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    • 专利摘要:
    本發明係關於一種用於一切換式調節器之多相功率區塊，其包含一相位控制電路、N個功率單元及一電流共用控制電路。該相位控制電路經組態以接收一單相PWM時脈信號且產生N個相之N個時脈信號。該N個功率單元之各者包含一對功率開關、若干閘極驅動器、接收該N個時脈信號之一者且產生用於該等閘極驅動器之閘極驅動信號之一控制電路，及一電感器。該電流共用控制電路經組態以評估在該N個功率單元之該電感器處之電感器電流且產生用於該N個功率單元之工作循環控制信號。該工作循環控制信號被施加至該等控制電路以調整供應至該等功率單元之一個或多個時脈信號之工作循環以平衡該N個功率單元之中之一電流負載。
    公开号:TW201312910A
    申请号:TW101128505
    申请日:2012-08-07
    公开日:2013-03-16
    发明作者:Nitin Kalje；Mansour Izadinia
    申请人:Micrel Inc；
    IPC主号:H02M3-00
    专利说明:
    用於與單相脈波寬度調變控制器一起使用之切換式調節器之多相功率區塊
    本發明係關於切換式調節器，且特定言之係關於一種多相切換式調節器功率區塊。
    開關模式電源供應器或切換式調節器亦被稱為DC至DC轉換器，其常用於將一輸入供應電壓轉換成適於一積體電路之內部電路之一電壓位準之一所需輸出電壓。例如，提供至一積體電路之一5伏供應電壓可能需要在IC晶片上降至2.8伏以操作晶片上之內部電路。一切換式調節器透過低損耗組件(諸如，電容器、電感器及變壓器，及接通及斷開以將能量以離散封包之形式自輸入轉移至輸出之功率開關)而提供電源供應器功能。一回饋控制電路係用於調節能量轉移以在電路之所要負載極限內維持一恆定輸出電壓。
    習知切換式調節器之操作係眾所周知的且概括如下。一習知降壓切換式調節器包含一對功率開關，其經接通及斷開以將一輸出電壓調節為等於一參考電壓。更具體言之，交替接通及斷開功率開關以在一切換式輸出節點(亦被稱為開關節點)處產生一切換式輸出電壓。開關節點係耦合至包含一輸出電感器及一輸出電容器之一LC濾波器電路，以產生具有實質上恆定量值之一輸出電壓。輸出電壓可接著用於驅動一負載。
    更具體言之，該對功率開關常被稱為包含一「高側功率開關」及一「低側功率開關」。接通高側功率開關以將能量施加至輸出濾波器電路之輸出電感器以容許電流通過電感器而累積。當斷開高側功率開關時，在此循環期間跨電感器之電壓逆變且通過電感器之電流降低。此確保電感器電流在標稱輸出電流之上及之下波動。一相對恆定之輸出電壓由輸出電容器維持。接通及斷開低側功率開關以用於同步控制操作。
    圖1係一習知切換式調節器之一示意圖。參考圖1，一切換式調節器1包含具有一對功率開關S1及S2之一切換式調節器控制器10。交替接通及斷開功率開關S1及S2以在一開關節點(SW)22處產生一切換式輸出電壓VSW。該切換式輸出電壓VSW係直接耦合至包含一輸出電感器L1及一輸出電容器COUT之一LC濾波器電路以在節點26處產生具有一實質上恆定量值之一經調節之輸出電壓VOUT。該輸出電壓VOUT可接著用於驅動一負載30，藉此切換式調節器1提供負載電流ILOAD以將該輸出電壓VOUT維持在一恆定位準。
