TW202234808A - 可擴增多相切換式轉換電路及其轉換電路模組與控制方法 - Google Patents

可擴增多相切換式轉換電路及其轉換電路模組與控制方法 Download PDF

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Abstract

一種可擴增多相切換式轉換電路包括：複數轉換電路模組，其每一者包括：迴路控制單元，於主操作模式下，根據回授訊號產生基本觸發脈波；切換控制單元，於設定模式中，根據設定接腳所接收的設定訊號判斷操作模式及對應的相位順序，於主操作模式下，根據基本觸發脈波於觸發接腳產生多相觸發脈波，於從操作模式下，於觸發接腳接收多相觸發脈波；切換控制單元根據多相觸發脈波及對應的相位順序產生導通觸發脈波；及導通時間決定單元，根據導通觸發脈波產生導通控制脈波，以控制對應的電感的切換；複數轉換電路模組對應之複數觸發接腳彼此耦接。

Description

可擴增多相切換式轉換電路及其轉換電路模組與控制方法
本發明係有關多相切換式轉換電路，特別是有關於可擴增多相切換式轉換電路及其轉換電路模組與控制方法。
請參閱圖1，其顯示一習知的多相切換式轉換電路10。此先前技術提供多相供電的操作方式，是由一顆多相輸出的控制器101，搭配多個驅動與開關單元102[1]~102[n]。如圖1所示，控制器101根據輸出電壓之回授訊號Vfb產生導通控制脈波Poc[1]~Poc[n]，控制器101並依據操作相數依序輸出導通控制脈波Poc[1]~Poc[n]至個別相輸出，個別相輸出再透過驅動與開關單元102[1]~102[n]調變成輸出電壓，此種配置方式，需要較多的驅動與開關單元零件以及額外佈局面積，如果要將驅動與開關單元102[1]~102[n]整合進控制器101之IC，則隨著相數增加，將會造成單一顆IC面積大小及散熱問題。此外，控制器101的相數為固定，若需不同的操作相數，則必須設計與生產對應相數的控制器。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種模組化且可擴增的多相切換式轉換電路及其轉換電路模組與控制方法。
於一觀點中，本發明提供一種可擴增的多相切換式轉換電路，其包括：複數轉換電路模組，耦接於對應的複數電感，以多相交錯切換方式，將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，轉換電路模組包括：一迴路控制單元，用以於一主操作模式下，根據一回授訊號而產生一基本觸發脈波；一設定接腳，用以接收一設定訊號；一觸發接腳，用以發送或接收一多相觸發脈波；一切換控制單元，用以於一設定模式中，根據設定訊號而判斷操作模式以及對應的一相位順序，其中於主操作模式下，根據基本觸發脈波而於觸發接腳產生多相觸發脈波，且於一從操作模式下，於觸發接腳接收多相觸發脈波；其中切換控制單元根據多相觸發脈波以及對應的相位順序而產生一導通觸發脈波；以及一導通時間決定單元，根據導通觸發脈波而產生一導通控制脈波，用以控制對應的電感的切換，以產生輸出電壓；其中複數轉換電路模組對應之複數觸發接腳係彼此耦接。
於一實施例中，轉換電路模組更包括一驅動與開關單元，其包括複數功率開關，耦接於對應的電感，用以根據導通控制脈波而控制複數功率開關以控制對應的電感的切換，以產生輸出電壓。
於一實施例中，導通控制脈波具有固定導通時間。
於一實施例中，導通時間決定單元更根據對應的電感的電流而調整對應的固定導通時間，藉此使複數轉換電路模組對應的複數電感的電流之間達成電流平衡。
於一實施例中，轉換電路模組之觸發接腳為一且唯一的觸發接腳，多相觸發脈波為一且唯一的多相觸發脈波。
於一實施例中，回授訊號相關於輸出電壓。
於一實施例中，於主操作模式或從操作模式下，轉換電路模組所對應的相位順序對應於一預設的位準範圍，其中切換控制單元，比較多相觸發脈波的位準與預設的位準範圍，而決定觸發導通觸發脈波的時點。
於一實施例中，於主操作模式下，轉換電路模組藉由控制多相觸發脈波的位準，而動態調整多相切換式轉換電路之操作相數。
於一實施例中，切換控制單元，於主操作模式或從操作模式下，計數多相觸發脈波的順序，而於多相觸發脈波中，對應於相位順序的脈波觸發時，切換對應的複數功率開關。
於一實施例中，多相觸發脈波包括一重置狀態，轉換電路模組根據重置狀態而重置對應的計數的順序。
於一實施例中，於主操作模式下，切換控制單元將多相觸發脈波控制為一高阻抗狀態，以對應於重置狀態。
於一實施例中，於每個多相循環皆插入一個重置狀態。
於一實施例中，於主操作模式下，轉換電路模組更根據設定訊號而決定多相切換式轉換電路之總操作相數。
於一實施例中，於主操作模式下，轉換電路模組根據一輸出電流而適應性調整多相切換式轉換電路之操作相數。
於一實施例中，轉換電路模組封入一對應的積體電路封裝內，其中積體電路封裝包括用以對外耦接的設定接腳以及觸發接腳。
於一實施例中，於從操作模式下，對應的迴路控制單元控制為禁能。
