TW202230949A - 多相開關變換器及其控制器和控制方法 - Google Patents

多相開關變換器及其控制器和控制方法 Download PDF

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Abstract

本發明公開了多相開關變換器及其控制電路和控制方法。多相開關變換器包括多個開關電路，控制器包括：電壓控制電路、總電流控制電路、分頻電路、以及多個子控制電路，電壓控制電路基於電壓參考信號和輸出電壓產生導通控制信號，總電流控制電路基於電流參考信號和多個開關電路的總輸出電流產生電流控制信號，分頻電路根據導通控制信號在多個輸出端產生多個分頻信號，每個子控制電路基於相應的分頻信號和電流控制信號產生相應的開關控制信號。

Description

多相開關變換器及其控制器和控制方法
本發明涉及電子電路，特別地，涉及多相開關變換器及其控制器和控制方法。
近年來，隨著一些高性能處理器的出現，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及動態回應性能的要求也越來越高。多相開關變換器以其優越的性能得到了越來越廣泛的應用。多相開關變換器包括多個開關電路，該多個開關電路的輸出端耦接在一起為負載提供能量。然而，需要設計一種多相開關變換器，既可以為各相開關電路提供過電流保護，也能夠保證多相開關變化器的穩定運行。
本發明的目的在於解決現有技術中的上述問題，提出一種多相開關變換器及其控制器和控制方法。 依據本發明實施例的一種用於多相開關變換器的控制器，該多相開關變換器包括多個開關電路，該多個開關電路的輸出端耦接在一起以提供輸出電壓，該控制器產生多個開關控制信號，以控制多個開關電路依次導通，該控制器包括：電壓控制電路，耦接至多個開關電路的輸出端，基於電壓參考信號和輸出電壓產生導通控制信號；總電流控制電路，基於電流參考信號和多個開關電路的總輸出電流產生電流控制信號；分頻電路，具有輸入端和多個輸出端，其中輸入端耦接至電壓控制電路以接收導通控制信號，分頻電路根據導通控制信號在多個輸出端產生多個分頻信號；多個過流檢測電路，每個過流檢測電路均具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至相應的開關電路，每個過流檢測電路基於流過相應開關電路的電流檢測相應開關電路是否過流，在其輸出端產生過流信號；以及多個子控制電路，每個子控制電路均具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、和輸出端，其中第一輸入端耦接至分頻電路的相應輸出端以接收分頻信號，第二輸入端耦接至總電流控制電路以接收電流控制信號，第三輸入端耦接至相應過流檢測電路的輸出端以接收過流信號，輸出端基於分頻信號、電流控制信號、以及過流信號產生相應的開關控制信號。  　　依據本發明實施例的一種用於多相開關變換器的控制器，該多相開關變換器包括多個開關電路，該多個開關電路的輸出端耦接在一起以提供輸出電壓，該控制器產生多個開關控制信號，以控制多個開關電路依次導通，該控制器包括：電壓控制電路，耦接至多個開關電路的輸出端，基於電壓參考信號和輸出電壓產生導通控制信號；總電流控制電路，耦接至多個開關電路，基於電流參考信號和多個開關電路的總輸出電流產生電流控制信號；分頻電路，具有輸入端和多個輸出端，其中輸入端耦接至電壓控制電路以接收導通控制信號，分頻電路根據導通控制信號在多個輸出端產生多個分頻信號；以及多個子控制電路，每個子控制電路均具有第一輸入端、第二輸入端、和輸出端，其中第一輸入端耦接至分頻電路的相應輸出端以接收分頻信號，第二輸入端耦接至總電流控制電路以接收電流控制信號，基於分頻信號和電流控制信號在輸出端產生相應的開關控制信號。  　　依據本發明實施例的一種多相開關變換器，包括多個開關電路，所述多個開關電路的輸出端耦接在一起以提供輸出電壓；以及如上所述的控制器。  　　依據本發明實施例的一種用於多相開關變換器的控制方法，該多相開關變換器包括多個開關電路，該多個開關電路的輸出端耦接在一起以提供輸出電壓，該控制方法包括：基於電壓參考信號和輸出電壓產生導通控制信號；基於電流參考信號和多個開關電路的總輸出電流產生電流控制信號；以及基於導通控制信號和電流控制信號產生多個開關控制信號，以控制多個開關電路依次導通；其中當多個開關電路的總輸出電流大於電流參考信號時，當前相開關電路維持關斷，直至多個開關電路的總輸出電流小於電流參考信號時，基於輸出電壓和電壓參考信號控制當前相開關電路導通；以及當檢測到當前相開關電路過流時，當前相開關電路保持關斷，進入對下一相開關電路的控制。  　　在本發明的實施例，多相開關變換器對總輸出電流的控制增加了系統的安全性，使多相開關變換器可以自動、且平滑的在調節輸出電壓和調節總輸出電流之間切換，並且避免了總輸出電流持續增大導致的各開關電路之間電流的不均衡。
