TW201429131A - 多相直流對直流轉換器與其控制方法 - Google Patents

多相直流對直流轉換器與其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201429131A
TW201429131A TW102101352A TW102101352A TW201429131A TW 201429131 A TW201429131 A TW 201429131A TW 102101352 A TW102101352 A TW 102101352A TW 102101352 A TW102101352 A TW 102101352A TW 201429131 A TW201429131 A TW 201429131A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
phase
output
voltage
coupled
pulse width
Prior art date
Application number
TW102101352A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI483523B (zh
Inventor
Hua-Chiang Huang
Original Assignee
Upi Semiconductor Corp
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 Upi Semiconductor Corp filed Critical Upi Semiconductor Corp
Priority to TW102101352A priority Critical patent/TWI483523B/zh
Priority to US13/802,790 priority patent/US9000741B2/en
Publication of TW201429131A publication Critical patent/TW201429131A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI483523B publication Critical patent/TWI483523B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/468—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc characterised by reference voltage circuitry, e.g. soft start, remote shutdown
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本發明公開了一種多相直流對直流轉換器與其控制方法。此多相直流對直流轉換器包括多個輸出單元、感測單元以及脈波寬度調變控制器。每一個輸出單元耦接多個輸出電感中對應的一個輸出電感，且每一個輸出單元與所對應的輸出電感之間具有一相位節點。感測單元耦接這些相位節點，以取得各相輸出電流，且用以提供多個代表各相電流差異或各相電壓差異的差異電壓，其中每一個差異電壓皆不為零值。脈波寬度調變控制器根據每一個差異電壓而調整相應輸出單元的脈波寬度調變訊號的工作週期。

Description

多相直流對直流轉換器與其控制方法
本發明是有關於一種電源控制及轉換技術，且特別是有關於一種多相直流對直流轉換器與其控制方法。
在多相直流對直流的電力轉換中，需考慮各相的輸出電流是否平衡。倘若不考慮電流平衡，則有可能某一相的輸出電流會比其他相的通道輸出更多的電流，嚴重時會導致熱和系統超載的問題。為了解決上述問題，現有數十種多相位電源轉換裝置來平衡各個相位的通道電流，進而提高電源轉換器的轉換效率。換言之，對於解決電流平衡，多相直流對直流轉換裝置在設計上是不可缺少的一環。
有鑑於此，本發明提出一種多相直流對直流轉換器與其控制方法，藉以解決先前技術所述及的問題。
在多相直流對直流的電力轉換中，需考慮各相的輸出電 流是否平衡。倘若不考慮電流平衡，則有可能某一相的輸出電流會比其他相的通道輸出更多的電流，嚴重時會導致熱和系統超載的問題。為了解決上述問題，現有數十種多相位電源轉換裝置來平衡各個相位的通道電流，進而提高電源轉換器的轉換效率。換言之，對於解決電流平衡，多相直流對直流轉換裝置在設計上是不可缺少的一環。
本發明提出一種多相直流對直流轉換器，耦接多個輸出電感，多相直流對直流轉換器包括多個輸出單元、一感測單元以及一脈波寬度調變控制器。每一個輸出單元耦接多個輸出電感中對應的一個輸出電感，且每一個輸出單元與所對應的輸出電感之間具有一相位節點。感測單元耦接這些相位節點，以取得各相輸出電流或輸出電壓，且用以提供多個代表各相電流差異或各相電壓差異的差異電壓，其中每一個差異電壓皆不為零值。脈波寬度調變控制器耦接多個輸出單元與感測單元。輸出電感與多個輸出單元的數量各為N個，其中N為大於或等於2的自然數，感測單元所提供的差異電壓為N個，當各相輸出電壓分別表示為V1、V2至VN，且N個差異電壓分別表示為Vdiff1、Vdiff2至VdiffN，平均電壓表示為Vave時，則Vdiff1=A×V1-B×Vave，Vdiff2=A×V2-B×Vave，VdiffN=A×VN-B×Vave，其中Vave=(累加V1至VN)/N，且A與B各為一係數。脈波寬度調變控制器包括一導通時間計算電路，導通時間計算電路耦接感測單元與這些輸出單元，以藉由這些差異電壓的至少一個 來產生一導通時間脈波至這些輸出單元。
