專利名稱：在多相變換器的相之間調(diào)節(jié)電流的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源，并且尤其涉及多相變換器電源，更加具體的說，涉及提供低電壓、高電流的電源給例如筆記本和膝上電腦等便攜式計(jì)算機(jī)設(shè)備的多相降壓變換器電源。
多相降壓變換器開關(guān)電源目前被用于為例如膝上電腦和筆記本等便攜式計(jì)算機(jī)設(shè)備提供低電壓、高電流、高效率的電源。
本發(fā)明涉及一種多相變換器電源，其中在兩個(gè)或者更多相之間的電流被自動調(diào)節(jié)，從而多個(gè)相在提供電源給負(fù)載時(shí)自動調(diào)節(jié)分配。因此，本發(fā)明提供了一種方法和設(shè)備以允許多相降壓變換器電源的多個(gè)相在提供電源給負(fù)載時(shí)均等分配。因此，根據(jù)本發(fā)明，如果在一個(gè)相中需要更高電流，本發(fā)明的設(shè)備會自動調(diào)節(jié)其他相位，從而提供給負(fù)載的電流被均等分配。類似的，如果某個(gè)相電流需求降低，則其他相位也相應(yīng)降低。
在現(xiàn)有技術(shù)中，用于降壓變換器電源的IR的X相變換器芯片是公知的。例如，IR 308X系列芯片是公知的。在該芯片系列中，控制芯片控制多個(gè)相芯片。各個(gè)相芯片驅(qū)動耦合到DC輸出總線的多相變換器的單個(gè)相。對于兩相或者三相變換器，則分別使用兩相或者三相芯片。然而，對于兩相或者三相變換器，使用集成電路產(chǎn)生了超過需求的復(fù)雜度，并且需要使用多個(gè)芯片。使用多個(gè)芯片為具有多個(gè)相的變換器提供了靈活性，但是對于兩相或者三相變換器并不需要。特別地，X相系列中的各個(gè)集成電路包括電流分配調(diào)節(jié)放大器以確保各個(gè)相均等分配電流。對于兩相或者三相變換器，需要一種更簡單的系統(tǒng)以確保多相分配電流。特別地，需要減少實(shí)現(xiàn)電流分配的誤差放大器的數(shù)量并且減少芯片數(shù)量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種系統(tǒng)以確保多相變換器中各個(gè)相的電流被均等分配。
本發(fā)明的上述和其他目標(biāo)通過多相DC-DC變換器而實(shí)現(xiàn)，所述變換器包括第一串聯(lián)電路，包括跨接耦合在輸入電壓兩端的第一和第二輸出晶體管，具有第一相電壓的第一輸出端被設(shè)置在所述第一和第二晶體管之間的第一公共連接處；至少一個(gè)第二串聯(lián)電路，包括跨接耦合在輸入電壓兩端的串聯(lián)的第三和第四輸出晶體管，具有第二相電壓的第二輸出端被配置在所述第二串聯(lián)電路的第三和第四晶體管之間的第二公共連接處；耦合在所述第一輸出端和所述變換器的輸出電壓端之間的第一輸出電感；耦合在所述第二輸出端和所述變換器的輸出電壓端之間的至少一個(gè)第二輸出電感；耦合到所述輸出電壓端的輸出電容；第一脈沖寬度調(diào)制器電路，用于驅(qū)動所述第一和第二晶體管，所述第一脈沖寬度調(diào)制器電路包括第一脈沖寬度調(diào)制器比較器和第一固定斜率斜波發(fā)生器，所述第一固定斜率斜波發(fā)生器提供固定斜率斜波信號給所述第一PWM比較器的一個(gè)輸入；至少一個(gè)第二脈沖寬度調(diào)制器電路，用于驅(qū)動所述第三和第四晶體管，所述至少一個(gè)第二脈沖寬度調(diào)制器電路包括第二脈沖寬度調(diào)制器比較器和可變斜率斜波發(fā)生器，所述可變斜率斜波發(fā)生器提供可變斜率斜波信號給所述第二PWM比較器的一個(gè)輸入；誤差放大器，用于將所述變換器的輸出電壓與參考電壓相比較，并且分別提供誤差放大器輸出電壓給所述各個(gè)第一和第二PWM比較器的第二端；第一電流檢測放大器，用于確定通過所述第一串聯(lián)電路提供的變換器的第一相的相電流；至少一個(gè)第二電流檢測放大器，用于確定通過所述至少一個(gè)第二串聯(lián)電路提供的變換器的至少一個(gè)第二相的相電流；以及至少一個(gè)分配調(diào)節(jié)放大器，用于從所述各個(gè)第一和至少一個(gè)第二電流檢測放大器接收輸出，并且調(diào)節(jié)由所述可變斜率斜波發(fā)生器提供的可變斜率斜波信號的斜率以調(diào)節(jié)由所述至少一個(gè)第二串聯(lián)電路提供的電流，從而使所述第一和至少一個(gè)第二相提供的電流相等。
本發(fā)明的目標(biāo)還通過兩相DC-DC變換器而實(shí)現(xiàn)，所述變換器包括第一串聯(lián)電路，包括跨接耦合在輸入電壓兩端的第一和第二輸出晶體管，具有第一相電壓的第一輸出端被配置在所述第一和第二晶體管之間的第一公共連接處；第二串聯(lián)電路，包括跨接耦合在輸入電壓兩端的串連的第三和第四輸出晶體管，具有第二相電壓的第二輸出端被配置在所述第三和第四晶體管之間的第二公共連接處；耦合在所述第一輸出端和所述變換器的輸出電壓端之間的第一輸出電感；耦合在所述第二輸出端和所述變換器的輸出電壓端之間的第二輸出電感；耦合到所述輸出電壓端的輸出電容；第一脈沖寬度調(diào)制器電路，用于驅(qū)動所述第一和第二晶體管，所述第一脈沖寬度調(diào)制器電路包括第一脈沖寬度調(diào)制器比較器和第一固定斜率斜波發(fā)生器，所述第一固定斜率斜波發(fā)生器提供固定斜率斜波信號給所述第一脈沖寬度調(diào)制器比較器的一個(gè)輸入；第二脈沖寬度調(diào)制