TWI689164B - 多相變換器及其控制電路和控制方法 - Google Patents

多相變換器及其控制電路和控制方法 Download PDF

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Abstract

公開了多相變換器及其控制電路和控制方法。多相變換器包括並聯連接在輸入電壓和負載之間的多個開關電路,控制電路根據負載電流的大小控制進入功率運行的開關電路的個數,並根據輸出電壓、參考信號和非線性控制信號產生設定信號以控制進入功率運行的開關電路依次導通,其中當進入功率運行的開關電路的個數減少時,非線性控制信號從初始值增加至預設幅值,而後以預設斜率下降至初始值,以及當進入功率運行的開關電路的個數增加或不變時,非線性控制信號保持初始值。非線性控制信號的引入可以大幅減少因進入功率運行的開關電路的個數減少所引起的輸出電壓的下沖。

Description

多相變換器及其控制電路和控制方法
本發明的實施例涉及一種電子電路,更具體地說,尤其涉及一種多相變換器、及其控制電路和控制方法。
多相變換器包括多個並聯耦接的開關電路,可以滿足較大的輸出電流的需求。在多相變換器中,為了優化效率,通常需要根據多相變換器的負載電流的大小調整進入功率運行的開關電路的個數。當負載電流較小時,多相變換器中僅部分開關電路進入功率運行。然而,當進入功率運行的開關電路的個數減少時,由於控制環路的延遲,多相變換器的輸出電壓將會出現較大幅度的下沖(undershoot)。
為解決上述技術問題,本發明提供一種多相變換器及其控制電路和控制方法。 根據本發明的實施例,提出了一種多相變換器,接收輸入電壓,並為負載提供輸出電壓和負載電流,所述多相變換器包括:並聯連接在輸入電壓和負載之間的多個開關電路,所述多相變換器根據負載電流的大小控制進入功率運行的開關電路的個數;以及控制電路,根據輸出電壓、參考信號以及非線性控制信號產生設定信號,以控制進入功率運行的開關電路依次導通,其中當進入功率運行的開關電路的個數減少時,非線性控制信號從初始值增加至預設幅值,而後以預設斜率下降至初始值,以及當進入功率運行的開關電路的個數增加或保持不變時,非線性控制信號保持初始值。 根據本發明的實施例,還提出了一種多相變換器的控制方法,其中該多相變換器包括並聯連接在輸入電壓和負載之間的多個開關電路,該控制方法包括:根據多相變換器的負載電流的大小控制進入功率運行的開關電路的個數;根據進入功率運行的開關電路的個數的變化提供非線性控制信號;以及根據多相變換器的輸出電壓、參考信號以及非線性控制信號產生設定信號以控制進入功率運行的開關電路依次導通,其中非線性控制信號具有一初始值;其中當進入功率運行的開關電路的個數減少時,非線性控制信號等於預設幅值,而後以預設斜率下降至等於初始值。 根據本發明的實施例,還提出了一種多相變換器的控制電路,其中該多相變換器包括多個並聯連接在輸入電壓和負載之間的開關電路,所述控制電路包括:負載電流比較單元,接收代表負載電流的負載電流採樣信號,將負載電流採樣信號分別與多個閾值電壓進行比較,產生多個電流比較信號以控制進入功率運行的開關電路的個數;非線性控制信號產生單元,提供非線性控制信號,其中當進入功率運行的開關電路的個數減少時,非線性控制信號從初始值增加至預設幅值,而後以預設斜率下降至初始值;比較單元,接收代表提供至負載的輸出電壓的回饋信號,並比較回饋信號和參考信號與非線性控制信號之和,產生設定信號以控制進入功率運行的開關電路依次導通;以及邏輯控制單元,耦接至負載電流比較單元、比較單元,並根據多個電流比較信號、以及設定信號,產生多個控制信號以分別控制多個開關電路。 根據本發明實施例提供的多相變換器及其控制電路和控制方法,引入了隨進入功率運行的開關電路的個數減少而變化的非線性控制信號,可以大幅減少進入功率運行的開關電路的個數減少時的輸出電壓的下沖。
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,在此提供的附圖都是為了說明的目的,並且附圖不一定是按比例繪製的。相同的附圖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。 圖1示出了根據本發明一實施例的多相變換器100的電路結構示意圖。在圖1所示的實施例中,多相變換器100接收輸入電壓Vin,並為負載提供輸出電壓Vo和負載電流Io,多相變換器100包括:並聯連接在輸入電壓Vin和負載之間的多個開關電路(10-1、10-2、……、10-n)、控制電路11、電壓回饋單元107、電流回饋單元108、以及耦接在多相變換器100的輸出端和參考地之間的輸出電容105。