TWI465017B - 具有先進相位數目控制的多相電壓調節器，控制電路及其方法 - Google Patents

具有先進相位數目控制的多相電壓調節器，控制電路及其方法 Download PDF

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Description

具有先進相位數目控制的多相電壓調節器，控制電路及其方法
本發明係關於一種多相電壓調節器，並且更特別係關於一種用於控制一多相電壓調節器內之相位數目的方法。
相關申請案之交互參照
本發明係主張於2008年7月14日所提申之命名為「多相轉換器應用中改善效率及快速暫態響應之先進相位數目控制」(律師檔案第INTS-29,041號)的美國專利臨時申請案第61/080,380號之權利，其中的整個說明係以引用方式納入本文中。
一多相轉換器係一種其中多個電壓調節器電路經過並行置放在一輸入端以及一負載之間的電路拓樸。每個相位在一切換週期中係以等距間隔予以開通。此電路典型地係配合一非同步降壓拓樸。此類型轉換器之主要優勢係在於負載電流在多相轉換器的多個結束相位間發生分流。此負載分流係使每個開關上之熱損失能夠被散佈在一較大面積中。多相組態所提供之另一重要優勢係在於輸出漣波由相位數目所分開。該負載接著係體驗到一等效於相位數目乘以切換頻率的漣波頻率。此多相拓樸係提供一其中對電流之動態改變的系統響應能得以改善之額外好處。負載電流之大量增加係能如所需藉由開通額外相位予以解決。
在多相降壓轉換器中，其效率係由於所有相位運作在不同的電流負載位準下而可能無法達到最大。為了達成較佳效率，基於當前負載電流來調整運作的相位數目係必要的。在輕負載狀況下，運作的相位數目係被降低以產生較少的驅動器以及切換損失，而造呈改善的效率。傳統技術方案係藉由感測輸出電感器電流來監視負載電流，以在不同負載狀況下決定最佳的相位數目。此技術方案在具有低暫態響應之應用上係工作良好。然而，在中央處理單元之電壓調節器應用中，該負載電流可能在100奈秒內係從10安培跳升至100安培。當僅一個相位運作在一10安培的負載時，假如沒有快速地加回其它相位而以一加速方式處理暫態電流，則暫態響應係非常糟糕。因此，僅基於所感測的電感器電流係不足夠控制一多相轉換器內的相位數目。能夠在一多相轉換器內快速地減少以及加入相位數目之一需求係存在，致使該多相轉換器係可充分地響應該多相電壓調節器內的快速暫態響應。這是因為在一快速暫態事件期間，該負載電流係可在一短暫的時間週期中跳升非常高，而該電感器電流係將在該負載電流以及該電感器電流之間的一極大差異中緩慢爬升。此等在相同負載狀況下係將需要較少的相位數目來處理最初的步階負載電流變化。當相位的加入僅基於所感測的電感器電流時，此等係由於較少運作的相位數目而需要初始暫態響應為非常糟糕。
如本文中所揭示以及所述之本發明的一個觀點係包括一多相電壓調節器。該多相電壓調節器係包含切換電路系統，以用於產生響應一輸入電壓之一輸出電壓。一誤差放大器係產生響應該輸出電壓以及一參考電壓之一誤差修正電壓。PWM邏輯係對該多相電壓調節器之每個相位產生一相位訊號，以響應該誤差修正電壓以及至少一個斜波電壓。驅動邏輯係產生多個控制訊號至該切換電路系統，以響應各個相位訊號。控制電路系統係產生至少一個控制訊號以將一相位作為該PWM邏輯的一輸出而予以加入，來響應該誤差修正電壓已經超過一臨界數值的一決定。
現在參考圖式，其中相似的元件符號在整篇本文中被用來指定相似的元件，用於多相轉換器之一先進相位數目控制的各種視圖以及實施例係經過例示與敘述，並且亦敘述其它的可行實施例。該些圖式係不需要依比例繪製，並且該些圖式在一些實例中係僅作為說明目的而已經適當地被誇大及/或簡化。通常知識者係將基於下述多個可行實施例的實例而理解眾多可行應用以及變化例。