器電路，用于驅(qū)動所述第三和第四晶體管，所述第二脈沖寬度調(diào)制器電路包括第二脈沖寬度調(diào)制器比較器和可變斜率斜波發(fā)生器，所述可變斜率斜波發(fā)生器提供可變斜率斜波信號給所述第二脈沖寬度調(diào)制器比較器的一個(gè)輸入；誤差放大器，用于將所述變換器的輸出電壓與參考電壓相比較，并且分別提供誤差放大器輸出電壓給所述各個(gè)第一和第二脈沖寬度調(diào)制器比較器的第二端子；第一電流檢測放大器，用于確定通過所述第一和第二晶體管提供的所述變換器的第一相的相電流；第二電流檢測放大器，用于確定通過所述第三和第四晶體管提供的所述變換器的第二相的相電流；以及分配調(diào)節(jié)放大器，用于從所述各個(gè)第一和第二電流檢測放大器接收輸出，并且調(diào)節(jié)由所述可變斜率斜波發(fā)生器提供的可變斜率斜波信號的斜率以調(diào)節(jié)由所述第三和第四晶體管提供的電流，從而使所述第一和第二相提供的電流相等。
本發(fā)明的目標(biāo)進(jìn)一步通過一種在多相變換器的輸出相之間均衡負(fù)載電流的方法而實(shí)現(xiàn)，其中所述變換器包括第一串聯(lián)電路，包括跨接耦合在輸入電壓兩端的第一和第二輸出晶體管，具有第一相電壓的第一輸出端被配置在所述第一和第二晶體管之間的第一公共連接處；至少一個(gè)第二串聯(lián)電路，包括跨接耦合在輸入電壓兩端的串聯(lián)的第三和第四輸出晶體管，具有第二相電壓的第二輸出端被配置在所述第三和第四晶體管之間的第二公共連接處；耦合在所述第一輸出端和所述變換器的輸出電壓端之間的第一輸出電感；耦合在所述第二輸出端和所述變換器的輸出電壓端之間的至少一個(gè)第二輸出電感；以及耦合到所述輸出電壓端的輸出電容。所述方法包括將所述變換器的輸出電壓與參考電壓相比較，并且提供誤差放大器輸出電壓給所述各個(gè)第一和至少一個(gè)第二脈沖寬度調(diào)制器比較器；通過所述第一脈沖寬度調(diào)制器比較器將第一固定斜率斜波信號與所述誤差放大器輸出相比較；通過所述至少一個(gè)第二脈沖寬度調(diào)制器比較器將可變斜率斜波信號與誤差放大器輸出相比較；確定通過所述第一串聯(lián)電路提供的變換器的第一相的相電流；確定通過所述至少一個(gè)第二串聯(lián)電路提供的變換器的至少一個(gè)第二相的相電流；以及響應(yīng)于在所述第一相和至少一個(gè)第二相的確定的電流，調(diào)節(jié)所述可變斜率斜波信號的斜率以調(diào)節(jié)由所述至少一個(gè)第二串聯(lián)電路提供的電流，從而使所述第一和至少一個(gè)第二相提供的電流相等。
本發(fā)明的目標(biāo)還通過三相DC-DC變換器而實(shí)現(xiàn)，所述變換器包括第一串聯(lián)電路，包括跨接耦合在輸入電壓兩端的第一和第二輸出晶體管，具有第一相電壓的第一輸出端被配置在所述第一和第二晶體管之間的第一公共連接處；第二串聯(lián)電路，包括跨接耦合在輸入電壓兩端的串聯(lián)的第三和第四輸出晶體管，具有第二相電壓的第二輸出端被配置在所述第三和第四晶體管之間的第二公共連接處；第三串聯(lián)電路，包括跨接耦合在輸入電壓兩端的串聯(lián)的第五和第六輸出晶體管，具有第三相電壓的第三輸出端被配置在所述第五和第六晶體管之間的第三公共連接處；耦合在所述第一輸出端和所述變換器的輸出電壓端之間的第一輸出電感；耦合在所述第二輸出端和所述變換器的輸出電壓端之間的第二輸出電感；耦合在所述第三輸出端和所述變換器的輸出電壓端之間的第三輸出電感；耦合到所述輸出電壓端的輸出電容；第一脈沖寬度調(diào)制器電路，用于驅(qū)動所述第一和第二晶體管，所述第一脈沖寬度調(diào)制器電路包括第一脈沖寬度調(diào)制器比較器和第一固定斜率斜波發(fā)生器，所述第一固定斜率斜波發(fā)生器提供固定斜率斜波信號給所述第一脈沖寬度調(diào)制器比較器的一個(gè)輸入；第二脈沖寬度調(diào)制器電路，用于驅(qū)動所述第三和第四晶體管，所述第二脈沖寬度調(diào)制器電路包括第二脈沖寬度調(diào)制器比較器和第一可變斜率斜波發(fā)生器，所述第一可變斜率斜波發(fā)生器提供第一可變斜率斜波信號給所述第二脈沖寬度調(diào)制器比較器的一個(gè)輸入；第三脈沖寬度調(diào)制器電路，用于驅(qū)動所述第五和第六晶體管，所述第三脈沖寬度調(diào)制器電路包括第三脈沖寬度調(diào)制器比較器和第二可變斜率斜波發(fā)生器，所述第二可變斜率斜波發(fā)生器提供第二可變斜率斜波信號給所述第三脈沖寬度調(diào)制器比較器的一個(gè)輸入；誤差放大器，用于將所述變換器的輸出電壓與參考電壓相比較，并且分別提供誤差放大器輸出電壓給所述各個(gè)第一、第二和第三脈沖寬度調(diào)制器比較器的第二端；第一電流檢測放大器，用于確定通過所述第一和第二晶體管提供的變換器的第一相的相電流；第二電流檢測放大器，用于確定通過所述第三和第四晶體管提供的變換器的第二相的相電流；第三電流檢測放大器，用于確定通過所述第五和第六晶體管提供的變換器的第三相的相電流；第一分配調(diào)節(jié)放大器用于從所述各個(gè)第一和第二電流檢測放大器接收輸出，并且調(diào)節(jié)由所述第一可變斜率斜波發(fā)生器提供的第一可變斜率斜波信號的斜率以調(diào)節(jié)由所述第三和第四晶體管提供的電流，第二分配調(diào)節(jié)放大器用于從所述第一和第三電流檢測放大器接收輸出，并且調(diào)節(jié)由所述第二可變斜率斜波發(fā)生器提供的第二可變斜率斜波信號的斜率以調(diào)節(jié)由所述第五和第六晶體管提供的電流，從而使所述第一、第二和第三相提供的電流相等。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)通過下面的參考附圖的詳細(xì)描述可以更加明白。


