TWI796071B - 傳導電感式穩壓器及用於多相穩壓器的控制電路和控制方法 - Google Patents

傳導電感式穩壓器及用於多相穩壓器的控制電路和控制方法 Download PDF

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Abstract

公開了傳導電感式穩壓器。傳導電感式穩壓器包括多個變壓器、多個開關電路、非線性補償電感、以及控制電路。每個變壓器的第一繞組作為輸出電感，將相應的開關電路耦接至輸出電容。非線性補償電感與每個變壓器的第二繞組串聯連接，非線性補償電感的電感值隨著流過非線性補償電感的電流而變化。控制電路提供多個脈寬調變信號以分別控制多個開關電路，當流過負載的電流發生瞬態變化時，或當流過負載的電流在瞬態變化之後開始穩定時，控制電路控制多個開關電路的導通時長減小。

Description

傳導電感式穩壓器及用於多相穩壓器的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，尤其涉及一種穩壓器。
在功率轉換的應用中，多相穩壓器被廣泛應用於大功率以及大電流的場合，因為多相穩壓器能夠提供大電流輸出的同時，具有較小的電流漣波和優化的熱性能。 傳導電感式穩壓器(Trans-inductor Voltage Regulator, TLVR)是一種使用變壓器繞組作為輸出電感的穩壓器。在多相傳導電感式穩壓器電路中，變壓器的一個繞組作為其中一相的輸出電感，變壓器的其它繞組串聯耦接至參考地。由於這些串聯耦接的繞組，負載電流的變化對每一相電路都能產生影響，從而多相傳導電感式穩壓器電路與傳統的穩壓器相比，可以實現更快的瞬態回應。 然而，多相傳導電感式穩壓器仍然需要平衡負載處於瞬態和穩態下的性能。
為解決上述技術問題，本發明提供一種傳導電感式穩壓器及用於多相穩壓器的控制電路和控制方法。 根據本發明的實施例，提出了一種傳導電感式穩壓器，接收輸入電壓，並在輸出電容兩端提供輸出電壓，所述傳導電感式穩壓器包括：多個變壓器，每個變壓器包括第一繞組和第二繞組，所述多個變壓器的第二繞組串聯耦接；多個並聯耦接在輸入電壓和輸出電壓之間的開關電路，每個開關電路通過相應的變壓器的第一繞組耦接至傳導電感式穩壓器的輸出電容；非線性補償電感，與所述多個變壓器的第二繞組串聯耦接，非線性補償電感的電感值隨著流過非線性補償電感的電流而變化；以及控制電路，提供多個脈寬調變信號以分別控制所述多個開關電路，當流過負載的電流發生瞬態變化時，或當流過負載的電流在瞬態變化之後開始穩定時，控制電路控制所述多個開關電路的導通時長減小，直至預設時長之後，控制電路控制所述多個開關電路的導通時長恢復至預設值。 根據本發明的實施例，提出了一種用於多相穩壓器的控制電路，所述多相穩壓器包括多個開關電路，每個開關電路通過各自的輸出電感耦接至所述多相穩壓器的輸出電容，所述控制電路包括：比較電路，根據多相穩壓器的輸出電壓的回饋信號和參考信號相比較，提供比較信號；導通時長調節電路，提供導通時長閾值以控制每個開關電路的導通時長；以及多個脈寬調變控制器，根據所述比較信號和所述導通時長閾值提供多個脈寬調變信號以分別控制所述多個開關電路，當流過負載的電流發生瞬態變化時，或當流過負載的電流在瞬態變化之後開始穩定時，所述多個脈寬調變控制器分別控制所述多個開關電路的導通時長減小。 根據本發明的實施例，提出了一種用於多相穩壓器的控制方法，所述多相穩壓器包括多個開關電路，每個開關電路通過各自的輸出電感耦接至所述多相穩壓器的輸出電容，所述控制方法包括：根據多相穩壓器輸出電壓的回饋信號和參考信號的比較結果，控制多個開關電路依次導通；根據導通時長閾值控制每個開關電路的導通時長；以及當流過負載的電流發生瞬態變化時，或當流過負載的電流在瞬態變化之後開始穩定時，控制每個開關電路的導通時長減小。
