使相位中斷平滑的脈衝增加系統的製作方法

2023-07-01 07:46:51

專利名稱：使相位中斷平滑的脈衝增加系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及脈衝寬度調製器驅動的多相位功率調節器，並 且更具體地涉及在輕負載情況下改進效率的控制系統以及相 關結構。
背景技術：
當負載電流太高而不能由單相位調節器輕易維持時，多相 位電壓調節器提供一種有經濟效益的電源解決方案。在多相 位調節器系統中，每個通道的接通一般被定時為與其它各個 通道異相對稱。慣用的多相位調節器包括多個並聯耦合的相 位電路或者調節器，每個皆包括脈衝寬度調製(PWM)的調製 器。儘管多相位電壓調節器在重負載下能夠實現相對較高的 功率效率，然而在輕負載情況下由於在整個輸出功率下較高的切換比、柵極電荷、以及電感鐵心損失，其效率明顯降低。 某些微處理器或者中央處理單元(CPUs)包括用來充當外 部觸發信號以請求低功耗模式的模式選擇信號。當需要正常 電流或者相對較高的負載電流時，微處理器會在正常運行期 間中指定模式選擇信號到第 一 狀態。微處理器指定模式選擇 信號到指示低功耗模式的第二狀態以降低負載電流，並因而 減少功耗。某些微處理器支持英特爾公司的VR11電源規格 (例如，VRll. 1)，其中微處理器會指定模式選擇引腳PSI# (電源狀態指示器)或者其相似者，用以指示正常或輕負載情況。 信號名稱所附的"弁"符號表示負邏輯，其中就正常運行而言，psi弁=邏輯i(指定為高態)，而就輕負載情況而言，psi# =邏輯o (指定為低態)。如果微處理器或者CPU不提供模式選擇引腳或信號或者其相似者，則可配置其它的負載裝置 (例如，系統功耗管理控制器、調節器控制器等等)來執行相 似的功能。在另一種裝置中，通過電流傳感器或其相似物簡 單地測量負載電流，並且當電流下降到低於預定閾值 一 預定 的時段時指定 一 模式選擇信號。有數種已知的系統可用來改進多相位電壓調節器的功率效率。其中一種系統稱為相位中斷(droping)，其中當如同 前述般請求或者感測到低負載情況時，便簡單地將 一 個或者 多個相位"中斷"。圖l為時序圖，繪出六相位電壓調節器 的PSI #信號對PWM信號PWM1-PWM6的圖形，其示出輕負載 情況的相位中斷。在t0時刻，將PSI #信號初始指定為指示 正常運行的高態，其中按順序在PWM1-PWM6上指定異相的脈 衝，以確保每個脈衝會對負載電流有所貢獻。當在其後的tl 時刻上指定PSI弁為低態時，便將PWM2-PWM6的信號截止或 者使其成為三態，藉以中斷或者關掉相位2-6，同時第一相 位1在輕負載情況期間保持運行。當在其後的t2時刻PSI # 再次指定為高態以指示正常或重負載情況時，電壓調節器便 會返回其正常運行模式，其中恢復PWM2-PWM6信號以驅動負 載電流。在相位中斷以及已中斷的相位恢復的期間中，需要維持輸 出電壓於規格之內。圖l所示的數個相位會立即中斷以及恢 復的系統可能會導致在正常與低功耗模式之間轉變的同時所 不希望得到的毛刺或者輸出電壓急劇的改變。有數種其它的 一進入輕負載情況即中斷相位以維持輸出電壓在規格內的己 知方式。在另一種裝中，直到流經相位的輸出電感器的電流降低至零或者某其它的預定的低電平後，將不關掉此相位。在輕負載下，通過緩慢地中斷相位，調節器的控制器便能夠緩慢地增加保留的其它相位中的電流，產生相對較為平滑的轉變然而，在此種裝置中，要使用多個切換周期來中斷其相位這導致所要中斷的相位更多的PWM切換周期、柵極電荷、以及電感鐵心損失。如果系統以高重複率進出於輕負載情況，諸如用於一般的CPU應用，此種緩慢的轉變系統可能會導致明顯較低的功率效率。需要提供 一 種多相位電壓調整器的控制器結構與相關的 控制方法，其在低負載電流下，甚至在切換的高重複模式下 提供改進的功率效率。發明內容呈現以下的說明以使本領域內的技術人員能夠在特定的 應用及需求中如所述的使用本發明。然而，本領域內的技術 人員可以顯見對較佳實施例的各種修改，並且在此所定義的 通用原理可以應用於其它的實施例。因此，本發明並不旨在 受限於在此所示出及描述的特定實施例，而是符合與在此所 公開的原理和新穎特徵一致的最廣泛的範圍。當負載電流相對較高時，在相對有效的方式中，六(6)相位調節器可以獲得負載電流明顯的電平。當負載電流降低到小於預定的閾值，諸如大約20安培(A)或者更小，功率轉換效率便會降低可以通過降低相位的數目至一個或者兩個保留相位來改善功率效率。本發明描述了 一種即使在相對較高速率下進行正常模式與低功耗模式之間切換也可維持輸出電壓於規格內並且維持相對較高效率的系統與方法。