TW202107812A - 含菊鍊架構的多相開關變換器及其故障保護方法 - Google Patents

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Abstract

公開了含菊鍊架構的多相開關變換器及其故障保護方法，其中多相開關變換器包括多個並聯耦接的開關電路、以及連接為菊鍊架構的多個控制電路。該故障保護方法包括：將多個控制電路中的一個配置為主控制電路，以在其第一端提供相位控制信號；將其餘控制電路配置為從控制電路，以在其第一端接收相位控制信號；若主控制電路檢測到故障，則變為從控制電路，停止向其第一端提供相位控制信號，並在其相位輸出信號上產生第二脈衝；以及若從控制電路在其相位輸入信號上檢測到第二脈衝，則變為主控制電路，在其第一端提供相位控制信號。

Description

含菊鍊架構的多相開關變換器及其故障保護方法
本發明涉及電子電路，尤其涉及多相開關變換器。
近年來，隨著高性能CPU的出現，需要輸出電壓更小、輸出電流更大的開關變換器，對開關變換器的熱性能、EMI及負載瞬態回應的要求也不斷提高。多相開關變換器以其優越的性能，被廣泛應用於高性能CPU的電源解決方案。 對於採用單個控制器的多相開關變換器而言，如果負載電流需求增大，變換器的相數需隨之增加，相應地，控制器的邏輯、電路、結構與尺寸也需隨之進行調整，這無疑極大地增加了系統的開發難度與整體成本。 為此，具有良好的可擴展性的菊鍊架構被引入多相開關變換器，其中設置有多個控制電路，每個控制電路用於驅動一相開關電路。在這種架構下，可以根據具體應用的需要輕鬆調節多相開關器的總相數，如果需要增加相數，只需在菊鍊架構中加入新的控制電路及對應外部元件即可。 然而，在菊鍊架構下，如何實現多相開關變換器的故障保護，使得其在任何一相電路發生故障時仍能正常工作，成為了一項挑戰。
為了解決上述問題，本發明的實施例提供一種用於多相開關變換器的控制電路，與其餘控制電路連接在一起形成菊鍊架構，多相開關變換器包括多個並聯耦接的開關電路，該控制電路包括：第一端，與其餘控制電路的第一端耦接在一起，以共用相位控制信號；第二端，耦接至菊鍊架構中前一控制電路的第三端以接收相位輸入信號；以及第三端，耦接至菊鍊架構中後一控制電路的第二端以提供相位輸出信號。其中在正常工作狀態下，控制電路基於相位輸入信號和相位控制信號，產生具有第一脈衝的相位輸出信號以及控制對應開關電路的開關控制信號；該控制電路被設置為主控制電路時，在其第一端提供相位控制信號；該控制電路被設置為從控制電路時，在其第一端接收相位控制信號；若主控制電路檢測到故障，則變為從控制電路，並在其相位輸出信號上產生第二脈衝；若從控制電路在其相位輸入信號上檢測到第二脈衝，則變為主控制電路。 本發明的實施例還提供一種多相開關變換器，包括：多個並聯耦接的開關電路，其中每個開關電路均具有耦接至輸入電壓的輸入端和耦接至負載以提供輸出電壓的輸出端；以及多個如前所述的控制電路，連接為菊鍊架構。 本發明的實施例還進一步提供一種用於多相開關變換器的故障保護方法，其中多相開關變換器包括多個並聯耦接的開關電路、以及連接為菊鍊架構的多個控制電路，每個控制電路均具有第一端、第二端與第三端，其中第一端與其餘控制電路的第一端耦接在一起以共用相位控制信號，第二端耦接至前一控制電路的第三端以接收相位輸入信號，第三端耦接至後一控制電路的第二端以提供相位輸出信號，其中在正常工作狀態下，控制電路基於相位輸入信號和相位控制信號，產生具有第一脈衝的相位輸出信號以及控制對應開關電路的開關控制信號。該故障保護方法包括：將所述多個控制電路中的一個配置為主控制電路，以在其第一端提供相位控制信號；將其餘控制電路配置為從控制電路，以在其第一端接收相位控制信號；若主控制電路檢測到故障，則變為從控制電路，並在其相位輸出信號上產生第二脈衝；以及若從控制電路在其相位輸入信號上檢測到第二脈衝，則變為主控制電路。 除此之外，本發明的實施例還提供一種用於多相開關變換器的控制電路的故障保護方法，其中多相開關變換器包括多個並聯耦接的開關電路、以及連接為菊鍊架構的多個控制電路，每個控制電路均具有第一端、第二端與第三端，其中第一端與其餘控制電路的第一端耦接在一起以共用相位控制信號，第二端耦接至前一控制電路的第三端以接收相位輸入信號，第三端耦接至後一控制電路的第二端以提供相位輸出信號，其中在正常工作狀態下，控制電路基於相位輸入信號和相位控制信號，產生具有第一脈衝的相位輸出信號以及控制對應開關電路的開關控制信號。