小的变化，在多个控制周期中的每个控制周期内改变脉宽调制信号的脉宽接通时间的上升沿和下降沿。

为清楚起见，添加了上述步骤的顺序。注意，本文中讨论的任何处理操作都可以以任何合适的顺序执行。

本公开的另外的实施例包括软件程序和/或相应硬件，以执行上面概述和下面详细公开的方法实施例步骤和操作中的任何一个。

应当理解，如本文中讨论的系统、方法、装置、计算机可读存储介质上的指令等也可以严格地体现为软件程序、固件、软件、硬件和/或固件的混合体、或单独的硬件，诸如在处理器(硬件或软件)内，或者在操作系统内或者在软件应用内。

如本文中讨论的，本文中的技术非常适合在生成一个或多个输出电压以为负载供电的领域中使用。然而，应当注意，本文中的实施例不限于在这样的应用中使用，并且本文中讨论的技术也很好地适用于其他应用。

此外，注意，尽管本文中的每个不同特征、技术、配置等都可能在本公开的不同地方讨论，但意图在于，在合适的情况下，每个概念可以可选地彼此独立地执行或彼此相结合。因此，如本文中描述的一个或多个本发明可以以很多不同方式体现和观察。

此外，注意，本文中对实施例的初步讨论(“发明内容”)并未特意指定本公开或(多个)要求保护的发明的每个实施例和/或增加的新颖方面。相反，该简要描述仅呈现一般实施例和相对于常规技术的对应新颖点。对于(多个)本发明的附加细节和/或可能的观点(排列)，读者可以参考“具体实施方式”部分(其是实施例的概述)和本公开的对应附图，如下面进一步讨论的。

附图说明

图1是根据本文中的实施例的电源和对应组件的示例性总图；

图2是根据本文中的实施例的电源相的示例详细图；

图3是示出根据本文中的实施例的包括多个相的电源的示例图；

图4是示出根据本文中的实施例的电源和对应电源控制器的示例图；

图5是示出根据本文中的实施例的包括电源控制器和多个相的电源的示例图；

图6是示出根据本文中的实施例的包括电源控制器和多个相以及目标映射的电源的示例图；

图7是示出根据本文中的实施例的单个相的电源和控制的示例图；

图8是示出根据本文中的实施例的非线性可变频率电流模式控制器的示例图；

图9是示出根据本文中的实施例的线性控制模式和非线性可变频率控制模式下的操作的示例时序图；

图10是示出根据本文中的实施例的非线性可变频率电压模式控制器的示例图；

图11是示出根据本文中的实施例的使用模拟电感器电流和可选相电流平衡的电流模式控制的示例图；

图12是示出根据本文中的实施例的电流模拟的示例图；

图13是示出根据本文中的实施例的双边脉宽调制控制器的示例图；

图14是示出根据本文中的实施例的双边脉宽调制的示例时序图；

图15是示出根据本文中的实施例的双边脉宽调制的示例时序图；

图16是示出根据本文中的实施例的多个双边脉宽调制控制信号的生成的示例时序图；

图17是示出执行根据本文中的实施例的方法的计算机处理器硬件和相关软件指令的示例图；

图18是示出根据本文中的实施例的方法的示例图；

图19是示出根据本文中的实施例的方法的示例图；以及

图20是示出根据本文中的实施例的电路的组装的示例图。

本发明的前述和其他目的、特征和优点将从本文中的优选实施例的以下更具体描述中变得明显，如附图所示，在附图中，相同的附图标记在不同的视图中表示相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是重点放在说明实施例、原理、概念等上。

具体实施方式

本文中的实施例包括对实现新颖的电流模式控制和/或电压模式控制操作的电压调节器数字PWM控制器的改进。

例如，在常规的多相降压转换器中，使用了3种主要控制方案：电压模式控制、电流模式控制和恒定接通时间。每种控制模式都有优点和缺点。希望控制模式响应于输入电压、输出电压和输出电流的变化而产生稳定的输出电压调节。进一步希望电源控制器易于配置、分析和优化，同时保持平衡的相电流、对电压和电流感测高频噪声不敏感。

电流模式控制因其响应速度快、易于调节、可扩展到高相数和固有的电流平衡而成为一种有吸引力的模式。

电流模式控制确实有一些限制，诸如需要克服电流回路的潜在不稳定性、对电流感测噪声和延迟的敏感性、由于固定频率操作而对瞬态响应的限制、以及更高的整体实现复杂性。

如前所述，本文中的第一实施例包括在数字电流模式控制方案中实现非线性控制，其中误差电压(所测量的输出电压与输入电压之间的差异)为每个相电流设置电流设定点或电流控制目标，并且误差电流(所测量或估计的相电流与相电流设定点之间的差异)设置用于控制每相中电源开关的开关的脉宽调制控制信号的占空比，使得在动态负载情况下以及响应于输出负载电流的瞬变，脉宽和脉冲频率同时被调制以保持对相应输出电压的调节。

本文中的第二实施例包括电流模式控制器，电流模式控制器可操作为实现数字电流模式控制，以支持诸如以下中的一项或多项等特征：

-基于平均电流模式的PWM控制，其中误差电流设置每相PWM控制信号的脉宽和脉冲频率

-双边PWM发生器，其中上升沿转变定时取决于脉宽控制信号和开关频率或周期控制信号，而下降沿转变定时取决于上升沿转变定时和脉宽控制信号，脉宽控制和开关频率或周期控制信号都随着所测量的电压和相电流在开关周期内的变化而变化。

-基于模拟电感器电流合成的电流反馈，其中相电流是基于离散电流样本以及基于脉宽调制控制信号的状态和每个相中的开关状态估计的电流变化率来估计的。

现在，更具体地，图1是根据本文中的实施例的电源的示例图。

如图所示，电源100包括控制器140、相电路系统170和负载118。电源100产生为负载118供电的对应输出电压123。更具体地，在操作期间，电源控制器140经由来自相电路系统170的一个或多个电源相的输出电流149的供应来产生输出电压123以为负载118供电。

如进一步所示，控制器140包括误差电压发生器141、控制功能142、控制功能143、控制功能144和PWM发生器145中的一个或多个。

根据更具体的实施例，正如其名称所暗示的，误差电压发生器141将输出电压反馈175(例如，输出电压123或从输出电压123中导出的其他电压信号)与设定点电压131(又称为参考电压)进行比较。设定点电压131控制输出电压123的调节大小。

作为示例，基于输出电压反馈175与设定点电压131之间的差异，误差电压发生器141产生误差电压信号132(又称为误差电压)。误差电压信号132指示输出电压123处于或偏离调节的程度。例如，在输出电压123相对于设定点电压131增加或减少的情况下，误差电压信号132的大小增加。误差电压的极性指示输出电压123相对于设定点电压131的过压和欠压情况。

根据另外的实施例，如进一步所示，控制器140的控制功能142监测指示输出电压123与设定点电压131(又称为参考电压)之间的差异的误差电压信号132。基于监测的误差电压信号132的检测到的一个或多个属性，控制器140至少部分基于误差电压信号132生成开关周期调节信号135-1和电流调节信号135-2。

如进一步所示，电源控制器140的控制功能143从误差电压信号132和电流调节信号135-2的组合中导出电流控制信号137。

在一个实施例中，电流调节信号135-2是所谓的控制电流升压信号，该信号根据需要引起输出电流149的大小的升压(正或负)。

在另外的示例实施例中，电流控制信号137表示要供应给负载118的总输出电流149的目标。更具体地，在一个非限制性示例实施例中，由电源控制器140生成的电流控制信号137指示要由与相电路系统170相关联的一个或多个电源相的组合供应的总目标输出电流。

基于电流控制信号137的大小，电源控制器140的控制功能144产生脉宽控制信息138(例如，一个或多个信号)，脉宽控制信息138用作控制由脉宽调制发生器145产生的脉宽调制控制信号139的相应的一个或多个脉宽的基础。如本文中进一步讨论的，在一个实施例中，脉宽信息138控制相电路系统170中的相应开关的接通时间(和/或断开时间)。

顾名思义，开关周期调节信号135-1控制与脉宽调制控制信号139相关联的开关周期(和对应开关频率)。

因此，在一个实施例中，经由开关周期调节信号135-1和脉宽控制信息138的组合，脉宽调制发生器145产生控制信号139，控制信号139控制输出电压123(和对应输出电流149)的生成。

在一个实施例中，开关周期调节信号135-1(例如，频率调制调节信号)和脉宽控制信息138的组合指示修改频率的量、以及控制与相电路系统170相关联的相应开关产生输出电压123(输出电流149)来为负载118供电的对应占空比。

在另外的示例实施例中，电源系统100(装置)包括控制器140，控制器140可操作为：经由来自相电路系统170(例如，一个或多个电源相)的输出电流149的供应来产生输出电压123以为负载118供电。控制器140基于指示输出电压123与设定点电压131之间的差异的误差电压信号132生成开关周期调节信号135-1。经由控制功能143，控制器140从误差电压132中导出电流控制信号137。控制器140进一步至少部分基于开关周期调节信号135-1和电流控制信号137调制第一电源相、第二电源相等的相应脉宽调制信号。

根据更具体的示例实施例，电源控制器基于误差电压132生成电流调节控制信号135-2。控制器140从误差电压信号132和电流调节信号135-2中导出电流控制信号137。控制器140基于开关周期调节信号135-1和电流控制信号137调制第一电源相的脉宽调制信号。

图2是根据本文中的实施例的电源相的示例详细图。

如图所示，图2示出了针对与电源100相关联的相电路系统170的给定相170-1的所谓的降压配置的基于开关周期调节信号135-1和脉宽控制信息138产生输出电压123(和输出电流149)的相电路系统170(例如，单个电源相170-1的实现)的示例。

在该示例实施例中，相电路系统170-1包括驱动电路系统215-1、驱动电路系统215-2、高压侧开关电路系统121-1(例如，一个或多个控制开关)、低压侧开关电路系统121-2(例如，一个或多个同步开关)、脉宽调制发生器145和电感器144-1。

开关周期调节信号135-1和脉宽控制信息138用作产生以下各项的基础：i)控制信号139-1，用于控制相应高压侧开关电路系统121-1接通和断开，以及ii)控制信号139-2，用于控制低压侧开关电路系统121-2接通和断开。

注意，开关电路系统121-1和121-2可以是任何合适类型的一个或多个开关资源(例如，场效应晶体管、双极结型晶体管等)。在一个实施例中，高压侧开关电路系统121-1和低压侧开关电路系统121-2中的每个是或包括一个或多个功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或其他合适的开关器件。

高压侧开关电路系统121-1和低压侧开关电路系统121-2的适当受控开关导致经由相应DC-DC转换器(例如，如图所示的降压转换器配置)生成输出电压123(和输出电流149)。在一个实施例中，电源相170-1将输入电压125(Vin)(例如DC电压)转换为输出电压123(例如，DC电压)。

通常，PWM发生器145从控制功能142和控制功能144(如先前在图1中讨论的)接收控制信号(例如，开关周期调节信号135-1和脉宽控制信息138)，并且在此基础上，控制驱动电路215-1产生用于控制高压侧开关电路系统121-1的PWM控制信号210(PWM1)和用于控制低压侧开关电路系统121-2的PWM控制信号(PWM1*，其通常是PWM1的反相)。

通常，当高压侧开关电路系统121-1被停用(断开或关闭)时，低压侧开关电路系统121-2被激活(短路或接通)。相反，当高压侧开关电路系统121-1被激活(短路或接通)时，低压侧开关电路系统121-2被停用(断开或关闭)。在激活高压侧开关电路系统和低压侧开关电路系统之间存在死区时间，使得高压侧开关电路系统和低压侧开关电路系统不会同时接通。

控制器功能的其他变化将在下面的文本和附图中讨论。

图3是示出与根据本文中的实施例的相控制器相关联的组件的示例图。

在一个实施例中，如本文中描述的电源100被实现为多相降压转换器，该多相降压转换器实现多维控制(例如，在每相中的接通时间调制和开关频率调制的组合)。

更具体地，在另外的示例实施例中，如本文中描述的电源100包括多个相。例如，如图所示，在一个实施例中，多相电源100的相电路系统170被配置为包括相170-1、相170-2、相170-3等。

电源相170-2、170-3等中的每个被配置为包括与图2中阐述的相同的组件。各相经由控制器140独立控制，但共同产生输出电压123。多个相中的一个或多个相中的任何一个被同时激活以共同产生输出电压123。

每个电源相(例如，相对于彼此的相偏移)有助于将总输出电流149供应给负载118。

例如，经由所生成的控制信号PWM1，电源相170-1产生供应给负载118的输出电流149-1；经由所生成的控制信号PWM2，电源相170-2产生供应给负载118的输出电流149-2；经由所生成的控制信号PWM3，电源相170-3产生供应给负载118的输出电流149-3；等等。

