TWI590575B - 相位控制器及使用其的多相電壓轉換器 - Google Patents

相位控制器及使用其的多相電壓轉換器 Download PDF

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Description

相位控制器及使用其的多相電壓轉換器
本發明係關於一種相位控制器，且特別是一種可驅動複數個橋式電路的相位控制器，以及使用其的多相電壓轉換器。
隨著電源管理技術的發展，直流對直流電壓轉換器(DC/DC Converter)目前已被廣泛地運用。常見的直流對直流轉換器大致可分為三種：升壓式轉換器(Boost Converter)、降壓式轉換器(Buck Converter)以及升降壓式轉換器(Buck-Boost Converter)。升壓式轉換器可將輸入電壓的電壓值提高。反之，降壓式轉換器可將輸入電壓的電壓值降低。而升降壓式轉換器則可增加或減少輸入電壓的電壓值。其中，降壓式轉換器的使用更加普及。
多相電壓轉換器內部包括複數個轉換模組，並可使用該些轉換模組處理單個輸入電壓。具體來說，該些轉換模組通常各自包括上橋開關與下橋開關。多相電壓轉換器透過內部的中央控制器控制上橋開關與下橋開關的工作週期，使得該些轉換模組根據輸入電壓交錯地提供輸出電壓。
然而，傳統的多相電壓轉換器尚存在著缺點。具體來說，傳統的多相電壓轉換器每次僅能利用其中一個轉換模組提供輸出電壓。換句話說，該些轉換模組無法同時提供能量。當後端電路所需的負載過高時，傳統的多相電壓轉換器僅使用一個轉換模組來 提供電壓並無法提供後端電路足夠的能量。以雙相直流對直流電壓轉換器來說，每一個轉換模組的最大工作週期只能到50%。此外，中央控制器內部的邏輯控制電路亦有硬體上的限制，以避免該些轉換模組同時提供能量。
本發明實施例提供一種適用於多相電壓轉換器的相位控制器。相位控制器包括複數個邏輯控制電路、相位選擇電路以及複數個訊號產生器。相位選擇電路耦接於該些邏輯控制電路以及該些訊號產生器。該些邏輯控制電路用以分別接收複數個換相訊號，並根據該些換相訊號分別輸出複數個邏輯訊號。訊號產生器用以提供複數個相位選擇訊號至複數個橋式電路，以驅動該些橋式電路。相位選擇電路用以接收該些邏輯訊號以及電壓判斷訊號，並根據該些邏輯訊號以及電壓判斷訊號控制該些訊號產生器。當多相電壓轉換器提供的輸出電壓高於一預設電壓，相位選擇電路接收邏輯高準位的電壓判斷訊號。接著相位選擇電路根據該些邏輯訊號以及電壓判斷訊號控制該些訊號產生器輸出該些相位選擇訊號至該些橋式電路，使得該些橋式電路進行換相。當電壓判斷訊號保持邏輯高準位經過預設時間，相位選擇電路控制該些訊號產生器輸出複數個邏輯高準位的相位選擇訊號至該些橋式電路，使得對應的橋式電路同時提供能量，以快速地提高該輸出電壓的電壓值。
本發明實施例提供一種多相電壓轉換器。多相電壓轉換器包括複數個橋式電路、中央控制器以及相位控制器。相位控制器包括複數個邏輯控制電路、相位選擇電路以及複數個訊號產生器。中央控制器耦接於該些橋式電路的輸出端。相位控制器耦接於該些橋式電路及中央控制器。相位選擇電路耦接於該些邏輯控制電路以及該些訊號產生器。中央控制器用以根據該些橋式電路提供 的輸出電壓產生電壓判斷訊號，並根據電壓判斷訊號產生複數個相位訊號。邏輯控制電路用以分別接收該些換相訊號，並根據該些換相訊號分別輸出複數個邏輯訊號。訊號產生器用以提供複數個相位選擇訊號至複數個橋式電路，以驅動該些橋式電路。相位選擇電路用以接收該些邏輯訊號以及電壓判斷訊號，並根據該些邏輯訊號以及電壓判斷訊號控制該些訊號產生器。當多相電壓轉換器提供的輸出電壓高於一預設電壓，相位選擇電路接收邏輯高準位的電壓判斷訊號。接著相位選擇電路根據該些邏輯訊號以及電壓判斷訊號控制該些訊號產生器輸出該些相位選擇訊號至該些橋式電路，使得該些橋式電路進行換相。當電壓判斷訊號保持邏輯高準位經過預設時間，相位選擇電路控制該些訊號產生器輸出複數個邏輯高準位的相位選擇訊號至該些橋式電路，使得對應的橋式電路同時提供能量，以快速地提高該輸出電壓的電壓值。
綜上所述，本發明實施例所提供之相位控制器及使用其的多相電壓轉換器，可以根據多相電壓轉換器的負載變化控制橋式電路的工作週期。當多相電壓轉換器工作於重載狀態時，複數個橋式電路可以同時提供能量，以快速回應後端電路的需求。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
1‧‧‧多相電壓轉換器
10‧‧‧相位控制器
11‧‧‧中央控制器
12‧‧‧第一橋式電路
13‧‧‧第二橋式電路
101‧‧‧第一邏輯控制電路
102‧‧‧第二邏輯控制電路
103‧‧‧相位選擇電路
104‧‧‧第一訊號產生器
105‧‧‧第二訊號產生器
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
G1‧‧‧上橋開關
G2‧‧‧下橋開關