該故障保護方法包括：判斷控制電路為主控制電路還是從控制電路；當控制電路為主控制電路時，在其第一端提供相位控制信號；當控制電路為從控制電路時，在其第一端接收相位控制信號；若主控制電路檢測到故障，則變為從控制電路，並在其相位輸出信號上產生第二脈衝；以及若從控制電路在其相位輸入信號上檢測到第二脈衝，則變為主控制電路。 根據本發明實施例的多相開關變換器中，若主控制電路檢測到故障，則變為從控制電路，並在其相位輸出信號上產生第二脈衝。若從控制電路在其相位輸入信號上檢測到第二脈衝，則變為主控制電路。通過這樣的處理方式，多相開關變換器即使在主控制電路出現故障時，仍能保持正常工作。
下面將結合附圖詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。在以下描述中，為了便於對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，本領域普通技術人員可以理解，這些特定細節並非為實施本發明所必需。此外，在一些實施例中，為了避免混淆本發明，未對公知的電路、材料或方法做具體描述。 在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結合該實施例或示例描述的特定特徵、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和/或子組合將特定的特徵、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖均是為了說明的目的，其中相同的附圖標記指示相同的元件。應當理解，當稱元件“連接到”或“耦接”到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。此外，說明書中所指的相互同步或相等的信號，在實際應用中，由於信號處理造成的延時，彼此之間也許存在少許時差。 圖1為根據本發明實施例的多相開關變換器100的示意性方塊圖，包括並聯耦接的開關電路111~11N、以及連接為菊鍊(daisy chain)架構的控制電路101~10N。其中每個開關電路均具有耦接至輸入電壓Vin的輸入端和耦接至負載以提供輸出電壓Vout的輸出端。控制電路101~10N分別耦接至開關電路111~11N，其中每個控制電路10i(i=1,2，……，N)均具有第一端、第二端與第三端，其中第一端與其餘控制電路的第一端耦接在一起以共用相位控制信號Set，第二端耦接至前一控制電路的第三端以接收相位輸入信號Takei，第三端耦接至後一控制電路的第二端以提供相位輸出信號Passi。 在正常工作狀態下，控制電路10i基於相位輸入信號Takei和相位控制信號Set，產生具有第一脈衝的相位輸出信號Passi以及控制對應開關電路11i的開關控制信號PWMi。在一些實施例中，開關電路11i為同步降壓電路，包括上電晶體HSi、下電晶體LSi、電感器Li和輸出電容器Coi。在開關控制信號PWMi為高電平時，上電晶體HSi導通，下電晶體LSi關斷。在開關控制信號PWMi為低電平時，上電晶體HSi關斷，下電晶體LSi導通。 相位控制信號Set通常包括多個用於依次觸發各開關電路向負載提供功率輸出的脈衝，例如脈衝1~N。一般地，開關控制信號PWM1~PWMN分別與該多個脈衝同步。例如，開關控制信號PWMi的上升邊緣與脈衝i的上升邊緣同步，從而在脈衝i的上升邊緣使上電晶體HSi導通，下電晶體LSi關斷，觸發對應開關電路11i向負載提供功率輸出。 圖1B為根據本發明實施例的圖1A所示多相開關變換器100的故障保護工作流程圖，包括步驟S121~S126。 在步驟S121，將控制電路101~10N中的一個，例如控制電路101，設置為主控制電路，以在其第一端提供相位控制信號Set。 在步驟S122，將其餘控制電路，例如控制電路102~10N，設置為從控制電路，以在其第一端接收相位控制信號Set。 在步驟S123，判斷控制電路101是否檢測到故障。若是，則進行至步驟S124；若否，則繼續判斷。 在步驟S124，控制電路101變為從控制電路，停止向其第一端提供相位控制信號Set，並在其相位輸出信號Pass1上產生第二脈衝。