於另一觀點中，本發明提供一種轉換電路模組，用以配置為可擴增的單相切換式轉換電路或多相切換式轉換電路，轉換電路模組耦接於一電感，以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，轉換電路模組包括：一迴路控制單元，用以於一主操作模式下，根據一回授訊號而產生一基本觸發脈波；一設定接腳，用以接收一設定訊號；一觸發接腳，用以發送或接收一觸發脈波；一切換控制單元，用以於一設定模式中，根據設定訊號而判斷操作模式以及對應的一相位順序，其中於主操作模式下，根據基本觸發脈波而於觸發接腳產生觸發脈波，且於一從操作模式下，於觸發接腳接收觸發脈波；其中切換控制單元根據觸發脈波以及對應的相位順序而產生一導通觸發脈波；以及一導通時間決定單元，根據導通觸發脈波而產生一導通控制脈波，用以控制電感的切換，以產生輸出電壓。
於一實施例中，轉換電路模組更包括一驅動與開關單元，其包括複數功率開關，耦接於電感，用以根據導通控制脈波而控制複數功率開關以控制電感的切換，以產生輸出電壓。
於一實施例中，導通控制脈波具有固定導通時間。
於一實施例中，轉換電路模組之觸發接腳為一且唯一的觸發接腳，觸發脈波為一且唯一的觸發脈波。
於一實施例中，於主操作模式或從操作模式下，轉換電路模組所對應的相位順序對應於一預設的位準範圍，其中切換控制單元，比較觸發脈波的位準與預設的位準範圍，而決定觸發導通觸發脈波的時點。
於一實施例中，於主操作模式下，其中轉換電路模組藉由控制觸發脈波的位準，而動態調整至少一相切換式轉換電路之操作相數。
於一實施例中，切換控制單元，於主操作模式或從操作模式下，計數觸發脈波的順序，而於觸發脈波中，對應於相位順序的脈波觸發時，切換對應的複數功率開關。
於一實施例中，觸發脈波包括一重置狀態，轉換電路模組根據重置狀態而重置對應的計數的順序。
於一實施例中，於主操作模式下，切換控制單元將觸發脈波控制為一高阻抗狀態，以對應於重置狀態。
於一實施例中，於主操作模式下，轉換電路模組更根據設定訊號而決定多相切換式轉換電路之總操作相數。
於一實施例中，於主操作模式下，轉換電路模組根據一輸出電流而適應性調整多相切換式轉換電路之操作相數。
於一實施例中，轉換電路模組封入一對應的積體電路封裝內，其中積體電路封裝包括用以對外耦接的設定接腳以及觸發接腳。
於一實施例中，於從操作模式下，迴路控制單元控制為禁能。
於一實施例中，切換控制單元於設定模式中更根據設定訊號判斷操作模式為一單相操作模式，於單相操作模式中，切換控制單元根據基本觸發脈波而產生導通觸發脈波。
於又一觀點中，本發明提供一種可擴增多相切換式轉換電路的控制方法，該可擴增多相切換式轉換電路包括：複數轉換電路模組，耦接於對應的複數電感，以多相交錯切換方式，將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該控制方法包含：於一設定模式中，從各自對應的一設定接腳接收一設定訊號，且根據對應的該設定訊號而判斷操作模式以及對應的一相位順序；於一主操作模式下，根據一回授訊號而產生一基本觸發脈波並根據該基本觸發脈波而於對應的一觸發接腳產生一多相觸發脈波；於一從操作模式下，於該觸發接腳接收該多相觸發脈波；根據該多相觸發脈波以及對應的該相位順序而產生一導通觸發脈波；以及根據該導通觸發脈波而產生一導通控制脈波，用以控制對應的該電感的切換，以產生該輸出電壓。
於一實施例中，導通控制脈波具有固定導通時間。
於一實施例中，多相觸發脈波為一且唯一的多相觸發脈波。
於一實施例中，其中於該主操作模式或該從操作模式下，該轉換電路模組所對應的該相位順序對應於一預設的位準範圍，其中產生該導通觸發脈波之步驟包括：比較該多相觸發脈波的位準與該預設的位準範圍，而決定觸發該導通觸發脈波的時點。
於一實施例中，產生該導通觸發脈波之步驟包括：於該主操作模式或該從操作模式下，計數該多相觸發脈波的順序，而於該多相觸發脈波中，對應於該相位順序的脈波觸發時，觸發該導通觸發脈波。
於一實施例中，多相觸發脈波包括一重置狀態，轉換電路模組根據重置狀態而重置對應的計數的順序。
本發明之一優點為本發明可透過單一觸發訊號控制，且觸發訊號可不需要重置訊號。
本發明之另一優點為本發明可非固定頻率輸出，由主操作模式之轉換電路模組根據迴路反應提供觸發訊號給其他從操作模式之轉換電路模組。
本發明之又一優點為本發明之設定訊號可由額外的腳位輸入或利用數位介面輸入。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路間之耦接關係，以及各訊號波形之間之關係，至於電路、訊號波形與頻率則並未依照比例繪製。
圖2係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路之電路示意圖。如圖2所示，本發明之可擴增的多相切換式轉換電路20包括複數轉換電路模組201[0]~201[n]，各自耦接於對應的複數電感L[0]~L[n]，以多相交錯切換方式，將一輸入電壓Vin轉換為一輸出電壓Vout。每一轉換電路模組201[0]~201[n]用以切換對應的一電感L[0]~L[n]的第一端(LX[0]~LX[n])，其中每一電感L[0]~L[n]的第二端皆耦接於一輸出節點Nout而產生輸出電壓Vout。轉換電路模組201[0]~201[n]包括對應的迴路控制單元2011[0]~2011[n]、設定接腳2015[0]~2015[n]、觸發接腳2016[0]~2016[n]、切換控制單元2012[0]~2012[n]以及導通時間決定單元2013[0]~2013[n]。
