TWI822233B - 多相電源及其電路、和用於多相電源的平均電流取樣方法 - Google Patents

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Abstract

多相電源包括多相傳導電感式穩壓器、平均電感器直流電阻(DCR)電流取樣電路以及脈衝寬度調變(PWM)控制器。多相傳導電感式穩壓器的多個變壓器的次級線圈和補償電感器串聯連接而形成傳導電感器迴路，並耦接至輸出電壓。平均電感器DCR電流取樣電路根據輸出電壓、多相傳導電感式穩壓器的多個電壓調節區塊的多個開關節點電壓、以及補償電感器兩端的補償電感器電壓而產生平均取樣電壓。PWM控制器產生多個PWM信號，以驅動多個電壓調節區塊基於平均取樣電壓而產生多相傳導電感式穩壓器的輸出電壓。多相電源減小了平均取樣電壓在負載暫態變化時的相位延遲，提高了穩定性。

Description

多相電源及其電路、和用於多相電源的平均電流取樣方法
本發明的實施例係有關一種電子電路，更具體地說，尤其有關一種多相電源。
傳導電感式穩壓器(Trans-inductor Voltage Regulator, TLVR)是一種使用變壓器初級線圈作為輸出電感器的穩壓器。在多相傳導電感式穩壓器中，所有相對應的變壓器的次級線圈串聯耦接至參考地。由於這些次級線圈的串聯耦接，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與其他穩壓器拓撲相比，可以實現更快的暫態響應。
傳導電感式穩壓器可以採用恆定導通時間的電流模式來控制，以產生並穩定輸出電壓。電流模式控制使用取樣電流來指示流過輸出電感器的電流，作為恆定導通時間電流控制迴路的一部分。多相傳導電感式穩壓器可以採用每一相的取樣電流，或所有相的平均取樣電流。可以透過使用取樣電阻器、使用輸出電感器的直流電阻(DCR)、或透過其他方式來檢測流過輸出電感器的電流，從而得到取樣電流。
本發明提供一種多相電源及其電路、和用於多相電源的平均電流取樣方法。
根據本發明的實施例，提出了一種多相電源，包括多相傳導電感式穩壓器、平均電感器直流電阻(DCR)電流取樣電路、和脈衝寬度調變(PWM)控制器。傳導電感式穩壓器包括多個電壓調節區塊、多個變壓器和補償電感器。每個變壓器包括初級線圈，作為對應的電壓調節區塊的輸出電感器。多個變壓器的次級線圈和補償電感器串聯，形成傳導電感器迴路。傳導電感器迴路耦接至傳導電感式穩壓器的輸出電壓，而不是耦接至參考地。平均電感器DCR電流取樣電路耦接至傳導電感式穩壓器的輸出電壓、多個電壓調節區塊的多個開關節點電壓、以及補償電感器兩端的補償電感器電壓，以產生平均取樣電壓。在一個實施例中，跨導放大器將平均取樣電壓轉換為平均取樣電流。PWM控制器產生多個PWM信號，驅動多個電壓調節區塊至少基於平均取樣電流來產生傳導電感式穩壓器各相的輸出電壓。
在另一個實施例中，一種電路包括補償電感器、多個變壓器和多個電壓調節區塊。每個變壓器包括由鐵芯隔開的第一線圈和第二線圈。多個變壓器的第二線圈和補償電感器串聯以形成傳導電感器迴路，傳導電感器迴路耦接至一傳導電感式穩壓器的輸出電壓，而不是耦接至參考地。每個電壓調節區塊被配置為傳導電感式穩壓器的其中一相，以提供輸出電壓，對應的變壓器的第一線圈作為電壓調節區塊的輸出電感器，電壓調節區塊的輸出電流流過輸出電感器。
在又一個實施例中，一種產生多相傳導電感式穩壓器的輸出電壓的方法包括：將一傳導電感式穩壓器的傳導電感器迴路耦接至該傳導電感式穩壓器的輸出電壓，而不是耦接至參考地，其中，傳導電感器迴路包括與多個變壓器第二線圈串聯的補償電感器。檢測流過補償電感器的電流和流過變壓器的第一線圈的電流，以產生平均取樣電流。驅動多個電壓調節區塊的多個控制信號至少基於平均取樣電流而產生，每個電壓調節區塊產生流過對應變壓器的第一線圈的電流，從而產生傳導電感式穩壓器的其中一相的輸出電壓。
