控制电路、集成电路、多相降压转换器以及操作方法与流程

1.本公开的实施例涉及多相降压转换器。


背景技术：

2.诸如ac/dc或dc/dc切换模式电源的电源电路在本领域中是众所周知的。电子转换器的种类很多，主要分为隔离型和非隔离型转换器。例如，非隔离型电子转换器是“降压”、“升压”、“降压-升压”、“sepic”和“zeta”类型的转换器。相反，隔离型转换器是例如“反激”、“正激”、“半桥”和“全桥”类型的转换器。例如申请笔记an513/0393“topologies for switched mode power supplies”，l.wuidart，1999，stmicroelectronics所证明的，这样类型的转换器对于本领域技术人员来说是众所周知的。


技术实现要素：

3.考虑到前述内容，本公开的各种实施例涉及多相降压转换器内的改进。
4.根据一个或多个实施例，一个或多个技术优势或益处通过具有如本文所述的特征的多相降压转换器的控制电路来实现。实施例还涉及对应的集成电路、多相降压转换器和操作多相降压转换器的方法。
5.如前所述，本公开的各种实施例涉及针对多相降压转换器的控制电路。
6.例如，如下文将更详细描述的，这样的多相降压转换器可以包括被配置为接收输入电压的第一和第二输入端子，以及被配置为提供输出电压的第一和第二输出端子。在该情况下，一个或多个电容器可以被连接在第一和第二输出端子之间，并且反馈电路生成指示输出电压的反馈信号。此外，多相降压转换器包括多个级。具体地，在各种实施例中，每个级包括电感，其中电感的第一端子被连接到第一输出端子。此外，第一电子开关和第二电子开关或二极管被连接在第一和第二输入端子之间并且被配置为将电感的第二端子选择性地连接到第一输入端子或第二输入端子。在各种实施例中，该级的驱动器电路被配置为接收相应的pwm信号并且为第一电子开关生成相应的第一驱动信号，并且可选地为第二电子开关(如果提供)生成相应的第二驱动信号。此外，电流传感器被配置为生成指示流过相应电感的电流的相应电流感测信号。
7.因此，在各种实施例中，控制电路包括反馈端子，反馈端子被配置为接收指示由多相降压转换器生成的输出电压的反馈信号。类似地，控制电路包括多个电流感测端子，其中每个电流感测端子被配置为从多相降压转换器的相应级接收指示流过相应级的电感的电流的相应电流感测信号。最后，控制电路包括多个控制端子，其中控制端子的数目对应于电流感测端子的数目，其中每个控制端子被配置为向多相降压转换器的相应级的驱动器电路提供相应的pwm信号。因此，一般而言，每个pwm信号与相应的级相关联并且因此与相应的电流感测信号相关联。
8.在各个实施例中，驱动器电路也可以被集成在控制电路中，即，控制电路可以包括多个驱动器电路，其中驱动器电路的数目与控制端子的数目相对应，并且其中每个驱动器
电路被配置为接收相应的pwm信号并且为相应级的第一电子开关生成相应的第一驱动信号，并且可选地为相应级的第二电子开关(如果提供)生成相应的第二驱动信号。
9.因此，在各种实施例中，控制电路被配置为根据反馈信号和电流感测信号生成pwm信号。
10.例如，在各种实施例中，控制电路包括调节器电路，调节器电路被配置为通过改变调节信号直到反馈信号对应于参考信号来生成调节信号。例如，调节器电路可以是包括积分组件并且可选地包括比例和/或微分组件的(数字或模拟)调节器。
11.在该情况下，控制电路还包括多个相控制电路，其中每个相控制电路被配置为接收相应的电流感测信号并且根据相应的电流感测信号和由调节器电路生成的调节信号，通过改变相应的pwm信号的占空比来生成相应的pwm信号。例如，相控制电路可以包括比较器，比较器被配置为在相应电流感测信号的瞬时值在导通间隔期间达到调节信号时，发信号通知相应pwm信号的导通间隔结束，其中调节信号表示瞬时电流的阈值。备选地，相控制电路可以包括具有积分组件和/或比例组件的另一调节器，并且该另一调节器被配置为根据相应电流感测信号的导通间隔期间的平均值与调节信号之间的差来改变相应pwm信号的占空比，其中调节信号表示平均电流的参考值。
12.具体地，在各种实施例中，控制电路还包括第一选择器电路和第二选择器电路，被配置为接收选择信号的以及响应于选择信号，将给定数目的相控制电路的子集中的每个相控制电路经由相应的第二pwm信号选择性地连接到pwm信号之一，以及经由相应的第二电流感测信号选择性地连接到与相控制电路连接的pwm信号相关联的电流感测信号，即，与连接到相应第二pwm信号的pwm信号相关联的电流感测信号。例如，第一选择器电路可以包括用于将每个第二电流感测信号连接到每个电流感测信号的多个电子开关，并且第二选择器电路可以包括用于将每个第二pwm信号连接到每个pwm信号的多个电子开关。
13.在各种实施例中，选择控制电路因此可以被配置为生成选择信号。具体地，在第一切换模式中，选择控制电路可以设置选择信号以便将给定数目的相控制电路连接到pwm信号和相关联的电流感测信号的第一集合。相反，在第二切换模式中，选择控制电路可以设置选择信号以便将给定数目的相控制电路连接到pwm信号和相关联的电流感测信号的第二集合，其中第二集合与第一集合至少部分不同。
14.例如，子集中的相控制电路的数目可以对应于所激活的相控制电路的数目。例如，为此目的，调节器电路可以被配置为根据调节信号来确定待激活的相控制电路的数目，并且激活对应数目的相控制电路。
15.通常，相控制电路的数目因此可以对应于或者可以小于多相降压转换器的级数(如所指示的，例如，比其小电流感测端子的数目)。
16.通常，选择控制电路可以使用不同的解决方案来选择待连接到相控制电路的级子集。
17.例如，在各种实施例中，控制电路包括通信接口，并且选择控制电路被配置为根据经由通信接口接收的控制信号来激活第一切换模式或第二切换模式。在该情况下，选择控制电路可以被配置为根据经由通信接口接收的控制信号来选择属于第一级子集(即，pwm信号和相关联的电流感测信号的相应的第一集合)和/或第二级子集(即，pwm信号和相关的电流感测信号的相应的第二集合)的级。