圖1係說明一標準單相降壓轉換器102之一示意方塊圖。一對電晶體開關104與106係被串聯連接在輸入電壓節點VIN以及接地之間。電晶體開關104之源極係在相位節點108處被連接至電晶體開關106之汲極。上部的電晶體開關104係使其汲極被耦合至該輸入電壓節點VIN，並且係 使其閘極接收來自驅動邏輯110之一控制訊號。該電晶體開關104之源極係在該相位節點108處被耦合至下部的電晶體開關106之汲極。該下部的電晶體開關106係使其汲極被耦合至該相位節點108，並且係接收來自該驅動邏輯110之一下部閘極控制訊號。該相位節點108係被耦合穿過一經連接在其以及輸出電壓節點VOUT 114之間的輸出電感器112。一電容器116係被連接在該輸出電壓節點VOUT 114以及該接地之間。
該對電晶體開關104與106之控制電路系統係包含一誤差放大器118、PWM邏輯120、以及該驅動邏輯110。在典型組態中，該誤差放大器118係使用某一類型之電壓回授感測電路系統122來感測輸出電壓VOUT。響應所感測的輸出電壓以及一參考電壓VREF，該誤差放大器118係在其輸出端處產生一補償訊號COMP以提供至該PWM邏輯120。來自輸出電壓節點VOUT 114之所感測的回授電壓係被提供至該誤差放大器118的反相輸入。該PWM邏輯120係包括一PWM比較器121，其係將經施加至該PWM比較器121之非反相輸入的誤差電壓訊號VCOMP比較於來自一振盪器而經施加至該PWM比較器121之反相輸入的一參考斜波電壓123。該PWM比較器121之輸出係被施加至驅動器電路系統110。此過程係在該相位節點108處提供具有一振幅VIN之一脈衝寬度調變(PWM)波形。自該相位節點108所提供之脈衝寬度調變波形係由一輸出濾波器所平滑化，該輸出濾波器係由該輸出電感器112以及該電容器116所組 成。
基於該脈衝寬度調變訊號，該驅動邏輯110係確立UGATE訊號至一邏輯「高」來開啟切換電晶體104、並且係確立LGATE訊號至一邏輯「低」來關閉切換電晶體106，以將該輸入電壓VIN耦合通過輸出電感器L而驅動VOUT的電壓位準。該驅動邏輯110係確立該UGATE訊號至一邏輯「低」而該LGATE訊號至一邏輯「高」，以關閉切換電晶體104並且開啟切換電晶體106。此操作依此方式係基於由該PWM邏輯120所提供之PWM訊號的工作循環進行雙態觸變。
現在參考圖2，在202處所例示之一多相轉換器電路內，多重電感器204係被連接在輸入電壓節點206以及一相位節點208之間。一電容器210以及一電阻器212係被並聯連接在該相位節點208以及接地之間。各個電感器204係具有與其相關聯之一對切換電晶體。上部閘極切換電晶體214以及下部閘極切換電晶體216所操作之方式係類似於本文中針對圖1中標準單相降壓轉換器所討論之方式。該上部閘極切換電晶體214以及該下部閘極切換電晶體216係響應來自多相控制邏輯217之多個切換控制訊號予以操作。
多相轉換器202係一種其中多個基礎降壓轉換器電路經並聯置放在輸入以及負載之間的電路拓樸。該些「相位」各者在該切換週期中係以等距間隔予以開通。此電路典型地係配合一非同步降壓拓樸。此類型轉換器之主要優勢係 在於負載電流在多相轉換器的多個結束相位間發生分流。此負載分流係使每個開關上之熱損失能夠被散佈在一較大面積中。多相組態所提供之另一重要優勢係在於輸出漣波由相位數目N所分開。該負載接著係體驗到一等效於該相位數目N乘以切換頻率的漣波頻率。此多相拓樸係提供一其中對電流之動態改變的系統響應能得以改善之額外好處。負載電流之大量增加係能如所需藉由開通額外相位予以解決。
在多相降壓轉換器中，其效率係由於所有相位運作在不同的電流負載位準下而可能無法達到最大。為了達成較佳效率，基於當前負載電流來調整運作的相位數目係必要的。在輕負載狀況下，運作的相位數目係被降低以產生較少的驅動器以及切換損失，而造呈改善的效率。傳統技術方案係藉由感測輸出電感器電流來監視負載電流，以在不同負載狀況下決定最佳的相位數目。此技術方案在具有低暫態響應之應用上係工作良好。然而，在中央處理單元之電壓調節器應用中，該負載電流可能在100奈秒內係從10安培跳升至100安培。當僅一個相位運作在一10安培的負載時，假如沒有快速地加回其它相位而以一加速方式處理暫態電流，則暫態響應係非常糟糕。因此，僅基於所感測的電感器電流係不足夠控制一多相轉換器內的相位數目。能夠在一多相轉換器內快速地減少以及加入相位數目之一需求係存在，致使該多相轉換器係可充分地響應該多相電壓調節器內的快速暫態響應。這是因為在一快速暫態事件 期間，該負載電流係可在一短暫的時間週期中跳升非常高，而該電感器電流係將在該負載電流以及該電感器電流之間的一極大差異中緩慢爬升。此等在相同負載狀況下係將需要較少的相位數目來處理最初的步階負載電流變化。當相位的加入僅基於所感測的電感器電流時，此等係由於較少運作的相位數目而需要初始暫態響應為非常糟糕。