多相電源及其電路、和用於多相電源的平均電流取樣方法提高了平均取樣電流在負載處於暫態變化狀態時的穩定性，並減小了平均取樣電流的相位延遲，使平均取樣電流的相位與輸出電流保持一致，從而使基於平均取樣電流而產生PWM信號以驅動電壓調節區塊產生輸出電壓的方式更加可靠。
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。在其他實施例中，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繪示了傳統的多相傳導電感式穩壓器100的結構示意圖。傳導電感式穩壓器100包括多個電壓調節區塊110(即：110-1、110-2、…、110-n)。每個電壓調節區塊110產生傳導電感式穩壓器100的其中一相，以提供輸出電壓VOUT。在圖1所示的實施例中，電壓調節區塊110-1產生輸出電壓VOUT的第一相，電壓調節區塊110-2產生輸出電壓VOUT的第二相，以此類推。每個電壓調節區塊110包括一對開關，由脈衝寬度調變(PWM)控制器產生的對應的PWM信號來驅動(圖中未繪示)。每個電壓調節區塊110的高側開關連接至輸入電壓VIN，每個電壓調節區塊110的低側開關耦接至參考地。多個PWM信號交錯地驅動電壓調節區塊110，以產生輸出電壓VOUT。
變壓器通常具有由鐵芯隔開的第一線圈和第二線圈。變壓器的線圈也可稱為初級線圈和次級線圈。在圖1所示的實施例中，每個電壓調節區塊110具有與之對應的變壓器，其初級線圈作為電壓調節區塊110的輸出電感器Lo。每個電壓調節區塊110的輸出電流流過其輸出電感器Lo。該變壓器的次級線圈與其他多個電壓調節區塊110所對應的變壓器的次級線圈串聯耦接。補償電感器Lc與所有變壓器的次級線圈串聯，形成傳導電感器迴路。傳導電感式穩壓器100的傳導電感器迴路耦接至參考地。
發明人發現了傳導電感式穩壓器100的一個潛在問題。特別是使用平均電感器直流電阻(DCR)電流檢測時，平均取樣電流可能會在恆定導通時間的電流模式控制迴路中引入不穩定和相位的延遲。圖2對該問題進行了說明，曲線121繪示了採用平均電感器DCR電流檢測得到的平均取樣電流，曲線122繪示了傳導電感式穩壓器100的輸出電流。曲線121和122由模擬而得到。
在圖2中，左側縱坐標代表輸出電壓VOUT的位準，單位為伏特；橫坐標代表時間，單位為秒；右側縱坐標代表輸出電流的位準，單位為安培。需要注意的是：在一些實施例中，圖2所示的信號可以在縮放後被PWM控制器內部使用，以實現負載線(Load-Line)。例如在負載暫態條件下，即當輸出電流快速變化時(見曲線122)，平均取樣電流延遲於輸出電流，導致相位裕度的損失，從而變得不穩定(見曲線121中的振盪)。這導致平均取樣電流無法作為產生PWM信號以驅動電壓調節區塊產生輸出電壓VOUT的可靠基礎。
圖3繪示了根據本發明實施例的多相傳導電感式穩壓器300的電路圖。在圖3所示的實施例中，傳導電感式穩壓器300包括多個電壓調節區塊320(即：320-1、320-2、…、320-n)。每個電壓調節區塊320產生傳導電感式穩壓器300的一相，以提供輸出電壓VOUT。在圖3所示的實施例中，電壓調節區塊320-1產生輸出電壓VOUT的第一相，電壓調節區塊320-2產生輸出電壓VOUT的第二相，以此類推。
