具有相电流共享的多相开关调整器的制造方法

具有相电流共享的多相开关调整器的制造方法
【专利摘要】一种调节电流模式多相开关调整器的相电流共享网络，其中相电流共享网络包括多个综合纹波网络和电流共享网络。调整器通过相应的脉冲控制信号所控制的相应相电感器来产生相电流，所述多个相电流包括波纹电流。每个综合纹波网络产生模拟相应相波纹电流的相应的波纹电压，并使用波纹电压产生脉冲控制信号。电流共享网络通过组合调节值调节每个波纹电压。组合调节值包基于波纹电压中的相应一个波纹电压与参考电压之差。跨导放大器可用于将电压差转换成施加到形成波纹电压的波纹电容器的电路调整值。
【专利说明】具有相电流共享的多相开关调整器
[0001] 本申请是申请日为2011年2月15日、申请号201110043256. 7、名称为"具有相电 流共享的多相开关调整器"的申请的分案申请。
[0002] 相关申请的夺叉参考
[0003] 本申请要求2010年3月26日提交的美国临时申请61/317, 761号的权益，为了所 有意图和目的，该申请全部引用在此作为参考。

【专利附图】

【附图说明】
[0004] 图1是使用综合纹波调整的传统多相（或多个相）开关调整器的示意图；
[0005] 图2是根据一个实施例的多相开关调整器的示意图，它使用具有两相之间相电流 共享的综合纹波调整；
[0006] 图3是定时图，分别示出图1和2的两个多相开关调整器在暂态事件期间的输出 电感器的电感器电流；
[0007] 图4是定时图，分别示出图1和2的两个多相开关调整器在稳态工作期间的输出 电感器的电感器电流；
[0008] 图5是根据一个实施例的多相开关调整器的简化方框图，它使用具有任意"N"个 相之间的相电流共享的综合纹波调整；
[0009] 图6是示例性电流共享模块的示意图，该模块可以被用于实现图5的多相开关调 整器的任何电流共享模块；以及
[0010] 图7是根据另一个实施例的多相开关调整器的简化示意性方框图，它具有任意 "N"个相之间的相电流共享。

【具体实施方式】
[0011] 提供下面的说明使本【技术领域】中技术人员制造和使用在特定应用和要求的情况 中提供的本发明。然而，较佳实施例的各种修改对于本【技术领域】中技术人员来说是显而易 见的，并且可以把这里定义的一般原理应用于其它实施例。因此，本发明不旨在局限于这里 所示出和所描述的特定实施例，而是与符合这里揭示的原理和新颖特征的最宽广范围相一 致。
[0012] 图1是使用综合纹波调整的传统多相（或多个相）开关调整器100的示意图。所 示的开关调整器100包括2相网络，要理解，可以包括任何合适数量的相。输出节点101产 生通过第一电阻器R1馈送回误差放大器103的反相输入端的输出电压V0UT。通过第二电 阻器R1把电压VDAC提供给误差放大器103的非反相输入端，误差放大器103具有用于在补 偿节点105上产生补偿电压VC0MP的输出端。VDAC具有用于表示V0UT的目标电压电平的 电压电平。第一和第二电阻器R1具有基本上相同的电阻。第一电阻R2耦合在误差放大器 103的反相输入端和输出端之间。向第二电阻器R2的一端提供参考电压VREF，第二电阻器 的另一端耦合到误差放大器103的非反相输入端。第一和第二电阻器R2具有基本上相同 的电阻。第一电流源107把窗口电流IW提供给产生正窗口电压VW+的正窗口节点109处 的第一窗口电阻器RW。第一窗口电阻器RW的另一端耦合到节点105,节点105进一步耦合 到第二窗口电阻器RW的一端，第二窗口电阻器RW的另一端耦合到产生负窗口电压VW-的 负窗口节点111。电流吸收器113吸收来自节点111的窗口电流IW。第一和第二窗口电阻 器RW的每一个具有基本上相同的电阻，以致在平衡窗口电压配置中窗口电压VW+和VW-从 补偿节点105偏移基本上相同的量。
[0013] 补偿节点105耦合到一对比较器115和117中的每一个的非反相输入端。比较器 115的反相输入端接收纹波电压VR2,而比较器117的反相输入端接收另一个纹波电压VR1。 比较器115的输出端耦合到边沿检测模块119的输入端，而比较器117的输出端耦合到另 一个边沿检测器121的输入端。把边沿检测模块119的输出提供给置位-复位-触发器 (SRFF)123的置位（S)输入端，而把边沿检测器121的输出提供给另一个SDFF125的置位 (S)输入端。SRFF123具有用于提供第一脉宽调制（PWM)信号PWM1的Q输出端，而SRFF125 具有用于提供第二PWM信号PWM2的Q输出端。把PWM1提供给第一开关驱动模块127的输 入端，而把PWM2提供给第二开关驱动模块129的输入端。第一开关驱动模块127控制包括 电子开关Q1和Q2的第一开关网络，而第二开关驱动模块129控制包括电子开关Q3和Q4 的第二开关网络。在一个实施例中，电子开关Q1-Q4的每一个都是N-沟道场效应晶体管 (FET)器件（例如，金属氧化物半导体FET或M0SFET)，虽然可以设想另外类型的开关器件， 诸如其它N型或P型器件等。根据开关类型来配置驱动模块127和129。在一个实施例中， Q1和Q3的漏极耦合到输入电压VIN，Q2和Q4的源极耦合到参考节点，诸如地（GND)，Q1的 源极和Q2的漏极耦合到第一相网络的第一相节点131，而Q3的源极和Q4的漏极耦合到第 二相网络的第二相节点133。Q1和Q2的栅极耦合到第一开关驱动模块127,而Q3和Q4的 栅极耦合到第二开关驱动模块129。第一电感器L1耦合在第一相节点131和输出节点101 之间，而第二电感器L2耦合在第二相节点133和输出节点101之间。滤波电容器C耦合在 输出节点101和GND之间。