本發明另提出一種多相直流對直流轉換器，耦接多個輸出電感，多相直流對直流轉換器包括多個輸出單元、一感測單元以及一脈波寬度調變控制器。每一個輸出單元耦接多個輸出電感中對應的一個輸出電感，且每一個輸出單元與所對應的輸出電感之間具有一相位節點。感測單元耦接這些相位節點，以取得各相輸出電流，且用以提供多個代表各相電流差異的差異電壓。脈波寬度調變控制器耦接多個輸出單元與感測單元。輸出電感與多個輸出單元的數量各為N個，其中N為大於或等於2的自然數，感測單元所提供的差異電壓為N個，當各相輸出電流分別表示為I1、I2至IN，且N個差異電壓分別表示為Vdiff1、Vdiff2至VdiffN時，則Vdiff1=I1-(累加各相輸出電流，但排除I1)/(N-1)，Vdiff2=I2-(累加各相輸出電流，但排除I2)/(N-1)，VdiffN=IN-(累加各相輸出電流，但排除IN)/(N-1)，其中脈波寬度調變控制器包括導通時間計算電路，導通時間計算電路耦接感測單元與該些輸出單元，以藉由這些差異電壓的至少一個來產生導通時間脈波至這些輸出單元。
在本發明的一實施例中，導通時間計算電路包括一比較器。比較器的一輸入端接收一關聯於一輸入電壓的第一預設電壓，而比較器的另一輸入端接收一關聯於差異電壓與一第二預設電壓的結合訊號，藉以調整每一個輸出至對應的輸出單元的脈波寬度調變訊號的工作週期。
在本發明的一實施例中，導通時間計算電路耦接識別電 壓調整電路，識別電壓調整電路依據電壓識別碼來產生第二預設電壓。
在本發明的一實施例中，脈波寬度調變控制器還包括相位通道選擇器，其耦接於導通時間計算電路與這些輸出單元之間，以藉由多相直流對直流轉換器之一與負載電流相關的參數來調整多個相位的操作。
在本發明的一實施例中，脈波寬度調變控制器還包括相位通道選擇器、多個比較器、斜波產生器及誤差放大器，誤差放大器與斜波產生器耦接這些比較器的輸入端，相位通道選擇器耦接斜波產生器，以藉由多相直流對直流轉換器之一與負載電流相關的參數來調整多個相位的操作。
在本發明的一實施例中，誤差放大器的輸出端還耦接補償單元。
從另一觀點來看，本發明提出一種直流對直流控制方法，包括以下步驟。取得在多個輸出電感上的每一相輸出電流。根據所取得的各相輸出電流而提供多個代表各相電流差異的差異電壓，其中每一個差異電壓皆不為零值。根據每一個差異電壓而調整相應各相的脈波寬度調變訊號的工作週期，據以控制各相電力轉換的通道電流。其中所提供的差異電壓為N個，N為大於或等於2的自然數，當各相輸出電壓分別表示為V1、V2至VN，且N個差異電壓分別表示為Vdiff1、Vdiff2至VdiffN，一平均電壓表示為Vave時，則Vdiff1=A×V1-B×Vave，Vdiff2=A×V2-B×Vave，VdiffN=A×VN-B×Vave，其中Vave=(累加V1至VN)/N，且A與B各為一係數。
本發明另提出一種直流對直流控制方法，包括以下步驟。取得在多個輸出電感上的每一相輸出電流。根據所取得的各相輸出電流而提供多個代表各相電流差異的差異電壓，其中每一個差異電壓皆不為零值。根據每一個差異電壓而調整相應各相的脈波寬度調變訊號的工作週期，據以控制各相電力轉換的通道電流。其中所提供的差異電壓為N個，N為大於或等於2的自然數，當各相輸出電流分別表示為I1、I2至IN，且N個差異電壓分別表示為Vdiff1、Vdiff2至VdiffN時，則Vdiff1=I1-(累加各相輸出電流，但排除I1)/(N-1)，Vdiff2=I2-(累加各相輸出電流，但排除I2)/(N-1)，VdiffN=IN-(累加各相輸出電流，但排除IN)/(N-1)。
在本發明的一實施例中，在進行調整相應各相的脈波寬度調變訊號的工作週期的步驟時，對於每一相的脈波寬度調變訊號調整步驟包括：接收一關聯於一輸入電壓的第一預設電壓，並接收一關聯於該相的差異電壓與一第二預設電壓的結合訊號；以及對於該第一預設電壓與該結合訊號進行比較，利用所產生的比較誤差訊號來調整該相的脈波寬度調變訊號的工作週期。
基於上述，本發明可計算出多個代表各相的差異電壓，且每一個差異電壓皆不為零值，並根據每一個差異電壓而調整相應輸出單元的脈波寬度調變訊號的工作週期，進而使各相通道的輸出電流產生相應的變動。藉此，本發明之多相直流對直流轉換器將可維持各相通道電流的平衡，進而提升轉換效率。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧多相直流對直流轉換器
110、110A‧‧‧感測單元
120、120A、120B‧‧‧脈波寬度調變控制器
301‧‧‧誤差放大器
303、305‧‧‧比較器
307‧‧‧導通時間計算電路
309、309A‧‧‧相位通道選擇器
311‧‧‧斜坡產生器
313‧‧‧補償電路
315‧‧‧識別電壓調整電路
1201、120N‧‧‧導通時間計算單元
1301、1302、130N‧‧‧輸出單元
1311、1312、131N‧‧‧驅動器
1321、1322、132N‧‧‧輸出級
1401、140N‧‧‧比較器
1501‧‧‧電流源
1502‧‧‧電容