    切換式調節器1包含一回饋控制電路以將能量轉移調節至LC濾波器電路以在該電路之所要負載極限內維持一恆定輸出電壓。更具體言之，該回饋控制電路引起功率開關S1及S2接通及斷開以調節輸出電壓VOUT使其等於一參考電壓VREF或與該參考電壓VREF有關之一電壓值。在本實施例中，包含電阻器R1及R2之一分壓器係用於分解輸出電壓VOUT，其接著作為一回饋電壓VFB在回饋節點28上回饋至切換式調節器控制器10。在誤差放大器12處比較回饋電壓VFB與參考電壓VREF。將回饋電壓VFB與參考電壓VREF之間之差異耦合至一控制電路14以基於一切換式調節器控制方案產生用於功率開關之控制電壓。該等控制電壓接著被提供至一閘極驅動電路16以產生用於功率開關S1及S2之閘極驅動信號。用於高側功率開關S1之閘極驅動信號係耦合至一高側驅動器電路18，而用於低側功率開關S2之閘極驅動信號係耦合至一低側驅動器電路20。驅動器電路18、20將各自閘極驅動信號轉換成適於接通及斷開各自功率開關之閘極驅動電壓。
    一些切換式調節器使用脈寬調變(PWM)以控制功率開關S1及S2的工作循環。即，控制電路14藉由調整脈寬而將功率開關S1及S2之接通時間控制在一固定頻率。如圖2所示，使用PWM控制之習知切換式調節器可使用驅動一功率區塊之一PWM控制器而組態。如圖2所示，一PWM控制器52產生一PWM時脈信號以用於驅動一功率區塊50。在圖2之繪示中，功率區塊50為一單相功率區塊且PWM控制器產生一單相PWM時脈信號，該單相PWM時脈信號係用於驅動功率開關S1及S2以調節輸出電壓VOUT。
    多相切換式調節器及多相轉換器在此項技術中已知。習知多相轉換器依靠一多相PWM控制器以針對功率區塊單元之各相位產生具有不同相位偏移之時脈信號。使用多相PWM控制器實施之多相轉換器更複雜且更昂貴。
    根據本發明之一項實施例，用於一切換式調節器之一多相功率區塊(其中切換式調節器經組態以接收一輸入電壓且產生一經調節之輸出電壓)包含一相位控制電路、N個功率單元及一電流共用控制電路。相位控制電路經組態以接收一單相脈寬調變(PWM)時脈信號且產生N個相之N個時脈信號。N個功率單元之各者包含：一對功率開關，其在輸入電壓與一接地電位之間串聯連接且經組態以在該等功率開關之間之一共用節點處產生一切換式輸出電壓；一個或多個閘極驅動器，其經組態以驅動功率開關之閘極端子；一控制電路，其經組態以接收N個時脈信號之一者且產生用於閘極驅動器之閘極驅動信號；及一電感器，其具有接收切換式輸出電壓之一第一端子及提供一電感器電流之一第二端子。N個功率單元之電感器之第二端子一起連接至一輸出節點。電流共用控制電路經組態以評估在N個功率單元之各者之電感器處之電感器電流且產生用於N個功率單元之各者之工作循環控制信號。工作循環控制信號被施加至N個功率單元之控制電路以調整供應至功率單元之一個或多個時脈信號之工作循環以平衡N個功率單元之中之一電流負載。
    根據本發明之另一態樣，一種在經組態以接收一輸入電壓且產生一經調節之輸出電壓之一切換式調節器中之方法包含：接收一單相脈寬調變(PWM)時脈信號；由該單相PWM時脈信號產生N個相之N個時脈信號；將N個相之N個時脈信號提供至N個功率單元，各功率單元接收N個時脈信號之一個相；根據提供至功率單元之時脈信號而在各功率單元處產生一切換式輸出電壓；回應於切換式輸出電壓而在各功率單元處產生一電感器電流；將N個功率單元之電感器電流耦合至一輸出節點；量測各功率單元之電感器電流；及調整提供至N個功率單元之一個或多個時脈信號之工作循環以平衡N個功率單元之中之一電流負載。
    在考慮下文實施方式及附圖後可更好地理解本發明。
    根據本發明之原理，用於一切換式調節器之一多相功率區塊併入多個功率單元、一相位控制電路及一電流共用控制電路。多相功率區塊之一突出特徵在於：多相功率區塊經組態以接收一單相PWM時脈信號，使得多相功率區塊能夠使用一單相PWM控制器進行多相切換式調節器操作。多相功率區塊不需要昂貴及複雜之多相PWM控制器。確切言之，多相功率區塊可與市售單相PWM控制器耦合以實現多相切換式調節器操作。使用多相功率區塊及一單相PWM控制器而組態之一切換式調節器無需多相PWM控制器之費用及複雜性即獲得多相切換式調節器操作的益處。