[0014] 把VREF提供给第一纹波电阻器RR的一端和第二纹波电阻器RR的一端。第一和 第二纹波电阻器RR具有基本上相同的电阻。第一纹波电阻器RR的另一端耦合到产生第一 纹波电压VR1的第一纹波节点135,而第二纹波电阻器RR的另一端耦合到产生第二纹波电 压VR2的第二纹波节点137。第一纹波电容器CR耦合在第一纹波节点135和GND之间，而 第二纹波电容器CR耦合在第二纹波节点137和GND之间。第一和第二纹波电容器CR具有 近似相同的电容。第一电流源139把电流gml ·ν?Ν提供给第一开关SW1的第一开关端，其 第二开关端耦合到第一纹波节点135(其中点符号" ?"表示乘法）。术语"gml"是跨导增 益，它与输入电压VIN相乘以产生与输入电压VIN成正比的电流。第二电流源141把基本 上相同的电流gml ·ν?Ν提供给第二开关SW2的第一开关端，其第二开关端耦合到第二纹波 节点137。PWM1控制开关SW1，而PWM2控制开关SW2。在每种情况中，当相应的PWM信号为 高时，使相应的开关闭合，并且当相应的PWM信号为低时，使相应的开关断开。第一电流吸 收器143吸收从第一纹波节点135到GND的电流gml · V0UT，而第二电流吸收器145吸收 从第二纹波节点137到GND的基本上相同的电流gml · V0UT。跨导增益gml乘以输出电压 V0UT以产生与输出电压V0UT成正比的电流。第一纹波节点135耦合到第一比较器147的 非反相输入端，其反相输入端接收正窗口电压VW+。第一比较器147的输出端把第一置位信 号R1提供到SRFF123的置位端（R)。第二纹波节点137耦合到第二比较器149的非反相输 入端，其反相输入端接收正窗口电压VW+。第二比较器149的输出端把第二置位信号R2提 供给SRFF125的置位端（R)。
[0015] 在开关调整器100的操作中，每一个PWM1和PWM2信号触发高和低，以分别控制第 一和第二相的切换操作。当SRFF123认定PWM1高时，开关驱动电路127使开关Q1导通并 使开关Q2截止，以致使VIN有效地耦合到第一相节点131。当PWM1走低时，开关驱动模块 127使开关Q1截止并使开关Q2导通，以致使第一相节点131有效地耦合到GND。PWM1在多 个切换周期上触发高和低，开关驱动模块127和开关Q1和开关Q2触发而使相节点131在 VIN和GND之间耦合，以通过第一相网络的第一输出电感器L1使输入电压VIN转换成输出 电压VOUT。SRFF125、开关驱动模块129、开关Q3和Q4以及输出电感器L2的工作方式与第 二相网络基本上相似。两个相网络交替地激活，试图同等地共享到达用于驱动一负载（未 示出）的输出节点101的电流负载。开关调整器100作为降压调整器而工作，其中输入电 压VIN大于输出电压，虽然也可以设想V0UT大于VIN的升压调整器。
[0016] 电流吸收器143和145中的每一个分别从纹波节点135和137汲取基本上恒定的 电流gml · V0UT，分别从第一和第二纹波电容器CR汲取电荷。当VR1大于VREF时，额外的 电流从节点135通过第一纹波电阻器RR流动，当VR1下降到VREF以下时，额外的电荷流从 VREF通过第一纹波电阻器RR流动。当PWM1高时，第一相网络把电流驱动到输出节点101。 同样，当PWM1高时，开关SW1闭合，以致电流gml ·ν?Ν从电流源139流到节点135,对第一 纹波电容器CR充电。当开关SW1闭合时，VR1相当快地上升，直到它到达VW+的电平。当 VR1上升到VW+以上时，比较器147拉高R1使SRFF123复位，SRFF123把PWM1拉低。当PWM1 走低时，开关SW1断开，以致纹波电压VR1开始以相对恒定的速率直线下降。当电压VR1下 降到VC0MP的电平时，比较器117认定其输出高于边沿检测器121，这会触发从而将高的或 正的脉冲提供给SRFF125的置位输入端。响应于其置位输入端的脉冲，SRFF125把PWM2拉 高。当PWM2为高时，第二相网络把电流驱动到输出节点101。同样，当PWM2为高时，开关 SW2闭合，以致来自电流源141的电流gml ·ν?Ν流到节点137,对第二纹波电容器CR充电。 第二相以与第一相基本上相同的方式工作，以致当SW2闭合时，VR2上升。当SW2超过VW+ 的电平时，比较器149把R2拉高，使SRFF125复位，这把PWM2拉回到低。纹波电压VR2以 相对恒定的速率直线下降直到它落在VC0MP以下，然后比较器115认定其输出为高，导致边 沿检测模块119触发SRFF123使其置位输入端为高，再次重新认定PWM1为高。如此重复工 作，以致第一和第二相网络交替地激活，以把电流驱动到输出节点101。
