TW201725841A - 用於直流對直流電壓轉換器的方法與系統 - Google Patents

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Abstract

實施例涉及一種裝置，所述裝置包括：電流共用控制電路，所述電流共用控制電路被配置成接收代表第一功率級中的電流的第一取樣電感器電流感測信號，被配置成從資料匯流排接收來自固定參考相位的第二取樣電感器電流感測信號，並且產生調整信號。第一控制迴路具有被配置成與第一功率級的輸入耦連的輸出，並且被配置成接收代表輸出電壓的信號以及調整信號。

Description

用於直流對直流電壓轉換器的方法與系統
相關申請的交叉引用：本專利申請案主張享有2015年11月18日提出申請的美國專利申請案第62/256898號的優先權，所述申請案的全部內容在此引入以作為參考。
本揭示案係關於用於DC-DC電壓轉換器的方法和系統。
先前技術的缺陷仍存在。本發明意欲解決此類缺陷及/或提供優於先前技術的改良。
本發明之第一態樣包括一種裝置，裝置包括電流共用控制電路，電流共用控制電路被配置成接收代表第一功率級中的電流的第一取樣電感器電流感測信號，被配置成從資料匯流排接收來自固定參考相位的第二取樣電感器電流感測信號，以及產生調整信號；第一控制迴路，第一控制迴路具有被配置成與第一功率級的輸入耦連的輸出，並且被配置成接收代表輸出電壓的信號和調整信號。
本發明之第二態樣包括DC-DC電壓轉換器，DC-DC電壓轉換器包括：具有第一控制迴路的固定參考相位；與第一控制迴路耦連的第一功率級；其中第一功率級具有第一電感器和第一輸出；第二相位，第二相位包括電流共用控制電路、第二控制迴路以及第二功率級；其中第二功率級具有第二電感器和第二輸出；其中電流共用控制電路耦連到第二控制迴路；其中第二控制迴路耦連到第二功率級；與第一輸出和第二輸出相連的DC-DC電壓轉換器輸出；與DC-DC電壓轉換器輸出耦連的電壓感測器，電壓感測器被配置成提供代表DC-DC電壓轉換器輸出上的輸出電壓的信號；其中第一控制迴路和第二控制迴路都被配置成接收代表輸出電壓的信號；與固定參考相位和第二相位耦連的資料匯流排；以及其中電流共用控制電路被配置成藉由資料匯流排接收取樣電感器電流感測信號。
本發明之第三態樣包括一種方法，方法包括：在固定參考相位以及至少一個其它相位產生取樣電感器電流感測信號；將固定參考相位的取樣電感器電流感測信號傳送到至少一個其它相位；將至少一個其它相位中的每一個的取樣電感器電流感測信號與固定參考相位的取樣電感器電流感測信號相比較；及調整至少一個其它相位的輸出電流，以使固定參考相位和至少一個其它相位的輸出電流基本相等。
實施例主要涉及具有固定參考相位的多相DC-DC電壓轉換器。
圖1圖示例示的電子系統100，該系統包括處理系統116之類的負載以及具有電壓轉換器的電源102，該電壓轉換器例如可以是DC-DC電壓轉換器104。處理器118可以藉由電壓轉換器資料匯流排150與電壓轉換器電耦連、與該電壓轉換器進行通訊及/或控制該電壓轉換器。該電子系統100可以是與電信、汽車、半導體測試和製造設備、消費類電子產品或是任何類型的電子設備相關聯的設備。
電源102可以是AC-DC電源或是由電池供電的DC電源。電源102向DC-DC電壓轉換器104提供輸入電壓165（VIN ）以便為DC-DC電壓轉換器104供電。該DC-DC電壓轉換器104具有輸出電壓144（VOUT ）以及轉換器輸出電流164（IOUT ）。該輸出電壓144是用下文更進一步描述的方式調節的電壓，並且是在DC-DC電壓轉換器104的輸出上提供的。
在一個實施例中，處理系統116可以包括相互耦連的處理器118和記憶體120。在另一個實施例中，處理器118可以是一或多個微處理器、微控制器、嵌入式處理器、數位訊號處理器或前述各項中的兩項或更多項的組合。記憶體120可以是一或多個動態記憶體及/或非動態記憶體，例如靜態隨機存取記憶體、動態隨機存取記憶體、唯讀記憶體、快閃記憶體或是前述各項中的兩項或更多項的組合。DC-DC電壓轉換器104向處理系統116之類的負載提供電壓，其中與低壓降穩壓器之類的其它電壓源提供的電壓相比，該DC-DC電壓轉換器104提供的電壓更加精確及/或更加高效。
圖1所示的DC-DC電壓轉換器104可以作為電流模式或電壓模式的DC-DC電壓轉換器來實施。電壓模式的DC-DC電壓轉換器常用於避免必須實施用以量測即時電流位準的電路。後續圖示的多相DC-DC電壓轉換器是電壓模式的DC-DC電壓轉換器。然而，本發明同樣可以用在電流模式的DC-DC電壓轉換器中。另外，後續還例示了用於電流模式的DC-DC電壓轉換器的控制迴路的實例。
多相DC-DC電壓轉換器可用於提供更高和更精確的輸出電流容量。數位DC-DC電壓轉換器可用於提供更高的效率和操作靈活性。
非常有利的是，圖1的DC-DC電壓轉換器104是由具有固定參考相位的多相數位DC-DC電壓轉換器形成的。術語「固定」意味著參考相位不會從一個相位變成另一個相位；並且後續將會對此進行更進一步的描述。此外，術語「固定」還意味著DC-DC電壓轉換器104的輸出電壓具有固定或基本恆定的輸出電壓。該DC-DC電壓轉換器104（及其每個構成相位）的輸出電壓不會回應於DC-DC電壓轉換器104（及其構成相位）的輸出電流變化而改變。其它的多相DC-DC電壓轉換器可以使用參考相位來實現，其中所述參考相位會在轉換器的操作程序中在兩個或更多相位之間移動及/或需要負載線阻抗，以使輸出電壓隨著輸出電流而改變。
