TW202017294A - 多相位電源降壓系統 - Google Patents

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Abstract

多相位電源降壓系統包括多個第一級電壓轉換器、多個第二級電壓轉換器以及控制器，第一級電壓轉換器為開迴路控制，第二級電壓轉換器為閉迴路穩壓控制。第一級電壓轉換器針對輸入電壓進行轉換以產生中繼電壓。第二級電壓轉換器針對中繼電壓進行轉換以產生輸出電壓。控制器接收第一級電壓轉換器以及第二級電壓轉換器的各個相位的輸出電流，並接收輸入電壓、各個相位的中繼電壓以及輸出電壓。控制器依據輸出電流以調整被開啟的相位數以及平衡輸出電流，並依據輸入電壓、中繼電壓以及輸出電壓以穩定輸出電源。

Description

多相位電源降壓系統
本發明是有關於一種降壓系統，且特別是有關於一種兩階段多相位電源供應系統。
習知技術領域中，多相位電源降壓系統透過多個電壓轉換器進行並聯，並進行供應電源的輸出動作。此方法雖然能夠輸出較大瓦數的功率，但卻犧牲了輕載時的效率。並且，習知技術所透過的單相位保護機制，也無法使電源轉換效率趨於最佳化，更無法在線路異常時，執行有效的保護動作。
本發明提供一種多相位電源降壓系統可提升電壓轉換效率。
本發明提供的多相位電源降壓系統包括多個第一級電壓轉換器、多個第二級電壓轉換器以及控制器，第一級電壓轉換器為開迴路控制，第二級電壓轉換器為閉迴路穩壓控制。第一級電壓轉換器針對輸入電壓進行轉換以產生中繼電壓。第二級電壓轉換器針對中繼電壓進行轉換以產生輸出電壓。控制器接收第一級電壓轉換器以及第二級電壓轉換器的各個相位的輸出電流，並接收輸入電壓、各個相位的中繼電壓以及輸出電壓。控制器依據輸出電流以調整被開啟的相位數以及平衡輸出電流，並依據輸入電壓、中繼電壓以及輸出電壓以穩定輸出電源。
在本發明的一實施例中，上述的控制器計算輸出電流的總和以獲得總電流值，並依據總電流值以設定第一級電壓轉換器以及第二級電壓轉換器被開啟的相位個數。
在本發明的一實施例中，上述的控制器更依據輸出電流以執行第一級電壓轉換器間的輸出電流平衡狀態，以及執行第二級電壓轉換器間的輸出電流平衡狀態。
在本發明的一實施例中，上述的控制器更依據輸出電流以產生過電流保護信號，其中包含單相位保護以及全相位保護。
在本發明的一實施例中，上述的控制器依據輸入電壓、中繼電壓以及輸出電壓以產生過電壓保護信號。
在本發明的一實施例中，上述的控制器更接收第一級電壓轉換器產生的中繼電壓的第一相位，以及接收第二級電壓轉換器產生的輸出電壓的第二相位，並據第一相位以及第二相位分別產生多個第一控制信號以及多個第二控制信號，其中，各第一控制信號以及各第二控制信號分別控制中繼電壓的各第一相位以及輸出電壓的各第二相位，第一控制信號以及第二控制信號皆為數位脈波寬度調變信號。
在本發明的一實施例中，上述的各第一級電壓轉換器為切換電容式降壓器以及同步降壓器的其中之一，各第一級電壓轉換器為切換電容式降壓器以及同步降壓器的其中之另一。
在本發明的一實施例中，上述的切換電容式降壓器包括多個第一開關、多個第二開關、多個開關組以及多個電容。第一開關依據第一控制信號以被導通或斷開。第二開關分別與第一開關交錯串接於切換電容式降壓器的輸入端以及輸出端間，第二開關依據第二控制信號以被導通或斷開。開關組並聯耦接於切換電容式降壓器的輸出端以及參考接地端間，各開關組具有第三開關以及第四開關，第三開關以及第四開關分別依據第一控制信號以及第二控制信號以被導通或斷開。其中，第一控制信號與第二控制信號反向。
在本發明的一實施例中，上述的切換電容式降壓器更包括多個電感。電感分別與電容串聯耦接。