L‧‧‧電感
R‧‧‧電阻
C‧‧‧電容
IL‧‧‧電感電流
NOR1‧‧‧第一反或閘
NOR2‧‧‧第二反或閘
NOR3‧‧‧第三反或閘
NOR4‧‧‧第四反或閘
NAND1‧‧‧第一反及閘
NAND2‧‧‧第二反及閘
IVT1‧‧‧第一反相器
IVT2‧‧‧第二反相器
PORB‧‧‧重置訊號
CPOUT‧‧‧電壓判斷訊號
TON1‧‧‧第一相位選擇訊號
TON2‧‧‧第二相位選擇訊號
TON1DLY_PULSE‧‧‧第一延遲換相訊號
TON2DLY_PULSE‧‧‧第二延遲換相訊號
TON1_PULSE‧‧‧第一換相訊號
TON2_PULSE‧‧‧第二換相訊號
Q1‧‧‧第一邏輯訊號
Q2‧‧‧第二邏輯訊號
T1~T9‧‧‧時間點
圖1是本發明實施例提供之多相電壓轉換器的示意圖。
圖2是本發明實施例提供之橋式電路的示意圖。
圖3是本發明實施例提供之相位控制器的示意圖。
圖4是本發明實施例提供之多相電壓轉換器於單相供電時的運作波形圖。
圖5是本發明實施例提供之多相電壓轉換器於多相供電時的 運作波形圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或訊號等，但此等元件或訊號不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件，或者一訊號與另一訊號。另外，如本文中所使用，術語「或」視實際情況可能包括相關聯之列出項目中之任一者或者多者之所有組合。
請參閱圖1，圖1是本發明實施例提供之多相電壓轉換器的示意圖。多相電壓轉換器1包括相位控制器10、中央控制器11以及複數個橋式電路12、13。相位控制器10耦接於中央控制器11以及該些橋式電路12、13。中央控制器11耦接於該些橋式電路12、13的輸出端。附帶一提，於本實施例中，多相電壓轉換器1為雙相直流對直流電壓轉換器。多相電壓轉換器1包括兩個橋式電路，分別是第一橋式電路12以及第二橋式電路13。然而，本發明並不以此為限。於其他實施例中，多相電壓轉換器1亦可包括不同數量的橋式電路，以實現多相式的降壓轉換器、升壓轉換器或是升降壓轉換器。
相位控制器10受控於中央控制器11，用以根據中央控制器11提供的複數個換相訊號產生複數個相位選擇訊號TON1、TON2，以控制第一橋式電路12以及第二橋式電路13進行換相。 相位控制器10的詳細結構將於下方段落配合圖3進行進一步介紹。
第一橋式電路12與第二橋式電路13具有類似的結構。該些橋式電路包含適當的邏輯、電路或編碼，用以根據相位控制器10提供的相位選擇訊號TON1、TON2進行換相，並以交錯地提供輸出電壓Vout至後端電路(例如其他電子裝置)。該些橋式電路的詳細結構將於下方段落配合圖2進行進一步介紹。
中央控制器11包含適當的邏輯、電路或編碼，用以偵測該些橋式電路輸出的輸出電壓Vout，並根據輸出電壓Vout的電壓值變化提供該些相位訊號至相位控制器10，以驅動相位控制器10控制該些橋式電路進行換相。
請參閱圖2，圖2是本發明實施例提供之橋式電路的示意圖。附帶一提，圖2所示之橋式電路可以為第一橋式電路12，亦可為第二橋式電路13的示意圖。該些橋式電路各自包括上橋開關G1、下橋開關G2、電感L、電阻R以及電容C。於本實施例中，上橋開關G1為P型金氧半場效電晶體，而下橋開關G2為N型金氧半場效電晶體。然而，本發明並不以此為限。於其他實施例中，上橋開關G1與下橋開關G2亦可以係P型金氧半場效電晶體或N型金氧半場效電晶體的其他種組合。
上橋開關G1的源極接收輸入電壓Vin，而上橋開關G1的汲極耦接於電感L的第一端。下橋開關G2的汲極耦接於上橋開關G1的汲極，而下橋開關G2的源極接地。電感L的第二端耦接於電阻R的一端以及一輸出端。電阻R的另一端耦接於電容C的一端。電容C的另一端接地。
此外，該些橋式電路12,13還各自包括一驅動電路(圖2未繪示)。上橋開關G1與下橋開關G2之閘極耦接於驅動電路。驅動電路接收相位控制器10提供的該些相位選擇訊號TON1、TON2，並根據該些相位選擇訊號TON1、TON2產生脈波寬度調變訊號來導 通上橋開關G1與下橋開關G2。透過控制上橋開關G1與下橋開關G2的工作週期，輸入電壓Vin的電壓值可以被改變，以達到降壓或升壓的目的。
另一方面，電感L的第二端還耦接於中央控制器11。中央控制器11可以偵測流經電感L的電感電流IL，並根據電感電流IL的電流值大小計算出輸出電壓Vout的電壓值。接著，中央控制器11比較輸出電壓Vout與一預設電壓。當輸出電壓Vout大於預設電壓，中央控制器11判斷目前的橋式電路提供的輸出電壓Vout已經無法負荷後端電路的需求。接著，中央控制器11輸出邏輯高準位的一電壓判斷訊號CPOUT至相位控制器10，以驅動相位控制器10控制該些橋式電路12、13進行換相。反之，當輸出電壓Vout小於預設電壓，中央控制器11判斷目前並不需要執行換相，並輸出邏輯低準位的電壓判斷訊號CPOUT至相位控制器10。
