CN116995896A - 多相开关变换器及其控制电路和控制方法 - Google Patents

多相开关变换器及其控制电路和控制方法 Download PDF

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Abstract

公开了多相开关变换器及其控制电路和控制方法。该控制方法包括：提供主控制信号至主开关电路；在加相操作下，将主控制信号进行分频以提供占空比为0.5的脉冲信号；对于每一相将被启用的从开关电路：基于将被启用的从开关电路的相数来设置充电电流和放电电流的比值；响应于脉冲信号的逻辑高，利用充电电流对第一电容器充电，利用放电电流对第二电容器放电；响应于脉冲信号的逻辑低，利用放电电流对第一电容器放电，利用充电电流对第二电容器充电；将第一电容器两端的电压与第二电容器两端的电压进行比较；以及基于比较结果产生置位信号以导通相应的将被启用的从开关电路的开关管。该控制方法提高了多相开关变换器的瞬态响应性能。

Description

多相开关变换器及其控制电路和控制方法
技术领域
本发明的实施例涉及电子电路，更具体地说，尤其涉及多相开关变换器及其控制电路和控制方法。
背景技术
在多相开关变换器(例如多相降压变换器)中，多个具有开关管和电感器的开关电路并联耦接，各相开关电路错相运行。该多个开关电路的输出端耦接在一起以提供总输出电流。根据电子设备应用功率需求的不同，多相开关变换器可以包括一相、两相、三相或多相开关电路。在电子设备的运行过程中，其功率需求的变化可能很大，为了满足功率需求的变化，可以通过增加或减少进行功率运行的开关电路的相数来调节多相开关变换器所提供的电流。当负载电流很小时，多相开关变换器中仅有一相开关电路进行功率运行，从而将能量传递至负载。然而，若此时负载电流出现瞬态上升，由于估计平均PWM信号会导致巨大RC时间延迟(高达1mS)，多相开关变换器将不能快速增加进行功率运行的开关电路的相数，导致输出电压出现较大下冲和缓慢的负载瞬态响应。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种多相开关变换器及其控制电路和控制方法，能够提高多相开关变换器的瞬态响应性能。
根据本发明的一实施例，公开了一种用于多相开关变换器的控制电路，其中多相开关变换器包括将输入电压转换为输出电压的多相开关电路，该多相开关电路包括主开关电路和至少一相将被启用的从开关电路，该控制电路包括：主控制器，提供主控制信号以控制主开关电路的开关管；脉冲发生器，在加相操作下，将主控制信号进行分频以产生占空比为0.5的脉冲信号；至少一相从控制器，每一相从控制器产生一从控制信号以控制相应的一相将被启用的从开关电路的开关管，其中每一相从控制器包括：第一电路，响应于脉冲信号的逻辑高，利用充电电流对第一电容器充电，利用放电电流对第二电容器放电，其中充电电流与放电电流的比值基于将被启用的从开关电路的相数来设置；第二电路，响应于脉冲信号的逻辑低，利用充电电流对第二电容器充电，利用放电电流对第一电容器放电；以及比较电路，将第一电容器两端的第一电压与第二电容器两端的第二电压进行比较，产生置位信号以导通相应的一相将被启用的从开关电路的开关管。
根据本发明的另一实施例，公开了一种多相开关变换器，包括：多相开关电路，包括主开关电路和至少一相将被启用的从开关电路；以及如前所述的控制电路。
根据本发明的又一实施例，公开了一种用于多相开关变换器的控制方法，其中多相开关变换器包括将输入电压转换为输出电压的多相开关电路，该多相开关电路包括主开关电路和至少一相将被启用的从开关电路，每一相将被启用的从开关电路包括第一电容器和第二电容器，该控制方法包括：提供主控制信号至主开关电路；在加相操作下，将主控制信号进行分频以提供脉冲信号，其中脉冲信号的占空比为0.5；对于每一相将被启用的从开关电路：基于将被启用的从开关电路的相数来设置充电电流和放电电流的比值；响应于脉冲信号的逻辑高，利用充电电流对第一电容器充电，利用放电电流对第二电容器放电；响应于脉冲信号的逻辑低，利用放电电流对第一电容器放电，利用充电电流对第二电容器充电；将第一电容器两端的第一电压与第二电容器两端的第二电压进行比较；以及基于比较结果产生置位信号以导通相应的一相将被启用的从开关电路的开关管。