請繼續參閱圖2，同時參閱圖3，圖3係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路之轉換電路模組之電路示意圖。轉換電路模組201[k]可選地可操作於多種不同模式，藉此，轉換電路模組201[k]可配置為單相切換式轉換電路，或者，多個轉換電路模組可配置為多相切換式轉換電路，且多相切換式轉換電路的總相數可彈性地擴增，其中k=0~n，n為大於等於0的整數，其中n=0時代表配置為單相切換式轉換電路，k=0時，示意轉換電路模組201[k]配置為單相切換式轉換電路，或者配置於多相切換式轉換電路，操作在主操作模式，此外，當k為大於等於1時，示意轉換電路模組201[k]配置於多相切換式轉換電路，操作在從操作模式。
設定接腳2015[k]用以接收對應的設定訊號SET[k]，而觸發接腳2016[k]用以發送或接收一多相觸發脈波Ptrig。切換控制單元2012[k]用以於一設定模式中，根據設定訊號SET[k]而判斷操作模式以及對應的一相位順序，其中設定模式可例如但不限於在電源啟動時進行設定，或是於操作中動態更動設定。請同時參照圖8A~圖8B，圖8A~圖8B係根據本發明之實施例顯示可擴增多相切換式轉換電路中的不同之設定訊號之電壓位準之示意圖。在一實施例中，轉換電路模組201[k]可藉由不同的設定訊號之電壓位準來設定對應的操作模式。如圖8A所示，本實施例中，當設定訊號SET[k]的電壓落在如圖所示之範圍M內時，切換控制單元2012[k]即可判斷為主操作模式，而當設定訊號SET[k]的電壓落在如圖所示之範圍S1~Sn的範圍內時，切換控制單元2012[k]即可判斷為從操作模式。此外，切換控制單元2012[k]還可根據設定訊號之電壓位準來判斷對應的相位順序，例如設定為主操作模式的轉換電路模組201[0]在多相交錯切換時，其對應的相位順序為第1相。此外，設定為從操作模式的轉換電路模組201[1]還可根據對應的設定訊號SET[1]的電壓，落在如圖所示之範圍S1（對應於從操作模式的第1模組）內，而判斷轉換電路模組201[1]在多相交錯切換時，其對應的相位順序為第2相，依此類推。
再者，請參閱圖8B，在一實施例中，設定為主操作模式的轉換電路模組(如201[0])，其切換控制單元2012[0]還可根據設定訊號SET[0]的電壓落在如圖所示之範圍M內的子範圍，而判斷多相切換式轉換電路之總操作相數，例如當設定訊號SET[0]的電壓，落在如圖所示之子範圍M1內時，示意多相切換式轉換電路配置為單相切換式轉換電路(例如圖12所示之120，容後詳述)；又例如當設定訊號SET[0]的電壓，落在如圖所示之子範圍M2~M4內時，示意多相切換式轉換電路分別對應配置總操作相數為2~4相的切換式轉換電路，亦即，其總操作相數分別對應為2~4相。
請繼續參閱圖2與圖3，於主操作模式下，迴路控制單元（如圖2的2011[0]）用以根據一回授訊號Vfb而產生一基本觸發脈波Pbt。於一實施例中，回授訊號Vfb係相關於輸出電壓Vout，例如但不限於其分壓。在一實施例中，於從操作模式下，對應的迴路控制單元2011[1]~2011[n]則控制為禁能(如圖2迴路控制單元2011[1]~2011[n]以虛線示意)。
請再參考圖2與圖3，並同時參閱圖7，圖7係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路的訊號波形示意圖。設定為主操作模式下的切換控制單元2012[0]，根據基本觸發脈波Pbt而於觸發接腳2016[0]產生多相觸發脈波Ptrig，而設定為從操作模式下的切換控制單元2012[1]~2012[n]，則於各自對應的觸發接腳2016[1]~2016[n]接收同一個多相觸發脈波Ptrig。於一實施例中，基本觸發脈波Pbt之波形係對應於多相觸發脈波Ptrig之波形，如圖7所示，由設定為主操作模式下的切換控制單元2012[0]所產生的多相觸發脈波Ptrig，其脈波用以觸發所有相位的轉換電路模組201[0]~201[n]之切換操作。
具體而言，於主操作模式及從操作模式下（亦即，切換式轉換電路配置為多相切換式轉換電路時），切換控制單元2012[0]~2012[n]根據同一多相觸發脈波Ptrig，以及各自對應之前述的相位順序而產生各自對應的導通觸發脈波Pot[0]~Pot[n]。
接著，導通時間決定單元2013[0]~2013[n]根據對應的導通觸發脈波Pot[0]~Pot[n]而產生對應的導通控制脈波Poc[0]~Poc[n]，用以控制對應的電感L[0]~L[n]的切換，而以多相交錯的方式產生輸出電壓Vout。需說明的是，多相切換式轉換電路20中，複數轉換電路模組201[0]~201[n]對應之複數觸發接腳2016[0]~2016[n]，係彼此耦接。此外，在一實施例中，多相切換式轉換電路20中，僅有一個轉換電路模組（即201[0]）操作於主操作模式。
如圖2與圖3所示，在一實施例中，轉換電路模組201[k]更包括對應的驅動與開關單元2014[k]，其包括複數功率開關，耦接於對應的電感(L[k])，用以根據導通控制脈波Poc[k]而控制複數功率開關以控制對應的電感L[k]的切換，以產生輸出電壓Vout。於一實施例中，導通控制脈波Poc[0]~Poc[n]各自具有固定導通時間。於一實施例中，各相的導通時間可部分重疊。
此外，在一實施例中，導通時間決定單元2013[0]~2013[n]更根據對應的電感L[0]~L[n]的電流(例如藉由電感電流回授訊號ILf[0]~ILf[n])而調整對應的固定導通時間，藉此可使複數轉換電路模組201[0]~201[n]對應的複數電感L[0]~L[n]的電流之間達成特定的比例，或是達成電流平衡。
