CN116995918B - 多相电源控制电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

一种多相电源控制电路及电子设备，属于电源技术领域，通过检测电路响应于工作相数稳定时长大于等于第一预设时长，输出判决信号；工作相数为多相电源工作的相数；控制电路根据判决信号和采样参数输出触发信号；采样参数包括计时时长、第一PWM信号的周期的计数数值或各相电源的温度采样信号；轮转电路接入多个第一PWM信号，且响应于触发信号，对多个第一PWM信号和多个第二PWM信号的对应关系进行轮转，以输出多个第二PWM信号；从而能够实现整个多相电源系统寿命的延长，避免长时间一直一相电源工作导致地器件损坏；实现了轻载下的热平衡且有利于负载加重后的所有相电源的热平衡；有利于提高多相电源的效率。

Description

多相电源控制电路及电子设备

技术领域

本申请属于电源技术领域，尤其涉及一种多相电源控制电路及电子设备。

背景技术

随着电子技术的发展，由于中央处理器（Central Processing Unit，CPU）和图形处理器（Graphics Processing Unit ，GPU）的算力和功耗不断增加，且对于电源负载响应的速度需求越来越高，多相电源（如多相降压转换器）现在已经广泛的被使用到CPU和GPU的供电上，因为其有更小的纹波，更快的响应速度，以及更高的效率。同理，多相电源的方法也可用于升压、正激活、反激等多种拓扑上，用于提升效率。

由于多相电源目前应用最多的还是多相降压转换器，因此这里以多相降压装换器为例，多相降压电源转换器的示意图和开关阶段波形如图1和2所示，其采用交错控制的方式，即每一相是交错导通的，每一相的工作有360^o/N的相位差，N是相数。

为了实现全负载范围内的高效率，在负载电流较小时，多相降压转换器会自动将工作的相数调低，其工作的相位差也会变化，从而降低开关损耗, 这是多相降压转换器的自动减相功能。

因此，在系统低功耗工作以及待机的时候，多相降压转换器不会让所有相都工作，而是只让一部分相位工作，但目前的控制方式存在的问题在于其一直会让前几相工作，例如1相工作时，工作的是第一相电源Phase 1, 2相工作的时候，工作的是第一相电源Phase1和第二相电源Phase2，这样带来的一个问题是第一相电源Phase1是无论什么情况下都是在工作的，没有休息。但系统工作处于待机或轻载工作的时间是非常长的，这就对第一相电源Phase 1器件的工作寿命提出了很高的要求，因为一旦第一相电源Phase 1损坏了，整个系统也就无法正常工作了。

另一方面，在第一相电源Phase 1一直在工作的情况下，如果突然系统要进入重载工作，那就会所有相全打开然后开始工作，但是第一相电源Phase1已经工作了很久了，它自身温度比较高，然后所有相全部工作的时候，会大量发热，且由于第一相电源Phase1电流最终和其他相要均衡，其自身发热也会更严重，最终导致第一相电源Phase1的温度就会比其他相高很多，而过高的温度容易导致过温，且也更容易导致器件的寿命下降。

故相关的多相电源控制电路存在轻载下多相电源总是固定开前几相，特别是第一相一直在工作，从而带来的寿命的损耗和重新进入重载后的温度不均衡的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种多相电源控制电路及电子设备，旨在解决相关的多相电源控制电路轻载下多相电源总是固定开前几相，特别是第一相一直在工作，从而带来的寿命的损耗和重新进入重载后的温度不均衡的问题。

本申请实施例提供了一种多相电源控制电路，包括：

检测电路，配置为响应于工作相数稳定时长大于等于第一预设时长，输出判决信号；所述工作相数为多相电源工作的相数；

控制电路，与所述检测电路连接，配置为根据所述判决信号和采样参数输出触发信号；所述采样参数包括计时时长、第一PWM信号的周期的计数数值或各相电源的温度采样信号；

轮转电路，与所述控制电路连接，配置为接入多个所述第一PWM信号，且响应于所述触发信号，对多个第一PWM信号和多个第二PWM信号的对应关系进行轮转，以输出多个所述第二PWM信号。

在其中一个实施例中，所述采样参数为所述计时时长；所述控制电路包括：

第一计时器，与所述轮转电路和所述检测电路连接，配置为响应于所述判决信号，进行计时，当所述计时值达到预设值时输出所述触发信号并回零重新计时。

在其中一个实施例中，所述采样参数为所述计数数值；所述控制电路包括：

第一计数器，与所述轮转电路和所述检测电路连接，配置为响应于所述判决信号，对所述第一PWM信号的周期进行计数，当所述计数数值达到预设数值时输出所述触发信号并回零重新计数。