固定參考相位是由電源102的設計者或使用者選擇的，並且可以是n個相位中的任一相位。其它相位的輸出電流則會藉由使用固定參考相位的電流信號來調節。後續將會參照圖2a至圖4來更詳細地描述具有固定參考相位的多相數位DC-DC電壓轉換器的實施例。
在圖2a中圖示具有固定參考相位272a的多相數位DC-DC電壓轉換器214的實施例。該多相數位DC-DC電壓轉換器214是電壓模式的DC-DC電壓轉換器。以下對該例示實施例進行了概要描述。並且稍後將會描述更多的實施和操作細節。
圖示的多相數位DC-DC電壓轉換器214具有n個相位。圖2a圖示兩個相位：固定參考相位272a以及相位n 272n。這兩個相位都包括控制迴路。為了讓每一個相位272產生預期的輸出電流以及讓多相數位DC-DC電壓轉換器214產生預期的輸出電壓，作為實例，相位272a、272n必須以如下所述的方式耦連。
每一個相位272的輸出耦連在一起，以使每一個相位272都具有相等（或基本相等）的輸出電壓144（VOUT ）。每一個相位272的輸出電流，例如IOUT a 164a和IOUT n 164n組合以便提供轉換器輸出電流164（IOUT ）。多相數位DC-DC電壓轉換器214的每一個相位都包括數位控制迴路202和功率級204。
在另一個實施例中，控制迴路可以是模擬控制迴路。在這種情況下，後續描述的電流共用控制可以採用類比或數位設計實施，但其需要例如將數位輸入或輸出分別轉換成類比輸入或輸出的數位類比轉換器。然而，後續描述的實施例圖示數位多相DC-DC電壓轉換器。
在一個實施例中，可以在電源模組294中實現數位控制迴路202和功率級204。在另一個實施例中，非參考相位包括下文描述的數位電流共用控制電路206。在另一個實施例中，可以在電源模組294中實現數位控制迴路202、功率級204以及數位電流共用控制電路206的每一個。
每一個功率級204都配備了輸入電壓VIN （165），並且在一個實施例中，該輸入電壓對於每一個功率級204而言都是相同的。在一個實施例中，每一個功率級204都產生模擬電感器電流感測信號152（ISENSE ），例如代表電感器電流的電壓信號，或者藉由使用電流感測器242感測這種電流來產生上端功率電晶體電流。或者，電感器電流感測信號152可以例如在數位控制迴路202或功率級204中基於對電感器電流或電晶體電流的模擬來合成。在2012年5月29日發佈的美國專利案第RE43414號中進一步描述了這種合成，所述專利在這裡引入以作為參考。在另一個實施例中，電感器電流感測信號152例如在數位控制迴路202或功率級204中被數位化。
在一個實施例中，電壓感測器244耦連到多相數位DC-DC電壓轉換器214的輸出。電壓感測器244產生代表輸出電壓144的輸出電壓感測信號128（FB）。該輸出電壓感測信號128可以藉由改變其電壓或電流位準來傳達關於輸出電壓144的資訊。在另一個實施例中，輸出電壓感測信號128例如在功率級204或數位控制迴路202中被數位化。在另一個實施例中，所有相位272的電壓輸出都連接在DC-DC電壓轉換器輸出247。該DC-DC電壓轉換器輸出247被配置成提供多相數位DC-DC電壓轉換器214的輸出電壓144。
功率級204的輸入被配置成接收來自從數位控制迴路202的輸出的脈衝寬度調制器（PWM）信號252。如稍後所述，PWM信號252用於交替地導通和關斷功率級204中的高功率和低功率電晶體。
除了固定參考相位272a之外的所有相位都包括數位電流共用控制電路206。具有指定相位的數位電流共用控制電路206的輸入被配置成藉由資料匯流排295接收固定參考相位272a的與數位化的電感器電流感測信號258a相對應的信號，以及接收與指定相位的數位化的電感器電流感測信號相對應的信號。
由於資料匯流排295的等待時間有限，因此在資料匯流排295上的PWM信號252的單次循環中，藉由資料匯流排295來傳遞與電感器電流相對應的一個以上的資料項目是不切實際的。在一個實施例中，為了減小數位控制迴路202的等待時間，可以在PWM信號252的單次循環中使用諸如內插濾波器所實施的估計器電路259來決定電感器電流感測信號152的平均值、峰值或穀值位準（取樣電感器電流感測信號260）。在一個實施例中，取樣電感器電流感測信號260可以從單次循環中測得的電感器電流感測信號152的取樣中推導得到。估計器電路259與PWM信號252耦連。在一個實施例中，PWM信號252使用雙邊緣調制，由此可以調節PWM脈衝的兩個邊緣。此外，PWM信號252具有固定頻率。由此，（a）電感器電流感測信號的平均振幅會在PWM脈衝的中間或是PWM脈衝週期的中間出現，（b）電感器電流感測信號152的峰值振幅會在PWM脈衝的後緣出現，以及（c）電感器電流的穀值振幅會在PWM脈衝的前緣出現。在所有的相位272都使用相同類型的取樣電感器電流感測信號260，例如平均值、峰值或穀值。資料匯流排295被配置成接收參考相位272a的取樣電感器電流感測信號260a。其它相位的取樣電感器電流感測信號260被傳遞給其各自的數位電流共用控制電路206。這種技術的另一個益處是允許使用較低取樣速率的類比數位轉換器（ADC）來數位化電感器電流感測信號152。