下面將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，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域普通技術人員顯而易見的是：不必採用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。 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，在此提供的圖式都是為了說明的目的，並且圖式不一定是按比例繪製。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。相同的圖式標記指示相同的元件。這裡使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的專案的任何和所有組合。  　　本發明實施例提供一種包括多個開關電路的多相開關變換器，在正常工作狀態下，各個開關電路基於多相開關變換器的輸出電壓和多個開關電路的總輸出電流被依次導通。在多個開關電路的總輸出電流大於電流參考信號時，多相開關變換器控制相應的開關電路暫時不導通，直至多個開關電路的總輸出電流小於電流參考信號，多相開關變換器基於輸出電壓控制相應的開關電路導通。以及在檢測到當前相開關電路過流時，多相開關變換器跳過當前相開關電路並保持其餘相開關電路正常工作。本發明實施例中，“當前相開關電路”或“相應的開關電路”是指按次序應當被導通的開關電路。以下以使用恆定導通時間控制的多相開關變換器為例來描述各實施例。  　　圖1示出了根據本發明實施例的多相開關變換器100的電路方塊圖。多相開關變換器100包括控制器20以及多個開關電路10-1,10-2，……10-n，其中n是大於或等於2的整數。開關電路10-1，10-2……10-n的輸入端接收輸入電壓Vin，輸出端耦接在一起以提供輸出電壓Vo，為負載102供電。開關電路10-1,10-2，……10-n可採用任何直流/直流(DC/DC)或交流/直流(AC/DC)變換拓撲結構，例如同步或非同步的升壓、降壓變換器，以及正激、反激變換器等。輸出電容105耦接在開關電路10-1，10-2，……10-n的輸出端和參考地之間。  　　控制器20產生多個控制信號PWM1，PWM2，……PWMn，以控制多個開關電路10-1,10-2，……10-n依次導通。控制器20包括電壓控制電路21、分頻電路22、總電流控制電路23、以及多個子控制電路25-1，25-2，……25-n。電壓控制電路21耦接至多個開關電路10-1,10-2，……10-n的輸出端，基於電壓參考信號Vref和輸出電壓Vo產生導通控制信號Set，例如根據電壓參考信號Vref和代表了輸出電壓Vo的電壓回饋信號Vfb的比較結果，產生導通控制信號Set。分頻電路22具有輸入端和多個輸出端，其中分頻電路22的輸入端耦接至電壓控制電路21以接收導通控制信號Set，分頻電路22根據導通控制信號Set在其多個輸出端產生多個分頻信號FD1，FD2，……FDn。總電流控制電路23基於電流參考信號Iref0和多個開關電路的總輸出電流Io產生電流控制信號Ictrl，例如根據電流參考信號Iref0和代表了總輸出電流Io的電流回饋信號Imon的比較結果，產生電流控制信號Ictrl。每個子控制電路25-i(i=1，2，……n)均具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中子控制電路25-i的第一輸入端耦接至分頻電路22的相應輸出端以接收分頻信號FDi，子控制電路25-i的第二輸入端耦接至總電流控制電路23以接收電流控制信號Ictrl，子控制電路25-i基於分頻信號FDi和電流控制信號Ictrl在其輸出端產生相應的開關控制信號PWMi。在一個實施例中，在多個開關電路的總輸出電流Io或電流回饋信號Imon大於電流參考信號Iref0時，多相開關變換器100控制當前相開關電路暫時不導通，直至多個開關電路的總輸出電流Io或電流回饋信號Imon小於電流參考信號Iref0，多相開關變換器100基於輸出電壓Vo控制當前相開關電路導通，例如當輸出電壓Vo或電壓回饋信號Vfb小於電壓參考信號Vref時，控制當前相開關電路導通。  　　