下面參考附圖更加詳細(xì)的描述本發(fā)明，其中圖1顯示了兩相變換器，特別是用于提供電源給例如膝上電腦的便攜式計(jì)算機(jī)的總體示意圖；圖2顯示了兩相變換器的框圖；圖3顯示了圖2所示電路的波形；圖4顯示了圖2所示電路的進(jìn)一步的波形；以及圖5顯示了采用本發(fā)明的三相變換器的框圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，其中顯示了兩相降壓變換器的框圖?？刂菩酒?0，其框圖在圖2中更加詳細(xì)顯示，接收多個(gè)數(shù)字輸入VID0-VID5，在圖1中表示為12。VID輸入是從被供電的微處理器接受的，并且是在不同條件下設(shè)置變換器的電壓輸出的數(shù)字比特。例如，對于Intel VR10芯片，輸出電壓依賴于VID0至VID5上的數(shù)字比特的設(shè)置而在0.8375V和1.6000V之間變化，這是由芯片制造商確定的。引腳VIN_SEL被用于指示哪個(gè)處理器芯片正在被供電，這樣使得控制芯片10可以解譯VID代碼。例如，如果VID SEL被接地，則處理器芯片為INTEL VR10，并且VID代碼將被解譯以提供適當(dāng)電壓給這種芯片。如果VID_SEL為VCC，則處理器為AMD ATHLON。如果VID_SEL保持開路，則處理器為AMD HAMMER。對于ANTHLON芯片，Vout范圍是1.100至1.850V。對于AMD HAMMER芯片，VOUT范圍是0.800至1.550V。對于所有三種處理器，當(dāng)所有VID比特為1時(shí)，VOUT被禁用或者關(guān)閉。
從適當(dāng)?shù)碾娫矗ǔ殡姵鼗蛘逜C-DC轉(zhuǎn)換器/整流器，在VIN提供電力?？刂菩酒?0具有輸出GATE H1和GATE L1以分別驅(qū)動表示為14的多相變換器的第一相的高端和低端晶體管。晶體管H1是高端晶體管并且晶體管L2為低端晶體管。
輸出GATE H2和GATE L2驅(qū)動包括高端晶體管H2和低端晶體管L2的第二相16。各組晶體管設(shè)置在半橋結(jié)構(gòu)中，并且其公共連接處被提供給各個(gè)輸出電感L10和L20。電感L10和L20的另一端在公共輸出節(jié)點(diǎn)VOUT+耦合在一起。在跨接耦合在VOUT+和接地(VOUT-)之間的輸出電容COUT兩端提供輸出。
輸出電壓在VOUTSNS+和VOUTSNS-之間檢測，VOUTSNS+和VOUTSNS-分別提供給控制芯片10的反饋FB輸入和VOSNS-輸入。在輸入CSINP1和CSINP2分別提供各個(gè)相的電流檢測。電流是通過無損平均電感電流檢測而檢測的。相1的串聯(lián)電阻RCS1和電容CCS1串聯(lián)跨接在電感L10的兩端。電容兩端電壓被檢測。選擇電阻RCS1和電容CCS1使得RCS1和CCS1的時(shí)間常數(shù)等于電感的時(shí)間常數(shù)，即L10的電感值除以電感的DC電阻值。當(dāng)兩個(gè)時(shí)間常數(shù)匹配時(shí)，CCS1兩端的電壓正比于L10中的電流，并且檢測電路可以被認(rèn)為是僅使用了值為RL(L10的DC電阻值)的檢測電阻。時(shí)間常數(shù)的不匹配不會影響電感DC電流的測量，但是影響電感電流的AC成分。通過高端或者低端檢測而檢測電感電流的優(yōu)點(diǎn)在于檢測傳送給負(fù)載的實(shí)際輸出電流而不是轉(zhuǎn)換電流的峰值或者采樣信息。輸出電壓可以基于實(shí)時(shí)信息而定位以滿足負(fù)載線。除了檢測電阻與電感串聯(lián)，這是唯一支持單周期瞬態(tài)響應(yīng)的檢測方法。其他方法在負(fù)載增加(低端檢測)或者負(fù)載降低(高端檢測)時(shí)不提供信息。相2具有檢測電阻RCS2和電容CCS2并且按照相同方式工作。
控制芯片10的框圖在圖2中更加詳細(xì)顯示。使用具有后緣調(diào)制的電壓模式控制。在電壓控制回路中使用高增益寬帶寬電壓型誤差放大器50。在輸入FB處提供輸出電壓檢測，并且提供給誤差放大器的反相輸入。另一個(gè)非反相輸入耦合到電壓參考VDAC，VDAC是通過以上參考圖1顯示并且描述的VID和VID_SEL設(shè)置的。圖1中的VID_SEL引腳被顯示為接地以對應(yīng)于Intel VR10芯片。對于其他處理器，例如AMD HAMMER或者ATHLON處理器，VID_SEL引腳連接到不同電位或者保持開路。對于AMD HAMMER處理器，VID_SEL開路。對于AMD ATHLON芯片，VID_SEL連接到VCC。VDAC的設(shè)置將確定誤差放大器50的參考電壓VDAC，由此設(shè)置輸出電壓。
控制芯片10包括振蕩器60，可以使用外部電阻ROSC編程。振蕩器產(chǎn)生內(nèi)部50％占空比鋸齒信號，如圖3A所示。圖3A中的50％占空比鋸齒信號被用于產(chǎn)生兩個(gè)180°相異的定時(shí)脈沖信號，該信號設(shè)置相1和相2的RS雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器70和80。定時(shí)脈沖如圖3B和3C所示，并且在圖2中表示為CLK1和CLK2。