數位電流共用控制電路206產生調整電壓224，該調整電壓224對應於所述電流之間的差值並且用來調節指定相位的PWM信號252的波形。
如下面更進一步描述的，固定參考相位的電感器電流感測信號152a（ISENSE REF ）被數位化，取樣電感器電流感測信號260a被建立並藉由資料匯流排295傳送到其它相位，例如相位272n。每一個其它相位將參考相位的取樣電感器電流感測信號260a與該相位的取樣電感器電流感測信號260相比較，以便調整該相位的相應輸出電流。
由於多相數位DC-DC電壓轉換器214使用固定參考相位272a，因此在一個實施例中，資料匯流排295可以用數位推挽式匯流排來實現。與需要使用上拉電阻器的備選匯流排設計（所述備選匯流排設計可能需要實施不具有固定參考相位並且由此需要仲裁的多相數位DC-DC電壓轉換器）相比，推挽式匯流排具有更高的頻寬。使用推挽式拓撲結構實施的資料匯流排295具有更高的抗噪性，並且允許使用者操作處於更高資料速率的多相數位DC-DC電壓轉換器214。在另一個實施例中，資料匯流排295可以用單線匯流排來實現。因此，若每一個相位是作為單個單元，例如單個積體電路或模組實施的，則只需要將一個引腳連接到資料匯流排295。後續將會描述與數位電流共用控制電路206耦連的資料匯流排295。所述數位電流共用控制電路206與處於相應相位272的數字控制迴路202（後續描述）相耦連。
圖2b圖示用於依照電壓控制模式工作的多相數位DC-DC電壓轉換器214的例示數位控制迴路202。該數位控制迴路202被配置成接收輸出電壓感測信號128。在一個實施例中，除了固定參考相位272a的數字控制迴路202之外的所有數位控制迴路202還被配置成從作為相同相位272一部分的數位電流共用控制電路206接收調整電壓224。該數位控制迴路202包括用於數位化輸出電壓感測信號128的ADC 212。在一個實施例中，控制迴路數字減法器213從參考電壓221、例如數位化的參考電壓中減去數位化的輸出電壓感測信號的電壓位準；所述參考電壓221是由電源102的設計者或使用者定義的。在一個實施例中，控制迴路數字減法器213具有增益。在類比控制迴路中，控制迴路數位減法器213將會是誤差放大器。參考電壓221指示了所期望的輸出電壓144。控制迴路數位減法器213產生誤差信號284，例如電壓。在一個實施例中，該控制迴路數位減法器213可以執行加法和減法功能。對於並非固定參考相位272a的相位來說，在一個實施例中，誤差信號284是藉由將調整電壓224、參考電壓以及數位化輸出電壓感測信號的電壓位準的負值相加來計算的。該計算可以採用多種方式來執行。在一個實施例中，誤差信號284是藉由將調整電壓224與參考電壓221和數位化輸出電壓感測信號的電壓位準之間的差值相加而計算的。在另一個實施例中，誤差信號284是藉由將參考電壓221與調整電壓224和數位化輸出電壓感測信號的電壓位準之間的差值相加而計算的。在另一個實施例中，可從參考電壓221和調整電壓224的總和中減去數位化輸出電壓感測信號的電壓位準。對於固定參考相位272a來說，誤差信號284的電壓位準是參考電壓221與數位化輸出電壓感測信號的電壓位準之間的差值。
現在將對數位控制迴路202的其餘部分進行描述。DC分支225和AC分支226被配置成接收誤差信號284。DC分支225產生代表誤差信號284中的DC分量的信號。諸如單循環回應數位補償器之類的補償器210被配置成接收DC分支225的輸出。該補償器210用於補償多相數位DC-DC電壓轉換器214，使其從瞬態輸出電壓偏差中恢復。在一個實施例中，DC分支225是由輸出端與積分器220相耦連的低通濾波器223實現的。對於該實施例，低通濾波器223的輸入端被配置成接收誤差信號284。
AC分支226產生代表誤差信號284中的AC分量的信號。在一個實施例中，AC分支226包括被配置成接收誤差信號284的帶通濾波器215，例如紋波濾波器。AC分支226移除切換頻率的峰間紋波信號分量和諧波。
補償器210、例如單循環回應數位補償器被配置成接收AC分支226的輸出（例如帶通濾波器215的輸出）和DC分支225的輸出（例如積分器220的輸出）。在美國專利案第8,575,910號中進一步描述了在數位功率管理系統中使用的單循環回應數位補償器，所述專利在此引入以作為參考。
圖2b中顯示了補償器210的一個實施例。圖示的補償器210包括α增益電路216，α增益電路216被配置成接收AC分支226的輸出，例如帶通濾波器215的輸出，以及將所述信號與增益α相乘。α增益電路216提升了AC分支226的頻寬。補償器210還包括β增益電路218，β增益電路218被配置成接收數位加法器（summer）217的輸出以及將所述信號與增益β相乘。當向數位加法器217進行回饋時，由β增益電路218形成的反饋迴路將會提升補償器的穩定性，並且促使補償器210的輸出更快地達到穩定狀態。數位加法器217被配置成接收α增益電路216的輸出、β增益電路218的輸出以及諸如積分器220之類的DC分支225的輸出。數位加法器217的輸出是α增益電路216的輸出、β增益電路218的輸出的負值以及DC分支225的輸出（例如，積分器220的輸出）的總和。這項功能是由數位加法器217執行的，因此加法器能夠進行除了加法以外的數學運算，例如減法。該功能可以用多種方式來實現。可從α增益電路216與DC分支225的輸出的總和中減去β增益電路218的輸出。或者，α增益電路216的輸出可以與DC分支225和β增益電路218的輸出之間的差值相加。在另一個實施例中，DC分支225的輸出可與α增益電路216和β增益電路218的輸出之間的差值相加。