電壓調節區塊320例如可以是降壓調節器。在圖3所示的實施例中，每個電壓調節區塊320包括高側開關M1和低側開關M2。每個開關M1和M2可以包括金屬氧化物半導體場效電晶體、雙極性電晶體、或其他類型的電晶體。在圖3所示的實施例中，高側開關M1的第一端耦接至位於節點306的傳導電感式穩壓器300的輸入電壓VIN，高側開關M1的第二端耦接至高側開關M1與低側開關M2形成的開關節點。低側開關M2的第一端耦接至高側開關M1的第二端形成開關節點，低側開關M2的第二端耦接至參考地。在圖3所示的實施例中，電壓調節區塊320-1的開關節點301具有開關節點電壓VSW1，電壓調節區塊320-2的開關節點302具有開關節點電壓VSW2，以此類推。
在圖3所示的實施例中，開關M1和M2的第三端耦接在一起，由對應的控制信號來驅動，在一個實施例中，控制信號可以是PWM信號。在圖3所示的實施例中，第一PWM信號PWM1驅動電壓調節區塊320-1的開關M1和M2，第二PWM信號PWM2驅動電壓調節區塊320-2的開關M1和M2，以此類推。多個PWM信號(即：PWM1、PWM2、…、PWMn)交錯地發生，在輸出節點305處產生傳導電感式穩壓器300的輸出電壓VOUT。
電壓調節區塊320的輸出電流流過其輸出電感器Lo。在圖3所示的實施例中，每個電壓調節區塊320具有對應的變壓器，變壓器的初級線圈作為電壓調節區塊320的輸出電感器Lo。以電壓調節區塊320-1為例，變壓器T1包括初級線圈321，所述初級線圈321具有耦接至開關節點301的第一端、以及耦接至輸出節點305的第二端。初級線圈321作為電壓調節區塊320-1的輸出電感器Lo。類似地，對於電壓調節區塊320-2，變壓器T2具有初級線圈322，所述初級線圈322具有連接至開關節點302的第一端、以及連接至輸出節點305的第二端。初級線圈322作為電壓調節區塊320-2的輸出電感器Lo。每個變壓器的初級線圈和次級線圈之間的匝數比例如可以是1:1。
電壓調節區塊320所對應的多個變壓器T1、T2、…、Tn的次級線圈與補償電感器Lc串聯，形成傳導電感器迴路(例如但不限於圖3的303)。更具體地說，補償電感器Lc、變壓器T1的次級線圈331、變壓器T2的次級線圈332以及其他變壓器的次級線圈串聯連接，形成傳導電感式穩壓器300的傳導電感器迴路。
需要注意的是：傳導電感式穩壓器300的傳導電感器迴路不是耦接至參考地的，這與傳統的傳導電感式穩壓器顯著不同。相反地，傳導電感式穩壓器300的傳導電感器迴路耦接至輸出電壓VOUT。相應地，流過傳導電感器迴路的電流在位於補償電感器Lc一端的節點341處產生補償電感器電壓VLc，位於補償電感器Lc另一端的節點342耦接至輸出電壓VOUT。這使得傳導電感式穩壓器300的輸出電感值被引入到平均電感器DCR電流取樣電路，以穩定恆定導通時間電流控制迴路，下文會對此做進一步的闡述。一般情況下，傳導電感式穩壓器每一相的輸出電感值可以近似等於Lc/n，傳導電感式穩壓器的總輸出電感值可以近似等於Lc/n 2，其中，Lc是補償電感器的電感值，n是所述傳導電感式穩壓器的相的數量。
在圖3所示的實施例中，為描述方便，每個變壓器包括一個初級線圈和一個次級線圈。本領域技術人員可以理解，本發明實施例中的傳導電感式穩壓器也可以包括具有不同線圈個數或不同線圈配置的變壓器。
圖4繪示了根據本發明實施例的電感器DCR電流取樣電路400的電路圖。電流取樣電路400是用在單獨的一相中。多相傳導電感式穩壓器具有多個電流取樣電路400，每個電流取樣電路400用於其中一相電路。
一般情況下，電感器DCR電流檢測利用輸出電感器Lo的寄生直流電阻(DCR)來檢測流過輸出電感器Lo的電流。輸出電感器Lo可以看作由串聯的電感值L和寄生直流電阻(DCR)構成，並與阻容網路(RC電路)並聯放置，在阻容網路中的電容器的兩端得到取樣電壓。阻容網路的時間常數經過設計，與串聯的電感值L和寄生DCR的時間常數匹配。需要注意的是：輸出電感器Lo的DCR可以由開關節點和輸出節點之間檢測得到寄生DCR。例如，為了對第一相電路進行電感器DCR電流檢測，阻容網路可以放置在開關節點301和輸出節點305之間。