在本發明的一實施例中，上述的同步降壓器包括控制信號產生器、第一電晶體、第二電晶體以及電感。控制信號產生器產生第一控制信號以及第二控制信號。第一電晶體具有第一端接收第一電壓，第一電晶體的控制端接收第一控制信號。第二電晶體具有第一端耦接至第一電晶體的第二端，第二電晶體的控制端接收第二控制信號，第二電晶體的第二端耦接至參考接地端。電感耦接在第一電晶體的第二端以及同步降壓器的輸出端間。其中，同步降壓器的輸出端產生第二電壓。
在本發明的一實施例中，上述的輸入電壓的電壓值大於中繼電壓的電壓值，中繼電壓的電壓值大於輸出電壓的電壓值。
在本發明的一實施例中，上述的控制器更偵測第一級電壓轉換器以及第二級電壓轉換器的多個溫度，並依據溫度產生過熱保護信號。
在本發明的一實施例中，上述的控制器包括感測信號接收介面、信號轉換器、運算電路以及記憶裝置。感測信號接收介面接收輸出電流、輸入電壓、中繼電壓以及輸出電壓。信號轉換器耦接感測信號接收介面，用以針對輸出電流、輸入電壓、中繼電壓以及輸出電壓執行類比數位轉換動作。運算電路耦接信號轉換器，針對輸出電流、輸入電壓、中繼電壓以及輸出電壓的至少其中之一進行運算，並產生至少一運算結果。記憶裝置耦接運算電路。
在本發明的一實施例中，上述的控制器更包括通信介面以及時脈產生器。通信介面用以與外界進行信號傳收動作。時脈產生器產生控制器的操作時脈信號。
在本發明的一實施例中，上述的中繼電壓的電壓值為輸入電壓的電壓值的1/N，N介於4~8間。
在本發明的一實施例中，上述的中繼電壓的電壓值為輸出電壓的電壓值的N倍，N介於2~4間。
基於上述，本發明提出二階層式的多相位電源降壓系統，利用不同形式的多個第一級電壓轉換器以及多個第二級電壓轉換器以分別形成兩個階層。再透過控制器以偵測各階層間的輸入電壓、中繼電壓以及輸出電壓，並偵測各個第一級電壓轉換器以及各個第二級電壓轉換器的輸出電流。控制器針對輸入電壓、中繼電壓、輸出電壓以及針對輸出電流值行運算，並依據運算結果調整各個第一級電壓轉換器以及各個第二級電壓轉換器的電壓轉換動作，提升多相位電源降壓系統的安全性以及電壓轉換效率。
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。
請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的多相位電源降壓系統的示意圖。多相位電源降壓系統100包括多個第一級電壓轉換器111~11N、多個第二級電壓轉換器121~12M以及控制器130。第一級電壓轉換器111~11N相互並聯耦接，並形成第一階層S1的電壓轉換器。第一級電壓轉換器111~11N共同接收輸入電壓VIN，並針對輸入電壓VIN以進行轉換以產生中繼電壓VMID。多個第二級電壓轉換器121~12M相互並聯耦接，並形成第二階層S2的電壓轉換器。第二級電壓轉換器121~12M共同接收中繼電壓VMID，並針對中繼電壓VMID進行轉換以產生輸出電壓VOUT。第一級電壓轉換器111~11N用以分別產生中繼電壓MID的多個相位，第二級電壓轉換器121~12M用以分別產生輸出電壓VOUT的多個相位，且第一級電壓轉換器111~11N以及第二級電壓轉換器121~12M分別產生多個相位的輸出電流。
控制器130耦接第一級電壓轉換器111~11N以及第二級電壓轉換器121~12M。控制器130可感測第一級電壓轉換器111~11N以及第二級電壓轉換器121~12M的多個輸出電流，控制器130並可感測輸入電壓VIN、中繼電壓VMID以及輸出電壓VOUT。控制器130針對第一級電壓轉換器111~11N以及第二級電壓轉換器121~12M的多個輸出電流進行運算，並依據運算結果來調整各個第一級電壓轉換器111~11N以及各個第二級電壓轉換器121~12M所產生的輸出電流。另外，控制器130可針對輸入電壓VIN、中繼電壓VMID以及輸出電壓VOUT進行運算，並依據運算結果來控制各個第一級電壓轉換器111~11N以及各個第二級電壓轉換器121~12M的電壓轉換動作。其中，第一級電壓轉換器111~11N可以為開迴路控制的電壓轉換器，第二級電壓轉換器121~12M可以為閉迴路穩壓控制的電壓轉換器。