在一個實施例中，α和β可以由電源102的設計者或使用者定義。在另一個實施例中，α增益電路216的增益範圍可以是50到200，β增益電路218的增益範圍可以是0到1。在另一個實施例中，β增益電路218的增益是0.7。
PWM信號產生器219被配置成接收補償器210的輸出，例如，數位加法器217的輸出。在一個實施例中，PWM信號產生器219例如以數位方式將補償器的輸出與具有數位化的鋸齒波形相比較。所述PWM信號產生器219的輸出被配置成提供PWM信號252。所述PWM信號252具有寬度隨著補償器210的輸出而變化的脈衝。
在一個實施例中，數位控制迴路202被配置為從相應功率級204接收電感器電流感測信號152。電感器電流感測信號或ISENSE ，ADC 222將電感器電流感測信號152數位化。估計器電路259被配置成接收數位化的電感器電流感測信號258以及PWM信號252。如前述，估計器電路259產生例如代表平均電感器電流的取樣電感器電流感測信號260。
圖2c圖示用於電流模式的多相數位DC-DC電壓轉換器的例示數位控制迴路282。在該實施例中，取樣電感器電流感測信號260會在電流模式的多相數位DC-DC電壓轉換器的數位控制迴路282中使用。比例運算電路227被配置成接收取樣電感器電流感測信號260。比例運算電路227調整取樣電感器電流感測信號260的例如電壓的位準。控制迴路數位減法器213被配置成接收比例運算電路227的輸出。在一個實施例中，比例運算電路227的輸出與減去與輸出電壓感測信號128相對應的電壓位準的參考電壓221和調整電壓224的總和相加。
現在將對數位電流共用控制電路206進行描述。在圖2d中圖示向補償器210提供調整電壓224的例示的數位電流共用控制電路206n。該例示的數位電流共用控制電路206n包括控制電路數位加法器（summer）254和數位比例積分（PI）濾波器256。控制電路數位加法器254被配置成接收由固定參考相位272a藉由資料匯流排295提供的取樣電感器電流感測信號260a以及數位電流共用控制電路206n所屬的相位272n的取樣電感器電流感測信號260n。控制電路數位加法器254將取樣電感器電流感測信號260a與取樣電感器電流感測信號260n相比較，例如從取樣電感器電流感測信號260n中減去取樣電感器電流感測信號260a，反之亦可。控制電路數位加法器254的輸出是相位電流誤差信號255（IPHASE ERROR ）。PI濾波器256被配置成接收該相位電流誤差信號255。所述PI濾波器256的輸出是被配置成與數位控制迴路202n耦連的調整電壓224n。
圖2e圖示功率級204的一個實施例。功率級204包括驅動器276、功率電晶體，例如上部金屬氧化物半導體場效應電晶體（MOSFET）278A和下部MOSFET 278B，以及輸出濾波器264。驅動器276被配置成從數位控制迴路202接收PWM信號252。該驅動器276產生分別耦連到上部MOSFET 278A和下部MOSFET 278B的UGate控制信號232以及LGate控制信號234。所述UGate控制信號232和LGate控制信號234分別導致上部MOSFET 278A和下部MOSFET 278B交替地導通和關斷。在一個實施例中，驅動器276可以包括空載時間控制和自舉處理。輸出濾波器264與上部MOSFET 278A的源極以及下部MOSFET 278B的汲極耦連。在一個實施例中，輸出濾波器264包括串聯電感器262以及並聯電容器265。功率級204的輸出具有相應的輸出電壓144（VOUT ）以及輸出電流164x（IOUT ）。功率級204的輸出上的輸出電壓144以本文所述的方式調節。
在一個實施例中，電流感測器242耦連到輸出濾波器264的串聯電感器262的端子。該電流感測器242產生代表電感器電流263（IL ）的電感器電流感測信號152（ISENSE ）。該電感器電流感測信號152x可藉由改變其電壓或電流位準來傳送與電感器電流263有關的資訊。
在另一個實施例中，電流感測器可以置於上部MOSFET 278A附近，以便量測上部MOSFET 278A的汲極到源極電流。代表上部MOSFET 278A的汲極到源極電流的感測信號可以用來取代本文描述的實施例中的電感器電流感測信號152x。在另一個實施例中，電感器電流感測信號152可以藉由合成（例如模擬）電感器電流263（本文進一步描述）或諸如汲極到源極電流之類的電晶體電流來建立。
在一個實施例中，電流感測器242和相應的電感器電流感測信號152耦連到數位控制迴路202。對於固定參考相位272a來說，電感器電流感測信號152a還耦連到資料匯流排295。對於其它相位272b-n來說，相應的電感器電流感測信號152b-n耦連到相應的數位電流共用控制電路206b-n。在另一個實施例中，電感器電流感測信號152具有三角形或鋸齒波形。在替換實施例中，電感器電流感測信號152可以是合成的，而不是藉由模擬電感器電流263感測的。