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。 圖1示出了根據本發明一實施例的傳導電感式穩壓器(TLVR)100的電路示意圖。在圖1所示的實施例中，傳導電感式穩壓器100以四相電路為例進行說明。本領域技術人員可以理解，在其它實施例中，傳導電感式穩壓器100也可以包括比圖1所示的實施例更多相或更少相。如圖1所示，傳導電感式穩壓器100被配置為接收輸入電壓Vin並向負載提供輸出電壓Vo，負載例如包括中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)和其他專用積體電路(ASIC)。 在圖1所示的實施例中，傳導電感式穩壓器100 包括多個開關電路40(例如40-1、40-2、40-3、以及40-4)，每個開關電路用於形成一相。開關電路40-1、40-2、40-3、以及40-4並連耦接在輸入電壓Vin和輸出電壓Vo之間，並分別用於第一相、第二相、第三相和第四相。每個開關電路40例如都可以是降壓調節器，包括上側開關電晶體M1、下側開關電晶體M2、以及輸出電感。在圖1所示的實施例中，每個開關電路40對應於一個變壓器T，其初級繞組用作相應的開關電路40的輸出電感。上側開關電晶體M1的第一端耦接至輸入電壓Vin。下側開關電晶體M2的第一端耦接至上側開關電晶體M1的第二端形成開關節點，開關電晶體M2的第二端耦接至參考地。每個開關電路40中的上側開關電晶體M1和下側開關電晶體M2由相應的脈寬調變(PWM)信號驅動。由多個脈寬調變信號(PWM1~PWM4)分別控制多個開關電路40交錯導通，從而對輸出電容C1交錯充電，形成輸出電壓Vo。以開關電路40-1為例，變壓器T-1具有初級繞組，其初級繞組的第一端耦接至上側開關電晶體M1和下側開關電晶體M2的開關節點，其初級繞組的第二端耦接至輸出電壓Vo。變壓器T-1的次級繞組和變壓器T-2~T-4的次級繞組串聯耦接。補償電感Lc和變壓器T-1~T-4的次級繞組串聯耦接。補償電感迴路(也就是串聯耦接的補償電感Lc以及變壓器T-1~T-4的次級繞組)耦接至參考地。每個變壓器T的初級繞組和次級繞組之間的匝比例如可以但不限於1:1。 在一個實施例中，補償電感Lc為非線性電感，補償電感Lc的電感值在傳導電感式穩壓器100的工作區間內並不是恆定的。補償電感Lc的電感值根據負載的狀況而變化。更具體的，當流過補償電感Lc的電流較小時，補償電感Lc的電感值較大，以及當流過補償電感Lc的電流較大時，補償電感Lc的電感值較小。在負載電流處於穩定狀態時(也就是當負載抽取的電流在穩定水準上不變時)，流過補償電感Lc的電流一般較小。在負載電流處於瞬態變化時，流過補償電感Lc的電流較大。負載電流瞬態變化例如包括：負載需要的電流突然增加。當負載電流處於穩態時，流過補償電感Lc的電流較小，通過增大補償電感Lc的電感值，輸出電壓Vo上的漣波減小。當流過補償電感Lc的電流較大時，通過減小補償電感Lc的電感值，傳導電感式穩壓器100可以實現對負載瞬態變化更快速的回應。 在圖1所示的實施例中，為描述方便，傳導電感式穩壓器100中的變壓器包括一個初級繞組和一個次級繞組。本領域技術人員可以理解，傳導電感式穩壓器100也可以包括具有不同繞組個數的變壓器，例如變壓器包括多個初級繞組和多個次級繞組。 控制電路10提供多個脈寬調變信號PWM1~PWM4以分別控制多個開關電路40，即分別驅動多個開關電路40中的上側開關電晶體M1和下側開關電晶體M2。 在圖1所示的實施例中，傳導電感式穩壓器100包括電壓回饋電路20。電壓回饋電路20用於提供代表了輸出電壓Vo的回饋信號Vfb。 對於傳導電感式穩壓器100，非線性補償電感Lc的電感值在負載瞬態變化時變小，並且在負載瞬態變化之後逐漸恢復。在此恢復期間，由於非線性補償電感Lc的電感值較小，導致輸出電壓的漣波較大。在一個實施例中，控制電路10用於在預設時長內(如400微秒)，減小每個開關電路40的導通時長Toni(也就是上側開關電晶體M1的導通時長)，從而控制電路10可以有效地減小傳導電感式穩壓器100的輸出電壓漣波。 圖2示出了根據本發明一實施例的控制電路10的電路示意圖。在圖2所示的實施例中，控制電路10包括比較電路101、信號分配電路102、導通時長調節電路103、以及多個脈寬調變控制器104-1~104-4。 