本文中的实施例的益处

如本文中描述的平均电流模式控制允许：

-灵活的架构。它可以与电信应用中所需要的恒定频率模式一起工作。它可以同步到外部时钟。

-电感器电流和电容器电压在控制方法中紧密耦合。产生强大的有弹性的解决方案。

-本地相电流平衡非常好。无需任何附加操作，我们就能够扫描负载振荡频率。

-易于实现逐脉冲电流限制。

-未来易于并行控制器。简单的电流共享。

-由于控制变量是总电流，而不是占空比，因此更容易添加/删除相。

-更容易控制相电流。如有必要，可能会造成不平衡。

-最小化回路响应中电感和双极位置的影响。简单的系数缩放，导致易于调节。

使用模拟电流合成的电流模式控制进一步允许：

-使用低动态范围ADC来检测电感器电流。减少硅面积和ADC设计复杂性。

-电感器电流感测噪声过滤/抗扰度。更强大的电感器电流感测。

-减少电感器电流感测的延迟，因为电流波形以数字方式预测/合成，并且仅使用来自实际电流感测的ADC数据定期校正。

-下面进一步讨论实现和控制一个或多个相的其他细节。

图4是示出根据本文中的实施例的电源和控制器的示例图。

通常，在该示例实施例中，从Vtarget(信号131)和Vfeedback(信号175)中导出的误差电压信号132用于生成控制电流信号137，例如Ictl。Ifeedback(例如，信号488)与控制电流(信号137)相比较以生成Ierror(例如，信号489)，该Ierror由诸如控制功能144-2等滤波器结构Gcm()处理以产生相应脉宽控制信息138(诸如脉宽控制信息PW)。PWM发生器145使用脉宽控制信息连同Fsw(例如，信号466)来生成PWM脉冲139。

更具体地，由Verror(信号132)触发的非线性控制调制Ictl(信号137)和Tsw(信号466)两者，进而调制PWM信号139的脉宽和脉冲频率两者。

如该示例实施例中所示，控制器140包括加法器141、控制功能142-1、控制功能142-2、控制功能142-3、控制功能144和脉宽调制发生器145。

在操作期间，加法器141(又称为差异功能)基于目标电压信号131与输出电压反馈信号175(例如，输出电压123或从输出电压123中导出的对应输出电压反馈信号)之间的差异产生误差信号132。加法器141将误差电压信号132输出到控制功能142-2和控制功能142-3。

如该示例实施例中进一步所示，控制功能144包括电流模拟器144-1、加法器461、控制功能144-2和加法器462。

在一个实施例中，控制功能142-1是所谓的前馈控制功能。控制功能142-2可能是有时支持非线性控制的非线性控制功能。尽管控制功能142-2可以是线性的或非线性的，具体取决于应用。

控制功能142-3是PID(例如，比例积分微分)控制器或其他合适的实体。

PWM发生器145根据对应输入控制信号(例如开关周期信号Tsw(又称为信号466)和脉宽控制信息138(又称为PW))产生PWM控制信号139。

顾名思义，开关周期信号Tsw(466)控制脉宽调制信号139的开关频率。脉宽控制信息138控制脉宽调制信号139的对应开关周期的占空比(脉宽，例如开关接通时间和开关断开时间)。

如进一步所示，诸如前馈功能等控制功能142-1接收目标设定点电压信号131以及被转换为输出电压123的输入电压125(Vin)。在一个实施例中，基于这些信号，控制功能142-1产生标称脉宽持续时间信号441(例如，在非瞬态情况期间的脉宽)。

在一个实施例中，标称脉宽信号441通常是目标电压信号131的占空比除以被转换为输出电压123的输入电压125的大小。更具体地，在一个实施例中，标称脉宽信号441被计算为接通时间，其导致接通时间的占空比除以近似匹配标称占空比的开关周期，该标称占空比近似为目标电压信号131与输入电压125的比率，其导致输入电压125被转换为输出电压123。

此外，在一个非限制性示例实施例中，控制功能142-1接收一个或多个值(信息)L，该值表示由脉宽调制信号139驱动的对应的一个或多个电源相的电感。至少部分基于信息L，控制功能142-1产生与由脉宽调制信号139驱动的一个或多个电源相相关联的信号442(例如，电感器电流的斜率)。

如进一步所示，控制功能142-2接收误差电压信号132。基于误差电压信号132，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1(又称为δTsw)和电流调节信号135-2(例如，指示要在瞬态负载118情况期间实现的控制调节的升压电流调节信号)。

此外，在该示例实施例中，控制功能142-2将开关周期调节信号135-1输出到加法器463。加法器463(电路系统)使用开关周期调节信号135-1调节标称开关周期信号472。

例如，在一个实施例中，加法器463产生开关周期信号466(Tsw)作为标称开关周期信号472加上开关周期调节信号135-1(其极性可以是正或负)的总和。如前所述，开关周期信号466控制脉宽调制信号139的相应开关周期(开关频率)。

根据另外的示例实施例，响应于检测到由负载118消耗的输出电流149的瞬态(例如，阶跃)增加，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1以增加脉宽调制信号139的开关频率。响应于检测到由负载118消耗的输出电流149的瞬态(例如，阶跃)降低，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1以降低脉宽调制信号139的开关频率。这样的控制操作(开关周期调节信号135-1的生成)确保了输出电压123的大小在相对于目标设定点电压131的电压容限内。

如进一步所示，控制功能142-2、控制功能142-3和控制功能144控制生成脉宽调制信号139的相应占空比。

例如，如前所述，控制功能142-2基于监测误差电压信号132产生电流调节信号135-2。在一个实施例中，如前所述，电流调节信号135-2是升压电流控制信号，该升压电流控制信号可操作为增加或减少经由脉宽控制供应给负载118的输出电流149的量以适应相应瞬态电流消耗情况。

根据另外的示例实施例，如进一步所示，控制功能142-3接收误差电压信号132以及由控制功能142-2产生的电流调节信号135-2。控制功能142(例如，PID电流模式控制功能或其他合适的实体)产生电流控制信号137。在一个非限制性示例实施例中，如前所述，电流控制信号137指示用于控制用于为负载118供电的输出电流149的生成的目标电流值。

如进一步所示，控制功能142-3将电流控制信号137输出到加法器461。除了从控制功能142-3接收电流控制信号137之外，加法器461还接收信号488，信号488指示由输出电流149供应给负载118的输出电流149的相应(计算和/或实际)量。

在一个实施例中，控制功能144-1是电流合成器，该电流合成器用于接收反馈信息447(例如，输出电流149的粗略测量)，该反馈信息447指示供应给负载118的输出电流149的相应量。另外，控制功能144-1接收指示输出电流149的相应斜率(例如，来自控制功能142-1的Islope)的信号442和由脉宽调制发生器145生成的脉宽调制控制信号139。基于接收信号(例如，信号442、脉宽调制信号139、反馈信号447等)中的一个或多个的组合，控制功能144-1产生指示由输出电流149供应给负载118的估计或计算的电流量的输出电流信号488。

注意，作为电流合成器的控制功能144-1的实现以非限制性示例的方式示出。控制功能144-1可以被配置为经由输出电流149的实际电流测量、输出电流149的模拟测量或这两者的组合来确定供应给负载118的输出电流149的大小。

此外，加法器461接收电流控制信号137和输出电流信号488。加法器461(差异功能)产生误差电流信号489作为电流控制信号137(目标电流)与由输出电流信号488指示的估计电流之间的差异。

加法器461将误差电流信号489输出到控制功能144-2。基于由控制功能144-2监测的误差电流信号489的一个或多个属性(例如，斜率、大小等)，控制功能144-2产生脉宽调节信号452。

在一个实施例中，加法器462基于标称脉宽设置441和从控制功能144-2输出的脉宽调节信号452的总和产生脉宽控制信息138。换言之，在一个实施例中，脉宽控制信息138等于标称脉宽设置441加上脉宽调节信号452。

因此，在图4中的电源100的该示例实施例中，电源控制器140：i)产生标称开关周期472；以及ii)经由加法器463，将开关周期调节信号135-1应用于标称开关周期472以控制脉宽调制信号139的开关周期Tsw(信号466)。

电源控制器140至少部分基于输入到控制功能144-2的电流控制信号137导出脉宽调节信号452(例如，脉宽接通时间调节信号452)；然后，电源控制器140基于开关周期调节信号135-1和脉宽调节信号452改变脉宽调制信号139。

图4中的实施例支持以下特征中的一项或多项：

-多回路线性控制结构。

-外回路包括根据Vtarget、Vout_feedback和Vavp_feedback来计算Verror。Verror被输入到PID/极点。输出是控制电流Icontrol。该Icontrol是被组合以在Vout处获取期望行为的所有相中所需要的电流。

-控制电流统一按比例缩小到每个个体相的Itarget。对于每一相，将电感器目标相电流与对应电感器的测量/合成电感器电流进行比较，以产生Ierror。内部PI控制使用Ierror生成脉宽变化，该变化调制标称PWM脉宽以生成每相PWM脉冲序列，从而在该相中产生期望电流。

-非线性控制在瞬态事件期间由Verror阈值跨越触发。

a)欠压瞬变：

i)非线性控制调制TSW以在线性PWM脉冲控制之上启用PFM控制

ii)非线性控制使Icontrol升压，以加速PWM脉冲控制中Ton的调制，以帮助在瞬态期间获取期望Vout行为。

b)过压瞬变：启用PWM脉冲的脉冲截断和三态，以帮助在瞬态期间获取Vout行为。

-PWM发生器：脉冲控制器，结合来自线性和非线性控制结构两者的PWM和PFM控制，以生成每相脉冲序列以获取期望VR响应。

-电感器电流感测：直接感测每相电感器电流或通过合成电感器电流进行模拟。

图5是示出根据本文中的实施例的包括多相的电源的示例图。

如电源100的该示例实施例中所示，控制器140包括加法器541、加法器141、控制功能142-1(例如，前馈功能)、控制功能142-2(例如，高速瞬态非线性控制功能)、控制功能142-3(例如，PID控制器和相应极点)、控制功能535(例如，自适应电压定位功能)、控制功能544(例如，包括PI控制器和其他组件)和脉宽调制发生器145。脉宽调制发生器145驱动多个电源相170-1、170-2、170-3等。

在操作期间，(电感器)电流监测器525监测由每个电源相通过相应电感器(参见图2和图3)供应给负载118的相应电流量。

电感器电流监测器525产生信号525-1、525-2、525-3等，每个信号指示通过对应电源相的相应电感器的电流的大小。例如，信号525-1指示由电源相170-1供应给负载118的电流149-1的量；信号525-2指示由电源相170-2供应给负载118的电流149-2的量；等等。

在一个实施例中，加法器功能530将由相170-1、170-2等中的每个供应给负载118的输出电流149-1、149-2等的大小相加。基于经由加法器功能530求和，生成的信号532指示供应给负载118的输出电流149的总大小。在另一实施例中，通过相数来缩放求和信号，使得生成的信号指示由各相供应给负载的输出电流的平均值。

诸如自适应电压定位功能等控制功能535接收求和信号532(指示到负载118的总输出电流149)并且产生相应自适应电压反馈信号536(例如，目标电压调节信号)。在该示例实施例中，加法器541基于目标电压131与自适应电压反馈信号536(目标电压调节信号)之间的差异产生调节后的目标电压信号531。因此，加法器541基于自适应电压反馈信号536修改目标电压131。

在一个实施例中，加法器541输出调节后的目标电压信号531，调节后的目标电压信号531等于设定点电压131减去反馈信号536。

以与先前讨论的类似的方式，加法器141(差异功能)基于输出电压反馈信号175(例如，输出电压123或由电压监测器526供应的其他合适值)与调节后的目标电压信号531之间的差异产生误差电压信号132。

加法器141将误差电压信号132输出到控制功能142-2和控制功能142-3两者。

在一个实施例中，控制功能142-1是前馈控制功能。

在一个实施例中，控制功能142-2是非线性控制功能。尽管控制功能142-2可以是线性的或非线性的，具体取决于应用。

根据另外的示例实施例，控制功能142-3是包括极点或其他电路系统的PID控制器。

如进一步所示，诸如前馈功能等控制功能142-1接收目标电压信号131以及被转换为输出电压123(诸如DC电压)的输入电压125(诸如指示输入电压125的大小的DC电压或信号)。

在一个实施例中，输入电压125的大小大于输出电压123的大小。

基于接收信号，控制功能142-1产生标称脉宽持续时间信号441。在一个实施例中，标称脉宽信号441是占空比值，例如指示开关周期的一部分的百分比值或其他合适的值，该部分用于针对每个电源相激活图2中的高压侧开关电路系统121-1。在一个实施例中，标称脉宽持续时间信号142-1被计算为目标电压信号131除以被转换为输出电压123的输入电压125的大小。控制功能142-1向加法器591、592等输出标称脉宽信号441。

如进一步所示，控制功能142-2接收误差电压信号132。基于误差电压信号132，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1(又称为δTsw支持频率控制)和电流调节信号135-2(诸如升压电流调节信号)。

控制功能142-2将开关周期调节信号135-1输出到加法器463。加法器463(电路系统)使用开关周期调节信号135-1调节标称开关周期信号472。例如，在一个实施例中，加法器463产生开关周期信号466(Tsw)作为标称开关周期信号472加上开关周期调节信号135-1(其可以是正或负调节值)的总和。