在一些實施例中，在該第二脈衝結束後，控制電路101會使其相位輸出信號Pass1等於相位輸入信號Take1，以將自身旁路(bypass)。在一些實施例中，若一段時間後，故障消失，則控制電路101可能以從控制電路的身份重新恢復正常工作。 在步驟S125，判斷控制電路102是否在其相位輸入信號Take2上檢測到第二脈衝。若是，則進行至步驟S126，否則繼續判斷。 在步驟S126，控制電路102變為主控制電路，在其第一端提供相位控制信號Set。 通過這樣的處理方式，多相開關變換器100在其主控制電路出現故障時，仍能保持正常工作。以下將結合工作波形圖對本發明的實施例做進一步描述，但本領域技術人員可以理解，這些波形圖僅用於示例的目的，而並非用於限制本發明。 以雙相開關變換器(N=2)為例，如圖2A所示，在t1時刻之前，控制電路101為主控制電路，控制電路102為從控制電路，雙相開關變換器正常工作，相位輸出信號Pass1具有脈衝幅值為vp1的第一脈衝。 在t1時刻，控制電路101檢測到故障，於是變為從控制電路，並在其相位輸出信號Pass1上產生具有脈衝幅值為vp2的第二脈衝。在一些實施例中，vp1約為3.3V，vp2約為1.5V。控制電路102在其相位輸入信號Take2上基於脈衝幅值檢測到第二脈衝，於是變為主控制電路，在其第一端提供相位控制信號Set。 在一些實施例中，處於閾值電壓Vth1(例如2V)至供電電壓(例如3.3V)之間的電平被認為是高電平(“1”)，處於0V至Vth2(例如1V)之間的電平被認為是低電平(“0”)，處於閾值電壓Vth2與Vth1之間的電平被認為是中間電平。第一脈衝在低電平與高電平之間切換，第二脈衝在低電平與中間電平之間切換。控制電路若在其相位輸入信號上檢測到中間電平，則認為檢測到第二脈衝。 控制電路101在第二脈衝結束後，使相位輸出信號Pass1等於相位輸入信號Take1，直至其在t2時刻退出故障狀態。在t2時刻後，雙相開關變換器恢復正常工作。與t1時刻之前不同的是，此時，控制電路101為從控制電路，而控制電路102為主控制電路。 圖2B為根據本發明另一實施例的雙相開關變換器在故障保護模式下的原理性工作波形圖，其中第二脈衝具有與第一脈衝相同的脈衝幅值，但二者的脈衝寬度不同。第一脈衝的脈衝寬度為tp1(例如60ns)，第二脈衝的脈衝寬度為tp2(例如350ns)。控制電路102可以檢測其相位輸入信號Take2上脈衝的脈衝寬度，在檢測到脈衝寬度大於閾值 tth(tp1＜tth＜tp2，例如200ns)時，則判斷為檢測到第二脈衝，並變為主控制電路。 圖2C為根據本發明又一實施例的雙相開關變換器在故障保護模式下的原理性工作波形圖，其中第二脈衝的脈衝幅值與脈衝寬度與第一脈衝均不相同。控制電路102在檢測到相位輸入信號Take2維持在幅值vp2的時間大於閾值 tth時，則判斷為檢測到第二脈衝，並變為主控制電路。 在圖2A~2C的實施例中，第二脈衝具有與第一脈衝所不同的脈衝寬度和/或脈衝幅值。但這並不用於限制本發明，本領域普通技術人員可以理解，在其他實施例中，第二脈衝也可以具有與第一脈衝所不同的脈衝頻率、偏置電平或者其他電參數，只要能使控制電路將第二脈衝與正常工作狀態下的第一脈衝區分開來。 前述故障可以包括控制電路或其對應開關電路的過壓、過流、過溫、欠壓或電晶體故障中的一項或幾項。為了防止誤觸發，在一些情況下，會在前述故障發生多次或持續一段時間後，方認定為檢測到故障，並進行相關故障處理與保護。此外，主控制電路並非必需在檢測到故障後立即轉換為從控制電路並產生第二脈衝，而可以在其它保護動作完成或者一段延時結束後再進行。同樣地，從控制電路在檢測到第二脈衝後，也並非一定立即轉換為主控制電路，或在轉換為主控制電路後立即開始產生相位控制信號，這些動作之間可能存在延時。 在一些實施例中，當控制電路被設置為主控制電路時，除了產生相位控制信號Set之外，它還可以與上位控制器通過通信匯流排進行雙向通信，以接收來自上位控制器的指令，並將多相開關變換器的工作狀態回饋至上位變換器。除此之外，主控制電路還可以負責管理整個多相開關變換器的啟動、關斷與保護，監測各從控制電路是否發生故障。 在一些實施例中，若控制電路102在其相位輸入信號Take2上檢測到第二脈衝時，其自身也處於故障狀態，其將保持為從控制電路，而不會變為主控制電路。此時，相位輸入信號Take2上的第二脈衝被傳遞至其相位輸出信號Pass2。