[0017] 示出开关调整器100只有两相网络交替地驱动输出。如上所述，可以包括附加的 相网络。对于附加的相网络，每个相网络触发而激活下一个直到最后的相电路，最后的相电 路以循环的方式触发而激活第一相网络。因此，第一相网络触发而激活第二相网络，第二相 网络触发而激活下一个或最后的相网络，依此类推，其中最后的相网络以循环的方式触发 而激活第一相网络，对相网络之间的配置进行平衡。开关调整器100具有平衡的配置，其 中很大程度上减少或消除了回路补偿，这导致了与基于回路补偿的配置相比显著更大的速 度。然而，增加的速度导致相网络之间共享的自然的相电流的相应减少或最小化。这是为 了得到增加的暂态速度和减小的调制器输出阻抗而由纹波电阻器RR的电阻减小引起的。 尤其，减小纹波电阻器RR的电阻以减小调制器的输出阻抗和增加暂态响应，这导致综合电 流波形与电感器电流偏离。如下进一步描述，"综合电流波形"是在相应的纹波电容器上产 生的纹波电压，相应的纹波电容器试图复制通过相应输出电感器的纹波电流，并且用来控 制相应PWM信号的切换。尤其在暂态事件期间，综合地产生的电流的偏离导致相网络之间 输出电流的明显差异。因此，纹波电阻器RR的减小导致交流（AC)信息失去了其与电感器 电流的成比例性的一部分。在暂态事件（诸如负载明显地改变）期间，失配是特别明显的。 因此，与正常的综合纹波调整器相比，开关调整器100失去了固有的高频电流平衡。电流共 享的不平衡意味着一个或多个相网络对于负载电流的作用大大地大于其余相网络对于负 载电流的作用，这有效地废除了多个相之间电流共享的目的和益处。
[0018] 已经尝试了各种方法来重新得到多相电路之间的高频率电流平衡。一个方法是提 供极高带宽电流平衡回路。这个方法的问题是很难使极高带宽电流平衡回路稳定。另一个 方法是使用相射击（phase firing)的开环算法以试图平衡电流。这个方法的一个问题是潜 在的覆盖问题，由于难以得到算法，并且灵活性可能是不够的。如此的算法可能要求在逐案 基础上的基于相计数或其它系统参数的调谐。
[0019] 综合纹波调整是综合地产生表示通过输出电感器（例如，L1或L2)的纹波电流的 纹波电压的方法，而并非通过直接测量或通过其它装置的直接测量。如本【技术领域】中熟知 普通技术的人员所理解的，通过电压驱动电感器的电流波形与电流驱动的电容器上的电压 波形相似。因此，用与输出电感器上的电压成正比的电流驱动"纹波"电容器（例如，CR)提 供了所要求的波形形状。例如，当Q1导通和Q2截止时（当PWM1为高时），施加于输出电感 器L1的一端的相节点131的电压通常是输入电压VIN，并且当当Q2导通和Q1截止时电压 为零（GND)。电流源139产生VIN的正比电流gml ·ν?Ν，当PWM1为高时把该电流施加于电 容器CR使开关SW1闭合。当PWM1为低时断开开关SW1，从电容器CR除去该电流，因此模拟 0伏（V)。在L1的另一端处的输出节点101的电压是V0UT。电流吸收器143产生连续地施 加于电容器CR的、V0UT的正比电流gml ·ν〇υΤ。如此，用与施加于输出电感器L1上的电压 成正比的收集电流来驱动纹波电容器CR，以致纹波电压VR1产生要求的纹波波形形状。因 此，纹波电压VR1有效地复制通过输出电感器L1的波形纹波电流，并且使用纹波电压VR1 来控制用于控制第一相的PWM1信号的触发。以与控制PWM2信号的触发相似的方式来产生 第二相的纹波电压VR2。如果提供的话，以与综合纹波调整相似的方式来控制附加相网络。
[0020] 图2是根据一个实施例的多相开关调整器200的不意图，它使用具有两相之间相 电流共享的综合纹波调整。开关调整器200具有与多相开关调整器100相似的一些特征， 其中假定相似的器件或部件具有相同的附图标记。开关调整器200的工作与开关调整器 100的工作相似，除了开关调整器200包括相网络之间的改进的电流共享，如这里进一步描 述的那样。还示出开关调整器200具有两个相网络，其中可理解，可以包括任何合适数量 (即，两个以上）的相网络。用跨导放大器201来代替第一相网络的第一纹波电阻器RR，跨 导放大器201具有接收VREF的非反相输入端、接收第一相纹波电压VR1的反相输入端以及 耦合到第一纹波节点135的输出端。如本【技术领域】中熟知普通技术的人员所理解的，跨导 放大器把输入电压转换成输出电流。跨导放大器201具有gm2的跨导增益，其中它使输入 电压VREF和VR1之间的差放大gm2以提供输出电流II。把输出电流II施加于第一纹波 节点135。如此，根据公式II = gm2(VREF - VR1)产生电流II，并且电流II施加于第一纹 波节点135。跨导放大器201的输出阻抗基本上是恒定的。在一个实施例中，调谐增益gm2 使之与替代的纹波电阻器RR的值匹配。如此，跨导放大器201有效地模拟耦合在第一相网 络的电压VREF和VR1之间的第一纹波电阻器RR的功能。