電流取樣電路400以圖3的傳導電感式穩壓器300的第一相(即電壓調節區塊320-1)為例來進行解釋。變壓器T1的線圈321作為電壓調節區塊320-1的輸出電感器Lo。電流取樣電路400包括由電容器C1和電阻器R3、R4組成的阻容網路。電阻器R3作為串聯電阻器，可變電阻器R4作為熱補償電阻器(例如，負溫度係數(NTC)熱敏電阻器)。線圈321的一端有接腳461，另一端有接腳471。阻容網路連接在線圈321的兩端，例如透過電阻器R1耦接至接腳471，透過電阻器R2耦接至接腳461。接腳461耦接至輸出電壓VOUT的輸出節點305，接腳471耦接至開關節點電壓VSW1的開關節點301。為了準確檢測寄生DCR所產生的效應，接腳461和接腳471的位置盡可能靠近初級線圈321的端點。
電容器C1兩端的電壓即為取樣電壓，位於節點401和節點402之間。取樣電壓指示或代表了流過線圈321的電流。節點401和402可以連接至對應的PWM控制器的輸入接腳(在本實施例中標記為“CSAP”和“CSAN”)。所述PWM控制器可以包括跨導放大器，用於將取樣電壓轉換為取樣電流。PWM控制器可以利用取樣電流來產生第一PWM信號(PWM1)，以驅動第一相，即電壓調節區塊320-1。傳導電感式穩壓器300具有多相電路，因此需要多個取樣電路400，每個取樣電路400用於其中一相電路。此外，對每一相而言，所述PWM控制器可以包括單獨的取樣電壓輸入接腳以及跨導放大器。
考慮到成本、設計的簡化或其他原因，PWM控制器的恆定導通時間電流模式控制迴路可以採用平均取樣電流，平均取樣電流指示或代表了多個電流，其中，每個電流流過相應一相的輸出電感。圖5繪示了根據本發明實施例的平均電感器DCR電流取樣電路450的電路圖。平均電感器DCR電流取樣電路450檢測流過補償電感器的電流和流過每個輸出電感器的電流。
與電感器DCR電流取樣電路400類似，平均電感器DCR電流取樣電路450包括用於電感器DCR電流檢測的阻容網路(RC電路)453。在圖5所示的實施例中，阻容網路453由電容器C2和電阻器R5、R6組成。電阻器R5作為串聯電阻器，可變電阻器R6作為熱補償電阻器(例如，NTC熱敏電阻器)。電流取樣電路450進一步包括平均網路，所述平均網路包括電阻器R11、電阻器R21、多個電阻器R10(即：R10-1、R10-2、…、R10-n)以及多個電阻器R20(即：R20-1、R20-2、…、R20-n)。
每個電壓調節區塊320的輸出電感器Lo耦接在該電壓調節區塊320的開關節點電壓和輸出電壓VOUT之間。更具體地說，電壓調節區塊320-1的輸出電感器Lo耦接在位於輸出節點305處的輸出電壓VOUT和位於開關節點301處的開關節點電壓VSW1之間，電壓調節區塊320-2的輸出電感器Lo耦接在位於輸出節點305處的輸出電壓VOUT和位於開關節點302處的開關節點電壓VSW2之間，以此類推。阻容網路453包括節點451和節點452，在阻容網路兩端的節點451和節點452得到平均取樣電壓。透過將節點451與輸出節點305連接，節點452與每個開關節點連接，阻容網路453與每個輸出電感器Lo相並聯，從而能夠得到平均取樣電流，該平均取樣電流指示或代表了流過所有相的輸出電感器Lo的電流。
在圖5所示的實施例中，每個開關節點透過對應的電阻器R10連接至節點452。更具體地說，開關節點301透過電阻器R10-1連接至節點452，開關節點302透過電阻器R10-2連接至節點452，以此類推。在一個實施例中，所有電阻器R10的電阻值相等。位於節點341處的補償電感器電壓VLc透過電阻器R11連接至節點452。