若控制電路103在其相位輸入信號Take3上檢測到第二脈衝，且其自身未處於故障狀態，則控制電路103將變為主控制電路，在其第一端提供相位控制信號Set。 圖3為根據本發明實施例的多相開關變換器200的示意性方塊圖，其中包括具有相同結構的控制晶片231~23N。與圖1A所示示例相比，圖3中每個控制晶片內均集成了控制電路、驅動電路以及對應開關電路中的電晶體。 圖4為根據本發明實施例的用於圖3所示多相開關變換器200的控制晶片230A的示意性方塊圖。控制晶片230A包括主控單元、功率單元、主從判斷電路2030、開關控制電路2033、故障檢測電路2034以及多個引腳。引腳SET用於共用相位控制信號Set，引腳TAKE用於接收相位輸入信號Take，引腳PASS用於提供相位輸出信號Pass，引腳VIN用於接收輸入電壓Vin，引腳PGND用於耦接至功率地，引腳SW通過外部元件耦接至負載。功率單元包括上電晶體HS、下電晶體LS以及驅動電路2035，電晶體HS和LS串聯耦接在引腳VIN與PGND之間，兩者的連接點耦接至引腳SW。 主控單元用於產生相位控制信號Set。故障檢測電路2034檢測是否發生故障，產生故障檢測信號FAULT。主從判斷電路2030耦接至引腳TAKE與故障檢測電路2034，基於相位輸入信號Take和故障檢測信號FAULT判斷控制晶片應為主控晶片還是從控晶片，產生主從判斷信號MS，並將其提供至主控單元。開關控制電路2033耦接至引腳SET和TAKE、故障檢測電路2034與主從判斷電路2030，基於相位控制信號Set、相位輸入信號Take、故障檢測信號FAULT與主從判斷信號MS，產生開關控制信號PWM與相位輸出信號Pass。 在一個實施例中，主控單元包括導通信號產生電路2031、信號調變電路2032以及開關S1。導通信號產生電路2031產生導通控制信號Set_ana。信號調變電路2032耦接至導通信號產生電路2031，基於導通控制信號Set_ana產生預處理信號Set_out。開關S1具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至信號調變電路2032以接收預處理信號Set_out，第二端耦接至引腳SET以提供相位控制信號Set，控制端耦接至主從判斷電路2030以接收主從判斷信號MS。 圖5為根據本發明實施例的圖4所示控制晶片230A的故障保護工作流程圖，包括步驟S240~S252。 在步驟S240，控制晶片230A上電啟動。 在步驟S241，判斷控制晶片230A被初始設置為主控晶片還是從控晶片。若控制晶片230A被初始設置為主控晶片，則進行至步驟S242。作為主控晶片，其主控單元將負責提供相位控制信號Set至引腳SET。若控制晶片230A被初始設置為從控晶片，則進行至步驟S248。 在一個實施例中，控制晶片230A還包括耦接在引腳PASS與參考地之間的下拉電阻器R1。在菊鍊架構下，通過將引腳TAKE經外接上拉電阻器連接至供電電壓，即可將控制晶片230A初始設置為主控晶片。反之，若引腳TAKE沒有外接上拉電阻器，則控制晶片230A被初始設置為從控晶片。控制晶片230A在剛啟動的時候，會在一段時間內將引腳PASS設為高阻態，此時主從判斷電路2030基於引腳TAKE上的電壓，來判斷控制晶片230A是被初始設置為主控晶片還是從控晶片。若檢測引腳TAKE上的電壓為高電平，則判斷控制晶片被初始設置為主控晶片，主控單元將相位控制信號Set提供至引腳SET。若檢測到引腳TAKE上的電壓為低電平，則判斷控制晶片被初始設置為從控晶片，主控單元不提供相位控制信號Set至引腳SET。在其它的一些實施例中，可以通過調節其它特定引腳的電壓、電流或者電阻值來實現初始主從設置。 在步驟S242，判斷故障檢測電路2034是否檢測到故障，若是，則進行至步驟S243，否則，進行至步驟S247。 在步驟S243，控制晶片230A變為從控晶片，其主控單元停止提供相位控制信號Set至引腳SET。在步驟S244，控制晶片230A在相位輸出信號Pass上產生第二脈衝。在步驟S245，相位輸出信號Pass被設置為與相位輸入信號Take相等。本領域技術人員可以理解，步驟S243和S244之間並非有必然的時間先後關係，它們可以同時進行，也可以一個在前一個在後。特別需要注意的是，它們並非必需在主控晶片的故障被檢測到後立刻進行。 