在其中一个实施例中，所述采样参数为所述温度采样信号；所述控制电路包括：

温度采样电路，配置为对各相电源的温度进行采样，以输出各个所述温度采样信号；

输出电路，与所述温度采样电路、所述检测电路以及所述轮转电路连接，配置为响应于至少一个温度采样信号大于阈值，根据所述判决信号输出所述触发信号。

在其中一个实施例中，多相电源为N个电源；所述轮转电路包括：

第二计数器，与所述控制电路连接，配置为响应于对所述触发信号从0至N-1进行计数以输出第一计数值，且在计数达到N-1时回零计数；

第一选择器，与所述第二计数器连接，配置为接入多个所述第一PWM信号，且将第i个所述第一PWM信号作为第j个第二PWM信号输出；

其中，当i+b＞N时，j=i+b-N；当i+b≤N时，j=i+b；i和j均为小于等于N的正整数，b为第一计数值，N为大于1的正整数。

在其中一个实施例中，多相电源为N个电源；所述轮转电路包括：

第三计数器，与所述控制电路连接，配置为响应于对所述触发信号从N-1至0进行计数以输出第二计数值，且在计数达到0时回到N-1重新进行计数；

第二选择器，与所述第三计数器连接，配置为接入多个所述第一PWM信号，且将第i个所述第一PWM信号作为第j个第二PWM信号输出；

其中，当i+c＞N时，j=i+c-N；当i+c≤N时，j=i+c；i和j均为小于等于N的正整数，c为第二计数值，N为大于1的正整数。

在其中一个实施例中，所述检测电路包括：

第二计时器，配置为当工作相数发生变化时，进行计时并输出计时时长；

判决电路，与所述控制电路和所述第二计时器连接，配置为响应于所述计时时长大于等于所述第一预设时长，输出所述判决信号。

在其中一个实施例中，还包括多相电源；所述多相电源包括并联的多个电源；

所述电源，与所述轮转电路连接，配置为基于所述第二PWM信号将输入直流电转换为输出直流电。

在其中一个实施例中，所述电源包括第一场效应管、第二场效应管和电感；

所述第一场效应管的漏极作为所述电源的输入直流电输入端，以接入所述输入直流电；所述第一场效应管的源极与所述第二场效应管的漏极和所述电感的第一端连接，所述电感的第二端作为所述电源的输出直流电输出端，以输出所述输出直流电；所述第二场效应管的源极与电源地连接；所述第一场效应管的栅极作为所述电源的第一子PWM信号输入端，以接入第一子PWM信号；所述第二场效应管的栅极作为所述电源的第二子PWM信号输入端，以接入第二子PWM信号；

其中，所述第二PWM信号包括所述第一子PWM信号和所述第二子PWM信号。

本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述的多相电源控制电路。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：由于对多个第一PWM信号和多个第二PWM信号的对应关系进行轮转，故实现了轻载和待机情况下的每一相电源都参与工作，从而能够实现整个多相电源系统寿命的延长，避免长时间一直一相电源工作导致地器件损坏；同时，实现了轻载下的热平衡，使得每一相电源都有发热与休息的过程，整体温度平均且较低，不会发生一相电源一直工作温度较高的情况，且有利于负载加重后的所有相电源的热平衡；而且，在待机及轻载下时温度平均且更低，有利于提高多相电源的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术发明，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为相关的多相电源控制电路的一种结构示意图；

图2为相关的多相电源控制电路中各相电源的控制信号的波形图；

图3为本申请一实施例提供的多相电源控制电路的一种结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的多相电源控制电路的控制逻辑图；

图5为本申请一实施例提供的多相电源控制电路中控制电路的一种结构示意图；

图6为本申请一实施例提供的多相电源控制电路中控制电路的另一种结构示意图；

图7为本申请一实施例提供的多相电源控制电路中控制电路的另一种结构示意图；

图8为本申请一实施例提供的多相电源控制电路中轮转电路的一种结构示意图；

图9为本申请一实施例提供的多相电源控制电路信号轮转一种示意图；

图10为本申请一实施例提供的多相电源控制电路中轮转电路的另一种结构示意图；

图11为本申请一实施例提供的多相电源控制电路信号轮转另一种示意图；

图12为本申请一实施例提供的多相电源控制电路中检测电路的一种结构示意图；

图13为本申请一实施例提供的多相电源控制电路的另一种结构示意图；

图14为本申请一实施例提供的多相电源控制电路中多相电源的一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图3示出了本申请较佳实施例提供的多相电源控制电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述多相电源控制电路包括检测电路11、控制电路12和轮转电路13。