比較電路101接收回饋信號Vfb和參考信號Vref，並通過比較回饋信號Vfb和參考信號Vref來提供比較信號Vcp。在一個實施例中，可將補償信號Vslope添加到回饋信號Vfb或從參考信號Vref中減去以獲得更好的穩定性。 信號分配電路102接收比較信號Vcp，並將比較信號Vcp的脈衝依次分配至多個設定信號Set(即Set-1、Set-2、Set-3和Set-4)。根據設定信號Set，相應的開關電路40在脈寬調變控制器104的控制下導通，(例如，導通相應的開關電路40中的上側開關電晶體M1)。 導通時長調節電路103提供導通時長閾值TON以控制每個開關電路40的導通時長Toni。例如，當其中一個開關電路40的導通時長Toni達到導通時長閾值TON時，該開關電路40被相應的脈寬調變控制器104關斷。負載處於穩態時，導通閾值TON等於預設值Tdft。在一個實施例中，當負載發生瞬態變化時，在預設時長內，導通閾值TON小於預設值Tdft。在另一個實施例中，當負載發生瞬態變化之後開始穩定時(也就是剛剛從瞬態進入穩態時)，在預設時長內，導通閾值TON小於預設值Tdft。 脈寬調變控制器104-1、104-2、104-3、104-4分別接收相應的設定信號Set-1、Set-2、Set-3、Set-4、以及導通時長閾值TON，並分別提供相應的脈寬調變信號PWM1、PWM2、PWM3、PWM4以控制相應的開關電路40。例如，脈寬調變控制器104-1接收設定信號Set-1和導通時長閾值TON，並根據設定信號Set-1和導通時長閾值TON提供脈寬調變信號PWM1以驅動開關電路40-1的上側開關電晶體M1和下側開關電晶體M2(例如，當設定信號Set-1有效時，導通上側開關電晶體M1並關斷下側開關電晶體M2，當上側開關電晶體M1的導通時長Toni達到導通時長閾值TON時，關斷上側開關電晶體M1並導通下側開關電晶體M2)。 在一個示例中，控制電路10用於控制具有非線性補償電感Lc的傳導電感式穩壓器。然而本領域技術人員可以理解，控制電路10也可以用於控制具有線性補償電感或包括其他多相拓撲的傳導電感式穩壓器電路、或其它多相穩壓器。 圖3示出了根據本發明一實施例的傳導電感式穩壓器100在負載電流處於穩態時的時序圖。圖3的時序圖從上至下依次為脈寬調變信號PWM1(用於驅動開關電路40-1)、脈寬調變信號PWM2(用於驅動開關電路40-2)、脈寬調變信號PWM3(用於驅動開關電路40-3)、脈寬調變信號PWM4(用於驅動開關電路40-4)、補償電感Lc兩端的電壓VLc、流過補償電感Lc的電流iLc、電流iPhase_1(開關電路40-1的輸出電流)、電流iPhase_2(開關電路40-2的輸出電流)、電流iPhase_3(開關電路40-3的輸出電流)、電流iPhase_4(開關電路40-4的輸出電流)、以及電流iSum。其中電流iSum是電流iPhase_1、iPhase_2、iPhase_3、iPhase_4之和。 由於所有的相都是並聯連接的，因此每一相的高頻電流漣波都疊加並反映在輸出電壓Vo上。如圖3所示的實施例中，流過補償電感Lc的電流ILc回應於穩態負載，相對於負載瞬態變化時較小。較小的電流ILc使補償電感Lc的電感值較大，從而輸出電壓Vo的漣波較小。 圖4A-4C示出了根據本發明一實施例的傳導電感式穩壓器100在負載電流瞬態增大的時序圖。圖4A-4C的時序圖從上至下依次為：脈寬調變信號PWM1、脈寬調變信號PWM2、脈寬調變信號PWM3、脈寬調變信號PWM4、補償電感Lc兩端的電壓VLc、流過補償電感Lc的電流ILc、補償電感Lc的電感值以及疊加在負載電流ILoad上的電流ISum。在圖4A-4C的實施例中，負載電流瞬態增大例如包括：負載電流的突然增加。 如圖4A所示，在時間點371之前，負載電流ILoad處於穩態(參考351)。相應的，電流ILc較小(參考352)，這導致補償電感Lc的電感值較大(參考353)，從而漣波較小。在圖4A的示例中，每個開關電路40的導通時長Toni(即圖4A中每個脈寬調變信號PWM處於高位準的時長)等於預設值Tondft。