    在本發明之實施例中，多相功率區塊實施前導/尾隨之時脈邊緣調變以平衡功率單元之間之電流負載以在功率單元之不同相位之間達成平衡電流共用。
    在本說明中，「功率區塊」係指一切換式調節器的執行功率切換功能之電路且一般至少包含切換式調節器之功率開關。在本說明中，「功率區塊」係指切換式調節器之元件，包含功率開關、閘極驅動器、電感器及一些控制電路(諸如，閘極驅動電路)。此外，在一些實施例中，一功率區塊亦可包含輸出電容器，其中電感器與輸出電容器形成一輸出濾波器電路。在其他實施例中，「功率區塊」可僅指功率開關、閘極驅動器及一些控制電路。此等元件可在或可不在一單一積體電路上形成。例如，閘極驅動電路、閘極驅動器、功率開關可在一積體電路上形成，而電感器及電容器為離散組件。在一些實施例中，功率區塊之元件被共同封裝至一單一積體電路封裝中。一單相功率區塊包含一單一對功率開關及相關聯之驅動器。一多相功率區塊包含多個功率單元，其中各功率單元包含至少一單一對功率開關及相關聯之驅動器。將在下文更詳細地描述多相功率區塊及功率單元之組態。
    圖3係根據本發明之一項實施例之一N相功率區塊之一示意圖。參考圖3，一N相功率區塊60包含一相位控制電路65、用於時脈相位1至時脈相位N之N個功率單元63-1至63-N、一電流共用控制電路70及一輸出電容器COUT。N相功率區塊60係由提供一單相PWM時脈信號之一單相PWM控制器52而驅動。PWM控制器52及N相功率區塊60形成一多相切換式調節器或多相DC至DC轉換器。在切換式調節器之回饋控制迴路中，PWM控制器52接收指示輸出電壓VOUT之一回饋電壓VFB及指示在功率單元處之瞬時電感器電流之一電感器電流值Iinst。PWM控制器52產生具有特定工作循環之PWM時脈信號以用於控制功率開關，以便將輸出電壓調節成所要值。
    在本發明之實施例中，多相功率區塊包含兩個或更多個功率單元63，其中各功率單元對應於多相功率區塊之一個相。在本發明之實施例中，各功率單元63包含一閘極驅動控制電路、一對閘極驅動器、一對功率開關及一電感器。功率單元並聯連接以將電流提供至輸出電容器COUT所連接之一共用輸出節點66。根據驅動功率單元之時脈相位，N個功率單元63-1至63-N之各者將一電感器電流提供至輸出節點66。在本發明之其他實施例中，在各功率單元中之電感器可形成於功率單元之外或功率區塊之外。在該情況中，一單一電感器可耦合至一輸出節點以自N個功率單元接收切換式輸出電壓。
    N相功率區塊可經組態以與不同之切換式調節器控制方案一起使用。在本發明之實施例中，N相功率區塊與實施一電流模式控制、電壓模式控制、滯後電流模式或平均電流模式控制之一切換式調節器一起使用。其他切換式調節器控制方案亦係可能的。
    在N相功率區塊60中，相位控制電路65自PWM控制器52接收單相PWM時脈信號且產生時脈相位1至N(CP1至CPN)以驅動功率單元之各相位。在本發明之實施例中，時脈相位CP1至CPN被分解為單相PWM時脈信號之若干時脈信號。在一些實施例中，N相功率區塊經實施作為一鎖相迴路(PLL)電路。此外，在本發明之實施例中，相位控制電路65實施工作循環延伸以增加由單相PWM時脈信號產生之各時脈相位1至N之工作循環，如將在下文更詳細描述。