請參閱圖3，圖3是本發明實施例提供之相位控制器的示意圖。相位控制器10包括複數個邏輯控制電路101、102、相位選擇電路103、複數個訊號產生器104、105。中央控制器11耦接於該些邏輯控制電路101、102、相位選擇電路103以及該些訊號產生器104、105。該些邏輯控制電路101、102分別耦接於相位選擇電路103。相位選擇電路103耦接於該些訊號產生器104、105。該些訊號產生器104、105分別耦接於該些橋式電路12、13。
需注意的是，由於本實施例係以雙相直流對直流電壓轉換器為例，故相位控制器10僅包括兩個邏輯控制電路(即第一邏輯控制電路101以及第二邏輯控制電路102)以及兩個訊號產生器(即第一訊號產生器104以及第二訊號產生器105)。所屬技術領域具有通常知識者應能知曉邏輯控制電路及訊號產生器的數量等於多相電壓轉換器1的相數，使得相位控制器10可根據不同的邏輯控制電路及訊號產生器控制對應的橋式電路。
第一邏輯控制電路101以及第二邏輯控制電路102包含適當 的邏輯、電路或編碼，用以分別接收中央控制器11提供的複數個換相訊號TON1_PULSE、TON2_PULSE，並根據該些換相訊號TON1_PULSE、TON2_PULSE分別輸出複數個邏輯訊號Q1、Q2至相位選擇電路103。
進一步說，第一邏輯控制電路101包括一第一反或閘NOR1以及一第二反或閘NOR2。第一反或閘NOR1之一第一輸入端接收中央控制器11提供的一第二延遲換相訊號TON2DLY_PULSE。第二反或閘NOR2之一第一輸入端耦接於第一反或閘NOR1之一輸出端。第二反或閘NOR2之一第二輸入端接收一第一換相訊號TON1_PULSE。第二反或閘NOR2之一輸出端耦接於第一反或閘NOR1之一第二輸入端以及相位選擇電路103。
第二邏輯控制電路102包括一第三反或閘NOR3以及一第四反或閘NOR4。第三反或閘NOR3之一第一輸入端接收一第一延遲換相訊號TON1DLY_PULSE。第四反或閘NOR4之一第一輸入端耦接於第三反或閘NOR3之一輸出端。第四反或閘NOR4之一第二輸入端接收一第二換相訊號TON2_PULSE。第四反或閘NOR4之一輸出端耦接於第三反或閘NOR3之一第二輸入端以及相位選擇電路103。
中央控制器11輸出的第一換相訊號TON1_PULSE是用以控制第一邏輯控制電路101進行換相，而第二延遲換相訊號TON2DLY_PULSE是用以告知第一邏輯控制電路101準備進行換相。另外，中央控制器11輸出的第二換相訊號TON2_PULSE是用以控制第二邏輯控制電路102進行換相，而第一延遲換相訊號TON1DLY_PULSE是用以告知第二邏輯控制電路102準備進行換相。至於中央控制器11利用第一換相訊號TON1_PULSE、第二換相訊號TON2_PULSE、第一延遲換相訊號TON1DLY_PULSE以及第二延遲換相訊號TON2DLY_PULSE進行換相的過程相於下方段落配合圖4、5進行說明。
此外，第一反或閘NOR1之一第三輸入端以及第四反或閘NOR4之一第三輸入端分別接收中央控制器11提供的一重置訊號PORB，以重置第一反或閘NOR1以及第四反或閘NOR4內部的參數或電壓。中央控制器11於多相電壓轉換器1每一次開機時輸出重置訊號PORB至第一反或閘NOR1以及第四反或閘NOR4，再輸出第一換相訊號TON1_PULSE至第一邏輯控制電路101，使得多相電壓轉換器1每一次開機都從第一邏輯控制電路101開始運作。
相位選擇電路103包含適當的邏輯、電路或編碼，用以接收該些邏輯訊號Q1、Q2以及中央控制器11提供的電壓判斷訊號CPOUT，並根據該些邏輯訊號Q1、Q2以及電壓判斷訊號CPOUT分別輸出第一控制訊號及第二控制訊號至第一訊號產生器104以及第二訊號產生器105。第一訊號產生器104以及第二訊號產生器105再根據電壓判斷訊號CPOUT、第一控制訊號及第二控制訊號分別輸出第一相位選擇訊號TON1以及第二相位選擇訊號TON2，以控制該些橋式電路執行換手。
進一步說，相位選擇電路103包括一第一反及閘NAND1、一第一反相器IVT1、一第二反及閘NAND2以及一第二反相器IVT2。第一反及閘NAND1之一第一輸入端耦接於第一邏輯控制電路101，且第一反及閘NAND1之一第二輸入端接收電壓判斷訊號CPOUT。第一反相器IVT1之一輸入端耦接於第一反及閘NAND1之一輸出端，且第一反相器IVT1之一輸出端耦接於第一訊號產生器104。第二反及閘NAND2之一第一輸入端接收電壓判斷訊號CPOUT，且第二反及閘NAND2之一第二輸入端耦接於第二邏輯控制電路102。第二反相器IVT2之一輸入端耦接於第二反及閘NAND之一輸出端，且第二反相器IVT2之一輸出端耦接於第二訊號產生器105。
第一反及閘NAND1以及第二反及閘NAND2分別接收第一邏 輯控制電路101以及第二邏輯控制電路102提供的第一邏輯訊號Q1以及第二邏輯訊號Q2，並分別根據該些邏輯訊號Q1、Q2以及電壓判斷訊號CPOUT輸出訊號至該些反相器IVT1、IVT2。