18.附加地或备选地，选择控制电路可以被配置为激活第一切换模式并且监测与相控制电路连接的相应级的电流感测信号的相应第一子集。接下来，选择控制电路可以确定所监测的电流感测信号是否大于上限阈值(例如，指示短路状况)和/或小于下限阈值(例如，指示开路负载状况)，并且可能激活第二切换模式，其中级的第二集合(即，电流感测信号和pwm信号的相应的集合)不再包括所监测的级/电流感测信号。
19.附加地或备选地，选择控制电路可以被配置为周期性地激活第一切换模式和第二切换模式。
附图说明
20.现在将参考附图来描述本说明书的实施例，附图仅作为非限制性示例提供，其中：
21.图1是图示了根据一些实施例的电子转换器的示意图；
22.图2是图示了根据比较示例的降压转换器的示意图；
23.图3a至图3e是示出图2的降压转换器的波形的波形图；
24.图4是示出当降压转换器在ccm中操作时的示例波形的波形图；
25.图5是示出当降压转换器在dcm中操作时的示例波形的波形图；
26.图6是图示了根据一个或多个实施例的用于单级降压转换器的控制电路的示意图；
27.图7是图示了根据一个或多个实施例的根据pwm信号生成降压转换器的电子开关的驱动信号的波形图；
28.图8是图示了根据一个或多个实施例的被配置为根据pwm信号生成降压转换器的电子开关的驱动信号的驱动器电路的示意图；
29.图9是图示了根据一个或多个实施例的被配置为根据降压转换器的反馈信号生成pwm信号的调节器电路的示意图；
30.图10是图示了根据一个或多个实施例的多相降压转换器的示意图；
31.图11是图示了根据一个或多个实施例的被配置为针对图10的多相降压转换器生成pwm信号的调节器电路的示意图；
32.图12是图示了根据一个或多个实施例的图11的调节器电路的操作的波形图；
33.图13是图示了根据一个或多个实施例的包括两个切换电路的调节器电路的示意图；
34.图14和图15是图示了根据一个或多个实施例的图13的切换电路的进一步细节的示意图。
35.图16是图示了根据一个或多个实施例的图13的调节器电路的数字实现方式的示意图；以及
36.图17和图18是图示了根据一个或多个实施例的图13和图16的调节器电路的操作的波形图。
具体实施方式
37.在随后的描述中，图示了各种具体细节，目的是能够深入理解实施例。实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法、组件、材料等来提供。在其他情况
下，未详细图示或描述已知结构、材料或操作，以使得实施例的各个方面不会被模糊。
38.在本说明书的框架中对“实施例”或“一个实施例”的引用意在指示与该实施例有关的描述的特定配置、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，可能出现在本说明书的各个位置中的诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”的短语不一定指代同一个实施例。此外，特定的构造、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何适当的方式组合。
39.本文中使用的附图标记仅是为了方便而提供，并且因此不限定保护范围或实施例的范围。
40.图1是dc/dc电子转换器20的示意图。具体地，通用电子转换器20包括用于接收dc电压v
in
的两个输入端子200a和200b以及用于提供dc电压v
out
的两个输出端子202a和202b。例如，输入电压v
in
可以由诸如电池的dc电压源10提供，或者可以通过诸如桥式整流器的整流器电路以及可能的滤波电路从ac电压获得。相反，输出电压v
out
可以被用于为负载30供电。
41.图2示出了降压转换器20的示例的电路示意图。具体地，降压转换器20包括用于接收dc输入电压v
in
的两个输入端子200a和200b以及用于提供经调节的电压v
out
的两个输出端子202a和202b，其中输出电压等于或低于输入电压v
in
。
42.在所考虑的示例中，降压转换器20包括在输入端子200a和200b之间(例如，直接)串联连接的两个电子开关q1和q2(及其电流路径)，其中电子开关q1和q2之间的中间节点表示切换节点lx。具体地，电子开关q1是在(正)端子200a和切换节点lx之间(例如，直接)连接的高侧开关，并且电子开关q2是在切换节点lx和(负)端子200b(通常表示接地gnd)之间(例如，直接)连接的低侧开关。(高侧)开关q1和(低侧)开关q2因此表示被配置为将切换节点lx连接到端子200a(电压v
in
)或端子200b(接地gnd)的半桥。
43.在所考虑的示例中，诸如电感器的电感l被连接(例如，直接地)在切换节点lx和(正)输出端子202a之间。相反，(负)输出端子202b被(例如，直接)连接到(负)输入端子200b。
44.在所考虑的示例中，为了稳定输出电压v
out
，转换器20通常包括在输出端子202a和202b之间(例如，直接)连接的电容器c
out
。
45.在该上下文中，图3示出了这样的电子转换器的信号的示例性波形，其中：
46.图3a示出了用于切换电子开关q1的信号drv1；
47.图3b示出了用于切换第二电子开关q2的信号drv2；
48.图3c示出了遍历电子开关q1的电流i
q1
；
49.图3d示出了切换节点lx处的电压v
lx
(即，第二开关q2处的电压)；以及
50.图3e示出了遍历电感器l的电流i
l
。
51.具体地，当电子开关q1在时刻t1(导通状态)闭合时，电感器l中的电流i
l
(基本上)线性增加。电子开关q2在该同一时间断开。相反，当电子开关q1在间隔t
on1
之后的时刻t2(关断状态)处断开时，电子开关q2闭合，并且电流i
l
(基本上)线性减小。最后，开关q1在间隔t
off1
之后再次闭合。在所考虑的示例中，开关q2因此在开关q1断开时闭合，反之亦然。电流i
l
因此可以被用于对电容器c
out
充电，电容器c
out
在端子202a和202b处提供电压v
out
。
52.在所考虑的示例中，电子转换器20因此包括控制电路22，控制电路22被配置为驱动开关q1和开关q2的切换，从而周期性地重复间隔t
on1
和t
off1
。例如，通常降压转换器20还
包括反馈电路24，诸如分压器，其被配置为生成反馈信号fb，反馈信号fb指示输出电压v