在一個實施例中，控制器20進一步包括多個過流檢測電路24-1,24-2，……24-n。每個過流檢測電路24-i(i=1，2，……n)均具有輸入端和輸出端，過流檢測電路24-i的輸入端耦接至相應的開關電路10-i，過流檢測電路24-i基於流過相應開關電路10-i的電流檢測相應開關電路10-i是否過流，在其輸出端產生過流信號OCi。例如根據代表了流過相應開關電路10-i電流的電流採樣信號CSi(i=1，2，……n)，檢測相應開關電路10-i是否過流，並產生過流信號OCi。在一個實施例中，當檢測到當前相開關電路過流時，多相開關變換器100跳過當前相開關電路並保持其餘相開關電路正常工作。在一個實施例中，子控制電路25-i(i=1，2，……n)進一步包括第三輸入端，耦接至相應的過流檢測電路24-i的輸出端以接收過流信號OCi，子控制電路25-i的輸出端基於分頻信號FDi、電流控制信號Ictrl、以及過流信號OCi產生相應的開關控制信號PWMi。  　　在一個實施例中，控制器20進一步包括總電流計算電路26，具有多個輸入端和輸出端，總電流計算電路26的多個輸入端分別耦接至多個開關電路10-1,10-2，……10-n以接收多個電流採樣信號CS1，CS2，……CSn，總電流計算電路26的輸出端根據多個電流採樣信號CS1，CS2，……CSn提供代表了多個開關電路10-1,10-2，……10-n的總輸出電流的電流回饋信號Imon。其中電流採樣信號CS1，CS2，……CSn分別代表了流過相應開關電路的電流。  　　在一個實施例中，多相開關變換器100進一步包括電壓採樣電路101。電壓採樣電路101採樣輸出電壓Vo，並根據輸出電壓Vo產生電壓回饋信號Vfb。在一個實施例中，控制器20還包括產生斜坡補償信號的斜坡補償電路，該斜坡補償信號可被疊加至輸出電壓Vo或代表輸出電壓Vo的電壓回饋信號Vfb，亦可從電壓參考信號Vref中被減去。  　　圖2示出了根據本發明實施例的多相開關變換器100的控制方法流程圖200，包括步驟S21~S26。  　　在步驟S21，開始對當前相開關電路10-i的控制。  　　在步驟S22，判斷總輸出電流Io是否小於電流參考信號Iref0，是則至步驟S23，否則繼續判斷。  　　在步驟S23，判斷輸出電壓Vo是否小於電壓參考信號Vref，是則至步驟S24，否則至步驟S22。  　　在步驟S24，判斷當前相開關電路10-i是否過流，是則至步驟S26，否則至步驟S25。  　　在步驟S25，導通當前相開關電路10-i，之後至步驟S26。  　　在步驟S26，進入對下一相開關電路的控制。  　　根據本發明的實施例，多相開關變換器對總輸出電流的控制增加了CPU負載的安全性，使多相開關變換器可以自動、且平滑的在調節輸出電壓和調節總輸出電流之間切換，並且避免了總輸出電流持續增大導致的各開關電路之間電流的不均衡。  　　圖3示出了根據本發明實施例的圖1所示子控制電路25-i的電路原理圖。在圖3所示的實施例中，子控制電路25-i包括邏輯電路251以及觸發電路252。邏輯電路251具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其第一輸入端耦接至分頻電路22的相應輸出端以接收分頻信號FDi，其第二輸入端耦接至總電流控制電路23以接收電流控制信號Ictrl，輸出端根據分頻信號FDi、電流控制信號Ictrl產生設定信號SETi。在一個實施例中，邏輯電路251進一步具有接收過流信號OCi的第三輸入端，邏輯電路251根據分頻信號FDi、電流控制信號Ictrl、和過流信號OCi在其輸出端產生設定信號SETi。觸發電路252具有設定端S、重設端R、以及輸出端Q，設定端S耦接至邏輯電路251以接收設定信號SETi，重設端R接收控制相應開關電路10-i導通時長的導通時長控制信號COTi，輸出端耦接至相應開關電路10-i以提供開關控制信號PWMi。  　　在一個實施例中，子控制電路25-i進一步包括導通時長控制電路253。導通時長控制電路253根據開關控制信號PWMi和導通時長信號TONi產生導通時長控制信號COTi，以控制相應開關電路10-i的導通時長。開關電路10-i的導通時長TONi可被設置為恆定值，也可以是與輸入電壓Vin和/或輸出電壓Vo有關的可變值。  　　圖4示出了根據本發明實施例的圖1所示總電流計算電路26的電路原理圖。在一個實施例中，總電流計算電路26包括電流加成電路261和輸出電路262。