第一訊號產生器104的輸出端耦接於其中一橋式電路(例如第一橋式電路12)。第一訊號產生器104用以接收第一反相器IVT1輸出的第一控制訊號以及中央控制器11提供的電壓判斷訊號CPOUT，並輸出固定工作週期的第一相位選擇訊號TON1至第一橋式電路12，以驅動第一橋式電路12。
第二訊號產生器105的輸出端耦接於另一個橋式電路(例如第二橋式電路13)。第二訊號產生器105用以接收第二反相器IVT2輸出的第二控制訊號以及中央控制器11提供的電壓判斷訊號CPOUT，並輸出固定工作週期的第二相位選擇訊號TON2至第二橋式電路13，以驅動第二橋式電路13。
以下將配合波形圖介紹相位控制器10以及中央控制器11控制多相電壓轉換器1進行換相的過程。請參閱圖4，圖4是本發明實施例提供之多相電壓轉換器於單相供電時的運作波形圖。於時間點T1，多相電壓轉換器1啟動。中央控制器11輸出重置訊號PORB至第一邏輯控制電路101以及第二邏輯控制電路102，使得第一邏輯控制電路101以及第二邏輯控制電路102被重置並依序開始運作。
接著，中央控制器11輸出邏輯高準位的電壓判斷訊號CPOUT至相位控制器10，以控制第一橋式電路12開始供電。另一方面，中央控制器11輸出邏輯高準位的第一換相訊號TON1_PULSE至第一邏輯控制電路101。第一邏輯控制電路101之第二反或閘NOR2接收邏輯高準位的第一換相訊號TON1_PULSE，並使得第二反或閘NOR2輸出的第一邏輯訊號Q1由邏輯高準位轉變為邏輯低準位。值得一提的是，由於訊號的傳遞延遲，第二反或閘NOR2接收邏輯高準位的第一換相訊號TON1_PULSE後，並不會馬上輸 出邏輯低準位的第一邏輯訊號Q1，而是經過一小段延遲時間後才輸出邏輯低準位的第一邏輯訊號Q1。
由於第一邏輯訊號Q1不會立刻由邏輯高準位轉變為邏輯低準位，相位選擇電路103之第一反及閘NAND1會接收到邏輯高準位的電壓判斷訊號CPOUT以及邏輯高準位的第一邏輯訊號Q1，並輸出邏輯低準位的訊號至第一反相器IVT1。第一反相器IVT1將此訊號反相後輸出邏輯高準位的第一控制訊號至第一訊號產生器104。第一訊號產生器104根據邏輯高準位的第一控制訊號以及邏輯高準位的電壓判斷訊號CPOUT輸出邏輯高準位的第一相位選擇訊號TON1至第一橋式電路12。第一橋式電路12根據邏輯高準位的第一相位選擇訊號TON1開始提供輸出電壓Vout。
需注意的是，第一相位選擇訊號TON1保持邏輯高準位的時間係一段預設好的固定長度。而第一相位選擇訊號TON1的工作週期相關於輸出電壓Vout的電壓值大小。本發明實施例並不限定第一相位選擇訊號TON1之工作週期的實際數值。所屬技術領域具有通常知識者可依實際情況與需求自行設計第一相位選擇訊號TON1的工作週期。
此外，由於第一相位選擇訊號TON1的工作週期係預設好的固定長度，第一邏輯訊號Q1轉變為邏輯低準位並不會影響第一相位選擇訊號TON1的工作週期。
於時間點T2，後端電路所需的能量下降，使得第一橋式電路12提供的輸出電壓Vout小於預設電壓。中央控制器11輸出邏輯低準位的電壓判斷訊號CPOUT至相位控制器10。另一方面，中央控制器11輸出邏輯高準位的第一延遲換相訊號TON1DLY_PULSE至第二邏輯控制電路102，使得第二邏輯控制電路102準備換相。第二邏輯控制電路102之第三反或閘NOR3輸出邏輯低準位的訊號至第四反或閘NOR4，使得第四反或閘NOR4輸出邏輯高準位的第二邏輯訊號Q2。
相位選擇電路103之第二反及閘NAND2接收邏輯低準位的電壓判斷訊號CPOUT以及邏輯高準位的第二邏輯訊號Q2，並輸出邏輯高準位的訊號至第二反相器IVT2。第二反相器IVT2輸出邏輯低準位的第二控制訊號至第二訊號產生器105。此時，電壓判斷訊號CPOUT及第二控制訊號均為邏輯低準位，故第二訊號產生器105並不會輸出邏輯高準位的第二相位選擇訊號TON2，而是輸出邏輯低準位的第二相位選擇訊號TON2至第二橋式電路13。
於時間點T3，由於後端電路需要的能量提高，多相電壓轉換器1輸出之輸出電壓Vout的電壓值下降。中央控制器11再次輸出邏輯高準位的電壓判斷訊號CPOUT至相位控制器10，以控制第一橋式電路12以及第二橋式電路13進行換相。
另一方面，中央控制器11輸出邏輯高準位的第二換相訊號TON2_PULSE至第二邏輯控制電路102。第二邏輯控制電路102之第四反或閘NOR4接收邏輯高準位的第二換相訊號TON2_PULSE，並使得第四反或閘NOR4輸出的第二邏輯訊號Q2由邏輯高準位轉變為邏輯低準位。同樣地，由於訊號的傳遞延遲，第二邏輯訊號Q2會經過一小段延遲時間後才由邏輯高準位轉變為邏輯低準位。