現在參考圖3，有所指示之方式係其中負載電流IL 302可被用來控制一多相轉換器內所提供的相位數目。可以看出，在負載位準I1處係僅提供一單相PWM1。同樣地，在負載位準I2處係提供相位PWM1以及PWM2。隨著負載位準的增加，所提供之相位數目係照樣地增加直到在電流負載位準I5之上，其中6個PWM相位訊號各者係被利用。依此方式，藉由依據該負載電流對相位數目進行調整，整個負載範圍上之最佳效率係可被達成。
現在參考圖4，有所例示之方式係基於多相電壓調節器之誤差放大器的輸出而不是基於該負載電流IL來控制相位數目。此等係使該系統能夠基於該輸出電壓VOUT或該誤差放大器之輸出電壓VCOMP而快速地減少以及加入相位數目至一調節器。基於該誤差放大器處之電壓步階改變強度以及轉換率，一個或更多相位係能以一相對迅速之方式予以加回，來處理例如中央處理單元VR應用中的暫態響應。假如負載電流迅速地下降，則一個或更多相位係能在一個步階中被減少以進一步改善效率。於VR控制器內，相位經常係被減少以在低功率狀態中包含操作效率。在快速暫態事 件期間，輸出電壓係由於輸出電容器之ESL以及ESR而將快速地下降，並且誤差放大器之輸出COMP訊號402係將增加至一高位準。
所提出之相位數目控制方案係基於該COMP訊號402之偏差而將多個相位加回該系統。係將存有多重位準而以一個一個的方式加入相位。因此，當該COMP訊號402在在時間T0處已經開始增加至所指示位準時，單一相位數目係將被加回總相位數目。當該COMP訊號402從該時間T0持續增加至時間T1時，一第二相位係在時間T1處被加回。同樣，藉著該COMP訊號402從該時間T0持續增加至時間T4，多個相位係在與加入另一相位相關聯之各個COMP電壓位準處被加入，直到所有相位在該時間T4處已經被放回而運作。
現在參考圖5，有所例示係用於產生多個控制訊號至多相控制器217之電路系統的一第一實施例，以響應誤差放大器之輸出電壓VCOMP來將多個相位加入一多相轉換器以及自該多相轉換器中移除多個相位。該誤差放大器之輸出電壓VCOMP係被提供至一節點502。一補償電壓源504係被連接在該節點502以及一比較器506的一非反相輸入之間。一取樣開關508係被連接在該節點502以及節點510之間。該節點510係被連接至該比較器506的反相輸入。該取樣開關508係響應一取樣時脈訊號512而受到控制。一電容器514被連接在該節點510以及接地之間。該比較器506之輸出係提供一控制訊號，以用於提供將一相位加 入該多相控制器217內的一指示。
該誤差放大器之輸出電壓VCOMP係由該取樣開關508在每個有效相位之各個脈衝寬度調變訊號的上升邊緣上對其鋒值處進行取樣。假如VCOMP電壓高於該節點502處所接收之VCOMP電壓加上自該補償電壓源504所施加之△V補償電壓，則一相位係將藉由多相電壓調節器所加入以響應該比較器506之輸出走向一邏輯「高」位準。於該節點502處之誤差放大器的輸出電壓VCOMP係再次由該取樣開關508進行取樣，以調整用於下一個觸發作用的臨界電壓。假如該誤差放大器的輸出電壓VCOMP持續增加並且達到更新的臨界值，則另一相位係被加入以響應該比較器506之輸出再次走向一邏輯「高」位準。
現在參考圖6，有所例示係與圖5之電路系統的操作相關聯之各種波形。ILOAD訊號602係代表流過降壓調節器之電感器的負載電流。RAMP1訊號604係包括該PWM邏輯中所施加之斜波訊號，以產生該PWM控制訊號。sampled_COMP+△V訊號606係說明經施加至該比較器506之非反相輸入的電壓。sampled_COMP訊號608係指示由該取樣開關508所取樣之VCOMP電壓。COMP訊號610係包括將在該節點502處所要施加的VCOMP誤差電壓。控制該取樣開關508之sample_clock訊號612係在一PWM訊號之各個上升邊緣處包含一取樣時鐘脈衝。PWM1直至PWM3係說明各種PWM相位訊號614，其係可被加入該多相電壓調節器以響應該VCOMP訊號610。