在一個實施例中，上部MOSFET 278A和下部MOSFET 278B由電源102供電。在另一個實施例中，電源102提供與上部MOSFET 278A的汲極耦連的輸入電壓165（VIN ）。在另一個實施例中，輸入電壓165是電源102提供的直流（DC）電壓。
在一個實施例中，數位控制迴路202、數位電流共用控制電路206（如有需要）、驅動器276以及至少一個功率電晶體被構建在單個積體電路（IC）上。或者，數位控制迴路202、數位電流共用控制電路206（如有需要）以及驅動器276可被構建在不包含任何功率電晶體的單個IC上。在另一個實施例中，數位控制迴路202和數位電流共用控制電路206（如有需要）可被構建在單個IC上；驅動器276以及至少一個功率電晶體可被構建在一或多個單獨的IC上。在另一個實施例中，上部MOSFET 278A和下部MOSFET 278B可被構建在單個IC上。
由於使用固定參考相位272a，多相數位DC-DC電壓轉換器214的實施和操作得到了簡化。舉例而言，資料匯流排295得以簡化，只需要向其它相位傳遞固定參考相位272a的數位化電感器電流感測信號258a的取樣。在一個實施例中，資料匯流排295可以作為推挽式匯流排而不是上拉匯流排來實現，由此具有很高的頻寬。電源102的設計者可以使用高頻寬來權衡訊雜比與速度。在美國專利案第8,239,597號中圖示此類資料匯流排的一個實例，所述專利在此引入以作為參考。固定參考相位272a的數位化ISENSE REF 信號258a可以用圖3所示的數位邏輯高302和邏輯低304脈衝波形300施加於資料匯流排295。圖3圖示經過簡化的資料結構的一個實施例，該資料結構的每一個取樣都具有10個位元，其中包括起始和停止位元以及8個資料位元。在另一個實施例中，匯流排信號可以是自定時的，例如在每一個位元的下降沿自定時。
現在將描述如前述並且如圖4進一步圖示的多相數位DC-DC電壓轉換器214的操作方法400的一個實施例。在方塊402，固定參考相位272a以及除了固定參考相位之外的至少一個相位各自產生電感器電流感測信號152。在方塊404，類比電感器電流感測信號152被數位化成為數位電感器電流感測信號258。在方塊406，例如由估計器電路259從相應的數位電感器電流感測信號258中產生取樣電感器電流感測信號260。在一個實施例中，取樣電感器電流感測信號260a-n代表平均電感器電流、峰值電感器電流以及穀值電感器電流之一。在方塊407，參考相位272a的取樣電感器電流感測信號260a被通訊、例如傳送至一或多個其它相位（即非參考相位）。在一個實施例中，取樣電感器電流感測信號260a藉由資料匯流排295（例如數位推挽式匯流排）而通訊到一或多個其它相位。在方塊408，將至少一個其它相位的取樣電感器電流感測信號與固定參考相位272a的取樣電感器電流感測信號260a相比較。在一個實施例中，這種比較需要從至少一個其它相位中每一個的其它取樣輸出電流感測信號中減去固定參考相位272a的數位電感器電流感測信號258a。在另一個實施例中，這種減法用於產生調整電壓224。在方塊410，至少一個其它相位的輸出電流被調整成與固定參考相位的輸出電流信號基本相等。在方塊412，一或多個相位調節其PWM信號的工作週期。
儘管只描述了DC-DC降壓轉換器，但是本發明亦可以在其它DC-DC轉換器拓撲結構（包括但不局限於升壓轉換器和降壓-升壓轉換器）中實現。 例示實施例
實例1包括一種裝置，所述裝置包括：電流共用控制電路，所述電流共用控制電路被配置成接收代表第一功率級中的電流的第一取樣電感器電流感測信號，被配置成從資料匯流排接收來自固定參考相位的第二取樣電感器電流感測信號，以及產生調整信號；第一控制迴路，所述第一控制迴路具有被配置成與第一功率級的輸入耦連的輸出，並且被配置成接收代表輸出電壓的信號和調整信號。
實例2包括實例1的裝置，其中第一控制迴路還被配置成接收第一取樣電感器電流感測信號。
實例3包括實例1的裝置，還包括：資料匯流排；
第二功率級；及處於固定參考相位的第二控制迴路，所述第二控制迴路具有與第二功率級的輸入耦連的輸出。
實例4包括實例3的裝置，其中第二控制迴路還被配置成接收代表第二功率級中的電流的第二電感器電流感測信號。
實例5包括實例3的裝置，還包括：具有第一輸出的第一功率級；具有第二輸出的第二功率級；與第一輸出和第二輸出相連的DC-DC電壓轉換器輸出；其中DC-DC電壓轉換器輸出被配置成提供輸出電壓；及與DC-DC電壓轉換器輸出耦連的電壓感測器，所述電壓感測器被配置成提供代表輸出電壓的信號。
實例6包括實例1的裝置，其中第一控制迴路還包括：第一參考電壓；第一減法器和第一誤差放大器中的一個，其被配置成接收第一參考電壓和代表輸出電壓的信號；及與第一減法器和第一誤差放大器中的一個的輸出耦連的第一補償器。
實例7包括實例6的裝置，還包括第一PWM信號產生器，所述第一PWM信號產生器的輸入耦連到第一減法器和第一誤差放大器中的一個的輸出，並且所述第一PWM信號產生器的輸出耦連到第一功率級的輸入。
實例8包括實例3的裝置，還包括第二PWM信號產生器，所述第二PWM信號產生器的輸入耦連到第二減法器和第二誤差放大器中的一個的輸出，並且所述第二PWM信號產生器的輸出耦連到第二功率級的輸入。
