[发明专利]具有动态电流分配的多相数字电流模式控制器

说明书

技术领域

本申请涉及多相开关调节器，特别是多相开关调节器的动态电流分配。

背景技术

开关电源因为其高效率和小尺寸而广泛用于高功率应用。多相降压转换器尤其很好地适用于以当前技术水平的高性能集成电路（诸如微处理器、图形处理器和网络处理器）所需要的低电压来提供高电流。降压转换器通常以诸如脉冲宽度调制控制器（PWM)、驱动器、功率MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管)的有源器件以及诸如电感、变压器或耦接的电感、电容和电阻的无源器件来实现。

通常将多相降压转换器设计为，使得各个相位（通道）的元件相似或相同并且以交错的方式操作从而最小化输出抖动并提供最快的动态响应。降压转换器通常在大范围的输出电流之间（例如从零到最大负荷）操作，并且因此传统的降压转换器不必在任何给定范围内优化。反而，设计者受限于对器件和切换频率的选择，以优化各种性能参数（诸如轻负荷效率和对最大负荷阶跃（maximum load step）的快速响应）。

例如，用于微处理器或其他高性能集成电路的多相降压转换器需要大量的供电电流，并且易发生非常快的瞬变现象。传统的多相降压转换器通常包括并行并且相位交错地连接的多个相（通道），从而均等地共享并提供高输出电流，使得调节器可以迅速响应快速动态电压转变和快速瞬变负载条件。“快速动态电压转变”和“快速瞬变负载条件”在本文中统称为“快速动态条件”。为了处理快速瞬变，需要相对高的切换速率。然而，高切换关频率导致低效系统。通常的获得所希望的效率的解决方案是降低切换频率、增加输出电容并且并行地使用几个通道，但这导致系统成本增加。

发明内容

根据本文中描述的实施方式，提供了一种用于多相开关调节器的多相控制方案，该方案允许独立地操作不对称或不同的相，从而允许优化各种性能参数。这导致多相开关调节器的更高瞬态性能、更低的成本和更高效的操作。

根据多相开关调节器的操作方法的实施方式，其中多个开关调节器具有功率级（至少具有第一相和第二相，以通过将相耦接到负载的电感来向负载提供功率），该方法包括：利用提供给相的脉冲宽度调制（PWM）信号来以比第二相更高的切换频率切换第一相；基于功率级的输出电压和参考电压之间的差来以每个相的切换频率生成用于每个相的相专用目标电流；检测将该相耦接到负载的电感中的电流；并且基于每个相的相专用目标电流和检测到的电感电流来调整提供到每个相的PWM信号的占空比。

根据多相开关调节器的实施方式，该多相开关调节器包括功率级和电流传感器，该功率级至少包括用于通过将相位耦接到负载的电感来向负载提供电力的第一相和第二相，该电流传感器可操作为检测将相耦接到负载的电感中的电流。多相开关调节器进一步包括控制器，该控制器可操作以利用提供给每个相的脉冲宽度调制（PWM）信号来以比第二相更高的切换频率来切换第一相、基于功率级的输出电压和参考电压之间的差来以每个相的切换频率生成该相的相专用目标电流；以及基于每个相的相专用目标电流和所检测到的各相的电感电流来调整提供到各相的PWM信号的占空比。

本领域中的技术人员在阅读以下详细的描述和查看附图后，将会理解另外的特征和优点。

附图说明

附图的元件不必相对彼此成比例。相同的参考数字表示相应的相似部分。可将所示出的各种实施方式的特征组合，除非这些特征相互互斥。实施方式被描绘于附图中并且在以下描述中被详细说明。

图1示出了根据第一实施方式的开关调节器的框图。

图2示出了根据第二实施方式的开关调节器的框图。

图3示出了根据第三实施方式的开关调节器的框图。

图4示出了用于与图3的开关调节器一起使用的非线性PID补偿器的实施方式的框图。

图5示出了根据第四实施方式的开关调节器的框图。

具体实施方式