適當地傾斜均流的方法

2023-09-15 00:57:25

專利名稱：適當地傾斜均流的方法
適當地慨斜均流的方法


在結合附圖閱讀時通過參考下面的詳細描述可以更加充分地 本發明的
戰以及其它目的、特徵和優點，附圖中
圖1示出了分布式電源架構(DPA)系統的一個實施例；
圖2示出了其中微控制器M I2C總線與POL轉換器裝置進，預信的系統
的一個實施例；
圖3示出了其中DC-DC電壓轉換器以點對點配置互聯，並由中;^共電控制 器控制以執行特定功能的系統的一個實施例；
圖4示出了錢的DC電源系統中需要的通用功能被組合到單個控制器中 的系統的一個實施例；
圖5示出了 POL調節器系統的一個實施例，POL調節^^皮配置為通M信
總線彼jtkM信；
圖6示出了通常被稱作"降壓調節器"的電源調節器的一個實施例； 圖7示出了根據圖5的DPA系統的一個實施例的均流配置的一個實施例； 圖8示出了圖IW中兩個POL裝置各自的負載線具有相同斜率的理想瞎況 的電壓-電流示圖9示出了圖解其中從裝置的下降(droop)電阻高於主裝置的下降電阻的 情況的電壓-電i^圖10示出了圖角棋中從裝置的下降電阻低於主裝置的下降電阻的情況的電 壓陽電流示圖11示出了圖解用於二卩糊流的負載線的電壓-電流示圖12示出了圖解負載變化的情況下用於二階均流的負載線的電壓-電流示
圖13示出了控制圖表，該圖表包括根據一個實施例的用於電流平衡從， 的一階控制反饋路徑；
圖14示出了信號圖表，該圖表示出了均流配置中的兩個調節器在正常調節期間的柵極信號和輸出電流；
圖15示出了信號圖表，該圖表示出了均流配置中的兩個調節器的柵極信號 和輸出電流，其中第二調節驗戶満禾徵目的開關周期內緩漫減小其GL脈衝 (GL2)的寬度直到^l皮消除，且該調節1§#步地切換；
圖16示出了信號圖表，該圖表示出了圖15中的柵極信號和輸出電流，其 中第二調節器通過在所編程數目的開關周期內減小GH脈衝的寬度來削減其 GH信號(GH2)直到其被消除；
圖17示出了用於減小或釋放同步FET柵極脈衝的寬度的調製電路的一個實 施例的控制圖表；
圖18示出了信號圖表，該圖表示出了單個調節器的柵極信號和輸出電流以 說明調製電路可如何操作以削弱柵極低脈衝，其中最小脈衝寬度編程為零或非 零；
圖19示出了用於執行柵極驅動信號路徑間的均衡控制的電路的一個實施
例；
圖20示出了信號圖表，該圖表示出了在可編程數目的開關周期上將同步柵 極驅動調製成零寬度佔空比的過程中，均流配置中的兩個調節器的柵極信號和 輸出電流；
圖21示出了信號圖表，該圖表示出了在可編禾激目的開關周期上將同步柵 極驅動調製成全(D)寬度佔空比的過，呈中，均流配置中的兩個調節器的柵極信 號和輸出電流；
圖22示出了表格，該表格強調了一種可被定義用於均流編程的一種可能樣 本數據結構；
圖23示出了在通信總線上調節器之間的通信的示例，其中通信總線上的命 令可定義事件動作；
圖24示出了流程圖，該流程圖示出了當增加相時，用於POL裝置在均流 組中配置自身的方法的一個實施例；
圖25示出了流程圖，該流程圖示出了當移除相時，用於POL裝置在均流 組中配置自身的方法的一個實施例；
圖26示出了用於均流組中四個POL裝置的柵極信號，其中每一相與一組 柵極信號相關聯，第三和第四相被移除，並且第二相將其自身重新分配至與第一POL，不同的偏移量；
圖27示出了用於均流組中的四個POL裝置的柵極信號，其中每一相與一 組柵極信號相關聯，增加了第二和第三相，並且第四相將其自身重新分配至與 第一POL裝置不同的偏移量；
圖28示出了主裝置的輸出電肌斜坡和成員/從裝置的輸出電iiM坡，其中成 員裝置的斜坡明顯比主裝置的斜坡更早開始；
圖29是圖28中的主裝置的負載線與從^g的負載線之間的更加理想的負 載線關係，其中電流比圖28所示的實施例更加平衡；
圖30示出了信號圖表，該圖表示出了用於主裝置和從裝置的柵極信號，其 中硬體觸發機制使得這些裝置開始^ll出電壓傾斜；
圖31示出了信號圖表，該圖表示出了用於主裝置和從裝置的柵極信號，其 中GH佔空比延時，並且延遲的GH信號在輸出級中被複製為GL信號；以及
圖32示出了信號圖表，該圖表示出了用於均流配置中的兩個調節器的柵極 信號和輸出電流，其中從裝置釋放GL佔空比以獲得為GH信號的逆的GL信爭
雖然本發明可以有各種改變和替代形式，但其特定實施例在附圖中藉助於 示例示出，並將在本文中進行詳細描述。然而，應當理解，附圖以皿其進行 的詳細描述並非旨在將本發明限定於所披露的特定形式，相反本發明將覆蓋落 入權利要求書限定的本發明的衞申和範圍內的所有改變、等效方案和割戈方式。 注意，標題僅僅是為了便於行文結構的目的，而並非意味著用於限制或理解說 明書或權利要求。此外，還注意本申請全文中使用的措辭"可以"表示的是許 可的意思(亦即具有可能，f嫩)，而非強制意義(亦即必須)。
具體實施例方式
電源設計已經成為一項嚴峻而困難的任務。高電淑低電壓集成電路需要一 種純淨而穩定的DC電源。這種電源必須倉嫩鵬非常鵬的瞬態電流。至噠 這些負載的電子路^3S必須具有低電阻和低電感(1.5V的電源將以60安培在 25mD的電P肚完全下降)。傳統地，DC電源被設計劍每AC線電壓轉換成一 個或多個DC輸出，這些DC輸出將通過系統被路由至負載點。為了降低在系 統周圍分布高電流信號的有害效應，已糹^取了一種以適度的電壓和電流電平 來分配功率的可選方法。不是在中W立置將AC電源電壓電平轉換為各種負載所需要的DC電壓電平，而，常將AC電源電壓轉換為一種"合理的"DC電 壓，並將其路由至"負載點"(POL)，在那裡"合理的"DC電壓被就地轉換為 所需要的低電壓。這種技術被稱作"分布式電源架構"或DPA，並在圖1中示 出。如圖1的PDA系統200中所示，交流-直流電壓轉換器202可產生中間直 流電壓Vx，該中間直流電壓Vx可被路由至單個的本地直流-直流轉換器204、 206、 208和210，它們依次可分別向其對應的POL提供所需的DC電壓VI、 V2、 V3和V4。 {頓DPA可以減小體，因為高電流信號的tOT巨離被最小化， 從而降低了IXR (電阻性)以及Ldi/dt (電感性)誤差。應當注意的是這裡使 用的術語"POL轉換器"和"DC-DC轉換器"是可以互換的，並且應當理解通 常在DPA系統中，電源;t5KDC-DC轉換器供應給各POL的。
在許多功率分配系統中，只在系統周圍將功率分配給多個POL通常是不夠 的。複雜的電子系統通常還要，鵬視和控制以確保最大禾號的可靠性和性能。 以下列舉了 DPA系統中通常實現的更重要功能(電源特徵)中的一些。
供電排序
現代電子系統可包^i午多IC，並且齡IC可具有多種電源電壓需求。例如， 核心邏輯可能需要一種電壓而I/O可能需要一種不同電壓。皿常導致需要設定 單個晶片上各電壓l鵬加的l,以及向系統中的多個晶片加電的順序。
斜坡控制
有時，有必，制轉換器的DC輸出電壓從其初始值傾斜到額定值的速率。 這樣做可有助於管理熱交換(hot-swap)事件、排序需求或者滿足負載的需求。