1503‧‧‧加減器
DV1、DVN‧‧‧結合訊號
GND‧‧‧接地端
I1、I2：IN‧‧‧輸出電流(通道電流)
L1、L2、LN‧‧‧輸出電感
MU1、ML2、MU2、ML2、MUN、MLN‧‧‧電力開關
PH1、PH2、PHN‧‧‧相位節點
PV‧‧‧預設電壓
SPWM1、SPWM2、SPWMN、SPWM‧‧‧脈波寬度調變訊號
S401~S405‧‧‧本發明一實施例之直流對直流控制方法的各步驟
Ton‧‧‧固定導通時間
Toff‧‧‧關閉時間
Tsw‧‧‧切換週期
Vdiff1~VdiffN‧‧‧差異電壓
VIN‧‧‧輸入電壓
VDAC‧‧‧預設電壓
Vfb‧‧‧回授電壓
Vref‧‧‧參考電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，繪示了本發明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明本發明的原理。
圖1為可變切換頻率的脈波寬度調變控制的示意圖。
圖2為依據本發明一實施例的多相直流對直流轉換器的架構示意圖。
圖3為依據本發明一實施例的脈波寬度調變控制器的示意圖。
圖4為依據本發明另一實施例的脈波寬度調變控制器的示意圖。
圖5為依據本發明一實施例的導通時間計算電路的示意圖。
圖6繪示為本發明一實施例的直流對直流控制方法的流程圖。
現將詳細參考本發明之實施例，並在附圖中說明所述實施例之實例。另外，在圖式及實施方式中使用相同或類似標號的元件/構件代表相同或類似部分。
圖1為可變切換頻率的脈波寬度調變控制的示意圖。請參閱圖1。首先針對固定導通時間控制機制進行描述。對於多相直流對直流轉換中的每一相的通道電流可藉由脈波寬度調變訊號SPWM來驅動。而脈波寬度調變訊號SPWM具有固定導通時間Ton與關閉時間Toff，且脈波寬度調變訊號SPWM的切換週期Tsw可以改變，因此調整脈波寬度調變訊號SPWM的工作週期能使相應通道的輸出電流也跟著改變。
圖2為依據本發明一實施例的多相直流對直流轉換器的架構示意圖。請參閱圖2。此多相直流對直流轉換器100基於固定導通時間控制機制，其包括輸出單元1301、1302、130N、感測單元110以及脈波寬度調變控制器120。其中，輸出單元1301包括驅動器1311與輸出級1321，且輸出級1321包括電力開關MU1與電力開關ML2。輸出單元1302包括驅動器1312與輸出級1322，且輸出級1322包括電力開關MU2與電力開關ML2。依此類推，輸出單元130N包括驅動器131N與輸出級132N，且輸出級132N包括電力開關MUN與電力開關MLN。
再者，每一個輸出單元1301~130N耦接多個輸出電感L1~LN中對應的一個輸出電感，且每一個輸出單元1301~130N與所對應的輸出電感L1~LN之間具有一個相位節點。每一個輸出電感L1~LN的一端接在一起，而此耦接之處可用來提供輸出電壓VOUT至負載。其中，輸出單元1301耦接輸出電感L1，且具有相位節點PH1；輸出單元1302耦接輸出電感L2，且具有相位節點PH2；依此類推，輸出單元130N耦接輸出電感LN，且具有相位節點PHN。
感測單元110耦接這些相位節點PH1~PHN，以取得各相輸出電流。感測單元110用以提供多個代表各相電流差異或各相電壓差異的差異電壓Vdiff1~VdiffN。請注意，差異電壓Vdiff1~VdiffN中的任一個皆不為零值。
詳細來說，感測單元110所提供的差異電壓Vdiff1~VdiffN為N個，其中N為大於或等於2的自然數。當各相輸出電壓分別表示為V1、V2至VN，且N個差異電壓分別表示為Vdiff1、 Vdiff2至VdiffN，平均電壓表示為Vave時，則相關計算可以如下。
Vdiff1=A×V1-B×Vave。
Vdiff2=A×V2-B×Vave。
VdiffN=A×VN-B×Vave。
其中Vave=(V1+V2+…+VN)/N，且A與B各為一係數。
圖3為依據本發明一實施例的脈波寬度調變控制器的示意圖。請參閱圖3。脈波寬度調變控制器120A包括誤差放大器301、比較器303和305、導通時間計算電路307、相位通道選擇器309、斜坡產生器311以及識別電壓調整電路315。誤差放大器301的非反相輸入端耦接參考電壓Vref，而反相輸入端耦接與輸出電壓VOUT有關的回授電壓Vfb。比較器303和305的非反相輸入端耦接誤差放大器301的輸出。比較器303和305的反相輸入端耦接斜坡產生器311。
識別電壓調整電路315可依據電壓識別碼(voltage identification definition，VID)來提供預設電壓VDAC至導通時間計算電路307。預設電壓VDAC為一參考電壓。此外，可依據電壓識別碼(VID)來改變預設電壓VDAC。電壓識別碼可以為脈波寬度調變電壓識別碼(pulse width modulation voltage identification definition，PWMVID)或其他型式。
導通時間計算電路307可耦接如圖2的感測單元110與輸出單元1301~130N，以藉由這些差異電壓Vdiff1~VdiffN的至少一個來產生一導通時間脈波至這些輸出單元1301~130N。