可以從時間T0處看出，由於低誤差之電壓訊號610而僅將利用一單相訊號PWM1 614。當該PWM1脈衝在時間T0處走高時，此係在時間T0處建立一取樣時脈612脈衝以將該sampled_comp訊號608鎖在該VCOMP訊號610的位準處。因為該sampled_comp訊號608低於該sampled_comp+△V訊號606，所以加入額外相位係不必要的。類似結果係亦在時間T1以及T2處有所達成。當該VCOMP訊號610在時間T4處跳升到該sampled_comp+△V訊號606之上時，一額外相位PWM2訊號614係在時間T4處被初始化。此外，在時間T4處由於增加的COMP電壓訊號610，所以該sampled_comp+△V訊號606在時間T4處係被更新至一較高位準，以對加入下一個相位之需求有所準備。在時間T5處，該COMP電壓訊號610係已經持續增加以及在時間T5處達到新的一臨界位準，而致使下一個相位PWM3訊號614被開通，並且臨界訊號606(sampled_comp+△V)係再次被更新至一新位準。該等PWM2以及PWM3相位訊號614係分別在時間T7以及T8處被產生以響應其所擁有的下行斜波616以及618，其係響應由相關聯之PWM邏輯對該些相位進行致動而被產生。
現在參考圖7，有所例示係描述圖5之電路系統的操作之一流程圖。一旦初始化該電路系統的操作，誤差電壓VCOMP係由該取樣開關508進行取樣(步驟702)。包含取樣後之VCOMP電壓以及電壓補償△V的臨界電壓係被決定(步驟704)。包含補償VCOMP以及取樣VCOMP之臨界訊號 係經過比較(步驟706)，使得詢問(步驟708)係可決定取樣電壓是否遠大於臨界補償電壓。假如並非前述情況，則控制係傳回步驟702。假如詢問(步驟708)決定該取樣電壓遠大於補償臨界值，則一額外相位係被加入該多相轉換器(步驟708)、並且臨界補償VCOMP+△V係經過更新(步驟708)，使得該VCOMP電壓在下一個反覆期間與新的臨界位準進行比較，來決定是否需要一額外相位。
現在參考圖8以及9，有所例示係用於將多個相位加入多相電壓調節器的控制電路系統之一替代性實施例，以響應誤差放大器電壓之監視作用。圖8係說明於節點802處所施加之誤差電壓VCOMP。一取樣開關804係對該誤差電壓VCOMP進行取樣，以響應一取樣時脈訊號806。該取樣時脈訊號806係致使該誤差電壓VCOMP在每個相位之各個PWM脈衝訊號的上升邊緣上會對其鋒值處進行取樣。該取樣開關804係連接在該節點802以及808之間。一電容器810係被連接在該節點808以及接地之間。在該節點808以及節點812a至812e之間所連接的係一連串補償電壓814。
該等節點812a至812e各者係關聯於一經減少相位之下行斜波比較器908的一反相輸入。該下行斜波比較器908係對應於先前針對圖1作出敘述之比較器121。該下行斜波比較器908之非反相輸入係經連接以接收該誤差電壓VCOMP。該下行斜波比較器908之反相輸入係經連接於一開關906。該開關906係在斜波訊號(於節點902處所施加至該下行斜波比較器908)以及補償臨界值(VCOMP+△V)(來 自圖8之電路系統所供應於該等節點812處)之間進行挑選。圖9之電路系統係將包括多重反覆，其之各者係關聯於提供來自圖8之電路系統的臨界補償之多個輸出812中一者。該開關906係在與該下行斜波比較器908相關聯之相位正在運行時而被連接於該節點902，並且該斜波訊號係正在驅動與該下行斜波比較器908相關聯之相位。當並未運行該相位時，該開關906係將反相輸入連接於該等節點812，使得補償臨界電壓能夠與該誤差電壓VCOMP進行比較。當該下行斜波比較器908決定該誤差電壓VCOMP超過該臨界補償電壓時，該開關906係被連接至該節點902處所提供之斜波電壓來初始化該相位的致動。供予該相位之第一脈衝係被產生以響應該下行斜波比較器908之輸出走向一邏輯「高」位準，當該COMP電壓超過該補償臨界電壓時而其餘相位係受到斜波電壓的控制。