    在N相功率區塊60中，電流共用控制電路70自各功率單元63接收經感測之電感器電流且在匯流排74上產生用於各功率單元之工作循環控制信號。在匯流排74上產生工作循環控制信號以調變各功率單元63之時脈邊緣，以便平衡功率單元63-1至63-N之中之電流共用。在本發明之實施例中，電流共用控制電路70實施前導/尾隨時脈邊緣調變，藉此工作循環控制信號調變時脈相位CP1至CPN之一者或多者之前導及/或尾隨時脈邊緣以精確地調整各功率單元之工作循環。前導及尾隨時脈邊緣有時被稱為時脈信號之上升及下降時脈邊緣。以此方式，可平衡功率單元63-1至63-N之間之電流共用以在N個相位之間均分負載電流且實現最佳多相操作。
    在本發明之實施例中，N相功率區塊60進一步包含經組態以產生一瞬時電感器電流值Iinst之一電流量測電路72，該瞬時電感器電流值Iinst被提供至單相PWM控制器52以用於電流模式控制或電流極限控制。在一些實施例中，瞬時電感器電流值Iinst量測一給定時刻處之N個功率單元63-1至63-N之最大電感器電流。在本發明之實施例中，電流量測電路藉由感測功率單元之電感器L1中之電流而量測瞬時電感器電流。在其他實施例中，電流量測電路藉由感測功率單元之功率開關中之電流而量測瞬時電感器電流。
    圖4係根據本發明之一項實施例之一雙相功率區塊之一示意圖。參考圖4，一雙相功率區塊100包含用於二相切換式調節器操作之兩個功率單元103-1及103-2。在本實施例中，各功率單元103包含驅動閘極驅動器18及20之一時脈邊緣調變器64。閘極驅動器18及20依次驅動各自功率開關S1及S2。接通及斷開功率開關S1及S2以在一電感器L1中充電或放電電流。在本實施例中，功率開關S1及S2兩者皆為N型MOSFET裝置。在其他實施例中，功率開關S1可使用控制電壓極性適當反轉的P型MOSFET裝置而實施。
    在雙相功率區塊100中之相位1功率單元103-1及相位2功率單元103-2經並聯連接以將電流提供至輸出電容器COUT所連接之一共用輸出節點106。根據驅動功率單元之時脈相位，該兩個功率單元將電流提供至該輸出節點106。
    雙相功率區塊100包含自單相PWM控制器52接收單相PWM時脈信號之一相位控制電路105。相控制器電路105產生具有不同時脈相位之時脈相位信號CP1及CP2。圖5繪示根據本發明之一項實施例之用於圖4之雙相功率區塊之PWM時脈信號及時脈相位。參考圖5，對於具有一固定頻率及變化之工作循環之一PWM時脈，可藉由分解PWM時脈信號而產生一時脈相位CP1及一時脈相位CP2。例如，時脈相位CP1僅在PWM時脈信號之交替時脈脈衝處切換，且時脈相位CP2在PWM時脈信號之其他交替時脈脈衝處切換。
    在本發明之實施例中，相位控制電路105實施工作循環延伸以延長時脈相位信號CP1及CP2之工作循環。如圖5所示，時脈相位信號CP1及CP2之工作循環相較於單相PWM時脈信號而延長。在各功率單元103中之時脈邊緣調變器64自相位控制電路105接收各自時脈相位信號CP1或CP2。回應於由一電流共用控制電路產生之一工作循環控制信號，時脈邊緣調變器64調整時脈相位信號CP1或CP2之接通時間。更具體言之，時脈邊緣調變器64調整供應至一功率單元103之時脈相位之前導及/或尾隨時脈邊緣(上升及/或下降時脈邊緣)以調整各功率單元之工作循環。以此方式，調整在功率單元之中之電流共用以實現平衡之電流共用。根據本發明之實施例，相位控制電路105延長時脈相位之工作循環，而時脈邊緣調變器64對各功率單元提供工作循環之微調控制。另一方面，PWM控制器52藉由控制單相PWM時脈而控制雙相功率區塊之整體工作循環以調節輸出電壓。更具體言之，PWM控制器52調整PWM時脈信號之下降邊緣以調整雙相功率區塊之工作循環。在功率區塊100之各功率單元中之時脈邊緣調變器64藉由調整時脈相位信號之上升及/或下降邊緣而調整時脈相位信號之接通時間以微調該功率單元之工作循環。