為了方便說明導通時間計算電路307，請參閱圖5。圖5為依據本發明一實施例的導通時間計算電路307的示意圖。導通 時間計算電路307包括導通時間計算單元1201、…、120N。導通時間計算單元1201包括比較器1401。比較器1401的反相輸入端接收關聯於輸入電壓VIN的預設電壓PV，其中電流源1501對電容1502充電而產生預設電壓PV。而比較器1401的非反相輸入端接收關聯於差異電壓Vdiff1與預設電壓VDAC的結合訊號DV1，其中可藉由加減器1503對差異電壓Vdiff1與預設電壓VDAC進行運算，亦即DV1=VDAC-Vdiff1。所以，導通時間計算單元1201可以藉由預設電壓PV1與結合訊號DV1來調整輸出至對應的輸出單元1301的脈波寬度調變訊號SPWM1的工作週期。
請注意，圖5中的差異電壓(Vdiff1~VdiffN)除了可與預設電壓VDAC加以運算之外，差異電壓(Vdiff1~VdiffN)也可以影響導通時間計算單元1201的充電電流。
再者，各個導通時間計算單元1401~140N的構造相同。類似於導通時間計算單元1401的工作原理，在導通時間計算單元140N中，比較器140N的正輸入端接收關聯於差異電壓VdiffN與預設電壓VDAC的結合訊號DVN，DVN=VDAC-VdiffN。導通時間計算單元140N藉由預設電壓PV與結合訊號DVN來調整輸出至對應的輸出單元130N的脈波寬度調變訊號SPWMN的工作週期。
請合併參閱圖2和圖3。相位通道選擇器309耦接於導通時間計算電路307與這些輸出單元1301~130N之間，以藉由多相直流對直流轉換器100之一與負載電流相關的參數來調整多個相位的操作。例如，相位通道選擇器309導通某兩個相位，且關閉N-2個相位，但本發明不以此為限。此外，參數可包括全部的負載電流或與負載電流成比例的電流(例如，I1、I2或IN)、或與負載 電流相關的電壓。
此外，誤差放大器301的輸出端與接地端GND之間還可耦接補償單元313。補償單元313包括串接的電阻與電容，用以對誤差放大器301的輸出訊號進行補償。
圖4為依據本發明另一實施例的脈波寬度調變控制器的示意圖。請參閱圖4。圖4的脈波寬度調變控制器120B類似於圖3的脈波寬度調變控制器120A，差異之處在於，脈波寬度調變控制器120B的相位通道選擇器309A耦接斜波產生器311。相位通道選擇器309A可藉由多相直流對直流轉換器100之一與負載電流相關的參數來調整多個相位的操作。例如，相位通道選擇器309A導通某兩個相位，且關閉N-2個相位，但本發明不以此為限。此外，參數可包括全部的負載電流或與負載電流成比例的電流(例如，I1、I2或IN)、或與負載電流相關的電壓。
在又一變化實施例中，圖2的感測單元110的計算可以如下。當各相輸出電流分別表示為I1、I2至IN，且N個差異電壓分別表示為Vdiff1、Vdiff2至VdiffN時，則Vdiff1=I1-(12+13+…+IN)/(N-1)=I1-(累加各相輸出電流，但排除I1)/(N-1)；Vdiff2=I1-(I1+I3+…+IN)/(N-1)=I2-(累加各相輸出電流，但排除I2)/(N-1)；VdiffN=I1-(I2+I3+…+IN-1)/(N-1)=IN-(累加各相輸出電流，但排除IN)/(N-1)。
對於累加各相輸出電流且排除本身相位電流的平均計算方式，相較於將所有相位的輸出電流進行平均，可使計算速度上 少一個變數，因此在反應負載變動的速度會更加快速一些。
接著，在計算出差異電壓Vdiff1~VdiffN之後，脈波寬度調變控制器120可根據差異電壓Vdiff1而調整相應輸出單元1301的脈波寬度調變訊號SPWM1的工作週期。脈波寬度調變控制器120可根據差異電壓Vdiff2而調整相應輸出單元1302的脈波寬度調變訊號SPWM2的工作週期。依此類推，脈波寬度調變控制器120可根據差異電壓VdiffN調整相應輸出單元130N的脈波寬度調變訊號SPWMN的工作週期。故，脈波寬度調變控制器120調整脈波寬度調變訊號SPWM1、SPWM2、…、SPWMN的工作週期能使相應通道的輸出電流I1、I2、…、IN也跟著改變。
基於上述，由於本發明實施例可計算出多個代表各相的差異電壓，且每一個差異電壓皆不為零值，並根據每一個差異電壓而調整相應輸出單元的脈波寬度調變訊號的工作週期，進而使各相通道的輸出電流產生相應的變動。藉由多相直流對直流轉換器將可維持各相通道電流的平衡，進而提升電源轉換效率。
基於上述實施例所揭示的內容，可以彙整出一種通用的直流對直流控制方法。更清楚來說，圖6繪示為本發明一實施例之直流對直流控制方法的流程圖。為了方便說明，請合併參閱圖2和圖6，本實施例之直流對直流控制方法可以包括以下步驟。
如步驟S601所示，取得在多個輸出電感L1~LN上的每一相輸出電流。
接著如步驟S603所示，根據所取得的各相輸出電流而提供多個代表各相電流差異的差異電壓Vdiff1~VdiffN，其中每一個差異電壓Vdiff1~VdiffN皆不為零值。
接著如步驟S605所示，根據每一個差異電壓Vdiff1~VdiffN而調整相應各相的脈波寬度調變訊號SPWM1~SPWMN的工作週期，據以控制各相電力轉換的通道電流I1~IN。
相關計算差異電壓Vdiff1~VdiffN的實施方式如下。
當提供的差異電壓為N個，N為大於或等於2的自然數，各相輸出電壓分別表示為V1、V2至VN，且N個差異電壓分別表示為Vdiff1、Vdiff2至VdiffN，平均電壓表示為Vave時，則Vdiff1=A×V1-B×Vave，Vdiff2=A×V2-B×Vave，VdiffN=A×VN-B×Vave，其中Vave=(累加V1至VN)/N，且A與B各為一係數。
