一种多相电压转换器的制作方法

本发明涉及电源领域，更具体的说，涉及一种多相电压转换器。

背景技术：

1、随着处理单元与ai芯片上晶体管的数目、晶体管的密度提高与晶体管的频率增加，芯片的功耗也随之增加，意味着芯片的散热问题变得更加棘手。为了减少芯片的功耗，技术趋势之一是降低芯片所需要的电源电压。另一方面，芯片中晶体管数量的增加，导致芯片电流需求的持续增加。此外，由于指令周期的提高，芯片的负载瞬态带摆率也随之提高。由于降低了芯片所需的电源电压，因此对于负载瞬变期间的电压偏差窗口也就愈来愈小。因此，对供电给处理单元与ai芯片用的电压转换器应具备：低电压、大电流、快速的负载瞬态响应与严苛的电压调节。

2、多相电压转换器的相数与系统功率需求相关，当系统功率需求愈高，则需使用的相数也将增加。为符合处理单元与ai芯片对大电流与快速负载瞬态响应需求，电压转换器会采用多相转换器架构。多相电压转换器架构在高相数应用时，依旧存在相当多的问题，如图1所示。图1为n相降压转换器，其控制芯片对于每1相都需要1个pwm输出引脚和1个isen感测电流输入引脚，意味着，控制芯片至少需要总相数2倍的即2*n个引脚数。换而言之，在高相数的应用，控制芯片的封装成本也会变高，且线路走线也会变得更加复杂，进而耗费更多的电路空间。因此，传统的多相电压转换器架构不具可扩展性，不适合应用于高相数大功率应用。

3、另外，如果传统的电压变换器具有错误上报功能时，每个功率变换器的错误上报引脚tsen/flt短接在一起，只能侦测出电压变换器有错误出现，但不能具体侦测出是哪一相功率变换器的错误。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种具有可扩展性的多相电压转换器来改善上述问题，增加系统设计上的弹性度与灵活性，可依据系统功率需求来调整相数，且不会增加控制芯片的周边走线复杂度与封装成本。

2、优选地，多相电压转换器，其功率变换模块包括n个一级变换模块，所述多相电压转换器还包括：一个控制芯片，包括一个输出电压反馈引脚，一个平均电流输入引脚和n个输出引脚，其中，n为大于1的正整数；其中，输出电压反馈引脚用以接收表征所述多相电压转换器的输出电压的电压反馈信号；平均电流输入引脚用以接收表征各个功率级电路的输出电流的平均值的电流参考信号；控制芯片根据所述电压反馈信号和电流参考信号，以在每一输出引脚处输出一个脉冲分配信号至对应的一级变换模块；各个一级变换模块包括至少一个二级变换模块，每个二级变换模块包括至少一个三级变换模块，当每个二级变换模块包括多个三级变换模块时，各个三级变换模块相互并联连接；所述三级变换模块包括功率级电路，电流采样模块和电流控制模块：所述功率级电路接收对应的驱动信号以进行功率变换；所述电流采样模块用以产生表征所述功率级电路的输出电流的电流采样信号；所述电流控制模块通过所述三级变换模块的第一端接收由脉冲分配信号变换得到的第二相位分配信号，用以控制所述驱动信号的产生，使得所述电流采样信号与所述电流参考信号相一致。

3、优选地，所述三级变换模块还包括电流平均模块；各个电流平均模块的输入为表征对应功率级电路的输出电流的电流采样信号，所有电流平均模块的输出端相短接，以输出所述电流参考信号，并通过所述平均电流输入引脚输入至所述控制芯片。

4、优选地，当同一一级变换模块包括多个二级变换模块时，一个脉冲分配信号被变换为与二级变换模块数量相同的第一相位分配信号，使得各个二级变换模块根据对应的第一相位分配信号进行功率变换。

5、优选地，当同一一级变换模块中包括多个二级变换模块时，每个二级变换模块还包括一个相位分配模块，同一一级变换模块中的相位分配模块相互级联，以根据对应的所述脉冲分配信号生成用来控制各个二级变换模块的所述第一相位分配信号。

6、优选地，同一一级变换模块中的二级变换模块同相或错相工作。

7、优选地，当同一二级变换模块包括多个三级变换模块时，一个所述第一相位分配信号被变换为与三级变换模块数量相同的第二相位分配信号，使得以各个三级变换模块根据对应的第二相位分配信号进行功率变换。

8、优选地，同一二级变换模块中的三级变换模块同相或错相工作。

9、优选地，当所述功率变换模块发生故障时，各个一级变换模块停止进行功率变换，并分别通过复用所述控制芯片的n个输出引脚向所述控制芯片传输故障信息。

10、优选地，所述三级变换模块还包括错误上报模块，用于对三级变换模块的状态进行监测，当发生故障时，所述功率级电路停止进行功率变换，并根据故障的类型，通过使所述三级变换模块的第一端连接不同的电信号，以向所述控制芯片传递不同的电信号。

11、优选地，所述控制芯片包括错误侦测模块，当发生故障时，通过监测n个所述输出引脚上的电信号，来判断是哪个一级变换模块发生故障，并侦测发生故障的类型。

12、优选地，每个所述二级变换模块，除了各个功率级电路的输出电感和输出电容外集成为一个芯片；包括：一个信号接收引脚，用于接收所述脉冲分配信号；一个电源输入引脚，用于为所述芯片供电；一个平均电流输出引脚，其中同一二级变换模块中所有电流平均模块输出端相短接至所述平均电流输出引脚；以及，多个输出引脚，用于与各个功率级电路的输出电容或输出电感相连接，其中所述输出引脚的数量与该芯片中的所述三级变换模块的数量相同。