控制器130可依據中繼電壓VMID及/或輸出電壓VOUT的大小，來啟動過電壓保護動作。其中，控制器130可判斷中繼電壓VMID是否大於預設的一第一臨界電壓值，並在中繼電壓VMID大於預設的第一臨界電壓值時，產生一過電壓保護信號，以針對第一級電壓轉換器111~11N啟動過電壓保護機制。另外，控制器130可判斷輸出電壓VOUT是否大於預設的一第二臨界電壓值，並在輸出電壓VOUT大於預設的第二臨界電壓值時，產生另一過電壓保護信號，以針對第二級電壓轉換器121~12M啟動過電壓保護機制。
在本實施例中，第一級電壓轉換器111~11N與第二級電壓轉換器121~12M可以為不同類型的電壓轉換器。並且，第一級電壓轉換器111~11N與第二級電壓轉換器121~12M可以皆為降壓式的電壓轉換器。也就是說，在本實施例中，輸入電壓VIN大於中繼電壓VMID，且中繼電壓VMID大於輸出電壓VOUT。
在另一方面，在本實施例中，控制器130也可針對所有的第一級電壓轉換器111~11N與第二級電壓轉換器121~12M所分別產生的中繼電壓VMID的多個相位以及輸出電壓VOUT的多個相位進行偵測。控制器130並可依據所獲得的中繼電壓VMID的多個相位以及輸出電壓VOUT的多個相位，來分別產生多個控制信號，以透過控制信號來控制第一級電壓轉換器111~11N與第二級電壓轉換器121~12M的電壓轉換動作。控制器130可依據輸入電壓VIN、中繼電壓VMID以及輸出電壓VOUT以穩定所產生的輸出電源。
值得一提的，透過控制器130中的韌體程式的設定，可使第一級電壓轉換器111~11N被組態化成第一階層S1以及第二階層S2的其中之一，並組態化第二級電壓轉換器121~12M成第一階層S1以及第二階層S2的其中之另一。也就是說，第一階層S1以及第二階層S2中的硬體架構是可以透過韌體程式的設定來互相切換的。
關於輸出電流的偵測動作，細節上來說明，請同步參照圖1以及圖2，其中圖2繪示本發明實施例的控制器動作方式的示意圖。控制器130可接收不同的第一級電壓轉換器111~11N或第二級電壓轉換器121~12M所產生的多個相位的輸出電流，例如分別為第一輸出電流I1、第二輸出電流I2以及第三輸出電流I3。控制器130並分別針對第一輸出電流I1、第二輸出電流I2以及第三輸出電流I3執行步驟S212、S222以及S232以進行電流偵測，並依據第一輸出電流I1、第二輸出電流I2以及第三輸出電流I3的大小，來分別判定是否須執行步驟S211、S221以及S231以執行過電流保護。舉例來說明，控制器130可使第一輸出電流I1與一第一預設臨界值進行比較，並在當第一輸出電流I1大於第一預設臨界值時執行步驟S211以產生一過電流保護信號，並據以執行過電流保護，使產生第一輸出電流I1的電壓轉換器的動作停止，或調降電壓轉換器所產生的輸出電流。上述的過電流保護動作，可針對各個第一級電壓轉換器111~11N或第二級電壓轉換器121~12M來執行，也可針對第一級電壓轉換器111~11N或第二級電壓轉換器121~12M整體來執行。也就是說，控制器130可用以進行單相位保護動作及全相位保護動作的至少其中之一。
在另一方面，控制器130可透過步驟S212、S222以及S232的電流偵測動作，來得知各相位的第一級電壓轉換器111~11N或第二級電壓轉換器121~12M的輸出電流的狀態，並藉以調整被開啟的相位數（第一級電壓轉換器111~11N及第二級電壓轉換器121~12M中被開啟的個數），以及進行輸出電流的相位平衡動作。