電流加成電路261耦接至多個開關電路10-1,10-2，……10-n以接收多個電流採樣信號CS1，CS2，……CSn，所述電流加成電路基於多個電流採樣信號CS1，CS2，……CSn提供電流加成信號Iinh, 代表了多個電流採樣信號之和CS1+CS2+……+CSn。輸出電路262根據電流加成信號Iinh，在其輸出端提供代表了多個開關電路的總輸出電流的電流回饋信號Imon。在一個實施例中，電流加成電路261包括多個電阻26-1,26-2，……26-n，每個電阻26-i(i=1，2，……n)的一端接收相應的電流採樣信號CSi，另一端耦接在一起提供電流加成信號Iinh。在一個實施例中，輸出電路262包括電流鏡263、偏置電路264、以及輸出電阻265。電流鏡263的輸入端接收電流加成信號Iinh，偏置端耦接至偏置電路264，輸出端輸出電流加成信號Iinh的鏡像電流Iexh。鏡像電流Iexh流過輸出電阻265，在輸出電阻265兩端產生電壓，作為電流回饋信號Imon。在一個實施例中，電流回饋信號Imon可由以下公式(1)表示。
Figure 02_image001
其中Bias表示輸出電路262偏置端的電壓。Gain表示由電流加成電路261及電流鏡263帶來的增益。  　　圖5示出了根據本發明實施例的圖1所示分頻電路22的狀態轉移圖500，包括狀態50，狀態50-1，50-2，……50-n。  　　在狀態50，分頻電路22完成初始配置，之後轉移至狀態51-1。  　　在狀態51-1，當導通控制信號Set有效，例如為高位準時，分頻信號FD1有效，例如變為高位準。當開關控制信號PWM1控制開關電路10-1導通，例如PWM1=1，或檢測到開關電路10-1過流時，轉移至狀態51-2。  　　在狀態51-2，當導通控制信號Set有效，例如為高位準時，分頻信號FD2有效，例如變為高位準。當開關控制信號PWM2控制開關電路10-2導通，例如PWM2=1，或檢測到開關電路10-2過流時，轉移至下一狀態。直至進入狀態51-n。  　　在狀態51-n，當導通控制信號Set有效，例如為高位準時，分頻信號FDn有效，例如變為高位準。當開關控制信號PWMn控制開關電路10-n導通，例如PWMn=1，或檢測到開關電路10-n過流時，轉移至狀態51-1。以此反覆。  　　圖6示出了根據本發明另一實施例的多相開關變換器100的電路方塊圖。圖6所示的實施例中，開關電路10-i(i=1，2，……n)包括驅動電路61-i，上側開關電晶體62-i、下側開關電晶體63-i、以及電感64-i，每個開關電路10-i進一步包括電流採樣電路65-i，用於採樣流過開關電路10-i的電流，例如採樣流過電感64-i的電流，或採樣流過上側開關電晶體62-i和/或下側開關電晶體63-i的電流，並提供電流採樣信號CSi。  　　圖7示出了根據本發明另一實施例的控制器20的電路方塊圖。圖7所示的實施例中，電壓控制電路21包括比較器CMP1，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其同相輸入端接收電壓參考信號Vref，其反相輸入端接收電壓回饋信號Vfb，其輸出端根據電壓回饋信號Vfb和電壓參考信號Vref的比較結果產生導通控制信號Set。總電流控制電路23包括比較器CMP2，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其同相輸入端接收電流參考信號Iref0，其反相輸入端接收電流回饋信號Imon，其輸出端根據電流回饋信號Imon和電流參考信號Iref0的比較結果產生電流控制信號Ictrl。其中當電流回饋信號Imon小於參考信號Iref0，及電壓回饋信號Vfb小於電壓參考信號Vref時，控制器20控制當前相開關電路導通。在圖7所示的實施例中，過流檢測電路24-1例如包括比較器CP1，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其同相輸入端接收電流採樣信號CS1，其反相輸入端接收第一電流閾值ILIM1，其輸出端基於電流採樣信號CS1和第一電流閾值ILIM1的比較結果，輸出過流信號OC1。當電流採樣信號CS1大於第一電流閾值ILIM1時，過流信號OC1變為高位準，指示第一相開關電路10-1過流。過流檢測電路24-2例如包括比較器CP2，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其同相輸入端接收電流採樣信號CS2，其反相輸入端接收第二電流閾值ILIM2，其輸出端基於電流採樣信號CS2和第二電流閾值ILIM2的比較結果，輸出過流信號OC2。當電流採樣信號CS2大於第二電流閾值ILIM2時，過流信號OC2變為高位準，指示第二相開關電路10-2過流。