out
(并且优选地与输出电压v
out
成比例)，并且控制电路22被配置为通过比较反馈信号fb与参考信号(例如，参考电压v
ref
)而生成驱动信号drv1和drv2。
53.已知大量的驱动方案用于生成驱动信号drv1和drv2。这些解决方案共同具有通过调节间隔t
on1
和/或间隔t
off1
的持续时间来调节输出电压v
out
的可能性。
54.例如，在各种解决方案中，控制电路22生成脉宽调制(pwm)信号drv1，其中占空比t
on1
/(t
on1
+t
off1
)可变。通常，切换周期t
sw
＝t
on1
+t
off1
可以是恒定的或可变的。例如，典型的控制方案包括切换周期t
sw
恒定，并且间隔t
on1
的持续时间经由调节器电路改变，调节器电路具有至少一个积分组件，诸如pi(比例积分)或pid(比例积分微分)调节器。
55.通常，降压转换器可以在连续导通模式(ccm)、非连续导通模式(dcm)或过渡模式(tm)中操作。
56.例如，如图4所示，当控制电路22以ccm方式操作转换器时，流过电感l的电流i
l
在切换周期t
sw
结束时具有不同于零的值。在该情况下，控制电路22使用两个切换相t1和t2，其中t
sw
＝t1+t2，其中：
57.在相t1(t1＝t
on1
＝t
off2
)期间，开关q1闭合，并且开关/二极管q2断开；以及
58.在相t2(t2＝t
off1
＝t
on2
)期间，开关q1断开，并且开关/二极管q2闭合。
59.相反，如图5所示，在dcm中，控制电路22可以使用三个切换相t1、t2和t3，其中t
sw
＝t1+t2+t3，其中：
60.在相t1(t1＝t
on1
)期间，开关q1闭合并且开关/二极管q2断开；
61.在相t2(t2＝t
on2
)期间，开关q1断开并且开关/二极管q2闭合；以及
62.在相t3(t
off1
＝t2+t3和t
off2
＝t3+t1)期间，开关q1断开并且开关/二极管q2断开。
63.具体而言，在dcm中，当电流i
l
达到零时，电子开关q2断开(并切在间隔t3期间保持断开)。
64.在各种解决方案中，也可以在驱动信号的切换之间引入(通常是固定的)死区时间，例如，在信号drv1的下降沿和信号drv2的上升沿之间，以及类似地(在ccm模式下)在驱动信号drv2的下降沿和信号drv1的上升沿之间引入死区时间。只要这些间隔与持续时间t
on
和t
off
相比通常很短，这些间隔将不会在下文中具体考虑。
65.对于更高的电流，降压转换器也可以被用于多相配置，即，所谓的多相降压转换器。具体地，在该情况下，多个降压转换器被用于对相同的输出电容器c
out
充电，其中每个降压转换器表示多相降压转换器的相。
66.在图6至图18中，已参考图1至图5描述的部件、元件或组件由先前在这些图中使用的相同附图标记表示；为了不使得本详细描述负担过重，在下文中将不再重复对先前描述的这些元素的描述。
67.如前所述，本公开的各种实施例涉及用于多相降压转换器的控制电路。
68.图6在该方面示出了用于单级降压转换器20a的控制电路的实施例。
69.如关于图2所描述的，这样的降压转换器20a包括用于接收dc输入电压v
in
的两个输入端子200a和200b以及用于提供经调节的电压v
out
的两个输出端子202a和202b。
70.在所考虑的实施例中，降压转换器20a包括在输入端子200a和200b之间串联(例如，直接)连接的两个电子开关q1和q2(及其电流路径)，其中电子开关q1和q2之间的中间节
(立即或优选地在死区时间dt1之后)设置为高；以及
88.响应于检测到下降沿，将信号in1/drv1(例如，立即)设置为低，并且将信号in2/drv2(立即或优选地在死区时间dt2之后)设置为高。
89.如前所述，当降压转换器20a以ccm驱动时，可以使用该驱动方案。相反，在dcm中，电子开关q2(使用时)应在关断时段t
off
期间流过电感l的电流达到零时断开。例如，为此目的，驱动器电路220也可以接收所谓的零电流信号zc，其指示流过电感l的电流i
l
是否达到零(至少在间隔t
off
期间)。因此，在该情况下，驱动器控制电路2220可以被配置为监测pwm信号pwm和零电流信号zc的上升沿和下降沿，并且：
90.响应于检测到上升沿，将信号in1/drv1(例如立即)设置为高；以及
91.响应于检测到下降沿，将信号in1/drv1(例如立即)设置为低并且将信号in2/drv2(立即或优选在死区时间dt2之后)设置为高；以及
92.响应于检测到零电流信号zc指示流过电感l的电流在关断时段t
off
期间达到零，将信号in2/drv2(例如立即)设置为低。
93.例如，如图6所示，零电流信号zc可以由零电流检测电路224提供。例如，零电流检测电路224可以使用比较器(所谓的零电流比较器)来实现，比较器在输入处接收指示在关断时段t
off
期间流过电感l的电流i
l
的信号。具体而言，零电流比较器可以被配置为确定所监测的信号是否低于给定阈值(通常接近于零)。
94.例如，如图6所示，降压转换器20a可以包括与电感l直接串联的电流传感器26，其中电流传感器26提供信号cs，信号cs指示流过电感l的电流i
l
(并且优选地与其成比例)。
95.备选地，在关断时段t
off
期间流过电感l的电流i
l
可以经由与电子开关q2直接串联连接的电流传感器26b来监测，其中电流传感器26b提供信号csb，信号csb指示流过开关q2的电流(并且优选地与其成比例)，该电流对应于在间隔t
off
期间流过电感l的电流i
l
。
96.因此，零电流比较器224可以接收信号cs或csb。
97.为了生成pwm信号pwm，pwm发生器电路222可以使用各种解决方案。通常，这些解决方案的共同点在于，无论使用ccm还是dcm，能量传输都可以通过改变pwm信号drv的占空比来调节。
98.例如，在第一实施例中，pwm发生器电路222被配置为直接改变pwm信号pwm的占空比，例如：
99.当反馈信号fb小于参考信号v
ref
时，增加pwm信号pwm的占空比；以及
100.当反馈信号fb大于参考信号v
ref