另外，控制器130並透過步驟S241以計算出第一級電壓轉換器111~11N以及第二級電壓轉換器121~12M的輸出電流的總電流值。並透過使總電流值與一第二預設臨界值進行比較，以決定是否執行步驟S251以啟動過電流保護。其中，當控制器130判斷出總電流值大於第二預設臨界值時，可啟動步驟S251的過電流保護動作。控制器130可透過關閉部分的或全部的第一級電壓轉換器111~11N以及第二級電壓轉換器121~12M來執行步驟S251的過電流保護動作，或者，控制器130可透過調降部分的或全部的第一級電壓轉換器111~11N以及第二級電壓轉換器121~12M的輸出電流來執行步驟S251的過電流保護動作。
在另一方面，在當總電流值未大於第二預設臨界值，但大於或小於一需求值時，控制器130可執行步驟S242以啟動相位電流控制資訊，並依據相位電流控制資訊來增加或減少第一級電壓轉換器111~11N以及第二級電壓轉換器121~12M中，被開啟的數量。在當總電流值大於需求值時，控制器130可依據相位電流控制資訊來減少第一級電壓轉換器111~11N以及第二級電壓轉換器121~12M中被開啟的數量，相對的，在當總電流值小於需求值時，控制器130可依據相位電流控制資訊來增加第一級電壓轉換器111~11N以及第二級電壓轉換器121~12M中被開啟的數量。
值得一提的，相位電流控制資訊可記錄第一級電壓轉換器111~11N以及第二級電壓轉換器121~12M的被開啟的數量與可能產生的總電流值的關係。其中，控制器130可依據輸出電流的需求值，透過查找相位電流控制資訊以調控（增加或減少）第一級電壓轉換器111~11N以及第二級電壓轉換器121~12M的被開啟的相位個數（步驟S243）。
相位電流控制資訊可儲存在記憶裝置中，記憶體可設置在控制器130中，或以外掛的方式與控制器130相耦接，沒有特定的限制。
附帶一提的，為進一步提升多相位電源降壓系統100的安全性以及電壓轉換效率，本發明實施例更可設置溫度感測器，以針對第一級電壓轉換器111~11N以及第二級電壓轉換器121~12M工作中的溫度進行感測動作。控制器 則可依據所偵得的多個溫度，來對第一級電壓轉換器111~11N以及第二級電壓轉換器121~12M執行過溫保護動作。具體來說明，當第一級電壓轉換器111~11N以及第二級電壓轉換器121~12M中的至少其中之一的溫度大於預設的一溫度臨界值時，控制器130可產生過溫保護信號，並停止發生過溫現象的電壓轉換器的電壓轉換動作。
請參照圖3，圖3繪示本發明另一實施例的多相位電源降壓系統的示意圖。多相位電源降壓系統300包括多個同步降壓器311~312、多個切換電容式降壓器321~322以及控制器330。同步降壓器311~312可構成第一階層的電壓轉換器，切換電容式降壓器321~322則可構成第二階層的電壓轉換器。同步降壓器311~312接收輸入電壓VIN，並依據控制器330所提供的控制信號以執行電壓轉換動作，並藉以產生中繼電壓VMID。切換電容式降壓器321~322則接收中繼電壓VMID，並依據控制器330所提供的控制信號以執行電壓轉換動作，並藉以產生輸出電壓VOUT。
在本實施例中，控制器330可透過所產生的控制信號，來操作各個同步降壓器311~312、切換電容式降壓器321~322的電壓轉換動作，並藉以調整各個同步降壓器311~312、切換電容式降壓器321~322所產生的電壓及/或輸出電流。控制器330並可透過所產生的控制信號，來關閉或啟動各個同步降壓器311~312、切換電容式降壓器321~322的電壓轉換動作，並產生輸出電壓VOUT。
在本發明其他實施例中，第一階層的電壓轉換器也可以由切換電容式降壓器321~322來建構，第二階層的電壓轉換器則也可以由同步降壓器311~312來建構。並且，在本發明實施例中，可透過控制器330中的韌體程式來執行第一階層以及第二階層中的電壓轉換器的切換動作。