很多時候希望使一個或多個轉換器的輸出跟隨或反映系統中一個或多個其 它轉換器的輸出。例如，足服宇、一種特定的電壓7jC平可包括將^Sl轉換器或體 的電壓水平設定成l戱艮蹤轉換器或裝置的電壓水平，並且當任何時候被SI^裝 置的電壓水平發生變化時，改z鄉艮蹤裝置的電壓水平以與被足鵬裝置的電壓水 平相匹配。有些情況下，跟蹤裝置和被S跟宗裝置的電壓水平可能並不相同；被 跟蹤電壓水平的變化將簡單地被反映到跟蹤裝置的電壓輸出上。例如，如果被 足l^電壓增加了 0.2V，那麼足販宗電壓也將增加0.2V。
相控制
DC電壓通常以線性調節和DC-DC轉換這兩種方式中的一種方式逐步降低。DC-DC轉換器可通，輸入電壓進行脈寬調製(PWM)以皿輸出進行 無源澹波棘步斷氐DC電壓。PWM信號的佔空比大致約等於輸出電壓與輸入 電壓的比率除以轉換器的效率。例如，對於合需輸出為1,2V、輸入為12V的理 想DC-DC轉換器，其佔空比將為10%。在大電流應用中，通常希望迫使各個 DC-DC轉換器對其時鐘周期的不同"相"進行採樣。也就是說，為了防止系統 中的DC-DC轉換llt附時鐘周期的第一個10%進行採樣， 一個轉換器可對時鐘 周期的第一個10%採樣，而下一個轉換器可對時鐘周期的不同10%採樣，做匕 類推。這樣通常降低了噪聲和改善了瞬態響應。這種技術還鵬用於電機控制， 並且常被實l^控制系統中的多個Ml。具有交錯相的PWM控制的贈腿常 提供降低的聲學噪聲。 均流
除了迫使DC-DC轉換器對開關時鐘的交錯相採樣外，有時還希望迫使兩個 或多個獨立轉換器每個都能皿均等份額的負載電流。這種方法改善了大電流 應用中的噪聲和瞬態響應。
開關時鐘的同步
通常希望使系統中的多個DC-DC轉換器的開關頻率彼此同步或與其它系 統時鐘同步。通常這樣做來降低將時鐘或其諧波與重要的系統時鐘混頻的可能 性。這在通信應用中有鎌別的意義。
還有一些功率系統可能需要的其它功能。例如，驢測量的單個點，柵極 的開/關狀態以及振蕩或許也是感興趣的。
為了滿，更多功率和更密集系統的需要以及由此帶來的重新分配問題， 許多現在的功率分配方案開始在單個封裝內提供多種解決方案或功能。通常這 些功能中的每一種功能都需要系統中的單獨配置。也就是說，每種功能需要其 自己的互連網絡將POL轉換器連接在一起。該互連網絡可實5 ，輯，
於控制POL轉換器以便在系^i行期間倉,成功執行該特定功能的所需要的。
這些功能中的許多功能包括模擬信號控制，其需要對應的+^^信號線，其中POL 轉換器以點對點配置互聯。這對言號的路由通常很困難，同時各種POL轉換器 之間和/或POL轉換器與系統的樹可其它元件之間沒有^1起真正的通信。
為了在系統級將這些功能中的全部或大多數連接在一起， 一種方法已在負 責控制於POL變換器的控制IC中實現這些功能。 一些功能還可被編程至微控制器中，該 制器可通過允(IC間通信)總線與相連的POL轉換器通信 從而協調對系統中所有POL轉換器的控制。圖2示出了基於I2C的系統的示例。 如圖2所示，微控制器302可耦合至POL轉換器(也被稱作POL調節器)320、 322、 324和326，其中各裝置之間的it接表示I2C總線。圖2所示配置通常不適 於主動控制，並且主要可用於狀態監視，其中POL轉換器320、 322、 324和326 可向微控制器302総回狀劍言號， 制器302進而可基於從於POL轉換 器接收的狀態信息向各POL轉換器皿簡單的控制信號。 一般而言，微控制器 302 —次檢査一個POL轉換器的狀態，當系統中需要更多交互式實時通信時， 這可被視為是一，點。
圖3示出了在DPA系統中實現的單個功能的一個示例。通常，電源控制器 350 (提供對執行該功能的控制)與DC-DC電壓轉換器352、 354、 356和358 以如圖所示的點對點配置連接。電源控制器350 M專線耦合到每個DC-DC轉 換器，(通常使用模擬線路來實現大多數功能)，更具體地^M^路372和362 耦合到轉換器352，皿線路374和364耦合到轉換器354， ffiii線路376和366 耦合到轉換器356，以CT過線路378和368耦合到轉換器358。輸入電源電壓 V駄360耦合到* DC-DC轉換器，皿而對於一個或多個相應的POL， DC-DC轉換器352可以產生DC輸出電壓370， DC-DC轉換器354可以產生 DC輸出電壓372， DC-DC轉換器356可以產生DC輸出電壓374，以及DC-DC 轉換器358可以產生DC輸出電壓376。
在各種實施例中，鋭的DC功率系統中所需要的公共功能可以組合到單 個控制器中而不是被當作分開的IC功能。如圖4所示，管理功能1到N的控制 器502可通過數字總線504被耦合到POL調節器1到M(作為示例被示為POL 調節器510、512和514)。數字總線504可以是使通信所需線^M少的串行總線。 在圖4戶標配置中，M31將轉換器510、 512和514與控制器502都耦合到串行 數字總線504，使得轉換器510、 512和514與控制器502之間的實時通信成為 可能。然而，當執行共享的功率功能時，該系統可能f鵬要依劍所齢的POL 調節器執行中心控制，從而限制了^hPOL調節器的響應時間。
在一組實施例中，^[OT混合信號IC技術的面向系統的解決方案可將每個功 能的一個單元分配給單個負載點(POL) IC或POL調節器。在這些實施例中， 一個DC-DC電壓轉換器、 一個電源排序單元、 一個負載監視單元以及多種其它功率管理功能(例如以上討論的功能)的一個對應單元可合併到單個POL調節 器中，如圖5所示。 一種真正面向系統的解決方案可通過能夠與其它POL調節 器、禾口/或與可選主控制IC通信的POL調節器來實現。如圖5示出的實施例所 示，POL調節器602、 604和606各自被分配功能1-N，並經由串行數字總線610 耦合在一起。總線610可比l2c總線更簡單並且可Jlf共更多控制和信令，包括實 時數據反饋能力。總線610還可允i，個POL調節器耦合到主控制IC (MCIC) 800，或直^t皮此耦合，使得所有系統級功能得以配置、控制和監M/人而提供簡 單靈活的結果。雖然圖5示出MCIC800耦合到總線610，然而MCIC800是可 選的，且替代實施例可省略MCIC 800，而只包括耦合到總線610的POL調節 器，J^f有需要的功能可由單個POL調節器來控制，或者各種功率管理功能可 由一起運行的一組POL調節器集中進行控制。
如圖5所示，本發明的實施例提供了一種用於設計DPA系統的模iM:方法， 其提供系統級功能而不需要系統為了可能需要的每個期望功能而進行單獨和分 開地配置。每個POL調節器在M^A系統之前可以被^4蟲配置，並且可操作以 通過訪問總線610上的實時反饋信息以皿過與其它POL調節器進4fM信來實 !^ 有必需的功能。這代表了主動控制，而不是簡單的狀態監視。