本發明描述了 一種新穎的裝置與系統，配備其在模式選擇信號(例如，PSI #信號或其類似物)被指定或者低功耗情況被檢測到之後中斷一個或者更多的相位，並且增加脈衝至保留的工作的相位。在一個或兩個PWM切換周期內，將一個或者多個脈衝增加至每個保留相位。脈衝增加裝置會臨時增加保留的相位的 切換頻率以使其以有效的方式更快速地追上負載電流。由於 脈衝的增加使保留的相位快速地追上，因此中斷的相位能夠 立刻或者在相對最小的延遲內截止，而不會犧牲任何明顯的 輸出電壓的偏差。在此公開和描述的該種裝置能夠明顯地改 進這些配置的整體平均效率，在這些配置中微處理器會以相 對較高重複率切換PSIft信號或其類似物，諸如以大約數千赫茲(KHz)的重複率。


基於對以下詳細描述以及附圖的閱覽，將獲得對本發明及其特點與效益的進 一 步的理解，其中圖1是圖式六相位電壓調節器PSI弁信號對PWM信號 PWM1-PWM6的時序圖，其示出了輕負載情況的相位中斷；圖2是根據本發明的範例性實施例實現的多相位(4相 位)PWM調節器的塊圖；圖3是具有根據範例性實施例實現的自適應電路裝置的 自適應調製器的更詳細的電路原理圖與塊圖；圖4示出根據一個實施例的六相位電壓調節器的相位中斷與脈衝增加系統的時序圖，其在輕負載情況下會中斷為單一相位的運行；圖5示出根據另 一 個實施例的六相位電壓調節器的相位 中斷與脈衝增加系統的時序圖，其在輕負載情況下會中斷為 兩相位的運行；以及圖6與7分別圖式出在輕負載下將中斷為單一相位運行的 三相位調節器的相位增加與相位中斷的仿真數據的時序圖。
具體實施方式
圖2視根據範例性實施例實現的多相位(4相位)P西調節 器200的塊圖。多相位調節器200包括產出輸出電壓V。UT的 輸出節點201。多相位調節器200包括誤差放大器205，其具 有產出補償電壓VC。MP的輸出，該補償電壓被供給多相位PWM 前沿生成器或時鐘信號塊210充當其輸入。多相位PWM前沿 生成器或時鐘信號塊210包括任何 一 種適用於觸發PWM脈衝 的電路。在所示出的實施例中，前沿生成器210比較前沿信 號與Vc:。MP電壓，並且在對應的輸出211上產生對應的前沿脈 衝。雖然此輸出2U包括四個獨立的信號，但是應該理解其可 以包括更多或者更少的相位。輸出211被供給示作脈衝增加 與相位中斷控制器220的自適應控制塊的相應輸入。脈衝增 加與相位中斷控制器220將對應的輸出22 1 (例如，四個輸出 221)供給多相位PWM生成器230相應的輸入端，該PWM生成 器230輸出相應的PWM輸出信號PWM1 、PWM2、PWM3以及PWM4。 PWM1-PWM4信號被分別供給開關驅動器235 、 236、 237以及 238的輸入，該開關驅動器的輸出分別耦合至開關電路240、 241、 242與243的輸入。開關電路240-243的每個均接收一 輸入電壓V^，並且各個開關電路都耦合至輸出電感器L1、L2、 L3與L4中對應的一個輸出電感器的的一端，該輸出電感器 的另一端在輸出節點201耦合到一起。負載電容器C與負載 208被顯示為耦合在輸出節點201以及地之間。輸出節點201 產出的輸出電壓V。ut被反饋給誤差放大器205的反相輸入端， 該誤差放大器在其同相輸入端接收一參考電壓VREF。在另一 實施例中，通過一感測電路(未示出)來感測V。ut，感測電路 供給誤差放大器205 — V。uT的比例電壓，其中據此調整VREF。 在任何情況下，Vc電壓指示V。UT信號相對VREF所表示的期望 的電平的相對誤差。將V，P電壓提供至多相位PWM生成器230 的另 一 輸入端。負載208將模式控制信號MS供給脈衝增加與 相位中斷控制器220的輸入。在一個實施例中，每個開關電路240-243皆在補償(buck) 轉換器配置下運行，用以轉換輸入電壓V^至輸出電壓V。UT。 在更為特定的實施例中，第一或上部電子開關(未示出)耦合 於VIN和相位節點(未示出)之間，該相位節點進 一 步耦合至輸 出電感器Ll-L4中對應的一個。第二或下部電子開關(未示出) 耦合於相位節點與地之間。當PWM1-PWM4信號中對應的一個 被指定為高態時，開關電路240-243中對應的一個將激活或 者導通上部電子開關(同時截止下部電子開關)以將輸入電壓 VIN耦合至對應的輸出電感器。當對應的PWM信號變為低態時， 上部開關便會截止，而下部開關導通。在一個實施例中，電 子開關被實現為N-溝道或者P-溝道的器件，諸如金屬氧化物 半導體場效應電晶體(MOSFETs)或其類似物，其中每個開關的 驅動器皆包括受控於相應的PWM信號的上部與下部的柵極驅 動器，如本領域技術人員所知的。