时，减小pwm信号pwm的占空比。
101.例如，为此目的，pwm发生器电路包括具有至少一个积分组件i的调节器，诸如pi或pid调节器，其被配置为根据误差，即，信号fb和v
ref
之间的差，改变pwm信号pwm的占空比。通常，pwm发生器电路可以通过以下方式改变信号pwm的占空比：
102.使用恒定的切换时段t
sw
，并改变导通时段t
on
；
103.使用恒定的导通时段t
on
，并改变切换时段t
sw
；或者
104.改变切换时段t
sw
和导通时段t
on
二者。
105.相反地，如下文将更详细描述的，在多相降压转换器中，优选地基于流过电感l的电流生成pwm信号pwm。例如，这样可以平衡电流在各个级中流动。
106.因此，在第二解决方案中，pwm发生器电路222可以被配置为监测指示在导通时段
t
on
期间流过电感l的电流i
l
的平均值的信号。例如，这在图6中示出，其中pwm发生器电路222接收由传感器26提供的信号cs。
107.备选地，在导通时段t
on
期间流过电感l的电流i
l
可以经由与电子开关q1直接串联连接的电流传感器26a来监测，其中电流传感器26a提供信号csa，信号csa指示流过开关q1的电流(优选地与其成比例)，该电流对应于在间隔t
on
期间流过电感l的电流i
l
。
108.具体地，如图9所示，在该情况下，pwm发生器电路222可以包括：
109.具有至少一个积分组件i和/或比例组件p的第一调节器2220(内环)，诸如pi或pid调节器，其被配置为根据第一误差来改变pwm信号pwm的占空比，第一误差具体是在间隔t
on
期间流过电感l的电流i
l
的平均值与参考值ref之间的差；以及
110.具有至少一个积分组件i的第二调节器2222(外环)，诸如pi或pid调节器，其被配置为根据第二误差来改变参考值ref，第二误差具体是反馈信号fb和参考信号v
ref
之间的差。
111.备选地，pwm发生器电路222可以被配置为监测指示在导通时段t
on
期间流过电感l的电流i
l
的瞬时值的信号。例如，为此可以使用电流传感器26或电流传感器26a。
112.具体地，在该情况下，pwm发生器电路222可以包括：
113.比较器2220，被配置为当在间隔t
on
期间流过电感l的电流i
l
的瞬时值达到阈值th时，发信号通知导通间隔t
on
结束；以及
114.具有至少一个积分组件i的调节器2222，诸如pi或pid调节器，其被配置为根据误差，具体是反馈信号fb和参考信号v
ref
之间的差，改变阈值th。
115.因此，在各种实施例中，降压转换器20a的调节还可以考虑在间隔t
on
和/或t
off
期间电流i
l
的瞬时值和/或平均值。
116.例如，图6中所示的电流传感器可以使用分流电阻器来实现，其中跨分流电阻器的电压与遍历电阻器的电流成比例。备选地，可以使用(对于传感器26)电感l的dc电阻(dcr)或(对于传感器26a/26b)开关q1/q2的电阻(例如相应mosfet的导通电阻r
ds,on
(导通状态下漏极和源极端子之间的电阻))。适用于监测降压转换器中的瞬时和/或平均电流的电流传感器的其他可能实施例例如在意大利专利申请102020000028832中公开，其通过引用并入本文。
117.图10示出了包括n相/级201,...,20n的多相降压转换器的实施例。
118.基本上，每个相具有图6所示的结构，唯一的区别是所有级对相同的电容器c
out
(或并联连接的多个电容器)充电。因此，每个级201,...,20n包括相应的开关q1和相应的开关q2/二极管d，其中切换节点lx经由相应的电感器l1,...,ln连接到端子202a，其中开关q1并且可选地开关q2通过相应驱动器电路220来驱动，驱动器电路220被配置为根据相应的pwm调制信号pwm1,...,pwmn和可选地零电流信号zc而生成驱动信号drv1和可选地驱动信号drv2。
119.在所考虑的实施例中，pwm发生器电路222a因此可以改变提供给级201,...,20n的pwm调制信号pwm1,...,pwmn的占空比，使得由反馈电路24提供的信号fb对应于阈值v
ref
。在各种实施例中，pwm发生器电路222还可以针对每个级201,...,20n监测指示流过相应电感l1,...,ln的电流cs1,...,csn的信号，诸如由传感器26提供的信号cs或由传感器26a提供的信号csa。
120.因此，基本上，每个级201,...,20n包括：
121.电子开关q1、以及电子开关q2或二极管d；
122.相应电感l1，...，ln；
123.电流传感器，其提供指示流过相应电感l1,...,ln的电流i
l
(瞬时值或平均值)(并且优选地与其成比例)的相应信号cs1,...,csn；
124.驱动器电路220，被配置为根据pwm调制信号生成用于电子开关q1的驱动信号drv1和可选地用于电子开关q2的驱动信号drv2；以及
125.可选地，在级还包括电子开关q2并且可以在dcm中操作的情况下，相应的零电流检测电路224。
126.相反，以下电路对于多相降压转换器是公共的：
127.(多个)输出电容c
out
；
128.反馈电路24；以及
129.pwm发生器电路222a，被配置为根据反馈信号fb、参考信号v
ref
和由级201,...，20n提供的信号cs1,...,csn，生成pwm调制信号pwm1,...,pwmn。
130.例如，如图11所示，在各种实施例中，pwm发生器电路222a可以包括：
131.针对每个级201,...,20n，相应的相控制电路，诸如：
132.具有至少一个积分组件i和/或比例组件p的调节器22201,...,2220n(内环)，诸如pi或pid调节器，其被配置为根据误差而改变pwm信号pwm的占空比，误差即在相应导通间隔t
on1
,...,t
onn
期间流过相应电感l1,...,ln的电流i
l
的平均值与给定参考值ref之间的差，或者
133.比较器22201,...,2220n，其被配置为当相应间隔t
on1
，...，t
onn
期间流过相应电感l1,...,ln的电流i
l
的瞬时值达到给定阈值th时，发信号通知相应导通间隔t
on1