電壓回饋單元107耦接至負載,產生代表輸出電壓Vo的回饋信號Vfb。電流回饋單元108產生代表流過負載的電流Io的負載電流採樣信號Isen。控制電路11包括:導通時長產生單元101、負載電流比較單元102、比較單元103、邏輯控制單元104、以及非線性控制信號產生單元106。多相變換器100根據負載電流Io的大小控制進入功率運行的開關電路的個數。控制電路11根據輸出電壓Vo、參考信號Vref、以及非線性控制信號Vnl產生設定信號Set,以控制進入功率運行的開關電路依次導通。在一個實施例中,當進入功率運行的開關電路的個數減少時,非線性控制信號Vnl從初始值增加至預設幅值,而後以預設斜率下降至初始值;當進入功率運行的開關電路的個數增加或保持不變時,非線性控制信號Vnl保持初始值。在一個實施例中,非線性控制信號Vnl的初始值為零。在一個實施例中,預設幅值和/或預設斜率可以預先調節。 導通時長產生單元101產生導通時長閾值TON,以控制各開關電路在功率運行時內部相應電晶體的導通時長。導通時長閾值TON可被設置為恆定值,或與輸入電壓Vin和/或輸出電壓Vout有關的可變值。 負載電流比較單元102耦接至電流回饋單元108,接收負載電流採樣信號Isen,負載電流比較單元102根據負載電流採樣信號Isen控制進入功率運行的開關電路的個數。在一個實施例中,負載電流比較單元102將負載電流採樣信號Isen分別與多個閾值電壓(例如閾值電壓Vth_1、Vth_2、……、Vth_n-1)進行比較,產生電流比較信號(Ph1、Ph2、……、Phn-1),以控制進入功率運行的開關電路的個數。 比較單元103,接收代表了輸出電壓的回饋信號Vfb、參考信號Vref、以及非線性控制信號Vnl,並通過比較回饋信號Vfb和參考信號Vref與非線性控制信號Vnl之和(Vfb+Vref),提供設定信號Set。其中當參考信號Vref與非線性控制信號Vnl之和(Vfb+Vref)大於回饋信號Vfb時,設定信號Set控制進入功率運行的當前開關電路導通。 邏輯控制單元104耦接至導通時長產生單元101、負載電流比較單元102、以及比較單元103,並基於設定信號Set、導通時長閾值TON、以及電流比較信號Ph1~Phn-1,產生控制信號(PWM1、PWM2、……、PWMn)以分別控制各開關電路(10-1、10-2、……、10-n)。 在一個實施例中,邏輯控制單元104根據電流比較信號Ph1~Phn-1決定進入功率運行的開關電路的數量,使多個開關電路可以根據負載電流Io的大小全部進入功率運行或僅部分進入功率運行。一般而言,在控制信號PWM1~PWMn的控制下,進入功率運行的多個開關電路會錯相導通。圖2和圖3示出了根據本發明實施例的多相變換器100在分別在不同功率運行相數(4相、2相)下相應的控制信號(PWM1~PWM4、PWM1~PWM2)的波形圖。未進入功率運行的開關電路維持關閉或高阻狀態。如圖2~3所示,設定信號Set的脈衝會被依次提供至進入功率運行的開關電路,用以導通其中對應的電晶體,該電晶體會在其導通時長達到導通時長閾值TON後關斷。 邏輯控制單元104進一步根據電流比較信號Ph1~Phn-1產生功率運行指示信號Cdrop,以指示進入功率運行的開關電路個數的變化。 非線性控制信號產生單元106,耦接至邏輯控制單元104以接收功率運行指示信號Cdrop,並提供非線性控制信號Vnl。當功率運行指示信號Cdrop指示進入功率運行的開關電路的個數減少時,非線性控制信號Vnl從初始值增加至預設幅值,而後以預設斜率下降至初始值;當功率運行指示信號Cdrop指示進入功率運行的電路個數不變或增加時時,非線性控制信號Vnl保持初始值。 圖4示出了根據本發明一實施例的比較單元103的電路結構圖。在圖4所示的實施例中,比較單元103包括運算電路21、以及比較器22。運算電路21接收參考信號Vref、非線性控制信號Vnl,並根據參考信號Vref與非線性控制信號Vnl之和(Vref+Vnl)產生運算信號Vref2。比較器22具有接收運算信號Vref2的同相輸入端、接收回饋信號Vfb的反相輸入端、以及輸出端。比較器22的輸出端根據回饋信號與參考信號Vref和非線性控制信號Vnl之和(Vref+Vnl)相比較的比較結果,提供設定信號Set。 圖5示出了根據本發明一實施例的產生非線性控制信號Vnl的示意圖。如圖5所示,功率運行指示信號Cdrop以脈衝信號指示進入功率運行的開關電路的個數減少,例如從6相運行減少為5相運行、從5相運行減少為3相運行等等。如圖5所示。