在低功耗模式中，兩電子 開關都可以截止，以有效地使相應的相位節點成為三態形式， 從而有效地中斷相應的相位。同樣也預期二極體競爭模式 (DEM)，其中當經過相應的輸出電感器的電流到達零時，下部 電子開關便會截止。經過電感器Ll-L4的電流分別顯示為 IL1、 IL2、 IL3與IL4。在運行中，多相位PWM前沿生成器或時鐘信號塊210會在 對應的輸出211的每個相位上產生調製或時鐘脈衝。如果不 指定MS信號(或者指定為低態或使之無效)為指示正常模式 運行，則由多相位PWM前沿生成器或時鐘信號塊210產生的 脈衝便會通過脈衝增加與相位中斷控制器220經由其相應的 輸出221而傳遞至多相位PWM生成器230 。響應於每相位的 每個脈衝，多相位PWM生成器230會開始或者在PWM1-PWM4 信號中對應的 一 個信號上指定對應的調製脈衝。對該相位有 效地開始周期的電源部分(例如，將上部開關導通)。多相位 PWM生成器230內的每個相位電路進 一 步監測VC。MP電壓以確定何時終止相應的P而信號上的脈衝，藉以終止該相位的電源部分(例如，將上部開關截止)。因此，多相位PWM前沿生 成器或時鐘信號塊210確定PWM脈衝指定時序，而多相位PWM 生成器230則確定每個PWM脈衝的時間區間。通過該方式， 多相位PWM前沿生成器或時鐘信號塊210以及多相位PWM生 成器230共同形成調製電路，該調製電路基於Ve。MP電壓在PWM 信號上產生脈衝。當指定MS信號為指示低功耗模式或者輕負載情況時，則 針對所要中斷的相位，通過抑制從多相位PWM前沿生成器或 時鐘信號塊210所接收到的脈衝，脈衝增加與相位中斷控制 器220中斷 一 個或者多個相位。由於抑制針對所要中斷的相 位的觸發脈衝，因此所要中斷的相位的PWM信號會保持在非 指定狀態，以使每個中斷的相位不再對輸出負載電流有所貢 獻。此外，脈衝增加與相位中斷控制器220給每個保留的相 位增加 一 個或者多個脈衝。因此，每個保留相位會收到開始 脈衝，在正常還接收至少一個增加的脈衝。需要注意的是， 在極低的負載電流情況下，可以不將脈衝加到保留的相位。 在一個實施例中，可以通過重新導向脈衝從中斷相位至保留 相位來實現將脈衝增加至保留的相位。圖3為具有根據範例性實施例實現的自適應電路裝置的 自適應調製器300更詳細的電路原理圖與塊圖。自適應調製 器300示出任何 一 種整數數目"N"的相位，並且包括多相位 PWM前沿生成器301、自適應控制器303、以及多相位PWM生 成器305 。自適應調製器300可以替代多相位調節器200 (根 據所需相位數目調整)的多相位PWM前沿生成器或時鐘信號 塊210、脈衝增加與相位中斷控制器220以及多相位PWM生 成器230 。多相位PWM前沿生成器301提供脈衝信號Pl、 P2、…、PN上的脈衝給自適應控制器303的相應輸入，脈衝 信號Sl、 S2、…、SN上的對應脈衝被供給多相位PWM生成器305的相應輸入。自適應控制器303接收MS信號。多相位P詣 生成器305開始輸出信號PWM1、 PWM2、…、PWMN信號上對應 的脈衝，之後將這些脈衝供給對應的開關驅動器(未示出)。 可以以與前述的開關驅動器235-238相似的方式配置開關驅 動器，以如同前述般控制對應的開關電路。自適應控制器303 接收MS信號並且以如同在此所述的類似方式執行相位中斷 與脈衝增加。在所示出的實施例中，自適應控制器303接收 額外的相位電流II、 12、…、IN。在所示出的特定實施例中，多相位PWM前沿生成器301包 括N個的下斜坡比較器316、 317、…、318，每個都具有接 收Ve。MP電壓的同相輸入端。下斜坡比較器的反相輸入端分別接收對應的下斜坡信號VD N_ RAMP1、Vd0WN_RAMP2、…、 Vd0WN_RAMPNo每個下斜坡信號都會從較高電壓電平開始，並且以恆定的速 率下斜直到其達到較低電壓電平，之後再次指定為高態。一 般將下斜波信號定時為彼此對稱異相。當相應的斜坡信號下 降至Ve。MP的電壓電平時，每個比較器316-318會在對應的 P1-PN信號之一上產生前沿或者"導通"脈衝。假設正常運 行而且在MS信號不指定的同時，PI-PN信號上所指定的導通 脈衝會分別向前傳遞為SI-SN信號上的導通脈衝。多相位PWM 生成器305包括N個相位電路PH1、 PH2、…、PHN。每個相 位電路PH1—PHN包括一個設定-重設(SR)觸發器，具有用於 接收S1-SN信號上的對應信號的設定(S)輸入端。如所示，將 Sl供給相位電路PH1中的SR觸發器321的S輸入端，將S2 供給相位電路PH2中的SR觸發器322的S輸入端，等等，直 到最後一個相位電路PHN使SR觸發器323以S輸入端接收 SN為止。