參考圖2和圖3，各個(gè)雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器70和80一旦接收到時(shí)鐘脈沖即被設(shè)置。而且，各個(gè)斜波電壓在各個(gè)PWM比較器90和100的非反相輸入處被提供。誤差放大器50的輸出被提供給各個(gè)PWM比較器的反相輸入。由通過電容110從電流源IROSC/2電流充電提供的固定斜率斜波電壓被提供給PWM比較器90。當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器70被設(shè)置時(shí)，低端開關(guān)L1被關(guān)斷并且高端開關(guān)H1被開啟。同時(shí)見圖4A、C和D。跨接在電容110上的開關(guān)SW1被雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器70的QB輸出打開，允許電容110開始充電以提供斜波電壓給PWM比較器90。同樣地，在雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器80控制的另一個(gè)相中，一旦接收到時(shí)鐘脈沖，則低端驅(qū)動器被關(guān)斷并且高端驅(qū)動器被開啟，并且在開關(guān)SW2被雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器80的QB輸出打開時(shí)，電容120開始充電。
對于相1，電容110由正比于開關(guān)頻率的電流源充電，所述開關(guān)頻率由大約57毫伏/百分之一占空比的比例的固定斜率斜波而確定。例如，穩(wěn)態(tài)工作開關(guān)模式占空比為10％，并且內(nèi)部斜波幅度從起始點(diǎn)至斜波穿過誤差放大器EAOUT的輸出電壓的時(shí)間為止通常為570毫伏，如圖3D所示。在圖3D中，提供給PWM比較器90的非反相輸入的固定斜率斜波信號顯示在圖中的第一和第三區(qū)域。
相反地，如圖3D所示的第二和第四區(qū)域的可變斜率斜波電壓被提供給第二相的PWM比較器100，下面將進(jìn)一步詳細(xì)描述。對于相1，當(dāng)PWM斜波電壓超過誤差放大器輸出電壓時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器70被復(fù)位。這樣關(guān)斷高端開關(guān)H1并且開啟低端開關(guān)L1，并且將PWM斜波放電至0.7V直到下一次時(shí)鐘脈沖。相2的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器80和比較器100按照類似方式工作，然而如下所述，提供給比較器100的非反相輸入的斜波信號的斜率是可變的。
各個(gè)雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器70、80是復(fù)位優(yōu)先的，響應(yīng)于負(fù)載下降而允許兩個(gè)相在數(shù)十納秒內(nèi)變?yōu)榱阏伎毡取Ｏ嗫梢圆糠种丿B并且響應(yīng)于負(fù)載上升通過時(shí)鐘電壓的開啟而變?yōu)?00％占空比。大于PWM比較器的共模輸入范圍的誤差放大器輸出電壓導(dǎo)致100％占空比而不管PWM斜波的電壓。這種結(jié)構(gòu)確保誤差放大器50總能被控制并且在需要時(shí)要求0-100％的占空比。它還支持對負(fù)載下降的響應(yīng)，該降低與多數(shù)系統(tǒng)的低輸出輸入電壓比率的相適應(yīng)。電感電流響應(yīng)于負(fù)載瞬態(tài)變化的增加比降低快得多。
這種控制方式設(shè)計(jì)為提供單周期瞬態(tài)響應(yīng)，其中在單一開關(guān)周期內(nèi)電感電流響應(yīng)負(fù)載瞬態(tài)而改變，最大化電源效率并且最小化輸出電容需求。
如上所述，比較器90和100的斜波信號不同。PWM比較器90接收如圖3D所示的I和III區(qū)域的固定斜率斜波電壓。相反地，PMW比較器100在其非反相輸入接收如圖3D所示的II和IV區(qū)域的可變斜率斜波電壓。這種可變斜率斜波電壓是響應(yīng)于輸入CSINP1和CSINP2通過分配調(diào)節(jié)誤差放大器130而調(diào)節(jié)的。
兩相之間的電流分配是通過主-從電流分配回路拓?fù)涠鴮?shí)現(xiàn)的。相1的電流檢測放大器140的輸出設(shè)置分配調(diào)節(jié)誤差放大器130的可變參考。然后分配調(diào)節(jié)誤差放大器通過調(diào)節(jié)PWM斜波2的斜率而調(diào)節(jié)PWM斜波2的占空比，如圖3D中虛線所示，從而強(qiáng)制分配調(diào)節(jié)放大器的輸入誤差為零，使得在兩相之間獲得精確的電流分配。
斜波2的最大和最小占空比調(diào)節(jié)范圍與優(yōu)選實(shí)施例中的斜率斜波1相比被限制于0.5X和2.0X的主控或者固定斜率斜波(相1)信號。這是通過提供給如圖3D所示的相2的PWM比較器100的斜波電壓的斜率而顯示。最小占空比是通過圖3D中的具有最大斜率的斜波信號顯示的。最大占空比是通過圖3D中的具有最小斜率的斜波信號顯示的。
電流分配回路的分頻頻率可以通過SCOMP輸入端的電容編程以使得分配回路不與輸出電壓回路互相影響。SCOMP電容是通過跨導(dǎo)級驅(qū)動的，所述跨導(dǎo)級能夠灌(sourcing)和拉(sinking)25微安的電流。斜波2的占空比反比跟蹤SCOMP引腳上的電壓。如果電壓SCOMP增加，則提供給PWM比較器100也就是相2比較器的斜波的斜率將增加，并且各個(gè)占空比將降低，導(dǎo)致相2的輸出電流的降低。由于有限的25微安灌電流，SCOMP預(yù)充電電路包含預(yù)處理V(SCOMP)從而提供給PWM比較器100的斜波信號的占空比在提供任何柵極脈沖給高端晶體管之前等于斜波1的占空比。
