TW201406028A - 將直流／直流轉換器擴充爲多相直流／直流轉換器 - Google Patents

將直流／直流轉換器擴充爲多相直流／直流轉換器 Download PDF

Info

Publication number
TW201406028A
TW201406028A TW102119184A TW102119184A TW201406028A TW 201406028 A TW201406028 A TW 201406028A TW 102119184 A TW102119184 A TW 102119184A TW 102119184 A TW102119184 A TW 102119184A TW 201406028 A TW201406028 A TW 201406028A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
phase
secondary power
converter
output
drive signal
Prior art date
Application number
TW102119184A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI493856B (zh
Inventor
Albert M Wu
xiao-hua Su
Original Assignee
Linear Techn Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linear Techn Inc filed Critical Linear Techn Inc
Publication of TW201406028A publication Critical patent/TW201406028A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI493856B publication Critical patent/TWI493856B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H02M3/1586—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel switched with a phase shift, i.e. interleaved

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

一直流/直流轉換器，係用以運作為一多相直流/直流轉換器。一控制器產生用以控制一主電源開關之一主裝置信號，以於一期望位準產生一輸出直流信號。複數個二次電源階段係連接於輸入與輸出節點之間以產生該輸出直流信號。各二次電源階段具有對一輸入直流信號反應之至少一二次電源開關，以產生該輸出直流信號。一擴充系統，係配置該直流/直流轉換器，以運作於一多相直流/直流轉換模式。該擴充系統係對該主裝置信號反應以分別對該二次電源階段產生多個從驅動信號以控制二次電源開關。該等從驅動信號具有關於主驅動信號以及關於彼此間之相位偏移。

Description

將直流/直流轉換器擴充為多相直流/直流轉換器
本發明係關於電源供應系統，尤其是關於用以將一直流/直流轉換器擴充為一多相直流/直流轉換器之一技術。
習知的多相直流/直流轉換器可利用二或多個相同、交錯的單相直流/直流轉換器平行放置於輸入與負載之間。各n「相位」係於改變期期間等距間隔開啟，如此多相系統的有效輸出漣波頻率係為n×f，此處f係為各轉換器的工作頻率，而n係為轉換器中的相位的數目。比起一單相系統，其係提供較佳的動態性能以及較小的去耦電容。並且，多相轉換系統係可如切換n次快速響應負載變化而不增加切換損耗。因此，此舉是有可能的快速改變負載，例如現代的微處理器。
然而，習知的多相轉換系統係不經濟的，因為其要求一些單相轉換器及所有相關的組件。
對於具有一大量相位之系統，難以在一電路板上給定各個單相轉換器之接腳之路線。並且，系統中各別的單相 轉換器係影響其他轉換器的執行，例如，各別的轉換器會自其他轉換器拾取雜訊。
對於升降壓多相系統，開關的控制方法太複雜，以致於難以使所有相位以一協調的方式執行。舉例來說，一單相轉換器可於其他轉換器運作於一升降壓谷模式時，運作於一升降壓峰模式。
因此，使一直流/直流轉換器能如同一多相直流/直流轉換系統運作而沒有習知多相系統缺點之一新技術是有需要的。
根據一態樣，本發明提出可配置於一多相直流/直流轉換器中之一單一直流/直流轉換器。該直流/直流轉換器具有連接於一輸入節點與一輸出節點間之一主電源階段，其係包括響應一輸入直流信號以產生一輸出直流信號之至少一主電源開關。該轉換器亦包括一控制器，以產生用以控制該主電源開關以於一所需位準產生該輸出直流信號之一主驅動信號。
多個二次電源階段係提供於該輸入節點與該輸出節點之間，以產生該輸出直流信號。各個二次電源階段具有至少一二次電源開關，其係響應該輸入直流信號以產生該輸出直流信號。
一擴充系統係用以配置該直流/直流轉換器，以運作於一多相直流/直流轉換模式下。該擴充系統係響應該主驅動信號，以產生多個從驅動信號分別提供至該多個二次電源階 段，以控制二次電源開關。