根据本发明的实施例，基于将被启用的从开关电路的相数来设置一充电电流和一放电电流的比值，利用充电电流和放电电流分别对第一电容器和第二电容器进行充放电，进而产生用于导通相应的从开关电路的开关管的置位信号，可以快速地增加进行功率运行的开关电路的相数，提高多相开关变换器的瞬态响应性能。
附图说明
为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：
图1示出了根据本发明一实施例的多相开关变换器100的原理图；
图2示出了根据本发明一实施例的用于多相开关变换器的加相控制电路30A和脉冲发生器40A的电路结构示意图；
图3示出了根据本发明一实施例的两相开关变换器100A，其中两相开关变换器100A处于加相操作并且增加了一相从开关电路；
图4示出了根据本发明一实施例的图3所示的两相开关变换器100A的信号波形图；
图5示出了根据本发明一实施例的用于图3所示的两相开关变换器100A的从控制器22B；
图6示出了根据本发明一实施例的用于三相开关变换器的第二相控制器22C和第三相控制器23C，其中三相开关变换器处于加相操作并且增加了两相从开关电路；
图7示出了根据本发明一实施例的处于加相操作并且增加了两相从开关电路的三相开关变换器的信号波形图；
图8示出了根据本发明一实施例的处于加相操作并且增加了三相从开关电路的四相开关变换器的信号波形图；
图9示出了根据本发明一实施例的处于加相操作的多相开关变换器的控制方法600的流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。相同的附图标记指示相同的器件。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。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。
在整个说明书中，相关术语例如第一和第二等可以只是用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不必或不意味着在这些实体或动作之间存在这种顺序。数字顺序例如“第一”、“第二”、“第三”等仅仅指的是多个中的不同个体，并不意味着任何顺序或序列，除非权利要求语言有具体限定。在任何一个权利要求中的文本的顺序并不意味着处理步骤必须以这种顺序或逻辑顺序进行，除非权利要求语言有具体规定。在不脱离本发明范围的情况下，这些处理步骤可以按照任意顺序互换，只要这种互换不会使得权利要求语言矛盾并且不会出现逻辑上荒谬。
图1示出了根据本发明一实施例的多相开关变换器100的原理图。多相开关变换器100可以用在任何需要较大电流的电子设备中，其中该较大电流超出了单相开关变换器(例如单相降压变换器)所能提供的电流的范围。例如，多相开关变换器100可以应用在电池供电的电子设备中，以支持对电子设备的一个或多个电池单元的快速充电。
多相开关变换器100包括将输入电压VIN转换为输出电压VOUT以提供至负载60的多相开关电路11～1N、与多相开关电路11～1N一一对应的多相控制器21～22N、加相控制电路30和脉冲发生器40。多相开关电路11～1N具有被配置为主开关电路的第一相开关电路11和被配置为至少一相从开关电路的其他相开关电路12～1N。其中该至少一相从开关电路可以基于加相信号PH_ADD被启用，以使得多相开关变换器100进入加相操作。
在图1所示的实施例中，主控制器(在图1中示意为第一相控制器21)生成主控制信号PWM1以控制主开关电路11的开关管。在一个实施例中，主开关电路11产生第一相电流以作为向负载60提供的总输出电流。如果负载60需要的输出电流增加到超出主开关电路11所能提供的电流的范围，或者超出主开关电路11的电流输出极限，则加相控制电路30提供加相信号PH_ADD，以启用至少一相从开关电路向负载60提供从相输出电流。在图1所示的实施例中，加相控制电路30基于输入电流IIN和加相阈值TH_ADD来产生加相信号PH_ADD。下文将参照图2来详细描述该实施例。