於一實施例中，轉換電路模組201[0]~201[n]之觸發接腳2016[0]~2016[n]為一且唯一的觸發接腳，多相觸發脈波Ptrig為一且唯一的多相觸發脈波。轉換電路模組201[0]藉由對應的一且唯一的觸發接腳2016[0]發送一且唯一的多相觸發脈波Ptrig，轉換電路模組201[1]~201[n]藉由對應的一且唯一的觸發接腳2016[1]~2016[n]接收該一且唯一的多相觸發脈波Ptrig。於一實施例中，轉換電路模組201[1]~201[n]所接收到的每一該一且唯一的多相觸發脈波Ptrig均相同。
於一實施例中，於主操作模式下，轉換電路模組201[0]可根據一輸出電流Iout而適應性調整多相切換式轉換電路之操作相數。當輸出電流Iout為高時，操作相數增加。
圖3係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路之轉換電路模組之電路示意圖。如圖3所示，在主操作模式下，切換控制單元2012[k]依圖式的主操作模式路徑，根據基本觸發脈波Pbt[k]而於對應的觸發接腳2016[k]產生多相觸發脈波Ptrig，此外，操作於主操作模式下的切換控制單元2012[k]還依圖式的主操作模式路徑(實線)，產生導通觸發脈波Pot[k]至對應的導通時間決定單元2013[k]，本實施例中，如圖2所示，k例如為0。
另一方面，在從操作模式下，切換控制單元2012[k]則依圖式的從操作模式路徑(虛線)，自對應的觸發接腳2016[k]接收多相觸發脈波Ptrig，且依圖式的從操作模式路徑，根據多相觸發脈波Ptrig而產生導通觸發脈波Pot[k]至對應的導通時間決定單元2013[k]。本實施例中，如圖2所示，k例如為1~n。
圖4係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路之轉換電路模組之迴路控制單元之電路示意圖。圖4係顯示迴路控制單元2011[k]之一實施例，其用以說明本發明，而非用以限制本發明。如圖4所示，於一實施例中，迴路控制單元2011[k]可包括一放大器20111[k]以及一比較器20112[k]。如圖4所示，放大器20111[k]之非反相輸入端耦接參考電壓Vref，而其反相輸入端耦接回授訊號Vfb。放大器20111[k]根據參考電壓Vref及回授訊號Vfb之差值而產生誤差補償訊號Vcomp。比較器20112[k]係用以比較誤差補償訊號Vcomp以及斜坡訊號Vramp而產生基本觸發脈波Pbt。請同時參閱圖7，於主操作模式下，當誤差補償訊號Vcomp大於斜坡訊號Vramp時，比較器20112[k]致能基本觸發脈波Pbt，進而致能多相觸發脈波Ptrig。
圖5係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路之轉換電路模組之切換控制單元之電路示意圖。如圖5所示，於一實施例中，切換控制單元2012[k]可包括一計數器20121[k]，藉此於主操作模式或從操作模式下，計數多相觸發脈波Ptrig的順序，而於多相觸發脈波Ptrig中，對應於相位順序的脈波觸發時，切換對應的複數功率開關(例如圖6的功率開關A[k]及B[k])。
圖6係根據本發明之一實施例顯示一驅動與功率開關單元之電路示意圖(驅動與功率開關單元2014[k])，其用以說明本發明，而非用以限制本發明。如圖6所示，驅動與功率開關單元2014[k]包括複數驅動器20141[k]及20142[k]以及對應的複數功率開關A[k]及B[k]。驅動器20141[k] 及20142[k]之輸出端分別耦接至對應的功率開關A[k]及B[k]之閘極端。驅動器20141[k]之電源正端通過驅動電源接腳2017[k]而耦接至自舉電位BOOT[k]，而驅動器20141[k]之電源負端、功率開關A[k]之源極端及功率開關B[k]之汲極端共同耦接至一節點nl[k]，節點nl[k]進一步通過切換接腳2018[k]而耦接至切換節點LX[k]。驅動器20141[k]及20142[k]之輸入端耦接至導通時間決定單元2013[k]，以根據導通控制訊號Poc[k]而產生對應的驅動訊號。功率開關A[k]之汲極端通過電源輸入接腳2020[k]以接收輸入電壓Vin，而功率開關B[k]之源極端通過接地接腳2019[k]以耦接至接地電位PGND。本實施例中，驅動與功率開關單元2014[k]可將節點nl[k]的電壓切換於輸入電壓Vin與接地電位PGND之間，換言之，如圖2所示，本實施例可與對應的電感L[k]配置為一降壓型切換式轉換器。
圖7係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路的訊號波形示意圖。斜坡訊號Vramp、誤差補償訊號Vcomp、多相觸發脈波Ptrig、切換節點LX[1]~LX[4]之電壓係顯示於圖7。如圖7所示，藉由計數多相觸發脈波Ptrig的順序，而於多相觸發脈波Ptrig中，當對應之相位順序的脈波觸發時，分別觸發而切換對應的複數功率開關，進而切換對應的切換節點LX[1]~LX[4]之電壓。以圖2與圖8A舉例而言，操作於從操作模式，且相位順序為3(即，S2)的轉換電路模組201[2]，於多相觸發脈波Ptrig的順序至第3個脈波觸發時，將對應產生導通觸發脈波Pot[2]與導通控制脈波Poc[2]，以切換功率開關，進而切換對應的切換節點LX[2]的電壓。在具有計數器的實施例中(如圖5)，係以計數器進行計數至第3個脈波而觸發。
