TWI420791B - 多相控制系統及控制單元 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種多相控制系統及控制單元,尤指一種以串聯於前之控制單元觸發串聯於後之控制單元方式運作之多相控制系統及控制單元。
現今的電子元件,例如:中英處理器、記憶體等,其驅動電壓逐漸下降,對於電壓漣波(Voltage Ripple)的容許度範圍會隨之縮減。然而電子元件的功耗未能同時有等幅度的下降,造成操作所需的電流反而上升,而較大的電流反而會造成較大的電壓漣波。為了解決上述問題,發展出了多相轉換電路架構,使電流分散由多個轉換電路來提供。相較於單相轉換電路架構,多相轉換電路架構不僅在電壓漣波的消除上表現優異,另外在動態響應、輸出漣波電流消除、散熱等方面也都具有較佳之優勢。
請參見第一圖,為習知直流轉直流轉換電路之電路示意圖,包含了一控制器10及三個通道12a~12c。每一個通道12a~12c包含兩個電晶體開關串接在輸入電壓Vin及接地之間。各通道12a~12c內的驅動器各自接收來自控制器10的脈寬調變訊號PWM1~PWM3,以據此切換對應的電晶體開關,以提供通道電流Io1~Io3。通道電流Io1~Io3結合而形成輸出電流Io對電容C充電而產生輸出電壓Vout,以驅動負載Load。控制器10透過腳位對CSP1及CSN1、CSP2及CSN2、CSP3及CSN3偵測通道電流Io1~Io3並接收一迴授訊號FB,據以調變通道12a~12c中的電晶體開關之工作週期。
控制器10為了使各通道12a~12c造成的電流漣波相近,因而根據腳位對CSP1及CSN1、CSP2及CSN2、CSP3及CSN3的偵測訊號來調整各通道電流Io1~Io3之大小,使其彼此一致。上述的通道電流平均過程,需透過取樣維持並進行運算來達成,因此電路的複雜度及成本較高。而且各通道12a~12c之間的時序完全透過控制器10來控制,因此通道數的多寡取決於控制器10的規格設計而無法配合實際應用環境來增減,因此使用彈性較低。
鑑於先前技術中的直流轉直流轉換電路的電路複雜度及成本較高,受限於進行多相控制的控制器之規格設計,通道數無法配合不同的應用環境而調整。本發明透過各通道內的控制單元依序觸發的方式,簡化了電路複雜度及成本,且通道數可藉由串聯之通道數本身的多或少來調整,使用彈性佳,且也具有將漣波控制在預定範圍內之優點。
為達上述目的,本發明提供了一種多相控制系統,用以將一輸入電源之電力轉換成一輸出電壓於一輸出端輸出。上述多相控制系統包含複數個控制單元,這些控制單元以串聯方式耦接並形成一迴圈,其中每一控制單元於一多相輸入端接收來自鄰接於前之控制單元的一順序輸入訊號後,於判斷輸出電壓低於一第一電壓值時產生控制訊號用以控制輸入電源之電力傳遞至輸出端,並於一多相輸出端產生一順序輸出訊號至鄰接於後的控制單元。
本發明也提供了一種控制單元,用以於一多相控制系統中控制對應之轉換電路,使多相控制系統於一系統輸出端提供穩定之一輸出電壓。控制單元包含一多相輸入電路、一迴授控制電路以及一多相輸出電路。多相輸入電路於接收一順序輸入訊號時產生一迴授控制啟動訊號。迴授控制電路於接收迴授控制啟動訊號且輸出電壓低於一第一電壓值時產生至少一控制訊號以控制對應之轉換電路傳送電力至系統輸出端。多相輸出電路接收至少一控制訊號以產生一順序輸出訊號。
以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質,是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點,將在後續的說明與圖示加以闡述。