開關功率調節器通常使用兩個或多個功率電晶體將能量從一個電壓轉換為 另一個電壓。通常被稱作"降壓調節器"的這種功率調節器150調節器的一個 常見的例子在圖6中示出。降壓調節器150通常切換一對功率電晶體、高側(HS) FET138和低側(LS) FET140以在其公共節點SW處產生方波。所產生的方波 可以通過使用由電感器142和電容器144構成的LC電路進行平整以產生合需的 電壓V輸出。由誤差放大器146、比例積分微分(PID)濾波器132、脈寬調製器 (PWM)134以及輸出控制電路136構成的控制環路可被配置用於控制輸出方波 的佔空比，以及由jt啦制所產生的V^值。這裡i頓的HSFET138被稱作控制 FET， LS FET140被稱作同步FET，而從輸出控制電路136到HS FET138的信 號被稱作POL調節器的(輸出)控制信號。在典型的POL轉換器中，控制信 號的佔空比(D)可被定義為合需的輸出電壓(V輸出)除以輸入電壓(V駄)。 因此，控制FET可在佔空比所定義的持續期間開通，相反同步FET在被定義為 l-D的開關周期持續期間開通，這裡D為控制FET的佔空比(如前所述)。
在一組實施例中，POL調節器可被配置為負載或POL、 DC/DC轉換器的多相點，在多相配置中運行以升高系統可用的總電流。這種配置中可能產生的一 個問題是電流平衡，當提供大電流時可能需要執行電流平衡以保持穩定性。大
多數當今的解決方案沒有提供ii^頓低寬帶算法來平衡電流的手段，並且通 常也不提供通過調節數控反饋環路中的目標電壓來平衡負載線電流的方法。在 一組實施例中，可通過使用匹配的人工線電阻(下降電阻)的主動低帶寬均流 算、絲執行電流平衡，與此同時在穩態和動態瞬態期間保持多個環路的穩定性 下降。M置間的數字通信可f，均流算法，其中數字總線可以是單線路總線、 並行總線或時鐘和數據總線。 主動的下降均流
通過均衡負載點供電的分布式功率與單負載點供電或POL調節器相比有很
多引人注目的優勢。分布式或均、M過在大範圍輸出電流上具有更好的效率、 冗餘的可靠性以及分布式散熱而可被用於滿足與低電壓應用相關聯的日益增長
的電流需求。圖7示出了根據圖5中DPA系統的一個實施例的均流配置的一個 示例。POL轉換器102、 104和106 (代表第一、第二和第NPOL調節器轉換器) 可耦合到數字通信總線120，它們各自的經調節電壓輸出艦各自的電繊103 、 105和107以及電容器110被均衡以在電阻112表示的負載處皿單個電壓。應 當注意的是雖然圖7中輸出級(HS FET和LS FET電晶體對)被示為位於各自 POL轉換器的外部，但是在圖6中，輸出級卻被指示為POL調節器的一部分， 從而最好地突出了不同實施例的某對寺定特徵。還應當注意的是雖然輸出級是 POL轉換器的一個功能部分，但是當POL轉換器例如被配置在集成電路(IC) 上時，控制電路和輸出級可以被酉墮在同一 IC上，也可不酉遣在同一IC上。 本領域技術人員將會理解本文披露的POL轉換器的各種例示說明旨在將與本文 闡述的均流原理一致的所有可能的實現具體化。
在一組實施例中， 一種低帶寬、多階數控環路可被配置用於M:將從裝置
(POL調節器作為數字通信總線上的從，運行)的負載線與主裝置(POL調 節器作為數字通信總線上的主 運行)對準來平衡各裝置輸出間的不均衡。 然而， 一階l^環路可能就足夠了。自確定或專門的主POL調節器(例如POL 調節器104)可將其翻倒的輸出電流數對七，並將指示該電流值的信息通過數 字通信總線120傳送給傳統主-從配置中該組的所有從POL調節器(例如POL 調節器102和106)。所有的從裝置可以根據主裝置的輸出電流值與相應從裝置輸出電流值之間的差11^調整它們各自的控制FET的佔空比，從而有效地增大 或減小它們的輸出電壓。用於微調輸出電壓的實施例可以通過調整前端誤差放 大器(調節器150中的放大器146)中的目標電壓(調節器150中的Vref)來實 現。用於微調輸出電壓的其他實施例可以通過縮放佔空比來實現，而縮放佔空 比通常iM;校正控制滄波器(132，位於調節器150中)的抽頭或者通過調 佔空比控制模決(134，位於調節器150中)的控制M來實現。主裝置可以主 動地通過例如I2C、 SM總線或其它一些通信總線(圖7配置中的120)的通信 總線發送指示其電流值的信息，而從裝置可使用該信息來微調它們的被編程的 參考電壓，從而平衡系統中每^置的電流負載。主裝置可繼續發送該信息直 到故障發生，它的相下跌或其通信接口失敗，在該點處，組內的其他從裝置可 裁定新的主裝置。成員電流(亦即均流組中POL調節器的單個電流)可由此得 以平衡，例如為平均成員負載電流的5%，並具有16Hz的更新帶寬。
如圖6朋示例的，POL調節器可以tOT反饋控制方^tt於輸入電壓的分 數或佔空比算法產生經調節輸出電壓。為了滿足系統對大負載電流的需要，可 以實施一種新的均流方法。POL調節器間的均流可以通過相對於專用的主裝置 電流調整從裝置的負載線來實現。負載線算法可以實現在POL調節器的輸出電 壓路徑中增加在本文中被稱作"下降電阻"的人工線路電阻，以控制負載線曲 線(亦即輸出電壓-負載電流)的斜率，校準各裝置與其功率鏈之間的物理寄生 不匹配，這可能是由於過程和、皿變化以及印刷電路板(PCB)的布局差異而 引起的。
圖8示出了一種理想瞎況，其中兩個POL裝置各自的負載線(222和224) 具有相同的斜率。在一組實施例中，均流操作可以被配置成通過相對於主裝置 的電流微調從^S的輸出電壓以使從參考電壓(例如POL裝置102的參考電壓， POL裝置102可作為從POL轉換器運行)朝著主參考電壓(例如POL裝置104 的參考電壓，POL裝置104作為主POL轉換器運行)增大。這可以有效減小/ 消除相關POL ，各自電感器電流之間的間隙。如果主裝置的電流高於所檢測 到的從裝置的電流負載，另卩麼從裝置可以增加(向上微調)它的輸出電壓，其 可以導致主裝置的電感器電流下降而從裝置的電感器電流增加。相反的操作也 是成立的。也就是說，如果從裝置的參考電壓的截點高於主裝置的參考電壓的 截點，夷卩麼可以減小從裝置的參考電壓的截點以消除電感器電糹紋間的間隙，並使輸出電壓下降。
在一組實施例中， 一種算法可操作以使用積分器，通過主動校準各裝置之 間的不匹配來使從裝置相對於主裝置的輸出電壓主動地平衡它們各自的輸出電 壓。該算法可不限於通過設備具有相同下降電阻進行的均流，並且可被配置為 根據裝置的下降電阻、裝置的負載電流以及被傳輸的主裝置的負載電流值將每 個裝置的輸出電壓適配到最為合適的工作點上。例如，從裝置的下降電阻可以
高於主裝置的下降電P且值，如圖9所示(負載線382、 384和386)，或者它也可 以低於主裝置的下降電阻值，如圖10所示(負載線442、 444和446)。如上面 提到的，可以M縮放至輸出濾波器的控制FET的柵極信號的周期佔空比來實 現對輸出電壓的調節。對佔空比的縮放可以採用多種方式來實現(這在上面也 提到了)，以全面減小或增加控制環路中的聽信號(例如體放大器146的輸 出，如圖6所示)或者控制環路的結果(例如輸出控制136鵬的控制信號，
如圖6所示)。該算法可以適於控制在物ah可包括在均流配置中的任意數量的
裝置間的均流。均,可被應用於二階校正，其中從裝置下降電阻適於尋找最 佳負載線斜率以與主裝置的曲線相匹配。二,流的示例的負載線在附圖11和 12中示出。圖11示出了二階均流的負載線462、 464和466，圖12示出了負載 不同的二階均流的負載線472、 474和476。