在本實施例中，在低輸出電壓VOUT的應用範例中，以輸入電壓VIN為36V~60V為例，中繼電壓VMID的電壓值可以設為輸入電壓VIN的電壓值的1/N，N介於4~8間。在固定輸出電壓VOUT（例如為12V）的應用範例中，以輸入電壓VIN為36V~60V為例，中繼電壓VMID的電壓值為輸出電壓VOUT的電壓值的N倍，N介於2~4間。
關於切換電容式降壓器以及同步降壓器的硬體架構，請分別參照圖4A及圖4B繪示的切換電容式降壓器的實施方式示意圖，以及圖5繪示的同步降壓器的實施方式示意圖。請先參照圖4A，切換電容式降壓器410包括由電晶體T1、T3構成的多個第一開關、由電晶體T2、T4構成的第二開關、開關組411~413以及電容C1、C2、C3以及CA。作為第一開關的電晶體T1、T3以及作為第二開關的電晶體T3、T4交錯耦接在切換電容式降壓器410的輸入端IT以及輸出端OT間。其中，切換電容式降壓器410的輸入端IT接收電壓V1，切換電容式降壓器410的輸出端OT產生電壓V2。當切換電容式降壓器410設置為第一階層的電壓轉換器時，電壓V1可以為輸入電壓，電壓V2則可以為中繼電壓。在當切換電容式降壓器410設置為第二階層的電壓轉換器時，電壓V1可以為中繼電壓，電壓V2則可以為輸出電壓。
此外，作為第一開關的電晶體T1、T3接收第一控制信號CT1，並依據第一控制信號CT1以被導通或斷開。作為第二開關的電晶體T2、T4接收第二控制信號CT2，並依據第二控制信號CT2以被導通或斷開。
開關組411~413耦接在切換電容式降壓器410的輸出端OT以及參考接地端GND間。各個開關組411~413具有兩個電晶體所構成的第三開關以及第四開關。在本實施例中，開關組411具有由電晶體T5、T6分別構成的第三開關以及第四開關；開關組412具有由電晶體T8、T7分別構成的第三開關以及第四開關；開關組413具有由電晶體T9、T10分別構成的第三開關以及第四開關。其中，由電晶體T5、T8以及T9構成的第三開關接收控制信號CT1並依據控制信號CT1以被導通或斷開。由電晶體T6、T7以及T10構成的第四開關接收控制信號CT2並依據控制信號CT2以被導通或斷開。
在另一方面，電容C1的一端耦接至電晶體T1、T2的耦接端點，電容C1的另一端耦接至電晶體T5、T6的耦接端點。電容C2的一端耦接至電晶體T2、T3的耦接端點，電容C2的另一端耦接至電晶體T7、T8的耦接端點。電容C3的一端耦接至電晶體T3、T4的耦接端點，電容C3的另一端耦接至電晶體T9、T10的耦接端點。另外，電容CA為穩壓電容，耦接在切換電容式降壓器410的輸出端OT以及參考接地端GND間。
在本實施例中，控制信號CT1以及CT2反向，且電晶體T1~T10的型態相同。控制信號CT1以及CT2為數位脈波寬度調變信號，並可交替進行切換。透過責任週期（duty cycle）為50-50，且交替切換的控制信號CT1以及CT2，切換電容式降壓器410可產生的電壓V1的電壓值為電壓V2的電壓值的1/4。
在圖4B中，與前述實施例不相同的，切換電容式降壓器420更包括電感L1以及L2。電感L1以及L2分別與電容C1串聯耦接，此時電流波形會為弦波，有效抑制突波電流。
在圖5中，同步降壓器500包括電晶體T51、T52以及電感L3。電晶體T51的第一端接收電壓V1，電晶體T51的控制端接收第一控制信號CT1，電晶體T51的第二端耦接至電晶體T52的第一端。電晶體T52的控制端接收第二控制信號CT2，電晶體T52的第二端耦接至參考接地端GND。電感L3的一端耦接至電晶體T51的第二端，電感L3的另一端產生電壓V2。其中，當同步降壓器500設置為第一階層的電壓轉換器時，電壓V1可以為輸入電壓，電壓V2則可以為中繼電壓。在當同步降壓器500設置為第二階層的電壓轉換器時，電壓V1可以為中繼電壓，電壓V2則可以為輸出電壓。電容CB為穩壓電容，耦接在同步降壓器500的輸出端以及參考接地端GND間。