[0021] 以与跨导放大器201基本上相同的方式提供和配置具有基本上相同跨导增益gm2 的另一个跨导放大器203,除了跨导放大器203的输出端耦合到第二纹波节点137之外。尤 其，跨导放大器203具有接收VREF的非反相输入端、接收第一相纹波电压VR1的反相输入 端以及耦合到第二纹波节点137的输出端。如此，跨导放大器203的输出产生基本上相同 的电流II，为了第一和第二相网络之间电流共享的目的，电流II施加于第二纹波节点137。 以相似的方式，提供另一个跨导放大器205,它具有接收VREF的非反相输入端、接收第二相 纹波电压VR2的反相输入端以及耦合到第二纹波节点137的输出端。跨导放大器205还具 有基本上相同的跨导增益gm2,其中它使输入电压VREF和VR2之间的差放大gm2,以提供施 加于第二纹波节点137的输出电流12。如此，根据公式12 = gm2 (VREF - VR1)产生电流 12,并且电流12施加于第二纹波节点137。如上所述，在一个实施例中，调谐增益gm2使之 与替代的纹波电阻器RR的值匹配，以致跨导放大器205有效地模拟耦合在第二相网络的电 压VREF和VR2之间的第二纹波电阻器RR的功能。此外，以基本上与跨导放大器205相同 的方式提供和配置具有基本上相同跨导增益gm2的再另一个跨导放大器207,除了跨导放 大器207的输出耦合到第一纹波节点135之外。尤其，跨导放大器207具有接收VREF的非 反相输入端、接收第二相纹波电压VR2的反相输入端以及耦合到第一纹波节点135的输出 端。如此，跨导放大器207的输出产生基本上相同的电流12,为了第一和第二相网络之间电 流共享的目的，电流II施加于第一纹波节点135。
[0022] 图3是定时图，分别示出两个多相开关调整器100和200在暂态事件期间的电感 器L1和L2的电感器电流IL1和IL2。301处示出的上面一对曲线说明在时刻tl处的暂态 事件之前和之后的多相开关调整器100的电感器电流IL1和IL2。在时刻tl之前，电感器 电流IL1和IL2十分接近地相互跟随，如303处所示。然而，在时刻tl的暂态事件之后，电 感器电流IL1和IL2相互显著地偏离，如305处所示。如此，响应于暂态事件，开关调整器 100的第一相网络提供明显更大的电流。对比之下，307处示出的较下面的一对曲线说明多 相开关调整器200在时刻tl的暂态事件之前和之后的电感器电流IL1和IL2。在时刻tl 之前，电感器电流IL1和IL2十分接近地相互跟随，如309处所示。在时刻tl的暂态事件 之后，电感器电流IL1和IL2仍十分接近地相互跟随，如311处所示。如此，响应于暂态事 件，开关调整器1〇〇的第一相网络提供明显更大的电流。如此，在稳态工作期间并响应于暂 态事件，开关调整器200的两个相网络共享电流负载。
[0023] 图4是定时图，分别示出两个多相开关调整器100和200在稳态工作期间的电感 器L1和L2的电感器电流IL1和IL2。401处示出的上面一对曲线说明多相开关调整器100 的电感器电流IL1和IL2,而403处示出的下面一对曲线说明多相开关调整器200的电感器 电流IL1和IL2。在稳态条件期间，两个调整器100和200两者共享电流共享。虽然对于两 个开关调整器100和200来说，电流共享表现出平衡和对称，但是开关调整器200的电流共 享随时间明显地更平衡和对称，尤其在图3所示的暂态事件之后随时间明显地更平衡和对 称。
[0024] 图5是根据一个实施例的多相开关调整器500的简化方框图，它使用具有任意"N" 个相之间的相电流共享的综合纹波调整。N是大于一的任何正整数。多相开关调整器500 包括公用误差放大器模块501，它以与所描述的多相开关调整器200的误差放大器103相似 的方式接收VOUT、VREF和VDAC电压，并且提供VCOMP电压。事实上，可以使用与所示出的 误差放大器103相似的电路。可以使用VC0MP作为两个相的触发电压点。然而，对于N>2， 相控制网络510根据VC0MP和N确定不同的触发电压VTRIG。将窗口电压范围表示为AVW =VW+ - VW-，这是迟滞窗口电压，其中VC0MP在VW+和VW-之间的中心。对于一般的情况， 确定 VTRIG 为 VTRIG = VC0MP+ Λ VW(N-2) /N，其中 Λ VW = 2 (VW+-VC0MP)。要注意，对于 N = 2, VTRIG = VC0MP。把VTRIG分布到Ν个相网络，示出为第一相网络502、第二相网络504， 以及依此类推，直到第Ν或最后的相网络506。相网络502-506耦合到公用输出节点511， 以与多相开关调整器200相似的方式，产生输出电压V0UT，并且使输出电容器C耦合在节点 511和地之间。