在一個實施例中，平衡算法可以通過信號處理來實現，以允許主裝置在低 得多的帶寬時傳輸它的電流值。附圖13示出了根據一個實施例的用於電流平衡 從裝置的一階控制反饋路徑。雖然附圖13僅示出了一階控制機制，但是取決於 該系統和所需要的il^時間也可以實現二階、三階和更高階的控制環路。圖13 的控制反饋路徑可以用以下等式表示
^輸出=^e/ + r微調(")=+ A下降* G主裝置—J成員)* A" + ^微調(w _ 0 在一個封閉的數字系統中，如果被採樣的 信號的最高頻率不小於奈奎 斯特速率，則可能發生混淆。然而，採樣速率可能是不確定的，因為每個電流 採樣可能不會被立即傳送或接收。採樣速率的不確定性可能降低採樣過程中拍 頻的確定性，並可表現為輸出電壓的隨機不穩定性。在一個實施例中，該算法 還可被配置成用來控制振蕩器的頻率，由此在裝置處理器之間傳播處理速率的 不確定性，造成非關聯。此外，由於裝置可以具有內部裝置振蕩器，所以可能 因裝置處理和溫度差異以及製造而進一步降低關聯性。此外，通信總線上的通信還可使均麟樣速率抖動。
該算法可操作以將誤^f言號(例如圖16中的誤差放大器146的輸出)衰減 指定的增益因子K凝(圖13中的454)乘以下降電阻(附圖13中的452)，例 如
K —畫,
穩定 4
其通常為1.25mV/A，當然它也可以取其它值。下降電阻可操作以校準主從 會旨量級與反饋感測路徑之間的任何物理板布線不匹配。為了保持穩定性以及降 低積分器(圖13中的458)過衝，可以指定或編程最大校正值~~^人裝置可以 藉助於該最大校正{魏限制每個均流周期內它們各自的輸出電壓調節量。
各實施例可以在假定有理想負載線斜率的情況下進行配置。然而，如上所 述(例如參見附圖9和10)，從裝置的負載線電阻可能與主裝置的電阻不相等。 該均流算法的各種實施例仍可以根據所確定的方禾i^恰當地平衡電流。當輸出 電流變化時，該算法可能隨著時間更加活躍，這是因為兩條負載線在電感器電 流相等的點處交叉。皿可以在裝，過程、電壓和,進行平衡時實現。
可以^i正特定電流平衡帶寬(例如16Hz)足以保持穩定性，並且可以指定
所m信速率以確保均流成員裝置的負載之間的差異小於總負載的指定的、可
接受的比例(例如5%)。
均流配置和編程可以通過串4fM信或通過弓l腳帶設置和電阻器來實現(在 引腳帶設置中，可將引腳耦合到對應於在邏輯"l"的電壓水平或對應於邏輯 "0"的電壓水平，以有效iM裝置進行編程)。均衡組可以支,限數量的， 成員，但是組內成員裝置(成員POL調節器)的實際數量調節器可以被指定為 設定值，例如16，這樣可以 ^單位周期，行相擴展或在同組成員的切換 之間有360716=22.5°的度數間隔。 些實施例中，均流組的各成員可以用人 工交錯分布或者繞著單位相圓自發分布，以分散開關效自輸入電壓的影響。 這在圖14中示出，圖14示出了正常調節期間的均流，其中GH表示至控制FET 的控制信號，而GL表示至同步FET的、該控制信號的卑隅。方波622和624 表示第一 POL裝置各自的柵極信號，而方波626和628則表示第二 POL裝置 各自的柵極信號。第一 POL裝置的輸出電流630和第二 POL裝置的輸出電流 632在均流配置中被組合以獲得負載電流634。
此外，當輸出電流增加時，下降的量一輸出電壓偏離預期設定點水平的量~~可以是下降電阻乘以輸出負載電流的函數。因此，當輸出負載電流增加 時，被調節的電壓可能下降。然而，主體可命令均流組內的所有從裝置根據 檢測到的輸出電流同時微調它們各自的輸出電壓。由於主裝置可以擁有關於均 流組中活躍裝置的數量、它的輸出負載電流以及下降電阻的信息，所以它(主 裝置)可以在通信總線上使所有從裝置同步以界定它們各自的輸出電壓設定點， 從而將負載電流和下降電P鵬被調節電壓水平的影響降至撮小。
此外，控制環路可用在每個成員裝置中以作為組同時響應瞬態事件，即使 成員的電壓控制環路是相交錯的亦然，從而允許增強的瞬態響應。雖然前面用 於均流的被動下降均衡方法既簡單又便宜，但是前述方法通常需要一些形式的 手工校正(例如微調裝置的輸出電壓)。與之相反，本發明提出的主動下降均流 的各種實施例可以通過只使用單條總線和單個相應的總線協議的全數字通信技 術來實現，由此提高了長期可靠性。
增加和移除均流組中的相
當在多相配置中運行多個POL裝置以增加系統可用的總電流時，或許有必 要對均流組適當增加或移除一些相。由於某些系統需要而增加相或移除相可能 發生也可能不發生，但活躍相(活躍POL調節器)的數M常取決於均流組在 某些輸出負載級的效率或故障情況。為了避免犧牲多相電源系統的效率，在不 弓胞輸出電壓擾動的情況下增力,移除一些相(均流組中增加或移除POL調節 器)或許是有益的。在大多數當今的實現中，調整均流組中所有成員各自的控 制FET的導通時間來增加或移除相。
在一組實施例中，可以在不與其它，通信或不了解其它裝置的情況下， 縮放將) #鄰荒組增加或移除的裝置的柵極信號。如前面礙啲(參照圖6)，控 制FET可在佔空比定義的持續時間內是導通的，相反同步FET可在D'=l-D定 義的開關周期的持續時間內導通，其中D為控制FET的佔空比。雖然D'通常 僅是柵極-高信號的逆，但是在增加和移除相時，D'可以獨;ii艦行控制。因此， 至同步FET的信號在本文中被稱作柵極-低信號。在一組實施例中，硬體電路/ 元件可被配置用於控制該控制FET信號的導通時間和同步FET信號的導通時 間。這些硬體電路/元件可被同步以同時;1: #^蟲;1: 放這兩個柵極信號(控制 信號和至同步FET的信號)。在一組實施例中，可在不引起輸出電壓瞬變的情況
14下增加和移除均流組的一些相。在檢測負載狀況(例如輕載)的基礎上，可以
增加或移除相而不擾動輸出電壓。均^^且可以自對也檢測負載狀況(例如輕載)，
或者主處理器可以提供指示負載狀況的控制信號或通信。然而，均流組中的裝 置如何確定為何需要增加或是移除該裝置可能是其本身不會影響增加或移除相 的方式。
在一組實施例中，電路可被配置用於根據至少兩種用於無縫地增加和移除
POL調節器的均流組中的一些相的方法運行而不擾動均流組中任何裝置(POL 調節器)的輸出電壓。當均流組中的一個成員通過瞬間消除柵極-高信號和柵極-低信號而完全移除它對輸出電壓的貢獻時，通常會弓胞輸出電壓的瞬變。瞬間 移除成員裝置的柵極-高信號因此類似於加載瞎況(負載增加；亦即輸出端負載 己增加)可引起輸出電壓的瞬變，其中輸出電壓將振蕩升高。這種情況可能發 生是因為電感器(參照圖6和7，例如分別是電iilll42和103、 105、 107)的 電荷必須鄉。相反，如果成員裝置瞬間除去它的柵極-低信號，那麼其電麟 電流將尋找不同的返迴路徑，且該瞬變可表現為卸載狀況(負載減小；亦即輸 出端負載已降低)。瞬變可以是自感應的，或者系統可以花幾個開關周期來恢復。