,...,t
onn
结束；以及
134.具有至少一个积分组件i的公共调节器电路2222，诸如pi或pid调节器，其被配置为分别根据误差(即，信号fb和参考信号v
ref
之间的差)改变参考值ref或阈值th。
135.因此，在各种实施例中，pwm发生器电路222a被配置为生成用于在级201,...,20n中流动的电流(的平均或瞬时值)的公共调节信号ref或th，以获得所请求的输出电压v
out
，但每个级的电流可以被单独控制。例如，以这种方式可以将在各个级中流动的电流平衡到相同的值。
136.如图12所示，在各种实施例中，pwm发生器电路222a，特别是电路22201,...,2220n，可以被配置为生成具有相同切换时段t
sw
的pwm信号pwm1,...,pwmn，其中相应的导通时段t
on1
,...,t
onn
经由相应的电路22201,...,2220n来控制。在各种实施例中，在各种实施例中，pwm发生器电路222a，特别是电路22201，...，2220n，可以被配置为生成相移pwm信号pwm1，...，pwmn。例如，以这种方式，由各个级201,...,20n提供的电流峰值也相对于彼此相移。
137.在各种实施例中，电路2222还可以被配置为确定待使用的级数k，而其他n-k级不切换。例如，电路2222可以被配置为：
138.当参考值ref或阈值th低于下限阈值时，减小数k；以及
139.当参考值ref或阈值th超过上限阈值时，增加数k。
140.通常，对于每个k值，下限阈值和上限阈值也可以不同。
141.在图10所示的实施例中，电感器l1,...,ln和一个或多个电容器c
out
被表示为在级201,...,20n的外部，以强调级201,...,20n以及可能的pwm发生器电路222、驱动器电路220和可选的电子开关q1和q2可以在一个或多个集成电路中实现，而电感器l1,...,ln和一个或多个电容器c
out
可以是这样的一个或多个集成电路外部连接的分立组件的事实。
142.通常，也可以在pwm发生器电路中实现其他控制方案，以生成pwm信号pwm1,...,pwmn。例如，文献“docid030464rev 1”、“tn1246 technical note:digital multiphase constant-on-time regulator based on voltage controlled oscillator”stmicroelectronics,2017中描述了一种备选解决方案。在美国专利申请号us 2019/0052165 a1中描述了可以具有零电压切换的改进的多相降压转换器，其内容并入本文以供参考。
143.因此，多相降压转换器包括多个相，其中每个相可以向(多个)输出电容器c
out
提供电流脉冲。此外，通过使用pwm信号pwm1,...,pwmn，电流脉冲可以被相移并且相中的电流可以被平衡。通常，如前所述，基于负载条件，实际上也可以仅使用k相的子集。
144.图13示出了用于具有n相/级的多相降压转换器的改进的控制电路22b的实施例。例如，这样的控制电路22b可以在集成电路中实现。
145.具体地，如前所述，控制电路22b包括：
146.端子，被配置为接收反馈信号fb，反馈信号fb指示由多相降压转换器生成的输出电压v
out
(并且优选地与其成比例)，
147.n个端子，被配置为从每一级接收相应的电流感测信号cs1,...,csn，电流感测信号指示流过相应级的电感的电流(并且优选地与其成比例)；
148.n个端子，被配置为向相应级的驱动器电路220提供pwm信号pwm1,...,pwmn。
149.在各种实施例中，控制电路22b还可以包括被配置为接收参考信号v
ref
的端子，参考信号v
ref
指示由多相降压转换器生成的输出电压的请求值(并且优选地与其成比例)。
150.在各种实施例中，如图13所示，控制电路22b的集成电路还可以针对每一级包括相应的驱动器电路2201,...,220n。通常，如前所述，每个驱动器电路2201,...,220n被配置为根据相应的pwm信号pwm1,...,pwmn，生成用于相应级的电子开关q1的驱动信号drv1以及可选的用于相应级的电子开关q2的驱动信号drv2。
151.因此，在各种实施例中，控制电路22b的集成电路可以包括用于反馈信号fb、信号cs1,...,csn、可选地参考信号v
ref
，或者用于pwm信号pwm1,...,pwmn，或者用于驱动信号drv1和可选的驱动信号drv2的相应管芯的焊盘或相应封装集成电路的引脚。
152.在各种实施例中，电子开关q1和电子开关q2/二极管d也可以被集成在集成电路中。因此，在该情况下，信号cs1,...,csn可以例如通过监测切换节点lx处的电压而在内部生成。
153.在所考虑的实施例中，控制电路22b再次包括调节器电路2222，其被配置为通过改变调节值reg直到反馈信号fb对应于参考信号v
ref
来生成调节值reg。如前所述，调节器电路2222可以至少包括积分组件(i)并且可选地包括比例(p)和/或微分(d)组件。
154.此外，在所考虑的实施例中，控制电路22b包括n个相控制电路22201,...,2220n(每个级/相一个)，其被配置为根据相应电流感测信号cs1,...,csn和调节值reg改变相应pwm信
号pwm1,...,pwmn的占空比来生成相应的pwm信号pwm1,...,pwmn。例如，调节值reg可以对应于电流感测信号cs1,...,csn的平均值的参考值ref或电流感测信号cs1,...,csn的瞬时值的阈值。因此，每个控制电路22201,...,2220n可以使用相应的比较器或具有p和/或i组件的附加调节器来实现。
155.具体地，如图13所示，实际上n个相控制电路22201,...,2220n中的每一个接收相应的电流感测信号cs
’1,...,cs’n
并生成相应的pwm信号pwm
’1，...，pwm’n
。事实上，在所考虑的实施例中，控制电路22b还包括：
156.第一选择器电路30，被配置为根据选择信号sel为每个电流感测信号cs
’1,...,cs’n
选择相应的电流感测信号cs1,...,csn，以及