以下請參照圖6，圖6繪示本發明實施例的控制器的實施方式示意圖。控制器600包括感測信號接收介面610、信號轉換器620、運算電路630、記憶裝置640、通信介面650以及時脈產生器660。感測信號接收介面610接收輸出電流、輸入電壓、中繼電壓以及輸出電壓，並可接收感測到的電壓轉換器的溫度等相關感測資訊。信號轉換器620可針對感測信號接收介面610接收到的資訊進行信號格式轉換（例如類比轉數位轉換），並提供數位格式的信號至運算電路630。運算電路630可以為數位信號處理（digital signal processor, DSP）電路，可針對所接收到的輸出電流、輸入電壓、中繼電壓以及輸出電壓等相關資訊進行運算，並產生一個或多個保護信號PSX或控制信號CTX。記憶裝置640可包括任意形式的記憶體，可用以儲存運算電路630值行運算動作的相關資訊，也可用以儲存相位電流控制資訊。其中，相位電流控制資訊可以透過針對記憶裝置640執行程式化的動作來進行寫入，以新增或更新相位電流控制資訊。
此外，控制器600另包括通信裝置650以與外界進行資訊溝通，通信裝置650可以為本領域具通常知識者所熟知的任意形式的通信裝置。此外，時脈產生器660用以產生控制器600的一操作時脈信號。時脈產生器660可透過一基頻震盪器以產生一基頻信號，再藉由鎖相迴路電路來對基頻信號進行倍頻，以產生操作時脈信號。
請參照圖7，圖7繪示本發明實施例的多相位電源降壓系統的啟動程序流程圖。在步驟S710中，多相位電源降壓系統接收輸入電壓，接著，在步驟S720中，使多相位電源降壓系統被啟動。在步驟S730中，使相位電源供應器中的第一階層電路進行軟啟動，並在一第一固定時間區間中，判斷中繼電壓是否上升至大於一第一參考電壓值。在當中繼電壓上升至大於第一參考電壓值時，執行步驟S740以使相位電源供應器中的第二階層電路進行軟啟動。相對的，若中繼電壓在第一固定時間區間中無法上升至大於第一參考電壓時，則執行步驟S760以執行電源關閉的動作。
在當第二階層電路進行軟啟動時，則在一第二固定時間區間中，判斷輸出電壓是否上升至大於一第二參考電壓值，若輸出電壓可上升至大於第二參考電壓值時，則提供輸出電壓（步驟S750），相對的，若在第二固定時間區間中，判斷輸出電壓無法上升至大於第二參考電壓值時，則執行步驟S760以執行電源關閉的動作。
綜上所述，本發明提通多階層的多相位電源降壓系統，並透過控制器來感測多個電壓轉換器輸出電流、輸入電壓、中繼電壓以及輸出電壓。依據針對輸出電流、輸入電壓、中繼電壓以及輸出電壓執行運算，來調整各電壓轉換器的電壓轉換動作。並且，本發明實施例的控制器可針對多相位電源降壓系統的實際使用狀態來針對各個電壓轉換器進行調整可提高電源供應器的電壓轉換效率，並提高使用上的安全性。
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，當可作些許的更動與潤飾，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、300:多相位電源降壓系統111~11N:第一級電壓轉換器121~12M:第二級電壓轉換器130、330:控制器311~312:同步降壓器321~322:切換電容式降壓器S1:第一階層S2:第二階層VIN:輸入電壓VMID:中繼電壓VOUT:輸出電壓I1、I2、I3:輸出電流S211~S251:步驟T1~T10、T51、T52:電晶體C1、C2、C3、CA、CB:電容IT:輸入端OT:輸出端CT1、CT2:控制信號GND:參考接地端L1、L2、L3:電感V1、V2:電壓600:控制器610:感測信號接收介面620:信號轉換器630:運算電路640:記憶裝置650:通信介面660:時脈產生器PSX:保護信號CTX:控制信號S710~S760:步驟
