[发明专利]具有稳健电流感测及共享放大器的多相切换电力供应器

说明书

本发明涉及一种具有稳健电流感测及共享放大器的多相切换电力供应器。在多相电流模式受控切换电力供应器中，感测通过各种相位中的电感器的电流以确定何时关断切换晶体管。感测斜变纹波电流的AC电流反馈路径与感测较低频率平均电流的DC电流路径分离。共享差分放大器使其输入多路复用以仅从所有所述相位接收DC分量信号。所述放大器的增益经设定以使得DC感测信号与AC感测信号具有适当比例。针对每一相位，使用第二多路复用器取样且保持所述放大器的输出。所述AC感测信号及所述经放大DC感测信号针对每一相位由求和电路进行组合。针对每一相位将复合感测信号施加到比较器以控制相关联开关的工作循环。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张来自2016年4月15日申请的序列号为62/323,490的美国临时申请案的优先权。

技术领域

本发明涉及DC/DC转换器，且特定来说，涉及多相电流模式切换转换器。

背景技术

多相切换电力供应器是众所周知的，且被频繁用于高电力应用中。图1说明两相电力供应器。在此多相电力供应器中，多个独立受控切换电力供应器经并联连接以驱动表示为电阻器RL、耦合到经调节输出电压Vo的负载。通常，将控制器10实施为集成电路，且电感器L1及L2以及输出电容器Co处于外部。切换晶体管Q1到Q4可取决于电力要求而处于内部或外部。

时钟在循环的不同相位期间通过在其相关联相位的开始处接通顶部晶体管Q1或Q3而设定每一电力供应器。以此方式，由每一相位传导的电流仅是一小部分负载电流，且输出电压纹波减少。此举降低滤波要求、减少开关中的RMS电力耗散、减少热点、使得能够更快速地响应负载变化且缓和对印刷电路板上及集成电路中的迹线的要求。理想情况下，在稳态条件下由诸个相位提供的电流相同。

电流模式切换电力供应器通常用于多相切换电力供应器中，且需要非常准确的电流感测器以反馈瞬时电感器电流以调节通过相位中的各种电感器的峰值电流。基本上，当斜变电感器电流跨越阈值电压时，切换晶体管在时钟循环的剩余部分内关断。对于每一相位，电流感测应相同，以保证负载电流跨越所有相位均匀平衡。图1展示针对相位中的每一者的电流反馈信号Ifb1及Ifb2，且展示输出电压反馈信号Vfb。输出电压反馈信号Vfb可为经划分电压。

用于检测每一相位中的电感器电流的一种技术是插入与电感器串联的低值感测电阻器(例如，小于0.1欧姆)并测量跨越电阻器的电压降落。电压降落包含归因于斜变电感器电流的DC分量的相对较大降落及归因于斜变电感器电流的AC纹波分量的小得多的降落。因为每一相位中的电阻器具有非常低的值，所以存在不良信噪比。信噪比问题是归因于在电阻器传导高DC电流及切换噪声的同时跨越感测电阻器的相对较小纹波电压(AC)降落。此外，电阻器中的损耗浪费电力。

替代使用单独串联电阻器，可通过感测跨越电感器(因为电感器具有称为DCR的DC绕组电阻)的电压或感测跨越同步整流器开关(当其接通时)的电压而“无损地”测量电流。此技术被认为是无损的，这是因为其依赖于转换器拓扑中固有的电阻损耗。

有效地感测电流的另一方式是使用电阻器-电容器网络仿真跨越电感器的电感器电流，其中RC网络的时间常数与电感器DCR时间常数相同，使得RC＝L/DCR。因此，跨越电容器的斜变电压将跟踪通过电感器的斜变电流。然而，如果DCR非常低，那么将存在切换噪声问题及信噪比问题。此将导致脉冲宽度调制(PWM)相位抖动、电流不平衡及其它问题。

第8,823,352号美国专利揭示用于单相电力供应器的各种电流感测技术，但未解决多相电力供应器的电流感测。'352专利揭示一种技术，其用于分离出电感器电流的AC与DC分量以有效地独立放大AC分量，且接着，适当放大DC分量以与AC分量具有适当比例。然而，此技术在应用于多相电力供应器时是有问题的，这是因为每一相位将需要具有完全相同增益的单独放大器以类似地放大其相关联DC分量，且难以针对相位中的每一者形成相同放大器。提供单独放大器还增大系统的成本及大小。