在加相操作下，脉冲发生器40通过将主控制信号PWM1进行分频来产生占空比为0.5的第一脉冲信号PL1。每一相从控制器(即多相控制器22～2n中的任一相控制器)生成相应的从控制信号，用于控制相应的将被启用的从开关电路的开关管。通过这种方式，每一相将被启用的从开关电路(多相开关电路12～1n中的任一相开关电路)均提供从相输出电流，并与第一相输出电流组合，共同向负载60提供总输出电流，从而支持负载的宽电流范围的需求。本领域技术人员可以理解，启用开关电路是指让该开关电路进入功率运行。
图2示出了根据本发明一实施例的用于多相开关变换器的加相控制电路30A和脉冲发生器40A的电路结构示意图。
如图2所示，加相控制电路30A包括输入电流反馈电路301和相数比较电路302。输入电流反馈电路301提供输入电流反馈信号FBIIN，其中输入电流反馈信号FBIIN代表图1所示的多相开关变换器100的输入电流IIN。相数比较电路302包括比较器COM1。比较器COM1接收输入电流反馈信号FBIIN，响应于输入电流反馈信号FBIIN大于或等于加相阈值TH_ADD，比较器COM1提供加相信号PH_ADD。在一个实施例中，加相阈值TH_ADD可以具有多个值，用于启用一相或多相从开关电路。基于具有多个电平的加相信号PH_ADD，从控制器22～2N可以通过加相操作来启用一相或多相从开关电路以提供从相输出电流。
相应地，加相控制电路30A可以通过提供加相信号PH_ADD来启用多相开关变换器100的至少一相从开关电路，从而与主开关电路一起向负载提供总输出电流，完成加相操作。
在图2所示的实施例中，脉冲发生器40A基于图1所示的主控制信号PWM1产生互补的第一脉冲信号PL1和第二脉冲信号PL2。在一个实施例中，第一脉冲信号PL1的频率与主控制信号PWM1相关。在一个实施例中，第一脉冲信号PL1的频率约为主控制信号PWM1频率的一半，占空比约为50％。
如图2所示，脉冲发生器40A包括锁存器401。在一个实施例中，锁存器401为D锁存器。锁存器401的时钟端CLK接收主控制信号PWM1，使能端EN接收加相信号PH_ADD，锁存器401反相输出被提供至输入端D。响应于主控制信号PWM1的上升沿，锁存器401产生具有上升沿和下降沿的第一脉冲信号PL1。锁存器401的输出Q被提供至逻辑电路(402～407)，以生成非重叠的第一脉冲信号PL1和第二脉冲信号PL2。第一脉冲信号PL1的频率等于主控制信号PWM1频率的一半，占空比约为50％。当第一脉冲信号PL1处于逻辑高状态时，第二脉冲信号PL2处于逻辑低状态，反之亦然。
在进一步的实施例中，脉冲发生器40A基于第一脉冲信号PL1和第二脉冲信号PL2产生两个短脉冲信号RST1和RST2。在一个实施例中，当主控制信号PWM1的上升沿导致第一脉冲信号PL1的上升沿来临时，产生第一短脉冲信号RST1，当主控制信号PWM1的上升沿导致第一脉冲信号PL1的下降沿来临时，产生第二短脉冲信号RST2。
图3示出了根据本发明一实施例的两相开关变换器100A，其中两相开关变换器100A处于加相操作并且增加了一相从开关电路。
在图3所示的实施例中，两相开关变换器100A处于加相操作下，其中一相从开关电路将被启用。两相开关变换器100A包括主开关电路11A、主控制器21A、脉冲发生器40A、从开关电路12A和从控制器22A。
主开关电路11A和从开关电路12的每一相开关电路均可以包括驱动电路、电感器以及一个或多个开关管，接收输入电压VIN并提供输出电压VOUT。在图3所示的实施例中，主控制器21A生成主控制信号PWM1以控制主开关电路11A的开关管(例如高侧开关管)。主控制器21A包括反馈控制环路211、第一导通时长控制电路212和主逻辑电路213。反馈控制环路211基于两相开关变换器100A的反馈信息(例如输出电压反馈信号、输出电流反馈信号等)来提供用于导通主开关电路11A的开关管的第一置位信号SET1。第一导通时长控制电路212提供用于控制主开关电路11A的开关管的导通时长的第一导通时长控制信号TON1。主逻辑电路213包括触发器FF1。触发器FF1具有置位端S、复位端R和输出端Q，其中置位端S接收第一置位信号SET1，复位端R接收第一导通时长控制信号TON1，触发器FF1在输出端Q提供用于控制主开关电路11A的开关管的主控制信号PWM1。