如圖2和圖3所示，固定斜波從電流源IROSC/2充電。可變斜率斜波在IROSC充電，但是通過可變電流阱190分流，所述電流阱190在0至IROSCx3/4的范圍內(nèi)分流電流。因此，充電電容120的電流的范圍是從IROSC至IROSC/4，也就是從固定斜率斜波發(fā)生器電路中的電容110的充電率的2X至1/2。
圖4顯示了第一相的各種條件下的PWM工作波形。第二相是類似的，除了PWM斜波2與PWM斜波1不同，具有可變斜率。CLK1脈沖被顯示為提供給雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器70。各種負(fù)載條件下的誤差放大器50輸出電壓EAOUT如圖4B所示。如圖4B的左側(cè)部分所示，當(dāng)PWM比較器90的斜波電壓(此處表示為PWM斜波1)等于誤差放大器50輸出電壓時(shí)，高端晶體管被關(guān)斷并且低端晶體管被開啟，如圖4C和4D所示。在下一個(gè)時(shí)鐘脈沖(CLK1)時(shí)，誤差放大器輸出提高，表示輸出電壓由于更高的電流需求而下降。因此，僅當(dāng)斜波電壓提高到更高電平之后斜波電壓等于誤差放大器電壓。這樣可以確保高端晶體管具有更高的占空比，即脈沖寬度如圖4C所示更長，由此提高提供給相1電感的輸出電流。相應(yīng)地，低端晶體管如圖4D所示將在更長的時(shí)間周期內(nèi)保持關(guān)斷。
在第三時(shí)鐘脈沖，如圖4所示，誤差放大器輸入近似為零，由此表示電流需求降低或者出現(xiàn)錯(cuò)誤。如果誤差放大器的輸出電壓降低到0.55伏以下，則零百分比占空比比較器160(圖2)也會關(guān)斷低端晶體管。如圖所示，高端晶體管在此周期中也關(guān)斷。
在如圖4所示的第四時(shí)鐘脈沖，誤差放大器輸出電壓再次提高，并且斜波如圖4B所示，柵極驅(qū)動如圖4C和4D所示。
如圖3C所示，本發(fā)明的電路允許通過調(diào)節(jié)至少一個(gè)而并非所有的PWM比較器的斜波電壓的斜率而分配電流。對于兩相變換器，僅調(diào)節(jié)一個(gè)相的斜波的斜率。對于三相變換器，調(diào)節(jié)兩個(gè)斜波的斜率。在非反相輸入處提供給第一比較器90的斜波的斜率如圖3D中固定斜波1所示保持恒定。例如，如果相1中需要的電流增加，這會在電阻RCS1和CCS1的節(jié)點(diǎn)處被檢測到。增加后的電流會在放大器140的非反相輸入處反映出來，通過加法級170疊加到電壓VDAC。加法級170的增加后的輸出被提供給分配調(diào)節(jié)誤差放大器130的非反相輸入，提高了分配調(diào)節(jié)誤差放大器的輸出。這會提高通過電流源190提供的電流，分流電容120的電流，從而增加了電容120充電所需時(shí)間。如圖3D所示斜率會通過具有更長占空比的斜波2波形而變平。這樣會導(dǎo)致PWM比較器100的輸出在更長時(shí)間內(nèi)保持為低，從而確保雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器80保持設(shè)置，保持高端晶體管H2開啟更長時(shí)間周期，從而提高第二相的電流。因此，第二相匹配第一相所需的增加的電流。隨著第二相電流增加，第一相通過降低兩個(gè)相電流直到相等而補(bǔ)償。這是因?yàn)殡S著第二相提供的電流增加，誤差放大器輸出也會降低。
類似地，如果通過第二電壓CSINP2檢測到的第二相中的電流增加，則放大器150的輸出會增加，因此分配調(diào)節(jié)誤差放大器130的反相輸入增加，降低分配調(diào)節(jié)誤差放大器的輸出。這會降低通過電流源190分流的電流，允許電容120更快充電，因此斜波2電壓如圖3D所示具有更高斜率。因此，PWM比較器輸出可以更快的變高，復(fù)位雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器80，由此關(guān)斷高端晶體管H2，從而降低通過第二相提供的電流。同時(shí)，誤差放大器50輸出增加，從而提高兩個(gè)相的高端晶體管的開啟時(shí)間。為了補(bǔ)償通過降低后的斜波2斜率導(dǎo)致的電流降低，第一相會提供電流以匹配通過第二相提供的降低的電流。通過兩個(gè)相提供的電流將被驅(qū)動以使得分配調(diào)節(jié)誤差放大器輸入兩端的誤差被驅(qū)動至零。
相反地，如果相1中的電流降低，則放大器130的非反相輸入會降低，導(dǎo)致放大器130的輸出降低，使得電容120更快地充電，更快地關(guān)斷相2的高端晶體管，降低相2電流以匹配相1。
如果相2中的電流降低，則放大器130的反相輸入處的電壓會降低，導(dǎo)致電容120更慢地充電，提高通過相2晶體管提供的電流。相1晶體管通過降低其提供的電流以匹配相2晶體管而進(jìn)行補(bǔ)償。一旦放大器130的輸入相等，則輸出相電流相等。
在所有情況中，盡管誤差放大器50的輸出跟蹤輸出電流需求(當(dāng)輸出電流需求增加時(shí)增加，并且當(dāng)輸出電流需求降低時(shí)降低)，分配調(diào)節(jié)放大器130使多個(gè)相位中的電流相等。因此，盡管誤差放大器50根據(jù)負(fù)載需要而提高或者降低所有相中的電流，分配調(diào)節(jié)放大器可以提高或者降低利用可變斜率斜波信號驅(qū)動PWM比較器的相提供的電流，從而使所有相位中的負(fù)載電流相等。