實例9包括實例3的裝置，其中第二控制迴路還包括：第二參考電壓；第二減法器與第二誤差放大器中的一個，其被配置成接收第二參考電壓和代表輸出電壓的信號；及與所述第二減法器和第二誤差放大器中的一個的輸出耦連的第二補償器。
實例10包括實例1的裝置，還包括第一估計器電路，所述第一估計器電路被配置成接收代表第一功率級中的電流的第一電感器電流感測信號，以及提供第一取樣電感器電流感測信號。
實例11包括實例1的裝置，其中第一取樣電感器電流感測信號是平均電流、峰值電流或穀值電流中的一個。
實例12包括實例3的裝置，還包括第二估計器電路，所述第二估計器電路被配置成接收第二電感器電流感測信號，以及提供第二取樣電感器電流感測信號。
實例13包括DC-DC電壓轉換器，所述DC-DC電壓轉換器包括：具有第一控制迴路的固定參考相位；其中第一功率級具有第一電感器和第一輸出；其中第一控制迴路耦連到第一功率級；第二相位，所述第二相位包括電流共用控制電路、第二控制迴路以及第二功率級；其中第二功率級具有第二電感器和第二輸出；其中電流共用控制電路耦連到第二控制迴路；其中第二控制迴路耦連到第二功率級；與第一輸出和第二輸出相連的DC-DC電壓轉換器輸出；與DC-DC電壓轉換器輸出耦連的電壓感測器，所述電壓感測器被配置成提供代表所述DC-DC電壓轉換器輸出上的輸出電壓的信號；其中第一控制迴路和第二控制迴路都被配置成接收代表輸出電壓的信號；與固定參考相位和第二相位耦連的資料匯流排；其中電流共用控制電路被配置成藉由資料匯流排接收取樣電感器電流感測信號。
實例14包括實例13的DC-DC電壓轉換器，其中取樣電感器電流感測信號由第一控制迴路提供。
實例15包括實例13的DC-DC電壓轉換器，還包括與DC-DC電壓轉換器輸出耦連的負載。
實例16包括實例15的DC-DC電壓轉換器，其中負載是與記憶體耦連的處理器。
實例17包括一種方法，所述方法包括：在固定參考相位以及至少一個其它相位產生取樣電感器電流感測信號；將固定參考相位的取樣電感器電流感測信號傳送到至少一個其它相位；將至少一個其它相位中的每一個的取樣電感器電流感測信號與固定參考相位的取樣電感器電流感測信號相比較；及調整至少一個其它相位的輸出電流，以使固定參考相位和至少一個其它相位的輸出電流基本相等。
實例18包括實例17的方法，還包括在固定參考相位以及至少一個其它相位產生電感器電流感測信號。
實例19包括實例17的方法，還包括將取樣電感器電流感測信號數位化。
實例20包括實例17的方法，其中傳送固定參考相位的取樣電感器電流感測信號還包括藉由數位匯流排傳送固定參考相位的取樣電感器電流感測信號。
實例21包括實例17的方法，其中在固定參考相位和至少一個其它相位產生取樣電感器電流感測信號進一步包括：在固定參考相位和至少一個其它相位產生取樣電感器電流感測信號，其中每一個取樣電感器電流感測信號是平均電流、峰值電流或穀值電流中的一個。
實例22包括實例17的方法，其中將至少一個其它相位中的每一個的取樣電感器電流感測信號與固定參考相位的取樣電感器電流感測信號相比較進一步包括：從固定參考相位的取樣電感器電流感測信號中減去至少一個相位中的每一個的取樣電感器電流感測信號。
實例23包括實例17的方法，還包括調整一或多個相位的PWM信號的工作週期。
對於本領域具有通常知識者來說，很明顯先前描述的處理以及裝置可被修改以便形成具有不同的電路實施方式和操作方法的不同裝置。儘管用於闡述本教導的廣義範圍的數值範圍和參數是近似值，但在具體實施例中闡述的數值是以儘可能精確的方式報告的。這裡的信號位準和產生器是參考電壓或電流而被例示的。然而，本領域具有通常知識者應當理解，電壓信號或電壓產生器分別可以用電流信號和電流產生器來實現，反之亦然。因此，這些信號中在這裡亦被稱為信號或閾值，而不是電壓和電流。相應地，電壓和電流產生器可以被稱為產生器。
然而，任何數值本身包含了在其相應的測試量度中發現的標準差必然導致的某些誤差。此外，在此揭示的所有範圍應被理解成包括其中所包含的任意以及所有子範圍。舉例而言，「小於10」的範圍可以包括介於（並包括）最小值0與最大值10之間的任何以及所有子範圍，亦就是最小值等於或大於零且最大值等於或小於10的任意和所有子範圍，例如1到5。在某些情況下，為參數規定的數值可以取負值。在這種情況下，被陳述為「小於10」的例示取值範圍可以取負值，例如-1，-2，-3，-10，-20，-30等等。
儘管已經對照了一或多個實現方式來圖示本教導，但在不脫離附加請求項的範圍的情況下，所圖示的實例是可以變更及/或修改的。另外，儘管本案的特定特徵有可能是對照若干實施方式中的僅僅一種實施方式描述的，但是此類特徵還可以根據需要以及以有利於任何指定或特定功能的方式而與其它實施方式中的一或多個其它特徵相結合。此外，從在具體實施方式和請求項中使用了術語「包括」、「包含」、「具有」、「帶有」或是其變體的意義上講，與術語「包含」相類似，此類術語應該是包含性的。術語「至少一個」可用於指示可以選擇所列出的專案中的一或多個專案。對於在這裡相對於一系列專案所使用的術語「一或多個」、例如A和B或是A及/或B來說，此類術語指的是只有A、只有B、或者A和B。術語「至少一個」可用於指示可以選擇所列出的專案中的一或多個專案。更進一步，在這裡的論述和請求項中，與兩種材料相對使用的術語「在……上」、即一個在另一個「上」指的是在這些材料之間至少有某種接觸，而「上方」則是指所述材料是相接近的，但是有可能存在一或多個附加的中間材料，由此其可以相接觸，但不是必須接觸。「在……上」以及「上方」都沒有暗指這裡使用的任何方向性。術語「共形」描述的是一種塗層材料，其中下層材料的角度會被共形材料所保持。