图3所示的脉冲发生器40A的工作原理与图2所示的脉冲发生器40A类似。因此，为了清晰起见，图3所示的脉冲发生器40A的工作原理不再赘述。
从控制器22A接收第一脉冲信号PL1、第二脉冲信号PL2和加相信号PH_ADD，并产生从控制信号PWM2以控制将被启用的从开关电路12A的开关管。从控制器22A包括第一和第二电路22-1、比较电路22-2、第二导通时长控制电路22-3和从逻辑电路22-4。
在图3所示的实施例中，响应于第一脉冲信号PL1的逻辑高，第一和第二电路22-1利用充电电流ICH对第一电容器C1进行充电，利用放电电流IDIS对第二电容器C2进行放电。同时，响应于第一脉冲信号PL1的逻辑低，第一和第二电路22-1利用充电电流ICH对第二电容器C2进行充电，利用放电电流IDIS对第一电容器C1进行放电。
在一个实施例中，第一和第二电路22-1包括第一充电电流源I1、第一放电电流源I2、第二充电电流源I3、第二放电电流源I4、第一电容器C1、第二电容器C2、第一开关单元和第二开关单元。其中，第一开关单元包括由第一脉冲信号PL1的逻辑高控制的开关S1和开关S4，第二开关单元包括由第二脉冲信号PL2的逻辑高控制的开关S2和开关S3。
在一个实施例中，第一充电电流源I1具有输入端，用于设置对第一电容器C1进行充电的充电电流ICH，第一放电电流源I2具有输入端，用于设置对第一电容器C1进行放电的放电电流IDIS。在一个实施例中，在加相操作下，将被启用的从开关电路的相数为1，充电电流ICH被设置为等于放电电流IDIS。
如图3所示，通过控制开关S1和开关S2，可以将第一电容器C1交替地连接到第一充电电流源I1和第一放电电流源I2，从而交替地对第一电容器C1进行充电和放电。相应地，第一电容器C1两端产生第一电压V1。
第二充电电流源I3具有输入端，用于设置对第二电容器C2进行充电的充电电流ICH，第二放电电流源I4具有输入端，用于设置对第二电容器C2进行放电的放电电流IDIS。在一个实施例中，充电电流ICH等于放电电流IDIS。
如图3所示，通过控制开关S3和开关S4，可以将第二电容器C2交替地连接至第二充电电流源I3和第二放电电流源I4，从而交替对第二电容器C2进行充电和放电。相应地，第二电容器C2两端产生第二电压V2。在图3所示的实施例中，第一电容器C1和第二电容器C2具有相同的容值。
比较电路22-2将第一电压V1与第二电压V2进行比较，并产生用于导通将被启用的从开关电路12A的开关管的第二置位信号SET2。在图3所示实施例中，比较电路22-2包括比较器COM2、上升沿锁存器A、下降沿锁存器B以及或门电路OR2。比较器COM2基于第一电压V1和第二电压V2的比较结果产生方波信号。上升沿锁存器A在方波信号的上升沿产生上升沿脉冲信号。下降沿锁存器B在方波信号的下降沿产生下降沿脉冲信号。或门电路OR2接收上升沿脉冲信号和下降沿脉冲信号，产生第二置位信号SET2。
第二导通时长控制电路22-3提供第二导通时长控制信号TON2，用于控制从开关电路12A的开关管的导通时长。从逻辑电路22-4包括触发器FF2。触发器FF2具有置位端S、复位端R和输出端Q，其中置位端S接收第二置位信号SET2，复位端R接收第二导通时长控制信号TON2。触发器FF2在输出端Q提供从控制信号PWM2以控制相应的从开关电路12A的开关管。
图4示出了根据本发明一实施例的图3所示的两相开关变换器100A的信号波形图。如图4所示，当加相信号PH_ADD表明将要启用一相从开关电路时，根据主控制信号PWM1产生互补的第一脉冲信号PL1和第二脉冲信号PL2，其中第一脉冲信号PL1和第二脉冲信号PL2的频率为主控制信号PWM1频率的一半，占空比为50％。通过对第一电容器C1进行充放电产生周期为主控制信号PWM1的两倍(与第一脉冲信号PL1的周期相同)的第一电压V1，通过对第二电容器C2进行充放电产生第二电压V2。第一电压V1和第二电压V2的交点处提供180°的相移，产生第二置位信号SET2。根据第二置位信号SET2和第二导通时长控制信号TON2产生从控制信号PWM2，以控制将被启用的从开关电路12A。