在步驟S246，判斷故障是否消失，若是，則進行至步驟S247，若否，則繼續判斷。 在步驟S247，控制晶片230A正常工作，根據相位控制信號Set和相位輸入信號Take產生開關控制信號PWM和具有第一脈衝的相位輸出信號Pass。 在步驟S248，判斷故障檢測電路2034是否檢測到故障，若是，則進行至步驟S249，若否，則進行至步驟S251。 在步驟S249，相位輸出信號Pass被設置為與相位輸入信號Take相等。 在步驟S250，判斷故障是否消失，若是，則進行至步驟S247，若否，則繼續判斷。 在步驟S251，通過主從判斷電路2030檢測相位輸入信號Take上是否出現第二脈衝。若是，則進行至步驟S252。若否，則進行至步驟S247。 在步驟S252，控制晶片230A變為主控晶片，其主控單元提供相位控制信號Set至引腳SET。然後，進行至步驟S247。 圖6為根據本發明實施例的導通信號產生電路2031A的示意性方塊圖，包括斜坡產生電路2311、誤差比例積分電路2312以及比較電路2313。斜坡產生電路2311提供斜坡信號RAMP。誤差比例積分電路2312接收參考信號REF和代表多相開關變換器輸出電壓的回饋信號FB，並基於該兩個信號產生補償信號COMP。比較電路2313接收回饋信號FB、參考信號REF、斜坡信號RAMP以及補償信號COMP，產生導通控制信號Set_ana。 圖7為根據本發明實施例的開關控制電路2033A的示意性方塊圖，其中包括或閘電路2330、RS觸發器2331、2333、及閘電路2332、導通時間控制電路2334、單觸發電路2335、開關控制產生電路2336以及相位輸出產生電路2337，其具體連接如圖所示。在該實施例中，採用了恆定導通時間控制方式(constant on-time control method)。正常工作狀態下，在相位輸入信號Take的下降邊緣，觸發器2331被設定，其輸出的信號RUN變為高電平。隨後，當相位控制信號Set由低電平變為高電平，觸發器2333被設定，使信號PWM_Normal變為高電平，同時信號Pass_Normal也變為高電平。單觸發電路2335在固定時間後會使信號Pass_Normal恢復至低電平。而在導通時間控制電路2334的作用下，觸發器2333也將在一段時間TON後被重設，使信號PWM_Normal變為低電平。這段時間TON通常由多相開關變換器的輸入電壓Vin和輸出電壓Vout決定。 開關控制產生電路2336基於信號PWM_Normal與故障檢測信號FAULT產生開關控制信號PWM。在正常工作狀態下，開關控制信號PWM與信號PWM_Normal相等。在一些實施例中，當故障檢測電路2034檢測到故障，開關控制信號PWM被保持為高阻態，以使上電晶體HS和下電晶體LS均關斷。 相位輸出產生電路2337基於信號Pass_Normal、相位輸入信號Take、故障檢測信號FAULT與主從判斷信號MS，產生相位輸出信號Pass。在正常工作狀態下，相位輸出信號Pass與信號Pass_Normal相等。 當故障檢測電路2034檢測到故障，而控制晶片230A為主控晶片時，相位輸出產生電路2337會在相位輸出信號Pass上產生第二脈衝。隨後，使相位輸出信號Pass與相位輸入信號Take相等。 當故障檢測電路2034檢測到故障，而控制晶片230A為從控晶片時，相位輸出產生電路2337使相位輸出信號Pass與相位輸入信號Take相等。 圖8A為根據本發明實施例的三相開關變換器200(N=3)在故障保護模式下的工作波形圖。如圖8A所示，在t4時刻之前，控制晶片231為主控晶片，其餘控制晶片232和233為從控晶片，開關變換器正常工作。 在t4時刻，控制晶片231檢測到故障，於是變為從控晶片，停止提供相位控制信號Set，並在其相位輸出信號Pass1上產生第二脈衝。與正常工作狀態下的第一脈衝相比，該第二脈衝具有不同的脈衝寬度和脈衝幅值。控制晶片231在第二脈衝結束後，使其相位輸出信號Pass1等於相位輸入信號Take1。 控制晶片232在其相位輸入信號Take2上檢測到第二脈衝，且自身未檢測到故障，因而變為主控制電路，並自t5時刻起提供相位控制信號Set。 圖8B為根據本發明另一實施例的三相開關變換器200故障保護模式下的工作波形圖。與圖8A所示實施例不同的是，控制晶片231在檢測到故障後，並未立即變為從控晶片在並其相位輸出信號Pass1上產生第二脈衝。