術語「大約」或「基本」表明所指定的值或參數可被稍微改變，只要所述改變不會導致所述程序或結構與所示實施例不一致即可。最後，「例示」指示的是將所述描述用作實例，而不是意味著該描述是理想的。藉由考慮本說明書以及實施這裡揭示的方法和結構，本領域具有通常知識者將會清楚瞭解本教導的其它實施例。說明書和實例僅僅應被認為是例示性的，並且本教導的真實範圍和本質是由後續請求項指示的。
所附的示例請求項不意味著請求項是詳盡或限制性的。申請人保留引入涉及本案請求保護的標的的其它請求項的權利。
100‧‧‧電子系統
102‧‧‧電源
104‧‧‧DC-DC電壓轉換器
116‧‧‧處理系統
118‧‧‧處理器
120‧‧‧記憶體
128‧‧‧輸出電壓感測信號
144‧‧‧輸出電壓
150‧‧‧電壓轉換器資料匯流排
152‧‧‧電感器電流感測信號
152x‧‧‧電感器電流感測信號
164‧‧‧輸出電流
164a‧‧‧輸出電流
164n‧‧‧輸出電流
164x‧‧‧輸出電流
165‧‧‧輸入電壓
202‧‧‧數位控制迴路
202n‧‧‧數位控制迴路
204‧‧‧功率級
206n‧‧‧數位電流共用控制電路
210‧‧‧補償器
212‧‧‧ADC
213‧‧‧控制迴路數字減法器
214‧‧‧多相數位DC-DC電壓轉換器
215‧‧‧帶通濾波器
216‧‧‧α增益電路
217‧‧‧數位加法器
218‧‧‧β增益電路
219‧‧‧PWM信號產生器
220‧‧‧積分器
221‧‧‧參考電壓
222‧‧‧ADC
223‧‧‧低通濾波器
224‧‧‧調整電壓
224n‧‧‧調整電壓
225‧‧‧DC分支
226‧‧‧AC分支
227‧‧‧比例運算電路
232‧‧‧UGate控制信號
234‧‧‧LGate控制信號
242‧‧‧電流感測器
244‧‧‧電壓感測器
247‧‧‧DC-DC電壓轉換器輸出
252‧‧‧PWM信號
254‧‧‧控制電路數位加法器
255‧‧‧相位電流誤差信號
256‧‧‧PI濾波器
258‧‧‧數位電感器電流感測信號
258a‧‧‧數位化電感器電流感測信號
259‧‧‧估計器電路
260‧‧‧取樣電感器電流感測信號
260a‧‧‧取樣電感器電流感測信號
260n‧‧‧取樣電感器電流感測信號
262‧‧‧串聯電感器
263‧‧‧電感器電流
264‧‧‧輸出濾波器
265‧‧‧並聯電容器
272a‧‧‧固定參考相位
272n‧‧‧相位
276‧‧‧驅動器
278A‧‧‧上部MOSFET
278B‧‧‧下部MOSFET
282‧‧‧數位控制迴路
284‧‧‧誤差信號
294‧‧‧電源模組
295‧‧‧資料匯流排
300‧‧‧脈衝波形
302‧‧‧邏輯高
304‧‧‧邏輯低
400‧‧‧操作方法
402‧‧‧方塊
404‧‧‧方塊
406‧‧‧方塊
407‧‧‧方塊
408‧‧‧方塊
410‧‧‧方塊
412‧‧‧方塊
圖1圖示電子系統的實施例；
圖2a圖示多相數位DC-DC電壓轉換器的實施例；
圖2b圖示用於電壓模式的DC-DC電壓轉換器的數位控制迴路的實施例；
圖2c圖示用於電流模式的DC-DC電壓轉換器的數位控制迴路的實施例；
圖2d圖示數位電流共用控制電路的實施例；
圖2e圖示功率級的實施例；
圖3圖示數位電流共用匯流排中的資料包的實施例；
圖4圖示多相數位DC-DC轉換器的操作的一個實施例。
應該指出的是，附圖的一些細節已被簡化和繪製成便於理解本發明的實施例，而並未保持嚴格的結構精度、細節和比例。還應該指出的是，由於關於電路設計和操作的通用方法是眾所周知的，因此並未圖示所有的電路部件和操作步驟。此外還應該指出，由於電壓轉換器的通用設計同樣是眾所周知的，因此並未圖示電壓轉換器的所有細節。
現在將詳細參考附圖中舉例示出的關於本教導的實施例（例示實施例）。只要可能，在所有附圖中都會使用相同的元件符號來代表相同或相似的部件。
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100‧‧‧電子系統
102‧‧‧電源
104‧‧‧DC-DC電壓轉換器
116‧‧‧處理系統
118‧‧‧處理器
120‧‧‧記憶體
144‧‧‧輸出電壓
150‧‧‧電壓轉換器資料匯流排
164‧‧‧輸出電流
165‧‧‧輸入電壓

Claims (23)

  1. 一種裝置，包括： 一電流共用控制電路，該電流共用控制電路被配置成接收代表一第一功率級中的一電流的一第一取樣電感器電流感測信號，被配置成從一資料匯流排接收來自一固定參考相位的一第二取樣電感器電流感測信號，以及產生調整信號；一第一控制迴路，該第一控制迴路具有被配置成與該第一功率級的一輸入耦連的一輸出，並且被配置成接收代表一輸出電壓的一信號和調整信號。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中該第一控制迴路還被配置成接收該第一取樣電感器電流感測信號。