現在參考圖10，有所例示係與圖8以及9之電路系統的操作相關聯之波形。負載電流1002如所見係能被保持一相對低的位準，直到在時間T3處開始增加。COMP_SH2訊號1004係代表與該多相電壓調節器之一個相位相關聯的下行斜波比較器的輸出。COMP_SH1訊號1006係與一第二相位的下行斜波比較器相關聯。sampled_COMP訊號1008係包括於該取樣開關804處進行取樣之電壓。COMP誤差電壓訊號1010係代表於該節點802處之VCOMP電壓輸入。sampled_clock訊號1012係代表經施加至該取樣開關804之控制訊號，該取樣開關804係在該等係位訊號中一者之 一PWM脈衝的各個上升邊緣上提供一脈衝。該sampled_clock訊號1012係僅被產生在多個相位訊號中一者內的該等PWM脈衝中一者之上升邊緣上。該COMP誤差電壓訊號1010係被取樣以響應取樣時脈訊號。
在時間T0至T2進行取樣時，當VCOMP電壓1010並未增加超過該COMP_SH1訊號1006或該COMP_SH2訊號1004，則該sampled_comp訊號1008係保持相同位準。該COMP_SH1訊號1006係被發送至相位數目2的下行斜波比較器908，並且該COMP_SH2訊號1004係被發送至相位數目3的下行斜波比較器908。當該COMP誤差電壓訊號1010跳升至超過該COMP_SH1訊號1006時，PWM2相位訊號1014係立即在時間T4處被開通。當該COMP誤差電壓訊號1010上升超過該COMP_SH2訊號1004時，PWM3相位訊號1014係立即在時間T5處被開通。在前述時間之後，該等PWM2以及PWM3相位訊號1014係藉由其所擁有由該開關906所連接之下行斜波而分別被產生在時間T7以及T8處，一旦該下行斜波比較器908指出VCOMP電壓已經超過COMP_SHX臨界電壓。
現在參考圖11，有所例示係描述圖8以及9之電路系統的操作之一流程圖。一旦初始化該過程，該VCOMP電壓係由取樣開關906進行取樣(步驟1102)。與各個相位相關聯之之各種△V補償係被加入取樣訊號(步驟1104)，並且該些臨界補償電壓係從補償電路系統被提供至該下行斜波比較器908的輸入。目前不與一運作相位相關聯之下一 個下行斜波比較器係被挑選(步驟1106)。詢問(步驟1108)係可決定與目前所挑選之下行斜波比較器908相關聯的誤差電壓VCOMP是否遠大於經施加至比較器的補償臨界電壓。假如是這樣，則與該下行斜波比較器相關聯之斜波訊號係被連接至該比較器(步驟1110)、而不是臨界補償訊號。此係引起該相位被開通並且予以加入該多相電壓調節器(步驟1112)。假如詢問(步驟1108)決定該誤差補償電壓並未超過該臨界補償電壓、或一旦已經加入新的相位，則詢問(步驟1114)係決定是否存在另一下行斜波比較器908。假如是這樣，則控制係傳回至步驟1106，並且係針對新的下行斜波比較器重複作出該誤差電壓/臨界補償決定。假如不存在另外的下行斜波比較器，則該控制係傳回至步驟1102，其中該誤差電壓係可開始進行取樣。
在一額外實施例中，多個相位負載視窗係可在該降壓調節器電路之電力開啟時間被程式規劃至控制器IC內。該些相位負載視窗係決定應要給予一電壓調節器之相位數目，以響應正由該降壓調節器電路所發送的平均負載電流。該些相位負載視窗係有效地被堆疊在彼此之上，並且多個變遷係定義用於加入一額外相位或移除一相位之臨界值。因此如圖12中所例示，五個不同相位視窗係經說明、並且各者係具有關聯於其之15安培的視窗。因此，單相操作係與0至15安培之間的電流相關聯。雙相操作係與15到30安培之一電流相關聯。三相操作係與30到45安培之一電流相關聯。四相操作係與45到60安培之一電流相關 聯，並且五相操作係與60到75安培之一電流相關聯。加入該等額外相位或移除該些相位係發生在通過15安培、30安培、45安培、或60安培之一臨界位準時。一旦通過一臨界位準，與該臨界位準相關聯之相位數目係接著被產生。因此，當感測後之平均負載電流在一特定的電流視窗時，在首先進入該電流視窗，與該電流視窗相關聯之適當的相位數目係在一組時間週期後將循序地被加入或移除。