該擴充系統可產生該等從驅動信號，其係具有關於該等主驅動信號以及關於彼此之間之相位偏移。
該擴充系統可響應該主電源階段和該等二次電源階段中之輸出電流之感測值，以改變該等二次電源開關之工作週期，以於該直流/直流轉換器所有電源階段提供相同數值之輸出電流。
在一實施例中，該擴充系統可包括一相位產生器，其響應該主驅動信號以針對各個二次電源階段產生至少一基本從驅動信號。針對一特定二次電源階段產生自該相位產生器之該基本從驅動信號，係關於該主驅動信號在相位上偏移由該特定二次電源階段所決定之一量。
該擴充系統更可包括電流感測電路系統，其係用以比較該主電源階段中之輸出電流之一平均值、與各個二次電源階段中之輸出電流之平均值。
此外，該擴充系統可包括一工作週期調整電路，其係由該電流感測電路系統所控制，用以針對各個二次電源階段，根據該基本從驅動信號，產生至少一調整從驅動信號。針對一特定二次電源階段之該調整從驅動信號係被產生以控制各別的二次電源階段之該二次電源開關之一工作週期，以使各別的二次電源階段中之輸出電流之一平均值與主電源階段中之輸出電流之該平均值相同。
各個主電源開關及二次電源開關包括一金氧半場效電晶體(MOSFET)電晶體。該主驅動信號係產生以於一主電源 階段控制一金氧半場效電晶體(MOSFET)電晶體之一閘極，該多個從驅動信號係產生以於二次電源階段中控制各別的金氧半場效電晶體(MOSFET)電晶體閘極。
根據本發明之另一態樣，實行下列步驟以配置運作於一多相直流/直流轉換模式下之一直流/直流轉換器：產生一主驅動信號以控制連接於該直流/直流轉換器之輸入及輸出節點間之該直流/直流轉換器中之一主電源階段之一主開關；及基於該主驅動信號，產生多個從驅動信號以分別控制在連接於該直流/直流轉換器之該輸入及輸出節點間之多個二次電源階段中之二次開關，該等從驅動信號具有關於該主驅動信號及彼此之偏移相位。
該等從驅動信號之相位係根據該直流/直流轉換模式中之相位之一所需數目而決定。
該方法更包括感測該主電源階段和該等二次電源階段中之輸出電流值，並基於該等感測值改變該等二次電源開關之工作週期。該等二次開關之工作週期可被改變，以於該直流/直流轉換器之所有電源階段提供相同數值之輸出電流。
根據另一方面，本發明提出用以使一直流/直流轉換器運作為一多相直流/直流轉換器之一擴充系統。該擴充系統包括一相位產生器，係提供由該直流/直流轉換器之一控制器所產生之一主驅動信號，該主驅動信號係產生以控制連接於該直流/直流控制器之輸入與輸出節點間之一主電源階段中之一主電源開關。
該相位產生器係用以產生至少一基本從驅動信號以控制連接於該直流/直流轉換器之輸入及輸出節點間之各個二次電源階段中之一二次電源開關，針對一特定二次電源階段所產生之該基本從驅動信號，係關於該主驅動信號在相位上偏移由該特定二次電源階段所決定之一量。
該擴充系統更可包括電流感測電路系統，其係用以比較該主電源階段中之輸出電流之一平均值、與各個二次電源階段中之輸出電流之平均值，以及一工作週期調整電路，其係由該電流感測電路系統所控制，用以針對各個二次電源階段，根據該基本從驅動信號，產生至少一調整從驅動信號。針對一特定二次電源階段之該調整從驅動信號係產生以控制各別的二次電源階段之該二次電源開關之一工作週期，以使各別的二次電源階段中之輸出電流之一平均值與主電源階段中之輸出電流之該平均值相同。
舉例來說，該工作週期調整電路係用以於該基本從驅動信號偏移一脈波之一時脈，以產生該調整從驅動信號。
各個主電源開關及二次電源開關包括一金氧半場效電晶體(MOSFET)電晶體。該主驅動信號係產生以於一主電源階段控制一金氧半場效電晶體(MOSFET)電晶體之一閘極，該多個從驅動信號係產生以於二次電源階段中控制各別的金氧半場效電晶體(MOSFET)電晶體閘極。
對習知技藝者來說，由下述說明，本發明另外的優點和方面係顯而易見，其中係簡單藉由為實施本發明而考量之最佳模式說明之方法顯示及說明本發明的實施例。如將描 述的，本發明可以有其他和不同的實施例，在所有不脫離本發明精神的各方面係可修改一些細節。因此，圖式和說明在本質上係可視為說明性的，而非限定性的。
10‧‧‧直流/直流轉換器
12‧‧‧主切換器
14‧‧‧二次切換部
16‧‧‧直流/直流控制器
18‧‧‧主電源階段
20‧‧‧直流/直流擴充器
22‧‧‧二次電源階段
30‧‧‧金氧半場效電晶體(MOSFET)
32‧‧‧金氧半場效電晶體(MOSFET)
34‧‧‧計時感測與控制電路系統
36‧‧‧電流感測電路系統
38‧‧‧比較器
40‧‧‧比較器
42‧‧‧相位產生器
44‧‧‧工作週期調整電路
46‧‧‧主運算放大器
48‧‧‧二次運算放大器
50‧‧‧運算放大器
以下本發明實施例之詳細說明，係於與以下圖式一同閱讀時可被最佳理解，其中特徵係不一定按比例繪製，而是被繪製以最佳說明相關特徵，其中：圖1係本發明之一直流/直流轉換器之一示例性實施例。
圖2係圖1中所示之主電源階段18或二次電源階段22之一簡單示例性實施例。
圖3係圖1中所示之直流/直流擴充器之一示例性實施例。
圖4A至4F顯示各信號範例波形在本發明之直流/直流轉換器中之計時程序。
本發明係將使用根據一直流/直流同步降壓轉換器配置之示例性實施例而製成。然而，其將為顯而易見的，本發明概念係可實行於任何直流/直流轉換器，包括降壓、升壓、以及降壓升壓直流/直流轉換器。