相位選擇電路103之第二反及閘NAND2接收邏輯高準位的電壓判斷訊號CPOUT以及邏輯高準位的第二邏輯訊號Q2，並輸出邏輯低準位的訊號至第二反相器IVT2。第二反相器IVT2將此訊號反相後輸出邏輯高準位的第二控制訊號至第二訊號產生器105。第二訊號產生器105根據邏輯高準位的第二控制訊號以及邏輯高準位的電壓判斷訊號CPOUT輸出邏輯高準位的第二相位選擇訊號TON2至第二橋式電路13。第二橋式電路13根據邏輯高準位的第二相位選擇訊號TON2開始提供輸出電壓Vout。值得一提的是，此時相位選擇電路103輸出邏輯低準位的第一相位選擇訊號TON1至第一橋式電路12，故第一橋式電路12並不會提供能量至 後端電路。附帶一提，類似於第一相位選擇訊號TON1，第二相位選擇訊號TON2同樣為固定工作週期。
於時間點T4，後端電路所需的能量下降，使得第二橋式電路13提供的輸出電壓Vout小於預設電壓。同樣地，中央控制器11輸出邏輯低準位的電壓判斷訊號CPOUT至相位控制器10。另一方面，中央控制器11輸出邏輯高準位的第二延遲換相訊號TON2DLY_PULSE至第一邏輯控制電路101，使得第一邏輯控制電路101準備換相。第一邏輯控制電路101之第一反或閘NOR1輸出邏輯低準位的訊號至第二反或閘NOR2，使得第二反或閘NOR2輸出邏輯高準位的第一邏輯訊號Q1。
相位選擇電路103之第一反及閘NAND1接收邏輯低準位的電壓判斷訊號CPOUT以及邏輯高準位的第一邏輯訊號Q1，並輸出邏輯高準位的訊號至第一反相器IVT1。第一反相器IVT1輸出邏輯低準位的第一控制訊號至第一訊號產生器104。此時，電壓判斷訊號CPOUT及第一控制訊號均為邏輯低準位，第一訊號產生器104並不會輸出邏輯高準位的第一相位選擇訊號TON1，而是輸出邏輯低準位的第一相位選擇訊號TON1至第一橋式電路12。
以此類推，時間點T5至T6的訊號變化類似於時間點T1至T2，當電壓判斷訊號CPOUT轉變為邏輯高準位，且輪到第一邏輯控制電路101所對應的第一橋式電路12提供輸出電壓Vout時，中央控制器11控制該些橋式電路12、13進行換相，使得第一橋式電路12代替第二橋式電路13開始提供輸出電壓Vout至後端電路。
時間點T7至T8的訊號變化類似於時間點T3至T4，當電壓判斷訊號CPOUT轉變為邏輯高準位，且輪到第二邏輯控制電路102所對應的第二橋式電路13提供輸出電壓Vout時，中央控制器11控制該些橋式電路12、13進行換相，使得第二橋式電路13代替第一橋式電路12開始提供輸出電壓Vout至後端電路。於上述實施例中，中央控制器11在多相電壓轉換器1工作於輕載狀態時， 控制該些橋式電路提供輸出電壓Vout。中央控制器11根據輸出給後端電路的輸出電壓Vout大小調整第一邏輯訊號Q1以及第二邏輯訊號Q2的工作週期。第一邏輯訊號Q1以及第二邏輯訊號Q2直接影響第一相位選擇訊號TON1以及第二相位選擇訊號TON2。換句話說，中央控制器11可透過調整第一邏輯訊號Q1以及第二邏輯訊號Q2的工作週期來控制第一橋式電路12以及第二橋式電路13的換相頻率。若後端電路所需的能量越高，第一橋式電路12以及第二橋式電路13之間換相越頻繁，使得輸出電壓Vout的電壓值增加。
請參閱圖5，圖5是本發明實施例提供之多相電壓轉換器於多相供電時的運作波形圖。於時間點T1，多相電壓轉換器1啟動。中央控制器11輸出重置訊號PORB至第一邏輯控制電路101以及第二邏輯控制電路102，使得第一邏輯控制電路101以及第二邏輯控制電路102被重置並依序開始運作。
接著，中央控制器11輸出邏輯高準位的電壓判斷訊號CPOUT至相位控制器10，以控制第一橋式電路12開始供電。另一方面，中央控制器11輸出邏輯高準位的第一換相訊號TON1_PULSE至第一邏輯控制電路101，使得第一邏輯控制電路101之第二反或閘NOR2輸出的第一邏輯訊號Q1由邏輯高準位轉變為邏輯低準位。類似於前述實施例，第一邏輯訊號Q1會經過一小段延遲時間後才由邏輯高準位轉變為邏輯低準位。
相位選擇電路103之第一反及閘NAND1接收邏輯高準位的電壓判斷訊號CPOUT以及邏輯高準位的第一邏輯訊號Q1，並輸出邏輯低準位的訊號至第一反相器IVT1。第一反相器IVT1輸出邏輯高準位的第一控制訊號至第一訊號產生器104。第一訊號產生器104根據邏輯高準位的第一控制訊號以及邏輯高準位的電壓判斷訊號CPOUT輸出邏輯高準位的第一相位選擇訊號TON1至第一橋式電路12。第一橋式電路12根據邏輯高準位的第一相位選擇訊號 TON1開始提供輸出電壓Vout。
於時間點T2，與前述實施例不同的是，在第一橋式電路12開始供電經過一預設時間(如時間點T1與時間點T2的時間差)後，後端電路所需的能量並未下降，使得第一橋式電路12提供的輸出電壓Vout保持大於預設電壓。換句話說，電壓判斷訊號CPOUT保持邏輯高準位超過預設時間。此時，中央控制器11判斷單以第一橋式電路12無法滿足後端電路的需求。接著，中央控制器11輸出邏輯高準位的第一延遲換相訊號TON1DLY_PULSE至第二邏輯控制電路102。同時，中央控制器11輸出邏輯高準位的第二換相訊號TON2_PULSE至第二邏輯控制電路102，使得第二邏輯控制電路102之第四反或閘NOR4輸出邏輯高準位的第二邏輯訊號Q2。同樣地，第二邏輯訊號Q2會經過一小段延遲時間後才由邏輯低準位轉變為邏輯高準位。