PWM发生器145根据对应输入控制信号(例如开关周期信号Tsw(又称为信号466))和脉宽控制信息138(例如，每个电源相的脉宽设置信息)产生PWM控制信号139(例如，用于每个相应电源相的控制信号PWM1、PWM2等)。

顾名思义，如前所述，开关周期信号Tsw(466)控制脉宽调制信号PWM1、PWM2等的开关频率。

如下面进一步讨论的，脉宽控制信息138控制脉宽调制信号PWM1、PWM2等的占空比(脉宽，例如与每个电源相中的高压侧开关电路系统和低压侧开关电路系统相关联的开关接通时间和开关断开时间)。

根据另外的示例实施例，响应于检测到由负载118消耗的输出电流149的瞬态增加，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1以增加脉宽调制信号PWM1、PWM2等的开关频率。相反地，响应于检测到由负载118消耗的输出电流149的瞬态降低，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1以降低脉宽调制信号PWM1、PWM2等的开关频率。这样的控制操作确保了输出电压123的大小在相对于目标设定点电压131的电压容限内。

如进一步所示，控制功能142-2、控制功能142-3和控制功能544控制为每个电源相生成脉宽调制信号的相应占空比。

例如，如前所述，控制功能142-2基于监测误差电压信号132产生电流调节信号135-2(例如，升压电流控制信号)。在一个实施例中，电流调节信号135-2是升压电流控制信号，该升压电流控制信号可操作为增加或减少供应给负载118的总输出电流149的量以适应相应瞬态电流消耗情况。

此外，注意，控制功能142-2可以被配置为产生控制信号555(例如，所谓的二极管断开信号)并且将其供应给脉宽调制发生器145。

再次参考脉宽控制信息138的生成，控制功能142-3接收误差电压信号132以及由控制功能142-2产生的电流调节信号135-2。在一个实施例中，顾名思义，电流调节信号135-2控制由电源相170供应给负载118的电流量。

如进一步所示，控制功能142-3(例如，PID电流模式控制功能)产生电流控制信号137。在一个非限制性示例实施例中，电流控制信号137指示用于控制用于为负载118供电的总输出电流149的生成的目标电流值。

电源控制器140使用电流控制信号137作为基础来控制由每个电源相供应给负载118的电流。

例如，在该示例实施例中，控制功能142-3将电流控制信号137输出到控制功能568。控制功能568将电流控制信号137除以被激活以向负载118供应输出电流的电源相170的数目。

更具体地，在一个实施例中，控制功能568接收电流控制信号137并且将其除以值N以产生目标电流信号561。值N表示有多少电源相被激活以产生输出电压123和对应输出电流149。

控制功能568将目标电流信号561输出到与控制电源相170-1相关联的加法器571。加法器571基于目标电流值561与信号525-1之间的差异(由相170-1供应给负载118的输出电流量)产生误差电流信号521。例如，在一个实施例中，误差电流信号521等于目标电流值561的大小减去信号525-1的大小。

控制功能581(例如，PI控制器)监测误差电流信号521的一个或多个属性(例如，大小、斜率等)。基于误差电流信号521的一个或多个属性(例如，斜率、大小等)，控制功能581产生与电源相170-1相关联的脉宽调节信号531(例如，δPW1调节值)。

根据另外的示例实施例，加法器591基于标称脉宽设置441和脉宽调节信号531的总和来产生脉宽控制信息138-1(例如，PW1)。换言之，在一个实施例中，脉宽信息138-1(或PW1)等于标称脉宽设置441加上脉宽调节信号531。

脉宽调制发生器145基于脉宽信息PW1和由Tsw(信号466)指示的开关周期的组合来产生控制信号PWM1，控制信号PWM1控制电源相170-1中的高压侧开关电路系统和低压侧开关电路系统。

控制功能544支持对每个电源相的类似控制。

例如，如进一步所示，控制功能560将目标电流信号561(或从电流控制信号137中导出的其他合适的目标信号)输出到与电源相170-2的控制相关联的加法器572。加法器572基于目标电流值561与信号525-2之间的差异(由相170-2供应给负载118的输出电流的测量或估计量)产生误差电流信号522。例如，在一个实施例中，误差电流信号522等于目标电流值561的大小减去信号525-2的大小。

控制功能582监测误差电流信号522的一个或多个属性(例如，大小、斜率等)。基于误差电流信号522的一个或多个属性(例如，斜率、大小等)，控制功能582产生与电源相170-2相关联的脉宽调节信号532(例如，δPW2调节值)。

在一个实施例中，加法器592基于标称脉宽设置441和脉宽调节信号532的总和产生脉宽信息138-2(例如，PW2)。换言之，在一个实施例中，脉宽信息138-2(或PW2)等于标称脉宽设置441加上脉宽调节信号532。

脉宽调制发生器145基于脉宽信息PW2和由Tsw(信号466)指示的开关周期的组合来产生控制信号PWM2，控制信号PWM2控制电源相170-2中的高压侧开关电路系统和低压侧开关电路系统。

以类似的方式，控制功能544为每个当前活动相产生脉宽控制信息138，脉宽控制信息138可以根据负载118消耗多少输出电流149而随时间改变。

因此，在该示例实施例中，电源控制器140从电流控制信号137中导出相应脉宽调节信号531、532等(例如，与控制高压侧开关电路系统相关联的脉宽接通时间调节信号)，该脉宽调节信号指示用于控制来自每个电源相的输出电流的期望目标电流值；然后，电源控制器140基于开关周期调节信号135-1和脉宽调节信号531、532等改变脉宽调制信号139。

因此，本文中的实施例包括个体地控制多个电源相以产生相应输出电压来为负载供电。

图6是示出根据本文中的实施例的包括多个相和目标映射的电源的示例图。

电源100和控制器140的该示例实施例以与先前关于图5讨论的类似的方式操作。然而，在该示例性实施例中，图5中的控制功能568被替换为图6中的映射控制功能668。

在操作期间，映射控制功能668接收电流控制信号137，例如目标输出电流值。根据激活相的数目，映射控制功能668将电流控制信号137映射到加法器571、加法器572等的相应输出电流目标值661。

以与先前讨论的类似的方式，控制器140中的加法器571、572等中的每个产生相应误差电流信号521、522等，该误差电流信号用作以与先前讨论的类似的方式控制每个电源相170的相应脉宽设置的基础。

图7是示出根据本文中的实施例的单个相的电源和控制的示例图。

如电源100的该示例实施例中所示，控制器140包括加法器541、加法器141、控制功能142-1(例如，前馈功能)、控制功能142-2(例如，高速瞬态控制功能)、控制功能142-3(诸如PID控制器和相应极点)、控制功能535(诸如自适应电压定位功能)、控制功能781(诸如PI控制器)和脉宽调制发生器145。脉宽调制发生器145经由生成控制信号PWM1来驱动电源相170-1。

在操作期间，电感器电流监测器525监测由输出电流149通过电感器144-1(参见图2)供应给负载118的相应电流量。电感器电流监测器525产生信号525-1，信号525-1指示通过相应电感器144-1的电流的大小。

诸如自适应电压定位功能等控制功能535接收信号525-1并且产生相应自适应电压反馈信号536(诸如目标电压调节信号)。在该示例实施例中，加法器541基于目标电压131与自适应电压反馈信号536(目标电压调节信号)之间的差异产生调节后的目标电压信号531。

加法器141(差异功能)基于由电压监测器526供应的输出电压反馈信号175(例如，输出电压123或微分信号)与调节后的目标电压信号531之间的差异产生误差信号132。

加法器141将误差电压信号132输出到控制功能142-2和控制功能142-3。

在一个实施例中，控制功能142-1是前馈控制功能。

在一个实施例中，控制功能142-2是非线性控制功能。尽管控制功能142-2可以是线性的或非线性的，具体取决于应用。

根据另外的示例实施例，控制功能142-3是PID控制器和极点或其他合适的实体。

如进一步所示，诸如前馈功能等控制功能142-1接收目标电压信号131以及被转换为输出电压123(例如，DC电压)的输入电压125(例如，DC电压)。在一个实施例中，输入电压125的大小大于输出电压123的大小。

基于接收信号，控制功能142-1产生标称脉宽持续时间信号441。在一个实施例中，标称脉宽信号441是占空比值(例如，指示用于激活图2中的高压侧开关电路系统121-1的开关周期的一部分的百分比值)，该占空比值被计算为目标电压信号131除以被转换为输出电压123的输入电压125的大小。控制功能142-1向加法器791输出标称脉宽信号441。

如进一步所示，控制功能142-2接收误差电压信号132。基于误差电压信号132，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1(又称为δTsw支持频率控制)和电流调节信号135-2(升压电流调节信号)。

控制功能142-2将开关周期调节信号135-1输出到加法器463。加法器463(电路系统)使用开关周期调节信号135-1调节标称开关周期信号472。例如，在一个实施例中，加法器463产生开关周期信号466(Tsw)作为标称开关周期信号472加上开关周期调节信号135-1(其可以是正值或负值)的总和。

PWM发生器145根据对应输入控制信号(例如开关周期信号Tsw(又称为信号466))和脉宽控制信息138(例如，脉宽设置信息)产生PWM控制信号139(例如，图2中的控制信号139-1和控制信号139-2)。

顾名思义，开关周期信号Tsw(466)控制脉宽调制信号139(PWM1)的开关频率。如下面进一步讨论的，脉宽控制信息138控制脉宽调制信号139(PWM1)的占空比(脉宽PW，例如与图2中的开关121-1和121-2相关联的开关接通时间和开关断开时间)。

根据另外的示例实施例，响应于检测到由负载118消耗的输出电流149的瞬态增加，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1以增加脉宽调制信号139(PWM1)的开关频率。相反地，响应于检测到由负载118消耗的输出电流149的瞬态降低，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1以降低脉宽调制信号139的开关频率。这样的控制操作确保了输出电压123的大小在相对于目标设定点电压131的电压容限内。

如进一步所示，控制功能142-2、控制功能142-3和控制功能781控制生成脉宽调制信号139的相应占空比。

例如，如前所述，控制功能142-2基于监测误差电压信号132产生电流调节信号135-2(例如，升压电流控制信号)。在一个实施例中，电流调节信号135-2是升压电流控制信号，该升压电流控制信号可操作为增加或减少供应给负载118的输出电流149的量以适应负载118的电流消耗的相应瞬态变化。

此外，注意，控制功能142-2可以被配置为产生控制信号555(例如，二极管断开信号)并且将其供应给脉宽调制发生器139。

再次参考脉宽控制信息138的生成，控制功能142-3接收误差电压信号132以及由控制功能142-2产生的电流调节信号135-2。在一个实施例中，顾名思义，电流调节信号135-2控制由电源相170-1供应给负载118的电流量。

例如，控制功能142-3(例如，PID电流模式控制功能)产生电流控制信号137。在一个非限制性示例实施例中，电流控制信号137指示用于控制用于为负载118供电的输出电流149的生成的目标电流值。

控制功能142-3将电流控制信号137输出到加法器771。除了从控制功能142-3接收电流控制信号137之外，加法器771还接收信号525-1，信号525-1指示由输出电流149供应给负载118(通过图2的电感器144-1)的相应电流量。在一个实施例中，电流监测器525经由任何合适的电流感测方法物理地测量或估计输出电流149。

因此，加法器771接收电流控制信号137和输出电流信号525-1。加法器771(差异功能)产生误差电流信号721作为电流控制信号137(例如，期望的目标电流)与由输出电流信号525-1指示的测量电流之间的差异。

加法器771将误差电流信号721输出到控制功能781。基于误差电流信号721的一个或多个属性(例如，斜率、大小等)，控制功能781产生脉宽调节信号731(诸如δPW调节值)。

在一个实施例中，加法器791基于标称脉宽设置441与脉宽调节信号731之间的差异产生脉宽控制信息138。换言之，在一个实施例中，脉宽控制信息138等于标称脉宽设置441减去脉宽调节信号731。

因此，在图7中的电源100的该示例实施例中，电源控制器140：i)产生标称开关周期472；以及ii)经由加法器463，将开关周期调节信号135-1应用于标称开关周期472以控制脉宽调制信号139(PWM1)的开关周期Tsw。

如前所述，电源控制器140从电流控制信号137中导出脉宽调节信号731(例如，脉宽接通时间调节信号)，该脉宽调节信号731指示用于控制输出电流149的期望目标电流值；然后，电源控制器140基于开关周期调节信号135-1和脉宽调节信号731改变脉宽调制信号139。

图8是示出根据本文中的实施例的非线性可变频率电流模式控制器的示例图。

在另外的示例实施例中，电源控制器140被配置为在基于误差电压信号132生成脉宽调制信号PWM1、PWM2等的非线性可变频率电流控制模式下操作。

例如，如图8中更具体地所示，控制器140的一个实施例包括瞬态检测电路810、控制功能142-1、控制功能142-2、控制功能142-3、控制功能144-2和脉宽调制发生器145。

如先前关于图4所讨论的，在操作期间，加法器141(差异功能)基于目标电压信号131与输出电压反馈信号175(例如，输出电压123)之间的差异产生误差信号132。加法器141将误差电压信号132输出到控制功能142-2和控制功能142-3。