圖1繪示本發明一實施例的多相位電源降壓系統的示意圖。 圖2繪示本發明實施例的控制器動作方式的示意圖。 圖3繪示本發明另一實施例的多相位電源降壓系統的示意圖。 圖4A及圖4B繪示切換電容式降壓器的實施方式示意圖。 圖5繪示同步降壓器的實施方式示意圖。 圖6繪示本發明實施例的控制器的實施方式示意圖。 圖7繪示本發明實施例的多相位電源降壓系統的啟動程序流程圖。
100:多相位電源降壓系統
111~11N:第一級電壓轉換器
121~12M:第二級電壓轉換器
130:控制器
S1:第一階層
S2:第二階層
VIN:輸入電壓
VMID:中繼電壓
VOUT:輸出電壓

Claims (17)

  1. 一種多相位電源降壓系統，包括：     多個第一級電壓轉換器，相互並聯耦接，該些第一級電壓轉換器針對一輸入電壓進行轉換以產生一中繼電壓；     多個第二級電壓轉換器，相互並聯耦接，該些第二級電壓轉換器針對該中繼電壓進行轉換以產生一輸出電壓；以及     一控制器，耦接該些第一級電壓轉換器以及該些第二級電壓轉換器，接收該些第一級電壓轉換器以及該些第二級電壓轉換器的多個輸出電流，並接收該輸入電壓、該中繼電壓以及該輸出電壓，該控制器依據該些輸出電流以調整各該輸出電流，並依據該輸入電壓、該中繼電壓以及該輸出電壓以調整各該第一級電壓轉換器以及各該第二級電壓轉換器的電壓轉換動作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的多相位電源降壓系統，其中該控制器計算該些輸出電流的總和以獲得一總電流值，並依據該總電流值以設定該些第一級電壓轉換器以及該些第二級電壓轉換器被開啟的相位個數。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的多相位電源降壓系統，其中該控制器更依據該些輸出電流以執行該些第一級電壓轉換器間的輸出電流平衡動作，以及執行該些第二級電壓轉換器間的輸出電流平衡動作。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的多相位電源降壓系統，其中該控制器更依據該些輸出電流以產生一過電流保護信號，其中該過電流保護信號用以進行單相位保護動作及全相位保護動作的至少其中之一。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的多相位電源降壓系統，其中該控制器依據該輸入電壓、該中繼電壓以及該輸出電壓以產生一過電壓保護信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的多相位電源降壓系統，其中該控制器更接收該些第一級電壓轉換器分別產生的該中繼電壓的多個第一相位，接收該些第二級電壓轉換器分別產生的該輸出電壓的多個第二相位，依據該些第一相位產生多個第一控制信號，以及依據該些第二相位產生多個第二控制信號，     其中，各該第一控制信號以及各該第二控制信號分別控制該中繼電壓的各該第一相位以及該輸出電壓的各該第二相位，該些第一控制信號以及該些第二控制信號皆為數位脈波寬度調變信號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的多相位電源降壓系統，其中各該第一級電壓轉換器為一切換電容式降壓器以及一同步降壓器的其中之一，各該第一級電壓轉換器為該切換電容式降壓器以及該同步降壓器的其中之另一。