依次類推，過流檢測電路24-n例如包括比較器CPn，具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其同相輸入端接收電流採樣信號CSn，其反相輸入端接收第n電流閾值ILIMn，其輸出端基於電流採樣信號CSn和第n電流閾值ILIMn的比較結果，輸出過流信號OCn。當電流採樣信號CSn大於第n電流閾值ILIMn時，過流信號OCn變為高位準，指示第n相開關電路10-n過流。  　　圖8示出了根據本發明實施例的多相開關變換器的工作流程圖800，包括步驟S81~S85。  　　在步驟S81，基於電壓參考信號和輸出電壓產生導通控制信號。  　　在步驟S82，基於電流參考信號和多個開關電路的總輸出電流產生電流控制信號。  　　在步驟S83，基於導通控制信號和電流控制信號產生多個開關控制信號，以控制多個開關電路依次導通。  　　在步驟S84，當多個開關電路的總輸出電流大於電流參考信號時，當前相開關電路維持關斷，直至多個開關電路的總輸出電流小於電流參考信號時，基於輸出電壓和電壓參考信號控制當前相開關電路導通。  　　在步驟S85，當檢測到當前相開關電路過流時，當前相開關電路保持關斷，進入對下一相開關電路的控制。  　　注意，在上文描述的流程圖中，方塊中所標注的功能也可以按照不同於圖中所示的順序發生。例如，兩個接連地表示的方塊實際上可以基本並行地執行，它們有時也可以按相反的循序執行，這取決於所涉及的具體功能。  　　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。
10-1,10-2,……10-n:開關電路 20:控制器 21:電壓控制電路 22:分頻電路 23:總電流控制電路 24-1,24-2,……24-n:過流檢測電路 25-1,25-2,……25-n:子控制電路 26:總電流計算電路 26-1,26-2,……26-n:電阻 50:狀態 51-1,51-2,……51-n:狀態 61-i:驅動電路 62-i:上側開關電晶體 63-i:下側開關電晶體 64-i:電感 65-i:電流採樣電路 100:多相開關變換器 101:電壓採樣電路 102:負載 105:輸出電容 251:邏輯電路 252:觸發電路 261:電流加成電路 262:輸出電路 263:電流鏡 264:偏置電路 265:輸出電阻
[圖1]示出了根據本發明實施例的多相開關變換器100的電路方塊圖； [圖2]示出了根據本發明實施例的多相開關變換器100的控制方法流程圖200；  　　[圖3]示出了根據本發明實施例的圖1所示子控制電路25-i的電路原理圖；  　　[圖4]示出了根據本發明實施例的圖1所示總電流控制電路26的電路原理圖；  　　[圖5]示出了根據本發明實施例的圖1所示分頻電路22的狀態轉移圖200；  　　[圖6]示出了根據本發明另一實施例的多相開關變換器100的電路方塊圖；  　　[圖7]示出了根據本發明另一實施例的控制器20的電路方塊圖；以及  　　[圖8]示出了根據本發明實施例的多相開關變換器的工作流程圖800。
10-1,10-2,……10-n:開關電路
20:控制器
21:電壓控制電路
22:分頻電路
23:總電流控制電路
24-1,24-2,……24-n:過流檢測電路
25-1,25-2,……25-n:子控制電路
26:總電流計算電路
100:多相開關變換器
101:電壓採樣電路
102:負載
105:輸出電容

Claims (16)

  1. 一種用於多相開關變換器的控制器，該多相開關變換器包括多個開關電路，該多個開關電路的輸出端耦接在一起以提供輸出電壓，該控制器產生多個開關控制信號，以控制多個開關電路依次導通，該控制器包括：  　　電壓控制電路，耦接至多個開關電路的輸出端，基於電壓參考信號和輸出電壓產生導通控制信號；  　　總電流控制電路，基於電流參考信號和多個開關電路的總輸出電流產生電流控制信號；  　　分頻電路，具有輸入端和多個輸出端，其中輸入端耦接至電壓控制電路以接收導通控制信號，分頻電路根據導通控制信號在多個輸出端產生多個分頻信號；  　　多個過流檢測電路，每個過流檢測電路均具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至相應的開關電路，每個過流檢測電路基於流過相應開關電路的電流檢測相應開關電路是否過流，在其輸出端產生過流信號；以及  　　多個子控制電路，每個子控制電路均具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、和輸出端，其中第一輸入端耦接至分頻電路的相應輸出端以接收分頻信號，第二輸入端耦接至總電流控制電路以接收電流控制信號，第三輸入端耦接至相應過流檢測電路的輸出端以接收過流信號，輸出端基於分頻信號、電流控制信號、以及過流信號產生相應的開關控制信號。