再次参考图8，在一个实施例中，控制功能142-1是前馈控制功能。

在一个实施例中，控制功能142-2是非线性控制功能。尽管控制功能142-2可以是线性的或非线性的，具体取决于应用。

在一个实施例中，控制功能142-3是PID控制器或其他合适的电路。

如进一步所示，诸如前馈功能等控制功能142-1接收目标电压信号131以及被转换为输出电压123的输入电压125。基于这些信号，控制功能142-1产生标称脉宽持续时间信号441。

在一个实施例中，标称脉宽信号441是目标电压信号131的标称占空比除以被转换为输出电压123的输入电压125的大小。作为示例，如果输入电压是12VDC并且输出电压是3VDC，则占空比或标称占空比是3/12＝25％，这表示每个开关周期中激活高压侧开关电路系统的接通时间。

如进一步所示，瞬态检测电路810接收误差电压信号132。基于与误差电压信号132相关联的一个或多个属性，例如大小、斜率等，瞬态检测电路810产生瞬态检测信号811，瞬态检测信号811指示负载118是否经历电流消耗大小的瞬态变化。例如，在一个实施例中，如果误差电压信号132高于或低于阈值，则瞬态检测电路810假定检测到的情况是由负载118突然消耗不同量的电流引起的。如下面进一步讨论的，瞬态检测电路810可以被配置为基于监测误差电压132(参见图9)的一个或多个属性中的任何一个来生成信号811。

再次参考图8，再次注意，电源控制器140可以被配置为包括任何数目的控制功能。例如，在一个实施例中，电源控制器140包括可操作为将误差电压信号132转换为开关周期调节信号135-1的第一PD(比例微分)控制器功能PD2(硬件和/或软件)；电源控制器140包括可操作为将误差电压信号132转换为电流调节信号135-2的第二PD(比例微分)控制器功能PD1(例如，硬件和/或软件)。

因此，在一个实施例中，电源控制器140实现从误差电压信号132产生电流调节信号135-2的第一控制器功能(例如，PD1)；电源控制器140实现从误差电压信号132产生开关周期调节信号135-1的第二控制器功能(例如，PD2)。

根据更具体的示例实施例，控制功能PD2包括微分控制功能821、微分增益功能823(增益KD2)、比例增益功能831(增益KP2)和加法器833。

在操作期间，微分控制功能821接收误差电压信号132并且产生指示误差电压信号132随时间的变化的相应信号822。微分增益控制功能823将相应增益KD2应用于信号822以产生信号824。

比例增益功能831将增益KP2应用于误差电压信号132以产生信号832。控制功能PD2的加法器833将信号824和信号832相加以产生开关周期调节信号135-1。加法器833将开关周期调节信号135-1输出到多路复用器834。

如果瞬态检测电路810检测到瞬态电流消耗情况，则信号811控制多路复用器834将开关周期调节信号135-1(作为信号835-1)输出到加法器463。在这种情况下，加法器463产生的开关周期信号466(Tsw)等于开关周期472减去开关周期调节信号135-1。换言之，瞬态检测电路810对瞬态情况的检测导致脉宽调制信号139(例如，PWM1、PWM2等)的相应开关频率发生适当变化。

如果瞬态检测电路810没有检测到瞬态电流消耗情况，则信号811控制多路复用器834的输出信号向加法器463提供诸如零等固定值。在这种情况下，加法器463产生的开关周期信号466(Tsw)等于标称开关周期472。换言之，没有检测到瞬态情况(未检测到瞬态情况)导致脉宽调制信号139(诸如PWM1、PWM2等)的相应标称开关频率没有变化。

此外，在该示例实施例中，控制功能PD1包括微分控制功能841、微分增益功能843、比例增益功能851和加法器853。

在操作期间，微分控制功能841接收误差电压信号132并且产生指示误差电压信号132随时间的变化的相应信号842。微分增益控制功能843将相应增益KD1应用于信号842以产生信号844。

比例增益功能851将增益KP1应用于误差电压信号132以产生信号852。

控制功能PD1的加法器853将信号844与信号852相加以产生电流调节信号135-2(例如，电流升压信号)。加法器853将电流调节信号135-2输出到多路复用器854。

如果瞬态检测电路810检测到瞬态电流消耗情况，则信号811控制多路复用器854将电流调节信号135-2(作为信号835-2)输出到加法器863。

如果瞬态检测电路810没有检测到瞬态电流消耗情况，则信号811控制多路复用器854向加法器863供应零值(经由信号835-2)。

因此，控制功能PD1和控制功能PD2中的每个接收误差电压信号132。基于误差电压信号132，PD1控制功能产生开关周期调节信号135-1(又称为δTsw)和PD2控制功能产生电流调节信号135-2(升压电流调节信号)以控制相应的一个或多个脉宽调制控制信号PWM1、PWM2等的脉宽设置。

更具体地，在一个非限制性示例实施例中，响应于检测到由输出电压123供应给动态负载118的瞬态输出电流149，电源控制器140生成电流调节信号135-2(例如，电流升压调节信号)和开关周期调节信号135-1(为非零值)。响应于瞬态检测电路810检测到误差电压信号132大于阈值或小于阈值，电源控制器140产生电流调节信号135-2和开关周期调节信号135-1。

在一个实施例中，响应于检测到由负载118消耗的输出电流149的瞬态增加，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1以增加脉宽调制信号139的开关频率。响应于检测到由负载118消耗的输出电流149的瞬态降低，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1以降低脉宽调制信号139的开关频率。这样的控制操作确保了输出电压123的大小在相对于目标设定点电压131的电压容限内。

如进一步所示，控制功能142-3(例如，PID控制功能，其中P表示PID的比例分量，I表示PID的积分或积分器分量，D表示PID的微分分量)包括第一滤波器871(例如，实现第一极点)、第二滤波器873(例如，实现第二极点)、微分控制功能875、微分增益功能877、比例增益功能879、加法器867、积分器增益功能861、加法器863、和积分器控制功能865。

在操作过程中，滤波器871接收误差电压信号132并且产生对应信号872；滤波器873接收信号872并且产生对应信号874。

微分控制功能875从接收信号874产生信号876。微分增益功能877将增益KD应用于信号876以产生信号878。

比例增益功能879将增益KP应用于信号874以产生信号880。

积分器增益功能861将增益KI应用于误差电压信号132以产生信号862。加法器863产生信号864作为信号862和从多路复用器854接收的信号835-2(例如，信号135-2)的总和。积分器控制功能865对信号864进行积分以产生信号866。

最后，加法器867基于信号866、信号878和信号880的总和产生电流控制信号137(例如，目标输出电流值)。

控制功能142-3的加法器867将电流控制信号137输出到加法器461。除了从控制功能142-3接收电流控制信号137之外，加法器461还接收信号488，信号488指示由输出电流149供应给负载118的相应电流量。

再次注意，信号488可以基于以下中的一项或多项来生成：供应给负载118的实际测量的输出电流149、供应给负载118的估计的输出电流149等。

基于电流控制信号137(期望的目标电流)与由信号488指示的输出电流149的实际大小之间的差异，加法器461将误差电流信号489输出到控制功能144-2(例如，PI控制功能，其中P表示PI控制器的比例分量，I表示PI控制器的积分器分量)。

基于误差电流信号489的一个或多个属性(例如，斜率、大小等)，控制功能144-2产生脉宽调节信号452(例如，包括指示对脉宽调制信号PWM1、PWM2等的脉宽的调节的调节信息)，该脉宽调节信号452是产生由电流调节信号137指示的目标输出电流所需要的。

在一个实施例中，加法器462基于标称脉宽设置441与脉宽调节信号452之间的差异产生脉宽信息138，脉宽信息138用于控制每个相应电源相的脉宽。如前所述，可以使用个体电路系统为多个脉宽调制信号PWM1、PWM2等中的每个产生脉宽设置。

在一个实施例中，如前所述，加法器463在检测到的瞬态情况期间基于标称开关周期设置472与开关周期调节信号135-2之间的差异产生开关周期设置Tsw(466)。

如进一步所示，PWM发生器145根据对应输入控制信号(例如开关周期信号Tsw(又称为信号466))和脉宽控制信息138(针对每个控制信号的期望脉宽设置)产生PWM控制信号139(例如，PWM1、PWM2等)。

因此，以与先前讨论的类似的方式，并且如关于图8所讨论的，开关周期信号Tsw(466)控制脉宽调制信号139的开关频率。脉宽控制信息138控制脉宽调制信号139(PWM1、PWM2等)的占空比(脉宽，例如相应电源相中的对应开关电路系统的开关接通时间和开关断开时间)。

因此，根据本文中的实施例，在瞬态事件期间触发非线性控制模式。经由检测电路来检测瞬变，检测电路查看Verror阈值跨越和/或Verror斜率阈值跨越。

在欠压瞬变期间，Verror通过独立的PD控制被馈入以调制

Fsw：PFM控制

Ton：PWM控制。这受到使PID的输出Icontrol中的I项升压的影响，这进而控制内部PI回路的PW输出。

这种形式的非线性控制与控制模式无关，无论是电流模式还是电压模式。

如本文中描述的电流模式控制提供(1)控制电流升压和(2)频率升压，它可以在电压控制模式下工作以提供(1)占空比升压和(2)频率升压。

在一个实施例中，非线性控制仍然基于/操作Verror，使其仍然是闭环控制。

图9是示出根据本文中的实施例的非线性可变频率电流模式控制中的操作的示例时序图。

在该示例实施例中，脉宽调制发生器145产生控制信号PWM1、PWM2等。

脉宽调制控制信号PWM1、PWM2等中的每个的高电平状态表示其中电源相中的相应高压侧开关电路系统被控制为接通状态并且对应低压侧开关电路系统被设置为断开状态的相应相的接通时间。脉宽调制控制信号PWM1、PWM2等中的每个的低电平状态表示其中电源相中的相应低压侧开关电路系统被控制为接通状态并且对应高压侧开关电路系统被设置为断开状态的相应相的断开时间。

如图所示，在时间T1之前，输出电流149的大小通常是恒定值。输出电压123的大小通常也是恒定的。

在时间T1时或其前后，出现负载118突然消耗附加量的电流的瞬态负载情况。这导致输出电压123的大小经历大幅下降，从而导致误差电压信号132的变化。

响应于(瞬态检测电路810或其他合适的实体)检测到一个或多个情况，例如：i)误差电压信号132的大小高于大小阈值TV1，ii)误差电压信号132的斜率大于斜率阈值S1，或者iii)这两种情况的组合发生，如本文中描述的控制器140以非线性控制模式操作。在这种情况下，瞬态检测电路810产生控制信号811以从多路复用器834输出信号135-1并且从多路复用器854输出信号135-2。如本文中讨论的，这导致对与使用调制控制信号PWM1、PWM2等生成脉冲相关联的脉宽和开关周期的调节以适应瞬态情况(例如，欠压情况)。

在时间T1之后和时间T2之前，控制器140和对应的脉宽调制发生器145校正由误差电压信号132的大小和斜率的变化捕获的欠压情况，该误差电压信号132在时间T1之后在时间T2前后稳定回零。如进一步所示，在时间T2，控制器140(并且更具体地，瞬态检测电路810)检测到误差电压信号的大小和/或斜率低于相应的一个或多个斜率阈值S2或大小阈值TV2。这种情况导致控制器142再次以非瞬态操作模式操作(例如，信号835-1设置为零并且信号835-2设置为0)。

因此，在时间T1到T2之间，控制器140和对应电路系统以非线性控制模式操作，其中脉宽调制信号的脉宽和频率都被调制以适应阶跃变化并且将输出电压123保持在期望范围内。

在时间T2到T3之间，控制器140和对应组件在线性控制模式下操作，其中只有与控制信号PWM1、PWM2等相关联的脉宽被调制。

在时间T3或时间T3前后，出现负载118突然消耗明显更少电流的瞬态负载情况。这导致输出电压123的大小经历大小的显著增加，从而导致误差电压信号132的变化，如持续时间900所示。响应于(瞬态检测电路810或其他合适的实体)检测到一个或多个情况，例如：i)误差电压信号132的大小低于大小阈值TV3，ii)误差电压信号132的斜率是负的并且误差电压信号132的斜率的绝对值大于斜率阈值S3，或者iii)这两种情况的组合发生，如本文中描述的控制器140以非线性控制模式操作。在这种情况下，瞬态检测电路810产生控制信号811以从多路复用器834输出信号135-1并且从多路复用器854输出信号135-2。如本文中讨论的，这导致对与使用调制控制信号PWM1、PWM2等生成脉冲相关联的脉宽和开关周期的调节以适应瞬态情况(例如，过压情况)。更具体地，调节包括截断脉宽(例如，在时间T3到T4之间)和可能实现所谓的二极管断开模式，其中相应开关设置为HI-Z(三态)，例如在时间T3到时间T4之间。