本发明的实施例提供了一种高效且快速的移相方案，可以快速增加进行功率运行的开关电路的相数，实现加相，满足宽输出电流范围的应用需求。如本发明的实施例所述，与不采用脉冲发生器40A和从控制器22A的其他两相开关变换器相比，两相开关变换器100A具有更好的负载瞬态响应性能。
本领域技术人员可以理解，具有恒定关断时长控制的升压变换器也可以适用于本发明的实施例。利用反馈环路产生的第一置位信号将主控制信号PWM1进行复位，利用第一关断时长控制信号将主控制信号PWM1进行置位。相应地，对于被提供至将被启用的从开关电路的从控制信号PWM2，利用第二置位信号将从控制信号PWM2进行复位，利用第二关断时长控制信号将从控制信号PWM2进行置位。
图5示出了根据本发明一实施例的用于图3所示的两相开关变换器100A的从控制器22B。图5所示的从控制器22B与图3所示的从控制器22A类似，不同之处在于第一和第二电路22-1B包括充电电流源I1 B、放电电流源I2B、第一开关单元和第二开关单元。
充电电流源I1 B耦接至供电电源VDD，第一电容器C1耦接至参考地，以使得充电电流源I1 B与第一电容器C1串联耦接在供电电源VDD与参考地之间。在一个实施例中，第一电压V1不高于供电电源VDD。充电电流ICH与放电电流IDIS的比值设置为1。
在一个实施例中，主控制信号PWM1的开关周期为T＝(C*VP)/ICH，其中C为第一电容器C1的容值，ICH为充电电流，VP为第一电压的峰值。若容值C固定，当主控制信号PWM1的频率升高时，将充电电流ICH增大；当主控制信号PWM1的频率降低时，将充电电流ICH减小。相应地，充电电流源I1 B具有输入端，用于根据主控制信号PWM1的频率来设置充电电流ICH。
放电电流源I2B耦接至参考地，以使得放电电流源I2B与第一电容器C1并联耦接。在一个实施例中，放电电流源I2B包括多个相同的电流源单元以及与该多个电流源单元一一对应的开关。其中，响应于加相信号PH_ADD，多个电流源单元依次耦接到第一电容器C1，以设置对第一电容器C1进行放电的放电电流IDIS。
第一开关单元(开关S1和S2)将第一电容器C1交替地连接至充电电流源I1B和放电电流源I2B，从而交替地对第一电容器C1进行充电和放电。第二开关单元(开关S3和S4)将第二电容器C2交替地连接至充电电流源I1 B和放电电流源I2B，从而交替地对第二电容器C2进行充电和放电。在图5所示的实施例中，第一电容器C1和第二电容器C2具有相同的容值。
图6示出了根据本发明一实施例的用于三相开关变换器的第二相控制器22C和第三相控制器23C，其中三相开关变换器处于加相操作，并且增加了两相从开关电路。
图6所示的第二相控制器22C与图5所示的从控制器22B类似，不同之处在于，第二相控制器22C还包括第一放电路径22-5和第二放电路径22-6。
第一放电路径22-5基于图2所示的第一短脉冲信号RST1来复位第一电压V1，第二放电路径226基于图2所示的第二短脉冲信号RST2来复位第二电压V2。在一个实施例中，第一放电路径22-5包括与第一电容器C1并联耦接的开关S5，第二放电路径22-6包括与第二电容器C2并联耦接的开关S6。在图6所示的实施例中，第一电容器C1和第二电容器C2具有相同的容值。
第三相控制器23C包括第一和第二电路23-1、第三比较电路23-2、第三导通时长控制电路23-3、从逻辑电路23-4、第一放电路径23-5和第二放电路径23-6。图6所示的第三相控制器23C与图6所示的第二相控制器22C相似，因此，为清晰起见，第三相控制器23C的工作原理不再赘述。在图6所示的实施例中，电容器C3和电容器C4具有相同的容值。