在時間點371，負載電流ILoad迅速增大(參考354)。從而電流ILc增大(參考355)。當電流ILc增大到電流閾值時，補償電感Lc的電感值急劇減小(參考356)。補償電感Lc較小的電感值允許傳導電感式穩壓器100對負載的變化快速回應。在時間點372，負載電流ILoad開始穩定在較高的電流水準(參考357)，這導致電流ILc緩慢減小(參考358)，並且補償電感Lc的電感值隨著電流ILc的減小而增大(參考359)。補償電感Lc的電感值在負載電流ILoad瞬態增大之後需要時間恢復。在恢復期間(如從時間點372到時間點373)，電流Isum的漣波較大(參考360)，因此在恢復期間，輸出電壓Vo的漣波較大。 在圖4B所示實施例中，當負載電流ILoad在瞬態增大之後開始穩定時(也就是剛剛從瞬態進入穩態時)，每個開關電路40的導通時長Toni從預設值Tondft減小，直至預設時長Trcv之後，每個開關電路40的導通時長Toni恢復至預設值Tondft。例如，在時間點372，負載電流ILoad開始穩定在較高的電流位準(參考357)，由導通時長調節電路103提供的導通時長閾值TON減小，即在預設時長Trcv內(如從時間點372到時間點373)，每個開關電路40的導通時長Toni減小，電流Isum的漣波減小(參考361)，從而輸出電壓Vo上的漣波也減小。在時間點373處，電流ILc減小到低於電流閾值，補償電感Lc的電感值增大至穩態時的較大值，並且導通時長閾值TON恢復到預設值Tondft，即每個開關電路40的導通時長Toni恢復到預設值Tondft。 在圖4C所示的實施例中，當負載電流ILoad瞬態增大時(如在時間點371)，每個開關電路40的導通時長Toni就從預設值Tondft減小，直至預設時長Trcv之後，每個開關電路40的導通時長Toni恢復至預設值Tondft，以進一步加快瞬態回應速度，尤其對頻繁改變狀態的負載的回應。例如負載電流ILoad快速增大之後，又快速減小。 圖5A-5C示出了根據本發明一實施例的傳導電感式穩壓器100在負載電流瞬態減小時的時序圖。圖5A-5C的時序圖從上至下依次為：脈寬調變信號PWM1、脈寬調變信號PWM2、脈寬調變信號PWM3、脈寬調變信號PWM4、補償電感Lc兩端的電壓VLc、流過補償電感Lc的電流ILc、補償電感Lc的電感值以及疊加在負載電流ILoad上的電流ISum。在圖5A-5C的實施例中，負載電流瞬態減小例如包括：負載電流的突然減小。 在圖5A所示的實施例中，在時間點571之前，負載電流ILoad處於穩態(參考551)。相應的，電流ILc較小(參考552)，這導致補償電感Lc的電感值較大(參考553)，從而漣波較小。在圖5A所示的實施例中，每個開關電路40的導通時長Toni等於預設值Tondft。在時間點571，負載電流ILoad迅速減小(參考554)，電流ILc減小至負值，即反向增大(參考555)。當電流ILc降低至負電流閾值時，補償電感Lc的電感值急劇減小(參考556)。補償電感Lc較小的電感值允許傳導電感式穩壓器100對負載的變化快速回應。在時間點572，負載電流ILoad開始穩定在較低的電流水準(參考557)，這導致電流ILc增大，即反向減小(參考558)，且補償電感Lc的電感值增大(參考559)。補償電感Lc的電感值在負載電流Iload瞬態減小之後需要時間恢復。在恢復期間(例如，從時間點572到時間點573)，電流Isum的漣波較大(參考560)，因此在恢復期間，輸出電壓Vo的漣波較大。 在圖5B所示的實施例中，當負載電流ILoad在瞬態減小之後開始穩定時(也就是剛剛從瞬態進入穩態時)，每個開關電路40的導通時長 Toni從預設值Tondft減小，直至預設時長Trcv之後，每個開關電路40的導通時長Toni恢復至預設值Tondft。例如，在時間點572，負載電流ILoad開始穩定在較低的電流水準(參考557)，由導通時長調節電路103提供的導通時長閾值TON減小，即在預設時長Trcv內(例如從時間點572到時間點573)，每個開關電路40的導通時長Toni減小，電流Isum的漣波減小(參考561)，從而輸出電壓Vo上的漣波也減小。