相位選擇電路103之第二反及閘NAND2接收邏輯高準位的電壓判斷訊號CPOUT以及邏輯高準位的第二邏輯訊號Q2，並輸出邏輯低準位的訊號至第二反相器IVT2。第二反相器IVT2輸出邏輯高準位的第二控制訊號至第二訊號產生器105。第二訊號產生器105根據邏輯高準位的第二控制訊號以及邏輯高準位的電壓判斷訊號CPOUT輸出邏輯高準位的第二相位選擇訊號TON2至第二橋式電路13，使得第二橋式電路13開始供電。簡而言之，此時相位選擇電路103根據邏輯高準位的第一邏輯訊號Q1以及第二邏輯訊號Q2驅動第一橋式電路12與第二橋式電路13同時供電，以快速地提高輸出電壓Vout的電壓值。
於時間點T3，第一相位選擇訊號TON1的工作週期結束。然而，電壓判斷訊號CPOUT仍保持在邏輯高準位，使得中央控制器11輸出邏輯高準位的第二延遲換相訊號TON2DLY_PULSE至第一邏輯控制電路101，以控制第一邏輯控制電路101準備再次供電。
另外，在第二橋式電路13開始供電經過一段固定時間後，中 央控制器11控制第二相位選擇訊號TON2轉變為邏輯低準位，以暫時減少第二橋式電路13輸出的能量。
於時間點T4，若電壓判斷訊號CPOUT仍保持邏輯高準位，中央控制器11輸出邏輯高準位的第一換相訊號TON1_PULSE至第一邏輯控制電路101，使得第二反或閘NOR2輸出的第一邏輯訊號Q1由邏輯高準位轉變為邏輯低準位。同樣地，第一邏輯訊號Q1會經過一小段延遲時間後才由邏輯高準位轉變為邏輯低準位。
接著，第一反及閘NAND1根據邏輯高準位的電壓判斷訊號CPOUT以及邏輯高準位的第一邏輯訊號Q1輸出邏輯低準位的訊號，進而使得第一訊號產生器104輸出邏輯高準位的第一相位選擇訊號TON1至第一橋式電路12。最後，第一橋式電路12開始提供輸出電壓Vout。
於時間點T5，由於電壓判斷訊號CPOUT保持邏輯高準位超過預設時間(如時間點T4與時間點T5的時間差)，中央控制器11輸出邏輯高準位的第一延遲換相訊號TON1DLY_PULSE至第二邏輯控制電路102。同時，中央控制器11輸出邏輯高準位的第二換相訊號TON2_PULSE至第二邏輯控制電路102，使得第四反或閘NOR4輸出邏輯高準位的第二邏輯訊號Q2。
第二反及閘NAND2根據邏輯高準位的電壓判斷訊號CPOUT以及邏輯高準位的第二邏輯訊號Q2輸出邏輯低準位的訊號至第二反相器IVT2，進而使得第二訊號產生器105輸出邏輯高準位的第二相位選擇訊號TON2至第二橋式電路13。最後，第二橋式電路13開始運作，以協助第一橋式電路12供電給後端電路。
於時間點T6，第一相位選擇訊號TON1的工作週期結束。電壓判斷訊號CPOUT仍保持在邏輯高準位。接著，中央控制器11輸出邏輯高準位的第二延遲換相訊號TON2DLY_PULSE至第一邏輯控制電路101，使得第一邏輯控制電路101準備進行供電。
以此類推，時間點T7至T9的訊號傳遞類似於時間點T1至 T3或時間點T4至T6，中央控制器11在多相電壓轉換器1工作於重載狀態時，控制該些橋式電路的工作週期重疊，使得第一橋式電路12與第二橋式電路13同時提供能量至後端電路。此時，輸出電壓Vout的電壓值等於第一橋式電路12與第二橋式電路13提供之能量的總和。
綜上所述，本發明實施例所提供之相位控制器及使用其的多相電壓轉換器，可以根據多相電壓轉換器的負載變化控制橋式電路的工作週期。當多相電壓轉換器工作於重載狀態時，複數個橋式電路可以同時提供能量，以快速回應後端電路的需求。
以雙相直流對直流電壓轉換器來說，傳統的雙相直流對直流電壓轉換器無法達到複數個橋式電路同時供電。因此，該些橋式電路的工作週期最多僅能到50%。然而，本發明實施例所提供之相位控制器及使用其的多相電壓轉換器透過相位控制器之電路設計以及中央控制器提供的訊號，可以令該些橋式電路的工作週期超過50%，以達到同時供電的目的。
以上所述，僅為本發明最佳之具體實施例，惟本發明之特徵並不侷限於此，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾，皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
10‧‧‧相位控制器
101‧‧‧第一邏輯控制電路
102‧‧‧第二邏輯控制電路
103‧‧‧相位選擇電路
104‧‧‧第一訊號產生器
105‧‧‧第二訊號產生器
NOR1‧‧‧第一反或閘
NOR2‧‧‧第二反或閘
NOR3‧‧‧第三反或閘
NOR4‧‧‧第四反或閘
NAND1‧‧‧第一反及閘
NAND2‧‧‧第二反及閘
IVT1‧‧‧第一反相器
IVT2‧‧‧第二反相器
PORB‧‧‧重置訊號
CPOUT‧‧‧電壓判斷訊號