請參見第二圖,為根據本發明之多相轉換電路之電路示意圖,用以將一輸入電源Vi之電力轉換成一輸出電壓Vo於輸出端輸出,以提供負載RL操作所需之電力。多相轉換電路包含複數個通道,在本實施例係以四個通道101、102、103、104以及通道為直流轉直流降壓展換電路為例說明。每一個通道101~104各自包含一控制單元101a~104a以及一轉換單元101b~104b,轉換單元101b~104b耦接至輸出電容Co。控制單元101a~104a用以產生控制訊號,使對應的轉換單元101b~104b將來自輸入電源Vi之電力傳送輸出電容Co以產生穩定的輸出電壓Vo,以提供負載RL操作所需。
控制單元101a~104a以串聯方式耦接並形成一迴圈以組成多相轉換電路的多相控制系統。在本實施例中,每一個控制單元101b~104b包含多相輸入端Pi、多相輸出端Po、主次設定端MS、迴授端FB、電流偵測端CS以及控制端S1、S2。多相控制系統的操作說明如下:第一個控制單元101a的主次設定端MS於主次設定端MS接收一主控制訊號FS,使第一個控制單元101a被設定為主控制單元。主控制單元之作用在於系統啟動後第一個運作的控制單元,以啟動多相控制迴圈。因此,系統啟動後,第一個控制單元101a根據代表輸出電壓Vo之一迴授訊號fb判斷輸出電壓Vo是否低於一預定的電壓值。當輸出電壓Vo低於預定的電壓值時,第一個控制單元101a於控制端S1、S2產生控制訊號使轉換單元101b中的電晶體開關傳送輸入電源Vi的電力至輸出端使輸出電壓Vo上升,並同時於多相輸出端Po產生第一個順序訊號PH1至第二個控制單元102a。第二個控制單元102a由多相輸入端Pi接收第一個控制單元101a所產生的第一個順序訊號PH1後,根據迴授訊號fb判斷輸出電壓Vo是否低於預定的電壓值。當輸出電壓Vo低於預定的電壓值時,則第二個控制單元102a於控制端S1、S2產生控制訊號使轉換單元102b中的電晶體開關傳送輸入電源Vi的電力至輸出端使輸出電壓Vo上升,並同時於多相輸出端Po產生第二個順序訊號PH2至第三個控制單元103a。第三個控制單元103a由多相輸入端Pi接收第二個控制單元102a所產生的第二個順序訊號PH2後,根據迴授訊號fb判斷輸出電壓Vo是否低於預定的電壓值。當輸出電壓Vo低於預定的電壓值時,則第三個控制單元103a於控制端S1、S2產生控制訊號使轉換單元103b中的電晶體開關傳送輸入電源Vi的電力至輸出端使輸出電壓Vo上升,並同時於多相輸出端Po產生第三個順序訊號PH3至第四個控制單元104a。第四個控制單元104a由多相輸入端Pi接收第三個控制單元103a所產生的第三個順序訊號PH3後,根據迴授訊號fb判斷輸出電壓Vo是否低於預定的電壓值。當輸出電壓Vo低於預定的電壓值時,則第四個控制單元104a於控制端S1、S2產生控制訊號使轉換單元104b中的電晶體開關傳送輸入電源Vi的電力至輸出端使輸出電壓Vo上升,並同時於多相輸出端Po產生第四個順序訊號PH4至第一個控制單元101a。如此形成一個多相控制迴圈,以提供穩定的輸出電壓Vo。
接下來,請參考第三圖,為根據本發明之一第一實施例之控制單元之電路示意圖,其係用以於一多相控制系統中控制對應之轉換電路100b,使該多相控制系統於一系統輸出端提供穩定之一輸出電壓。控制單元100a包含一迴授控制電路110、一主控制設定電路120、一多相輸入電路130、一多相輸出電路140、一保護電路150以及一旁通電路160。主控制設定電路120根據主次設定端MS判斷控制單元100a是否為作為多相控制迴圈的主控制單元,包含一比較器121及一單擊電路122。在本實施例中,主次設定端MS可以連接控制單元100a的驅動電壓vcc作為主控制訊號,此時比較器121判斷主次設定端MS的電位高於一主次參考電位Vpor,並產生一高準位訊號,使單擊電路122產生一脈衝訊號,此時控制單元100a被設定為主控制單元。若當主次設定端MS為浮接或接地時,主次設定端MS的電位會低於一主次參考電位Vpor,使控制單元100a被設定為次控制單元。