  2. 如請求項1所述的控制器，進一步包括：  　　總電流計算電路，具有多個輸入端和輸出端，所述多個輸入端分別耦接至多個開關電路以接收多個電流採樣信號，所述輸出端根據多個電流採樣信號提供代表了多個開關電路的總輸出電流的電流回饋信號，其中每個電流採樣信號代表了流過相應開關電路的電流。
  3. 如請求項2所述的控制器，其中所述總電流計算電路包括：  　　電流加成電路，耦接至多個開關電路以接收多個電流採樣信號，所述電流加成電路基於所述多個電流採樣信號，提供電流加成信號，所述電流加成信號代表了多個電流採樣信號之和；以及  　　輸出電路，根據所述電流加成信號，在其輸出端提供電流回饋信號。
  4. 如請求項1所述的控制器，其中所述總電流控制電路包括：  　　第一比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收代表了多個開關電路的總輸出電流的電流回饋信號，第二輸入端接收電流參考信號，所述第一比較器根據電流回饋信號和電流參考信號，在輸出端產生電流控制信號。
  5. 如請求項1所述的控制器，其中所述電壓控制電路包括：  　　第二比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收代表了輸出電壓的電壓回饋信號，第二輸入端接收電壓參考信號，所述第二比較器根據電壓回饋信號和電壓參考信號，在輸出端產生導通控制信號。
  6. 如請求項1所述的控制器，其中所述多個子控制電路包括：  　　邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至分頻電路的相應輸出端以接收分頻信號，第二輸入端耦接至總電流控制電路以接收電流控制信號，第三輸入端耦接至相應的過流檢測電路的輸出端以接收過流信號，輸出端根據分頻信號、電流控制信號和過流信號產生設定信號；以及  　　觸發電路，具有設定端、重設端和輸出端，其中設定端耦接至邏輯電路以接收設定信號，重設端接收用於控制相應開關電路導通時長的導通時長控制信號，輸出端耦接至相應開關電路以提供開關控制信號。
  7. 如請求項1所述的控制器，其中當多個開關電路的總輸出電流小於電流參考信號時，所述多個子控制電路基於輸出電壓和電壓參考信號控制相應開關電路的導通時刻。
  8. 一種用於多相開關變換器的控制器，該多相開關變換器包括多個開關電路，該多個開關電路的輸出端耦接在一起以提供輸出電壓，該控制器產生多個開關控制信號，以控制多個開關電路依次導通，該控制器包括：  　　電壓控制電路，耦接至多個開關電路的輸出端，基於電壓參考信號和輸出電壓產生導通控制信號；  　　總電流控制電路，耦接至多個開關電路，基於電流參考信號和多個開關電路的總輸出電流產生電流控制信號；  　　分頻電路，具有輸入端和多個輸出端，其中輸入端耦接至電壓控制電路以接收導通控制信號，分頻電路根據導通控制信號在多個輸出端產生多個分頻信號；以及  　　多個子控制電路，每個子控制電路均具有第一輸入端、第二輸入端、和輸出端，其中第一輸入端耦接至分頻電路的相應輸出端以接收分頻信號，第二輸入端耦接至總電流控制電路以接收電流控制信號，基於分頻信號和電流控制信號在輸出端產生相應的開關控制信號。
  9. 如請求項8所述的控制器，其中所述總電流控制電路包括：  　　第一比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收代表了多個開關電路的總輸出電流的電流回饋信號，第二輸入端接收電流參考信號，所述第一比較器根據電流回饋信號和電流參考信號，在輸出端產生電流控制信號。
  10. 如請求項8所述的控制器，其中所述電壓控制電路包括：  　　第二比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收代表了輸出電壓的電壓回饋信號，第二輸入端接收電壓參考信號，所述第二比較器根據電壓回饋信號和電壓參考信號，在輸出端產生導通控制信號。