使用自適應(yīng)電壓定位以降低負(fù)載瞬態(tài)期間輸出電壓變化以及在負(fù)載牽引最大電流時(shí)降低負(fù)載功耗。與電壓定位相關(guān)的電路如圖2所示。電阻RFB連接在誤差放大器50的反相輸入(引腳FB)和變換器輸出電壓之間。內(nèi)部電流源200從FB引腳引出電流，該電流源的值通過對振蕩器頻率編程的相同外部電阻RROSC而被編程。FB偏置電流在RFB兩端產(chǎn)生定位電壓降，強(qiáng)制變換器的輸出電壓降低至V(VDAC)-I(FB)*RFB，從而保持誤差放大器50輸入的平衡。RFB被選擇為對低于DAC電壓的固定偏移電壓需求量進(jìn)行編程。
VDRP引腳的電壓是相電流檢測放大器140和150的平均，并且表示VDAC電壓和所有相的電感電流平均值的和。VDRP引腳通過電阻RDRP連接到FB引腳。誤差放大器50通過電源回路強(qiáng)制RB引腳上的電壓等于VDAC。因此，經(jīng)過RDRP的電流等于(VDRP-VDAC)/RDRP。隨著負(fù)載電流提高，VDRP電壓相應(yīng)地提高，導(dǎo)致RFB電流提高，進(jìn)一步將輸出受控電壓定位為更低，從而使得輸出電壓降低正比于負(fù)載電流增加。變換器的下降阻抗(droop impedance)或者輸出阻抗可以通過電阻RDRP而編程。變換器輸出阻抗的偏移和斜率獨(dú)立于VDAC電壓。
AMD規(guī)定可接受的電源調(diào)節(jié)窗口在AMD的規(guī)范VID表的電壓的±50mV內(nèi)。VID表的電壓可以從芯片制造商的說明書中獲得。Intel VR-10.0規(guī)定了絕對最大電源電壓下的VID表的電壓。為了具有所有三種DAC選項(xiàng)，HAMMER和ATHLON DAC輸出電壓被預(yù)定位為比AMD規(guī)范中所列出電壓高50mV。在測試期間，串聯(lián)電阻置于EAOUT和FB之間以抵消數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的附加50mV。FB偏置電流等于IROSC，產(chǎn)生50mV的抵消電壓。通過電路中所述50mV抵消電阻監(jiān)視V(EAOUT)而調(diào)整VDAC電壓也修正了FB偏置電流中的誤差。
VDRP引腳電壓表示變換器的平均電流加上DAC電壓。負(fù)載電流可以通過將VDRP電壓減去VDAC電壓而獲得。
盡管參考兩相變換器描述了本發(fā)明，本發(fā)明也可以應(yīng)用到超過兩相。例如，圖5顯示了將本發(fā)明用于在三相變換器調(diào)節(jié)三個(gè)相之間的分配電流。使用了兩個(gè)分配調(diào)節(jié)放大器，每個(gè)調(diào)節(jié)一個(gè)可變斜率斜波發(fā)生器，其中分別包括電容120和220。分配調(diào)節(jié)放大器130從電流檢測放大器170和180從相1和2接收輸入。分配調(diào)節(jié)放大器230從電流檢測放大器170和290從相1和3接收輸入。這樣，分配調(diào)節(jié)放大器130均衡相1和2，并且分配調(diào)節(jié)放大器230均衡相1和3，由此使所有相位中的電流相等。在兩相變換器中的第一相采用固定斜率斜波發(fā)生器。
盡管參考特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，各種其他變化和修改以及其他使用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯見的。因此，本發(fā)明并不限于在此公開的特定內(nèi)容，而是僅由所附權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種多相DC-DC變換器，包括第一串聯(lián)電路，包括跨接耦合在輸入電壓兩端的第一和第二輸出晶體管，具有第一相電壓的第一輸出端被設(shè)置在所述第一和第二晶體管之間的第一公共連接處；至少一個(gè)第二串聯(lián)電路，包括跨接耦合在輸入電壓兩端的串聯(lián)的第三和第四輸出晶體管，具有第二相電壓的第二輸出端被設(shè)置在所述至少一個(gè)第二串聯(lián)電路的第三和第四晶體管之間的第二公共連接處；耦合在所述第一輸出端和所述變換器的輸出電壓端之間的第一輸出電感；耦合在所述第二輸出端和所述變換器的輸出電壓端之間的至少一個(gè)第二輸出電感；耦合到所述輸出電壓端的輸出電容；第一脈沖寬度調(diào)制器電路，用于驅(qū)動所述第一和第二晶體管，所述第一脈沖寬度調(diào)制器電路包括第一脈沖寬度調(diào)制器比較器和第一固定斜率斜波發(fā)生器，所述第一固定斜率斜波發(fā)生器提供固定斜率斜波信號給所述第一脈沖寬度調(diào)制器比較器的一個(gè)輸入；至少一個(gè)第二脈沖寬度調(diào)制器電路，用于驅(qū)動所述第三和第四晶體管，所述至少一個(gè)第二脈沖寬度調(diào)制器電路包括第二脈沖寬度調(diào)制器比較器和可變斜率斜波發(fā)生器，所述可變斜率斜波發(fā)生器提供可變斜率斜波信號給所述第二脈沖寬度調(diào)制器比較器的一個(gè)輸入；誤差放大器，用于將所述變換器的輸出電壓與參考電壓相比較，并且分別提供誤差放大器輸出電壓給所述各個(gè)第一和第二脈沖寬度調(diào)制器比較器的第二端；第一電流檢測放大器，用于確定通過所述第一串聯(lián)電路提供的變換器的第一相的相電流；至少一個