多相輸入電路130包含一SR型閂(SR Latch)131及一或閘132,根據多相輸入端Pi的訊號判斷是否輪到控制單元100a進行迴授控制。或閘132接收主控制設定電路120的輸出及多相輸入端以產生訊號至SR型閂的設定端S。SR型閂的設定端S被觸發時,於輸出端Q輸出高準位之一迴授控制啟動訊號133至迴授控制電路110以啟動迴授控制。因此,若控制單元100a被設定為主控制單元,則於系統啟動之初,控制單元100a中的主控制設定電路120會觸發多相輸入電路130產生迴授控制啟動訊號133。若控制單元100a被設定為次控制單元,則當鄰接於前的控制單元的順序輸出訊號傳送至多相輸入端Pi成為順序輸入訊號PHi時,多相輸入電路130才產生高準位訊號133。
迴授控制電路110包含一第一比較器111、一第二比較器112、一及閘113、一SR型閂114、一驅動電路115、一或閘117以及一截止最短時間電路118,以根據迴授控制啟動訊號133及一迴授訊號fb來進行迴授控制。第一比較器111之反相端耦接迴授端FB以接收迴授訊號fb,非反相端接收一第一電壓參考值Vr1,當迴授訊號fb低於第一電壓參考值Vr1時,即代表輸出電壓Vo低於一第一電壓值,第一比較器111輸出高準位訊號至及閘113。及閘113耦接多相輸入電路130及第一比較器111,於第一比較器111及多相輸入電路130的輸出訊號同時為高準位時才觸發SR型閂114輸出高準位之導通控制訊號sq。驅動電路115接收到高準位之導通控制訊號sq時,透過控制端S1輸出第一控制訊號s1以控制轉換電路100b中的第一電晶體開關SW1導通,使輸入電源Vi的電力透過第一電晶體開關及電感L傳遞至多相轉換電路的輸出端(未繪出),使輸出電壓上升。及閘113的輸出同時耦接至多相輸入電路130中的SR型閂131的重置端R,因此SR型閂114輸出高準位之導通控制訊號sq的同時,重置SR型閂131使迴授控制啟動訊號133轉為低準位以等待下一次順序輸入訊號PHi的觸發。
第二比較器112之非反相端耦接迴授端FB以接收迴授訊號fb,反相端接收一第二電壓參考值Vr2。當輸出電壓上升使迴授訊號fb高於第二電壓參考值Vr2時,即代表輸出電壓Vo高於一第二電壓值,其中第二電壓值高於第一電壓值,第二比較器112輸出一高準位訊號至或閘117以重置SR型閂114,使導通控制訊號sq轉為低準位訊號。驅動電路115接收到低準位之導通控制訊號sq時,透過控制端S2輸出第二控制訊號s2以控制轉換電路100b中的第二電晶體開關SW2導通,並同時截止第一電晶體開關SW1。此時,電感L之電流透過第二電晶體開關SW2續流。驅動電路115並同時透過電流偵測端CS接收電流偵測訊號cs,以判斷電感L之電流是否減少至零。若是,則將第二電晶體開關SW2截止以避免電流逆流。
另外,驅動電路115也同時判斷電感L之電流超過一預定最大電流值。若是,則產生一限流訊號119至或閘117,此時或閘117輸出高準位訊號至SR型閂114的重置端R以重置SR型閂114,使導通控制訊號sq轉為低準位,驅動電路115停止導通第一電晶體開關SW1並導通第二電晶體開關SW2。上述的電感限流係為避免電感電流過大(例如:於過載或者系統剛啟動時)而造成電感L飽和。
截止最短時間電路118耦接或閘117之輸出端及及閘113。截止最短時間電路118的預設輸出為高準位訊號至及閘113,而當接收到或閘117所輸出之高準位訊號時,產生一低準位訊號持續一預定最短截止時間長度,使此時之導通控制訊號sq持續預定最短截止時間長度維持於低準位而使電感L有釋能的時間。在多相控制中,截止最短時間電路118原則上並無作用。然本發明之控制單元100a之多相輸入端Pi及多相輸出端Po可以連接而成為單相迴授控制,此時截止最短時間電路118的設定即可確保電感L有釋能的時間。