如圖8B所示，控制晶片231在t4時刻檢測到故障，隨後對相位控制信號Set進行調節，使其長時間維持在一預設電平(例如中間電平)。此時，開關控制信號PWM1~PWM3均變為高阻態，對應電晶體均關斷，輸出電壓Vout持續下降。直至t7時刻，輸出電壓Vout下降至一預設閾值Vth(例如0V)，控制晶片231方在其相位輸出信號Pass1上產生第二脈衝，並變為從控晶片，停止輸出相位控制信號Set。 控制晶片232在其相位輸入信號Take2上檢測到第二脈衝，且自身未檢測到故障，則變為主控晶片，並自t8時刻起提供相位控制信號Set。 雖然前述實施例中，開關變換器中的開關電路均以同步降壓電路為例，但本領域技術人員可以理解，開關電路也可以採用其它拓撲，例如非同步降壓電路、升壓電路、升降壓電路等。其中的開關電晶體除了MOSFET，也可以採用其它合適的可控半導體開關裝置。這些開關電晶體可以和相應控制電路、驅動電路集成在一起，也可以彼此分立。在一些應用中，開關電路中的電感器和電容器也可以被集成入晶片內。而且，除了恆定導通時間控制，本發明中開關控制電路也可以採用其他合適的控制方式。這些變形均為本領域技術人員所容易理解，並未超出本發明的保護範圍。 此外，為了敘述方便，前述實施例中多以功能方塊圖的方式對控制電路進行了劃分和介紹，但這並不用於限制本發明。控制電路中的某些電路可能由分立的裝置或者晶片實現，而控制電路中的某些電路可能被部分整合在一起，例如由數位信號處理電路，或可程式設計裝置(例如PLA、PAL、GAL、EPLD、CPLD、FPGA等)實現。圖9為根據本發明實施例的用於多相開關變換器的控制晶片230B的示意性方塊圖。與圖4所示實施例相比，圖9中的可編程裝置集中實現了主從判斷電路、信號調變電路、開關控制電路和故障檢測電路的功能。 高阻態指的是數位電路的一種輸出狀態，它既不是高電平也不是低電平，如果高阻態再輸入下一級電路的話，對下一級電路無任何影響。如果用儀器檢測的話，高阻態有可能呈現出高電平、低電平或中間電平，由下一級電路決定。 在前述的一些實施例中，在故障狀態下，開關控制信號變為高阻態，驅動電路在接收到該高阻態的開關控制信號後，使對應開關電路中的電晶體均關斷，以停止功率輸出。然而，這並非用於限制本發明，本領域技術人員可以根據實際需要，選擇其他合適的方式，來使對應開關電路停止功率輸出。此外，在故障狀態下，對應開關電路也不一定立刻停止功率輸出，而可以存在一段延時。而且，在需要停止功率輸出時，開關電路中的電晶體也並非必需同時關斷，對於同步降壓電路而言，可以先關斷上電晶體，然後在檢測到電感電流過零時，再關斷下電晶體。 雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範圍內的全部變化和改型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。
100:多相開關變換器 101~10N:控制電路 111~11N:開關電路 200:多相開關變換器 230A:控制晶片 231~23N:控制晶片 230B:控制晶片 2030:主從判斷電路 2031:導通信號產生電路 2031A:導通信號產生電路 2032:信號調變電路 2033:開關控制電路 2033A:開關控制電路 2034:故障檢測電路 2035:驅動電路 2311:斜坡產生電路 2312:誤差比例積分電路 2313:比較電路 2330:或閘電路 2331:RS觸發器 2332:及閘電路 2333:RS觸發器 2334:導通時間控制電路 2335:單觸發電路 2336:開關控制產生電路 2337:相位輸出產生電路 S1:開關 S121:步驟 S122:步驟 S123:步驟 S124:步驟 S125:步驟 S126:步驟 S240:步驟 S241:步驟 S242:步驟 S243:步驟 S244:步驟 S245:步驟 S246:步驟 S247:步驟 S248:步驟 S249:步驟 S250:步驟 S251:步驟 S252:步驟