检测电路11，配置为响应于工作相数稳定时长大于等于第一预设时长，输出判决信号；工作相数为多相电源工作的相数。

控制电路12，与检测电路11连接，配置为根据判决信号和采样参数输出触发信号；采样参数包括计时时长、第一脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）信号的周期的计数数值或各相电源的温度采样信号。

轮转电路13，与控制电路12连接，配置为接入多个第一PWM信号，且响应于触发信号，对多个第一PWM信号和多个第二PWM信号的对应关系进行轮转，以输出多个第二PWM信号。

检测电路11通过检测工作相电源工作的相数Phase_Num来判断工作相数是否稳定不变，只有当工作相数稳定的时间足够长，才会开始发送判决信号EN_sliding给控制电路12，让控制电路12开始工作，开始判断是否要触发相位轮转。其工作示意图如图4所示，只要工作相数Phase_Num发生了变化，就需要重置检测电路11的计时，这是因为在工作相数发生变化的时候，本身给出的第一PWM信号就处于调整状态中，如果这时候还去触发相位轮转会容易导致逻辑错误，导致不稳定。而当系统负载相对稳定，工作相数稳定的时候，再去进行相位轮转才是有意义的，因为系统长期处于待机或者一个固定工况的情况下才需要相位轮转使得每一相都参与进来，而负载变化频繁的时候，系统可能随时会进入满载所有相都工作的情况，因此相位轮转的意义没有那么大。

具体实施中，轮转电路13包括N个输入端和N个输出端，N个输入端分别接入N个第一PWM信号，N个输出端分别输出N第二PWM信号，起始状态下，p等于q，且第q个输出端输出的第q个第二PWM信号与第p个输入端输入的第p个第一PWM信号相对应，每接收一个触发信号，上述对应关系轮转一次；其中，N为大于1的自然数，p和q均为小于等于N的正整数。

作为示例而非限定，采样参数为计时时长；如图5所示，控制电路12包括第一计时器121。

第一计时器121，与轮转电路13和检测电路11连接，配置为响应于判决信号，进行计时，当计时值达到预设值时输出触发信号并回零重新计时。

采用第一计时器121，对每次轮转状态进行计时，当计时值达到预设值时，输出触发信号，以进行再次轮转，降低了多相电源中的一相工作时间过长而导致地器件损坏的可能性，延长了多相电源的工作寿命，实现了轻载下的热平衡，提高了多相电源的工作效率。

作为示例而非限定，采样参数为计数数值；如图6所示，控制电路12包括第一计数器122。

第一计数器122，与轮转电路13和检测电路11连接，配置为响应于判决信号，对第一PWM信号的周期进行计数，当计数数值达到预设数值时输出触发信号并回零重新计数。

采用第一计数器122，对第一PWM信号的周期进行计数，当计数数值达到预设数值时，输出触发信号，以进行再次轮转，降低了多相电源中的一相工作时间过长而导致地器件损坏的可能性，延长了多相电源的工作寿命，实现了轻载下的热平衡，提高了多相电源的工作效率。

作为示例而非限定，采样参数为温度采样信号；如图7所示，控制电路12包括温度采样电路123和输出电路124。

温度采样电路123，配置为对各相电源的温度进行采样，以输出各个温度采样信号。

输出电路124，与温度采样电路123、检测电路11以及轮转电路13连接，配置为响应于至少一个温度采样信号大于阈值，根据判决信号输出触发信号。

采用温度采样电路123和输出电路124，当至少一相电源的温度采样信号大于阈值时，输出触发信号，以进行再次轮转，降低了多相电源中的一相温度过高而导致地器件损坏的可能性，延长了多相电源的工作寿命，实现了轻载下的热平衡，提高了多相电源的工作效率。