多相輸出電路140包含一下緣觸發電路141、一SR型閂142、一比較器143、一上緣觸發電路144以及或閘145,用以於控制單元100a控制轉換電路100b傳送電力至輸出端後,輸出一順序輸出訊號PHo。下緣觸發電路141接收迴授控制電路110的導通控制訊號sq,於導通控制訊號sq由高準位轉為低準位時,產生高準位訊號以觸發SR型閂142,使SR型閂142於輸出端Q輸出高準位之順序輸出訊號PHo,以觸發鄰接於控制單元100a之後的控制單元進行迴授控制。高準位之順序輸出訊號PHo會同時啟動上緣觸發電路144。由於鄰接於後的控制單元於接收控制單元100a之順序輸出訊號PHo並偵測到輸出電壓Vo低於第一電壓值時,會控制對應的轉換電路傳送輸入電源Vi之電力至多相轉換電路之輸出端,使輸出電壓Vo回升。比較器143之非反相端接收迴授訊號fb而反相端接收一第五電壓參考值Vr5。當鄰接於控制單元100a之後的控制單元使輸出電壓Vo回升至超過一第五電壓值時,比較器143會輸出高準位訊號,其中第五電壓值高於第一電壓值。此時,上緣觸發電路144會重置SR型閂142,使順序輸出訊號PHo轉為低準位,使鄰接於控制單元100a之後的控制單元於輸出電壓Vo再度低於第一電壓值時不進行迴授控制,而由再下一個的控制單元進行迴授控制。
保護電路150接收迴授訊號fb以判斷輸出電壓Vo是否過高或過低(例如:超過預定電壓的125%或低於預定電壓的70%),若是則進行保護模式並輸出一保護訊號PROT使控制單元100a停止操作,並使旁通電路啟動。
旁通電路160耦接多相輸出電路140,用以於控制單元100a無法產生控制訊號或異常時,將由控制單元100a之多相輸入端Pi接收之順序輸入訊號PHi傳送至該控制單元之該多相輸出端輸出。旁通電路160接收一控制單元正常訊號por,而控制單元正常訊號por可以由控制單元100a內部產生或由外部輸入。當控制單元100a正常運作時,控制單元正常訊號por為低準位訊號,旁通電路160此時不作用。而當控制單元正常訊號por為高準位,代表控制單元100a處於旁通模式,此時旁通電路160啟動以輸出旁通訊號161至保護電路150及多相輸出電路140。保護電路150接收到連接點訊號161時,輸出保護訊號PROT使控制單元100a停止迴授控制。或者當保護電路150輸出保護訊號PROT時,旁通電路160接收保護訊號PROT並啟動旁通模式,以避免控制單元100a異常運作的影響。而多相輸出電路140的或閘145接收旁通訊號161時,觸發SR型閂142以輸出高準位之順序輸出訊號PHo。另外,為避免控制單元100a於一些電路異常狀態時,多相輸出電路140無法正常運作,旁通電路160也可將順序輸入訊號PHi直接輸出至多相輸出端Po作為順序輸出訊號PHo,例如:可透過一電晶體,源極汲極分別耦接多相輸入端Po、多相輸出端Po,而閘極接收控制單元正常訊號por來達成。
接著請參見第四圖,為根據本發明之一第二實施例之控制單元之電路示意圖。控制單元200a包含一迴授控制電路210、一主控制設定電路220、一多相輸入電路230、一多相輸出電路240、一保護電路250、一旁通電路260以及一下旁通判斷電路270,其係用以於一多相控制系統中控制對應之轉換電路200b。其中,主控制設定電路220、多相輸入電路230、多相輸出電路240、保護電路250與第三圖所示的主控制設定電路120、多相輸入電路130、多相輸出電路140及保護電路150之運作相類似,故在此不在累述。