圖1顯示本發明之一直流/直流轉換器10之一示例性實施例。此轉換器包括具有一單相直流/直流轉換器之配置之一主切換器12。直流/直流轉換器10更包括一二次切換部14，其係用以配置直流/直流轉換器10，以作為一多相直流/ 直流轉換器運作。例如，主切換器12以及二次切換部14係基於相同的半導體晶片而提供，即，主切換器12及二次切換部14之元件可合併或安裝於同一半導體晶片。
主切換器12可包括一直流/直流控制器16以及一主電源階段18，其具有例如一金氧半場效電晶體(MOSFET)之至少一主電源開關，由來自該直流/直流控制器16之一閘極驅動信號控制，以產生一所需值之輸出直流電壓Vout，其係關於提供至電源階段18之輸入直流電壓Vin。該電源開關18之一示例性配置將於其後詳述。
該二次切換部14可包括一直流/直流擴充器20、以及一或多個二次電源階段22。雖然圖1顯示多個二次電源階段1至N，一習知技術者會理解本發明之概念亦可實施至一單一二次電源階段。各個二次電源階段1至N具有至少一二次電源開關，例如一金氧半場效電晶體(MOSFET)，由直流/直流擴充器20所產生的各別閘極驅動信號1至N所控制，以形成響應輸入直流電壓Vin之輸出直流電壓Vout。各個二次電源階段22可具有類似主電源階段18排列之一排列。
更詳細的說明於後，直流/直流擴充器20自主電源階段18接收一電流感測信號以及各個二次電源階段1至N之電流感測信號1至N。該等電流感測信號係於各電源階段之輸出端提供電流值之指示。再者，直流/直流擴充器20自直流/直流控制器16接收一計時感測信號。計時感測信號係根據直流/直流控制器16所產生之閘極驅動信號提供。
根據該計時感測信號及該等電流感測信號，直流/直 流擴充器20產生一或多閘極驅動信號1至N提供至各個二次電源階段1至N以控制各別的二次電源開關。如下所述，閘極驅動信號1至N係形成以使直流/直流轉換器10運作為具有N+1相之一多相直流/直流轉換器。
舉例來說，如圖2所示，主電源階段18和二次電源階段22各別具有一同步降壓配置，係用以產生低於輸入電壓Vin之輸出電壓Vout。在圖2一簡化的實施例中，主電源階段和二次電源階段各具有由輸入直流電壓Vin所供應之一輸入電壓節點Vin、以及用以產生輸出直流電壓Vout之一輸出電壓節點Vout。各電源階段包括耦接於輸入電壓節點Vin以及一接地端間之一頂部金氧半場效電晶體(MOSFET)30與一底部金氧半場效電晶體(MOSFET)32、耦接於金氧半場效電晶體(MOSFET)30與32之輸出端之一電感元件L、配置用以決定在電源階段之輸出端之一電流值之一感測電阻Rs、以及耦接於輸出電壓端Vout之一輸出電容元件Cout。金氧半場效電晶體(MOSFET)30與32可為N型金氧半場效電晶體(MOSFET)。或者，P型金氧半場效電晶體(MOSFET)亦可用作為金氧半場效電晶體(MOSFET)30與32。又，金氧半場效電晶體(MOSFET)30與32其中之一可為一P型金氧半場效電晶體(MOSFET)，另一為一N型金氧半場效電晶體(MOSFET)。
金氧半場效電晶體(MOSFET)30與32之閘極係由經輸入控制節點INA與INB所提供之閘極驅動信號各別控制。輸入控制節點INA與INB係與一對相位差180度的閘極驅動信號一起提供。在主電源階段18中，該對閘極驅動信號係由 該直流/直流控制器16所產生。在各個二次電源階段22中，各對閘極驅動信號係由直流/直流擴充器20所產生。
圖2說明一範例，其中電流係感測自感測電阻Rs兩端，其係於電感元件L之輸出端使用差動電流感測。經由該電源階段之一對電流感測輸出端，來自各個主電源階段18與二次電源階段22之電流感測信號係提供至直流/直流擴充器20之各電流感測輸入端。本領域一技術者係理解本發明之概念可使用任何電流感測技術實施。
圖3顯示直流/直流擴充器20之一簡化示例性實施例，其係包括計時感測與控制電路系統34與電流感測電路系統36。計時感測與控制電路系統34包括比較器38與40，其具有正相輸入端，係與由直流/直流控制器16所形成之閘極驅動信號一起提供。比較器38接收形成以驅動主電源階段18中之頂部金氧半場效電晶體(MOSFET)30之閘極之閘極驅動信號，而比較器40接收形成以驅動主電源階段18中之底部金氧半場效電晶體(MOSFET)32之閘極之閘極驅動信號。比較器38之反相輸入端可耦合至主電源階段18中之金氧半場效電晶體(MOSFET)30與32間之一節點，而比較器40之反相輸入端可耦合至主電源階段18中之一接地節點。
比較器38與40的輸出端形成一對主驅動信號，其係為擴充器20所使用，以產生多對從驅動信號驅動各個二次電源階段22中之金氧半場效電晶體(MOSFET)對。比較器38輸出端之信號係說明於圖4A中之一時序圖。此信號代表主電源階段18中，於頂部金氧半場效電晶體(MOSFET)30之閘極 上所感測之一信號。如圖4B中之一時序圖所示，比較器40之輸出端上的信號，其係代表於主電源階段18中之底部金氧半場效電晶體(MOSFET)32之閘極上所感測之一信號，係可與比較器38輸出端之信號相位差180度。
形成於比較器38與40之輸出端之主驅動信號係分別提供至一相位產生器42之輸入端INA與INB。相位產生器42之一模式輸入可用以程式化擴充器20，以使擴充器20提供直流/直流轉換器10於具有一所需數目之相位之一多相模式下之運作。尤其是，相位產生器42之模式輸入係與指示直流/直流轉換器10之運作之一所需數目之相位之一信號一起提供。