13、优选地，同一二级变换模块中的至少一个三级变换模块，除了功率级电路的输出电感和输出电容外集成为一个芯片；包括：一个信号接收引脚，用于接收由所述脉冲分配信号转换产生的所述第一相位分配信号；一个电源输入引脚，用于为所述芯片供电；一个平均电流输出引脚，其中该芯片中的各个三级变换模块的所述电流平均模块的输出端相短接至所述平均电流输出引脚；以及，至少一个输出引脚，用于与各个功率级电路的输出电容或输出电感相连接，其中所述输出引脚的数量与该芯片中的所述三级变换模块的数量相同。

14、优选地，所述控制芯片还包括环路控制与补偿模块和脉冲分配信号生成模块；所述环路控制与补偿模块用于根据所述电流参考信号及所述电压反馈信号进行环路控制、补偿与保护；所述脉冲分配信号生成模块用于根据所述环路控制与补偿模块的输出生成n个所述脉冲分配信号。

15、优选地，所述环路控制与补偿模块采用定频模式、固定导通时间模式或固定关断时间模式来实现对所述功率级电路的控制。

16、优选地，当所述环路控制与补偿模块采用固定导通时间模式时，所述环路控制与补偿模块包括斜坡补偿模块，环路控制模块和电流仿真模块；所述斜坡补偿模块用来产生与所述功率级电路中开关管同步的斜坡信号来增加环路稳定度；所述电流仿真器用来产生仿真电感电流信号来增加环路稳定度以及调整环路动态响应；所述环路控制模块接收所述电压反馈信号，所述电流参考信号，及所述斜坡补偿模块和所述电流仿真模块的输出信号，来实现环路控制。

17、优选地，所述脉冲分配信号生成模块包括pwm信号产生模块和脉冲分配模块；所述pwm信号产生模块用于根据所述环路控制与补偿模块的输出生成pwm驱动波形信号；所述脉冲分配模块对所述pwm驱动波形信号中的脉冲进行分配，生成n个交错的所述脉冲分配信号。

18、优选地，所述脉冲分配信号生成模块包括脉冲分配模块；

19、所述脉冲分配模块对所述环路控制与补偿模块的输出信号中的脉冲进行分配，生成n个交错的所述脉冲分配信号。

20、优选地，所述电流控制模块包括驱动信号调节模块；所述驱动信号调节模块基于对应的所述电流采样信号和所述电流参考信号的误差对所述第二相位分配信号进行调节，以生成用于控制所述驱动信号的开关控制信号。

21、优选地，所述电流控制模块包括pwm信号产生及调节模块；所述pwm信号产生及调节模块先基于对应的电流采样信号和所述电流参考信号的误差调节用于控制所述功率级电路中开关管导通或关断时间的参考信号；再基于调节后的所述参考信号和所述第二相位分配信号生成作为开关控制信号的pwm驱动波形信号，所述pwm驱动波形信号用于控制所述驱动信号的生成。

22、优选地，在固定导通时间模式中，所述参考信号为预设的导通时间。

23、优选地，在定频模式中，所述参考信号为参考电压信号，所述参考电压信号由所述环路控制与补偿模块产生。

24、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

25、1、本发明所提出具可扩展性的多相电压转换器架构中的一级变换模块，二级变换模块和三级变换模块的数量均可以扩展；

26、2、本发明所提出具可扩展性的多相电压转换器的控制芯片可管理n组交错并联的一级变换模块，控制芯片所需的pwm和isen引脚数量为(n+1)，当本发明中的各个一级变换模块中有m个相互并联的交错工作的二级变换模块，每个二级变换模块中包括k个相互并联的交错工作的三级变换模块时，相较于传统的多相电压转换器架构如果具有同样的相数所需的pwm和isen引脚为(n*m*k*2)来说，有着大幅度的减少。从而在高相数应用下，控制芯片的封装尺寸成本更低，更具竞争力，且布局走在线更加简易；

27、3、本发明所提出具可扩展性的多相电压转换器中的三级变换模块内置电流平均电路，将每个三级变换模块的isen_avg引脚相连，得到用于表征所有功率级电路输出电流平均的电流参考信号，并反馈给控制芯片来实现环路控制与保护等功能。因为平均电流信息为归一化的信息，相较于传统的多相电压转换器架构，更加容易控制且周边电路更加精简；

28、4、本发明所提出具可扩展性的多相电压转换器内置电流平均电路，由每个三级变换模块感测到的电流信息与isen_avg引脚上所得到的平均电流信息，即可轻易的实现均流机制，使得每个三级变换模块均具有均流效果，相较于传统的多相电压转换器架构更加的精确；

29、5、本发明将传输脉冲分配信号的信号线进行复用，以检测各个一级变换模块产生的故障信号，这样可以大大减少控制芯片的管脚数；

30、6、本发明的错误侦测功能可以具体侦测到是哪个一级变换模块出现故障，传统的多相电压转换器只能知道各相转换模块有故障出现，并不能侦测出是哪一相出现故障，因此本发明的错误侦测功能较传统电压转换器更具有针对性。