157.第二选择器电路32，被配置为根据选择信号sel为每个pwm信号pwm1,...,pwmn选择相应的pwm信号pwm
’1,...,pwm’n
。
158.因此，在所考虑的实施例中，每对电流感测信号cs1,...,csn和pwm信号pwm1,...,pwmn(与给定相/级相关联)可以经由选择器电路30和32被路由到相应的控制电路22201，...，2220n。
159.在各种实施例中，控制电路22b因此还包括选择控制电路34，选择控制电路34被配置为生成用于选择器电路30和32的选择信号sel。
160.例如，选择器电路30和32可以使用多路复用器或电子开关来实现。通常，如下所述，控制电路22201,...,2220n中的一个或多个也可以不使用。在这种情况下，选择器电路30和32可以被配置为断开这些未使用的控制电路22201,...,2220n。
161.例如，图14和图15示出了选择器电路30和32的可能实施例。
162.具体地，在所考虑的实施例中，每个电流感测信号cs
’1,...,cs’n
经由相应的电子开关而被连接到所有电流感测信号cs1,...,csn，例如电子开关sc
11
、sc
12
和sc
13
用于将电流感测信号cs
’1连接到电流感测信号cs1、cs2、cs3，电子开关sc
21
、sc
22
和sc
23
用于将电流感测信号cs
’2连接到电流感测信号cs1、cs2、cs3等。
163.类似地，在所考虑的实施例中，每个pwm信号pwm
’1,...,pwm’n
经由相应的电子开关连接到所有pwm信号pwm1,...,pwmn，例如电子开关sp
11
、sp
12
和sp
13
用于将pwm信号pwm
’1连接到pwm信号pwm1、pwm2、pwm3，电子开关sp
21
、sp
22
和sp
23
用于将pwm信号pwm
’2连接到pwm信号pwm1、pwm2、pwm3等。
164.因此，在所考虑的实施例中，选择信号sel可以是单热编码信号，其针对每个电流感测信号cs1,...,csn和每个pwm信号pwm
’1,...,pwm’n
闭合仅一个电子开关。例如，在图14和图15中，电流感测信号cs1和pwm信号pwm1被连接到相控制电路22201，电流感测信号cs3和pwm信号pwm3被连接到相控制电路22202，并且电流感测信号cs2和pwm信号pwm2断开连接。
165.通常，如图16所示，控制电路22b的至少一部分也可以经由数字处理电路来实现，数字处理电路例如包括被配置为经由软件指令实现控制电路22a的一个或多个操作的专用硬件电路和/或微处理器。
166.例如，在图16中，控制电路22b包括一个或多个模数转换器ad
cs
，其被配置为生成电流感测信号cs1,...,csn的数字样本cs
d1
,...,cs
d2
。类似地，控制电路22b可以包括模数转换器ad
fb
，其被配置为生成反馈信号fb的数字样本。例如，在数字实现方式中，控制电路22b可以包括用于接收参考信号v
ref
的通信接口if。因此，通常，电路30、32、34、2220和/或2222可
以经由接收相应数字值的数字电路来实现。事实上，pwm信号本质上已对应于数字/二进制信号。
167.以下将描述选择控制电路34的可能实施例。
168.例如，在各种实施例中，这可能特别适合于控制电路22b还包括通信接口if的情况，通信接口if诸如为串行通信接口，例如i2c(集成电路间)或spi(串行外围接口总线)通信接口，选择控制电路34可以被配置为使用预定分配将电流感测信号cs1,...,csn和pwm信号pwm1,...,pwmn连接到相控制电路22201,...,2220n。例如，预定分配可以经由通信接口if来接收。
169.例如，关于图14和图15，选择控制电路34可以经由通信接口if来接收指定以下内容的数据：
170.电流感测信号cs1和pwm信号pwm1被连接到相控制电路22201，
171.电流感测信号cs3和pwm信号pwm3被连接相控制电路22202，以及
172.电流感测信号cs2与pwm信号pwm2被断开连接。
173.例如，在各种实施例中，数据可以对应于选择信号sel的比特序列，例如“100 001 000”或编码序列“01 11 00”，即，对应于十进制值“1,3,0，”其由选择控制电路34解码而生成选择信号sel。
174.在各种实施例中，控制电路22b可以仅使用k个相控制电路22201,...,2220n。例如，如前所述，调节器电路2222可以基于所需或期望的负载条件来改变数目k。因此，在各种实施例中，激活相控制电路22201,...,2220n的数目k小于多相降压转换器的相数目n。
175.例如，这也在图13和图16中示出，其中选择控制电路34从调节器电路2222接收值k。
176.具体而言，在该情况下，选择控制电路34可以驱动选择器电路30和32，以：
177.通过激活多相降压转换器的不同相来补偿多相降压转换器的相故障；和/或
178.动态切换经激活的相来减少经激活的相的应力。
179.例如，如图13和图16所示，为了确定给定相的故障，选择控制电路34可以监测电流感测信号cs1,...,csn(或相应的数字样本)。例如，在给定相被激活的情况下，即，连接到经激活的相控制电路22201,...,2220n并且相应的电流感测信号cs1,...,csn的值太小(负载开路条件)和/或太高(短路条件)，选择器电路可以将经去激活的相连接到相应的相控制电路22201,...,2220n。
180.例如，对于前述实施例，其中相1和相3被激活并且被连接到经激活的相控制电路22201和22202，相2被去激活，即k＝2(并且n至少为3)，选择控制电路34可以被配置为：
181.监测(至少)电流感测信号cs1和cs3；
182.将电流感测信号cs1和cs3与下限阈值和/或上限阈值进行比较；
183.响应于确定电流感测信号cs1小于下限阈值或大于上限阈值，设置选择信号sel以便将相1去激活并且将先前去激活的相2连接到激活控制电路22201；以及
184.响应于确定电流感测信号cs3小于下限阈值或大于上限阈值，设置选择信号sel以便将相3去激活并且将先前去激活的相2连接到激活控制电路22202。