    返回圖4，雙相功率區塊100包含用於產生工作循環控制信號以驅動各功率單元中之時脈邊緣調變器64之一電流共用控制電路200。電流共用控制電路200包含經組態以量測各功率單元之電流負載之一誤差放大器114。電流放大器114藉由將全部功率單元之電感器電流相加且對總電感器電流求平均值而量測功率單元之平均電流。接著比較個別電感器電流與平均電流以判定各功率單元處之電流負載。一控制邏輯區塊112接收電流比較結果且在一匯流排204上產生工作循環控制信號以驅動在各功率單元中之時脈邊緣調變器64。在一些實施例中，電流比較結果係用於判定對各功率單元之工作循環之所要調整，且時脈邊緣調變器64調整時脈相位信號CP1/2之接通時間以對功率單元之工作循環進行微調。
    雙相功率區塊100可包含其他控制電路以促進切換式調節器之回饋控制。在本實施例中，雙相功率區塊100包含經組態以量測功率單元103-1及103-2之瞬時電感器電流值Iinst之一電流量測電路202。在本實施例中，電流量測電路包含一對電流放大器120、122及一或閘124。電流放大器120、122經耦合以接收各功率單元之電感器電流，且經放大之電感器電流係耦合至或閘124。因此經量測之瞬時電感器電流值Iinst被提供至單相PWM控制器52以用於電流模式控制或電流極限控制。在本發明之實施例中，電流量測電路藉由感測功率單元之電感器L1中之電流或藉由感測功率單元之功率開關中之電流而量測瞬時電感器電流。
    在上述實施例中，功率單元中之電感器L1為獨立或離散電感器。在其他實施例中，用於功率單元之電感器L1可為磁性耦合。當功率單元之電感器L1係使用磁性耦合電感器而形成時，該磁性耦合可為同相或非同相，諸如，180°非同相。使用耦合電感器之益處在於減少組件數及更有效地使用空間。
    在本實施例中，各功率單元進一步包含一溫度感測器TS1及TS2(130、132)。溫度感測器量測在各功率單元中之功率開關之局部溫度。在各功率單元處由溫度感測器TS1及TS2所量測之局部溫度被提供至電流共用控制電路200中之控制邏輯112以用於判定在功率單元之中之電流共用。若一特定功率單元經歷大溫度值，則控制邏輯112可降低該功率單元之工作循環以容許該功率單元冷卻。可藉由監測在功率單元之功率開關處之局部溫度而實現更有效操作。
    可透過由耦合至輸出電壓VOUT之電阻器R1及R2所形成之一分壓器而產生一回饋電壓VFB。將回饋電壓VFB提供至PWM控制器52以為因此所形成之切換式調節器完成回饋控制迴路。
    總之，本發明之多相功率區塊之突出特徵如下。第一，本發明之多相功率區塊能夠使用一單相PWM控制器驅動多相功率區塊以實現多相切換式調節器操作。本發明之多相功率區塊能夠使用現存之單相PWM控制器以在不需要提供多相PWM控制器之費用及複雜性之情況下來驅動多相功率區塊。本發明之多相功率區塊包含一相位控制電路以實施時脈劃分功能電路以實現多相操作之實現所需之時脈轉換操作。
    第二，本發明之多相功率區塊實施前導/尾隨時脈邊緣調變以調節在功率單元之相位之間之電流共用。
    第三，本發明之多相功率區塊包含一相位控制功能(諸如，一時脈分頻器功能)，以對N個功率單元將PWM時脈頻率降低為1/N，同時保持PWM時脈信號之工作循環恆定。在一些實施例中，相控制功能亦實施工作循環延伸。
    第四，本發明之多相功率區塊能夠實施多相切換式調節器以自多相操作中獲得益處。多相切換式調節器操作實現了增高之效率及更高之輸出電流。此外，多相切換式調節器操作實現更高之切換頻率及因此在調節器輸出電壓處實現較低之漣波電流。降低漣波電流亦降低了輸出/輸入電容器之電容需求。