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的多相位電源降壓系統，其中該切換電容式降壓器包括：     多個第一開關，依據一第一控制信號以被導通或斷開；     多個第二開關，分別與該些第一開關交錯串接於該切換電容式降壓器的輸入端以及輸出端間，該些第二開關依據一第二控制信號以被導通或斷開；     多個開關組，並聯耦接於該切換電容式降壓器的輸出端以及一參考接地端間，各該開關組具有一第三開關以及一第四開關，該第三開關以及該第四開關分別依據該第一控制信號以及該第二控制信號以被導通或斷開；以及     多個電容，分別耦接在該些開關組以及該些第一開關與該些第二開關的多個連接點間，     其中，該第一控制信號與該第二控制信號反向。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的多相位電源降壓系統，其中該切換電容式降壓器更包括：     多個電感，分別與部分該些電容串聯耦接。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的多相位電源降壓系統，其中該同步降壓器包括：     一第一電晶體，具有第一端接收一第一電壓，該第一電晶體的控制端接收一第一控制信號；     一第二電晶體，具有第一端耦接至該第一電晶體的第二端，該第二電晶體的控制端接收一第二控制信號，該第二電晶體的第二端耦接至一參考接地端；以及     一電感，耦接在該第一電晶體的第二端以及該同步降壓器的輸出端間，     其中，該同步降壓器的輸出端產生一第二電壓。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的多相位電源降壓系統，其中該輸入電壓的電壓值大於該中繼電壓的電壓值，該中繼電壓的電壓值大於該輸出電壓的電壓值。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的多相位電源降壓系統，其中該控制器更偵測該些第一級電壓轉換器以及該些第二級電壓轉換器的多個溫度，並依據該些溫度產生一過溫保護信號。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的多相位電源降壓系統，其中該控制器包括：     一感測信號接收介面，接收該些輸出電流、該輸入電壓、該中繼電壓以及該輸出電壓；     一信號轉換器，耦接該感測信號接收介面，用以針對該些輸出電流、該輸入電壓、該中繼電壓以及該輸出電壓執行類比數位轉換動作；     一運算電路，耦接該信號轉換器，針對該些輸出電流、該輸入電壓、該中繼電壓以及該輸出電壓的至少其中之一進行運算，並產生至少一運算結果；以及     一記憶裝置，耦接該運算電路。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的多相位電源降壓系統，其中該記憶裝置儲存一相位電流控制資訊，該相位電流控制資訊記錄該些第一級電壓轉換器以及該些第二級電壓轉換器的被開啟的數量與對應產生總電流值的關係。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的多相位電源降壓系統，其中該控制器更包括：     一通信介面，用以與外界進行信號傳收動作；以及     一時脈產生器，產生該控制器的一操作時脈信號。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的多相位電源降壓系統，其中該中繼電壓的電壓值為該輸入電壓的電壓值的1/N，N介於4~8間。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的多相位電源降壓系統，其中該中繼電壓的電壓值為該輸出電壓的電壓值的N倍，N介於2~4間。
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