非線性控制信號Vnl的初始值為零,當功率運行指示信號Cdrop指示進入功率運行的開關電路的個數減少時,非線性控制信號Vnl從初始值增加至幅值Vpk,而後以斜率Vslew下降至等於初始值。當進入功率運行的開關電路的個數增加或保持不變時,例如從3相運行增加至4相運行等,功率運行指示信號Cdrop保持不變,非線性控制信號Vnl保持初始值。 圖6示出了根據本發明一實施例的非線性控制信號產生單元106的電路結構示意圖。在圖6所示的實施例中,非線性控制信號產生單元106包括數位控制單元41、以及數模轉換單元42。數位控制單元41提供數位控制信號Dnl,數位控制信號Dnl具有數位初始值D0。其中當進入功率運行的開關電路的個數減少時,數位控制信號Dnl等於數位值Dpk,而後數位控制單元41通過多個步驟減小數位控制信號Dnl,直至數位控制信號Dnl等於數位初始值D0。數模轉換單元42通過數模轉換,將數位控制信號Dnl轉換為非線性控制信號Vnl。 圖7示出了根據本發明一實施例的產生數位控制信號Dnl的示意圖。如圖7所示,數位控制信號Dnl具有數位初始值D0,多相變換器100進入功率運行的開關電路個數減少時,功率運行指示信號Cdrop輸出一個脈衝信號,數位控制信號Dnl等於數位值Dpk,而後通過多個步驟減小數位控制信號Dnl,直至數位控制信號Dnl等於數位初始值D0。通過多個步驟減小數位控制信號Dnl包括:每過一預設時間長度T1,數位控制信號Dnl減小一個預設步長Step1,也就是Dnl=Dnl-Step1。其中,預設時間長度T1或預設步長Step1可調,或預設時間長度T1及預設步長Step1均可調。數位控制信號Dnl的下降斜率由預設時間長度T1和預設步長Step1共同決定。 圖8示出了根據本發明一實施例的三相變換器100A的電路結構示意圖。在圖8所示的實施例中,開關電路10A-1~10A-3均採用同步降壓拓撲。本領域技術人員可知,雖然圖8所示的實施例中開關電路採用了同步降壓拓撲,但這並不用於限制本發明,其它合適的拓撲結構也同樣適用。導通時長產生單元101、負載電流比較單元102A、比較單元103、邏輯控制單元104A、以及非線性控制信號產生單元106集成於控制電路11A中。導通時長產生單元101、比較單元103、及非線性控制信號產生單元106如前所述,為簡明起見此處不再詳述。 如圖8所示,負載電流比較單元102A包括比較器81~ 83。比較器81~83分別將負載電流採樣信號Isen與閾值電壓Vth_1、Vth_2進行比較,以決定三相變換器100A進入功率運行的開關電路的個數,也就是進入功率運行的相數。在一個實施例中,閾值電壓Vth_1大於閾值電壓Vth_2 (Vth_1>Vth_2)。當負載電流採樣信號Isen大於閾值電壓Vth_1時(Isen>Vth_1>Vth_2),電流比較信號Ph1=1,Ph2= 1,控制三相變換器100A進入功率運行的相數為3相,也就是控制開關電路10A-1、10A-2、10A-3均進入功率運行。當負載電流採樣信號Isen小於閾值電壓Vth_1且大於閾值電壓Vth_2時(Vth_1>Isen>Vth_2),電流比較信號Ph1=0,Ph2=1,控制三相變換器100A進入功率運行的相數為2相,例如控制開關電路10A-1、10A-2進入功率運行,開關電路10A-3不進入功率運行,其電晶體保持高阻狀態。當負載電流採樣信號Isen小於閾值電壓Vth_2時(Vth_1> Vth_2>Isen),電流比較信號Ph1=0,Ph2=0,控制三相變換器100A進入功率運行的相數為1相,例如控制開關電路10A-1進入功率運行,開關電路10A-2、10A-3不進入功率運行,其電晶體保持高阻狀態。本領域技術人員可知,多相變換器100的負載電流比較單元102的結構和工作原理可以參照負載電流比較單元102A,由三相變換器拓展到大於三相的多相變換器。 圖9示出了根據本發明一實施例的圖8所示邏輯控制單元104A的電路結構圖。本領域技術人員可知,多相變換器100的邏輯控制單元104的結構和工作原理可以參照邏輯控制單元104A,由三相變換器拓展到大於三相的多相變換器。圖9所示的實施例中,邏輯控制單元104A包括分頻單元161、多個子控制單元162_1~162_3、以及減相判斷單元163。 分頻單元161接收設定信號SET、以及電流比較信號Ph1、Ph2,並根據電流比較信號Ph1、Ph2,將設定信號SET的脈衝分配至設定信號SET1~SET3。