    第五，本發明之多相功率區塊實現較低之各相位電感器電流，該較低之各相位電感器電流繼而使RMS損耗降低功率單元數目之平方。例如，對於一雙相功率區塊，用於各功率單元之電感器電流降低一半，而功率損耗降低單相功率損耗之1/4。在不需要降低功率開關之固有Rdson的情況下，可達成增高之效率。
    第六，當輸出電流在N個功率單元之中共用時，亦改良切換式調節器之瞬態回應。更具體言之，由於電流共用控制迴路以一較高頻率操作，轉換器之迴路帶寬明顯增加，從而需要較低之輸出電容。
    最後，當在N個功率單元中之功率開關之間分用負載電流時，降低功率開關之局部發熱，其相較於習知功率區塊容許功率開關更冷卻地運行。較冷卻運行的功率開關具有較低之Rdson及較低之傳導損耗。
    在上述實施例中，N相功率區塊實施工作循環延伸及平衡之負載電流共用。負載電流平衡係藉由量測來自各功率單元之電感器電流且產生工作循環控制信號以調變各功率單元之時脈邊緣以平衡N個功率單元之中之電流共用而實現。在其他實施例中，PWM控制器52經組態以基於由PWM誤差放大器產生之回饋電壓信號VFB來調整單相PWM時脈信號之工作循環。圖6繪示根據本發明之一替代實施例之用於圖4之雙相功率區塊之PWM時脈信號及時脈相位。參考圖6，單相PWM時脈使其尾隨時脈邊緣回應於回饋電壓信號VFB而調整以延長功率區塊之工作循環。同時，時脈相位CP1及CP2係在不需要進一步之工作循環延伸之情況下基於單相PWM時脈而產生。以此方式，PWM控制器調整單相PWM時脈之工作循環以保持輸出電壓在調節下以代替在各功率單元處實施工作循環延伸。仍實施用以調變時脈相位之前導及尾隨邊緣以用於負載電流平衡之微調控制。
    提供上述實施方式以繪示本發明之特定實施例，且並不意欲限制。在本發明之範疇內之許多修改及變更係可能的。本發明係藉由隨附申請專利範圍而界定。
    1‧‧‧切換式調節器
    10‧‧‧切換式調節器控制器
    12‧‧‧誤差放大器
    14‧‧‧控制電路
    16‧‧‧閘極驅動電路
    18‧‧‧高側驅動器電路/閘極驅動器
    20‧‧‧驅動器電路/閘極驅動器
    22‧‧‧開關節點
    26‧‧‧節點
    28‧‧‧回饋節點
    30‧‧‧負載
    50‧‧‧功率區塊
    52‧‧‧脈寬調變控制器/單相脈寬調變控制器
    60‧‧‧N相功率區塊
    63-1‧‧‧功率單元
    63-2‧‧‧功率單元
    63-N‧‧‧功率單元
    64‧‧‧時脈邊緣調變器
    65‧‧‧相位控制電路
    66‧‧‧輸出節點
    70‧‧‧電流共用控制電路
    72‧‧‧電流量測電路
    74‧‧‧匯流排
    100‧‧‧雙相功率區塊
    103-1‧‧‧功率單元
    103-2‧‧‧功率單元
    105‧‧‧相位控制電路
    106‧‧‧輸出節點
    112‧‧‧控制邏輯區塊
    114‧‧‧誤差放大器/電流放大器
    120‧‧‧電流放大器
    122‧‧‧電流放大器
    124‧‧‧或閘
    130‧‧‧溫度感測器
    132‧‧‧溫度感測器
    200‧‧‧電流共用控制電路
    202‧‧‧電流量測電路
    204‧‧‧匯流排
    COUT‧‧‧輸出電容器
    CP1‧‧‧時脈相位信號/時脈相位
    CP2‧‧‧時脈相位信號/時脈相位
    Iinst‧‧‧電感器電流值
    ILoad‧‧‧負載電流
    L1‧‧‧電感器
    R1‧‧‧電阻器
    R2‧‧‧電阻器