  3. 如請求項1所述之裝置，還包括： 該資料匯流排；一第二功率級；及處於該固定參考相位的一第二控制迴路，該第二控制迴路具有與一第二功率級的一輸入耦連的一輸出。
  4. 如請求項3所述之裝置，其中該第二控制迴路還被配置成接收代表該第二功率級中的一電流的一第二電感器電流感測信號。
  5. 如請求項3所述之裝置，還包括： 具有一第一輸出的該第一功率級；具有一第二輸出的該第二功率級；與該第一輸出和該第二輸出相連的一DC-DC電壓轉換器輸出；其中該DC-DC電壓轉換器輸出被配置成提供該輸出電壓；及與該DC-DC電壓轉換器輸出耦連的一電壓感測器，該電壓感測器被配置成提供代表該輸出電壓的該信號。
  6. 如請求項1所述之裝置，其中該第一控制迴路還包括： 一第一參考電壓；一第一減法器和一第一誤差放大器中的一個，其被配置成接收該第一參考電壓和代表該輸出電壓的該信號；及與該第一減法器和該第一誤差放大器中的一個的一輸出耦連的一第一補償器。
  7. 如請求項6所述之裝置，還包括：一第一PWM信號產生器，該第一PWM信號產生器的一輸入耦連到一第一減法器和一第一誤差放大器中的一個的一輸出，並且該第一PWM信號產生器的一輸出耦連到該第一功率級的輸入。
  8. 如請求項3所述之裝置，還包括一第二PWM信號產生器，該第二PWM信號產生器的一輸入耦連到一第二減法器和一第二誤差放大器中的一個的一輸出，並且該第二PWM信號產生器的一輸出耦連到該第二功率級的輸入。
  9. 如請求項3所述之裝置，其中該第二控制迴路還包括： 一第二參考電壓；一第二減法器和一第二誤差放大器中的一個，其被配置成接收該第二參考電壓和代表該輸出電壓的信號；及與該第二減法器和該第二誤差放大器中的一個的一輸出耦連的一第二補償器。
  10. 如請求項1所述之裝置，還包括一第一估計器電路，該第一估計器電路被配置成接收代表該第一功率級中的電流的一第一電感器電流感測信號，以及提供該第一取樣電感器電流感測信號。
  11. 如請求項1所述之裝置，其中該第一取樣電感器電流感測信號是一平均電流、一峰值電流或一穀值電流中的一個。
  12. 如請求項3所述之裝置，還包括一第二估計器電路，該第二估計器電路被配置成接收一第二電感器電流感測信號以及提供該第二取樣電感器電流感測信號。
  13. 一種DC-DC電壓轉換器，包括： 具有一第一控制迴路的一固定參考相位；與該第一控制迴路耦連的一第一功率級；其中該第一功率級具有一第一電感器和一第一輸出；一第二相位，該第二相位包括一電流共用控制電路、一第二控制迴路以及一第二功率級；其中該第二功率級具有一第二電感器和一第二輸出；其中該電流共用控制電路耦連到該第二控制迴路；其中該第二控制迴路耦連到該第二功率級；與該第一輸出和該第二輸出相連的一DC-DC電壓轉換器輸出；與該DC-DC電壓轉換器輸出耦連的一電壓感測器，該電壓感測器被配置成提供代表該DC-DC電壓轉換器輸出上的一輸出電壓的一信號；其中該第一控制迴路和該第二控制迴路都被配置成接收代表該輸出電壓的信號；與該固定參考相位和該第二相位耦連的一資料匯流排；及其中該電流共用控制電路被配置成藉由該資料匯流排接收一取樣電感器電流感測信號。
  14. 如請求項13所述之DC-DC電壓轉換器，其中該取樣電感器電流感測信號由該第一控制迴路提供。
  15. 如請求項13所述之DC-DC電壓轉換器，還包括與該DC-DC電壓轉換器輸出耦連的一負載。
  16. 如請求項15所述之DC-DC電壓轉換器，其中該負載是與一記憶體耦連的一處理器。
  17. 一種方法，包括以下步驟： 在一固定參考相位以及至少一個其它相位產生取樣電感器電流感測信號；將該固定參考相位的該取樣電感器電流感測信號傳送到該至少一個其它相位；將該至少一個其它相位中的每一個的該取樣電感器電流感測信號與該固定參考相位的該取樣電感器電流感測信號相比較；及調整該至少一個其它相位的一輸出電流，以使該固定參考相位和該至少一個其它相位的輸出電流基本相等。
  18. 如請求項17所述之方法，還包括以下步驟：在該固定參考相位以及該至少一個其它相位產生電感器電流感測信號。
  19. 如請求項17所述之方法，還包括以下步驟：將該取樣電感器電流感測信號數位化。
  20. 如請求項17所述之方法，其中傳送該固定參考相位的該取樣電感器電流感測信號之步驟還包括以下步驟：藉由一數位匯流排傳送該固定參考相位的該取樣電感器電流感測信號。
  21. 如請求項17所述之方法，其中在該固定參考相位和該至少一個其它相位產生取樣電感器電流感測信號之步驟進一步包括以下步驟：在該固定參考相位和該至少一個其它相位產生取樣電感器電流感測信號，其中每一個取樣電感器電流感測信號是平均電流、峰值電流或穀值電流中的一個。
  22. 如請求項17所述之方法，其中將該至少一個其它相位中的每一個的取樣電感器電流感測信號與該固定參考相位的該取樣電感器電流感測信號相比較之步驟進一步包括以下步驟：從該固定參考相位的該取樣電感器電流感測信號中減去該至少一個相位中的每一個的取樣電感器電流感測信號。
  23. 如請求項17所述之方法，還包括以下步驟：調整一或多個相位的PWM信號的工作週期。
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