根據模式輸入上之信號，相位產生器42偏移主驅動信號之相位，以提供從驅動信號適當的相位偏移，使直流/直流轉換器10於具有一所需數目之相位之一多相模式下運作。尤其是，相位產生器42可包括具有一共同對輸入INA與INB之多個相位偏移通道1至N、以及對應各別的二次電源階段1至N之多對輸出OUT1A、OUT1B至OUTNA、OUTNB。在各通道1至N中，相位產生器42於該等輸入端INA、INB偏移主驅動信號之相位，以於各別的輸出對OUT1A、OUT1B至OUTNA、OUTNB上產生一對底部從驅動信號，其係具有關於主驅動信號之相位之適當量之延遲相位。
圖4C說明藉由偏移該輸入端INA上之主驅動信號之相位，而於相位產生器42之輸出端OUT1A產生一底部從驅動信號。圖4D說明藉由偏移該輸入端INB上之主驅動信號 之相位，而於相位產生器42之輸出端OUT1B產生一底部從驅動信號。底部從驅動信號和各個主驅動信號之間的偏移相位係由一所需數量之相位決定。
舉例來說，將直流/直流轉換器10配置至一四相轉換器，相位產生器42將增加其他三個相位至對應於主開關12之相位。在此例中，在相位偏移通道1之輸出端OUT1A和OUT1B上各底部驅動信號之相位，係各個主驅動信號之相位被延遲90度。在相位偏移通道2之輸出端OUT2A和OUT2B之各個底部從驅動信號之相位，係各個主驅動信號之相位被延遲180度。最後，在相位偏移通道3之輸出端OUT3A和OUT3B之各個底部從驅動信號之相位，係各個主驅動信號之相位被延遲270度。此導致在直流/直流轉換器10之輸入端和輸出端最高位準的漣波消除。
來自輸出端OUT1A、OUT1B至OUTNA、OUTNB之底部從驅動信號係分別被提供至一工作週期調整電路44之輸入端IN1A、IN1B至INNA、INNB，其係調整在二次電源階段22中之二次電源開關之工作週期，以於包括主電源階段18和所有二次電源階段20之該直流/直流轉換器的所有電源階段提供相同值的輸出電流。一開關之工作週期決定開關開啟相對於包括當開關開啟與關閉期間之一切換週期之總期間之時間之比例。
工作週期調整電路44具有多個控制輸入端1至N，對應各個二次電源階段1至N。工作週期調整電路44之控制輸入端，係與電流感測電路系統36所產生的各別的控制信號 一起被提供，電流感測電路系統36係自主電源階段18和所有二次電源階段22接收電流感測信號。電流感測電路36包括一主運算放大器46、以及分別對應於多個二次電源階段22之多個二次運算放大器48。主運算放大器46於主電源階段18感測感測電阻Rs上的電流。各個二次運算放大器48於各個二次電源階段22感測感測電阻Rs上的電流。
由一電阻R連接一電容C所組成之一平均RC電路係提供於各運算放大器46和48的輸出端，以決定感測自各個主或二次電源階段之電流之一平均值。經平均RC電路，運算放大器46之輸出端係連接至分別對應於多個二次電源階段22之多個運算放大器50之正相輸入端。各運算放大器50之一反相輸入端係經該平均RC電路連接至對應運算放大器48之輸出端。各運算放大器50比較感測自主電源階段18之電流之一平均值和感測自對應的二次電源階段22之電流一平均值。當感測自任何二次電源階段22之平均電流值和感測自主電源階段18之平均電流值不同時，對應的運算放大器50產生指出平均電流值之一不同之一輸出信號，以變更各個二次電源階段22中之電源開關之工作週期，直到各二次電源階段22中之平均電流值變得和主電源階段18中之平均電流值相同。
運算放大器50之輸出信號係被送入工作週期調整電路44的各個控制輸入端1至N，工作週期調整電路44可包括對應多個二次電源階段1至N之多個工作週期調整通道1至N。為了使各二次電源階1至N中輸出電流之平均值與主 電源階段18中輸出電流之平均值相等，各工作週期調整通道1至N係由各別的控制輸入端1至N所控制，以調整各個二次電源階段1至n之各個MOSFET 30與32之工作週期。
若一特定二次電源階段22之平均電流值小於該主電源階段18中之平均電流值，各工作週期調整通道增加其二次電源階段中之頂部MOSFET 30之工作週期，並分別降低其二次電源階段中之底部MOSFET 32之工作週期，直到該二次電源階段22中之平均電流值達到主電源階段18中之平均電流值。同樣地，若一特定二次電源階段22中之平均電流值高於主電源階段18中之平均電流值，各工作週期調整通道降低其二次電源階段中之該頂部MOSFET 30之工作週期，並分別增加其二次電源階段中之該底部MOSFET 32之工作週期，直到二次電源階段22中之平均電流值降至主電源階段18中之平均電流值位準。
為了提供工作週期調整，各工作週期調整通道1至N可偏移在工作週期調整電路44之各輸入端對IN1A、IN1B至INNA、INNB上之底部從驅動信號之後緣，以於工作週期調整電路44之各輸出端對OUT1A、OUT1B至OUTNA、OUTNA上產生已調整從驅動信號。來自輸出端OUT1A至OUTNA之已調整從驅動信號係分別被提供至二次電源階段1至N之該等頂部MOSFET 30之閘極，以由已調整的工作週期來控制各頂部MOSFET 30之切換。來自該等輸出端OUT1B至OUTNB之已調整從驅動信號係分別被提供至二次電源階段1至N之底部MOSFET 32之閘極，以由已調整的工作週期 來控制各個底部MOSFET 32之切換。