在时间T3之后和时间T4之前，经由在非线性控制模式下的操作，控制器140和对应脉宽调制发生器145校正由误差电压信号132的大小和斜率的变化捕获的过电压情况。如图所示，在时间T4，控制器140(更具体地，瞬态检测电路810)检测到误差电压信号的大小和/或斜率低于相应的一个或多个斜率阈值TV4或大小阈值TV4。这种情况导致控制器142再次以非瞬态操作模式(例如，线性控制模式)操作，例如信号835-1设置为零并且信号835-2设置为0。

因此，在时间T3到T4之间，控制器140和对应电路系统以非线性控制模式操作，其中脉宽调制信号的脉宽和频率都被调制以适应阶跃变化并且将输出电压123保持在期望范围内。

在时间T4之后，控制器140和对应组件以线性控制模式操作，其中只有与控制信号PWM1、PWM2等相关联的脉宽被调制。

图10是示出根据本文中的实施例的非线性可变频率电压模式控制器的示例图。

在另外的示例实施例中，电源控制器140被配置为在基于误差电压信号132生成脉宽调制信号PWM1、PWM2等的电压控制模式下操作。换言之，电源控制器140可以被配置为作为电压模式控制器操作。

例如，如图10中更具体地所示，控制器140的一个实施例包括瞬态检测电路810、控制功能142-2、控制功能142-3、控制功能144-2和脉宽调制发生器145。

如先前关于图4所讨论的，在操作期间，加法器141(差异功能)基于目标电压信号131与输出电压反馈信号175(例如，输出电压123)之间的差异产生误差信号132。加法器141将误差电压信号132输出到控制功能142-2、控制功能142-3和瞬态检测电路810。

再次参考图10，在一个实施例中，控制功能142-2是非线性控制功能。尽管控制功能142-2可以是线性的或非线性的，具体取决于应用。

在一个实施例中，控制功能142-3是PID控制器或其他合适的电路。

如进一步所示，瞬态检测电路810接收误差电压信号132。基于与误差电压信号132相关的一个或多个属性，例如大小、斜率等，瞬态检测电路810产生瞬态检测信号811，瞬态检测信号811指示负载118是否经历电流消耗大小的瞬态变化。例如，在一个实施例中，如果误差电压信号132高于或低于阈值，则瞬态检测电路810假定检测到的情况是由负载118突然消耗不同量的电流引起的。

再次注意，电源控制器140可以被配置为包括任何数目的控制功能。例如，在一个实施例中，电源控制器140包括可操作为将误差电压信号132转换为开关周期调节信号135-1的PD(比例微分)控制器功能PD2(硬件和/或软件)；电源控制器140包括可操作为将误差电压信号132转换为占空比调节信号1135-2的PD(比例微分)控制器功能PD1(例如，硬件和/或软件)

因此，在一个实施例中，电源控制器140实现从误差电压信号132产生开关周期调节信号135-1的控制器功能(例如，PD2)；电源控制器140实现从误差电压信号132产生占空比调节信号1135-2的控制器功能(例如，PD1)。

根据更具体的示例实施例，控制功能PD2包括微分控制功能821、微分增益功能823、比例增益功能831和加法器833。

在操作期间，微分控制功能821接收误差电压信号132并且产生指示误差电压信号132随时间的变化的相应信号822。微分增益控制功能823将相应增益KD2应用于信号822以产生信号824。

比例增益功能831将增益KP2应用于误差电压信号132以产生信号832。

控制功能PD2的加法器833将信号824和信号832相加以产生开关周期调节信号135-1。加法器833将开关周期调节信号135-1输出到多路复用器834。

如果瞬态检测电路810检测到瞬态电流消耗情况，则信号811控制多路复用器834将开关周期调节信号135-1(作为信号835-1)输出到加法器463。在这种情况下，加法器463产生的开关周期信号466(Tsw)等于开关周期472减去(或加上)开关周期调节信号135-1。换言之，瞬态检测电路810对瞬态情况的检测导致脉宽调制信号139(例如，PWM1、PWM2等)的相应开关频率(经由开关周期调节信号135-1)发生适当变化。

如果瞬态检测电路810没有检测到瞬态电流消耗情况，则信号811控制多路复用器834的输出信号向加法器463提供零值。在这种情况下，加法器463产生的开关周期信号466(Tsw)等于标称开关周期472。换言之，没有检测到瞬态情况导致用于产生脉宽调制信号139(例如，PWM1、PWM2等)的相应标称开关频率没有变化。

此外，在该示例实施例中，控制功能PD1包括微分控制功能841、微分增益功能843、比例增益功能851和加法器853。

在操作期间，微分控制功能841接收误差电压信号132并且产生指示误差电压信号132随时间的变化的相应信号842。微分增益控制功能843将相应增益KD1应用于信号842以产生信号844。

比例增益功能851将增益KP1应用于误差电压信号132以产生信号852。

控制功能PD1的加法器853将信号844和信号852相加以产生占空比调节信号1135-2(例如，电流升压信号)。加法器853将占空比调节信号1135-2输出到多路复用器854。

如果瞬态检测电路810检测到瞬态电流消耗情况，则信号811控制多路复用器854将占空比调节信号1135-2(作为信号835-2)输出到加法器863。

如果瞬态检测电路810没有检测到瞬态电流消耗情况，则信号811控制多路复用器854向加法器863供应零值。加法器863和控制功能142-3的细节将在下面进一步讨论。

因此，控制功能PD1和控制功能PD2中的每个接收误差电压信号132。基于误差电压信号132，PD1控制功能产生开关周期调节信号135-1(又称为δTsw)和PD2控制功能产生占空比调节信号1135-2以控制相应的一个或多个脉宽调制控制信号PWM1、PWM2等的脉宽设置。

在一个实施例中，响应于检测到由负载118消耗的输出电流149的瞬态增加，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1的大小和/或极性以增加脉宽调制信号139的开关频率。响应于检测到由负载118消耗的输出电流149的瞬态降低，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1的大小和/或极性以降低脉宽调制信号139的开关频率。这样的控制操作确保了输出电压123的大小在相对于目标设定点电压131的电压容限内。

如进一步所示，控制功能142-3(例如，PID控制功能，其中P表示PID的比例分量，I表示PID的积分或积分器分量，D表示PID的微分分量)包括第一滤波器871(例如，实现第一极点)、第二滤波器872(例如，实现第二极点)、微分控制功能875、微分增益功能877、比例增益功能879、加法器867、积分器增益功能861、加法器863、和积分器控制功能865。

在操作过程中，滤波器871接收误差电压信号132并且产生对应信号872；滤波器873从滤波器872接收信号872并且产生对应信号874。

微分控制功能875从接收信号874产生信号876。在一个实施例中，信号876表示信号874随时间的变化。微分增益功能877将增益KD应用于信号876以产生信号878。

比例增益功能879将增益KP应用于信号874以产生信号880。

积分器增益功能861将增益KI应用于误差电压信号132以产生信号862。

加法器863产生信号864作为信号862和从多路复用器854接收的信号835-2(例如，信号1135-2)的总和。积分器控制功能865对信号864进行积分以产生信号866。

最后，加法器867基于信号866、信号878和信号880的总和产生占空比控制信号1137。

控制功能142-3的加法器867将占空比控制信号1137输出到乘法器功能891。

除了从控制功能142-3接收占空比控制信号1137之外，乘法器891还接收标称开关周期信号472。

基于占空比控制信号1137(例如，与输出电流149的目标电流设置相关联)和标称开关周期472的乘积，乘法器891产生相应脉宽控制信息138，例如脉宽控制信息138指示脉宽调制控制信号PWM1、PWM2等中的每个的脉宽设置的设置。

如进一步所示，PWM发生器145根据对应输入控制信号(例如开关周期信号Tsw(又称为信号466))和每个控制信号的脉宽控制信息138(期望脉宽设置)产生PWM控制信号139(例如，PWM1、PWM2等)。

因此，以与先前讨论的类似的方式，并且如关于图10所讨论的，开关周期信号Tsw(466)控制脉宽调制信号139的开关频率(或开关周期)。脉宽控制信息138控制脉宽调制信号139(PWM1、PWM2等)的占空比(脉宽，例如相应电源相中的对应开关电路系统的开关接通时间和开关断开时间)。

图11是示出根据本文中的实施例的使用模拟电感器电流的电流模式控制的示例图。

如电源100的该示例实施例中所示，控制器140包括加法器541、加法器141、控制功能142-1(例如，前馈功能)、控制功能142-2(例如，高速瞬态非线性控制功能)、控制功能142-3(例如，PID控制器和相应极点)、控制功能535(例如，自适应电压定位功能)、控制功能544(例如，包括一个或多个PI控制功能和其他组件)和脉宽调制发生器145。

脉宽调制发生器145用相应控制信号PWM1、PWM2、PWM3等驱动多个电源相170-1、170-2、170-3等。

在操作期间，电感器电流监测器525(例如，电感器电流感测电路和/或合成器)监测(例如，模拟、计算、合成、测量、模拟等)由每个电源相通过相应电感器(参见图2和图3)供应给负载118的相应电流量。

电感器电流监测器525产生信号1125-1、1125-2、1125-3等，每个信号指示通过对应电源相的相应电感器的电流的大小。例如，信号1125-1指示由电源相170-1供应给负载118的电流149-1的估计/计算量；信号1125-2指示由电源相170-2供应给负载118的电流149-2的估计/计算量；等等。

在一个实施例中，加法器功能530将由相170-1、170-2等中的每个供应给负载118的输出电流149-1、149-2等的大小相加。基于总和，生成的信号532指示供应给负载118的输出电流149的总大小。

诸如自适应电压定位功能等控制功能535接收求和信号532(指示到负载118的总输出电流149)并且产生相应自适应电压反馈信号536(例如，目标电压调节信号)。

此外，在该示例实施例中，加法器541接收设定点电压131和反馈信号536，并且基于目标电压131与自适应电压反馈信号536(目标电压调节信号)之间的差异产生调节后的目标电压信号531。换言之，在一个实施例中，加法器541输出调节后的目标电压信号531，调节后的目标电压信号531等于设定点电压131减去反馈信号536。因此，加法器541基于自适应电压反馈信号536修改原始目标电压131。

注意，控制功能535可以被配置为根据经由生成的信号532指示的输出电流149的大小来调节反馈信号的大小。

以与先前讨论的类似的方式，加法器141(差异功能)基于输出电压反馈信号175(例如，输出电压123或由电压监测器526供应的其他合适值)与调节后的目标电压信号531之间的差异产生误差电压信号132。

加法器141将误差电压信号132输出到控制功能142-2和控制功能142-3两者。

在一个实施例中，控制功能142-1是前馈控制功能。

在一个实施例中，控制功能142-2是非线性控制功能。尽管控制功能142-2可以是线性的或非线性的，具体取决于应用。

根据另外的示例实施例，控制功能142-3是包括极点或其他电路系统的PID控制器。

如进一步所示，诸如前馈功能等控制功能142-1接收目标电压信号131以及被转换为输出电压123(例如，DC电压)的输入电压125(例如，DC电压)。在一个实施例中，输入电压125的大小大于输出电压123的大小。

基于接收信号(例如，目标电压131和输入电压125)，控制功能142-1产生标称脉宽持续时间信号441。在一个实施例中，标称脉宽信号441是占空比值，例如指示开关周期的一部分的百分比值或其他合适的值，该部分用于针对每个电源相激活图2中的高压侧开关电路系统121-1。

再次参考图11，在一个实施例中，标称脉宽持续时间信号441被计算为目标电压信号131除以被转换为输出电压123的输入电压125的大小。控制功能142-1向加法器591、592等中的每个输出标称脉宽信号441。

如进一步所示，控制功能142-2接收误差电压信号132。基于误差电压信号132，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1(又称为δTsw支持频率控制)和电流调节信号135-2(诸如升压电流调节信号)。

控制功能142-2将开关周期调节信号135-1输出到加法器463。加法器463(电路系统)使用开关周期调节信号135-1调节标称开关周期信号472。例如，在一个实施例中，加法器463产生开关周期信号466(Tsw)作为标称开关周期信号472加上开关周期调节信号135-1(其可以是正或负调节值)的总和。开关周期信号466是产生脉宽调制信号PWM1、PWM2等的每个相应控制周期的周期(或1/周期＝开关频率)。

PWM发生器145根据对应输入控制信号(例如开关周期信号Tsw(又称为信号466))和脉宽控制信息138(例如，与电源相相关联的脉宽设置信息PW1、PW2、PW3等)产生PWM控制信号139(例如，用于每个相应电源相的控制信号PWM1、PWM2等)。在一个实施例中，脉宽值PW1、PW2、PW3等的设置根据供应给负载118的输出电流149的大小的变化而随时间变化。

顾名思义，如前所述，开关周期信号Tsw(466)控制脉宽调制信号PWM1、PWM2等的开关频率。如下面进一步讨论的，脉宽控制信息138控制脉宽调制信号PWM1、PWM2等的占空比(脉宽，例如与每个电源相中的高压侧开关电路系统和低压侧开关电路系统相关联的开关接通时间和开关断开时间)。