在時間點573處，電流ILc增加到負電流閾值以上，補償電感Lc的電感值增大至穩態時的較大值，並且導通時長閾值TON恢復到預設值Tondft，即每個開關電路40的導通時長Toni恢復到預設值Tondft。 在圖5C所示的實施例中，當負載電流ILoad瞬態減小時(如在時間點571)，每個開關電路40的導通時長Toni就從預設值Tondft減小，直至預設時長Trcv之後，每個開關電路40的導通時長Toni恢復至預設值Tondft，以進一步加快瞬態回應速度。 在圖4-圖5所示的實施例中，預設時長Trcv等於補償電感Lc的電感值的恢復時長。然而，本領域的技術人員應當理解，預設時長Trcv也可能長於補償電感Lc的電感值的恢復時長，或者短於補償電感Lc的電感值的恢復時長。 圖6示出了根據本發明一實施例的脈寬調變控制器104的電路示意圖。脈寬調變控制器104包括導通時長控制電路61和觸發電路62。導通時長控制電路61接收導通時長閾值TON和脈寬調變信號PWM，並根據導通時長閾值TON和脈寬調變信號PWM提供導通時長控制信號COTi。觸發電路62具有接收設定信號Set的設定端子S和接收導通時長控制信號COTi的重設端子R，以及提供脈寬調變信號PWM的輸出端子Q。在一個實施例中，脈寬調變信號PWM根據設定信號Set控制相應的開關電路40導通(即，相應的上側開關M1導通，下側開關電晶體M2關斷)，並根據導通時長控制信號COTi控制相應的開關電路40關斷。 圖7示出了根據本發明一實施例的導通時長調節電路103的電路示意圖。在圖7所示的實施例中，導通時長調節電路103包括計時器71、導通時長變化控制模組72和導通時長計算模組73。 計時器71接收代表了負載狀態的瞬態指示信號TRS，並根據瞬態指示信號TRS計時。在一個實施例中，當瞬態指示信號TRS指示負載瞬態變化剛剛完成時(即負載電流ILoad在急劇降低或增加後開始穩定時)，計時器71開始計時。在另一個實施例中，當瞬態指示信號TRS指示負載發生瞬態變化時，計時器71開始計時。計時器71根據預設時長Trcv和計時時長提供恢復控制信號RCV。導通時長變化控制模組72根據恢復控制信號RCV提供導通時長變化控制信號Vtrs。當恢復控制信號RCV指示計時器71開始計時的時候，導通時長變化控制信號Vtrs控制導通時長Toni減小，以及當恢復控制信號RCV指示計時器71的計時時長達到預設時長Trcv時，導通時長變化控制信號Vtrs控制導通時長Toni恢復預設值。導通時長計算模組73根據導通時長變化控制信號Vtrs和預設值Tdft提供導通時長閾值TON。預設值Tdft例如可以恆定值或是隨輸入電壓Vin和/或輸出電壓Vo而變化的可變值。在一個實施例中，導通時長閾值TON由以下公式(1)表示。 TON=Tdft -Vtrs (1) 在另一個實施例中，當導通時長變化控制信號Vtrs處於第一狀態(例如低於一電壓閾值)時，導通時長閾值TON等於預設值Tdft，以及當導通時長變化控制信號Vtrs處於第二狀態(例如高於電壓閾值)時，導通時長閾值TON等於預設值的一半(Tdft/2)。 圖8示出了根據本發明一實施例的導通時長調節電路103的時序圖。圖8的時序圖從上至下依次為：負載電流ILoad(參考821或822)、瞬態指示信號TRS、恢復控制信號RCV和導通時長變化控制信號Vtrs。 在時間點811之前，負載電流ILoad處於穩態(如821所示的100A 或如822所示的10A)，瞬態指示信號TRS和恢復控制信號RCV都保持在低位準，導通時長變化控制信號Vtrs等於零。在時間點811，負載發生瞬態變化(如824所示負載電流ILoad急劇增大，或如823所示負載電流ILoad急劇減小)，瞬態指示信號TRS變為高位準以指示負載發生瞬態變化。在時間點812，瞬態指示信號TRS轉變為低位準以指示負載瞬態變化結束，計時器71開始計時，恢復控制信號RCV變為高位準，導通時長變化控制信號Vtrs等於最大值Vmax。