圖4E說明形成於工作週期調整通道1之輸出端OUT1A上、用以提供至二次電源階段1之頂部MOSFET 30之已調整從驅動信號之一例。在此例中，已調整從驅動信號之後緣係相對圖4C中之基本從驅動信號被偏移，以減少頂部MOSFET 30之工作週期。圖4E中的波形亦顯示沒有工作週期調整的波形看起來會是什麼樣子。
圖4F說明形成於工作週期調整通道1之輸出端OUT1B上、用以提供至二次電源階段1之底部MOSFET 32之已調整從驅動信號之一例。在此例中，已調整從驅動信號之後緣係相對圖4D中的底部從驅動信號被偏移，以增加底部MOSFET 32的工作週期。圖4F中，波形上的淺色陰影區域顯示沒有工作週期調整的波形看起來會是什麼樣子。
前述說明描述並說明了本發明之態樣。另外，本發明僅顯示並揭露最佳實施例，但如前述，可知本發明能夠使用於多種其他組合、修改及環境，並且能夠在如本文所述之發明概念、與上述教示相當的、及/或有關技術之技巧或知識的領域中變更或修正。
上文所說明的實施例係更用以解釋已知於實行本發明之最佳模式，並使其他習知技藝者，在此類、或其他實施例中利用本發明，並具有本發明之特定應用或使用所要求之多種修正。因此，說明並不將本發明限制於此處揭露的形式。
10‧‧‧直流/直流轉換器
12‧‧‧主切換器
14‧‧‧二次切換部
16‧‧‧直流/直流控制器
18‧‧‧主電源階段
20‧‧‧直流/直流擴充器
22‧‧‧二次電源階段

Claims (18)

  1. 一直流/直流轉換器，其係用以將在該轉換器之一輸入節點之一輸入直流信號，轉換為該轉換器之一輸出節點之一輸出直流信號，包括：一主電源階段，連接於該輸入節點與該輸出節點之間，並具有至少一主電源開關，其係響應該輸入直流信號，以產生該輸出直流信號；一控制器，用以產生一主驅動信號以控制該主電源開關，以於一所需位準產生該輸出直流信號；多個二次電源階段，係連接於該輸入節點與該輸出節點之間，以產生該輸出直流信號，各個二次電源階段具有至少一二次電源開關，其係響應該輸出直流信號以產生該輸出直流信號；及一擴充系統，係配置至該直流/直流轉換器以運作於一多相直流/直流轉換模式下，該擴充系統係響應該主驅動信號以產生分別提供至該多個二次電源階段之多個從驅動信號以控制該等二次電源開關。
  2. 如請求項1所述之直流/直流轉換器，其中該擴充系統係配置以產生該等從驅動信號，其係具有關於該主驅動信號與關於彼此之偏移相位。
  3. 如請求項2所述之直流/直流轉換器，其中該等從驅動信號之該等相位係基於該直流/直流轉換器之相位數目而決定。
  4. 如請求項1所述之直流/直流轉換器，其中該擴充系統係響應該主電源階段和該等二次電源階段中之輸出電流之感測值，以改變該等二次電源開關之工作週期。
  5. 如請求項4所述之直流/直流轉換器，其中該擴充系統係用以改變該等二次電源開關之該等工作週期，以於該直流/直流轉換器之所有電源階段提供相同數值之輸出電流。
  6. 如請求項1所述之直流/直流轉換器，其中該擴充系統包括一相位產生器，其係響應該主驅動信號，以針對各個二次電源階段產生至少一基本從驅動信號，針對一特定二次電源階段產生自該相位產生器之該基本從驅動信號係關於該主驅動信號在相位上偏移由該特定二次電源階段所決定之一量。
  7. 如請求項6所述之直流/直流轉換器，其中該擴充系統更包括電流感測電路系統，其係用以比較該主電源階段中之輸出電流之一平均值、與各個二次電源階段中之輸出電流之平均值。
  8. 如請求項7所述之直流/直流轉換器，其中該擴充系統更包括一工作週期調整電路，其係由該電流感測電路系統所控 制，用以針對各個二次電源階段，根據該基本從驅動信號，產生至少一調整從驅動信號，針對一特定二次電源階段之該調整從驅動信號係產生以控制各別的二次電源階段之該二次電源開關之一工作週期，以使各別的二次電源階段中之輸出電流之一平均值與該主電源階段中之輸出電流之該平均值相同。
  9. 如請求項1所述之直流/直流轉換器，其中各個主電源開關及二次電源開關包括一金氧半場效電晶體(MOSFET)電晶體，該主驅動信號係產生以於一主電源階段控制一金氧半場效電晶體(MOSFET)電晶體之一閘極，該多個從驅動信號係產生以於二次電源階段中控制各別的金氧半場效電晶體(MOSFET)電晶體閘極。
  10. 一種配置一直流/直流轉換器以運作於一多相直流/直流轉換模式下之方法，包括以下步驟：產生一主驅動信號以控制連接於該直流/直流轉換器之輸入及輸出節點間之該直流/直流轉換器中之一主電源階段之一主開關；及基於該主驅動信號，產生多個從驅動信號以分別控制在連接於該直流/直流轉換器之該輸入及輸出節點間之多個二次電源階段中之二次開關，該等從驅動信號具有關於該主驅動信號及彼此之偏移相位。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該等從驅動信號之相位係根據該直流/直流轉換器模式之一所需相位數目而決定。
  12. 如請求項10所述之方法，更包括以下步驟：感測該主電源階段和該等二次電源階段中之輸出電流值，並基於該等感測值改變該等二次電源開關之工作週期。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該等二次電源開關之該等工作週期係被改變，以於該直流/直流轉換器之所有電源階段提供相同數值之輸出電流。