在增加两相从开关电路的加相操作中，与将被启用的第二相开关电路(即第一相从开关电路)对应的充电电流ICH与放电电流IDIS的比值设置为0.5，与将被启用的第三相开关电路(即第二相从开关电路)对应的充电电流ICH与放电电流IDIS的比值设置为2。在其他实施例中，充电电流ICH与放电电流IDIS的比值可根据电容器容值的变化进行调整。
图7示出了根据本发明一实施例的处于加相操作并且增加了两相从开关电路的三相开关变换器的信号波形图。如图7所示，在负载瞬变时，三相开关变换器通过加相操作启用了两相从开关电路，以提供从相输出电流。根据主控制信号PWM1产生互补的第一脉冲信号PL1和第二脉冲信号PL2，其中第一脉冲信号PL1和第二脉冲信号PL2的频率为主控制信号PWM1频率的一半，占空比为50％。此外，分别基于第一脉冲信号PL1和第二脉冲信号PL2的上升沿产生第一短脉冲信号RST1和第二短脉冲信号RST2。
对于将被启用的第二相开关电路(即第一相从开关电路)，充电电流和放电电流的比值设置为0.5。对第一电容器C1进行充电和放电产生第一电压V1，对第二电容器C2进行充电和放电产生第二电压V2。此外，当第一脉冲信号PL1的上升沿来临时，第一电压V1被复位，当第一脉冲信号PL1的下降沿来临时，第二电压V2被复位。第一电压V1和第二电压V2的交叉处提供120°的相移，产生用于控制第二相开关电路的第二置位信号SET2。
对于将被启用的第三相开关电路(即第二相从开关电路)，充电电流ICH与放电电流IDIS的比值设置为2。对第三电容C3进行充电和放电产生第三电压V3，对第四电容C4进行充电和放电产生第四电压V4。当第一脉冲信号PL1的上升沿来临时，第三电压V3被复位，当第一脉冲信号PL1的下降沿来临时，第四电压V4被复位。第三电压V3和第四电压V4的交点处提供240°的相移，产生用于控制第三相开关电路的第三置位信号SET3。
图8示出了根据本发明一实施例的处于加相操作并且增加了三相从开关电路的四相开关变换器的信号波形图。
如图8所示，在负载瞬变时，四相开关变换器通过加相操作启用三相从开关电路，以提供从相输出电流。根据主控制信号PWM1产生互补的第一脉冲信号PL1和第二脉冲信号PL2，其中第一脉冲信号PL1和第二脉冲信号PL2的频率为主控制信号PWM1频率的一半，占空比为50％。此外，分别基于第一脉冲信号PL1和第二脉冲信号PL2的上升沿产生第一短脉冲信号RST1和第二短脉冲信号RST2。
对于将被启用的第二相开关电路，充电电流ICH与放电电流IDIS的比值设置为1/3。第一电压V1和第二电压V2的交点处提供90°的相移，产生用于控制第二相开关电路的第二置位信号SET2。
对于将被启用的第三相开关电路，充电电流ICH和放电电流IDIS的比值设置为1。第三电压V3与第四电压V4的交点处提供180°的相移，产生用于控制第三相开关电路的第三置位信号SET3。
对于将被启用的第四相开关电路，充电电流ICH和放电电流IDIS的比值设置为3。对第五电容器C5进行充电和放电产生第五电压V5，对第六电容器C6进行充电和放电产生第六电压V6。第五电压V5和第六电压V6的交点处提供270°的相移，产生用于控制第四相开关电路的第四置位信号SET4。
图9示出了根据本发明一实施例的处于加相操作的多相开关变换器的控制方法600的流程图。多相开关变换器具有多个并联耦接的开关电路，以将输入电压转换为输出电压，其中多相开关电路具有主开关电路和至少一相从开关电路。每一相从开关电路基于加相信号被启用。控制方法600包括步骤611～617。
在步骤611，将主控制信号提供至主开关电路。
在步骤612，在加相操作下，将主控制信号进行分频以提供脉冲信号，其中脉冲信号的占空比为0.5。
让将被要启用的至少一相从开关电路中的每一相从开关电路均执行步骤613-617。
在步骤613，在加相操作下，基于将被启用的从开关电路的相数设置充电电流与放电电流的比值。
在步骤614，响应于脉冲信号的逻辑高，利用充电电流对第一电容器充电，利用放电电流对第二电容器放电。
在步骤615，响应于脉冲信号的逻辑低，利用放电电流对第一电容器放电，利用充电电流对第二电容器充电。
在步骤616，将第一电容器两端的第一电压与第二电容器两端的第二电压进行比较。