[0025] 第一相网络502包括电流共享1模块503、窗口比较器1模块505、相比较器 1507以及驱动器1模块509。电流共享1模块503接收VREF和纹波电压VR1，VR2,… ，VRN(VR1-VRN)，并且具有耦合到产生第一纹波电压VR1的节点。可以以与多相开关调整器 200的跨导放大器201和207相似的方式来实现电流共享1模块503,除了包括N个放大器 之外。窗口比较器1模块505耦合到产生VR1的节点，接收第一脉宽调制（PWM)信号PWM1 和窗口电压VW+，并且把第一复位信号R1提供给相比较器1507。可以以与所不出的多相开 关调整器200的相似方式实现窗口比较器1模块505,所述多相开关调整器200包括电流 源139、电流吸收器143、开关SW1以及纹波电容器CR和比较器147。相比较器1模块507 接收最后的或第N相506的纹波电压VRN，VTRIG和R1，并且产生用于第一相网络502的提 供给窗口比较器1模块505和驱动器1模块509的PWM1信号。可以以与所不出的多相开 关调整器200的相似方式实现相比较器1模块507,所述多相开关调整器200包括比较器 115、边沿检测模块119和SRFF123。驱动器1模块509接收PWM1，并且根据多相操作驱动 输出节点511上的V0UT。可以以与所示出的多相开关调整器200的相似方式实现驱动器1 模块509,所述多相开关调整器200包括开关驱动电路127、开关Q1和Q2以及电感器L1。
[0026] 第二相网络504包括电流共享2模块513、窗口比较器2模块515、相比较器2模块 517以及驱动器2模块519。电流共享2模块513基本上与电流共享1模块503相似，除了 耦合到产生第二相的第二纹波电压VR2的节点之外。窗口比较器2模块515基本上与窗口 比较器1模块505相似，除了耦合到VR2、接收PWM2和提供R2之外。相比较器2模块517 基本上与相比较器1模块507相似，除了接收来自第一相网络502的R2和纹波电压VR1和 提供PWM2之外。驱动器2模块519基本上与驱动器1模块509相似，除了响应于用于驱动 V0UT电压的PWM2之外。相似地配置每个相网络直到最后的相网络506,最后的相网络506 包括电流共享N模块523、窗口比较器N模块525、相比较器N模块527以及驱动器N模块 529。如上所述，每个相网络触发而激活下一个相网络直到最后的相网络，最后的相网络以 循环的方式触发而激活第一相网络。因此，提供来自第一相网络502的VR1而激活第二相网 络504,依此类推，直到提供来自第二到最后相网络的VRN-1而激活最后的相网络506。此 夕卜，以循环的方式提供来自最后相网络506的VRN而激活第一相网络502。
[0027] 图6是示例性电流共享模块600的示意图，可以使用该电流共享模块来实现多相 开关调整器500的任何电流共享模块503, 513,…523。把VREF提供到一系列N个跨导放 大器601，603,…605 (601-605)的每一个的非反相输入端。在产生纹波电压VR1-VRN(通常 示出为VRX，其中"X"表示从1到N的任何相数量）中相应的一个纹波电压的公用纹波节 点602处，跨导放大器601-605的输出端耦合在一起。第一跨导放大器601具有接收第一 相纹波电压VR1的反相输入端，第二跨导放大器603具有接收第二相纹波电压VR2的反相 输入端，以及依此类推直到最后的跨导放大器605,它具有接收最后相纹波电压VRN的反相 输入端。跨导放大器601的输出端产生电流II，用于根据VREF和VR1之间的电压差乘以增 益gm2来修改节点602上的VRX的电压，或II = gm2*(VREF-VRl)，第二跨导放大器603的 输出端产生电流12,用于根据VREF和VR2之间的电压差乘以增益gm2来修改VRX的电压， 或12 = gm2* (VREF - VR2)，依此类推，直到最后跨导放大器603的输出端，最后跨导放大器 603的输出端产生电流IN，用于根据VREF和VR2之间的电压差乘以增益gm2来修改的VRX 的电压，或IN = gm2* (VREF - VRN)。对于每个相，重复相同的电路作为电流共享模块。
[0028] 可以根据特定实施把跨导放大器601，603,…605 (601-605)的每一个的增益gm2 调节到任何合适的值。在一个实施例中，配置增益gm2以对所有相的相电流进行平均，其中 从每个相网络的纹波电压中有效地减去平均电流值。如图2所示，例如，当激活（闭合开关 SW1)相应的脉冲控制信号（例如，PWM1)时，最初根据纹波电容器CR的值、输出电压V0UT以 及输入电压VIN产生每个纹波电压（诸如VR1)。根据I1-IN电流调节纹波电压VR1，I1-IN 电流一起表示通过输出电感器的平均相电流。由于如此地根据相电流调节或修改每个相网 络的纹波电压VRX，修改了纹波电压VR1-VRN或调节了纹波电压。每个纹波电压是用于控制 相网络中相应的一个的切换的电流控制值。