  11. 如請求項8所述的控制器，其中所述多個子控制電路包括：  　　邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至分頻電路的相應輸出端以接收分頻信號，第二輸入端耦接至總電流控制電路以接收電流控制信號，輸出端根據分頻信號、以及電流控制信號產生設定信號；以及  　　觸發電路，具有設定端、重設端和輸出端，其中設定端耦接至邏輯電路以接收設定信號，重設端接收代表相應開關電路導通時長的導通時長信號，輸出端耦接至相應開關電路以提供開關控制信號。
  12. 如請求項8所述的控制器，其中當多個開關電路的總輸出電流小於電流參考信號時，所述多個子控制電路基於輸出電壓和電壓參考信號控制相應開關電路的導通時刻。
  13. 一種多相開關變換器，包括：  　　多個開關電路，所述多個開關電路的輸出端耦接在一起以提供輸出電壓；以及  　　如請求項1~12中任一項所述的控制器。
  14. 一種用於多相開關變換器的控制方法，該多相開關變換器包括多個開關電路，該多個開關電路的輸出端耦接在一起以提供輸出電壓，該控制方法包括：  　　基於電壓參考信號和輸出電壓產生導通控制信號；  　　基於電流參考信號和多個開關電路的總輸出電流產生電流控制信號；以及  　　基於導通控制信號和電流控制信號產生多個開關控制信號，以控制多個開關電路依次導通；其中  　　當多個開關電路的總輸出電流大於電流參考信號時，當前相開關電路維持關斷，直至多個開關電路的總輸出電流小於電流參考信號時，基於輸出電壓和電壓參考信號控制當前相開關電路導通；以及  　　當檢測到當前相開關電路過流時，當前相開關電路保持關斷，進入對下一相開關電路的控制。
  15. 如請求項14所述的控制方法，其中基於導通控制信號和電流控制信號產生多個開關控制信號包括：  　　基於導通控制信號產生多個分頻信號；  　　基於所述多個分頻信號和電流控制信號產生多個設定信號，分別設定所述多個開關控制信號，以控制相應開關電路的導通時刻；以及  　　根據代表相應開關電路導通時長的導通時長信號，控制相應開關電路的關斷時刻。
  16. 如請求項14所述的控制方法，進一步包括：  　　接收多個電流採樣信號，其中每個電流採樣信號代表了流過相應開關電路的電流；以及  　　根據所述多個電流採樣信號之和提供所述多個開關電路的總輸出電流。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117039806B (zh) * 2023-09-26 2024-01-23 杰华特微电子股份有限公司 一种多相功率转换器及其控制电路、控制方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11837905B2 (en) * 2021-05-25 2023-12-05 Cyberswitchingpatents, Llc Battery charger system
JP2022191756A (ja) * 2021-06-16 2022-12-28 オムロン株式会社 端子保護用電圧検出回路及び電源装置
CN116054569A (zh) * 2021-10-28 2023-05-02 圣邦微电子（北京）股份有限公司 多相开关变换器及其控制电路

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5747972A (en) * 1995-01-11 1998-05-05 Microplanet Ltd. Method and apparatus for electronic power control
US6965219B2 (en) * 2002-06-28 2005-11-15 Microsemi Corporation Method and apparatus for auto-interleaving synchronization in a multiphase switching power converter
US6950321B2 (en) * 2003-09-24 2005-09-27 General Motors Corporation Active damping control for L-C output filters in three phase four-leg inverters
JP5417870B2 (ja) * 2009-02-05 2014-02-19 富士電機株式会社 電動機駆動装置
CN202652068U (zh) * 2012-04-17 2013-01-02 立锜科技股份有限公司 多相直流对直流转换器及相关的控制装置
CN102647074B (zh) 2012-05-18 2014-08-13 成都芯源系统有限公司 多相开关变换器及其控制器和控制方法