在又一變化實施例中，當提供的差異電壓為N個，N為大於或等於2的自然數，各相輸出電流分別表示為I1、I2至IN，且N個差異電壓分別表示為Vdiff1、Vdiff2至VdiffN時，則Vdiff1=I1-(累加各相輸出電流，但排除I1)/(N-1)，Vdiff2=I2-(累加各相輸出電流，但排除I2)/(N-1)，VdiffN=IN-(累加各相輸出電流，但排除IN)/(N-1)。
請參閱圖5。在進行調整相應各相的脈波寬度調變訊號的工作週期的步驟時，對於每一相的脈波寬度調變訊號調整步驟包括：接收關聯於輸入電壓VIN的預設電壓PV，並接收關聯於此相的差異電壓(Vdiff1~VdiffN的其中一者)與預設電壓VDAC的結合訊號(DV1~DVN的其中一者)；以及對於預設電壓PV與結合訊號(DV1~DVN的其中一者)進行比較，利用所產生的比較誤差訊號來調整此相的脈波寬度調變訊號(SPWM1~SPWMN的其中 一者)的工作週期。
綜上所述，本發明採用固定導通時間控制機制，並且所計算出的每一個差異電壓皆不為零值。每一個差異電壓可以用來調整對應相的脈波寬度調變訊號的工作週期，從而各相的脈波寬度調變訊號使相應通道的輸出電流也跟著改變。藉由本發明之多相直流對直流轉換器將可維持各相通道電流的平衡，進而提升轉換效率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧多相直流對直流轉換器
110‧‧‧感測單元
120‧‧‧脈波寬度調變控制器
1301、1302、130N‧‧‧輸出單元
1311、1312、131N‧‧‧驅動器
1321、1322、132N‧‧‧輸出級
I1、I2：IN‧‧‧輸出電流
L1、L2、LN‧‧‧輸出電感
MU1、ML2、MU2、ML2、MUN、MLN‧‧‧電力開關
PH1、PH2、PHN‧‧‧相位節點
SPWM1、SPWM2、SPWMN‧‧‧脈波寬度調變訊號
Vdiff1~VdiffN‧‧‧差異電壓
VIN‧‧‧輸入電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓

Claims (16)

  1. 一種多相直流對直流轉換器，耦接多個輸出電感，該多相直流對直流轉換器包括：多個輸出單元，每一個輸出單元耦接該多個輸出電感中對應的一個輸出電感，且每一個輸出單元與所對應的輸出電感之間具有一相位節點；一感測單元，耦接該些相位節點，以取得各相輸出電流，且用以提供多個代表各相電流差異的差異電壓，其中每一個差異電壓皆不為零值；以及一脈波寬度調變控制器，耦接該多個輸出單元與該感測單元，其中該輸出電感與該多個輸出單元的數量各為N個，其中N為大於或等於2的自然數，其中該感測單元所提供的差異電壓為N個，當各相輸出電壓分別表示為V1、V2至VN，且該N個差異電壓分別表示為Vdiff1、Vdiff2至VdiffN，一平均電壓表示為Vave時，則Vdiff1=A×V1-B×Vave，Vdiff2=A×V2-B×Vave，VdiffN=A×VN-B×Vave，其中Vave=(累加V1至VN)/N，且A與B各為一係數，其中該脈波寬度調變控制器包括一導通時間計算電路，該導通時間計算電路耦接該感測單元與該些輸出單元，以藉由該些差異電壓的至少一個來產生一導通時間脈波至該些輸出單元。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的多相直流對直流轉換器，其中該導通時間計算電路包括一比較器，該比較器的一輸入端接收 一關聯於一輸入電壓的第一預設電壓，該比較器的另一輸入端接收一關聯於該差異電壓與一第二預設電壓的一結合訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的多相直流對直流轉換器，其中該導通時間計算電路耦接一識別電壓調整電路，該識別電壓調整電路依據一電壓識別碼來產生一第二預設電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的多相直流對直流轉換器，其中該脈波寬度調變控制器還包括一相位通道選擇器，其耦接於該導通時間計算單元與該些輸出單元之間，以藉由該多相直流對直流轉換器之一與負載電流相關的參數來調整多個相位的操作。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的多相直流對直流轉換器，其中該脈波寬度調變控制器還包括一相位通道選擇器、多個比較器、一斜波產生器及一誤差放大器，該誤差放大器與該斜波產生器耦接該些比較器的輸入端，該相位通道選擇器耦接該斜波產生器，以藉由該多相直流對直流轉換器之一與負載電流相關的參數來調整多個相位的操作。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的多相直流對直流轉換器，其中該誤差放大器的輸出端還耦接一補償單元。