  14. 一種用於使一直流/直流轉換器運作為一多相直流/直流轉換器的擴充系統，包括：一相位產生器，係提供由該直流/直流轉換器之一控制器所產生之一主驅動信號，該主驅動信號係產生以控制連接於該直流/直流控制器之輸入與輸出節點間之一主電源階段中之一主電源開關，該相位產生器係用以產生至少一基本從驅動信號，以控制連接於該直流/直流轉換器之該輸入與輸出節點間之各個二次電源階段中之一二次電源開關，針對一特定二次電源階段產生自該相位產生器之該基本從驅動信號係關於該主驅動信號在相位上偏移由該特定二次電源階段所決定之一量。
  15. 如請求項14所述之擴充系統，更包括電流感測電路系統，其係用以比較該主電源階段中之輸出電流之一平均值、與各個二次電源階段中之輸出電流之平均值。
  16. 如請求項15所述之擴充系統，其中更包括一工作週期調整電路，其係由該電流感測電路系統所控制，用以針對各個二次電源階段，根據該基本從驅動信號，產生至少一調整從驅動信號，針對一特定二次電源階段之該調整從驅動信號係產生以控制各別的二次電源階段之該二次電源開關之一工作週期，以使各別的二次電源階段中之輸出電流之一平均值與主電源階段中之輸出電流之該平均值相同。
  17. 如請求項16所述之擴充系統，其中該工作週期調整電路係用以於該基本從驅動信號偏移一脈波之一時脈，以產生該調整從驅動信號。
  18. 如請求項14所述之擴充系統，其中各個主電源開關及二次電源開關包括一金氧半場效電晶體(MOSFET)電晶體，該主驅動信號係產生以於一主電源階段控制一金氧半場效電晶體(MOSFET)電晶體之一閘極，該多個從驅動信號係產生以於二次電源階段中控制各別的金氧半場效電晶體(MOSFET)電晶體閘極。
TW102119184A 2012-05-30 2013-05-30 將直流／直流轉換器擴充爲多相直流／直流轉換器的系統及方法以及包含相同系統及方法之直流／直流轉換器 TWI493856B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/483,693 US9077244B2 (en) 2012-05-30 2012-05-30 Expanding DC/DC converter into multiphase DC/DC converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201406028A true TW201406028A (zh) 2014-02-01
TWI493856B TWI493856B (zh) 2015-07-21

Family

ID=49669413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102119184A TWI493856B (zh) 2012-05-30 2013-05-30 將直流／直流轉換器擴充爲多相直流／直流轉換器的系統及方法以及包含相同系統及方法之直流／直流轉換器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9077244B2 (zh)
CN (1) CN103457455B (zh)
TW (1) TWI493856B (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9548714B2 (en) 2008-12-29 2017-01-17 Altera Corporation Power converter with a dynamically configurable controller and output filter
US8867295B2 (en) 2010-12-17 2014-10-21 Enpirion, Inc. Power converter for a memory module
TWI506959B (zh) * 2012-12-18 2015-11-01 Ind Tech Res Inst 調變方法以及應用該調變方法之控制裝置
KR101500206B1 (ko) * 2013-11-26 2015-03-06 현대자동차주식회사 2상 인터리브 컨버터 및 이의 제어 방법
KR101610469B1 (ko) * 2014-05-15 2016-04-07 현대자동차주식회사 다상 인터리브 컨버터 및 이의 제어 방법
KR101592744B1 (ko) * 2014-07-28 2016-02-15 현대자동차주식회사 다상 인터리브 컨버터의 전류 제어 방법 및 장치
US9509217B2 (en) 2015-04-20 2016-11-29 Altera Corporation Asymmetric power flow controller for a power converter and method of operating the same
US9872346B2 (en) * 2015-05-15 2018-01-16 Cypress Semiconductor Corporation Phase controller apparatus and methods
US20170141684A1 (en) * 2015-11-18 2017-05-18 Intersil Americas LLC Method and System for DC-DC Voltage Converters