SR觸發器321-323的Q輸出端提供對應的PWM1-PWMN 信號。將VC。MP電壓通過對應的電阻性器件分別提供至相位電 路PHI-PHN內的相應上斜坡比較器331、 332、…、333的反 相輸入端。為了相位之間的電流平衡，將電流平衡電流IB1、IB2、…、1Bx分別注入比較器33 1-333的反相輸入端。將上斜坡伯號 Vup—RAMP1、 Vup — RAMP2、 …、VuP_RAMPN 分別供給比較器331-333的同相輸入端。比較器33 1-333的輸出如同所示出的分別被 供給SR觸發器32 1-323相應的重設(R)輸入端。每個上斜坡信號VUP—RAMP1 — VUP_RAMPN都會響應從自適應控制 器303的信號SI-SN中對應的一個信號上接收的導通脈衝， 以恆定的速率從較低電壓電平往上斜升。當比較器33 1-333 中對應的一個比較器感測到上升至V"MP信號電壓的上斜坡電 壓(如同由對應的lBN電流所調整的)時，比較器33 1-333中對 應的一個便會指定其輸出為高態，重設對應的相位電路的SR 觸發器32 1-323中的一個對應觸發器。當對應的上斜坡比較 器或者對應的PWM信號切換狀態時，每個上斜坡信號重設為 低態。在此種方式中，響應於SI-SN信號中一個對應信號上 的導通脈衝，在PWM1-PWMN信號中對應的 一 個上開始PWM脈 衝，並且在VUP—RAMP1-VUP_RAMPN斜坡電壓中對應的一個上開始上 斜坡。當此上斜坡信號上升至V"肝電壓電平時，上斜坡比較 器便會切換狀態，終止上該PWM脈衝，這將設定上斜坡信號 回到低態。每個相位電路PHI-PHN以此種方式重複運行。在所示出的實施例中，多相位PWM前沿生成器30 1還包括 非線性控制器315。在瞬態情況下能夠感測VC。MP電壓的變化。 如果Ve。MP電壓在相對較短的時間中快速地改變，則此非線性 控制315便會通過要供給自適應控制器303的另 一個輸入端 的信號PX同時啟動所有的相位。當指定MS信號時，通過抑制中斷相位所選擇的信號Pl-PN 免於向前傳遞至中斷相位所對應的信號S1-SN，自適應控制 器303中斷其中一個或者多個相位。因此，在中斷相位的 Sl-SN信號上的導通脈衝並不供給所要中斷的相位的相位電 路PHI-PHN。同樣，自適應控制器303在保留的每個相位上 增加至少一個脈衝。通過重新導向來自中斷相位的至少一個導通脈衝成為保留相位的對應的SI-SN信號上的脈衝，便可執行脈衝的增加。圖4為示出根據 一 個實施例的在輕負載情況下將中斷為 單 一 相位運行的六相位電壓調節器的相位中斷與脈衝增加系 統(scheme)的時序圖。分別圖式了 PSI弁信號、導通脈衝信 號P1-P6、 PWM信號PWM1與PWM2以及相位l與2的電感器電 流IL1與IL2對時間的坐標圖。在初始時刻t0， PSI#信號 指定為指示正常運行模式的高態。指定P卜P6信號上的脈衝 同步異相，引起對應的PWM信號上對應的脈衝。如同所示的， 例如，P2信號上的脈衝401會致使脈衝403指定於PWM2信 號上。需要注意的是，當在PWM2上指定脈衝403時，電流 IL2便會往上斜升，而當脈衝403終止時，電流IL2便會反 向並且下斜回降。雖然未示出PWM3-PWM6信號，但是P3-P6 信號上的導通脈衝會在正常運行期間以相似的方式將 PWM3-PWM6上所對應的脈衝開始，藉以驅動通過對應的輸出 電感器的電流。在隨後的tl時刻，PSI弁信號被指定為指示 低或輕負載情況的低態。中斷相位2-6並且僅相位1保持運 行狀態。如所示，例如，PWM2信號被顯示為三態形式。在 t2、 t8、 tll、 tl3等時刻，Pl信號上的導通脈衝會在大約相 同的時刻繼續開始PWM1信號上的對應脈衝。t5與t10時刻 的兩個額外的PWM脈衝405與407分別被加到相位1的PWM1， 藉以在一個或兩個周期內將電感器電流IL1推近負載電流。 如所示，中斷的相位2的電感器電流IL2最終會為零，同時 由於處置低功耗狀態的全部負載，因此第一相位1的電感器 電流IL1增加。在所示出的實施例中，為了簡化控制與降低輸出電壓波 動，通過與中斷相位相關的導通脈衝來觸發PWM1信號上的每 個額外PWM脈衝。如所示，在t 5與110時刻相位4的下兩個 導通脈衝(或時鐘信號)被重新導向給第 一 相位1以激活PWM1上的附加脈衝405與407 。在導通脈衝之前，PWM1上的中間 電平的出現乃是由於控制器與驅動器之間的通訊的特殊方 法，而且不是本發明所需要的或者與本發明有密切關係的。 簡要來說，所示的中間電平有關不連續的傳導，其在電感器 電流變成負的時候，會停止驅動器驅動電感器。