在一個實施例中,當電流比較信號Ph1、Ph2指示需要控制三相變換器100A進入功率運行的相數為3相時,分頻單元162將設定信號SET的脈衝依次分配至設定信號SET1~SET3,以控制開關電路10A-1~10A-3依次導通;當電流比較信號Ph1、Ph2指示需要控制三相變換器100A進入功率運行的相數為2相時,分頻單元162將設定信號SET的脈衝依次分配至設定信號SET1、SET2,以控制開關電路10A-1、10A-2依次導通;當電流比較信號Ph1、Ph2指示需要控制三相變換器100A進入功率運行的相數為1相時,分頻單元162將設定信號SET的脈衝分配至設定信號SET1,以控制開關電路10A-1的導通。 多個子控制單元162_1~162_3均具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端,其中第一輸入端均耦接至分頻單元161並分別接收設定信號SET1~SET3,第二輸入端耦接至導通時長產生單元101以接收導通時長閾值TON,輸出端耦接至對應的開關電路以提供控制信號。在一個實施例中,子控制單元162_1~162_3包括SR觸發電路。以子控制單元162_1為例,其SR觸發電路的設定端S接收設定信號SET1,重定端R接收導通時長閾值TON,輸出端Q提供控制信號PWM1。 減相判斷單元163根據電流比較信號Ph1、Ph2產生功率運行指示信號Cdrop。例如,電流比較信號Ph1、Ph2指示需要控制三相變換器100A進入功率運行的相數減少時,在功率運行指示信號Cdrop上輸出一個脈衝信號。在圖9所示的實施例中,減相判斷單元163包括延遲單元91~92,比較單元93~94,以及或閘95。延遲單元91接收電流比較信號Ph1,並將電流比較信號Ph1延遲一定時長後輸出延遲信號Dl1。比較單元93將電流比較信號Ph1和延遲信號Dl1相比較,輸出比較信號Cm1。延遲單元92接收電流比較信號Ph2,並將電流比較信號Ph2延遲一定時長後輸出延遲信號Dl2。比較單元94將電流比較信號Ph2和延遲信號Dl2相比較,輸出比較信號Cm2。或閘95接收比較信號Cm1、Cm2,並對比較信號Cm1、Cm2做或運算,將或運算的結果經過脈衝發生電路96,得到功率運行指示信號Cdrop。 圖10示出了根據本發明一實施例的多相變換器100的控制方法流程圖800,包括步驟S81~S84。 在步驟S81,根據多相變換器100的負載電流Io的大小控制進入功率運行的開關電路的個數。 在步驟S82,根據進入功率運行的開關電路的個數的變化提供非線性控制信號Vnl。 在步驟S83,根據多相變換器100的輸出電壓Vo、參考信號Vref、以及非線性控制信號Vnl產生設定信號Set以控制進入功率運行的開關電路依次導通。 在步驟S84,根據導通時長閾值TON控制當前導通的開關電路的導通時長。 圖11A~11B示出了根據本發明實施例的多相變換器100的波形圖。以多相變換器100中的多個開關電路10-1、10-2、……、10-n從三相運行減少為兩相運行為例,其中PWM1為第一相開關電路10-1的控制信號,PWM2為第二相開關電路10-2的控制信號,PWM3為第三相開關電路10-3的控制信號,圖11A示出了未引入非線性控制信號Vnl時的多相變換器100的輸出電壓Vo,圖11B示出了引入非線性控制信號Vnl後的多相變換器100的輸出電壓Vo。對比圖11A和圖11B可見,多相變換器100中的多個開關電路10-1、10-2、……、10-n從三相運行減少為兩相運行時,在引入非線性控制信號Vnl的情況下,輸出電壓Vo的下沖幅度大幅減小。 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 10A-1~10A-3:開關電路 11:控制電路 11A:控制電路 21:運算電路 22:比較器 41:數位控制單元 42:數模轉換單元 81~83:比較器 91~92:延遲單元 93~94:比較單元 95:或閘 96:脈衝發生電路 100:多相變換器 100A:三相變換器 101:導通時長產生單元 102:負載電流比較單元 103:比較單元 104:邏輯控制單元 104A:邏輯控制單元 105:輸出電容 106:非線性控制信號產生單元 107:電壓回饋單元 108:電流回饋單元 161:分頻單元 162:分頻單元 162_1~162_3:子控制單元 163:減相判斷單元