在步骤617，基于比较结果产生置位信号以导通相应的将被启用的从开关电路的开关管。
在一个实施例中，若一相从开关电路将被启用，在步骤613，将充电电流和放电电流的比值设置为1。在一个实施例中，第一电容器和第二电容器具有相同的值。
在另一实施例中，若两相从开关电路将被启用，在步骤613，将与将被启用的第一相从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为0.5，将与将被启用的第二相从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为2。
在又一个实施例中，若三相从开关电路将被启用，在步骤613，将与将被启用的第一相从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为1/3，将与将被启用的第二相从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为1，将与将被启用的第三相从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为3。
此外，上述实施例仅描述了一相、两相以及三相从开关电路被启用的情况。但是，本领域技术人员可以理解，本发明实施例所公开的移相方案可以扩展到通过加相操作启用任意相数的从开关电路的情况。
注意，在上文描述的流程图中，框中所标注的功能也可以按照不同于图9中所示的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这取决于所涉及的具体功能。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种用于多相开关变换器的控制电路，其中多相开关变换器包括多相开关电路，该多相开关电路包括主开关电路和至少一相将被启用的从开关电路，该控制电路包括：
主控制器，提供主控制信号以控制主开关电路的开关管；
脉冲发生器，在加相操作下，将主控制信号进行分频以产生占空比为0.5的脉冲信号；
至少一相从控制器，每一相从控制器产生一从控制信号以控制相应的一相将被启用的从开关电路的开关管，其中每一相从控制器包括：
第一电路，响应于脉冲信号的逻辑高，利用充电电流对第一电容器充电，利用放电电流对第二电容器放电，其中充电电流与放电电流的比值基于将被启用的从开关电路的相数来设置；
第二电路，响应于脉冲信号的逻辑低，利用充电电流对第二电容器充电，利用放电电流对第一电容器放电；以及
比较电路，将第一电容器两端的第一电压与第二电容器两端的第二电压进行比较，产生置位信号以导通相应的一相将被启用的从开关电路的开关管。
2.如权利要求1所述的控制电路，其中当加相操作增加一相从开关电路时，与将被启用的从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为1。
3.如权利要求1所述的控制电路，其中当加相操作增加两相从开关电路时，其中：
与将被启用的第一相从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为0.5；以及
与将被启用的第二相从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为2。
4.如权利要求1所述的控制电路，其中当加相操作增加三相从开关电路时，其中：
与将被启用的第一相从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为1/3；
与将被启用的第二相从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为1；以及
与将被启用的第三相从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为3。
5.如权利要求1所述的控制电路，其中每一相从控制器进一步包括：
第一放电路径，当主控制信号的上升沿导致脉冲信号的上升沿来临时，将第一电压复位；以及