現在參考圖13，有所例示係一種用於加入多個相位之方法，其中除了該等相位負載視窗將在該電力開啟時予以程式規劃至該控制器IC內外，一遲滯(hysteresis)位準係亦被建立。該遲滯位準係設定電流位準，以將該電壓調節器位處於下一個較高或較低的負載視窗。因此，該遲滯位準係位處於下降臨界值之上。例如：繼續參考先前針對圖12所述之15安培負載視窗，假如建立15安培之一遲滯位準，則目前處在0到15安培之最低負載視窗內的電壓調節器係將不會進入15到30安培之第二負載視窗，直到已經超過20安培之一電流位準。一旦感測的負載電流已經超過上升臨界值，則額外相位係立即被加入。相似地，在從兩個相位位準走向一個相位位準中，該負載電流係將必須降低至低於15安培視窗位準之10安培、5安培的一位準。
現在參考圖14，在用於將入多個相位之一替代性實施例中，兩個不同電壓位準在該電力開啟時係被程式規劃至該控制器IC內。該些電壓位準係設定兩個APA斷路位準。該輸出電壓係持續地被監視，而假如一快速暫態已經致使 該輸出電壓迅速地改變並且違反一臨界值，則該APA係將斷開。在違反第一臨界值時，兩個相位係立即被加入該電路系統。當破壞第二臨界值時，所有其餘的非有效相位係立即被加入。上述動作係皆不具有任何其中相關聯的延遲。上述動作係說明其中顯示暫態1402僅上升到兩個相位位準之上的圖14中。當前述發生時，兩個額外相位係將立即被加入。相似地，當暫態1404超過所有相位位準時，各個非有效相位係被加入。
使用上文所述之實施方式，在內之多個相位係可快速地被加入以響應多個誤差補償電壓上的改變。所加入的相位數目僅係基於該COMP電壓之強度以及轉換率以符合該暫態響應。
熟習該項技術人士在具有本揭示內容之優勢下係將理解，其中本揭示內容係提供一種用於多相轉換器之先進相位數目控制。應該要理解的是：本文中的圖式以及詳細說明係將被視為一說明性方式而非一限制性方式，並且係未打算限制為所揭示之特定形式與實例。與之相反，所包含的係對通常知識者為顯明之任何進一步修正例、改變例、重新配置例、取代例、替代例、設計選擇、以及多個實施例，而沒有悖離如後述申請專利範圍所定義的精神與範疇。因此，所打算的係後述申請專利範圍被解讀為包含所有此等進一步修正例、改變例、重新配置例、取代例、替代例、設計選擇、以及多個實施例。
102‧‧‧單相降壓轉換器
104‧‧‧電晶體開關
106‧‧‧電晶體開關
108‧‧‧相位節點
110‧‧‧驅動邏輯
112‧‧‧輸出電感器
114‧‧‧輸出電壓節點
116‧‧‧電容器
118‧‧‧誤差放大器
120‧‧‧PWM邏輯
121‧‧‧PWM比較器
122‧‧‧電壓回授感測電路系統
123‧‧‧參考斜波電壓
202‧‧‧多相轉換器
204‧‧‧電感器
206‧‧‧輸入電壓節點
208‧‧‧相位節點
210‧‧‧電容器
212‧‧‧電阻器
214‧‧‧上部閘極切換電晶體
216‧‧‧下部閘極切換電晶體
217‧‧‧多相控制器
302‧‧‧負載電流
402‧‧‧輸出COMP訊號
502‧‧‧節點
504‧‧‧補償電壓原
506‧‧‧比較器
508‧‧‧取樣開關
510‧‧‧節點
512‧‧‧取樣時脈訊號
514‧‧‧電容器
602‧‧‧ILOAD訊號
604‧‧‧RAMP訊號
606‧‧‧sampled_VCOMP+△V訊號
608‧‧‧sampled_COMP訊號
610‧‧‧COMP訊號
612‧‧‧sampling_clock訊號
614‧‧‧PWM相位訊號
616‧‧‧下行斜波
618‧‧‧下行斜波
702-712‧‧‧步驟
802‧‧‧節點
804‧‧‧取樣開關
806‧‧‧取樣時脈訊號
808‧‧‧節點
810‧‧‧電容器
812a-812c‧‧‧節點
814‧‧‧補償電壓
902‧‧‧節點
906‧‧‧開關
908‧‧‧下行斜波比較器
1002‧‧‧負載電流