  7. 一種多相直流對直流轉換器，耦接多個輸出電感，該多相直流對直流轉換器包括：多個輸出單元，每一個輸出單元耦接該多個輸出電感中對應的一個輸出電感，且每一個輸出單元與所對應的輸出電感之間具有一相位節點；一感測單元，耦接該些相位節點，以取得各相輸出電流，且用以提供多個代表各相電流差異的差異電壓，其中每一個差異電 壓皆不為零值；以及一脈波寬度調變控制器，耦接該多個輸出單元與該感測單元，其中該輸出電感與該多個輸出單元的數量各為N個，其中N為大於或等於2的自然數，其中該感測單元所提供的差異電壓為N個，當各相輸出電流分別表示為I1、I2至IN，且該N個差異電壓分別表示為Vdiff1、Vdiff2至VdiffN時，則Vdiff1=I1-(累加各相輸出電流，但排除I1)/(N-1)，Vdiff2=I2-(累加各相輸出電流，但排除I2)/(N-1)，VdiffN=IN-(累加各相輸出電流，但排除IN)/(N-1)，其中該脈波寬度調變控制器包括一導通時間計算電路，該導通時間計算電路耦接該感測單元與該些輸出單元，以藉由該些差異電壓的至少一個來產生一導通時間脈波至該些輸出單元。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的多相直流對直流轉換器，其中該導通時間計算電路包括一比較器，該比較器的一輸入端接收一關聯於一輸入電壓的第一預設電壓，該比較器的另一輸入端接收一關聯於該差異電壓與一第二預設電壓的一結合訊號。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的多相直流對直流轉換器，其中該導通時間計算電路耦接一識別電壓調整電路，該識別電壓調整電路依據一電壓識別碼來產生一第二預設電壓。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的多相直流對直流轉換器，其中該脈波寬度調變控制器還包括一相位通道選擇器，其耦接於該導通時間計算電路與該些輸出單元之間，以藉由該多相直流對直流轉換器之一與負載電流相關的參數來調整多個相位的操作。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的多相直流對直流轉換器，其中該脈波寬度調變控制器還包括一相位通道選擇器、多個比較器、一斜波產生器及一誤差放大器，該誤差放大器與該斜波產生器耦接該些比較器之輸入端，該相位通道選擇器耦接該斜波產生器，以藉由該多相直流對直流轉換器之一與負載電流相關之一參數來調整多個相位的操作。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的多相直流對直流轉換器，其中該誤差放大器的輸出端還耦接一補償單元。
  13. 一種多相直流對直流控制方法，包括：取得在多個輸出電感上的每一相輸出電流；根據所取得的各相輸出電流而提供多個代表各相電流差異的差異電壓，其中每一個差異電壓皆不為零值；以及根據每一個差異電壓而調整相應各相的脈波寬度調變訊號的工作週期，據以控制各相電力轉換的通道電流，其中所提供的差異電壓為N個，N為大於或等於2的自然數，當各相輸出電壓分別表示為V1、V2至VN，且該N個差異電壓分別表示為Vdiff1、Vdiff2至VdiffN，一平均電壓表示為Vave時，則Vdiff1=A×V1-B×Vave，Vdiff2=A×V2-B×Vave，VdiffN=A×VN-B×Vave，其中Vave=(累加V1至VN)/N，且A與B各為一係數。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的多相直流對直流控制方法，其中在進行調整相應各相的脈波寬度調變訊號的工作週期的 步驟時，對於每一相的脈波寬度調變訊號調整步驟包括：接收一關聯於一輸入電壓的第一預設電壓，並接收一關聯於該相的差異電壓與一第二預設電壓的結合訊號；以及對於該第一預設電壓與該結合訊號進行比較，利用所產生的比較誤差訊號來調整該相的脈波寬度調變訊號的工作週期。
  15. 一種多相直流對直流控制方法，包括：取得在多個輸出電感上的每一相輸出電流；根據所取得的各相輸出電流而提供多個代表各相電流差異的差異電壓，其中每一個差異電壓皆不為零值；以及根據每一個差異電壓而調整相應各相的脈波寬度調變訊號的工作週期，據以控制各相電力轉換的通道電流，其中所提供的差異電壓為N個，N為大於或等於2的自然數，當各相輸出電流分別表示為I1、I2至IN，且該N個差異電壓分別表示為Vdiff1、Vdiff2至VdiffN時，則Vdiff1=I1-(累加各相輸出電流，但排除I1)/(N-1)，Vdiff2=I2-(累加各相輸出電流，但排除I2)/(N-1)，VdiffN=IN-(累加各相輸出電流，但排除IN)/(N-1)。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的多相直流對直流控制方法，其中在進行調整相應各相的脈波寬度調變訊號的工作週期的步驟時，對於每一相的脈波寬度調變訊號調整步驟包括：接收一關聯於一輸入電壓的第一預設電壓，並接收一關聯於該相的差異電壓與一第二預設電壓的結合訊號；以及對於該第一預設電壓與該結合訊號進行比較，利用所產生的比較誤差訊號來調整該相的脈波寬度調變訊號的工作週期。
TW102101352A 2013-01-14 2013-01-14 多相直流對直流轉換器與其控制方法 TWI483523B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102101352A TWI483523B (zh) 2013-01-14 2013-01-14 多相直流對直流轉換器與其控制方法