    S1‧‧‧功率開關
    S2‧‧‧功率開關
    SW‧‧‧開關節點
    TS1‧‧‧溫度感測器
    TS2‧‧‧溫度感測器
    VFB‧‧‧回饋電壓/回饋電壓信號
    VOUT‧‧‧經調節之輸出電壓
    VREF‧‧‧參考電壓
    VSW‧‧‧切換式輸出電壓
    圖1係一習知切換式調節器之一示意圖。
    圖2繪示包含一單相PWM控制器及一單相功率區塊之一習知切換式調節器之一組態。
    圖3係根據本發明之一項實施例之一N相功率區塊之一示意圖。
    圖4係根據本發明之一項實施例之一雙相功率區塊之一示意圖。
    圖5繪示根據本發明之一項實施例之用於圖4之雙相功率區塊之PWM時脈信號及時脈相位。
    圖6繪示根據本發明之一替代實施例之用於圖4之雙相功率區塊之PWM時脈信號及時脈相位。
    16‧‧‧閘極驅動電路
    18‧‧‧高側驅動器電路/閘極驅動器
    20‧‧‧驅動器電路/閘極驅動器
    22‧‧‧開關節點
    26‧‧‧節點
    50‧‧‧功率區塊
    52‧‧‧脈寬調變控制器/單相脈寬調變控制器
    COUT‧‧‧輸出電容器
    Iinst‧‧‧電感器電流值
    L1‧‧‧電感器
    S1‧‧‧功率開關
    S2‧‧‧功率開關
    VFB‧‧‧回饋電壓/回饋電壓信號
    VOUT‧‧‧經調節之輸出電壓
    VSW‧‧‧切換式輸出電壓
    权利要求:
    Claims (22)
    [1] 一種用於一切換式調節器之多相功率區塊，該切換式調節器經組態以接收一輸入電壓及產生一經調節之輸出電壓，該多相功率區塊包括：一相位控制電路，其經組態以接收一單相脈寬調變(PWM)時脈信號且產生N個相之N個時脈信號；N個功率單元，各功率單元包括：一對功率開關，其在該輸入電壓與一接地電位之間串聯連接且經組態以在該等功率開關之間之一共用節點處產生一切換式輸出電壓；一個或多個閘極驅動器，其經組態以驅動該等功率開關之閘極端子；一控制電路，其經組態以接收該N個時脈信號之一者且產生用於該等閘極驅動器之閘極驅動信號；及一電感器，其具有接收該切換式輸出電壓之一第一端子及提供一電感器電流之一第二端子，該N個功率單元之該等電感器之該等第二端子一起連接至一輸出節點；及一電流共用控制電路，其經組態以評估該N個功率單元之各者之該電感器處之該電感器電流且產生用於該N個功率單元之各者之工作循環控制信號，該等工作循環控制信號經施加至該N個功率單元之該等控制電路以調整供應至該等功率單元之一個或多個時脈信號之工作循環以平衡該N個功率單元之中之一電流負載。
    [2] 如請求項1之多相功率區塊，其進一步包括一輸出電容器，該輸出電容器耦合在該輸出節點與該接地電位之間以產生該經調節之輸出電壓。
    [3] 如請求項1之多相功率區塊，其中該相位控制電路經組態以分解該單相PWM時脈信號以產生N個相之N個時脈信號，該N個時脈信號具有為該單相PWM時脈信號之時脈頻率之1/N倍之一時脈頻率。
    [4] 如請求項3之多相功率區塊，其中該相位控制電路包括一鎖相迴路電路。
    [5] 如請求項1之多相功率區塊，其中該電流共用控制電路產生該等工作循環控制信號以調變供應至該等功率單元之該一個或多個時脈信號之上升及/或下降時脈邊緣以平衡該N個功率單元之中之該電流負載。
    [6] 如請求項5之多相功率區塊，其中該電流共用控制電路產生該等工作循環控制信號以在該N個功率單元之間均分該負載電流負載。
    [7] 如請求項1之多相功率區塊，其中該電流共用控制電路經組態以量測該N個功率單元之平均電感器電流，且比較各功率單元之該電感器電流與該平均電感器電流以產生用於該功率單元之該工作循環控制信號。