均流組可以交錯分布活躍裝置的成相，這可以有效地通過活皿置的數量 來增加開關頻率，同時降低輸出紋波。如前面所提至啲，圖14示出了正常調節 期間均流的信號示圖，其中雙相均流組(兩個POL調節器一起運行)的電流信 號的相相差180度。在一組實施例中，均流組的一個成員裝置可以在可編程數 目的開關周期上依次移除它的GL (柵極-低)和GH (柵極-高)脈衝。這可使 得系統能在平均數量的周期±^瞬變做出有利地回應，而不依靠該裝置如何決 定是否應當增加或移除它均流組的相貢獻。例如，在某些瞎況下，POL裝置可 以包括執行編程指令(例如固件)的控制單元(例如微處理器)，且該控制單元 可以A^卜部主機接i^ffi信脈衝或分組，或者該POL體自身可以確定可增加或 者移除相。在其它情況下，POL裝置可以不包括這樣的控制單元，而^M31其 它方式，例如作為一個離散有狀態機(FSM)來實現增加或移除相的決定。
在一組實施例中，可以通皿續地操縱柵極信號(亦即GL和GH信號) 的脈寬來指示POL裝置中執行指令(例如固件)的控制單元(例如微處理器) 或者POL裝置中的離散FSM增加或移除相。為了增加或移除相，該裝置可以 故意地和系統地開通或關斷它的柵極驅動信號以避免向系統弓l入瞬變。例如，可以通過將同步柵極驅動在可編程數目的開關周期上調製成0寬度佔空比來實
現移除相，以及通過將同步柵極驅動在可編程數目的開關周期上調製成具有預 定或預期寬度(例如由系統動態決定)的佔空比來實現增加相。
當移除相時，POL體可以調節或不調節體路徑以消除任何幹擾佔空比 擾動。該^S可以削弱，至鵬換器的積分器(例如圖6中的PID滄波器132) 的i^信號，且它還可以凍結積分器的當前狀態。該POL，可以在可編禾Ml: 目的開，期上緩慢地減小它的GL脈衝的寬度直到其被消除，且該裝置異步 地切換，如圖15所示，其中一個POL體(該情況下為POL裝置2)的GL 信號被逐步消除。隨著GL2被最終消除，第二POL裝置的輸出電流Iu不斷變 化，還影響了總電流Io。同一POL裝置隨後可iM;在可編程數目的開關周期上 減小GH脈衝的寬度來削弱它的GH信號直到其被消除，如圖16所示。隨著 GH2被最終消除，第二POL裝置的輸出電流Iu最終也被減小為零，使得總電 流Io足郎宗第一 POL裝置的輸出電流Iu 。
當增加相時，該裝置可以使用積分器的最後狀態作為起始操作佔空比。該 裝置可以對輸出電壓採樣禾,當前感觀倒的輸出電壓來預偏置設定點電壓以實 現零誤差進入積分器。積分器可以根據該感測到的輸出電壓進行初始化以獲得 初始佔空比值V ^/V 。該裝置然後可以通過例如在可編程數目的開關周期上 從零到全比例地穩步爬升到最大允許脈衝來釋放GH脈衝。該裝置隨後可以在 GL調製電路中使積分器反向並有效地在可編程數目的開關周期上釋放GL脈 衝，隨後釋放積分器以允許該裝置調節輸出電壓。
圖17示出了用於斷氐或釋放同步FET柵極脈衝或GL的寬度的可能電路的 一個實施例的控制圖表。該電路可以基於有界的一1^5限衝激響應(HR)濾波 器696。輸入體 以編程在故障轉換表694中，作為圖17所示UCF的欠流 故障、圖17所示OCF的過流故障、或者圖17所示，-OCF-啟用和設置-UCF-啟用的來自控制器(例如微處理器)的控制。在一組實施例中，駄nR濾波器 696的誤差輸入(EIN)可被定義為有符號的兩比特值，並且可以i!3i復用器654 根據mM源選擇信號進fi^擇。積分器的迴轉可由第一增益因子K1 658控制。 系統的穩定性可取決於K1的值，雜某些實施例中可定義為8比特纖。增益 因子K1可用於確定調製調整的步幅、積分器迴轉及頻率。由於輸入的範圍可從 -1到1 (在有符號的兩比#{直的情況下——當體值被定義為不同的比特長度時，範圍可能相應地不同)，因此可以消除對乘法器的需要，因為滄波積分器可
以基於^輸入以Kl估值的幅度遞增或遞減。積分器(664)還可以被配置成 無符號和單極的，因為GL可以導通或關斷(如通過飾器668選擇的)，並且 i^波器可能不期望有瞬變。
GL積分器的增益(K^)可以通過等式1定義，其中X是積分器的運行總 和，N是使積分器飽和或關斷GL所需要的開關周期的總數量
為了算出這個總和，可以將等式1轉換成積分的形式-
formula see original document page 17
在求解該積分時，KeL可以根據所需時間皿達，以移除GL (移除GL可 以作為命令通M信總線進糹 m信，例如圖7中的總線120)，且該切換率
formula see original document page 17
從該式中可以得出
formula see original document page 17
如圖18所示，GL調製電路可以運行用於削弱柵極-低脈衝(1102)(與對 應的GH脈衝/信號1104 —起示出)，其中最小脈衝寬度可以編程為0或非0。 圖18還提供了相計數器信號(1106)的一種可能波形，其可以艦遞減電路698 (圖17)產生。陰影區域示出了可能的調製範圍。
在另一組實施例中，可3131同日 作兩個柵極信號(GH和GL)的脈衝寬 度來指^t行固件或離散狀態機的微處理器增加或移除相。為了增加或移除相， 該裝置可以有效地導通或關斷它的柵極驅動信號，同時避免了向系統弓l入瞬變。 該功能可以通過一電路來實現，該電路可選通向±/向下計數器並同時縮放到典 型的轉換器輸出(例如圖6和7示出的轉換器實施例的輸出級)的柵極驅動信 號。圖19示出了用於在柵極驅動信號路徑間執行共同控制的電路的一個實施例。 當移除相時，該裝置可以將誤差信號驅動為零，其可以有效地凍結積分器 (DPWM802)的狀態，且該裝置可以儲存積分器的狀態。當增加相時，該裝置可以使用積分器的最後狀態作為起始運行佔空比。可選擇地，該裝置可以採樣 輸出電壓，且它可以用當前感測至啲輸出電壓來預偏置設定點電壓，從而實現 零誤差進入積分器。該積分器可以根據感測到的電壓被初始化從而獲得初始佔
空比值V輸^駄。該裝置隨後可M:允許計數器(808)向上計f^釋放GH和 GL脈衝。該計數器值可用於在可編禾徴目的開關周期上從邏輯上釋放佔空比脈 衝。該體可以隨後釋放該積分器以使該裝置能調節輸出電壓。
縮放計數器808可以向i7向下計數到N,也可以從N向J^向下計數，且當 前計數作為N (806)的分數可以產生縮放因子KD，其可用於改變GH信號的 有效佔空比。縮放計數器808和HR滄波器810 以接收指示是否增加或移除 相的信息的控制信號(增力P/移除)。HR濾波器810的輸出可以與計數器808的 當前計數值比較(使用比較器816)，從而提fM放因子KD，，其可以用於在與 (AND)門814中與經修改的GH信號組合以產生修改後的GL信號(脈衝)。 如所指示的，當服滄波器的輸出大於或等於計數器值的時候，GL可被保持為 零(OxO)，否則在與縮放因子KD，對應的持續時間上，它將是GH的逆。
圖20示出了一個圖表，該圖表示出了在可編程數目的開關周期上將同步柵 極驅動調製為0寬度佔空比的過程。如圖20所示，GH和GL可以被同時調製 以最終達到0值，也就是說，沒有脈衝被鵬至受影響的POL調節器(該清況 下為調節器2)的輸出級。陰影區,示相應信號的經縮放初始寬度。類似他， 圖21示出了一圖表，該圖表示出了在可編禾激目的開關周期上將同步柵極驅動 調製為全(D)寬度佔空比的過程。如圖21所示，GH和GL可以被同時調製 以最終超l」零值，也就是說，沒有脈衝被皿至，響的POL調節器(該情況 下為調節器2)的輸出級。