(gè)第二電流檢測放大器，用于確定通過所述至少一個(gè)第二串聯(lián)電路提供的變換器的至少一個(gè)第二相的相電流；以及至少一個(gè)分配調(diào)節(jié)放大器，用于從所述各個(gè)第一和至少一個(gè)第二電流檢測放大器接收輸出，并且調(diào)節(jié)由所述可變斜率斜波發(fā)生器提供的可變斜率斜波信號的斜率以調(diào)節(jié)由所述至少一個(gè)第二串聯(lián)電路提供的電流，從而使所述第一和至少一個(gè)第二相提供的電流相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其中所述至少一個(gè)分配調(diào)節(jié)誤差放大器具有第一和第二輸入，所述第一和第二電流檢測放大器分別提供輸出給所述第一和第二輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其中所述固定斜率斜波發(fā)生器包括對第一電容充電的第一電流源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變換器，其中所述可變斜率斜波發(fā)生器包括對第二電容充電的第二電流源以及從所述第二電容分流電流的可變電流源，從而改變所述第二電容充電的速率，由此改變所述可變斜率斜波信號的斜率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變換器，其進(jìn)一步包括跨接耦合在所述第一電容兩端的第一開關(guān)電路，所述開關(guān)電路用于啟動所述第一電容的充電。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變換器，其進(jìn)一步包括跨接耦合在所述第二電容兩端的第二開關(guān)電路，所述第二開關(guān)電路用于啟動所述第二電容的充電。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變換器，其中所述第二電流源產(chǎn)生第二電流，并且所述第一電流源產(chǎn)生等于所述第二電流一半的第一電流，并且所述可變電流源響應(yīng)于所述分配調(diào)節(jié)誤差放大器的輸出而在零至所述第二電流的四分之三之間的范圍內(nèi)從所述第二電流源分流受控電流。
8.一種兩相DC-DC變換器，包括第一串聯(lián)電路，包括跨接耦合在輸入電壓兩端的第一和第二輸出晶體管，具有第一相電壓的第一輸出端被設(shè)置在所述第一和第二晶體管之間的第一公共連接處；第二串聯(lián)電路，包括跨接耦合在輸入電壓兩端的串聯(lián)的第三和第四輸出晶體管，具有第二相電壓的第二輸出端被設(shè)置在所述第三和第四晶體管之間的第二公共連接處；耦合在所述第一輸出端和所述變換器的輸出電壓端之間的第一輸出電感；耦合在所述第二輸出端和所述變換器的輸出電壓端之間的第二輸出電感；耦合到所述輸出電壓端的輸出電容；第一脈沖寬度調(diào)制器電路，用于驅(qū)動所述第一和第二晶體管，所述第一脈沖寬度調(diào)制器電路包括第一脈沖寬度調(diào)制器比較器和第一固定斜率斜波發(fā)生器，所述第一固定斜率斜波發(fā)生器提供固定斜率斜波信號給所述第一脈沖寬度調(diào)制器比較器的一個(gè)輸入；第二脈沖寬度調(diào)制器電路，用于驅(qū)動所述第三和第四晶體管，所述第二脈沖寬度調(diào)制器電路包括第二脈沖寬度調(diào)制器比較器和可變斜率斜波發(fā)生器，所述可變斜率斜波發(fā)生器提供可變斜率斜波信號給所述第二脈沖寬度調(diào)制器比較器的一個(gè)輸入；誤差放大器，用于將所述變換器的輸出電壓與參考電壓相比較，并且分別提供誤差放大器輸出電壓給所述各個(gè)第一和第二脈沖寬度調(diào)制器比較器的第二端；第一電流檢測放大器，用于確定通過所述第一和第二晶體管提供的所述變換器的第一相的相電流；第二電流檢測放大器，用于確定通過所述第三和第四晶體管提供的所述變換器的第二相的相電流；以及分配調(diào)節(jié)放大器，用于從所述各個(gè)第一和第二電流檢測放大器接收輸出，并且調(diào)節(jié)由所述可變斜率斜波發(fā)生器提供的可變斜率斜波信號的斜率以調(diào)節(jié)由所述第三和第四晶體管提供的電流，從而使所述第一和第二相提供的電流相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變換器，其中所述分配調(diào)節(jié)誤差放大器具有第一和第二輸入，所述第一和第二電流檢測放大器分別提供輸出給所述第一和第二輸入。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變換器，其中所述固定斜率斜波發(fā)生器包括對第一電容充電的第一電流源。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變換器，其中所述可變斜率斜波發(fā)生器包括對第二電容充電的第二電流源以及從所述第二電容分流電流的可變電流源，從而改變所述第二電容充電的速率，由此改變所述可變斜率斜波信號的斜率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的變換器，其進(jìn)一步包括跨接耦合在所述第一電容兩端的第一開關(guān)電路，所述開關(guān)電路用于啟動所述第一電容的充電。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的變換器，其進(jìn)一步包括跨接耦合在所述第二電容兩端的第二開關(guān)電路，所述第二開關(guān)電路用于啟動所述第二電容的充電。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的變換器，其中所述第二電流源產(chǎn)生第二電流，并且所述第一電流源產(chǎn)生等于所述第二電流一半的第一電流，并且所述可變電流源響應(yīng)于所述分配調(diào)節(jié)誤差放大器的輸出而在零至所述第二電流的四分之三之間的范圍內(nèi)從所述第二電流源分流受控電流。