基於負載電流與電感器電流的轉換速率，可能並不需要一 個或者多個額外的PWM脈衝，如果是這樣便能夠免於出現。 例如，倘若負載電流極低，則不需要額外的PWM脈衝，而在 某些稍高於極低負載情況的低負載情況下則僅使用 一 個額外 PWM脈衝。在一個實施例中，額外的PWM脈衝與正常的PWM1 脈衝充分隔開以得到平滑的輸出電壓波動(亦即，逆轉與相位 1相關的下部電子開關的某些開(0N)的時間)。基於總相位 數目，能夠選擇額外的PWM脈衝的位置，相對於保留的相位 上的脈衝最大程度的異相。在所示出的實施例中，由於在六 相位的情況下PWM4通常關於PWM1的相位異相180度，因此 重新導向相位4的導通脈衝以觸發所示的PWM1信號上的PWM 脈衝。
可以配置自適應調製器300根據圖4所示出的時序圖運 行。MS信號配置為PSI #信號，而以對應的信號Pl-P6、 SI-S6 以及PWMl-PWM6來實現六個相位。當PSI弁為正常運行的高 態時，自適應控制器303將Pl-P6信號上的脈衝分別傳給 Sl-S6信號。當PSI井信號被指定為低負載情況下的低態時， Pl信號上的脈衝如同正常情況下傳給Sl信號，但信號S2-S6 仍保持低態而不管P2-P6信號上指定的脈衝。通過自適應控 制器303將PSI #的低態指定之後的P4信號上最初的 一 個或 者兩個脈衝重新導向給Sl信號，以在PWM1信號上產生如前 所述的附加的脈衝。
圖5為示出根據另一個實施例的在輕負載情況下中斷為 兩相位運行的六相位電壓調節器相位中斷與脈衝增加系統的時序圖。分別圖式了 PSI弁信號、導通脈衝信號P1-P6、 PWM 信號PWM1與PWM4、以及相位1與相位4的電感器電流IL1 與IL4對時間的坐標圖。同樣，在初始時刻t0， PSI #信號 被指定為的指示正常運行模式高態。指定PI-P6信號上的道 通脈衝同步異相，引起對應的PWM信號上對應的脈衝。在tl 時刻，PSI #信號被指定為指示低或輕負載情況的低態。中斷 相位2 、 3 、 5與6 ，從而僅相位1與相位4保持運行狀態。 在t2、 t8、 t10、 U2等時刻，Pl信號上的導通脈衝繼續在 PWM1信號上產生對應的PWM脈衝，而在t5、 t9、 tll等時亥lj ， P4信號上的脈衝繼續在PWM4信號上產生對應的PWM脈衝。 在此情況下， 一 個額外的PWM脈衝被加到每個保留的相位1 與相位4。如所示，PWM1包括附加的脈衝501，而PWM2則包 括附加的脈衝503 。在所示出的實施例中，為了維持平滑的 轉變，在t4時刻，將中斷相位3的下一個導通脈衝重新導向 給保留的相位1以在時刻t4產生相位1的額外的PWM脈衝 501，而在時刻t7，將中斷相位6的下一個導通脈衝重新導 向給保留相位4以在時刻t7產生相位4的額外的PWM脈衝 503 。可以配置自適應調製器300根據圖5所示出的時序圖運 行。將MS信號配置為PSI弁信號，而以對應的信號P1-P6、 SI-S6以及PWM1-PWM6來實現六個相位。當PSI弁為正常運行 的高態時，自適應控制器303將Pl-P6信號上的脈衝分別傳 給Sl-S6信號。當PSI #信號被指定為低負載情況下的低態 時，Pl與P4信號上的脈衝如同正常情況下被分別傳給Sl與 S4信號。信號S2、 S3、 S5與S6保持低態而不管S2、 S3、 S5 與S6信號上指定的脈衝。通過自適應控制器303將PSI#的 低態指定之後的P3信號上的至少 一 個脈衝重新導向給Sl信 號，以在P而l信號上產生至少 一 個如前所述的附加脈衝。通 過自適應控制器303將PSI弁的低態指定之後的P6信號上的至少一個脈衝重新導向給S4信號，以在PWM4信號上產生至
少 一 個如前所述的附加脈衝。
圖6與7分別圖式了在輕負載下中斷為單一相位運行的三
相位調節器相位增加與相位中斷的仿真數據的時序圖。在圖 6中，當PSI #指定為低態的時，立即將兩相位(相位2與3) 中斷，同時相位1中的電流會極快地增加以接管整個負載電 流。當PSI井上升至1，所有的相位返回至正常運行。輸出電 壓維持在大約1.35與1.36伏特(V)之間的極小偏差。在圖7
中，顯示了一種相位立即中斷過程，其中一個額外的PWM相
位脈衝會推動第 一 相位1的電流為如同在701所示的高，從
而產生平滑的電壓轉變。
通過重新指認一個或者兩個脈衝從中斷的相位為保留的
相位，所保留的相位會以較快的速率達到所需的負載電流
使得中斷相位能立即或者以最小的延遲截止而不會導致明顯
的輸出電壓偏差，根據本發明的一種系統及方法因而改善了