US10110127B2 (en) 2015-12-04 2018-10-23 Intersil Americas LLC Method and system for DC-DC voltage converters
US9785166B2 (en) 2015-12-14 2017-10-10 Intersil Americas LLC Method and system for DC-DC voltage converters
US9806621B1 (en) * 2016-05-13 2017-10-31 Infineon Technologies Austria Ag Method and apparatus for phase alignment in semi-resonant power converters
US10170986B2 (en) * 2016-06-22 2019-01-01 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Hybrid buck
EP3676681A4 (en) * 2017-08-31 2021-05-05 Active-Semi (Bvi), Inc. MULTI-PHASE CONVERTER SYSTEM AND CONTROL PROCEDURE
US11075578B1 (en) * 2020-01-06 2021-07-27 Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. Inductor current based mode control for converter circuit
US11294411B1 (en) * 2020-11-17 2022-04-05 Texas Instruments Incorporated Stackable multi-phase power stage controller with current matching

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6462520B1 (en) * 2001-05-09 2002-10-08 Maxim Integrated Products, Inc. Differential output switching converter with ripple reduction
US6574124B2 (en) * 2001-09-13 2003-06-03 Netpower Technologies, Inc. Plural power converters with individual conditioned error signals shared on a current sharing bus
US7026798B2 (en) * 2003-10-27 2006-04-11 Intersil Americas Inc. Multi-channel driver interface circuit for increasing phase count in a multi-phase DC-DC converter
JP4347230B2 (ja) * 2005-01-19 2009-10-21 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 マルチフェーズｄｃ−ｄｃコンバータ
US7688607B2 (en) * 2005-09-30 2010-03-30 Volterra Semiconductor Corporation Voltage regulator with inductor banks
US7626372B2 (en) * 2007-10-04 2009-12-01 System General Corporation Control circuit for multi-phase, multi-channels PFC converter with variable switching frequency
US8085015B2 (en) * 2008-11-05 2011-12-27 Semiconductor Components Industries, Llc Current balancing circuit and method
US7944721B2 (en) * 2008-03-24 2011-05-17 System General Corp. Switching control circuit for multi-channels and multi-phases power converter operated at continuous current mode
US8239597B2 (en) * 2008-07-18 2012-08-07 Intersil Americas Inc. Device-to-device communication bus for distributed power management