TON1‧‧‧第一相位選擇訊號
TON2‧‧‧第二相位選擇訊號
TON1DLY_PULSE‧‧‧第一延遲換相訊號
TON2DLY_PULSE‧‧‧第二延遲換相訊號
TON1_PULSE‧‧‧第一換相訊號
TON2_PULSE‧‧‧第二換相訊號
Q1‧‧‧第一邏輯訊號
Q2‧‧‧第二邏輯訊號

Claims (20)

  1. 一種相位控制器，適用於一多相電壓轉換器，包括：複數個邏輯控制電路，用以分別接收複數個換相訊號，並根據該些換相訊號分別輸出複數個邏輯訊號；複數個訊號產生器，用以提供複數個相位選擇訊號至複數個橋式電路，以驅動該些橋式電路；以及一相位選擇電路，耦接於該些邏輯控制電路及該些訊號產生器，用以接收該些邏輯訊號以及一電壓判斷訊號，並根據該些邏輯訊號以及該電壓判斷訊號控制該些訊號產生器；其中，當該多相電壓轉換器提供的一輸出電壓高於一預設電壓，該相位選擇電路接收邏輯高準位的該電壓判斷訊號，接著該相位選擇電路根據該些邏輯訊號以及該電壓判斷訊號控制該些訊號產生器輸出該些相位選擇訊號至該些橋式電路，使得該些橋式電路進行換相；其中，若該電壓判斷訊號保持邏輯高準位經過一預設時間，該相位選擇電路控制該些訊號產生器輸出複數個邏輯高準位的相位選擇訊號至該些橋式電路，使得對應的橋式電路同時提供能量，以快速地提高該輸出電壓的電壓值。
  2. 如請求項第1項所述之相位控制器，其中該多相電壓轉換器係一雙相直流對直流電壓轉換器，且該些邏輯控制電路包括一第一邏輯控制電路以及一第二邏輯控制電路。
  3. 如請求項第2項所述之相位控制器，其中該第一邏輯控制電路包括：一第一反或閘，該第一反或閘之一第一輸入端接收一第二延遲換相訊號；以及一第二反或閘，該第二反或閘之一第一輸入端耦接於該第一反或閘之一輸出端，該第二反或閘之一第二輸入端接收一第一換相訊號，該第二反或閘之一輸出端耦接於該第一反或 閘之一第二輸入端以及該相位選擇電路。
  4. 如請求項第3項所述之相位控制器，其中當該電壓判斷訊號轉變為邏輯高準位，且輪到該第一邏輯控制電路所對應的一第一橋式電路提供該輸出電壓時，該第一反或閘接收邏輯低準位的該第二延遲換相訊號，且該第二反或閘接收邏輯高準位的第一換相訊號，接著該第二反或閘輸出一第一邏輯訊號至該相位選擇電路，使得該相位選擇電路根據邏輯高準位的該電壓判斷訊號以及該第一邏輯訊號控制該些訊號產生器之一第一訊號產生器輸出邏輯高準位的一第一相位選擇訊號至該第一橋式電路，以進行換相。
  5. 如請求項第3項所述之相位控制器，其中該第一反或閘之一第三輸入端接收一重置訊號，以重置該第一反或閘內部的參數或電壓。
  6. 如請求項第2項所述之相位控制器，其中該第二邏輯控制電路包括：一第三反或閘，該第三反或閘之一第一輸入端接收一第一延遲換相訊號；以及一第四反或閘，該第四反或閘之一第一輸入端耦接於該第三反或閘之一輸出端，該第四反或閘之一第二輸入端接收一第二換相訊號，該第四反或閘之一輸出端耦接於該第三反或閘之一第二輸入端以及該相位選擇電路。
  7. 如請求項第6項所述之相位控制器，其中當該電壓判斷訊號轉變為邏輯高準位，且輪到該第二邏輯控制電路所對應的一第二橋式電路提供該輸出電壓時，該第三反或閘接收邏輯低準位的第一延遲換相訊號，且該第四反或閘接收邏輯高準位的該第二換相訊號，接著該第四反或閘輸出一第二邏輯訊號至該相位選擇電路，使得該相位選擇電路根據邏輯高準位的該電壓判斷訊號以及該第二邏輯訊號控制該些訊號產生器之一第二訊號產 生器輸出邏輯高準位的一第二相位選擇訊號至該第二橋式電路，以進行換相。
  8. 如請求項第6項所述之相位控制器，其中若該電壓判斷訊號保持邏輯高準位超過該預設時間，該第四反或閘接收邏輯高準位的該第二換相訊號，使得該第四反或閘輸出邏輯高準位的一第二邏輯訊號，進而使得該相位選擇電路根據邏輯高準位的該電壓判斷訊號以及邏輯高準位的該第二邏輯訊號控制該些橋式電路同時提供能量。
  9. 如請求項第6項所述之相位控制器，其中該第四反或閘之一第三輸入端接收一重置訊號，以重置該第四反或閘內部的參數或電壓。
  10. 如請求項第2項所述之相位控制器，其中該相位選擇電路包括：一第一反及閘，該第一反及閘之一第一輸入端耦接於該第一邏輯控制電路，且該第一反及閘之一第二輸入端接收該電壓判斷訊號；一第一反相器，該第一反相器之一輸入端耦接於該第一反及閘之一輸出端，且該第一反相器之一輸出端耦接於其中一訊號產生器；一第二反及閘，該第二反及閘之一第一輸入端接收該電壓判斷訊號，且該第二反及閘之一第二輸入端耦接於該第二邏輯控制電路；以及一第二反相器，該第二反相器之一輸入端耦接於該第二反及閘之一輸出端，且該第二反相器之一輸出端耦接於另外一訊號產生器；其中該第一反及閘以及該第二反及閘分別接收該第一邏輯控制電路以及該第二邏輯控制電路提供的該些邏輯訊號，並分別根據該些邏輯訊號及該電壓判斷訊號控制該些訊號產生器。