1004‧‧‧COMP_SH2訊號
1006‧‧‧COMP_SH1訊號
1008‧‧‧sampled COMP訊號
1010‧‧‧COMP誤差電壓訊號
1012‧‧‧sample_clock訊號
1014‧‧‧PWM相位訊號
1102-1114‧‧‧詢問步驟
1402-1404‧‧‧暫態
為更完整理解本發明，已經參照上述說明並結合後附圖式而進行，其中：圖1係一降壓調節器之一示意方塊圖；圖2係說明一多相降壓調節器轉換器；圖3係說明其中可基於一負載電流來控制相位數目的方式圖；圖4係說明其中可響應來自電壓誤差放大器之COMP訊號以控制相位數目的方式圖；圖5係基於該電壓誤差放大器之VCOMP電壓以用於控制相位數目之一第一控制電路的一示意圖；圖6係說明與圖5中該第一控制電路之操作相關聯的波形圖；圖7係敘述圖5中該第一控制電路之操作的一流程圖；圖8係說明用於產生一控制訊號以響應該電壓誤差放大器之VCOMP電壓的一第二實施例之電路系統圖；圖9係說明產生相位數目以響應該電壓誤差放大器之VCOMP電壓的第二實施例之另一電路系統圖；圖10係說明與圖8以及9之電路系統相關聯的波形圖；圖11敘述圖8以及9中該電路系統之操作的一流程圖；圖12係說明相位控制之一替代性方法；圖13係說明申請專利範圍12使用遲滯(hysteresis)控制的方法；以及圖14係說明相位控制之另一方法。
302(ILOAD)‧‧‧負載電流
I1-I5‧‧‧負載位準
PWM1-PWM6‧‧‧相位訊號

Claims (17)

  1. 一種多相電壓調節器，其係包括：切換電路系統，其係用於產生一輸出電壓以響應輸入電壓；一誤差放大器，其係用於產生一誤差修正電壓以響應該輸入電壓以及一參考電壓；PWM邏輯，其係用於針對多相電壓調節器之各個相位產生相位訊號，以響應該誤差修正電壓以及至少一個斜波電壓；驅動邏輯，其係用於產生多個控制訊號至該切換電路系統以響應該等相位訊號；以及控制電路系統，其係用於在一取樣時脈的一時脈循環期間產生至少一個控制訊號以將一相位加入作為該PWM邏輯之一輸出，來響應該誤差修正電壓已經超過一臨界位準的一決定。
  2. 如申請專利範圍第1項之多相電壓調節器，其中該控制電路系統係進一步包括：一取樣電路，其係用於在一先前的時脈循環期間對該誤差修正電壓進行取樣，以產生一經取樣誤差修正電壓；一補償產生器電路，其係用於提供一電壓補償至該經取樣誤差修正電壓，以建立該臨界電壓；以及一比較器，其係用於將該誤差修正電壓與該臨界電壓進行比較，其中當該誤差修正電壓超過該臨界電壓時且在該取樣時脈的該時脈循環期間，該比較器係產生該至少一 個控制訊號以將該相位加入至該PWM邏輯之輸出。
  3. 如申請專利範圍第2項之多相電壓調節器，其中該取樣電路係包括一開關。
  4. 如申請專利範圍第2項之多相電壓調節器，其中該控制電路系統係進一步包括：一取樣電路，其係用於對該誤差修正電壓進行取樣；複數個補償產生器電路，其係用於提供複數個電壓補償至該經取樣誤差修正電壓以建立複數個臨界電壓；以及複數個比較器，其之各者係與該多相電壓調節器之一個相位相關聯，而具有一第一操作模式，其中當與比較器相關聯之相位並未運作時，該比較器係將該誤差修正電壓與該複數個臨界電壓中一者進行比較，並且具有一第二操作模式，其中當與比較器相關聯之相位正在運作時，該比較器係將該誤差修正電壓與該相位相關聯之一斜波電壓進行比較。
  5. 如申請專利範圍第4項之多相電壓調節器，其中該取樣電路係包括用於在該斜波電壓以及該複數個臨界電壓中一者之間進行切換的一開關，該開關係自該複數個臨界電壓中一者切換至該斜波電壓，以響應該比較器針對該誤差修正電壓超過該複數個臨界電壓中一者所作出的一決定。
  6. 一種用於產生一控制訊號以將多個相位加入至一多相電壓調節器之控制電路，該控制電路係包括：一輸入，其係用於接收來自該多相電壓調節器之一誤 差放大器的一誤差修正電壓；至少一個輸出，其係用於提供一PWM控制訊號；以及控制電路系統，其係用於在一取樣時脈的一時脈循環期間產生至少一個PWM控制訊號以將一相位加入至該多相電壓調節器，來響應該誤差修正電壓已經超過一臨界位準的一決定。