在時間點813，計時器71的計時時長等於預設時長Trcv，恢復控制信號RCV變為低位準，計時器71停止計時。在圖8所示的實施例中，在預設時長Trcv內，導通時長變化控制信號Vtrs可以從最大值Vmax減小到零(參考831和832)，或者可以從最大值Vmax減小到一個大於零的值(參考833)，或者可以保持最大值Vmax(參考834)。 圖9示出了根據本發明另一實施例的導通時長調節電路103的時序圖。圖9的時序圖從上至下依次為：負載電流ILoad(參考821或822)、瞬態指示信號TRS、恢復控制信號RCV和導通時長變化控制信號Vtrs。 在圖9所示的實施例中，在時間點811處，負載發生瞬態變化，計時器71開始計時，恢復控制信號RCV變為高位準，導通時長控制信號Vtrs等於最大值Vmax。在時間點813處，計時器71的計時時長等於預設時長Trcv，恢復控制信號RCV轉變為低位準，計時器71停止計時。在圖9所示的實施例中，在預設時長Trcv內，導通時長變化控制信號Vtrs可從最大值Vmax減小到零(參考831和832)，或從最大值Vmax減小到一個大於零的值(參考833)，或可保持最大值Vmax(參考834)。 圖10示出了根據本發明一實施例的多相穩壓器100A。在圖10所示的實施例中，多相穩壓器100A以四相電路為例進行說明。本領域技術人員可以理解，在其它實施例中，多相穩壓器100A也可以包括比圖10所示的實施例更多相或更少相。在圖10所示的實施例中，多相穩壓器100A包括多個開關電路41(即41-1、41-2、41-3和41-4)，每個開關電路用於一相。開關電路41-1、41-2、41-3和41-4並聯耦接在輸入電壓Vin和輸出電壓Vo之間，並分別用於第一相、第二相、第三相和第四相。每個開關電路41都可以是降壓調節器，包括上側開關電晶體M1、下側開關電晶體M2和輸出電感Lo。如圖10所示，控制電路10也可以用控制多相穩壓器，包括多相傳導電感式穩壓器。 圖11示出了根據本發明實施例的用於多相穩壓器(包括多相傳導電感式穩壓器)的控制方法1000，所述多相穩壓器包括多個開關電路，每個開關電路通過各自的輸出電感耦接至所述多相穩壓器的輸出電容。該控制方法1000包括步驟S11-S13。 在步驟S11，控制每個開關電路的導通時長都等於預設值。 在步驟S12，當流過負載的電流在瞬態變化之後開始穩定，則轉到步驟S13，否則返回到步驟S11。 在步驟S13，在預設時長內，控制每個開關電路的導通時長小於預設值。在一個實施例中，在預設時長之後，控制每個開關電路的導通時長恢復至等於預設值。 圖12示出了根據本發明實施例的用於多相穩壓器(包括多相傳導電感式穩壓器)的控制方法1100，所述多相穩壓器包括多個開關電路，每個開關電路通過各自的輸出電感耦接至所述多相穩壓器的輸出電容。該控制方法1100包括步驟S21-S23。 在步驟S21，控制每個開關電路的導通時長等於預設值。 在步驟S22，當流過負載的電流發生瞬態變化，則轉到步驟S23，否則返回到步驟S21。 在步驟S23，在預設時長內，控制每個開關電路的導通時長小於預設值。在一個實施例中，在預設時長之後，控制每個開關電路的導通時長恢復至等於預設值。 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:控制電路 20:電壓回饋電路 40,40-1,40-2,40-3:開關電路 41,41-1,41-2,41-3:開關電路 61:導通時長控制電路 62:觸發電路 71:計時器 72:導通時長變化控制模組 73:導通時長計算模組 100:傳導電感式穩壓器 100A:多相穩壓器 101:比較電路 102:信號分配電路 103:導通時長調節電路 104,104-1,104-2,104-3,104-4:脈寬調變控制器 351~359:參考 371,372,373:時間點 551~560:參考 571,572,573:時間點 811,812,813:時間點 821~824:參考 831~834:參考