此外，值得注意的是，根據本發明的可擴增多相切換式轉換電路，特別適用於固定導通時間的切換式轉換電路中，因此，如圖7所示，在負載或輸入電壓變化時，可提高導通脈波的頻率，換言之，可進行非定頻多相切換。
圖9係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路中的多相觸發脈波之訊號波形示意圖。在一實施例中，可根據轉換電路模組201[k]的相位順序，可對應於一預設的位準範圍，因此，轉換電路模組201[k]可根據多相觸發脈波Ptrig致能時的位準是否落在對應的預設的位準範圍內，而決定觸發導通觸發脈波Pot[k]的時點。具體以圖9舉例，假設總操作相數為4，於主操作模式或從操作模式下，轉換電路模組201[0]~201[3]各自所對應的相位順序對應於預設的位準範圍Lv1~Lv4，其中切換控制單元2011[k]比較多相觸發脈波Ptrig的位準與預設的位準範圍Lv1~Lv4，而決定觸發導通觸發脈波Pot[0]~Pot[3]的時點。具體以相位順序為3的轉換電路模組201[2]為例，當多相觸發脈波Ptrig的位準對應於預設的位準範圍Lv3時，即可觸發對應的導通觸發脈波Pot[2]，進而切換對應的切換節點LX[2]的電壓，其餘相位操作可類推。
圖10係根據本發明之另一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路中的多相觸發脈波之訊號波形示意圖。如圖10所示，於主操作模式下，轉換電路模組201[0]藉由控制多相觸發脈波Ptrig的位準，而動態調整多相切換式轉換電路之操作相數，例如於本實施例中將操作相數從圖9之4相操作動態調整為如圖10的3相操作，換言之，如圖10的實施例中，由於多相觸發脈波Ptrig的位準僅對應於前3相，因此第4相將不會進行切換，而例如進入高阻抗狀態。
圖11係根據本發明之又一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路中的多相觸發脈波之訊號波形示意圖。本實施例可對應於圖5的切換控制單元2012[k]，換言之，每一轉換電路模組201[k]係根據計數器20121[k]計數多相觸發脈波Ptrig的順序，而於對應的脈波觸發導通觸發脈波Pot[k]，如圖11所示，本實施例中，總操作相數為4，切換控制單元2012[k]於主操作模式或從操作模式下，計數多相觸發脈波Ptrig的順序，而於多相觸發脈波Ptrig中，對應於相位順序的脈波觸發時，切換對應的複數功率開關。如圖11所示，多相觸發脈波Ptrig包括一重置狀態R，轉換電路模組201[k]根據重置狀態R而重置對應的計數的順序。於一實施例中，如圖11所示，於主操作模式下，切換控制單元2012[k]將多相觸發脈波Ptrig控制為一高阻抗狀態，以對應於重置狀態R。在一實施例中，如圖11所示，於每個多相循環皆插入一個重置狀態R。
圖12係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路中的單相轉換電路模組之電路示意圖。圖12係顯示當可擴增多相切換式轉換電路配置成單相操作模式或主操作模式之實施例。於一實施例中，切換控制單元2012[0]於設定模式中更根據設定訊號SET[0]判斷操作模式為一單相操作模式，於單相操作模式中，切換控制單元2012[0]根據基本觸發脈波Pbt而產生導通觸發脈波Pot[0]。在一實施例中，在單相操作模式中，其操作與主操作模式相似，其差別僅在於切換控制單元2012[0]並不需於觸發接腳輸出多相觸發訊號Ptrig。
圖13A與圖13B係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路的電路示意圖。如圖13A所示，於一實施例中，轉換電路模組201[k]中之迴路控制單元2011[k]、切換控制單元2012[k]、導通時間決定單元2013[k]、設定接腳2015[k]及觸發接腳2016[k]可封入一對應的積體電路封裝301[k]內。於一實施例中，迴路控制單元2011[k]、切換控制單元2012[k]、導通時間決定單元2013[k]、設定接腳2015[k]及觸發接腳2016[k]可集成於一積體電路晶片中。
如圖13B所示，於另一實施例中，轉換電路模組201[k]中之迴路控制單元2011[k]、切換控制單元2012[k]、導通時間決定單元2013[k]、驅動與開關單元2014[k]、設定接腳2015[k]及觸發接腳2016[k]可封入一對應的積體電路封裝401[k]內。於一實施例中，迴路控制單元2011[k]、切換控制單元2012[k]、導通時間決定單元2013[k]、驅動與開關單元2014[k]、設定接腳2015[k]及觸發接腳2016[k]可集成於一積體電路晶片中。其中積體電路封裝301[k]或401[k]包括用以對外耦接的設定接腳2015[k]以及觸發接腳2016[k]。