為了更好的理解本發明,將根據以下附圖對本發明進行詳細描述: 圖1示出了根據本發明一實施例的多相變換器100的電路結構示意圖; 圖2和3示出根據本發明實施例的多相變換器100在不同功率運行相數下相應的控制信號的波形圖; 圖4示出了根據本發明一實施例的比較單元103的電路結構圖; 圖5示出了根據本發明一實施例的產生非線性控制信號Vnl的示意圖; 圖6示出了根據本發明一實施例的非線性控制信號產生單元106的電路結構示意圖; 圖7示出了根據本發明一實施例的產生數位控制信號Dnl的示意圖; 圖8示出了根據本發明一實施例的三相變換器100A的電路結構示意圖; 圖9示出了根據本發明一實施例的圖8所示邏輯控制單元104A的電路結構圖; 圖10示出了根據本發明一實施例的多相變換器100的控制方法流程圖800;以及 圖11A~11B示出了根據本發明實施例的多相變換器100的波形圖。
10-1、10-2、…、10-n:開關電路 11:控制電路 100:多相變換器 101:導通時長產生單元 102:負載電流比較單元 103:比較單元 104:邏輯控制單元 105:輸出電容 106:非線性控制信號產生單元 107:電壓回饋單元 108:電流回饋單元

Claims (14)

  1. 一種多相變換器,接收輸入電壓,並為負載提供輸出電壓和負載電流,所述多相變換器包括: 並聯連接在輸入電壓和負載之間的多個開關電路,所述多相變換器根據負載電流的大小控制進入功率運行的開關電路的個數;以及 控制電路,根據輸出電壓、參考信號以及非線性控制信號產生設定信號,以控制進入功率運行的開關電路依次導通,其中當進入功率運行的開關電路的個數減少時,非線性控制信號從初始值增加至預設幅值,而後以預設斜率下降至初始值,以及當進入功率運行的開關電路的個數增加或保持不變時,非線性控制信號保持初始值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的多相變換器,其中控制電路還包括: 數位控制單元,提供數位控制信號,所述數位控制信號的初始值等於第一數位值,其中當進入功率運行的開關電路的個數減少時,數位控制信號等於第二數位值,而後數位控制單元通過多個步驟減小數位控制信號,直至數位控制信號等於初始值;以及 數模轉換單元,通過數模轉換將數位控制信號轉換為非線性控制信號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的多相變換器,其中控制電路還包括: 比較單元,接收代表了輸出電壓的回饋信號、參考信號、以及非線性控制信號,並通過將回饋信號和參考信號與非線性控制信號之和相比較,提供設定信號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的多相變換器,其中當參考信號與非線性控制信號之和大於代表了輸出電壓的回饋信號時,設定信號控制進入功率運行的當前開關電路導通。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的多相變換器,其中所述初始值等於零。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的多相變換器,其中所述預設幅值和所述預設斜率可調節。
  7. 一種多相變換器的控制方法,其中該多相變換器包括並聯連接在輸入電壓和負載之間的多個開關電路,該控制方法包括: 根據多相變換器的負載電流的大小控制進入功率運行的開關電路的個數; 根據進入功率運行的開關電路的個數的變化提供非線性控制信號;以及 根據多相變換器的輸出電壓、參考信號以及非線性控制信號產生設定信號以控制進入功率運行的開關電路依次導通,其中非線性控制信號具有一初始值;其中 當進入功率運行的開關電路的個數減少時,非線性控制信號等於預設幅值,而後以預設斜率下降至等於初始值。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的控制方法,其中當進入功率運行的開關電路的個數增加或保持不變時,非線性控制信號保持初始值。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的控制方法,其中根據進入功率運行的開關電路的個數的變化提供非線性控制信號進一步包括: 提供數位控制信號,所述數位控制信號的初始值等於第一數位值,其中當進入功率運行的開關電路的個數減少時,數位控制信號等於第二數位值,而後通過多個步驟減小數位控制信號,直至數位控制信號等於初始值;以及 通過數模轉換,將數位控制信號轉換為非線性控制信號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的控制方法,其中通過多個步驟減小數位控制信號包括: 每過一預設時間長度,數位控制信號減小一個預設步長;其中 所述預設時間長度和所述預設步長至少一個可調。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的控制方法,其中當參考信號與非線性控制信號之和大於代表了輸出電壓的回饋信號時,設定信號控制進入功率運行的當前開關電路導通。