  11. 一種多相電壓轉換器，包括：複數個橋式電路；一中央控制器，耦接於該些橋式電路的輸出端，用以根據該些橋式電路提供的一輸出電壓產生一電壓判斷訊號，並根據該電壓判斷訊號產生複數個相位訊號；以及一相位控制器，耦接於該些橋式電路及該中央控制器，包括：複數個邏輯控制電路，用以分別接收該些換相訊號，並根據該些換相訊號分別輸出複數個邏輯訊號；複數個訊號產生器，用以提供複數個相位選擇訊號至複數個橋式電路，以驅動該些橋式電路；以及一相位選擇電路，耦接於該些邏輯控制電路及該些訊號產生器，用以接收該些邏輯訊號以及該電壓判斷訊號，並根據該些邏輯訊號以及該電壓判斷訊號控制該些訊號產生器；其中，當該多相電壓轉換器提供的輸出電壓高於一預設電壓，該相位選擇電路接收邏輯高準位的該電壓判斷訊號，接著該相位選擇電路根據該些邏輯訊號以及該電壓判斷訊號控制該些訊號產生器輸出該些相位選擇訊號至該些橋式電路，使得該些橋式電路進行換相；其中，若該電壓判斷訊號保持邏輯高準位經過一預設時間，該相位選擇電路控制該些訊號產生器輸出複數個邏輯高準位的相位選擇訊號至該些橋式電路，使得對應的橋式電路同時提供能量，以快速地提高該輸出電壓的電壓值。
  12. 如請求項第11項所述之多相電壓轉換器，其中該多相電壓轉換器係一雙相直流對直流電壓轉換器，且該些邏輯控制電路包括一第一邏輯控制電路以及一第二邏輯控制電路。
  13. 如請求項第12項所述之多相電壓轉換器，其中該第一邏輯控制電路包括： 一第一反或閘，該第一反或閘之一第一輸入端接收該中央控制器提供的一第二延遲換相訊號；以及一第二反或閘，該第二反或閘之一第一輸入端耦接於該第一反或閘之一輸出端，該第二反或閘之一第二輸入端接收該中央控制器提供的一第一換相訊號，該第二反或閘之一輸出端耦接於該第一反或閘之一第二輸入端以及該相位選擇電路。
  14. 如請求項第13項所述之多相電壓轉換器，其中當該電壓判斷訊號轉變為邏輯高準位，且輪到該第一邏輯控制電路所對應的一第一橋式電路提供該輸出電壓時，該第一反或閘接收邏輯低準位的第二延遲換相訊號，且該第二反或閘接收邏輯高準位的該第一換相訊號，接著該第二反或閘輸出邏輯低準位的一第一邏輯訊號至該相位選擇電路，使得該相位選擇電路根據邏輯高準位的該電壓判斷訊號以及該第一邏輯訊號控制該些訊號產生器之一第一訊號產生器輸出邏輯高準位的一第一相位選擇訊號至該第一橋式電路，以進行換相。
  15. 如請求項第13項所述之多相電壓轉換器，其中該第一反或閘之一第三輸入端接收該中央控制器提供的一重置訊號，以重置該第一反或閘內部的參數或電壓。
  16. 如請求項第12項所述之多相電壓轉換器，其中該第二邏輯控制電路包括：一第三反或閘，該第三反或閘之一第一輸入端接收該中央控制器提供的一第一延遲換相訊號；以及一第四反或閘，該第四反或閘之一第一輸入端耦接於該第三反或閘之一輸出端，該第四反或閘之一第二輸入端接收該中央控制器提供的一第二換相訊號，該第四反或閘之一輸出端耦接於該第三反或閘之一第二輸入端以及該相位選擇電路。
  17. 如請求項第16項所述之多相電壓轉換器，其中當該電壓判斷訊號轉變為邏輯高準位，且輪到該第二邏輯控制電路所對應的一第二橋式電路提供該輸出電壓時，該第三反或閘接收邏輯低準位的第一延遲換相訊號，且該第四反或閘接收邏輯高準位的該第二換相訊號，接著該第四反或閘輸出一第二邏輯訊號至該相位選擇電路，使得該相位選擇電路根據邏輯高準位的該電壓判斷訊號以及該第二邏輯訊號控制該些訊號產生器之一第二訊號產生器輸出邏輯高準位的一第二相位選擇訊號至該第二橋式電路，以進行換相。
  18. 如請求項第16項所述之多相電壓轉換器，其中若該電壓判斷訊號保持邏輯高準位超過該預設時間，該第四反或閘接收邏輯高準位的該第二換相訊號，使得該第四反或閘輸出邏輯高準位的一第二邏輯訊號，進而使得該相位選擇電路根據邏輯高準位的該電壓判斷訊號以及邏輯高準位的該第二邏輯訊號控制該些橋式電路同時提供能量。
  19. 如請求項第16項所述之多相電壓轉換器，其中該第四反或閘之一第三輸入端接收該中央控制器提供的一重置訊號，以重置該第四反或閘內部的參數或電壓。
  20. 如請求項第12項所述之多相電壓轉換器，其中該相位選擇電路包括：一第一反及閘，該第一反及閘之一第一輸入端耦接於該第一邏輯控制電路，且該第一反及閘之一第二輸入端接收該電壓判斷訊號；一第一反相器，該第一反相器之一輸入端耦接於該第一反及閘之一輸出端，且該第一反相器之一輸出端耦接於其中一訊號產生器；一第二反及閘，該第二反及閘之一第一輸入端接收該電壓判斷訊號，且該第二反及閘之一第二輸入端耦接於該第二邏輯 控制電路；以及一第二反相器，該第二反相器之一輸入端耦接於該第二反及閘之一輸出端，且該第二反相器之一輸出端耦接於另外一訊號產生器；其中該第一反及閘以及該第二反及閘分別接收該第一邏輯控制電路以及該第二邏輯控制電路提供的該些邏輯訊號，並分別根據該些邏輯訊號及該電壓判斷訊號控制該些訊號產生器。
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