如图8所示，多相电源为N个电源；轮转电路13包括第二计数器131和第一选择器132。

第二计数器131，与控制电路12连接，配置为响应于对触发信号从0至N-1进行计数以输出第一计数值，且在计数达到N-1时回零计数。

第一选择器132，与第二计数器131连接，配置为接入多个第一PWM信号，且将第i个第一PWM信号作为第j个第二PWM信号输出；

其中，当i+b＞N时，j=i+b-N；当i+b≤N时，j=i+b；i和j均为小于等于N的正整数，b为第一计数值，N为大于1的正整数。

多个第一PWM信号PWMr i是芯片内部产生的N个PWM信号，在现有的多相电源中，其直接被输出去作为多个第二PWM信号PWM i，但本申请通过一个控制模块去给出触发信号Ctrl 1-N信号去选择第一PWM信号PWMr 1-N信号给到第二PWM信号PWM 1-N，而第二PWM信号PWM 1-N信号才被输出去控制对应相的电源Phase 1-N。而控制电路12可以产生触发信号Ctrl 1-N信号使得相位轮转一次，其轮转示意如图9所示，每一次的轮转使得第一PWM信号PWMr_i和第二PWM信号PWM_i的对应关系都做出一次调整，经过N次轮转后又回到原来的对应关系。

假设轻载下只有第1个第一PWM信号PWMr 1开启了，然后初始是对应第1个第二PWM信号PWM1开启，那么工作的就是第1相电源Phase 1, 然后经过一段时间发生了相位轮转，第1个第一PWM信号PWMr 1信号给到了第2个第二PWM信号PWM_2, 那么这时候工作的就是第2相电源Phase 2了，于是依次类推，通过不断的相位轮转，每一相都有参与工作，但每一相都有休息的时间，可以使得整体工作寿命延迟了许多，因为如果原本固定Phase 1工作的时间被均分到每一相了，因此整体寿命可以是之前的N倍 (理想情况下，且忽略非工作条件下的寿命和重载工作的时间)。因此，通过相位轮转将轻载下的工作分配到每一相都参与，最终是有利于延长整个系统的工作寿命的，且通过合理的调整控制电路12，还可以实现不同相在轻载下的热平衡，使得整体温度更低，效率更高，且切换到重载后温度也更加均衡，不会过热。

采用第二计数器131和第一选择器132，实现了每接收一个触发信号，第一PWM信号和第二PWM信号的对应关系轮转一次。

如图10所示，多相电源为N个电源；轮转电路13包括第三计数器133和第二选择器134。

第三计数器133，与控制电路12连接，配置为响应于对触发信号从N-1至0进行计数以输出第二计数值，且在计数达到0时回到N-1重新进行计数。

第二选择器134，与第三计数器133连接，配置为接入多个第一PWM信号，且将第i个第一PWM信号作为第j个第二PWM信号输出。

其中，当i+c＞N时，j=i+c-N；当i+c≤N时，j=i+c；i和j均为小于等于N的正整数，c为第二计数值，N为大于1的正整数。

在图10中，控制电路12可以产生触发信号Ctrl 1-N信号使得相位轮转一次，其轮转示意如图11所示，每一次的轮转使得第一PWM信号PWMr_i和第二PWM信号PWM_i的对应关系都做出一次调整，经过N次轮转后又回到原来的对应关系。

采用第三计数器133和第二选择器134，实现了每接收一个触发信号，第一PWM信号和第二PWM信号的对应关系轮转一次。

如图12所示，检测电路11包括第二计时器111和判决电路112。

第二计时器111，配置为当工作相数发生变化时，进行计时并输出计时时长。

判决电路112，与控制电路12和第二计时器111连接，配置为响应于计时时长大于等于第一预设时长，输出判决信号。

采用第二计时器111和判决电路112，实现了对工作相数的稳定时间进行计时，且在计时时长大于等于第一预设时长，输出判决信号，以控制控制电路12进行工作。

如图13所示，还包括多相电源80；如图14所示，多相电源80包括并联的多个电源；

电源，与轮转电路13连接，配置为基于第二PWM信号将输入直流电转换为输出直流电。

具体实施中，电源可以为降压转换器。

多个电源根据多个第二PWM信号将输入直流电转换为输出直流电，由于多个第二PWM信号由多个第一PWM信号轮转后输出，多个电源得以轮流工作，从而降低了多相电源中的一相工作时间过长而导致地器件损坏的可能性，延长了多相电源的工作寿命，实现了轻载下的热平衡，提高了多相电源的工作效率。

多相电源80可以如图1所示，包括并联连接的多个电源，每个电源包括第一场效应管M1、第二场效应管M2和电感L；第一场效应管M1的漏极作为电源的输入直流电输入端，以接入输入直流电；第一场效应管M1的源极与第二场效应管M2的漏极和电感L的第一端连接，电感L的第二端作为电源的输出直流电输出端，以输出输出直流电；第二场效应管M2的源极与电源地连接；第一场效应管M1的栅极作为电源的第一子PWM信号输入端，以接入第一子PWM信号；第二场效应管M2的栅极作为电源的第二子PWM信号输入端，以接入第二子PWM信号；其中，第二PWM信号包括第一子PWM信号和第二子PWM信号。