  12. 一種多相變換器的控制電路,其中該多相變換器包括多個並聯連接在輸入電壓和負載之間的開關電路,所述控制電路包括: 負載電流比較單元,接收代表負載電流的負載電流採樣信號,將負載電流採樣信號分別與多個閾值電壓進行比較,產生多個電流比較信號以控制進入功率運行的開關電路的個數; 非線性控制信號產生單元,提供非線性控制信號,其中當進入功率運行的開關電路的個數減少時,非線性控制信號從初始值增加至預設幅值,而後以預設斜率下降至初始值; 比較單元,接收代表提供至負載的輸出電壓的回饋信號,並比較回饋信號和參考信號與非線性控制信號之和,產生設定信號以控制進入功率運行的開關電路依次導通;以及 邏輯控制單元,耦接至負載電流比較單元、比較單元,並根據多個電流比較信號、以及設定信號,產生多個控制信號以分別控制多個開關電路。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的控制電路,其中非線性控制信號產生單元進一步包括: 數位控制單元,提供數位控制信號,所述數位控制信號的初始值等於第一數位值,其中當進入功率運行的開關電路的個數減少時,數位控制信號等於第二數位值,而後數位控制單元通過多個步驟減小數位控制信號,直至數位控制信號等於初始值;以及 數模轉換單元,通過數模轉換將數位控制信號轉換為非線性控制信號。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的控制電路,其中當進入功率運行的開關電路的個數增加或保持不變時,非線性控制信號保持初始值。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI716068B (zh) * 2019-08-14 2021-01-11 群光電能科技股份有限公司 電源裝置及其控制方法
CN111313664B (zh) * 2020-03-16 2022-02-18 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控制电路和减相控制方法
CN111313665B (zh) * 2020-03-16 2021-10-15 成都芯源系统有限公司 多相开关变换器及其控制电路和故障保护方法
US11876445B2 (en) * 2020-10-05 2024-01-16 Infineon Technologies Austria Ag Trans-inductance multi-phase power converters and control
CN112671236B (zh) 2020-12-31 2023-05-05 Tcl华星光电技术有限公司 电压变换电路以及显示装置
CN112865499B (zh) * 2021-01-29 2022-05-17 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
CN112865498B (zh) * 2021-01-29 2022-05-17 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
CN115250055A (zh) * 2022-05-09 2022-10-28 杰华特微电子股份有限公司 多相电源的控制电路、控制方法及多相电源

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW550444B (en) * 2001-02-08 2003-09-01 Linear Techn Inc Multiple phase switching regulators with stage shedding
TW200845549A (en) * 2007-05-04 2008-11-16 Intersil Inc Pulse adding scheme for smooth phase dropping at light load conditions for multiphase voltage regulators
CN102594143A (zh) * 2011-01-17 2012-07-18 立锜科技股份有限公司 多相切换式电源供应器及其驱动电路与控制方法
CN203387392U (zh) * 2012-08-17 2014-01-08 半导体元件工业有限责任公司 多相电源控制器