US13/802,790 US9000741B2 (en) 2013-01-14 2013-03-14 Multi-phase DC-DC converter and controlling method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102101352A TWI483523B (zh) 2013-01-14 2013-01-14 多相直流對直流轉換器與其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201429131A true TW201429131A (zh) 2014-07-16
TWI483523B TWI483523B (zh) 2015-05-01

Family

ID=51164662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102101352A TWI483523B (zh) 2013-01-14 2013-01-14 多相直流對直流轉換器與其控制方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9000741B2 (zh)
TW (1) TWI483523B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104242642A (zh) * 2014-09-12 2014-12-24 武汉新芯集成电路制造有限公司 带有双相降压转换器的电流平衡电路
CN110932524A (zh) * 2018-08-30 2020-03-27 力智电子股份有限公司 多相电源转换的控制器及电流平衡方法
TWI822462B (zh) * 2022-07-22 2023-11-11 大陸商昂寶電子（上海）有限公司 多相穩壓器均流控制系統和方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2894777A1 (en) * 2014-01-09 2015-07-15 Dialog Semiconductor (UK) Limited DC/DC converter efficiency improvement for low current levels
US9899920B2 (en) * 2015-09-11 2018-02-20 Mediatek Inc. Voltage regulator and method for controlling output stages of voltage regulator
US9948184B2 (en) * 2016-02-08 2018-04-17 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Current balance method for multiphase switching regulators
CN114461002A (zh) * 2020-11-09 2022-05-10 上海晶丰明源半导体股份有限公司 多相电压调节器及其温度平衡控制方法
TWI796202B (zh) * 2022-04-14 2023-03-11 華碩電腦股份有限公司 供電倍相系統

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5568044A (en) * 1994-09-27 1996-10-22 Micrel, Inc. Voltage regulator that operates in either PWM or PFM mode
TW565987B (en) * 2002-05-06 2003-12-11 Winbond Electronics Corp Balanced current converter with multiple pulse width modulated channels
US7339361B2 (en) * 2006-06-26 2008-03-04 Intersil Americas Inc. Multi-phase DC-DC converter using auxiliary resistor network to feed back multiple single-ended sensed currents to supervisory controller for balanced current-sharing among plural channels
US8058856B2 (en) * 2007-08-24 2011-11-15 Upi Semiconductor Corporation Multi-phase DC-DC converter and method for balancing channel currents
US8183841B2 (en) * 2008-01-07 2012-05-22 Semiconductor Components Industries, Llc Multi-phase power supply controller and method therefor
US8030905B2 (en) * 2008-07-10 2011-10-04 Honeywell International Inc. Isolated generator control unit (GCU)