本發明如上所述提供了一種可擴增的多相切換式轉換電路及其轉換電路模組與控制方法，其可透過單一觸發訊號控制，可非固定頻率輸出，由主操作模式之轉換電路模組根據迴路反應提供多相觸發訊號給其他配置為從操作模式之轉換電路模組，設定訊號可由額外的腳位輸入或利用數位介面輸入。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之最廣的權利範圍。所說明之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用，舉例而言，兩個或以上之實施例可以組合運用，而一實施例中之部分組成亦可用以取代另一實施例中對應之組成部件。此外，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，舉例而言，本發明所稱「根據某訊號進行處理或運算或產生某輸出結果」，不限於根據該訊號的本身，亦包含於必要時，將該訊號進行電壓電流轉換、電流電壓轉換、及／或比例轉換等，之後根據轉換後的訊號進行處理或運算產生某輸出結果。由此可知，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
10:習知的多相切換式轉換電路 101:控制器 102[1]~102[n], 2014[0]~2014[n], 2014[k]:驅動與開關單元 20:可擴增的多相切換式轉換電路 201[0]~201[n], 201[k]:轉換電路模組 2011[0]~2011[n], 2011[k]:迴路控制單元 20111[k]:放大器 20112[k]:比較器 2012[0]~2012[n], 2012[k]:切換控制單元 20121[k]:計數器 2013[0]~2013[n], 2013[k]:導通時間決定單元 20141[k], 20142[k]:驅動器 2015[0]~2015[n], 2015[k]:設定接腳 2016[0]~2016[n], 2016[k]:觸發接腳 2017[k]:驅動電源接腳 2018[k]:切換接腳 2019[k]:接地接腳 2020[k]:電源輸入接腳 301[k], 401[k]:積體電路封裝 A[k], B[k]:功率開關 BOOT[k]:自舉電位 ILf[0]~ILf[n]:電感電流回授訊號 Iout:輸出電流 L[0]~L[n]:電感 Lv1~Lv4:位準範圍 LX[0]~LX[n], LX[k]:切換節點 M:範圍 nl[k]:節點 Nout:輸出節點 Pbt:基本觸發脈波 PGND:接地電位 Poc[0]~Poc[n], Poc[k]:導通控制脈波 Pot[0]~Pot[n], Pot[k]:導通觸發脈波 Ptrig:多相觸發脈波 R:重置狀態 S1~S4:從操作模式的第1模組~從操作模式的第4模組 Sn:從操作模式的第n模組 SET[0]~SET[n], SET[k]:設定訊號 Vcomp:誤差補償訊號 Vfb:回授訊號 Vin:輸入電壓 Vout:輸出電壓 Vramp:斜坡訊號 Vref:參考電壓
圖1係顯示一習知的多相切換式轉換電路。
圖2係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路之方塊圖。
圖3係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路之轉換電路模組之電路示意圖。
圖4係根據本發明之一實施例顯示一迴路控制單元之電路示意圖。
圖5係根據本發明之一實施例顯示一切換控制單元之電路示意圖。
圖6係根據本發明之一實施例顯示一驅動與開關單元之電路示意圖。
圖7係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路的訊號波形示意圖。
圖8A~圖8B係根據本發明之實施例顯示可擴增多相切換式轉換電路中的不同之設定訊號之電壓位準之示意圖。
圖9係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路中的多相觸發脈波之訊號波形示意圖。
圖10係根據本發明之另一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路中的多相觸發脈波之訊號波形示意圖。
圖11係根據本發明之又一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路中的多相觸發脈波之訊號波形示意圖。
圖12係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路中的單相轉換電路模組之電路示意圖。
圖13A係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路的電路示意圖。
圖13B係根據本發明之一實施例顯示一可擴增多相切換式轉換電路的電路示意圖。
20:可擴增的多相切換式轉換電路
201[0]~201[n]:轉換電路模組
2011[0]~2011[n]:迴路控制單元
2012[0]~2012[n]:切換控制單元
2013[0]~2013[n]:導通時間決定單元
2014[0]~2014[n]:驅動與開關單元
2015[0]~2015[n]:設定接腳
2016[0]~2016[n]:觸發接腳
ILf[0]~ILf[n]:電感電流回授訊號
Iout:輸出電流
L[0]~L[n]:電感
LX[0]~LX[n]:切換節點
Nout:輸出節點
Pbt:基本觸發脈波
Poc[0]~Poc[n]:導通控制脈波
Pot[0]~Pot[n]:導通觸發脈波
Ptrig:多相觸發脈波