    [8] 如請求項1之多相功率區塊，其進一步包括複數個溫度感測器，其經組態以量測在該N個功率單元之各者中之該等功率開關之局部溫度，該複數個溫度感測器將局部溫度量測提供至該電流共用控制電路，該電流共用控制電路經組態以回應於該等局部溫度量測而產生該等工作循環控制信號以平衡該N個功率單元之中之該電流負載。
    [9] 如請求項1之多相功率區塊，其進一步包括一電流量測電路，其經組態以產生指示在一給定時刻處之該N個功率單元之最大電感器電流之一瞬時電感器電流值。
    [10] 如請求項9之多相功率區塊，其中該瞬時電感器電流值由該切換式調節器使用以進行電流模式控制或電流極限控制。
    [11] 如請求項9之多相功率區塊，其中該電流量測電路藉由感測該等功率單元之該等功率開關中之電流而量測該瞬時電感器電流。
    [12] 如請求項1之多相功率區塊，其中在該N個功率單元中之該等電感器為離散電感器。
    [13] 如請求項1之多相功率區塊，其中在該N個功率單元中之該等電感器為具有同相或180°非同相之一磁性耦合之磁性耦合電感器。
    [14] 如請求項9之多相功率區塊，其中該單相PWM時脈信號係基於指示該經調節之輸出電壓及該瞬時電感器電流值之一回饋電壓信號而產生。
    [15] 一種用在經組態以接收一輸入電壓且產生一經調節之輸出電壓之一切換式調節器中之方法，該方法包括：接收一單相脈寬調變(PWM)時脈信號；自該單相PWM時脈信號產生N個相之N個時脈信號；將N個相之該N個時脈信號提供至N個功率單元，各功率單元接收該N個時脈信號之一個相；根據提供至該功率單元之該時脈信號而在各功率單元處產生一切換式輸出電壓；回應於該切換式輸出電壓而在各功率單元處產生一電感器電流；將該N個功率單元之該等電感器電流耦合至一輸出節點；量測各功率單元之該電感器電流；及調整提供至該N個功率單元之一個或多個時脈信號之工作循環以平衡該N個功率單元之中之一電流負載。
    [16] 如請求項15之方法，其中自該單相PWM時脈信號產生N個相之N個時脈信號包括：分解該單相PWM時脈信號以產生N個相之該N個時脈信號，該N個時脈信號具有為該單相PWM時脈信號之時脈頻率之1/N倍之一時脈頻率。
    [17] 如請求項15之方法，其中調整提供至該N個功率單元之一個或多個時脈信號之該工作循環以平衡該N個功率單元之中之一電流負載包括：調整提供至該N個功率單元之該一個或多個時脈信號之上升及/或下降時脈邊緣以平衡該N個功率單元之中之一電流負載。
    [18] 如請求項15之方法，其中調整提供至該N個功率單元之一個或多個時脈信號之該工作循環以平衡該N個功率單元之中之一電流負載包括：量測該N個功率單元之平均電感器電流；及比較各功率單元之該電感器電流與該平均電感器電流以判定對該一個或多個時脈信號之該工作循環將作的調整。
    [19] 如請求項15之方法，其進一步包括：量測該N個功率單元之各者之局部溫度；及回應於該等局部溫度量測而調整該一個或多個時脈信號之該工作循環以平衡該N個功率單元之中之該電流負載。
    [20] 如請求項15之方法，其進一步包括：產生指示在一給定時刻處之該N個功率單元之最大電感器電流之一瞬時電感器電流值。
    [21] 如請求項15之方法，其進一步包括：延長N個相之該N個時脈信號之該工作循環。
    [22] 如請求項15之方法，其進一步包括：回應於一誤差信號而調整該單相PWM時脈信號之該工作循環以調節該輸出節點處之該輸出電壓。
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