185.例如，图17示出了其中三个相中的两个处于激活状态的示例，即k＝2和n＝3，并且选择控制电路34被配置为：
186.将相1分配给相控制电路22201，并且将相2分配给相控制电路22202；
187.当相应的电流感测信号cs1,...,csn指示故障时，针对相1至3中的每一个设置相应的故障条件信号fc3、fc2、fc3；以及
188.响应于确定信号fc2指示相2的故障，改变选择信号来将相3连接到相控制电路22202。
189.具体而言，如图17所示，由于相控制电路22202首先用于相2，然后用于相3，因此信号pwm2和(一旦激活)信号pwm3使用相同的相移。通常，一旦切换到另一相，相控制电路22202和/或调节器电路2222可以再次执行调节功能来获得所请求的输出电压。
190.例如，以这种方式，通过添加通常不需要的单个去激活/未使用相，控制电路22b可以通过断开连接具有故障的相并将先前去激活/未使用的相连接到与具有故障的相先前相关联的相控制电路来补偿k个激活相中的任一个的故障。通常，选择控制电路34还可以对k个相与k个激活的相控制电路22201,...,2220n的所有连接执行重新排序。
191.事实上，如前所述，选择控制电路34也可以被配置为对激活的相进行动态地重新排序。具体地，如前所述，调节器电路2222可以使得激活相的数目k适应当前负载条件，例如以优化功率转换的效率。然而，在常规的多相转换器中，这可能会对通常总是被激活的第一相产生过应力。
192.相反，如图18所示，相选择电路可以通过将k个相的不同子集周期性地连接到k个激活的相控制电路22201,...,2220n来对相进行重新排序。
193.例如，在图18所示的实施例中，三个相控制电路22201,...,2220n中的两个处于激活状态，即k＝2和n＝3。例如，在该情况下，假设没有故障被检测到(例如参见图17的描述)，则选择控制电路34可以改变选择信号sel，以周期性地重复以下操作：
194.将相1和2连接到激活相控制电路22201和22202；
195.接下来将相2和3连接到激活相控制电路22201和22202；
196.接下来将相3和1连接到激活相控制电路22201和22202。
197.因此，本公开的各种实施例可以具有以下优点中的一个或多个：
198.增加了灵活性，因为外部组件(电感l以及可选的电子开关q1和电子开关q2/二极管d)不受相分配的约束；
199.对外部组件的应力可以被减少，从而延长它们的寿命并改进系统的性能；
200.通过最少数目的外部组件冗余改进了故障管理。
201.当然，在不损害本公开的原理的情况下，构造和实施例的细节可以在不脱离本公开的范围的情况下，相对于本文中纯粹以示例的方式描述和图示的内容有很大的变化。
202.例如，虽然在前面的描述中，经激活的相控制电路仅接收(除了调节信号reg之外)来自多相降压转换器的相应级的一个信号(即，相应的电流感测信号)，但相控制电路还可以从相应级接收进一步的信号，诸如指示相应级的温度的信号。在这种情况下，选择器电路32也可以被用于将与同一级相关联的附加信号路由到给定的相控制电路。
203.附加地或备选地，选择控制电路34可以使用这样的附加信号来确定给定级的可能故障，诸如过热状况，并且可以将相应的相控制电路连接到另一级。
204.一种针对多相降压转换器的控制电路(22b)，可以被概括为包括：反馈端子，其被配置为接收指示由所述多相降压转换器生成的输出电压(v
out
)的反馈信号(fb)；多个电流
感测端子，其中每个电流感测端子被配置为从所述多相降压转换器的相应级接收指示流过相应级的电感的电流的相应第一电流感测信号(cs1，...，csn)；多个控制端子，其中所述控制端子的数目(n)对应于所述电流感测端子的数目(n)，其中每个控制端子被配置为向所述多相降压转换器的相应级的驱动器电路(220)提供相应的第一脉宽调制pwm信号(pwm1，...，pwmn)，并且每个第一pwm信号(pwm1，...，pwmn)与相应的第一电流感测信号(cs1,...,csn)相关联；调节器电路(2222)，其被配置为通过改变所述调节信号(reg)直到所述反馈信号(fb)对应于参考信号(v
ref
)来生成调节信号(reg)；多个相控制电路(22201，...，2220n)，其中每个相控制电路(22201，...，2220n)被配置为接收相应的第二电流感测信号(cs
’1，...，cs’n
)并且通过根据相应的第二电流感测信号(cs
’1，...，cs’n
)和所述调节信号(reg)改变相应的第二pwm信号(pwm
’1,...,pwm’n
)的占空比来生成相应的第二pwm信号(pwm
’1,...,pwm’n
)；第一选择器电路(30)和第二选择器电路(32)，其被配置为接收选择信号(sel)并且响应于所述选择信号(sel)，将给定数目(k)的所述相控制电路(22201,...,2220n)的子集中的每个相控制电路(22201,...,2220n)经由相应的第二pwm信号(pwm
’1,...,pwm’n
)选择性地连接到第一pwm信号(pwm1,...,pwmn)以及经由相应的第二电流感测信号(cs
’1,...,cs’n
)连接到与第一pwm信号(pwm1,...,pwmn)相关联的第一电流感测信号(cs1,...,csn)，第一pwm信号被连接到相应的第二pwm信号(pwm
’1,...,pwm’n
)；以及选择控制电路(34)，其被配置为生成所述选择信号(sel)，其中所述选择控制电路(34)被配置为在第一切换模式下，将所述选择信号(sel)设置为将所述给定数目(k)的所述相控制电路(22201,...,2220n)连接到第一pwm信号(pwm1,...,pwmn)和相关联的第一电流感测信号(cs1,...,csn)的第一集合，以及在第二切换模式下，将所述选择信号(sel)设置为将所述给定数目(k)的所述相控制电路(22201，...，2220n)连接到第一pwm信号(pwm1，...,pwmn)和相关联的第一电流检测信号(cs1,...,csn)的第二集合。