CN104181967A (zh) * 2013-03-15 2014-12-03 英特尔公司 调压器的非线性控制

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1394909B1 (it) * 2009-06-10 2012-07-20 St Microelectronics Srl Metodo di commutazione di un convertitore pwm multi-fase
US8981743B2 (en) * 2011-09-05 2015-03-17 Stmicroelectronics S.R.L. Constant-on-time multi-phase switching voltage regulator and related method of generating a regulated voltage
CN102611306B (zh) * 2012-03-27 2015-12-16 成都芯源系统有限公司 开关变换器及其控制电路和控制方法
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
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
CN102769386B (zh) * 2012-07-27 2014-08-13 成都芯源系统有限公司 开关变换器及其控制电路和控制方法
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
CN104506022B (zh) * 2014-12-15 2017-02-22 成都芯源系统有限公司 一种多路输出的开关变换器及其控制电路和控制方法
CN104660019B (zh) * 2015-01-16 2017-12-05 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种多相并联变换器及其控制方法
JP6459901B2 (ja) * 2015-10-28 2019-01-30 株式会社オートネットワーク技術研究所 多相コンバータ
US9857854B2 (en) * 2016-02-29 2018-01-02 Dell Products Lp Voltage regulator and method of controlling a voltage regulator comprising a variable inductor
US10044273B2 (en) * 2016-12-21 2018-08-07 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Multi-phase switching converter
US10250122B2 (en) * 2017-01-05 2019-04-02 Semiconductor Components Industries, Llc Multi-phase control for pulse width modulation power converters
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW550444B (en) * 2001-02-08 2003-09-01 Linear Techn Inc Multiple phase switching regulators with stage shedding
TW200845549A (en) * 2007-05-04 2008-11-16 Intersil Inc Pulse adding scheme for smooth phase dropping at light load conditions for multiphase voltage regulators
CN102594143A (zh) * 2011-01-17 2012-07-18 立锜科技股份有限公司 多相切换式电源供应器及其驱动电路与控制方法
CN203387392U (zh) * 2012-08-17 2014-01-08 半导体元件工业有限责任公司 多相电源控制器
CN104181967A (zh) * 2013-03-15 2014-12-03 英特尔公司 调压器的非线性控制

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