  7. 如申請專利範圍第6項之控制電路，其中該控制電路系統係進一步包括：一取樣電路，其係用於在一先前的時脈循環期間對該誤差修正電壓進行取樣，以產生一經取樣誤差修正電壓；一補償產生器電路，其係用於提供一電壓補償至該誤差修正電壓，以建立該臨界電壓；以及一比較器，其係用於將該經取樣誤差修正電壓與該臨界電壓進行比較，其中當該經取樣誤差修正電壓超過該臨界電壓時且在該取樣時脈的該時脈循環期間，該比較器係產生該至少一個PWM控制訊號以將該相位加入至該多相電壓調節器。
  8. 如申請專利範圍第7項之控制電路，其中該取樣電路係包括一開關。
  9. 如申請專利範圍第6項之控制電路，其中該控制電路系統係進一步包括：一取樣電路，其係用於對該誤差修正電壓進行取樣；複數個補償產生器電路，其係用於提供複數個電壓補償至該誤差修正電壓以建立複數個臨界電壓；以及 複數個比較器，其之各者係與該多相電壓調節器之一個相位相關聯，而具有一第一操作模式，其中當與比較器相關聯之相位並未運作時，該比較器係將該誤差修正電壓與該複數個臨界電壓中一者進行比較，並且具有一第二操作模式，其中當與比較器相關聯之相位正在運作時，該比較器係將該誤差修正電壓與該相位相關聯之一斜波電壓進行比較。
  10. 如申請專利範圍第9項之控制電路，其中該取樣電路係包括用於在該斜波電壓以及該複數個臨界電壓中一者之間進行切換的一開關，該開關係自該複數個臨界電壓中一者切換至該斜波電壓，以響應該比較器針對該誤差修正電壓超過該複數個臨界電壓中一者所作出的一決定。
  11. 一種用於將多個相位加入至一多相電壓調節器之方法，該方法係包括下列步驟：接收來自該多相電壓調節器之一誤差放大器的一誤差修正電壓；決定該誤差修正電壓是否已經超過一臨界電壓位準；在一取樣時脈的一時脈循環期間產生至少一個PWM控制訊號以將一相位加入至該多相電壓調節器，來響應該誤差修正電壓已經超過該臨界電壓位準的一決定；以及提供該至少一個PWM控制訊號至該多相電壓調節器之控制操作。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中的決定步驟係進一步包括下列步驟： 在一先前的時脈循環期間對該誤差修正電壓進行取樣，以產生一經取樣誤差修正電壓；將一電壓補償加入至該經取樣誤差修正電壓以建立該臨界電壓位準；以及將該誤差修正電壓與該臨界電壓位準進行比較。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中的產生步驟係進一步包括下列步驟：在該誤差修正電壓超過該臨界電壓位準時，產生該至少一個PWM控制訊號以將該相位加入至該多相電壓調節器。
  14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中的取樣步驟係進一步包括下列步驟：切換該誤差修正電壓之一數值以儲存該誤差修正電壓之數值。
  15. 如申請專利範圍第11項之方法，其中的決定步驟係進一步包括下列步驟：對該誤差修正電壓進行取樣；將複數個電壓補償加入至該經取樣誤差修正電壓以建立複數個臨界電壓位準；當與比較器相關聯之相位並未運作時，以一第一操作模式對複數個比較器中各者進行該誤差修正電壓與該複數個臨界電壓位準中一者的比較；以及當與比較器相關聯之相位正在運作時，以一第二操作模式對該複數個比較器中各者進行該誤差修正電壓與一斜波電壓的比較。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中的產生步驟 係進一步包括下列步驟：當該誤差修正電壓超過該複數個臨界電壓位準中至少一者時，相應此比較結果而產生該至少一個PWM訊號，以將該相位加入至該多相電壓調節器。
  17. 如申請專利範圍第15項之方法，其係進一步包括下列步驟：決定該誤差修正電壓是否超過該複數個臨界電壓位準中一者；以及在該斜波電壓以及該複數個臨界電壓位準中一者之間進行切換，以響應該誤差修正電壓是否超過該複數個臨界電壓位準中一者的決定。
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