SET[0]~SET[n]:設定訊號
Vfb:回授訊號
Vout:輸出電壓

Claims (38)

  1. 一種可擴增的多相切換式轉換電路，包含： 複數轉換電路模組，耦接於對應的複數電感，以多相交錯切換方式，將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該轉換電路模組可選地操作於複數操作模式之一，該轉換電路模組包括： 一迴路控制單元，用以於一主操作模式下，根據一回授訊號而產生一基本觸發脈波； 一設定接腳，用以接收一設定訊號； 一觸發接腳，用以發送或接收一多相觸發脈波； 一切換控制單元，用以於一設定模式中，根據該設定訊號而判斷操作模式以及對應的一相位順序，其中於該主操作模式下，根據該基本觸發脈波而於該觸發接腳產生該多相觸發脈波，且於一從操作模式下，於該觸發接腳接收該多相觸發脈波；其中該切換控制單元根據該多相觸發脈波以及對應的該相位順序而產生一導通觸發脈波；以及 一導通時間決定單元，根據該導通觸發脈波而產生一導通控制脈波，用以控制對應的該電感的切換，以產生該輸出電壓； 其中該複數轉換電路模組對應之複數該觸發接腳係彼此耦接。
  2. 如請求項1所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中該轉換電路模組更包括一驅動與開關單元，其包括複數功率開關，耦接於對應的該電感，用以根據該導通控制脈波而控制該複數功率開關以控制對應的該電感的切換，以產生該輸出電壓。
  3. 如請求項1所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中該導通控制脈波具有固定導通時間。
  4. 如請求項3所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中該導通時間決定單元更根據對應的該電感的電流而調整對應的該固定導通時間，藉此使該複數轉換電路模組對應的該複數電感的電流之間達成電流平衡。
  5. 如請求項1所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中該轉換電路模組之該觸發接腳為一且唯一的觸發接腳，該多相觸發脈波為一且唯一的多相觸發脈波。
  6. 如請求項1所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中該回授訊號相關於該輸出電壓。
  7. 如請求項1所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中於該主操作模式或該從操作模式下，該轉換電路模組所對應的該相位順序對應於一預設的位準範圍，其中該切換控制單元，比較該多相觸發脈波的位準與該預設的位準範圍，而決定觸發該導通觸發脈波的時點。
  8. 如請求項7所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中於該主操作模式下，該轉換電路模組藉由控制該多相觸發脈波的位準，而動態調整該多相切換式轉換電路之操作相數。
  9. 如請求項1所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中該切換控制單元，於該主操作模式或該從操作模式下，計數該多相觸發脈波的順序，而於該多相觸發脈波中，對應於該相位順序的脈波觸發時，切換對應的該複數功率開關。
  10. 如請求項9所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中該多相觸發脈波包括一重置狀態，該轉換電路模組根據該重置狀態而重置對應的計數的順序。
  11. 如請求項10所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中於該主操作模式下，該切換控制單元將該多相觸發脈波控制為一高阻抗狀態，以對應於該重置狀態。
  12. 如請求項11所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中於每個多相循環皆插入一個重置狀態。
  13. 如請求項1所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中於該主操作模式下，該轉換電路模組更根據該設定訊號而決定該多相切換式轉換電路之總操作相數。
  14. 如請求項1所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中於該主操作模式下，該轉換電路模組根據一輸出電流而適應性調整該多相切換式轉換電路之操作相數。
  15. 如請求項1所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中該轉換電路模組封入一對應的積體電路封裝內，其中該積體電路封裝包括用以對外耦接的該設定接腳以及該觸發接腳。
  16. 如請求項2所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中該轉換電路模組封入一對應的積體電路封裝內，其中該積體電路封裝包括用以對外耦接的該設定接腳以及該觸發接腳。
  17. 如請求項1所述之可擴增的多相切換式轉換電路，其中於該從操作模式下，對應的該迴路控制單元控制為禁能。