[0029] 在一个另外的实施例中，可以把其它相电路中提供的复制跨导放大器替换成电流 镜像电路等。在一个实施例中，每个相的电流共享模块包括单个跨导放大器，该单个跨导放 大器对VREF与相VRX的纹波电压进行比较，以及把电流调节输出IX提供给相应的纹波节 点。此外，在每个相的电流共享模块中提供一个或多个电流镜等，以把IX映射到多相开关 调整器的每个其它相的纹波节点上。例如，参考图2,跨导放大器203可以替换成电流镜像 电路（未示出），该电流镜像电路的输入耦合到跨导放大器201的输出用于接收电流11，以 及其输出耦合到第二纹波节点137用于把电流II映射到第二纹波节点137。同样，跨导放 大器207可以替换成电流镜像电路（未示出），该电流镜像电路的输入耦合到跨导放大器 205的输出用于接收电流12以及其输出耦合到第一纹波节点135用于把电流12映射到第 一纹波节点135。如此，每个相电路包括一个跨导放大器，以及用于多相配置中每个附加的 相电路的一个电流镜，该电流镜把电流映射到每个其它纹波节点。
[0030] 概括地说，对于综合纹波调整器实施例，把耦合在每个相电路的每个纹波电压节 点和参考电压之间的纹波电阻器替换成跨导放大器，调谐该跨导放大器，使之通过纹波电 阻器基本上模拟或匹配或在其它情况下产生相同的电流。然后，映射该电流，并且施加于 每个其它相电路的纹波节点。使用附加的复制跨导放大器或电流镜像电路等来实现电流映 射。如此，每个相电路具有耦合到其纹波节点的基本上相同的电流共享电路。
[0031] 图7是根据另一个实施例的多相开关调整器700的简化示意性方框图，它具有任 意" N"个相之间的相电流共享，再次，其中的N是任何大于一的正整数。多相开关调整器700 可以包括公用误差放大器模块501，模块501接收VOUT、VREF和VDAC电压，并且以与上述 相似的方式提供VC0MP电压。可以使用VC0MP作为两个相的触发电压点。然而，对于N>2， 以与上述相似的方式，通过相控制网络510根据VC0MP和N确定不同的触发电压VTRIG。 把VTRIG分配到N个相网络（示出为第一相网络702、第二相网络704以及依此类推直到 最后的或第N相网络706)的每一个中。相网络702-706耦合到公用输出节点708,产生输 出电压VOUT。在节点708和地之间耦合输出电容器C，用于以与上述相似的方式对VOUT进 行滤波。可以配置相网络702-706,使之以与多相开关调整器200基本上相似的方式工作， 因此不再描述。在一个实施例中，使用如图所示的电流传感器701，702,…，705分别测量 通过输出电感器Ll，L2,…，LN的相电流IL1，IL2,…，ILN，分别提供相应的电流检测电压 VIL1，VIL2, "'VILN。因此，VIL1是与相电流IL1成正比的电压值，VIL2是与相电流IL2 成正比的电压值，依此类推，直到VILN，它是与相电流ILN成正比的电压值。可以以本技术 领域中技术人员理解的任何合适的方式实现电流传感器701，702,…，705,诸如串联耦合的 电阻器等，或耦合到输出电感器的滤波器电路或用于测量相网络电流的任何其它合适的方 法。
[0032] 多相开关调整器700包括相电流共享网络707,用于共享N个相网络之间的电流。 相电流共享网络707包括用于每个相网络的相电流值模块，包括用于第一相网络702的相1 电流值模块709，用于第二相网络704的相2电流值模块711，依此类推直到用于第N相网络 706的相N电流值模块713。根据确定相电流的特定的方法，相电流值模块709, 711，…，713 中的每一个产生或在其它情况下传送用于各个相网络的相应的相电流值。在一个实施例 中，相电流值模块709, 711，…，713分别耦合到电流传感器701，702,…，705,用于接收和传 送通过电流传感器直接或间接测量的"真实"电流值VIL1-VILN。在另外的实施例中，相电 流值模块709, 711，…，713产生相应的综合电流值，诸如以与上述多相开关调整器200的相 似的方式产生和提供综合电流波形。在任何情况下，把来自相电流值模块709, 711，…，713 的相电流值提供给组合器715 (例如，加法器）的各个输入端，组合器把相电流值加在一起 以提供相电流总和值，如所示的VSUM。把从组合器715输出的VSUM提供给除法器模块717 的输入端，除法器模块717使VSUM除以相的数量或N，并且把相应的平均相电流值提供给滤 波器719,诸如低通滤波器（LPF)等。滤波器719把平均相电流值VAVG分别提供给相网络 702, 704,…，706的一系列组合器721，723,…，725的每一个的反相输入端。把来自相电流 值模块709, 711，…，713的每个相电流值提供给组合器721，723,…，725中相应一个的非反 相输入端，它们分别输出VR1-VRN值。以与上述相似的方式，把VR1-VRN值提供给每个相网 络的相应比较器的非反相输入端。
[0033] 虽然已经参考本发明的某些较佳版本颇详细地描述了本发明，但是其它版本和变 型都是可能的和可设想的。例如，虽然描述了某些实施例为迟滞电流模式调整器，但是本发 明可应用于任何类型的电流模式可控制调整器。本【技术领域】中技术人员应该理解，他们可 以容易地使用所揭示的概念和特定实施例作为设计或修改其它结构的基础，提供本发明的 相同目的而不偏离下述权利要求书中定义的本发明的精神和范围。