已知的相位中斷調節器的系統。這同樣也在PSI信號高重
復模式切換速率下明顯地改善了整體平均效率。根據本發明
的系統及方法能夠與多種多相位電壓調節器一起使用，例如
而不受限於DC-DC調節器。根據本發明的系統及方法同樣也
能夠與其它系統組合以改善多相位電壓調節器的功率效率
根據一個實施例的多相位調節器，其包括產出輸出電壓 的輸出節點；確定該輸出電壓的誤差並且提供指示該誤差的
補償信號的反饋電路；至少三個並聯耦合至該輸出節點的相
位電路；以及自適應控制器。每個相位電路都包括調製電路 和開關電路。每個調製電路接收該補償信號並且在對應的一 個脈衝調製信號上產生脈衝。每個開關電路均耦合至輸出節 點並且受控於對應的脈衝調製信號。自適應控制器響應於負 載指示信號，並中斷至少 一 個相位電路的運行，以及增加至 少 一 個脈衝到每個保留的相位電路的脈衝調製信號。可以通過微處理器來指定負載指示信號來請求低功耗模式。在 一 個 實施例中，自適應控制器中斷除了選定的相位電路之外的所 有相位電路的運行，並且重新導向一個對應於中斷的相位電 路的脈衝，該中斷的相位電路相對於選定的相位電路最大程 度的異相。在另一個實施例中，該自適應控制器將脈衝從一 個對應於中斷的相位電路的脈衝調製信號重新導向至保留的 相位電路的脈衝調製信號。
在 一 個實施例中，多相位調節器包括六個相位電路。該 自適應控制器響應於負載指示信號中斷四個相位電路的運 行，重新導向脈衝從對應於第 一 中斷相位電路的脈衝調製信 號至第一保留相位電路，並且重新導向脈衝從對應於第二中 斷相位電路的脈衝調製信號至第二保留相位電路的脈衝調製 信號。在另一個實施例中，自適應控制器會中斷第二、第三、 第五以及第六相位電路的運行，重新導向脈衝從對應於第三 中斷相位電路的脈衝調製信號至第 一 相位電路，並且重新導 向脈衝從對應於第六中斷相位電路的脈衝調製信號為對應於 第四相位電路的脈衝調製信號。
在 一 個實施例中，調製電路包括前沿生成器，其產生用 來開始對應的脈衝調製信號上的脈衝的前沿脈衝。在此情況 下，可以配置自適應控制器重新導向至少一個前沿脈衝從中 斷的相位電路至保留的相位電路，以開始保留的相位電路的 脈衝調製信號上至少 一 個附加的脈衝。
根據 一 個實施例的控制多相位調節器的方法，其包括用 對應的脈衝寬度調製信號來控制至少三個相位；接收指示減
少的負載情況的模式信號；響應於所接收的模式信號中斷至 少 一 個相位；以及在至少 一 個保留相位的脈衝寬度調製信號
上增加至少 一 個脈衝。
該方法可以包括接收功耗狀態指示信號。該方法可以包括 確定負載電流以及當負載電流達到預定電平時提供模式信號。該方法可以包括重新導向脈衝從中斷相位至保留相位。 該方法可以包括中斷除了選定相位之外的各個相位，並且從 中斷的相位重新導向至少一個脈衝，其中該中斷的相位相對 於所選定的相位最大程度的異相。該方法可以包括使用對應 的脈衝寬度調製信號來控制六個相位；中斷四個相位；將第 一脈衝從第一中斷相位重新導向至第一保留相位；以及將第 二脈衝從第二中斷相位重新導向至第二保留相位。
該方法可以包括使用對應的脈衝寬度調製信號來控制第 一、第二、第三、第四、第五與第六相位；中斷第二、第三、 第五與第六相位；以及重新導向一個脈衝從第三相位至第一 相位並且重新導向 一 個脈衝從第六相位至第四相位。該方法 可以包括使用對應的脈衝寬度調製信號來控制第 第三、第四、第五、以及第六相位；中斷除了第 的所有相位的運行；以及將至少 一 個脈衝從第四 向至第一相位。該方法可以包括產生前沿信號以 位對應的脈衝寬度調製信號上的脈衝，以及將至 信號從中斷的相位重新導向至保留的相位。
在 一 個實施例中，提供指示輸出電壓誤差的補償信號的多 相位調節器的自適應調製器包括一多相位前沿生成器、 一多 相位脈衝調製生成器、以及一自適應控制器。多相位前沿生 成器包括第一組比較器，用以比較對應的前沿信號以及補償 信號，用以在對應的第一組前沿信號上產生脈衝。多相位脈 衝調製生成器包括第二組比較器以及一組對應的設置-重設 器件。第二組比較器會比較後沿脈衝以及補償信號，以產生 一組重設信號。通過一個對應的前沿信號來觸發每個後沿脈 衝。每個重設器件具有一組接收對應的其中一個第二組前沿 信號的輸入端、接收重設信號組其中一個信號的重設輸入端、 以及用以產生對應脈衝調製信號的輸出端。自適應控制器具 有接收第一組前沿信號的輸入端以及提供第二組前沿信號的
一、第、
一相位之外
相位重新導
開始每個相
少一個、'-刖沿輸出端。當模式選擇信號處於第一狀態時，自適應控制器將 第一組前沿信號上的脈衝向前傳遞作為第二組前沿信號上對