WO2010112094A1 (en) 2009-04-01 2010-10-07 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Current share configuration in a power converter system
US8385030B2 (en) * 2009-06-16 2013-02-26 Intersil Americas Inc. Component fault detection for use with a multi-phase DC-DC converter
US8278895B2 (en) 2009-12-24 2012-10-02 Linear Technology Corporation Efficiency measuring circuit for DC-DC converter which calculates internal resistance of switching inductor based on duty cycle
JP5420433B2 (ja) 2010-01-14 2014-02-19 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置および電源装置
US20110187189A1 (en) 2010-02-02 2011-08-04 Intersil Americas Inc. System and method for controlling single inductor dual output dc/dc converters
US8558524B2 (en) * 2010-10-19 2013-10-15 International Rectifier Corporation Master/slave power supply switch driver circuitry
TWM417600U (en) 2011-07-19 2011-12-01 Richtek Technology Corp Multi-phase switching regulator and droop circuit therefor

Also Published As

Publication number Publication date
CN103457455B (zh) 2016-04-06
TWI493856B (zh) 2015-07-21
US9077244B2 (en) 2015-07-07
CN103457455A (zh) 2013-12-18
US20130320951A1 (en) 2013-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI493856B (zh) 將直流／直流轉換器擴充爲多相直流／直流轉換器的系統及方法以及包含相同系統及方法之直流／直流轉換器
TWI703801B (zh) 直流－直流轉換器
TWI580165B (zh) 電壓轉換電路、方法和多相並聯電源系統
TWI483529B (zh) 多相直流對直流電源轉換器
TW201621507A (zh) 多相切換功率轉換器
KR20160135958A (ko) 양방향 직류-직류 컨버터
US10476372B2 (en) Buck-boost power converter and method of operation thereof
JP2014171351A (ja) 電源回路
TWI783303B (zh) 降壓轉換器及其控制方法
JP5456495B2 (ja) 昇降圧型のスイッチング電源の制御回路、昇降圧型のスイッチング電源、及び昇降圧型のスイッチング電源の制御方法
TWI473400B (zh) 直流轉直流控制器及其控制方法
JP2013198335A (ja) Ｄｃ−ｄｃ変換器およびその制御回路
TWI784673B (zh) 多相切換模式的電源
TWM588919U (zh) 電源轉換電路及其模擬電流信號的產生電路
CN103023311A (zh) 电源装置和发光元件驱动装置
JP5999271B2 (ja) 電源システムおよび電源装置
US11190101B2 (en) System and method for balancing current of converter phases
Zhou et al. A high efficiency synchronous buck converter with adaptive dead-time control
TWI509967B (zh) 切換式電源供應器及其控制電路與控制方法
JP5642356B2 (ja) 電力変換システム
US7705576B2 (en) High-win circuit for multi-phase current mode control
JP2017051067A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータおよび電源装置
TWI513153B (zh) 直流轉直流控制器及其控制方法
KR101113158B1 (ko) 전류원을 이용한 가변적 사구간 제어회로
KR20170068494A (ko) 멀티-페이즈 스위치형 전력 변환기