在圖5所示的實施例中，輸出電壓VOUT透過多個電阻器R20和電阻器R21連接至節點451。電阻器R21用於連接傳導電感器迴路和輸出電壓VOUT，每個電阻器R20用於傳導電感式穩壓器300的一相。在圖5所示的實施例中，所有電阻器R20和電阻器R21的電阻值相等。在一個實施例中，所有電阻器R20和電阻器R21的電阻值均為10Ω。
該些電阻器R20和電阻器R21可以直接連接至電感器的對應接腳，以實現更精確的DCR電流檢測，在本實施例中該些接腳即為與輸出電壓VOUT相連的接腳。類似地，多個電阻器R10和電阻器R11可以直接連接至電感器的對應接腳，在本實施例中該些接腳即為與開關節點電壓VSW或補償電感器電壓VLC相連的接腳。例如，電壓調節區塊320-1的初級線圈321具有接腳461和接腳471，其中，接腳461連接至輸出電壓VOUT，接腳471連接至開關節點電壓VSW1。為了將初級線圈321引入DCR電流檢測，接腳461透過電阻器R20-1連接至節點451，接腳471透過電阻器R10-1連接至節點452。類似地，補償電感器Lc具有接腳462和接腳472，其中，接腳462連接至輸出電壓VOUT，接腳472連接至補償電感器電壓VLc。為了將補償電感器Lc引入DCR電流檢測，接腳462透過電阻器R21連接至節點451，接腳472透過電阻器R11連接至節點452。
為了穩定用於調節輸出電壓VOUT的恆定導通時間電流模式控制迴路，傳導電感式穩壓器300的傳導電感器迴路耦接至輸出電壓VOUT，而不是耦接至參考地；且電流取樣電路450的平均網路的輸入包括了傳導電感式穩壓器300的輸出電感值。在圖5所示的實施例中，位於節點341處的補償電感器電壓VLc透過電阻器R11連接至節點452，節點451透過電阻器R21連接至位於輸出節點305處的輸出電壓VOUT，從而使電流取樣電路450的平均網路的輸入包括了傳導電感式穩壓器300的輸出電感值。這使得電流取樣電路450檢測流過補償電感器Lc的電流和流過每個輸出電感器Lo的電流，以產生平均取樣電壓，該平均取樣電壓被轉換為平均取樣電流並用於恆定導通時間的電流模式控制迴路中。
一般情況下，本發明實施例描述的元件的值取決於特定應用的要求。例如輸出電流、阻容網路的穩態時間常數、以及PWM控制器在節點452和節點451之間所需的阻抗，等等。在一個實施例中，電阻器R11的電阻值等於電阻器R10的電阻值除以相的數量。例如，假設每個電阻器R10的電阻值均為13.4KΩ，且共有8相，則電阻器R11的電阻值可大約等於13.4 KΩ/8(例如，1.65 KΩ)。降低電阻器R11相對於電阻器R10的比例，可以增大傳導電感式穩壓器300的輸出電感值對平均取樣電流所做的貢獻。該比例可進行調整，以改善傳導電感式穩壓器300的各項性能參數。
圖6繪示了根據本發明實施例的耦接至PWM控制器500的平均電感器DCR電流取樣電路450的示意圖。PWM控制器500包括PWM信號產生器501和跨導放大器502。為了簡潔、清晰，PWM控制器500中其他與理解本發明實施例無關的元件沒有在圖中顯示。
在一個實施例中，PWM控制器500可以是多相、恆定導通時間、電流模式控制的PWM控制器。PWM控制器500可以是市場上流通的的PWM控制器，或由之前的PWM控制器改進得到。一般來說，所述PWM控制器可以由各種供應商提供，包括芯源系統股份有限公司(Monolithic Power Systems, Inc)。
在圖6所示的實施例中，PWM控制器500被封裝成為具有多個接腳的積體電路，包括接腳CSAN和接腳CSAP，接腳CSAN和接腳CSAP接收電流取樣電路450的節點451與節點452之間的平均取樣電壓。跨導放大器502接收平均取樣電壓，並將輸入的平均取樣電壓轉換為平均取樣電流。平均取樣電流作為PWM信號產生器501的輸入。PWM信號產生器501採用傳統的PWM演算法，根據平均取樣電流，產生交錯的多個PWM信號(即PWM1、PWM2等)。