根据另外的示例实施例，响应于检测到由负载118消耗的输出电流149的瞬态增加，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1以增加脉宽调制信号PWM1、PWM2等的开关频率。相反地，响应于检测到由负载118消耗的输出电流149的瞬态降低，控制功能142-2产生开关周期调节信号135-1以降低脉宽调制信号PWM1、PWM2等的开关频率。这样的控制操作确保了输出电压123的大小在相对于目标设定点电压131的电压容限内。

如进一步所示，控制功能142-2、控制功能142-3和控制功能544控制为每个电源相生成脉宽调制信号的相应占空比。

例如，如前所述，控制功能142-2基于监测误差电压信号132产生电流调节信号135-2(例如，升压电流控制信号)。在一个实施例中，电流调节信号135-2是升压电流控制信号，该升压电流控制信号可操作为增加或减少供应给负载118的总输出电流149的量以适应相应瞬态电流消耗情况。

此外，注意，控制功能142-2可以被配置为产生控制信号555(例如，所谓的二极管断开信号)并且将其供应给脉宽调制发生器145。

再次参考脉宽控制信息138(例如，PW1、PW2、PW3等)的生成，控制功能142-3接收误差电压信号132以及由控制功能142-2产生的电流调节信号135-2。在一个实施例中，顾名思义，电流调节信号135-2控制由电源相170供应给负载118的电流量。

如进一步所示，控制功能142-3(例如，PID电流模式控制功能)产生电流控制信号137。在一个非限制性示例实施例中，电流控制信号137指示用于控制用于为负载118供电的总输出电流149的生成的目标电流值。

电源控制器140使用电流控制信号137作为基础来控制由每个电源相供应给负载118的电流。

例如，在该示例实施例中，控制功能142-3将电流控制信号137输出到控制功能568。控制功能568将电流控制信号137除以被激活以向负载118供应输出电流的电源相170的数目。

在一个实施例中，控制功能568接收电流控制信号137并且将其除以值N以产生目标电流信号561。在一个实施例中，值N表示有多少电源相被激活以产生输出电压123和对应输出电流149。

控制功能568将目标电流信号561输出到与控制电源相170-1相关联的加法器571。加法器571基于目标电流值561与信号1125-1之间的差异(计算出的由相170-1供应给负载118的输出电流量)产生误差电流信号521。例如，在一个实施例中，误差电流信号521等于目标电流值561的大小减去信号1125-1的大小。

控制功能581(例如，PI控制器)监测误差电流信号521的一个或多个属性(例如，大小、斜率等)。基于误差电流信号521的一个或多个属性(例如，斜率、大小等)，控制功能581产生与电源相170-1相关联的脉宽调节信号531(例如，δPW1调节值)。

根据另外的示例实施例，加法器591基于标称脉宽设置441与脉宽调节信号531之间的差异来产生脉宽信息138-1(例如，PW1)。换言之，在一个实施例中，脉宽信息138-1(或PW1)等于标称脉宽设置441加上脉宽调节信号531。

脉宽调制发生器145基于脉宽信息PW1和由Tsw(信号466)指示的开关周期(开关频率)的组合来产生控制信号PWM1，控制信号PWM1控制电源相170-1中的高压侧开关电路系统和低压侧开关电路系统。

控制功能544支持对每个电源相的类似控制。

例如，如进一步所示，控制功能568将目标电流信号561输出到与电源相170-2的控制相关联的加法器572。加法器572基于目标电流值561与信号1125-2之间的差异(计算或估计的由相170-2供应给负载118的输出电流量)产生误差电流信号522。例如，在一个实施例中，误差电流信号522等于目标电流值561的大小减去信号1125-2的大小。

控制功能582监测误差电流信号522的一个或多个属性(例如，大小、斜率等)。基于误差电流信号522的一个或多个属性(例如，斜率、大小等)，控制功能582产生与电源相170-2相关联的脉宽调节信号532(例如，δPW2调节值)。

在一个实施例中，加法器592基于标称脉宽设置441与脉宽调节信号532之间的差异产生脉宽信息138-2(例如，PW2)。换言之，在一个实施例中，脉宽信息138-2(或PW2)等于标称脉宽设置441加上脉宽调节信号532。

脉宽调制发生器145基于脉宽信息PW2和由Tsw(信号466)指示的开关周期的组合来产生控制信号PWM2，控制信号PWM2控制电源相170-2中的高压侧开关电路系统和低压侧开关电路系统。

以类似的方式，控制功能544为每个当前活动相产生脉宽控制信息138，脉宽控制信息138可以根据负载118消耗多少输出电流149而随时间改变。

因此，在该示例实施例中，电源控制器140从电流控制信号137中导出相应脉宽调节信号531、532等(例如，与控制高压侧开关电路系统相关联的脉宽接通时间调节信号)，该脉宽调节信号指示用于控制来自每个电源相的输出电流的期望总目标电流值；然后，电源控制器140基于开关周期调节信号135-1和脉宽调节信号改变脉宽调制信号139。

因此，本文中的实施例包括个体地控制多个电源相以产生相应输出电压来为负载供电。

如进一步所示，图11中的电源100可选地包括相电流平衡器1155。如前所述，第一电源相170-1向负载118供应第一输出电流149-1；第二电源相170-2向负载118供应第二输出电流149-2。

基于第一输出电流149-1的大小、第二输出电流149-2的大小、第三输出电流149-3的大小等，相电流平衡器1155(例如，电流监测器)经由调节操作第一电源相170-1、第二电源相170-2、第三电源相170-3等中的每个的开关频率(由信号466指示的)来平衡每个输出电流。例如，响应于相电流平衡器1155检测到第一输出电流149-1、第二输出电流149-2、第三输出电流149-3等的大小的不期望的不平衡，相电流平衡器经由调节开关频率(开关周期信号466)来改变操作电源100的开关频率。

更具体地，在一个实施例中，响应于检测到不平衡，相电流平衡器1155将调节信号1156输入到加法器463中。调节信号463引起开关频率(由信号466指示的开关周期)的变化，从而导致来自相应电源相170-1、170-2、170-3等中的每个的输出电流149-1、149-2、149-3等的大小的变化。

一般而言，如本文中描述的电流模式控制本质上平衡对应电源相的电感器中的相电流。这确保了低速相电流平衡。

在一个实施例中，一个问题是在高频电流消耗振荡期间，随着振荡速率接近PWM开关速率，一些电源相可能会被锁定以供应比其他相更多的功率，从而导致相电流不平衡。如前所述，如果与每个电源相相关联的个体相电流开始彼此发散，则使用高速相平衡器(相电流平衡器1155)来校正这种高频/速度不平衡，该高速相平衡器修改开关周期466。

图12是示出根据本文中的实施例的电流模拟的示例图。

在一个实施例中，如图11所示，合成的电感器电流用于内部PI控制功能回路，以与来自PID控制功能或其他合适实体的控制电流进行比较。合成电感器电流是通过校正模拟电流波形生成的。模拟电感器电流是通过使用先前的合成值并且基于一个或多个参数(诸如与相应电源相相关联的电流PWM状态、Vin、Vout和电感器值Lx)计算电感器电流的变化来生成的。

更具体地，在图11中的该示例实施例中，监测系统1125包括相应电流监测功能1125-X1(每个电源相有一个电路)，该电流监测功能用于监测/确定/计算由相应电源相170-1，170-2等中的每个供应的电流并且产生与电源相170-1、170-2、170-3等相对应的相应合成电流值1125x，其中x是整数，例如1、2、3、4等。

在该示例实施例中，输出信号1125-x(例如，当x＝1时用于电源相170-1的输出信号1125-1，例如当x＝2时用于电源相170-2的输出信号1125-2，例如当x＝3时用于电源相170-1的输出信号1125-3等)表示由对应相X供应给负载118的估计电流量。数模转换器1256-x接收输出信号1125-x并且将其从数字信号转换为供应给加法器1265-x的模拟信号1125-Ax。

输入信号1225-x表示与对应相x相关联的原始测量电流149-x(以任何合适的方式测量)。

加法器1265-x接收与相x相关联的模拟信号1125-ax和测量相电流1225-x的样本。加法器1265-x基于相x的新接收的测量相电流1225-x的样本与相电流误差信号1125-ax之间的差异产生相电流误差信号1255-x。

如进一步所示，模数转换器1245-x将接收的相电流误差信号1255-x转换为供应给控制功能1235-x的模拟相电流误差信号1260-x。

控制功能1235-x(例如，PI控制器功能、传递功能、滤波器功能或其他合适的实体)将模拟相电流误差信号1260-x转换为相应信号1270-x。

进一步注意，电流监测功能1125-X1还包括模拟器1200-x。模拟器1200-x基于一个或多个值生成模拟电流信号1272-x，例如合成电流值1125-x的先前样本、脉宽调制控制信号PWMx、输入电压125(Vin)、输出电流123(Vout)和相应相电感器144-x的电感Lx。

加法器1275-x基于信号1270-x和模拟电流信号1272-x的相应样本的总和产生当前样本电流1125-x(例如，Isynth-x)。

因此，本文中的实施例包括电流监测功能1125-X1：i)接收电流测量信号(例如，信号1225-x)，该信号近似于由电源相供应给负载的输出电流的大小，以及ii)至少部分基于相电流输入信号1225-x导出实际电流信号1125-x。

图13是示出根据本文中的实施例的双边脉宽调制控制器的示例图。

如图13所示的双边PWM为欠压和过压瞬态负载(电流消耗)情况提供了最快的响应。例如，本文中的实施例包括用于欠压瞬变的快速上升沿响应和用于过压瞬变的快速下降沿响应。

如下面进一步讨论的，相x的Rampx(又称为信号1322-x)从斜坡发生器计数器1320-x输出。如前所述，x是整数值，其指示一个电源相170-1、电源相170-2等。与信号1322-x相关联的斜坡周期的持续时间通过由加法器463提供的开关频率(1/Tsw)来确定。

PWx(例如，PW1、PW2等)表示相x的相应脉宽设置，并且由如前所述的PID/非线性控制功能(例如，控制功能544或其他合适的实体)生成。

在一个实施例中，当Rampx(由计数器1320-x生成的信号1322-x)与信号1321-x(N/2+PWx/2)相交时，信号PWMx变高。此时，第二计数器1355-x(计数器2)启动，其计数到设置PWx。在达到PWx计数之后，PWMx信号复位为逻辑低。在一个实施例中，可选的插值器1370-x用于获取比一个或多个系统时钟(例如，CLK1、CLK2、CLK3等)所允许的分辨率更精细的PWMx接通时间。

更具体地，在一个非限制性示例实施例中，PWM发生器145被配置为包括多个相x＝1、2、3等中的每个的相应脉宽调制发生器功能145x。即，每个脉宽调制发生器功能145-x包括计数器1320-x、比较器1325-x、单次信号发生器1330-x、SR触发器1335-x、计数器1355-x、比较器1360-x和插值器1370x。

该示例实施例中的PWM发生器功能145-x是基于计数器的。例如，输入参数Fsw(开关频率1302)控制频率等于1/SW周期，其中周期等于信号466(Tsw)。计数器1320-x关闭时钟CLK1。在操作期间，计数器1320-x在每个开关周期开始时被重置为N-1个计数值。计数器1320-x在由信号1302指示的相应开关周期结束时递减到0。

比较器1325-x将由计数器1320-x产生的斜坡信号1322-x的大小与诸如N/2+PWx/2等阈值1321-x进行比较，其中N/2表示开关周期的中点，并且其中PWx/2是为相应第x电源相而产生的脉宽设置除以2。

斜坡信号1322-x在开关周期开始时从计数值N-1开始，并且在开关周期结束时递减到0(由信号466指示的)。在一个实施例中，脉宽设置PW的值相对于N值被归一化。例如，脉宽设置PW设置的范围从值0到N。

在这种情况下，脉宽设置PWx设置为值N表示用于激活相应相的高压侧开关电路系统的100％的占空比；脉宽设置PWx设置为值0.75*N表示用于激活相应相的高压侧开关电路系统的75％的占空比；脉宽设置PWx设置为值0.5*N表示用于激活相应相的高压侧开关电路系统的50％占空比；脉宽设置PWx设置为值0.2*N表示用于激活相应相的高压侧开关电路系统的20％的占空比；等等。

因此，在该示例实施例中，当斜坡信号1322-x小于信号1321-x的大小(例如N/2+PWx/2)时，比较器1325-x改变控制信号1327-x的逻辑状态(例如，产生上升沿或下降沿)，其中N/2是偏移，脉宽设置PWx除以2。

在该示例实施例中，来自比较器1325-x的输出1327-x(例如，对应边沿)使单次信号发生器1330-x产生输出1333-x，输出1333-x设置SR触发器1335-x(设置Q＝逻辑高)并且将接通时间计数器1355-x清零(PWMx信号控制与相应相x的高压侧开关电路系统相关联的接通持续时间Ton)。

如进一步所示，当比较器1360-x检测到由接通时间计数器1355-x产生的计数值1357-x等于或超过相应阈值1358-x(例如，信号PWx)时，比较器1360-x产生相应控制信号1362-x以复位SR触发器1335-x，从而使具有控制信号1339-1的脉冲再次变为逻辑低。

在一个实施例中，可选的插值器1370-x基于信号1368-x和控制信号1339-1将控制信号PWMx的控制微调到逻辑低状态，从而导致断开在相X中的相应高压侧开关电路系统并且打开相应相x中的低压侧开关电路系统。