均流組的智能管理
還可以設計一個或多個其它算^I6S—步改善均流組的性能。該(些)算 細舌如下這些
1. 偽無主的主-從形式的電流平衡配置，其中倘若當前主裝置出於任何原因 退出調節，則所有成員裝置自發地裁定一個新的主，指派。
2. 基於系統參數級改善效率，例如佔空比或輸出電流。該改善可以包括自 發地增加和移除相的方法以及調節系統開關頻率的方法。
183. 通過基於活躍成員的數量將繞著單位圓均勻間隔的所有成員相重新分布 的方法，將開對員耗和輸出統波最小化。
4. 故障情況終止後自發地恢復單個成員。
如前所述，可以實^h述算法以M;數字總線(例如圖7中的總線120)執 行對均流組的管理。
當今的系統不樹共勝於，-，通信方法的用於對指定的主，進行自發 重新分布的手段，如果任何裝置故障，這種方法允許系統保持穩定和活躍。然 而，頓組內成員相排歹湘對彼lt爐行重新分布時以及調節均流組的性能時，
響應於讀取系統參數自發地增加或移除相存在很多益處。
POL ， /調節器的均流組可以通過很多方式來配置。圖22示出強調一種 可能的樣本數據結構的表，該樣本數據結構可被定義用於均流編程。通31il信 總線對無主算法的配置可取決於編程唯一的裝置禾斜只符，比如ID或地址，其可 在通信總線協議中使用。在示出的示例中，可以定義5比特均流組ID或地址。 當然比特的數目可以取決於組內POL 的數目，並且可以大於5比特或小於 5比特。另外，組內驢的數目、組內的位置或1,編號 以被指定。此外， 動作還可以通過總線來傳達，比如增加/移除相、從故障中自發恢復以及啟動 均流算法。
圖23示出通信1300的一個示例，其中命令1302可以定義事件動作，比如 移除/增加相，ID 1304可以表示該均流組的唯一標識符，比如地址或ID，並 且，位置/狀態1306可以把該^^置與其狀態相關聯，例如，移除相。 在這個實施例中，第一 (或初始的)主裝置的指定可以由用戶決定，例如對具 有唯一位置的裝置進行編程。比如，如果在均流配置中配置有四個裝置，那麼 位置為0的裝置可以被指定為初始的主，，而編程為1、 2、 3的裝置初始可 為從裝置。在一組實施例中，POL裝置可能是弓胸帶耦接的，並且在操作期間 它們可以從其通信地址推斷出他們的位置，例如具有總線(比如SM總線) 地址空間的地址0x20的裝置可以如該低位比特定義的譯為位置0。 一旦已申明 了新的主裝置，另P麼該新的主裝置可以向所有的活躍成員請求信號，其中該信 號可指示由於新配置導致的各成員的相移量。通過皿新相，該主裝置可以計 算各成員應當為什麼相併與接收到的信息進行比較。另外，相的傳輸也可以表 示成員們認識到並認同該組。在一組實施例中，可以配置無主算法來管理均流組成員之間的均流通信， 並且還實現均流組內的故障管理和故障反應。在一組實施例中，均流組可以配 置有多個裝置，這些裝置可被編程以使得一個裝置被指定為均流組中的初始主 裝置，而其他裝置被指定為初始從(或成員)裝置。在另一組實施例中，這些
裝置可以被編程以使得該組可以自發指定主裝置。該主裝置可以通31ii信總線 (例如l2C、 SM總線或者一些其他的通信總線)主動傳送指示當前的傲狀態的 第一信息，其中成員/從裝置i頓該信息來調劐也們的GH控制信號的佔空比 值以平衡系統中各^置的電流負載。該主裝置可以繼續傳送第一信息直到發 生故障、其相被移除或者其通信接口失敗，在這時該組中的從成員可以裁定出 新的主裝置。
因此偽無主的主-從算法可以被定義為這樣的算法，其操作以在包括多條 置的，-裝置系統中指定至少一#置作為默認的主裝置，並且指定其他的裝 置作為該主裝置的默認從裝置。該偽無主方面是指系統的這樣一種能力，在指 定的默認主裝置停ih^作用的情況下通過裁定(即根據包括優先級信息的某種 準則進行指定)新主裝置的能力，該系統總是包括至少一個被指定為主裝置的 裝置，而無需任何從裝置在總線上明確地要求變成主裝置。在一個實施例中， 均流組的所有成員，都用狀態向量救艮蹤該組其他成員的狀態。該向量可以 用於例如根據最低的有效位置或其它的編址方穀艮蹤當前主裝置(例如其可為 默認的主體)。Ite^卜，系統的默認主體可以被定義為最低的編程位置(即該 裝置在均流組的裝置中具有最低的^g ID)。
均流組的各個成員可以具有初始配置(即均流組的於POL體成員可在
運行之前被配置)。M成員可以配置有均流組ID (再次參看圖22和23),其
可以允許多個組使用同一條通信總線。此外，均流組的各成員可以配置有(或
可以存儲)指示該均流組中配置的裝置數目的信息、和指示該裝置在該組內擁
有的唯一位置的信息。在電壓/電流調整期間，各成員可以在該通信總線上保
持躧宗有多少成員活躍地均流繊出電壓，以及哪1^S是現在指定的主裝置。 將其自身添加到該組或者退出該組的任何裝置都可以通過該數據總線傳遞它的
組ID、它的當前狀態(添加或退出)以及它的位置。
圖24示出流程圖，示出了用於POL ，在增加相時在均流組內酉己置自己 的方法的一個實施例，即當POL調節親皮啟動/被激活以在均流配置中樹共額外的電流時。所有連接至腿信總線的^g者阿以iia將接收到的組iD與它們已編
程的組ID進行比棘確定所傳送分組是否與它們相關(2402)。換句謝兌，各 裝置可以首先確定它是否為所傳送分組的預計到達的均流組的部分。如果ID匹 配，那麼接收裝置可以評估在分組中傳送的組成員的狀態。如果該裝置是將其 自身添加到該組，那麼可比較位置(2404)。如果接收到的位置低於接收驢的 編程位置(即，如果接收到的信息指示的位置低於接收驢的編程位置)，另，麼 接收裝置可以(再次)將其自身配置為從，(2408)。如果接收到的位置高於 該編程i體，接收體就可能不需要重新配置其自身(2406)。接收驢然後可 以設置/清除裝置向量中相應的位置比特以指示與接收到的位置相對應的裝置 已經被添加到該均》敲且(2410)，並且如果該分組是在正常運行期間被接收到的 則繼續正常運行(2412)，或者如果該均流組剛被加電則開始運行(2412)。如 果接收體的驢位置在所有活躍裝置中是最低的,貝咜可以將其自身配置為主 裝置而非不重新配置它自身(在2406中)。
圖25示出了圖解一種方法的一個鄉例的流程圖，該方法用於POL裝置 在移除相時在均流組內配置他們自己，即當POL調節器將被禁用/去激活而不 在均流配置中提供成員電流時。又一次，連接到通信總線的所有裝置都可以通 過比較接收到的組ID與它們的編程組ID來確定所傳送的分組是否是與它們有 關(2502)。如果所傳送分組中接收到的(狀態)信息指示該發送者正在移除它 的相，那麼接收裝置可以首先設置/清除它的裝置向量中與^t^置相對應的 比特來指示與接收到的位置相對應的^g已經退出(2504)。接收裝置可以隨後 確定它(該接收裝置)當前是否為活躍的並且作為主裝置運行(2506)，並且如 果是這樣，它可以繼續正常運行(2518)。如果接收裝置確定它當前為活躍的且 不是主裝置，那麼它隨後可以比較該接收到的位置是否低於接收裝置的編程位 置(2508)，並且如果是這樣，接收裝置可以繼續正常運行(2518)。否則，接 收裝置可以解析裝置向量(2510)來確定它自己在全部的活躍裝置中的位置 (2512)。