15.一種在多相變換器的輸出相之間均衡負(fù)載電流的方法，其中所述變換器包括第一串聯(lián)電路，包括跨接耦合在輸入電壓兩端的第一和第二輸出晶體管，具有第一相電壓的第一輸出端被設(shè)置在所述第一和第二晶體管之間的第一公共連接處；至少一個(gè)第二串聯(lián)電路，包括跨接耦合在輸入電壓兩端的串聯(lián)的第三和第四輸出晶體管，具有第二相電壓的第二輸出端被設(shè)置在所述第三和第四晶體管之間的第二公共連接處；耦合在所述第一輸出端和所述變換器的輸出電壓端之間的第一輸出電感；耦合在所述第二輸出端和所述變換器的輸出電壓端之間的至少一個(gè)第二輸出電感；以及耦合到所述輸出電壓端的輸出電容；所述方法包括將所述變換器的輸出電壓與參考電壓相比較，并且提供誤差放大器輸出電壓給所述各個(gè)第一和至少一個(gè)第二脈沖寬度調(diào)制器比較器；通過所述第一脈沖寬度調(diào)制器比較器將第一固定斜率斜波信號與所述誤差放大器輸出相比較；通過所述至少一個(gè)第二脈沖寬度調(diào)制器比較器將可變斜率斜波信號與誤差放大器輸出相比較；確定通過所述第一串聯(lián)電路提供的變換器的第一相的相電流；確定通過所述至少一個(gè)第二串聯(lián)電路提供的變換器的至少一個(gè)第二相的相電流；以及響應(yīng)于在所述第一相和至少一個(gè)第二相中確定的電流，調(diào)節(jié)所述可變斜率斜波信號的斜率以調(diào)節(jié)由所述至少一個(gè)第二串聯(lián)電路提供的電流，從而使所述第一和至少一個(gè)第二相提供的電流相等。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包括通過從第一電流源對第一電容充電而產(chǎn)生所述固定斜率斜波信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包括通過從第二電流源對第二電容充電而產(chǎn)生所述可變斜率斜波信號，并且提供可變電流源以從所述第二電容分流電流，從而改變所述第二電容充電的速率，由此改變所述可變斜率斜波信號的斜率。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括操作跨接耦合在所述第一電容兩端的第一開關(guān)電路以啟動所述第一電容的充電。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其進(jìn)一步包括操作跨接耦合在所述第二電容兩端的第二開關(guān)電路以啟動所述第二電容的充電。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第二電流源產(chǎn)生第二電流，并且所述第一電流源產(chǎn)生等于所述第二電流一半的第一電流，并且所述可變電流源從所述第二電流源分流出在零至所述第二電流的四分之三之間的范圍內(nèi)的受控電流。
全文摘要
一種多相DC－DC變換器，具有第一串聯(lián)電路，該第一串聯(lián)電路包括跨接耦合在輸入電壓兩端的第一和第二輸出晶體管，在所述第一和第二晶體管之間的第一公共連接處提供第一相電壓；至少一個(gè)第二串聯(lián)電路，該第二串聯(lián)電路包括串聯(lián)跨接耦合在輸入電壓兩端的第三和第四輸出晶體管，在所述第三和第四晶體管之間的第二公共連接處提供第二相電壓；用于所述第一相的第一輸出電感；用于所述至少一個(gè)第二相的至少一個(gè)第二輸出電感；輸出電容；第一脈沖寬度調(diào)制器電路，包括第一脈沖寬度調(diào)制器比較器和第一固定斜率斜波發(fā)生器，所述第一固定斜率斜波發(fā)生器提供固定斜率斜波信號給所述第一比較器的一個(gè)輸入；至少一個(gè)第二脈沖寬度調(diào)制器電路，包括第二脈沖寬度調(diào)制器比較器和可變斜率斜波發(fā)生器，所述可變斜率斜波發(fā)生器提供可變斜率斜波信號給所述第二比較器的一個(gè)輸入；誤差放大器用于將所述變換器的輸出電壓與參考電壓相比較，并且分別提供誤差放大器輸出電壓給所述各個(gè)第一和第二脈沖寬度調(diào)制器比較器的第二端；第一電流檢測放大器，用于確定通過所述第一串聯(lián)電路提供的變換器的第一相的相電流；至少一個(gè)第二電流檢測放大器，用于確定通過所述至少一個(gè)第二串聯(lián)電路提供的變換器的至少一個(gè)第二相的相電流；以及至少一個(gè)分配調(diào)節(jié)放大器，用于從所述各個(gè)第一和第二電流檢測放大器接收輸出，并且調(diào)節(jié)由所述可變斜率斜波信號的斜率以調(diào)節(jié)由所述至少一個(gè)第二串聯(lián)電路提供的電流，從而使所述第一和至少一個(gè)第二相提供的電流相等。
文檔編號H02M5/00GK101040424SQ200580034683
公開日2007年9月19日 申請日期2005年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月19日
發(fā)明者D·克拉韋特 申請人:國際整流器公司