注意，PWM发生器功能145-x针对相应相x的操作在每个控制周期重复，使得输入Fsw设置生成的PWMx控制信号的开关周期；阈值电平1358-x(例如，脉宽控制信息PWx)用调制控制信号PWMx设置/控制脉冲的脉宽和有效占空比。生成相应脉宽调制控制信号PWMx的细节在图14中示出。

图14是示出根据本文中的实施例的双边脉宽调制的示例时序图。

在该实施例中，如时序图1400所示，计数器1320-x以如前所述的方式产生斜坡信号1322-x。例如，对于控制周期#1，斜坡信号1322-x在时间T0以N-1的计数开始，并且在对应开关周期(Tsw)内在时间T4递减到0，此时斜坡信号1322x再次重置为值N-1。

如前所述，控制器140基于误差电压132的大小改变脉宽调制信号PWMx的开关频率。因此，在一个实施例中，脉宽调制信号PWx和PWMx随时间变化。

在另外的示例实施例中，脉宽调制发生器功能145-x从脉宽设置信息138中导出脉宽信号PWx。脉宽信号PWx表示/捕获用于激活对应电源相x中的高压侧开关电路系统以将输入电压125转换为输出电压123的时间量。如图14所示，相x的脉宽设置信息138(例如，值PWx)的大小在相应控制周期#1内随时间变化。

如进一步所示，在一个实施例中，信号PWx/2偏移值N/2以产生信号1321-x(例如，PWx/2+N/2)。偏移N/2通常将PWMx信号的脉宽接通部分偏向控制周期#1的中央。

如前所述，比较器1325-x将斜坡信号1322-x的大小与信号1321-x(例如，PWx/2+N/2)进行比较。响应于在时间T1检测到斜坡信号1322-x的大小小于信号1321-x(例如，PWx/2+N/2)，脉宽调制发生器功能145-x将PWMx控制信号从逻辑低转变到逻辑高。因此，控制信号PWx的大小控制激活与相x相关联的相应高压侧开关电路系统的上升沿。

此外，如前所述，信号1357-x在时间T1斜升。比较器1360-x将斜坡信号1357-x的大小与信号1358-x(例如，PWx)进行比较。响应于在时间T3检测到信号1358-x(例如，PWx)的大小小于由计数器1355-x生成的信号1357-x，脉宽调制发生器功能145-x在时间T3将PWMx控制信号从逻辑高转变为逻辑低。因此，脉宽调制发生器功能145-x在时间T3控制控制信号PWMx的下降沿。

在一个实施例中，控制器140基于控制信号PWx的大小在时间T1到T3之间将与相x相关联的相应高压侧开关电路系统激活到接通状态。控制器140基于控制信号PWx的大小在时间T1到T3之间将与相x相关联的相应低压侧开关电路系统停用到断开状态。

控制器140在时间T0到T1之间以及在时间T3到T4之间将与相x相关联的相应低压侧开关电路系统激活到接通状态。控制器140在时间T0到T1之间以及在时间T3到T4之间将与相x相关联的相应高压侧开关电路系统停用到断开状态。

注意，在一实施例中，脉宽设置PWx的大小在脉宽调制信号PWMx的脉宽接通时间(例如，在时间T1到T3之间)期间改变。例如，在一个实施例中，在第一控制周期#1内在脉宽调制信号PWMx的上升沿(例如，时间T1)脉宽设置PWx的大小为第一脉宽值；在第一控制周期内在脉宽调制信号PWMx的下降沿(例如，时间T3)脉宽设置值PWx的大小为第二脉宽值。在该示例实施例中，第二脉宽值(例如，时间T3的PWx的大小)不同于第一脉宽值(例如，时间T1的PWx的大小)。脉宽信号PWx的这些变化以及由脉宽调制发生器功能145-x基于相x的脉宽设置的大小而提供的对应新颖控制提供了更快的响应时间以适应瞬态负载情况。

如前所述，本文中的又一示例实施例包括基于从电源相供应给负载的输出电流的大小与相电流设定点之间的差异来产生误差电流信号。基于误差电流信号的大小，控制器140控制控制相应电源相x的脉宽调制信号PWMx的脉宽设置PWx。如前所述，控制器140根据脉宽设置PWx的大小的变化来在多个控制周期中的每个控制周期内改变脉宽调制信号PWMx的脉宽接通时间(例如，在时间T1到时间T3之间)的上升沿和下降沿。

图15是示出根据本文中的实施例的双边脉宽调制的示例时序图。

在该实施例中，如时序图1500所示，计数器1320-x产生斜坡信号1322-x。对于控制周期#2，斜坡信号1322-x在时间T10以计数N-1开始并且在对应开关周期(Tsw)内递减直到时间T14，此时斜坡信号1322-x从零再次复位为值N-1。

如进一步所示，信号PWx/2偏移值N/2以产生信号1321-x(例如，PWx/2+N/2)。偏移值N/2通常将PWMx信号的脉宽接通部分偏向控制周期#2的中央。

如前所述，比较器1325-x将斜坡信号1322-x的大小与信号1321-x(例如，PWx/2+N/2)进行比较。响应于在时间T11检测到斜坡信号1322-x的大小小于信号1321-x(例如，PWx/2+N/2)，脉宽调制发生器功能145-x将PWMx控制信号从逻辑低转变到逻辑高。因此，控制信号PWx的大小控制激活与相x相关联的相应高压侧开关电路系统的上升沿。

此外，如前所述，信号1357-x在时间T11开始斜升。比较器1325-x将信号1357-x(来自计数器1355-x)的大小与信号1358-x(例如，PWx)进行比较。响应于在时间T13检测到信号1358-x(例如，PWx)的大小小于或等于由计数器1355-x生成的信号1357-x，脉宽调制发生器功能145-x将PWMx控制信号从逻辑高转变为逻辑低。因此，控制信号PWx的大小控制在时间T13激活与相x相关联的相应高压侧开关电路系统的下降沿。

如前所述，在一个实施例中，控制器140基于控制信号PWx的大小在时间T11到T13之间将与相x相关联的相应高压侧开关电路系统激活到接通状态。控制器140基于控制信号PWx的大小在时间T11到T13之间将与相x相关联的相应低压侧开关电路系统停用到断开状态。

控制器140在时间T10到T11之间以及在时间T13到T14之间将与相x相关联的相应低压侧开关电路系统激活到接通状态。控制器140在时间T10到T11之间以及在时间T13到T14之间将与相x相关联的相应高压侧开关电路系统停用到断开状态。

图16是示出根据本文中的实施例的与对应电源相相关联的多个双边沿脉宽调制控制信号的生成的示例时序图。

在该示例实施例中，控制器140激活四个电源相170-1、170-2、170-3和170-4。脉宽调制信号PWM1、PWM2、PWM3等中的每个在时间上偏移以减少输出电压123上的纹波电压。

例如，由与电源相170-1相关联的计数器1320-1生成的斜坡信号1322-1从时间T21倒计时到时间T28。以如前所述的方式，与电源相170-1相关联的相应脉宽调制发生器功能145-1生成脉宽调制信号PWM1的上升沿以在时间T23出现；脉宽调制发生器功能145-1生成脉宽调制信号PWM1的下降沿以在时间T26出现。

由与电源相170-2相关联的计数器1320-2生成的斜坡信号1322-2从时间T22倒计时到时间T30。以如前所述的方式，与电源相170-2相关联的相应脉宽调制发生器功能145-2生成脉宽调制信号PWM2的上升沿以在时间T25出现；脉宽调制发生器功能145-2生成脉宽调制信号PWM2的下降沿以在时间T27出现。

由与电源相170-3相关联的计数器1320-3生成的斜坡信号1322-3从时间T24倒计时到时间T32。以如前所述的方式，与电源相170-3相关联的相应脉宽调制发生器功能145-3生成脉宽调制信号PWM3的上升沿以在时间T27出现；脉宽调制发生器功能145-3生成脉宽调制信号PWM3的下降沿以在时间T28出现。

由与电源相170-4相关联的计数器1320-4生成的斜坡信号1322-4从时间T27倒计时到时间T33。以如前所述的方式，与电源相170-4相关联的相应脉宽调制发生器功能145-4生成脉宽调制信号PWM4的上升沿以在时间T29出现；脉宽调制发生器功能145-4生成脉宽调制信号PWM4的下降沿以在时间T31出现。

以这种方式，控制器140基于脉宽设置PW1、PW2、PW3等的变化个体地控制脉宽调制信号PWM1、PWM2、PWM3等。另外，控制器140以如前所述的方式改变脉宽调制信号PWM1、PWM2等中的每个的开关周期。

图17是示出执行根据本文中的实施例的方法的计算机处理器硬件和相关软件指令的示例图。

如图所示，本示例的计算机系统900(例如，由本文中描述的一个或多个资源中的任何一个实现的，例如误差电压发生器141、控制功能142、PWM发生器143等)包括互连911，互连911耦合计算机可读存储介质912(诸如可以在其中存储和检索数字信息的非暂态类型的介质(或硬件存储介质))、处理器913(例如，计算机处理器硬件，诸如一个或多个处理器设备)、I/O接口914和通信接口917。

I/O接口914提供到任何合适的电路系统或组件(诸如相170)的连接。

计算机可读存储介质912可以是任何硬件存储资源或设备，诸如存储器、光存储、硬盘驱动器、软盘等。在一个实施例中，计算机可读存储介质912存储由控制器应用140-1使用以执行如本文中描述的任何操作的指令和/或数据。

此外，在该示例实施例中，通信接口917使得计算机系统900和处理器913能够通过诸如网络190等资源进行通信以从远程源检索信息并且与其他计算机通信。

如图所示，计算机可读存储介质912被编码有由处理器913执行的控制器应用140-1(例如，软件、固件等)。控制器应用140-1可以被配置为包括用于实现本文中讨论的任何操作的指令。

在一个实施例的操作期间，处理器913经由使用互连911来访问计算机可读存储介质912，以便启动、运行、实施、解释或以其他方式执行存储在计算机可读存储介质912上的控制器应用140-1中的指令。

控制器应用140-1的执行在处理器913中产生诸如控制器进程140-2等处理功能。换言之，与处理器913相关联的控制器进程140-2表示在计算机系统900中的处理器913内或上执行控制器应用140-1的一个或多个方面。

根据不同实施例，注意，计算机系统900可以是被配置为控制电源并且执行如本文中描述的任何操作的微控制器设备、逻辑、硬件处理器、混合模拟/数字电路系统等。

现在将经由图18中的流程图1800和图1900中的流程图来讨论由不同资源支持的功能。注意，以下流程图中的步骤可以按任何合适的顺序执行。

图18是示出根据本文中的实施例的控制功率转换器的方法的示例图。

在处理操作1810中，控制器140经由来自电源的至少一个电源相(相电路系统170)的输出电流149的供应来产生输出电压123以为负载118供电。

在处理操作1820中，控制器140基于指示输出电压123与设定点电压131之间的差异的误差电压信号132来生成开关周期调节信号135-1。

在处理操作1830中，控制器140从误差电压信号132中导出电流控制信号137。

在处理操作1840中，控制器140基于开关周期调节信号135-1和电流控制信号137生成(例如，调制)第一电源相的脉宽调制信号。

图19是示出根据本文中的实施例的控制功率转换器的方法的示例图。

在处理操作1910中，控制器140通过从至少一个电源相170-1供应相电流来产生输出电压123以为负载118供电。

在处理操作1920中，控制器140基于从电源相170-1供应给负载118的输出电流525-1的大小与相电流设定点(由信号561指示的)之间的差异来产生误差电流信号521。

在处理操作1930中，基于误差电流信号521的大小，控制器140控制控制电源相170-1的脉宽调制信号PWM1的脉宽设置PW1。

在处理操作1940中，控制器140根据脉宽设置PW1的大小随时间的变化在多个控制周期中的每个控制周期内改变脉宽调制信号PWM1的脉宽接通时间(PW1)的上升沿和下降沿。

图20是示出根据本文中的实施例的控制系统(例如，电路)的组装的示例图。

在该示例性实施例中，组装器2040接收基板2010和电源100的对应组件，例如控制器140和相应相电路系统170中的一个或多个，相电路系统170例如包括一个或多个电源相170-1、170-2、170-3等。控制器140和电源相中的每个可以被配置为包括如前所述的组件。组装器2040将控制器140和电源相电路系统170固定(耦合)到基板2010。

通过如本文中描述的一个或多个相应电路路径(例如，迹线、电缆、布线等)，制造商2040在与电源100相关联的一个或多个组件之间提供连接2024，例如在控制器140与电源相电路系统170之间。进一步注意，诸如控制器140和对应电源相组件等组件可以以任何合适的方式固定或耦合到基板2010。例如，电源100和/或控制器140中的组件中的一个或多个可以焊接到基板2010，插入设置在基板2010上的插座，等等。