狀態時，自適應控制器 一個，並且增加至少一
自適應控制器可以將至 號重新導向給至少一個 號可以相對於接受該脈 當模式選擇信號處於第 一個脈衝從第一組前沿 信號的第一個信號重新導向給第二組前沿信號的第一個信 號，並且重新導向至少一個脈衝從第一組前沿信號的第二個 信號至第二組前沿信號的第二個信號。
儘管己經參照本發明的某些較佳形式並且相當詳細地描 述了本發明，然而其它的形式及變體是可能的並且可預期的。 例如，文中所述的電路或者邏輯塊可以實現為分離的電路或 集成電路或者軟體或任何替代的配置。最後，本領域內的技 術人員應該理解能夠簡易地使用所公開的內容和特定的實施 例作為設計或者修改其它實現本發明相同目的的結構的基 礎，而不脫離由所附的權利要求書定義的本發明的精神與範 圍。
主要器件符號說明
200多相位調節器
201多相位調節器輸出節點
205誤差放大器208負載
210多相位PWM前沿生成器或時鐘信號塊
211多相位P西前沿生成器或時鐘信號塊輸出端
220脈衝增加與相位中斷控制器
應的脈衝。當模式選擇信號處於第二 進一步中斷第二組前沿信號中的至少 個脈衝給至少 一 個第二組前沿信號。 當模式選擇信號處於第二狀態時， 少 一 個脈衝從至少 一 個第 一 組前沿信 第二組前沿信號。重新導向的前沿信 衝的第二前沿信號最大程度的異相。 二狀態時，自適應控制器可以將至少221 脈衝增加與相位中斷控制器輸出端
230 多相位PWM生成器
235 開關驅動器
236 開關驅動器
237 開關驅動器
238 開關驅動器
240 開關電路
241 開關電路
242 開關電路
243 開關電路
300 自適應調製器
301 多相位PWM前沿生成器 303 自適應控制器
305 多相位PWM生成器
315 非線性控制器
316 下斜坡比較器
317 下斜坡比較器
318 下斜坡比較器
321 SR觸發器
322 SR觸發器
323 SR觸發器
331 上斜坡比較器
332 上斜坡比較器
333 上斜坡比較器
權利要求
1.一種多相位調節器，其包括產生輸出電壓的輸出節點；反饋電路，其確定所述輸出電壓的誤差並且提供指示所述誤差的補償信號；至少三個並聯耦合至所述輸出節點的相位電路，每個所述相位電路包括調製電路，其接收所述補償信號並且在多個脈衝調製信號中對應的一個信號上產生脈衝；以及開關電路，其耦合至所述輸出節點並且受控於所述多個脈衝調製信號中所述對應的一個信號；以及自適應控制器，其響應於負載指示信號，中斷所述相位電路中至少一個的運行，並且增加至少一個脈衝至每個保留相位電路的脈衝調製信號。
2. 如權利要求1所述的多相位調節器，其中通過微處理器指定所述負載指 示信號，以請求低功耗模式。
3. 如權利要求1所述的多相位調節器，其中所述自適應控制器中斷所述至 少三個相位電路中除了所選定的一個電路之外的全部相位電路，並且從對應於 相對於所述選定的相位電路異相程度最大的中斷相位電路的所述多個脈衝 調製信號中的一個重新導向脈衝。
4. 如權利要求1所述的多相位調節器，其中所述自適應控制器將脈衝從對 應於中斷相位電路的所述多個脈衝調製信號中的所述一個重新導向至保留相 位電路的脈衝調製信號。
5. 如權利要求1所述的多相位調節器，其中所述至少三個相位電路包括六 個相位電路，而且其中所述自適應控制器響應於所述負載指示信號中斷所述六 個相位電路中四個的運行，將一個脈衝從對應於第一中斷相位電路的脈衝調製 信號重新導向至第一保留相位電路，並且將一個脈衝從對應於第二中斷相位電 路的脈衝調製信號重新導向至第二保留相位電路的脈衝調製信號。
6. 如權利要求1所述的多相位調節器，其中所述至少三個相位電路包括第一、第二、第三、第四、第五與第六相位電 路；以及其中所述自適應控制器中斷所述第二、第三、第五與第六相位電路的運行， 將一個脈衝從對應於所述第三相位電路的脈衝調製信號重新導向至對應於所 述第一相位電路的脈衝調製信號，並且將一個脈衝從對應於所述第六相位電路 的脈衝調製信號重新導向至對應於所述第四相位電路的脈衝調製信號。
7. 如權利要求1所述的多相位調節器，其中所述調製電路包括 前沿生成器，其產生用來開始所述多個脈衝調製信號中相對應的一個脈衝調製信號上的脈衝的前沿脈衝；以及其中所述自適應控制器將至少一個所述前沿脈衝從中斷相位電路重新導 向至保留相位電路，以在所述保留相位電路的脈衝調製信號上開始至少一個附 加的脈衝。
8. —種控制多相位調節器的方法，其包括 用對應的脈衝寬度調製信號來控制至少三個相位； 接收指示減少的負載情況的模式信號； 響應於所接收的模式信號，中斷至少一個相位；以及 在至少一個保留相位的脈衝寬度調製信號上增加至少一個脈衝。