如果接收裝置確定它的位置在所有活躍體中不是最低的，它可能將其自 身(再次)配置(或如果它已經是，繼續保持)為從裝置。然而，如果接收裝 置在該點確定它的位置在所有活躍裝置當中是最低的，那麼它可以將其自身重 新配置為主裝置(2514)，然後重新開始正常運行(2518)。總的說來，如果接
21收到的位置指示當前的主裝置已經退出，那麼次低位置的成員可以承擔主裝置
職責。還應該注意到，圖24和25的流程針對^S之間由均流組內一，置ID 相對於另一個裝置ID的相對iK確定的優先級。遵循這裡公開的運行原則的同 時，在增加/移除相時，可以根據不同於相對位置的任何指定或預定或可編程標 準來同樣地確定驢應當將其自身(再次)配置為主裝置還^/人裝置。
還可以改善均流配置的效率。例如，該均流組還可以被配置為自發檢測輕 負載，或者主處理機(中央控制器)可以提供輕負載控制信號或通信。可通過 一個或多個下列動作來恢復均流組的效率在輕輸出負載時移除相和/或減小開 關頻率，移除相至少可以通過兩種方式提高效率。首先，移除相可以提高其餘 的活躍成員提供的電流，這可以將它們的效率曲線調高，從而提高該組的累積 效率。其次，移除相可以^1>該系統的有效開關率，這可以 >/最小化由於切 換FET通斷的速率(g卩由於FET開通和關斷的速率)弓胞的損失。簡單地減小 該開關頻率也可以因此使FET開通和關 率弓l起的損失最小化。
艦讀取參數信息(即指示某些參數的信息)，比如佔空比和/或輸出電流， 均流組的主裝置可以確定是否要嘗試通過調整均流組的活躍成員的數目來提高 效率，或者上調還是下調開關頻率。就^^前指出的那樣，理想地，該佔空比 可以對應於輸入電壓除以期望的輸出電壓。具有測量其佔空比或以某種方式鑑 別其佔空比的能力的裝置也許能夠智能地確定其系統的明陛部分應當最優化。 如果須懂到的佔空比大於理想佔空比，夷口麼負載可能高於不連續區域，這裡不 連續區域指的是輸出負載電流紋波可能穿越零邊界的區域。因此，如果該測量 到的均流組當前主裝置的佔空比小於指定(期望或理想)的值，那麼該主裝置 可以調整該系統的開關頻率或活躍成員的數目以力圖提高組效率。開關頻率的 調整可以根據搜索算fe^執行，比如逐次逼近寄存器(SAR)程序。該調整過 程可以延續直到該佔空比和/或輸出電^^勢繼續，或魏過佔空比和/或輸出電 流的指定閾值，並且均流組的主POL調節器開始使效率增益調整反向。在一組 實施例中，可以通過增加和移除相和/或降低組成員間的共享時幹源的頻率來提 高效率。時鐘源可以是或不是源自成員裝置中的一個。然而，時幹源可以通過 某種形式的控制來調節，例如通過 通信總線(例如圖7中的總線120)。
均流系統中的性能增益^j如較高的有效開關速率、最小化的輸出紋波、 以及高效地從總線電源汲取電流一可以通過繞單位圓平均分布各相來實現。例如，具有指定數量裝置(例如四個裝置)的系統可以將每個裝置的成相定位
成偏移相同量(例如就四裝置來說是90度)。在一組實施例中，各相可以基於 任何給定時間活躍成員的數目自發地分布在均流組中。因為成員POL裝置可以 添加或移除，並且成員裝置可能出於各種可能原因而經歷故障狀況，因此其餘 活躍裝置可被配置成自發地重新分布它們的相分布。
均流組的所有成員都可以經由狀態向量鄉艮蹤該組其他成員的狀態。該狀 態向量可被配置為存儲信息，該信息根據特定規範指示該成員裝置應當遵循什 麼樣的相移。例如，最低編號的裝置(即該體與其他驢相比具有最低的ID 編號)可能為0度偏移，而其j蝶置可基於相對健(相對於其{蝶置)、活躍 裝置的總數目以及基於，硬體能力的一些量化程度而交錯分布。圖26示出了 均流組中四^h^S的柵極信號，其中每一相都與跟隨有相編號(14)的一組柵 極信號GH和GL相關聯，分別標弓I為柵極信號GH1-GH4和GL1-GH4。所有 的相最初繞著單位圓偏移90度。相1可以位於0度，相2可以位於90度，相3 可以位於180度並且相4可以位於270度。當相3和相4被移除(無論因為什 麼原因)時，其可能使相2將其成相從與相1偏離90度重新分布至IJ與相1偏離 180度，如圖26所示。圖27也示出了與圖26所示類似的用於均^IE中四， 置的柵極信號。在這種情況下，相2和相3可以被增加回系統，並且結果使得 相4可以將其自身從180度偏移量重新分布到270度偏移量。
該均流組還可以以多種方式被配置用於組內或較大系統內的故障管理。在 一個實施例中，該均流組可以配置為"最後倖存者瞎景"。也就是說，當均流組 內單個POL ，經歷故障情況時，它可能不會導iC均流組aA故障狀況， 而是該單個裝置可簡單地退出該配置。在另一個實施例中，均流組可被配置為 當單偉置經歷故障瞎況時集體進入故障瞎況。在最後報者配置中， 一裝置 可以配置為根據一組指定情況斷電，比如皿或其它的系統異常。在男附情況 下，該裝置可以從該均流組移除它本身就像它是移除的相。這樣，該故障裝置 不會弓胞輸出電壓的瞬變。經歷故障情況的裝置可以將移除相事fM專送給該組 的其他均流成員，並且所有成員可以相對於該故障裝置更新它們的狀態向量。 然而， 一旦該故障已經被清除，該裝置可以被添加回該系統。這可以由單個裝 置自發執行或由主裝置請求執行。如果成員添加到或退出該組，該組的其餘成 員可以根據狀態向量重新對準它們的相偏移。適當傾斜均流驗的方法
在一組實施例中，所有成員裝置的輸出電壓的斜坡可以在獨立應用中和跟
蹤應用中被同步，同時減少回流電流。再次，酉虛在成員POL體之間的數字 通信總線可以用來皿POL裝置和均流組的智能管理。在一個實施例中，由如 圖17和19所示的調製電路戶標，在傾斜之前可以通過根據驢-裝置通信方法 將斜坡的起始同步，同時還根據控制FET信號的佔空比傾斜同步FET的佔空比， 來減小回流電流。這些電路還能夠用於同步所有成員裝置的斜坡以避免輸出電 壓波動，並且糹IM存在於大多數均流系統中的大規模回流電流。
均衡配置中單個相電流可以由該轉換器的負載電壓和負載線的交叉點確 定。在軟起動時期，每個轉換器的負載線可以低起動並且向最後負載線位置移 動。在一些POL體內，例如基於微處理器的體，可能有處理延遲，其可以 表示為察覺到的每個裝置的輸出電瓜斜坡開始之間的時差，其可以表現為多個 負載線中的顯著差異。因為各，連接到同一負載(藉助於該均流配置，例如 參見圖7，其中共同的負載例示為電阻器112)，這可能導致主，和成員/從 裝置的負載線間的顯著差異，直至噠到斜坡的末端。
圖28示出兩^^坡主裝置的輸出電iE/斜坡和成員/從，的輸出電ffi/斜 坡，其中成員裝置的斜坡顯著地早於主裝置的斜坡開始。為了便於理解，在圖 28中僅示出了一個從裝置的斜坡。示圖2800圖示了相對於時間標繪的輸出電 壓，而示圖2802圖示了相對於輸出電流和總負載電流標繪的輸出電壓。在時間 點"t"，成員負載線比主裝置負載線更接近於最後的負載線輸出電壓值(以水平 線表示)。這可能導致在成員/從體電流和主裝置電糹紋間明顯不匹配。事實上， 如示圖2802所示，當成員/A條置電流為正(降壓模式)時，該系統行為可以 反映主裝置電流為負(升壓模式)。示圖2802中水平線表示時刻"t"時的負載 電壓。