205.所述调节器电路(2222)可以被配置为根据所述调节信号(reg)确定待被激活的相控制电路(22201,...,2220n)的数目，并且激活待被激活的所述数目的相控制电路(22201,...,2220n)；其中所述给定数目(k)对应于经激活的相控制电路(22201，...，2220n)的数目。
206.相控制电路(22201,...,2220n)的数目对应于或可以小于所述电流感测端子的数目(n)。
207.所述控制电路(22b)可以包括通信接口(if)，并且其中所述选择控制电路(34)可以被配置为根据经由所述通信接口(if)接收的控制信号来激活所述第一切换模式或所述第二切换模式。
208.所述选择控制电路(34)可以被配置为根据经由所述通信接口(if)接收的所述控制信号，选择第一pwm信号(pwm1,...,pwmn)以及相关联的第一电流感测信号(cs1,...,csn)的所述第一集合和/或第一pwm信号(pwm1，...，pwmn)以及相关联的第一电流感测信号(cs1，...，csn)的所述第二集合。
209.所述选择控制电路(34)可以被配置为激活所述第一切换模式并且监测与所述给定数目(k)的所述相控制电路(22201,...,2220n)连接的第一电流感测信号(cs1,...,csn)的所述第一子集；确定所监测的第一电流感测信号(cs1，...，csn)是否可能大于上限阈值和/或小于下限阈值，并且响应于确定所监测的第一电流感测信号(cs1，...，csn)可以大于
所述上限阈值或小于所述下限阈值，激活所述第二切换模式，其中第一电流感测信号(cs1，...，csn)的所述第二集合不包括所监测的第一电流感测信号(cs1，...，csn)。
210.所述选择控制电路(34)可以被配置为周期性地激活所述第一切换模式和所述第二切换模式。
211.所述第一选择器电路(30)可以包括第一多个电子开关，用于将每个第二电流感测信号(cs
’1，...，cs’n
)连接到每个第一电流感测信号(cs1，...，csn)并且其中所述第二选择器电路(30)可以包括第二多个电子开关，用于将每个第二pwm信号(pwm
’1，...，pwm’n
)连接到每个第一pwm信号(pwm1，...，pwmn)。
212.控制电路可以包括多个驱动器电路(2201,...,220n)，其中所述驱动器电路(2201,...,220n)的数目(n)对应于所述控制端子的数目，并且其中每个驱动器电路(2201，...，220n)可以被配置为接收相应的pwm信号(pwm1，...，pwmn)并且为相应级的第一电子开关(q1)生成相应的第一驱动信号(drv1)，以及可选的为相应级的第二电子开关(q2)生成相应的第二驱动信号(drv2)。
213.所述调节器电路(2222)可以是包括积分组件(i)和可选地比例(p)和/或微分(d)组件的调节器。
214.每个相控制电路(22201，...，2220n)可以包括：比较器，其被配置为当相应的第二电流感测信号(cs
’1,...,cs’n
)的瞬时值在所述导通间隔(t
on
)期间达到所述调节信号(reg)时，通知相应第二pwm信号(pwm
’1，...，pwm’n
)的导通间隔(t
on
)结束，其中所述调节信号(reg)表示阈值(th)；或者具有积分组件和/或比例组件的另一调节器，其被配置为根据相应的第二电流感测信号(cs
’1，...，cs’n
)的所述导通间隔(t
on
)期间的平均值与所述调节信号(reg)之间的差，改变相应第二pwm信号(pwm
’1,...,pwm’n
)的占空比，其中所述调节信号(reg)表示参考值(ref)。
215.集成电路可以被概括为包括根据前述权利要求中任一项所述的控制电路(22b)。
216.多相降压转换器可以被概括为包括：第一(200a)和第二(200b)输入端子，被配置为接收输入电压(v
in
)；第一(202a)和第二(202b)输出端子，被配置为提供所述输出电压(v
out
)；在所述第一(202a)和所述第二(202b)输出端子之间连接的电容器(c
out
)；反馈电路(24)，被配置为生成指示所述输出电压(v
out
)的反馈信号(fb)；多个级(20)，每个级包括电感(l)，其中所述电感(l)的第一端子被连接到所述第一输出端子(202a)；第一电子开关(q1)和第二电子开关开关(q2)或二极管中的任一个，被连接在所述第一(200a)和所述第二(200b)输入端子之间并且被配置为将所述电感(l)的第二端子选择性地连接到所述第一输入端子(200a)或所述第二输入端子(200b)；驱动器电路(220)，被配置为接收相应的第一pwm信号(pwm1，...，pwmn)并且为所述第一电子开关(q1)生成相应的第一驱动信号(drv1)，并且可选地为所述第二电子开关(q2)生成相应的第二驱动信号(drv2)；以及电流传感器(26、26a)，其被配置为生成指示流过相应电感(l)的电流的相应第一电流感测信号(cs1,...,csn)；以及根据前述权利要求1至11中任一项所述的控制电路(222b)。
217.一种通过根据前述权利要求1至11中任一项所述的控制电路操作多相降压转换器的方法，可以被概括为包括：在第一切换模式中，将所述选择信号(sel)设置为将所述给定数目(k)的所述相控制电路(22201，...，2220n)连接到第一pwm信号(pwm1，...，pwmn)和相关联的第一电流感测信号(cs1，...，csn)的第一集合，以及在第二切换模式中，将所述选择信
号(sel)设置为将所述给定数目(k)的所述相控制电路(22201，...，2220n)连接到第一pwm信号(pwm1，...,pwmn)和相关联的第一电流检测信号(cs1,...,csn)的第二集合。
218.上述各种实施例可以被组合来提供进一步的实施例。可以根据以上详细描述对实施例进行这些和其他改变。一般而言，在所附权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制为在说明书和权利要求中公开的特定实施例，而应被解释为包括所有可能的实施例以及这样的权利要求所要求保护的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开内容的限制。