【权利要求】
1. 一种配置成调节电流模式多相开关调整器的相电流共享网络，其中多相开关调整器 包括多个开关网络，其中每个开关网络通过多个脉冲控制信号中相应的一个脉冲控制信号 所控制的多个开关相网络中的每一个的电感器来产生多个相电流中相应的一个相电流，所 述多个相电流包括相应的多个相波纹电流，以便把输入电压转换成输出电压，所述相电流 共享网络包括： 多个综合纹波网络，其中所述多个综合纹波网络中的每个配置成产生模拟所述多个相 波纹电流中相应的一个相波纹电流的多个波纹电压中相应的一个波纹电压； 其中所述多个波纹电压中的每个波纹电压用于产生所述多个脉冲控制信号中相应的 一个脉冲控制信号；以及 电流共享网络，配置成产生组合调节值并且通过所述组合调节值调节所述多个波纹电 压中的每个波纹电压，其中所述组合调节值包括多个相调节值的组合，且其中所述多个相 调节值中的每个相调节值基于所述多个波纹电压中的相应一个波纹电压与参考电压之差。
2. 如权利要求1所述的相电流共享网络，其特征在于， 所述多个综合纹波网络中的每个综合纹波网络包括多个纹波电容器中的相应一个波 纹电容器，所述波纹电容器产生所述多个波纹电压中相应的一个波纹电压；以及 其中所述电流共享网络包括多个跨导放大器，所述多个跨导放大器中的每一个具有接 收所述参考电压的第一输入，具有接收所述多个波纹电压中相应的一个波纹电压的第二输 入，并且具有将调节电流提供给所述多个波纹电容器中相应的一个波纹电容器的输出。
3. 如权利要求2所述的相电流共享网络，其特征在于，所述多个跨导放大器中的至少 一个模拟耦合在所述参考电压和所述多个波纹电容器中相应的一个波纹电容器之间的波 纹电阻器。
4. 如权利要求1所述的相电流共享网络，其特征在于， 所述多个综合纹波网络中的每个综合纹波网络包括多个纹波电容器中的相应一个波 纹电容器，所述波纹电容器产生所述多个波纹电压中相应的一个波纹电压；以及 其中所述电流共享网络包括多个调节网络，其中所述多个调节网络中的每个调节网络 包括多个跨导放大器，且其中所述多个调节网络中的每个调节网络的所述多个跨导放大器 中的每个跨导放大器具有接收所述参考电压的第一输入，具有接收所述多个波纹电压中相 应的一个波纹电压的第二输入，并且具有将调节电流提供给所述多个波纹电容器中相应的 一个波纹电容器的输出。
5. 如权利要求4所述的相电流共享网络，其特征在于，所述多个跨导放大器中的至少 一个模拟耦合在所述参考电压和所述多个波纹电容器中相应的一个波纹电容器之间的波 纹电阻器。
6. 如权利要求1所述的相电流共享网络，其特征在于，所述多个综合纹波网络中的每 个包括： 耦合在供电节点和多个纹波节点中相应的一个纹波节点之间的纹波电容器，用于产生 所述多个波纹电压中相应的一个波纹电压； 电流吸收器，所述电流吸收器被耦合以吸收与来自所述多个纹波节点中的相应一个波 纹节点的输出电压成正比的电流；以及 电流源，当多个脉冲控制信号中相应的一个脉冲控制信号有效时，所述电流源被耦合 以把与所述输入电压成正比的电流提供给所述多个波纹节点中相应的一个纹波节点。
7. 如权利要求6所述的相电流共享网络，其特征在于，所述电流共享网络包括跨导网 络，所述跨导网络配置成将所述多个波纹电压中的每个波纹电压与所述参考电压之差转换 成被施加到所述多个波纹节点中的相应一个波纹节点的相应多个调节电流。
8. -种电流模式多相开关调整器，用于将输入电压转换成输出电压，包括： 多个开关网络，每个开关网络配置成通过由多个开关控制信号中相应的一个开关控制 信号所控制的多个电感器中相应的一个电感器来切换电流； 误差网络，所述误差网络配置成基于所述输出电压的相对误差来产生触发信号； 多个综合纹波网络，所述多个综合纹波网络中的每个配置成通过所述多个电感器中相 应的一个电感器产生模拟多个相波纹电流中相应的一个相波纹电流的多个波纹电压中相 应的一个波纹电压； 多个第一比较器，所述多个第一比较器中的每个配置成基于所述波纹电压中相应的一 个波纹电压产生多个第一控制信号中相应的一个第一控制信号，且用于确定所述多个开关 控制信号中相应的一个开关控制信号的第一操作边沿的时序； 多个第二比较器，所述多个第二比较器中的每个配置成基于所述触发信号和所述波纹 电压中相应的一个波纹电压产生多个第二控制信号中相应的一个第二控制信号，且用于确 定所述多个开关控制信号中相应的一个开关控制信号的第二操作边沿的时序； 相电流共享网络，配置成产生组合调节值并且通过所述组合调节值调节所述多个波纹 电压中的每个波纹电压，其中所述组合调节值包括多个相调节值的组合，且其中所述多个 调节值中的每个调节值基于所述多个波纹电压中的相应一个波纹电压与参考电压之差。
9. 如权利要求8所述的电流模式多相开关调整器，其特征在于： 所述多个综合纹波网络中的每个综合纹波网络包括多个纹波电容器中的相应一个波 纹电容器，所述波纹电容器被耦合以产生所述多个波纹电压中相应的一个波纹电压；以及 其中所述相电流共享网络包括多个跨导放大器，所述多个跨导放大器中的每一个具有 接收所述参考电压的第一输入，具有接收所述多个波纹电压中相应的一个波纹电压的第二 输入，并且具有将调节电流提供给所述多个波纹电容器中相应的一个波纹电容器的输出。