圖7繪示了根據本發明實施例的多相電源電路600的方塊圖。在圖7所示的實施例中，多相電源電路600包括傳導電感式穩壓器300、電流取樣電路450和PWM控制器500。傳導電感式穩壓器300接收輸入電壓VIN，產生輸出電壓VOUT。電流取樣電路450耦接至輸出電壓VOUT的節點、補償電感器電壓VLc和開關節點電壓VSW(即：VSW1、VSW2等)，以檢測流過傳導電感式穩壓器300的補償電感器Lc的電流以及流過多個輸出電感器Lo的電流。電流取樣電路450根據流過補償電感器Lc和多個輸出電感器Lo的取樣電流來產生平均取樣電壓。平均取樣電壓輸入到PWM控制器500的接腳CSAN和接腳CSAP。PWM控制器500將平均取樣電壓轉換為平均取樣電流，並利用平均取樣電流的產生交錯的多個PWM信號(PWM1、PWM2等)以驅動傳導電感式穩壓器300的電壓調節區塊320產生輸出電壓VOUT。
圖8繪示了根據本發明實施例的圖7所示的多相電源電路600的平均取樣電流和輸出電流的波形圖650。曲線651代表了平均取樣電流，曲線652代表了輸出電流，曲線651、652由模擬而得到。在圖8所示的實施例中，左側縱坐標代表輸出電壓VOUT的位準，單位為伏特；橫坐標代表時間，單位為秒；右側縱坐標代表輸出電流的位準，單位為安培。需要注意的是：在一些實施例中，圖8所示的信號可以在縮放後被PWM控制器500內部使用，以實現負載線。將平均電感器DCR電流取樣電路450用在傳導電感式穩壓器300中，有助於平均取樣電流(曲線651)在負載處於暫態變化狀態時保持穩定，且相位與輸出電流(曲線652)保持一致。
圖9繪示了根據本發明實施例的產生傳導電感式穩壓器輸出電壓的方法700的流程圖。為描述方便，採用上文已揭示的元件來介紹產生傳導電感式穩壓器輸出電壓的方法700。本領域技術人員可以理解，其他元件也可應用於本發明，而不影響本發明的優點。
在圖9所示的實施例中，將傳導電感式穩壓器的傳導電感器迴路連接至輸出電壓，而不是耦接至參考地(步驟701)。傳導電感器迴路包括串聯的多個變壓器的次級線圈與傳導電感式穩壓器的補償電感器。變壓器的初級線圈作為傳導電感式穩壓器的電壓調節區塊的輸出電感器。
檢測流過補償電感器的電流和流過每個電壓調節區塊的輸出電感的電流，以產生平均取樣電流(步驟702)。例如，透過將傳導電感式穩壓器的輸出電感值和每個輸出電感的電感值作為平均電感器DCR電流取樣電路的輸入，可以得到平均取樣電壓。該平均取樣電壓可以在平均電感器DCR電流取樣電路的阻容網路的電容器兩端產生。在一個實施例中，可以用跨導放大器將平均取樣電壓轉換為平均取樣電流。PWM控制器至少基於平均取樣電流而產生交錯的多個PWM信號作為控制信號(步驟703)。多個PWM信號驅動傳導電感式穩壓器中對應的電壓調節區塊，以產生傳導電感式穩壓器的輸出電壓(步驟704)。
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變型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。
100,300:多相傳導電感式穩壓器 10-1,110-2,110-n,320-1,320-2,320-n:電壓調節區塊 200,650:電流波形圖 121,122,651,652:電流曲線 M1:高側開關 M2:低側開關 T1,T2,Tn:變壓器 321,322:初級線圈 331,332:次級線圈 303:傳導電感器迴路 400:取樣電路 450:電流取樣電路 453:阻容網路 500:PWM控制器 501:PWM信號產生器 502:跨導放大器 600:多相電源電路 700:方法 701至704:流程步驟 PWM1,PWM2,PWMn,CSAN,CSAP,VIN,VOUT,VLC,VSWn, VSW2,VSW1,461,462,471,472:接腳 Lo,Lc,L:電感器 301,302,305,306,401,402,451,452,305,341,342:節點 VLc,VSW1,VSW2,VSWn:電壓 PWM1,PWM2,PWMn:PWM信號 R1至R6,R21,R20-1,R20-2,R11,R10-1,R10-2,R10-n:電阻器 DCR:寄生直流電阻 C1,C2:電容器