[圖1A]為根據本發明實施例的多相開關變換器100的示意性方塊圖； [圖1B]為根據本發明實施例的圖1A所示多相開關變換器100的故障保護工作流程圖； [圖2A~2C]為根據本發明實施例的雙相開關變換器在故障保護模式下的原理性工作波形圖； [圖3]為根據本發明實施例的多相開關變換器200的示意性方塊圖； [圖4]為根據本發明實施例的用於圖3所示多相開關變換器200的控制晶片230A的示意性方塊圖； [圖5]為根據本發明實施例的圖4所示控制晶片230A的故障保護工作流程圖； [圖6]為根據本發明實施例的導通信號產生電路2031A的示意性方塊圖； [圖7]為根據本發明實施例的開關控制電路2033A的示意性方塊圖； [圖8A和8B]為根據本發明實施例的三相開關變換器在故障保護模式下的工作波形圖； [圖9]為根據本發明實施例的用於多相開關變換器的控制晶片230B的示意性方塊圖。

Claims (28)

  1. 一種用於多相開關變換器的控制電路，與其餘控制電路連接在一起形成菊鍊架構，多相開關變換器包括多個並聯耦接的開關電路，該控制電路包括： 第一端，與其餘控制電路的第一端耦接在一起，以共用相位控制信號； 第二端，耦接至菊鍊架構中前一控制電路的第三端以接收相位輸入信號；以及 第三端，耦接至菊鍊架構中後一控制電路的第二端以提供相位輸出信號；其中 在正常工作狀態下，控制電路基於相位輸入信號和相位控制信號，產生具有第一脈衝的相位輸出信號以及控制對應開關電路的開關控制信號； 該控制電路被設置為主控制電路時，在其第一端提供相位控制信號；該控制電路被設置為從控制電路時，在其第一端接收相位控制信號； 若主控制電路檢測到故障，則變為從控制電路，並在其相位輸出信號上產生第二脈衝； 若從控制電路在其相位輸入信號上檢測到第二脈衝，則變為主控制電路。
  2. 如請求項1所述的控制電路，其中若主控制電路檢測到故障，在變為從控制電路並在其相位輸出信號上產生第二脈衝後，使其相位輸出信號等於相位輸入信號。
  3. 如請求項1所述的控制電路，其中當從控制電路在其相位輸入信號上檢測到第二脈衝且其自身未檢測到故障時，方變為主控制電路。
  4. 如請求項1所述的控制電路，其中若從控制電路檢測到故障，則使其相位輸出信號等於相位輸入信號。
  5. 如請求項1所述的控制電路，其中所述第二脈衝具有與第一脈衝所不同的脈衝寬度或脈衝幅值。
  6. 如請求項1所述的控制電路，其中所述第一脈衝具有第一脈衝幅值和第一脈衝寬度，第二脈衝具有第二脈衝幅值和第二脈衝寬度，若從控制電路檢測到其相位輸入信號在一預設時長內均維持在第二脈衝幅值，則判斷為檢測到第二脈衝。
  7. 如請求項1所述的控制電路，其中所述故障包括過壓、過流、過溫、欠壓或電晶體故障中的一項或幾項。
  8. 如請求項1所述的控制電路，其中主控制電路在檢測到故障後，對相位控制信號進行調節以使所有開關電路均停止功率輸出，待多相開關變換器的輸出電壓下降至一預設閾值後，主控制電路方變為從控制電路，並在其相位輸出信號上產生第二脈衝。
  9. 如請求項1所述的控制電路，還包括： 主控單元，產生相位控制信號； 故障檢測電路，檢測控制電路是否發生故障，產生故障檢測信號； 主從判斷電路，耦接至故障檢測電路，基於相位輸入信號和故障檢測信號判斷控制電路應為主控制電路還是從控制電路，產生主從判斷信號，並提供至主控單元；以及 開關控制電路，耦接至故障檢測電路與主從判斷電路，基於相位控制信號、相位輸入信號、故障檢測信號與主從判斷信號，產生開關控制信號與相位輸出信號。
  10. 如請求項9所述的控制電路，其中主控單元包括： 導通信號產生電路，產生導通控制信號； 信號調變電路，耦接至導通信號產生電路，基於導通控制信號，產生預處理信號；以及 開關，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至信號調變電路以接收預處理信號，第二端耦接至控制電路的第一端，控制端耦接至主從判斷電路以接收主從判斷信號。
  11. 如請求項9所述的控制電路，還包括耦接在其第三端與參考地之間的電阻器，所述主從判斷電路在多相開關變換器剛啟動時，基於相位輸入信號來判斷控制電路被初始設置為主控制電路還是從控制電路。
  12. 一種多相開關變換器，包括： 多個並聯耦接的開關電路，其中每個開關電路均具有耦接至輸入電壓的輸入端和耦接至負載以提供輸出電壓的輸出端；以及 多個如請求項1至11中任一項所述的控制電路，連接為菊鍊架構。