10. 如权利要求9所述的电流模式多相开关调整器，其特征在于，所述多个跨导放大器 中的至少一个具有增益，所述增益模拟耦合在所述参考电压和所述多个波纹电容器中相应 的一个波纹电容器之间的波纹电阻。
11. 如权利要求8所述的电流模式多相开关调整器，其特征在于，所述相电流共享网络 包括跨导网络，所述跨导网络配置成将所述多个波纹电压中的每个波纹电压与所述参考电 压之差转换成被施加到所述多个波纹节点中的相应一个波纹节点的相应多个调节电流。
12. 如权利要求8所述的电流模式多相开关调整器，其特征在于，其中所述相电流共享 网络包括多个跨导放大器，其中所述多个跨导放大器中的每一个包括多个跨导放大器，所 述多个跨导放大器配置成将所述多个波纹电压中的每个波纹电压与所述参考电压之差转 换成被施加到所述多个波纹节点中的相应一个波纹节点的相应多个调节电流。
13. 如权利要求8所述的电流模式多相开关调整器，其特征在于，所述多个综合纹波网 络中的每个包括： 耦合在供电节点和多个纹波节点中相应的一个纹波节点之间的纹波电容器，用于产生 所述多个波纹电容器中相应的一个波纹电容器； 电流吸收器，所述电流吸收器被耦合以吸收与来自所述多个波纹节点中相应的一个纹 波节点的所述输出电压成正比的电流；以及 电流源，当所述多个脉冲控制信号中相应的一个脉冲控制信号有效时，所述电流源被 耦合以把与所述输入电压成正比的电流提供给所述多个波纹节点中相应的一个纹波节点。
14. 如权利要求8所述的电流模式多相开关调整器，其特征在于，所述误差网络包括误 差放大器，所述误差放大器产生用作所述触发信号的补偿电压。
15. 如权利要求8所述的电流模式多相开关调整器，其特征在于，所述误差网络产生窗 口电压，且其中所述多个第一比较器中的每一个第一比较器包括窗口比较器，所述窗口比 较器将所述窗口电压与所述波纹电压中相应的一个波纹电压进行比较，以产生用于终止所 述多个开关控制信号中相应的一个开关控制信号上的控制脉冲的复位信号。
16. 如权利要求8所述的电流模式多相开关调整器，其特征在于，所述误差网络产生 所述触发值作为触发电压，且其中所述多个第二比较器中的每一个第二比较器包括相比较 器，所述相比较器将所述触发电压与述波纹电压中相应的一个波纹电压进行比较，以产生 用于发起所述多个开关控制信号中相应的一个开关控制信号上的控制脉冲的置位信号。
17. -种电流模式多相开关调整器的多个相之间的电流共享的方法，其中多相开关调 整器通过相应多个脉冲控制信号所控制的相应的相电感器来产生多个相电流，所述多个相 电流包括相应的多个相波纹电流，以便把输入电压转换成输出电压，所述方法包括： 产生多个波纹电压，所述多个波纹电压中的每个模拟所述多个相波纹电流中相应的一 个相波纹电流； 利用所述多个波纹电压中的每个波纹电压产生所述多个脉冲控制信号中相应的一个 脉冲控制信号；以及 产生多个调节值，所述多个调节值中的每个基于参考电压与所述多个波纹电压中的相 应一个波纹电压之差；以及 施加所述多个调节值中的每个调节值，以调节所述多个波纹电压中的每一个波纹电 压。
18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述产生多个波纹电压包括在相应的多 个波纹电容器上产生多个波纹电压，其中所述产生多个调节值包括产生多个调节电流，且 其中所述施加所述多个调节值中的每个调节值包括将多个调节电流施加到所述多个波纹 电容器中的每一个上。
19. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述产生多个调节值包括放大参考电压 与波纹电压中的每个波纹电压之差，并且将多个经放大的差转换成相应多个调节电流。
20. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述产生多个波纹电压包括在所述多个 脉冲控制信号的相应一个脉冲控制信号的有效部分期间，以与输出电压成比例的电流连续 放电多个波纹电容器中的每一个以及以与输入电压成比例的电流重叠多个电容器中的每 一个； 其中所述利用所述多个波纹电压中的每个波纹电压包括基于所述输出电压的相对误 差将所述多个波纹电压中的每个波纹电压与控制值相比较； 其中所述产生多个调节值包括产生多个调节电流；以及 其中所述施加所述多个调节值中的每个调节值包括将多个调节电流中的每一个施加 到所述多个波纹电容器中的每一个上。
【文档编号】H02M3/158GK104124873SQ201410275637
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2011年2月15日 优先权日:2010年3月26日
【发明者】S·P·劳尔, R·S·A·菲尔布里克 申请人:英特赛尔美国股份有限公司