為了更好的理解本發明，將根據以下圖式對本發明進行詳細描述。其中相同的元件具有相同的圖式標記。 [圖1]示出了根據本發明一實施例的傳導電感式穩壓器100的電路示意圖； [圖2]示出了根據本發明一實施例的控制電路10的電路示意圖； [圖3]示出了根據本發明一實施例的傳導電感式穩壓器100在負載電流處於穩定狀態時的時序圖； [圖4A-4C]示出了根據本發明一實施例的傳導電感式穩壓器100在負載電流瞬態增大時的時序圖； [圖5A-5C]示出了根據本發明一實施例的傳導電感式穩壓器100在負載電流瞬態減小時的時序圖； [圖6]示出了根據本發明一實施例的脈寬調變控制器104的電路示意圖； [圖7]示出了根據本發明一實施例的導通時長調節電路103的電路示意圖； [圖8]示出了根據本發明一實施例的導通時長調節電路103的時序圖； [圖9]示出了根據本發明另一實施例的導通時長調節電路103的時序圖； [圖10]示出了根據本發明一實施例的多相穩壓器100A； [圖11]示出了根據本發明實施例的用於多相穩壓器(包括TLVR)的控制方法1000； [圖12]示出了根據本發明實施例的用於多相穩壓器(包括TLVR)的控制方法1100。
10:控制電路
101:比較電路
102:信號分配電路
103:導通時長調節電路
104-1,104-2,104-3,104-4:脈寬調變控制器
PWM1,PWM2,PWM3,PWM4:脈寬調變信號
Set-1,Set-2,Set-3,Set-4:設定信號
TON:閾值
Vcp:比較信號
Vfb:回饋信號
Vref:參考信號

Claims (15)

  1. 一種傳導電感式穩壓器，接收輸入電壓，並在輸出電容兩端提供輸出電壓，所述傳導電感式穩壓器包括：多個變壓器，每個所述變壓器包括第一繞組和第二繞組，所述多個變壓器的所述第二繞組串聯耦接；多個並聯耦接在所述輸入電壓和所述輸出電壓之間的開關電路，每個所述開關電路通過相應的所述變壓器的所述第一繞組耦接至所述傳導電感式穩壓器的所述輸出電容；非線性補償電感，與所述多個變壓器的所述第二繞組串聯耦接，所述非線性補償電感的電感值隨著流過所述非線性補償電感的電流而變化；以及控制電路，提供多個脈寬調變信號以分別控制所述多個開關電路，當流過所述傳導電感式穩壓器的負載的電流發生瞬態變化時，或當流過所述傳導電感式穩壓器的負載的電流在瞬態變化之後開始穩定時，所述控制電路控制所述多個開關電路的導通時長減小，直至預設時長之後，所述控制電路控制所述多個開關電路的導通時長恢復至預設值。
  2. 如請求項1所述的傳導電感式穩壓器，其中每個所述開關電路包括：上側開關電晶體和下側開關電晶體，相應的所述變壓器的所述第一繞組的第一端耦接至所述上側開關電晶體和 所述下側開關電晶體之間的開關節點，相應的所述變壓器的所述第一繞組的第二端耦接至所述輸出電容。
  3. 如請求項1所述的傳導電感式穩壓器，其中所述控制電路接收回饋信號和參考信號，所述回饋信號代表了所述輸出電壓，所述控制電路根據所述回饋信號和所述參考信號的比較結果控制所述多個開關電路中的一個導通，並在其導通時長等於導通時長閾值時，將其關斷。
  4. 如請求項3所述的傳導電感式穩壓器，其中當所述傳導電感式穩壓器的負載發生瞬態變化時，或當所述傳導電感式穩壓器的負載瞬態變化之後開始穩定時，所述導通時長閾值減小，直至所述預設時長後，所述導通時長閾值恢復至所述預設值。
  5. 如請求項1所述的傳導電感式穩壓器，其中所述控制電路進一步包括：比較電路，接收回饋信號和參考信號，所述回饋信號代表了所述輸出電壓，所述比較電路根據所述回饋信號和所述參考信號的比較結果提供比較信號；信號分配電路，耦接至所述比較電路以接收所述比較信號，所述信號分配電路將所述比較信號依次分配至多個設定信號；導通時長調節電路，提供導通時長閾值以控制每個所述開關電路的導通時長；以及多個脈寬調變控制器，每個所述脈寬調變控制器接收相應的所述設定信號和所述導通時長閾值，並根據相應的 所述設定信號和所述導通時長閾值來提供相應的所述脈寬調變信號。