第二放电路径，当主控制信号的上升沿导致脉冲信号的下降沿来临时，将第二电压复位。
6.如权利要求1所述的控制电路，其中比较电路包括：
比较器，基于第一电压和第二电压的比较结果产生方波信号；
上升沿锁存器，在方波信号的上升沿提供上升沿脉冲信号；
下降沿锁存器，在方波信号的下降沿提供下降沿脉冲信号；以及
或门电路，接收上升沿脉冲信号和下降沿脉冲信号，产生置位信号。
7.如权利要求1所述的控制电路，其中每一相从控制器进一步包括：
导通时长控制电路，产生导通时长控制信号，用于控制相应的一相将被启用的从开关电路的开关管的导通时长；以及
第一触发器，具有置位端、复位端和输出端，其中置位端接收置位信号，复位端接收导通时长控制信号，第一触发器在输出端产生相应的从控制信号。
8.如权利要求1所述的控制电路，其中每一相从控制器进一步包括：
关断时长控制电路，产生关断时长控制信号，用于控制相应的一相将被启用的从开关电路的开关管的关断时长；以及
第二触发器，具有置位端、复位端和输出端，其中置位端接收关断时长控制信号，复位端接收置位信号，第二触发器在输出端产生相应的从控制信号。
9.如权利要求1所述的控制电路，其中第一电路和第二电路包括：
充电电流源，具有输入端，用于根据主控制信号的频率来设置充电电流；
放电电流源，具有输入端，用于设置放电电流；
第一开关单元，将第一电容器交替地连接至充电电流源和放电电流源，从而交替地对第一电容器进行充电和放电；以及
第二开关单元，将第二电容器交替地连接至充电电流源和放电电流源，从而交替地对第二电容器进行充电和放电。
10.一种多相开关变换器，包括：
多相开关电路，包括主开关电路和至少一相将被启用的从开关电路；以及如权利要求1-9任一项所述的控制电路。
11.一种用于多相开关变换器的控制方法，其中多相开关变换器包括多相开关电路，该多相开关电路包括主开关电路和至少一相将被启用的从开关电路，每一相将被启用的从开关电路包括第一电容器和第二电容器，该控制方法包括：
提供主控制信号至主开关电路；
在加相操作下，将主控制信号进行分频以提供脉冲信号，其中脉冲信号的占空比为0.5；
其中，对于每一相将被启用的从开关电路：
基于将被启用的从开关电路的相数来设置充电电流和放电电流的比值；
响应于脉冲信号的逻辑高，利用充电电流对第一电容器充电，利用放电电流对第二电容器放电；
响应于脉冲信号的逻辑低，利用放电电流对第一电容器放电，利用充电电流对第二电容器充电；
将第一电容器两端的第一电压与第二电容器两端的第二电压进行比较；以及
基于比较结果产生置位信号以导通相应的一相将被启用的从开关电路的开关管。
12.如权利要求11所述的控制方法，其中当加相操作增加一相从开关电路时，与将被启用的从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为1。
13.如权利要求11所述的控制方法，其中当加相操作增加两相从开关电路时，其中：
与将被启用的第一相从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为0.5；以及
与将被启用的第二相从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为2。
14.如权利要求11所述的控制方法，其中当加相操作增加三相从开关电路时，其中：
与将被启用的第一相从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为1/3；
与将被启用的第二相从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为1；以及
与将被启用的第三相从开关电路对应的充电电流与放电电流的比值设置为3。
15.如权利要求11所述的控制方法，还包括：
当主控制信号的上升沿导致脉冲信号的上升沿来临时，将第一电压复位；以及
当主控制信号的上升沿导致脉冲信号的下降沿来临时，将第二电压复位。
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