  18. 一種轉換電路模組，用以配置為可擴增的單相切換式轉換電路或多相切換式轉換電路，該轉換電路模組耦接於一電感，以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該轉換電路模組包含： 一迴路控制單元，用以於一主操作模式下，根據一回授訊號而產生一基本觸發脈波； 一設定接腳，用以接收一設定訊號； 一觸發接腳，用以發送或接收一觸發脈波； 一切換控制單元，用以於一設定模式中，根據該設定訊號而判斷操作模式以及對應的一相位順序，其中於該主操作模式下，根據該基本觸發脈波而於該觸發接腳產生該觸發脈波，且於一從操作模式下，於該觸發接腳接收該觸發脈波；其中該切換控制單元根據該觸發脈波以及對應的該相位順序而產生一導通觸發脈波；以及 一導通時間決定單元，根據該導通觸發脈波而產生一導通控制脈波，用以控制該電感的切換，以產生該輸出電壓。
  19. 如請求項18所述之轉換電路模組，更包括一驅動與開關單元，其包括複數功率開關，耦接於該電感，用以根據該導通控制脈波而控制該複數功率開關以控制該電感的切換，以產生該輸出電壓。
  20. 如請求項18所述之轉換電路模組，其中該導通控制脈波具有固定導通時間。
  21. 如請求項18所述之轉換電路模組，其中該轉換電路模組之該觸發接腳為一且唯一的觸發接腳，該觸發脈波為一且唯一的觸發脈波。
  22. 如請求項18所述之轉換電路模組，其中於該主操作模式或該從操作模式下，該轉換電路模組所對應的該相位順序對應於一預設的位準範圍，其中該切換控制單元，比較該觸發脈波的位準與該預設的位準範圍，而決定觸發該導通觸發脈波的時點。
  23. 如請求項22所述之轉換電路模組，其中於該主操作模式下，其中該轉換電路模組藉由控制該觸發脈波的位準，而動態調整該至少一相切換式轉換電路之操作相數。
  24. 如請求項18所述之轉換電路模組，其中該切換控制單元，於該主操作模式或該從操作模式下，計數該觸發脈波的順序，而於該觸發脈波中，對應於該相位順序的脈波觸發時，切換對應的該複數功率開關。
  25. 如請求項24所述之轉換電路模組，其中該觸發脈波包括一重置狀態，該轉換電路模組根據該重置狀態而重置對應的計數的順序。
  26. 如請求項25所述之轉換電路模組，其中於該主操作模式下，該切換控制單元將該觸發脈波控制為一高阻抗狀態，以對應於該重置狀態。
  27. 如請求項18所述之轉換電路模組，其中於該主操作模式下，該轉換電路模組更根據該設定訊號而決定該多相切換式轉換電路之總操作相數。
  28. 如請求項18所述之轉換電路模組，其中於該主操作模式下，該轉換電路模組根據一輸出電流而適應性調整該多相切換式轉換電路之操作相數。
  29. 如請求項18所述之轉換電路模組，其中該轉換電路模組封入一對應的積體電路封裝內，其中該積體電路封裝包括用以對外耦接的該設定接腳以及該觸發接腳。
  30. 如請求項19所述之轉換電路模組，其中該轉換電路模組封入一對應的積體電路封裝內，其中該積體電路封裝包括用以對外耦接的該設定接腳以及該觸發接腳。
  31. 如請求項18所述之轉換電路模組，其中於該從操作模式下，該迴路控制單元控制為禁能。
  32. 如請求項18所述之轉換電路模組，其中該切換控制單元於該設定模式中更根據該設定訊號判斷該操作模式為一單相操作模式，於該單相操作模式中，該切換控制單元根據該基本觸發脈波而產生該導通觸發脈波。
  33. 一種可擴增多相切換式轉換電路的控制方法，該可擴增多相切換式轉換電路包括：複數轉換電路模組，耦接於對應的複數電感，以多相交錯切換方式，將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該控制方法包含： 於一設定模式中，從各自對應的一設定接腳接收一設定訊號，且根據對應的該設定訊號而判斷操作模式以及對應的一相位順序； 於一主操作模式下，根據一回授訊號而產生一基本觸發脈波並根據該基本觸發脈波而於對應的一觸發接腳產生一多相觸發脈波； 於一從操作模式下，於該觸發接腳接收該多相觸發脈波； 根據該多相觸發脈波以及對應的該相位順序而產生一導通觸發脈波；以及 根據該導通觸發脈波而產生一導通控制脈波，用以控制對應的該電感的切換，以產生該輸出電壓。
  34. 如請求項33所述之可擴增多相切換式轉換電路的控制方法，其中該導通控制脈波具有固定導通時間。
  35. 如請求項33所述之可擴增多相切換式轉換電路的控制方法，其中該多相觸發脈波為一且唯一的多相觸發脈波。
  36. 如請求項33所述之可擴增多相切換式轉換電路的控制方法，其中於該主操作模式或該從操作模式下，該轉換電路模組所對應的該相位順序對應於一預設的位準範圍，其中產生該導通觸發脈波之步驟包括：比較該多相觸發脈波的位準與該預設的位準範圍，而決定觸發該導通觸發脈波的時點。
  37. 如請求項33所述之可擴增多相切換式轉換電路的控制方法，其中產生該導通觸發脈波之步驟包括：於該主操作模式或該從操作模式下，計數該多相觸發脈波的順序，而於該多相觸發脈波中，對應於該相位順序的脈波觸發時，觸發該導通觸發脈波。
  38. 如請求項37所述之可擴增多相切換式轉換電路的控制方法，其中該多相觸發脈波包括一重置狀態，該轉換電路模組根據該重置狀態而重置對應的計數的順序。
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