US9071142B2 (en) 2012-06-22 2015-06-30 Monolithic Power Systems, Inc. Multi-phase SMPS with load transient control and associated control method
CN202918186U (zh) * 2012-07-19 2013-05-01 成都芯源系统有限公司 具有过流保护功能的多相开关变换器及其控制器
CN102751856B (zh) * 2012-07-19 2015-04-08 成都芯源系统有限公司 具有过流保护功能的多相开关变换器及其控制方法
CN202750012U (zh) * 2012-07-30 2013-02-20 立锜科技股份有限公司 多相切换式电源供应器以及用于其中的下降讯号产生电路
CN103346662B (zh) 2013-06-20 2016-02-03 成都芯源系统有限公司 一种控制电路、开关变换器及其控制方法
CN203352428U (zh) * 2013-06-28 2013-12-18 成都芯源系统有限公司 一种多相开关变换器及其控制器
CN103490605B (zh) * 2013-10-12 2015-12-23 成都芯源系统有限公司 隔离式开关变换器及其控制器和控制方法
CN103795228B (zh) 2014-02-18 2016-05-11 成都芯源系统有限公司 一种用于开关变换器的控制电路及其控制方法
CN103840643B (zh) 2014-03-24 2017-03-08 成都芯源系统有限公司 多相开关变换器及其控制电路和控制方法
CN104184440B (zh) * 2014-08-07 2017-09-15 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 比较器、应用其的控制电路和电子装置
US10348197B2 (en) 2015-11-12 2019-07-09 Monolithic Power Systems, Inc. DC-DC converter with transient control and the method thereof
US10084307B2 (en) * 2016-04-28 2018-09-25 Texas Instruments Incorporated Over-current protection in multiphase DC-DC switching regulators
CN107659150B (zh) * 2017-01-19 2023-05-23 深圳市华芯邦科技有限公司 Dcdc模块自动切换的直流电能变换方法和系统
CN109390915A (zh) * 2017-08-04 2019-02-26 浙江正泰电器股份有限公司 具有预充电电路的系统的安全控制方法、设备及其系统
CN108173414B (zh) * 2017-12-29 2020-04-21 成都芯源系统有限公司 多相变换器及其负载电流瞬态上升检测方法
CN108923650B (zh) * 2018-06-27 2021-05-18 成都芯源系统有限公司 一种多相变换器及其控制电路和控制方法
US20200021189A1 (en) * 2018-07-11 2020-01-16 Chengdu Monolithic Power Systems Co., Ltd. Current balance method used in multi-phase switching converters
TWI682614B (zh) * 2018-10-26 2020-01-11 緯穎科技服務股份有限公司 多相位電源降壓系統
CN110011529B (zh) * 2019-04-11 2021-02-02 广东美的制冷设备有限公司 运行控制方法、装置、电路、家电设备和计算机存储介质
CN110445381B (zh) * 2019-07-26 2021-07-16 成都芯源系统有限公司 含菊花链架构的多相开关变换器及其切相控制方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117039806B (zh) * 2023-09-26 2024-01-23 杰华特微电子股份有限公司 一种多相功率转换器及其控制电路、控制方法

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