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。其中，相同的元件具有相同的附圖標記。 [圖1]繪示了傳統的多相傳導電感式穩壓器100的電路圖。 [圖2]繪示了圖1所示的傳導電感式穩壓器100的平均取樣電流和輸出電流的波形圖200。 [圖3]繪示了根據本發明實施例的多相傳導電感式穩壓器300的電路圖。 [圖4]繪示了根據本發明實施例的電感器直流電阻(DCR)電流取樣電路400的電路圖。 [圖5]繪示了根據本發明實施例的平均電感器DCR電流取樣電路450的電路圖。 [圖6]繪示了根據本發明實施例的耦接至脈衝寬度調變(PWM)控制器500的平均電感器DCR電流取樣電路450的示意圖。 [圖7]繪示了根據本發明實施例的多相電源電路600的方塊圖。 [圖8]繪示了根據本發明實施例的圖7所示的多相電源電路600的平均取樣電流和輸出電流的波形圖650。 [圖9]繪示了根據本發明實施例的產生傳導電感式穩壓器輸出電壓的方法700的流程圖。
500:PWM控制器
501:PWM信號產生器
502:跨導放大器
PWM1,PWM2,PWMn,CSAN,CSAP,VOUT,VLC,VSWn,VSW2,VSW1:接腳
R5,R6,R21,R20-1,R20-2,R11,R10-1,R10-2,R10-n:電阻器
450:電流取樣電路
451,452,305,341:節點
C2:電容器

Claims (18)

  1. 一種多相電源，包括：一多相傳導電感式穩壓器，包括多個電壓調節區塊、多個變壓器和一補償電感器，該每一個變壓器包括一初級線圈和一次級線圈，其中，該每一個初級線圈作為該等電壓調節區塊的對應的調節區塊的一輸出電感器，該等變壓器的該等次級線圈和該補償電感器串聯連接以形成一傳導電感器迴路，且該傳導電感器迴路耦接至該傳導電感式穩壓器的一輸出電壓，而不是耦接至一參考地；一平均電感器直流電阻(DCR)電流取樣電路，用於接收該傳導電感式穩壓器的該輸出電壓、該等電壓調節區塊的多個開關節點電壓、以及該補償電感器兩端的一補償電感器電壓，以產生一平均取樣電壓；以及一脈衝寬度調變(PWM)控制器，用於產生多個PWM信號，以驅動該等電壓調節區塊基於至少一個該平均取樣電壓來產生該傳導電感式穩壓器的該輸出電壓。
  2. 如請求項1所述的多相電源，其中，該PWM控制器包括：一跨導放大器，用於將該平均取樣電壓轉換為一平均取樣電流；以及一PWM信號產生器，用於根據該平均取樣電流而產生該等PWM信號。
  3. 如請求項1所述的多相電源，其中，該平均電感器DCR電流取樣電路包括一平均網路和一阻容網 路，該阻容網路包括一串聯電阻器和一電容器，該平均取樣電壓至少在該阻容網路中的該電容器兩端得到。
  4. 如請求項3所述的多相電源，其中，該平均電感器DCR電流取樣電路中的該阻容網路進一步包括：一熱補償電阻器；其中，該串聯電阻器和該熱補償電阻器形成一串聯電路，該串聯電路與該電容器並聯。
  5. 如請求項3所述的多相電源，其中，該平均電感器DCR電流取樣電路的該平均網路包括：一第一電阻器，用於將該補償電感器電壓連接至該阻容網路的第一端；多個第二電阻器，該阻容網路的第一端透過該等第二電阻器而分別連接至該等開關節點電壓；以及多個第三電阻器，該阻容網路的第二端透過該等第三電阻器而連接至該輸出電壓。