  6. 如請求項5所述的傳導電感式穩壓器，其中每個所述脈寬調變控制器進一步包括：導通時長控制電路，接收所述導通時長閾值和相應的所述脈寬調變信號，並根據所述導通時長閾值和相應的所述脈寬調變信號提供導通時長控制信號；以及觸發電路，包括設定端子、重設端子和輸出端子，設定端子接收相應的所述設定信號，重設端子接收所述導通時長控制信號，輸出端子根據相應的所述設定信號和所述導通時長控制信號來提供相應的所述脈寬調變信號。
  7. 如請求項5所述的傳導電感式穩壓器，其中所述導通時長調節電路進一步包括：計時器，根據所述預設時長提供恢復控制信號；導通時長變化控制模組，根據所述恢復控制信號提供導通時長變化控制信號，以在所述預設時長內減小每個所述開關電路的導通時長；以及導通時長計算模組，根據所述導通時長變化控制信號和所述預設值提供所述導通時長閾值。
  8. 一種用於多相穩壓器的控制電路，所述多相穩壓器包括多個開關電路，每個所述開關電路通過各自的輸出電感耦接至所述多相穩壓器的輸出電容，所述控制電路包括：比較電路，接收回饋信號和參考信號，所述回饋信號 代表了輸出電壓，所述比較電路根據所述回饋信號和所述參考信號相比較的比較結果，提供比較信號；導通時長調節電路，提供導通時長閾值以控制每個所述開關電路的導通時長；以及多個脈寬調變控制器，根據所述比較信號和所述導通時長閾值提供多個脈寬調變信號以分別控制所述多個開關電路，當流過所述傳導電感式穩壓器的負載的電流發生瞬態變化時，或當流過所述傳導電感式穩壓器的負載的電流在瞬態變化之後開始穩定時，所述多個脈寬調變控制器分別控制所述多個開關電路的導通時長減小。
  9. 如請求項8所述的控制電路，其中所述導通時長調節電路進一步包括：計時器，根據預設時長提供恢復控制信號；導通時長變化控制模組，根據所述恢復控制信號提供導通時長變化控制信號，以在所述預設時長內減小所述多個開關電路的導通時長；以及導通時長計算模組，根據所述導通時長變化控制信號和預設值提供所述導通時長閾值。
  10. 如請求項8所述的控制電路，其中每個所述脈寬調變控制器進一步包括：導通時長控制電路，接收所述導通時長閾值和相應的所述脈寬調變信號，並根據所述導通時長閾值和相應的所述脈寬調變信號提供導通時長控制信號；以及觸發電路，包括設定端子、重設端子和輸出端子，設 定端子接收相應的所述設定信號，重設端子接收所述導通時長控制信號，輸出端子根據相應的所述設定信號和所述導通時長控制信號提供相應的所述脈寬調變信號。
  11. 根據請求項8所述的控制電路，其中在所述預設時長之後，所述多個脈寬調變控制器分別控制所述多個開關電路的導通時長恢復至預設值。
  12. 根據請求項8所述的控制電路，進一步包括：信號分配電路，接收所述比較信號，並將所述比較信號依次分配至多個設定信號；其中每個所述脈寬調變控制器接收相應的所述設定信號，並根據相應的所述設定控制控制相應的所述開關電路導通。
  13. 根據請求項8所述的控制電路，其中每個所述脈寬調變控制器根據比較信號控制相應的所述開關電路導通，以及根據導通時長閾值控制相應的所述開關電路關斷。
  14. 一種用於多相穩壓器的控制方法，所述多相穩壓器包括多個開關電路，每個所述開關電路通過各自的輸出電感耦接至所述多相穩壓器的輸出電容，所述控制方法包括：根據所述多相穩壓器的所述輸出電壓提供回饋信號；根據所述回饋信號和參考信號的比較結果，控制所述多個開關電路依次導通； 根據導通時長閾值控制每個所述開關電路的導通時長，在相應的所述開關電路的導通時長等於所述導通時長閾值時，將相應的所述開關電路關斷；以及當流過所述傳導電感式穩壓器的負載的電流發生瞬態變化時，或當流過所述傳導電感式穩壓器的負載的電流在瞬態變化之後開始穩定時，控制每個所述開關電路的導通時長減小。
  15. 根據請求項14所述的控制方法，進一步包括：在預設時長之後，控制每個所述開關電路的導通時長恢復至預設值。
TW110149609A 2021-01-07 2021-12-30 傳導電感式穩壓器及用於多相穩壓器的控制電路和控制方法 TWI796071B (zh)

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