因為負載電流是來自兩個轉換器的電流的總和，所以如果一個轉換器吸收 電流，那麼另一個(多個)轉換器可以被要求輸出比負載實P示上需要的更多的 電流。圖29圖示了主裝置負載線和從裝置負載線之間更合需的負載線關係，在 這裡電流更為平衡。示圖2900圖示了相對於時間標繪的輸出電壓，而示圖2902 圖示了相對於輸出電流和總負載電流標繪的輸出電壓。多個均流裝置的斜坡可以配置有許多客砂卜的設置以緩減回流電流的量。如圖29所示，在時間"t"，成員負載線和主裝置負載線距離最終負載線輸出電壓值(以水平線表示)有幾乎相同的距離。這可以顯著地減少和威除去在成員/從體電流和主裝置電^t間任何顯著的不匹配。如示圖2902所示，該系統行為可以反^裝置電流和成員/從裝置電流兩者都為正(降壓模式)。示圖2902中的7K平線再次表示時間"t"的負載電壓。
正如前面提到的那樣，為了獲得圖29中示出的期望的結果，斜坡開始時序可以通過在數字通信總線上通信來同步，而同步FET的控制信號的脈衝寬度可以在傾斜期間調整。當均流組中所有成員的斜坡開始的時序同步時，可以再次使用主從類型配置。 一裝置可以初始被配置為主體(例如如上所述)，並且所有其他成員可以被配置為主裝置的從裝置。 一旦均流組的所有成員發出和檢測到系統啟動，從POL裝置可以皿開始傾斜所必需的全部硬體，並且可以在空閒模式下等待直到該主裝置傳送開始斜坡分組。 一旦超出從發出系統啟動到斜坡的期望開始所需的特定時段，該主裝置可以通31il信總線向均流組的所有成員傳送第二分組，使成員開始傾斜它們各自的輸出電壓。第二分組可以作用於硬體觸發機制以允許該裝置開始傾斜輸出電壓，如圖30所示。如圖30所示，第一組柵極信號GH1和GL1可以對應於主裝置，而第二組柵極信號GH2和GL2可以對應於從裝置。還應注意到，因為該主，同時也是均流組的成員，它也同樣可響應於第二分組而開始,厄斜它自己的輸出電壓。在圖30所示的例子中，主^g和從裝置彼此異相180度ite行。
另外，可對均流組內各驢的相應各GL信號i頓調製電路(例如圖17所示的調製電路)，以通31^可能多地減少系統中的回流電 tt幫助傾斜均流組內各驢的相應輸出電壓。GL的調製可以M^可能存在於具有酉度成均、離且的眾多控制器的功率級滄波器內的大輸出電流，該均流組以輕微失配的控制器FET佔空比來驅動許多FET。 GL的佔空比可以確定可經由同步FET放電到地的電流量。
該調希魄路可以用多種方式配置。在一個實施例中，均^^且的成員裝置可以配置對應於中間7jC平、過流水平和欠^/K平的電流閾值(即用於輸出電流的閾值)。如果M:這些閾值中的任何一個，該調製電路可使同步FET的佔空比抖動。通過使同步FET的佔空比抖動，成員裝置可以限制M電感器放電的電流
25量。同時，高側FET的佔空比可以延時，並在輸出時被複製為同步FET的脈衝寬度，如圖31所示。這可以將經過電感器放電的電流量限制為通過均流組中各成員的電 流至輸出端的電流量。此外，最小的低側佔空比可以被編程用於傾斜過程的持續期，如圖18先前示出的那樣(同時參考上文的附加說明)。最後，配置在POL調節器內的控制器(比如微控制器或微處理器)可以用於基於例如佔空比或輸出電流等系統參il^確定同步(低側)FET必需的佔空比。
調製電路17可以被編程以將GL脈衝完全調整偏離開，或者可調整最小脈衝寬度，如圖18所示。在某些情況下，該功率系統可以不以異步模式運行。用於調製的可能範圍可以定義在最小脈衝寬度設置到GH的上升沿之間。然而該有效調製範圍可以是該GL脈衝自身的佔空比。 一旦已經達到期望的輸出電壓並且傳送了信號或分組以指示均流組可以運行，則該裝置可以開始釋放低側FET佔空比使其為高側FET佔空比的預期逆或D'=l-D，其中D=V輸岀/ V駄。圖32示出柵極信號和輸出電流波形，圖示了從體怎樣釋放低側FET佔空比以獲得高側FET佔空比的預期逆。
可使用電路(例如圖19所示的一個電路)來同時地操作高側和低側FET柵極信號的脈衝寬度。正如前面關於圖19的實施例提及的，這可通3iJiil向上計數器並且同時縮放到典型的升壓轉換器輸出 慮波器(例如圖6和7所示的輸出級)的柵極驅動信號來完成。
雖然在上面已經相當詳細地描述了該實施例，但也可能有其他版本。對本領域技術人員來說，只要理解了上述公開內容，許多的變化和修改將變得很明顯。所附權禾腰求旨在被解釋為涵蓋所有這^變化和修改。注意，這裡〗頓的章節標題僅用於行文結構的目的，並不意0 對這裡的說明或所附的權利要求進行限制。
權利要求
1.一種系統，包括通信總線；以及多個POL(負載點)調節器，它們耦合到所述通信總線並被配置成均流配置，其中所述多個POL調節器中的每個POL調節器都具有各自的輸出級，所述輸出級耦合到公共負載並被配置成產生各自的輸出電流，其中每個POL調節器在所述均流配置中具有各自的相，每個POL調節器被配置成根據對應於所述總線的總線通信協議通過所述總線發送和接收信息；其中所述多個POL調節器被配置成通過在所述通信總線上彼此發送監視信息而自動地使他們各自的輸出電壓信號斜坡的起動時間彼此同步，而每個POL調節器根據控制所述POL調節器的輸出級的高側場效應電晶體FET的柵極信號(GH)的佔空比來傾斜用於控制該POL調節器的輸出級的低側場效應電晶體FET的柵極信號(GL)的佔空比。
2. 如權利要求1戶誠的系統，其特徵在於，每個POL調節器包翻制電路， 戶腿調製電路被配置成調製戶腿POL調節器的GH信號和GL信號；其中^ POL調節^l皮配置成配置與所述POL調節器的輸出電流相關聯 的至少三個電流閾值，其中所述調製電路被配置成當超過所超少三個電流閾 值中的任意一個時，抖動戶脫GL信號的佔空比以限制戶服POL調節器的輸出 電流o
3. 如權利要求2戶艦的系統，其特徵在於，戶腿調製電路被配置成時延所 述GH信號的佔空比，並在所述POL調節器的輸出級複製被時延的GH信號作 為臓GL信號。
全文摘要
分布式電源管理系統可包括通信總線和多個耦合至該通信總線的POL(負載點)調節器，多個POL調節器被構造成均流配置，其中多個POL調節器中的每個POL調節器都具有各自的輸出級，這些輸出級耦合至公共負載並被配置用來產生各自的輸出電流。每個POL調節器在均流配置中具有各自的相，並可根據與總線相對應的總線通信協議通過總線發送和接收信息。多個POL調節器可通過在總線上彼此發送監視信息來自動地使它們各自的輸出電壓信號斜線的起始時間彼此同步，而每個POL調節器根據控制該POL調節器的輸出級的高側場效應電晶體FET的柵極信號的佔空比來傾斜該POL調節器的輸出級的低側場效應電晶體FET的柵極信號的佔空比。
文檔編號H02M3/156GK101686011SQ20091017335
公開日2010年3月31日 申請日期2009年7月20日 優先權日2008年7月18日
發明者D·E·海涅曼 申請人:英特賽爾美國股份有限公司