  6. 如請求項1所述的多相電源，其中，該每一個電壓調節區塊包括一高側開關和一低側開關，該高側開關的第一端連接至一輸入電壓，該高側開關的第二端連接至該低側開關的第一端以形成該電壓調節區塊的一開關節點，該低側開關的第二端耦接至該參考地，該高側開關的第三端與該低側開關的第三端連接，且由對應的該等PWM信號來驅動。
  7. 一種多相電源之電路，包括：一補償電感器； 多個變壓器，該每一個變壓器包括由鐵芯隔開的一第一線圈和一第二線圈，該等變壓器的該等第二線圈和補償電感器串聯，形成一傳導電感器迴路，且該傳導電感器迴路連接至一傳導電感式穩壓器的一輸出電壓；以及多個電壓調節區塊，該每一個電壓調節區塊用於產生該傳導電感式穩壓器的其中一相的輸出電壓，該每一個電壓調節區塊包括對應的該變壓器的該第一線圈，作為該電壓調節區塊的一輸出電感器。
  8. 如請求項7所述的多相電源之電路，進一步包括一平均電感器直流電阻(DCR)電流取樣電路，該平均電感器DCR電流取樣電路包括一阻容網路，該阻容網路的第一端連接至該傳導電感式穩壓器的該輸出電壓，該阻容網路的第二端連接至該補償電感兩端的一補償電感器電壓和該等電壓調節區塊的多個開關節點電壓，以產生一平均取樣電壓。
  9. 如請求項8所述的多相電源之電路，其中，該平均電感器DCR電流取樣電路在該阻容網路中的一電容器的兩端產生該平均取樣電壓。
  10. 如請求項8所述的多相電源之電路，進一步包括：一跨導放大器，用於將該平均取樣電壓轉換為一平均取樣電流。
  11. 如請求項7所述的多相電源之電路，其中，該每一個電壓調節區塊包括一高側開關和一低側開 關，該高側開關和該低側開關在一控制信號的控制下產生該輸出電壓。
  12. 如請求項11所述的多相電源之電路，其中，該高側開關的第一端連接至一輸入電壓，該高側開關的第二端連接至該低側開關的第一端以形成一開關節點，該低側開關的第二端耦接至一參考地。
  13. 如請求項12所述的多相電源之電路，其中，該高側開關的第三端連接至該低側開關的第三端以接收該控制信號，並在該控制信號的控制下產生該傳導電感式穩壓器的其中一相的該輸出電壓。
  14. 如請求項13所述的多相電源之電路，其中，該控制信號包括一脈衝寬度調變(PWM)信號。
  15. 一種多相電源的平均電流取樣方法，包括：將一傳導電感式穩壓器的一傳導電感器迴路連接至該傳導電感式穩壓器的一輸出電壓，而不耦接至一參考地，其中，該傳導電感器迴路包括一補償電感器，且該補償電感器與多個變壓器中的該每一個變壓器的一第二線圈串聯連接；檢測流過該補償電感器的電流、以及流過該每一個變壓器的一第一線圈的電流，以產生一平均取樣電流；以及產生多個控制信號，該等控制信號至少基於該平均取樣電流而分別驅動該傳導電感式穩壓器的多個電壓調節區塊，該每一個電壓調節區塊產生流過對應該變壓器的該第 一線圈的電流，從而產生該傳導電感式穩壓器的其中一相。
  16. 如請求項15所述的多相電源的平均電流取樣方法，其中，該等控制信號包括交錯的多個脈衝寬度調變(PWM)信號。
  17. 如請求項15所述的多相電源的平均電流取樣方法，其中，檢測流過該補償電感器的電流、以及流過該每一個變壓器的該第一線圈的電流，以產生該平均取樣電流的步驟包括：將該傳導電感式穩壓器的一輸出電感值和該每一個變壓器的該第一線圈的一電感值作為一平均電感器DCR電流取樣電路的一輸入，以產生一平均取樣電壓；以及將該平均取樣電壓轉換為該平均取樣電流。
  18. 如請求項17所述的多相電源的平均電流取樣方法，其中，該平均電感器DCR電流取樣電路包括一阻容網路，在該阻容網路中的一電容器兩端產生該平均取樣電壓。
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