TW201008122A (en) 2008-08-07 2010-02-16 Richtek Technology Corp Current balancing device and method for a multi-phase power converter with constant working time control

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104242642A (zh) * 2014-09-12 2014-12-24 武汉新芯集成电路制造有限公司 带有双相降压转换器的电流平衡电路
CN110932524A (zh) * 2018-08-30 2020-03-27 力智电子股份有限公司 多相电源转换的控制器及电流平衡方法
CN110932524B (zh) * 2018-08-30 2022-06-17 力智电子股份有限公司 多相电源转换的控制器及电流平衡方法
TWI822462B (zh) * 2022-07-22 2023-11-11 大陸商昂寶電子（上海）有限公司 多相穩壓器均流控制系統和方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI483523B (zh) 2015-05-01
US20140197810A1 (en) 2014-07-17
US9000741B2 (en) 2015-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI483523B (zh) 多相直流對直流轉換器與其控制方法
US10038365B2 (en) Soft start systems and methods for multi-level step-up converters
KR101840412B1 (ko) 벅 스위치 모드 파워 컨버터 큰 신호 천이 응답 최적화기
TWI483529B (zh) 多相直流對直流電源轉換器
CN107112895B (zh) 开关稳压器及其操控方法
US20190089251A1 (en) Single inductor multi-output buck-boost converter and control method thereof
JP6285235B2 (ja) デジタル制御電源回路の制御回路、制御方法およびそれを用いたデジタル制御電源回路、ならびに電子機器および基地局
US9369044B2 (en) Multi-phase power circuit
US9270178B2 (en) Digital controllers and digital control methods of multi-phase switching converters
JP5889307B2 (ja) ブリッジトポロジーを用いるスイッチドモード電力コンバータ装置及びその制御方法
WO2014127190A1 (en) Buck-boost converter with buck-boost transition switching control
WO2012030959A2 (en) Switching method for switched-mode power converters employing a bridge topology
US10170986B2 (en) Hybrid buck
JP6040565B2 (ja) 多相の電力変換回路
CN103517503A (zh) 使用pwm信号调光的led驱动器及驱动方法
US20180351458A1 (en) Control method, control circuit and multi-phase converter
CN113162402B (zh) 用于开关变换器的控制电路
TW201904184A (zh) 直流對直流轉換電路及其多相電源控制器
US9843257B2 (en) Set point independent regulation of a switched mode power converter
TWI581550B (zh) 轉換器控制方法
Li et al. A comparative study of small-signal average models for average current mode control
Yoshimura et al. Basic characteristics of current sensorless hysteretic control DC-DC converter
TWI838200B (zh) 開關電源的控制電路、控制方法及開關電源
Jia et al. A single-inductor dual-output pseudo-DCM/CCM buck and boost converter with adaptive DC current compensation
Hwu et al. A simple FPGA-based current sharing topology based on the one-comparator counter-based PWM control strategy