此外，在一个实施例中，基板2010是可选的。如上图所示和如本文中描述的一个或多个电路路径或连接中的任何一个可以被设置在电缆、柔性基板或其他合适的介质中。

在一个非限制性示例实施例中，电源100和/或组件设置在其自己的组件上，独立于基板2010；负载118的基板经由诸如电线、电缆、链路等链路2022直接或间接连接到基板2010。控制器140或电源100的任何部分可以设置在也插入基板2010的插座中的独立较小板上。

如前所述，经由一个或多个电路路径2022(例如，一个或多个迹线、电缆、连接器、电线、导体、导电路径等)，组装器2040将电源100和对应组件耦合到负载118。在一个实施例中，电路路径2022将电流从输出电压123传送到负载118。

因此，本文中的实施例包括一种系统，该系统包括：基板2010(诸如电路板、独立板、母板、旨在耦合到母板的独立板、主机等)；包括如本文中描述的对应的一个或多个组件的电源100。

注意，负载118可以是任何合适的电路或硬件，诸如一个或多个CPU(中央处理单元)、GPU(图形处理单元)和ASIC(专用集成电路，诸如包括一个或多个人工智能加速器的专用集成电路)，它们可以位于基板2010上或设置在远程位置。

再次注意，本文中的技术非常适合用于提供更高效的输出电压生成以驱动相应负载。然而，应当注意，本文中的实施例不限于在这样的应用中使用，并且本文中讨论的技术也很好地适用于其他应用。

基于本文中阐述的描述，已经阐述了很多具体细节以提供对要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践要求保护的主题。在其他情况下，普通技术人员已知的方法、装置、系统等没有被详细描述，以免混淆要求保护的主题。详细描述的某些部分已经根据对存储在计算系统存储器(诸如计算机存储器)内的数据位或二进制数字信号的运算的算法或符号表示来呈现。这些算法描述或表示是数据处理领域的普通技术人员用来向本领域其他技术人员传达他们工作的实质的技术的示例。本文中描述的算法通常被认为是导致期望结果的自洽操作序列或类似处理。在这种情况下，操作或处理涉及物理量的物理操作。通常，尽管不是必须，这样的量可以采用能够被存储、传输、组合、比较或以其他方式操纵的电或磁信号的形式。有时，主要是出于常用的原因，将这样的信号称为位、数据、值、元素、符号、字符、术语、数目、数字等是很方便的。然而，应当理解，所有这些和类似的术语都与适当的物理量相关联并且仅仅是方便的标签。除非另外特别说明，否则如从以下讨论中很清楚的，可以理解，贯穿本说明书的讨论使用诸如“处理”、“计算(computing)”、“计算(calculating)”、“确定”等术语是指诸如计算机或类似的电子计算设备等计算平台操纵或变换数据的动作或过程，该数据在计算平台的存储器、寄存器或其他信息存储设备、传输设备或显示设备内表示为物理电子或磁量。

虽然本发明已经参考其优选实施例被具体地示出和描述，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出各种改变。这样的变化旨在被本申请的范围覆盖。因此，本申请的实施例的前述描述不旨在限制。相反，对本发明的任何限制在所附权利要求中给出。

Claims (40)

1.一种装置，包括：

电源控制器，可操作为：

经由来自电源的至少一个电源相的输出电流的供应来产生输出电压以为负载供电；

基于指示所述输出电压与设定点电压之间的差异的误差电压生成开关周期调节信号；

从所述误差电压中导出电流控制信号；以及

基于所述开关周期调节信号和所述电流控制信号生成第一电源相的脉宽调制信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源控制器可操作为：

基于所述误差电压生成电流调节信号；

从所述误差电压和所述电流调节信号中导出所述电流控制信号；以及

基于所述开关周期调节信号和所述电流控制信号生成所述第一电源相的所述脉宽调制信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源控制器可操作为：

基于所述电流控制信号和指示所述电源中存在的电源相的数目的值产生第一相电流控制信号；

基于所述第一相电流控制信号与指示由所述第一电源相供应的第一输出电流的第一电流消耗信号之间的差异产生第一误差电流信号；

从所述第一误差电流信号中导出第一脉宽设置；以及

基于所述第一脉宽设置生成所述第一电源相的所述脉宽调制信号。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述电源控制器可操作为：

基于所述电流控制信号和指示所述电源中存在的电源相的数目的值产生第二相电流控制信号；

基于所述第二相电流控制信号与指示由所述第二电源相供应的第二输出电流的第二电流消耗信号之间的差异产生第二误差电流信号；

从所述第二误差电流信号中导出第二脉宽设置；以及

基于所述第二脉宽设置生成所述第二电源相的所述脉宽调制信号。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源控制器可操作为：

i)基于所述电流控制信号与指示所述输出电流的总和的电流消耗信号之间的差异产生误差电流信号；

ii)从所述误差电流信号中导出脉宽设置；以及

iii)将所述脉宽设置应用于所述脉宽调制信号。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述电源控制器还可操作为：i)产生标称脉宽接通时间信号；ii)从所述误差电流信号中导出脉宽接通时间调节信号；以及iii)将所述脉宽接通时间调节信号应用于所述标称脉宽接通时间信号以控制所述脉宽调制信号的脉宽。

7.根据权利要求5所述的装置，其中所述电流控制信号指示将由所述第一电源相和所述第二电源相的组合供应给所述负载的总目标输出电流、总和目标输出电流或平均目标输出电流。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源控制器还可操作为：i)产生标称开关周期；以及ii)将所述开关周期调节信号应用于所述标称开关周期以控制所述脉宽调制信号的开关周期。

9.根据权利要求2所述的装置，其中所述电源控制器还可操作为基于所述误差电压的大小生成所述开关周期调节信号和所述电流调节信号。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源控制器被配置为在基于所述误差电压生成所述脉宽调制信号的非线性可变频率控制模式下操作。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一电源相向所述负载供应第一输出电流，所述装置还包括：

由所述电源控制器控制的第二电源相，所述第二电源相可操作为向所述负载供应第二输出电流，

电流监测器，可操作为：基于所述第一输出电流和所述第二输出电流的大小，经由对操作所述第一电源相和所述第二电源相的开关频率的调节，来平衡所述第一输出电流和所述第二输出电流的大小。

12.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源控制器还可操作为从所述电流控制信号中导出脉宽接通时间调节信号；以及

基于所述开关周期调节信号和所述脉宽接通时间调节信号改变所述脉宽调制信号。

13.根据权利要求2所述的装置，其中所述电源控制器还可操作为响应于检测到所述输出电流的变化或被供应到动态负载的所述输出电压的变化而生成所述电流调节信号和所述开关周期调节信号。

14.根据权利要求2所述的装置，其中所述电源控制器还可操作为响应于所述误差电压大于阈值而生成所述电流调节信号和所述开关周期调节信号。

15.根据权利要求2所述的装置，其中所述电源控制器包括：

第一比例微分PD控制器功能，可操作为将所述误差电压转换为所述开关周期调节信号；以及

第二比例微分PD控制器功能，可操作为将所述误差电压转换为所述电流调节信号。

16.根据权利要求2所述的装置，其中所述电源控制器包括：

第一控制器功能，可操作为从所述误差电压产生所述开关周期调节信号；以及

第二控制器功能，可操作为从所述误差电压产生所述电流调节信号。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述电源控制器还包括：

加法器，可操作为基于所述电流控制信号与电流消耗信号之间的差异产生误差电流信号，所述电流消耗信号表示由所述第一电源相供应用于为负载供电的所述输出电流的大小。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述电源控制器包括：

第三控制器功能，可操作为将所述误差电流信号转换为脉宽接通时间调节信号；以及

脉宽调制发生器，可操作为基于所述开关周期调节信号和所述脉宽接通时间调节信号产生所述脉宽调制信号。

19.一种方法，包括：

经由来自电源的至少一个电源相的输出电流的供应来产生输出电压以为负载供电；

基于指示所述输出电压与设定点电压之间的差异的误差电压生成开关周期调节信号；

从所述误差电压中导出电流控制信号；以及

基于所述开关周期调节信号和所述电流控制信号生成第一电源相的脉宽调制信号。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

基于所述误差电压生成电流调节信号；

从所述误差电压和所述电流调节信号中导出所述电流控制信号；以及

基于所述开关周期调节信号和所述电流控制信号生成所述第一电源相的所述脉宽调制信号。

21.根据权利要求19所述的方法，还包括：

基于所述电流控制信号和指示所述电源中存在的电源相的数目的值产生第一相电流控制信号；

基于所述第一相电流控制信号与指示由所述第一电源相供应的第一输出电流的第一电流消耗信号之间的差异产生第一误差电流信号；

从所述第一误差电流信号中导出第一脉宽设置；以及

基于所述第一脉宽设置生成所述第一电源相的所述脉宽调制信号。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括：

基于所述电流控制信号和指示所述电源中存在的电源相的数目的值产生第二相电流控制信号；

基于所述第二相电流控制信号与指示由所述第二电源相供应的第二输出电流的第二电流消耗信号之间的差异产生第二误差电流信号；

从所述第二误差电流信号中导出第二脉宽设置；以及

基于所述第二脉宽设置生成所述第二电源相的所述脉宽调制信号。

23.根据权利要求19所述的方法，还包括：

i)基于所述电流控制信号与指示所述输出电流的大小的电流消耗信号之间的差异产生误差电流信号；

ii)从所述误差电流信号中导出脉宽设置；以及

iii)将所述脉宽设置应用于所述脉宽调制信号。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括：

产生标称脉宽接通时间信号；

从所述误差电流信号中导出脉宽接通时间调节信号；以及

将所述脉宽接通时间调节信号应用于所述标称脉宽接通时间信号以控制所述脉宽调制信号的脉宽。

25.根据权利要求23所述的装置，其中所述电流控制信号指示将由所述第一电源相和所述第二电源相的组合供应给所述负载的总目标输出电流。

26.根据权利要求18所述的装置，还包括：

产生标称开关周期；以及

将所述开关周期调节信号应用于所述标称开关周期以控制所述脉宽调制信号的开关周期。

27.根据权利要求20所述的方法，还包括：

基于所述误差电压的大小和斜率生成所述开关周期调节信号和所述电流调节信号。

28.根据权利要求19所述的方法，还包括：在基于所述误差电压生成所述脉宽调制信号的非线性可变频率控制模式下操作。

29.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一电源相向所述负载供应第一输出电流，所述方法还包括：

经由第二电源相向所述负载供应第二输出电流，

基于所述第一输出电流和所述第二输出电流的大小，经由对操作所述第一电源相和所述第二电源相的开关频率的调节，来平衡所述第一输出电流和所述第二输出电流的大小。

30.根据权利要求19所述的方法，还包括：

从所述电流控制信号中导出脉宽接通时间调节信号；以及

基于所述开关周期调节信号和所述脉宽接通时间调节信号改变所述脉宽调制信号。

31.根据权利要求20所述的方法，还包括：

响应于检测到由所述输出电压供应给动态负载的所述输出电流的变化而生成所述电流调节信号和所述开关周期调节信号。

32.根据权利要求20所述的方法，还包括：

响应于所述误差电压大于阈值而生成所述电流调节信号和所述开关周期调节信号。

33.根据权利要求20所述的方法，还包括：

经由第一比例微分PD控制器功能将所述误差电压转换为所述开关周期调节信号；以及

经由第二比例微分PD控制器功能将所述误差电压转换为所述电流调节信号。

34.根据权利要求20所述的方法，还包括：

经由第一控制器功能从所述误差电压产生所述开关周期调节信号；以及

经由第二控制器功能从所述误差电压产生所述电流调节信号。

35.根据权利要求34所述的方法，还包括：

基于所述电流控制信号与电流消耗信号之间的差异产生误差电流信号，所述电流消耗信号表示由所述第一电源相供应用于为负载供电的所述输出电流的大小。

36.根据权利要求35所述的方法，还包括：

经由第三控制器功能将所述误差电流信号转换为脉宽接通时间调节信号；以及

经由脉宽调制发生器基于所述开关周期调节信号和所述脉宽接通时间调节信号产生所述脉宽调制信号。

37.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质具有被存储于其上的指令，所述指令在由计算机处理器硬件执行时使所述计算机处理器硬件：

经由来自电源的至少一个电源相的输出电流的供应来产生输出电压以为负载供电；

基于指示所述输出电压与设定点电压之间的差异的误差电压生成开关周期调节信号；

从所述误差电压中导出电流控制信号；以及

基于所述开关周期调节信号和所述电流控制信号生成第一电源相的脉宽调制信号。

38.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源控制器可操作为：

基于所述电流控制信号和指示所述电源中存在的电源相的数目的值产生第一相电流控制信号；

从所述第一相电流控制信号中导出第一脉宽设置；以及

基于所述第一脉宽设置生成所述第一电源相的第一脉宽调制信号。

39.根据权利要求19所述的方法，还包括：

基于所述电流控制信号和指示所述电源中存在的电源相的数目的值产生第一相电流控制信号；

从所述第一相电流控制信号中导出第一脉宽设置；以及

基于所述第一脉宽设置生成所述第一电源相的第一脉宽调制信号。

40.根据权利要求2所述的装置，其中所述电源控制器还可操作为基于所述误差电压的斜率生成所述开关周期调节信号和所述电流调节信号。

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