本发明实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括上述的多相电源控制电路。

本发明实施例通过检测电路响应于工作相数稳定时长大于等于第一预设时长，输出判决信号；工作相数为多相电源工作的相数；控制电路根据判决信号和采样参数输出触发信号；采样参数包括计时时长、第一PWM信号的周期的计数数值或各相电源的温度采样信号；轮转电路接入多个第一PWM信号，且响应于触发信号，对多个第一PWM信号和多个第二PWM信号的对应关系进行轮转，以输出多个第二PWM信号；故通过对多个第一PWM信号和多个第二PWM信号的对应关系进行轮转，实现了轻载和待机情况下的每一相电源都参与工作，从而能够实现整个多相电源系统寿命的延长，避免长时间一直一相电源工作导致地器件损坏；同时，实现了轻载下的热平衡，使得每一相电源都有发热与休息的过程，整体温度平均且较低，不会发生一相电源一直工作温度较高的情况，且有利于负载加重后的所有相电源的热平衡；而且，在待机及轻载下时温度平均且更低，有利于提高多相电源的效率。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多相电源控制电路，其特征在于，包括：

检测电路，配置为响应于工作相数稳定时长大于等于第一预设时长，输出判决信号；所述工作相数为多相电源工作的相数；

控制电路，与所述检测电路连接，配置为根据所述判决信号和采样参数输出触发信号；所述采样参数包括第一PWM信号的周期的计数数值；

轮转电路，与所述控制电路连接，配置为接入多个所述第一PWM信号，且响应于所述触发信号，对多个第一PWM信号和多个第二PWM信号的对应关系进行轮转，以输出多个所述第二PWM信号；

所述控制电路包括：

第一计数器，与所述轮转电路和所述检测电路连接，配置为响应于所述判决信号，对所述第一PWM信号的周期进行计数，当所述计数数值达到预设数值时输出所述触发信号并回零重新计数；

多相电源为N个电源；所述轮转电路包括：

第二计数器，与所述控制电路连接，配置为响应于对所述触发信号从0至N-1进行计数以输出第一计数值，且在计数达到N-1时回零计数；

第一选择器，与所述第二计数器连接，配置为接入多个所述第一PWM信号，且将第i个所述第一PWM信号作为第j个第二PWM信号输出；

其中，当i+b＞N时，j=i+b-N；当i+b≤N时，j=i+b；i和j均为小于等于N的正整数，b为第一计数值，N为大于1的正整数；或者

多相电源为N个电源；所述轮转电路包括：

第三计数器，与所述控制电路连接，配置为响应于对所述触发信号从N-1至0进行计数以输出第二计数值，且在计数达到0时回到N-1重新进行计数；

第二选择器，与所述第三计数器连接，配置为接入多个所述第一PWM信号，且将第i个所述第一PWM信号作为第j个第二PWM信号输出；

其中，当i+c＞N时，j=i+c-N；当i+c≤N时，j=i+c；i和j均为小于等于N的正整数，c为第二计数值，N为大于1的正整数。

2.如权利要求1所述的多相电源控制电路，其特征在于，所述检测电路包括：

第二计时器，配置为当工作相数发生变化时，进行计时并输出计时时长；

判决电路，与所述控制电路和所述第二计时器连接，配置为响应于所述计时时长大于等于所述第一预设时长，输出所述判决信号。

3.如权利要求1所述的多相电源控制电路，其特征在于，还包括多相电源；所述多相电源包括并联的多个电源；

所述电源，与所述轮转电路连接，配置为基于所述第二PWM信号将输入直流电转换为输出直流电。

4.如权利要求3所述的多相电源控制电路，其特征在于，所述电源包括第一场效应管、第二场效应管和电感；

所述第一场效应管的漏极作为所述电源的输入直流电输入端，以接入所述输入直流电；所述第一场效应管的源极与所述第二场效应管的漏极和所述电感的第一端连接，所述电感的第二端作为所述电源的输出直流电输出端，以输出所述输出直流电；所述第二场效应管的源极与电源地连接；所述第一场效应管的栅极作为所述电源的第一子PWM信号输入端，以接入第一子PWM信号；所述第二场效应管的栅极作为所述电源的第二子PWM信号输入端，以接入第二子PWM信号；

其中，所述第二PWM信号包括所述第一子PWM信号和所述第二子PWM信号。

5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至4任意一项所述的多相电源控制电路。