  13. 一種用於多相開關變換器的故障保護方法，其中多相開關變換器包括多個並聯耦接的開關電路、以及連接為菊鍊架構的多個控制電路，每個控制電路均具有第一端、第二端與第三端，其中第一端與其餘控制電路的第一端耦接在一起以共用相位控制信號，第二端耦接至前一控制電路的第三端以接收相位輸入信號，第三端耦接至後一控制電路的第二端以提供相位輸出信號，其中在正常工作狀態下，控制電路基於相位輸入信號和相位控制信號，產生具有第一脈衝的相位輸出信號以及控制對應開關電路的開關控制信號，該故障保護方法包括： 將所述多個控制電路中的一個配置為主控制電路，以在其第一端提供相位控制信號； 將其餘控制電路配置為從控制電路，以在其第一端接收相位控制信號； 若主控制電路檢測到故障，則變為從控制電路，並在其相位輸出信號上產生第二脈衝；以及 若從控制電路在其相位輸入信號上檢測到第二脈衝，則變為主控制電路。
  14. 如請求項13所述的故障保護方法，其中若主控制電路檢測到故障，在變為從控制電路並在其相位輸出信號上產生第二脈衝後，使其相位輸出信號等於相位輸入信號。
  15. 如請求項13所述的故障保護方法，其中當從控制電路在其相位輸入信號上檢測到第二脈衝且其自身未檢測到故障時，方變為主控制電路。
  16. 如請求項13所述的故障保護方法，其中若從控制電路檢測到故障，則使其相位輸出信號等於相位輸入信號。
  17. 如請求項13所述的故障保護方法，其中所述第二脈衝具有與第一脈衝所不同的脈衝寬度或脈衝幅值。
  18. 如請求項13所述的故障保護方法，其中所述第一脈衝具有第一脈衝幅值和第一脈衝寬度，第二脈衝具有第二脈衝幅值和第二脈衝寬度，若從控制電路檢測到其相位輸入信號在一預設時長內均維持在第二脈衝幅值，則判斷為檢測到第二脈衝。
  19. 如請求項13所述的故障保護方法，其中所述故障包括過壓、過流、過溫、欠壓或電晶體故障中的一項或幾項。
  20. 、如請求項13所述的故障保護方法，其中主控制電路在檢測到故障後，對相位控制信號進行調節以使所有開關電路均停止功率輸出，待多相開關變換器的輸出電壓下降至一預設閾值後，主控制電路方變為從控制電路，並在其相位輸出信號上產生第二脈衝。
  21. 一種用於多相開關變換器的控制電路的故障保護方法，其中多相開關變換器包括多個並聯耦接的開關電路、以及連接為菊鍊架構的多個控制電路，每個控制電路均具有第一端、第二端與第三端，其中第一端與其餘控制電路的第一端耦接在一起以共用相位控制信號，第二端耦接至前一控制電路的第三端以接收相位輸入信號，第三端耦接至後一控制電路的第二端以提供相位輸出信號，其中在正常工作狀態下，控制電路基於相位輸入信號和相位控制信號，產生具有第一脈衝的相位輸出信號以及控制對應開關電路的開關控制信號，該故障保護方法包括： 判斷控制電路為主控制電路還是從控制電路； 當控制電路為主控制電路時，在其第一端提供相位控制信號； 當控制電路為從控制電路時，在其第一端接收相位控制信號； 若主控制電路檢測到故障，則變為從控制電路，並在其相位輸出信號上產生第二脈衝；以及 若從控制電路在其相位輸入信號上檢測到第二脈衝，則變為主控制電路。
  22. 如請求項21所述的故障保護方法，其中若主控制電路檢測到故障，在變為從控制電路並在其相位輸出信號上產生第二脈衝後，使其相位輸出信號等於相位輸入信號。
  23. 如請求項21所述的故障保護方法，其中當從控制電路在其相位輸入信號上檢測到第二脈衝且其自身未檢測到故障時，方變為主控制電路。
  24. 如請求項21所述的故障保護方法，其中若從控制電路檢測到故障，則使其相位輸出信號等於相位輸入信號。
  25. 如請求項21所述的故障保護方法，其中所述第二脈衝具有與第一脈衝所不同的脈衝寬度或脈衝幅值。
  26. 如請求項21所述的故障保護方法，其中所述第一脈衝具有第一脈衝幅值和第一脈衝寬度，第二脈衝具有第二脈衝幅值和第二脈衝寬度，若從控制電路檢測到其相位輸入信號在一預設時長內均維持在第二脈衝幅值，則判斷為檢測到第二脈衝。
  27. 如請求項21所述的故障保護方法，其中所述故障包括過壓、過流、過溫、欠壓或電晶體故障中的一項或幾項。
  28. 如請求項21所述的故障保護方法，其中主控制電路在檢測到故障後，對相位控制信號進行調節以使所有開關電路均停止功率輸出，待多相開關變換器的輸出電壓下降至一預設閾值後，主控制電路方變為從控制電路，並在其相位輸出信號上產生第二脈衝。
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