9. 如權利要求8所述的方法，其中所述接收模式信號包括接收功耗狀態指 示信號。
10. 如權利要求8所述的方法，進一步包括 確定負載電流；以及當負載電流達到預定電平時提供模式信號。
11. 如權利要求8所述的方法，其中所述增加至少一個脈衝包括從中斷相 位重新導向脈衝。
12. 如權利要求11所述的方法，其中所述中斷至少一個相位包括中斷除 了一個選定相位之外的各個相位，而且其中所述增加至少一個脈衝包括從相對 於所述一個選定的相位異相程度最大的中斷相位重新導向至少一個脈衝。
13. 如權利要求8所述的方法，其中所述控制至少三個相位包括使用對應的脈衝寬度調製信號來控制六個相位;其中所述中斷至少一個相位包括中斷四個相位；以及 其中所述增加至少一個脈衝包括將第一脈衝從第一中斷相位重新導向至 第一保留相位，並且將第二脈衝從第二中斷相位重新導向至第二保留相位。
14. 如權利要求8所述的方法，其中所述控制至少三個相位包括使用對應的脈衝寬度調製信號來控制第一、第二、第三、第四、第五與第六相位；其中所述中斷至少一個相位包括中斷第二、第三、第五與第六相位；以及 其中所述增加至少一個脈衝包括將脈衝從第三相位重新導向至第一相位，以及將脈衝從第六相位重新導向至第四相位。
15. 如權利要求8所述的方法，其中所述控制至少三個相位包括使用對應的脈衝寬度調製信號來控制第一、第二、第三、第四、第五與第六相位；其中所述中斷至少一個相位包括中斷除了第一相位之外的全部相位；以及 其中所述增加至少一個脈衝的步驟包括將至少一個脈衝從第四相位重新導向至第一相位。
16. 如權利要求8所述的方法，進一步包括針對每個相位，產生前沿信號，以開始對應的脈衝寬度調製信號上的脈衝；以及其中所述增加至少一個脈衝包括將至少一個前沿信號從中斷相位重新導 向至保留相位。
17. —種用於多相位調節器的自適應調製器，其中所述多相位調節器提供 指示輸出電壓誤差的補償信號，所述自適應調製器包括多相位前沿生成器，其包括第一組的多個比較器，用於將對應的前沿信號 與補償信號相比較以在對應的第一組多個前沿信號上產生脈衝； 多相位脈衝調製生成器，其包括第二組多個比較器，用於將多個後沿脈衝與補償信號相比較以產生多個重設信號，其中通過第二組多個前沿信號中對應的每個脈衝來觸發所述多個後沿 脈衝中的每個脈衝；以及多個設置-重設器件，其中每個都具有接收所述第二組多個前沿信號的對 應的一個信號的設置輸入端，接收所述多個重設信號中對應的一個的重設輸入 端，以及用以產生對應的多個脈衝調製信號的輸出端；以及自適應控制器，其具有接收所述第一組多個前沿信號的多個輸入端，以及 提供所述第二組多個前沿信號的多個輸出端；其中當模式選擇信號處於第一狀態時，所述自適應控制器將所述第一組多 個前沿信號上的脈衝向前傳遞以作為所述第二組多個前沿信號上對應的脈衝， 而且其中當所述模式選擇信號處於第二狀態時，所述自適應控制器中斷所述第 二組多個前沿信號中的至少一個，並且增加至少一個脈衝至所述的第二組多個 前沿信號中的至少一個。
18. 如權利要求17所述的自適應調製器，其中當所述模式選擇信號處於所 述的第二狀態時，所述自適應控制器將至少一個脈衝從所述第一組多個前沿信 號中的至少一個重新導向至所述第二組多個前沿信號中的至少一個。
19. 如權利要求18所述的自適應調製器，其中所述第一組多個前沿信號的 所述至少一個相對於所述第二組多個前沿信號異相的程度最大。
20. 如權利要求17所述的自適應調製器，其中當所述模式選擇信號處於所 述的第二狀態時，所述自適應控制器將至少一個脈衝從所述第一組多個前沿信 號的第一個信號重新導向至所述第二組多個前沿信號的第一個信號，並且將至 少一個脈衝從所述第一組多個前沿信號的第二個信號重新導向至所述第二組 多個前沿信號的第二個信號。
全文摘要
公開了一種多相位調節器，其包括產生輸出電壓的輸出節點；確定該輸出電壓的誤差並且提供指示此誤差的補償信號的反饋電路；至少三個並聯耦合至該輸出節點的相位電路；以及自適應控制器。每個相位電路都包括調製電路以及開關電路。每個調製電路都接收該補償信號並且在對應的一個脈衝調製信號上產生脈衝。每個開關電路耦合至該輸出節點並且受控於對應的脈衝調製信號。自適應控制器響應於諸如指示低負載情況的負載指示信號，並中斷至少一個相位電路的運行，以及增加至少一個脈衝到每個保留的相位電路的脈衝調製信號。
文檔編號H03K7/00GK101308390SQ20081009527
公開日2008年11月19日 申請日期2008年5月4日 優先權日2007年5月4日
發明者C·程, R·H·伊沙漢姆, W·邱 申請人:英特賽爾美國股份有限公司