在本實施例中,迴授控制電路210為一固定導通時間控制電路,包含一第一比較器211、一及閘213、一驅動電路215以及一固定導通時間產生電路216。當迴授訊號fb低於第一電壓參考值Vr1時,第一比較器211輸出高準位訊號至及閘213。若此時多相輸入電路230也接收到順序輸入訊號PHi(代表輪到控制單元200a進行迴授控制)而產生高準位迴授控制啟動訊號233至及閘213時,及閘213觸發固定導通時間產生電路216,以產生一固定時間長度之導通控制訊號sq。因此,驅動電路215也導通第一電晶體開關SW1上述之固定時間長度,使轉換電路200b傳送輸出電源Vi之電力至多相轉換電路之輸出端的時間長度固定。
下旁通判斷電路270包含一比較器271以及一下旁通輸出電路272,用以判斷鄰接於控制單元200a之後的控制單元是否順利接續進行迴授控制。下旁通輸出電路272耦接多相輸出電路240,於順序輸出訊號PHo為高準位時啟動。比較器271之反相端接收迴授訊號fb而非反相端接收一第三電壓參考值Vr3,其中第三電壓參考值Vr3低於第一參考電壓值Vr1,例如:較佳可以設定第三電壓參考值Vr3為第一參考電壓值Vr1之70%。當迴授訊號fb低於第三電壓參考值Vr3時,比較器271輸出高準位訊號使下旁通輸出電路272輸出一下旁通輸出訊號dbo透過控制單元200a的一下旁通輸出端DBo輸出至鄰接於後的控制單元之一下旁通輸入端。也就是當順序輸出訊號PHo輸出時,代表輪到鄰接於控制單元200a之後的控制單元應進行迴授控制而卻未進行,致使輸出電壓Vo下降至第三電壓值,即第一電壓值的70%。控制單元200a立即發出下旁通輸出訊號dbo,使鄰接於後的控制單元內的旁通電路啟動,將順序輸出訊號PHo再傳到下一個控制單元,由下一個控制單元進行迴授控制。
相較於第三圖之實施例,旁通電路260透過下旁通輸入端DBi額外接收一下旁通輸入訊號dbi,即由鄰接於控制單元200a之前的控制單元產生的下旁通輸出訊號dbo。當旁通電路260接收到下旁通輸入訊號dbi時,代表控制單元200a出現異常使輸出電壓Vo不當地下降,此時旁通電路260啟動使控制單元200a將接收到的順序輸入訊號PHi時輸出順序輸出訊號PHo,以使鄰接於控制單元200a之後的控制單元越過控制單元200a直接進行迴授控制。
另外,值得注意的是,轉換電路200b中的電感係可以包含多個串聯之電感(第四圖中以串聯之電感L1及電感L2來表示)。串聯電感中的飽和電流各自不同而達到不同電流時,其等效電感值也不同,使轉換電路於輕載時有更高的轉換效率。
再來請參見第五圖,為根據本發明之一第三實施例之控制單元之電路示意圖。控制單元300a包含一迴授控制電路310、一主控制設定電路320、一多相輸入電路330、一多相輸出電路340、一保護電路350、一旁通電路360以及一上旁通判斷電路380,其係用以於一多相控制系統中控制對應之轉換電路300b使輸入電源Vi的電力傳送至輸出端。其中,主控制設定電路320、多相輸入電路330、多相輸出電路340、保護電路350與第三圖所示的主控制設定電路120、多相輸入電路130、多相輸出電路140及保護電路150之運作相類似,故在此不在累述。
在本實施例中,迴授控制電路310為一準固定導通時間控制電路,包含一第一比較器311、一及閘313、一SR型閂314、一驅動電路315以及一準固定導通時間產生電路316。當迴授訊號fb低於第一電壓參考值Vr1時,第一比較器311輸出高準位訊號至及閘313。若此時多相輸入電路330也接收到順序輸入訊號PHi(代表輪到控制單元300a進行迴授控制)而產生高準位迴授控制啟動訊號333至及閘313時,及閘313觸發SR型閂314,以產生一導通控制訊號sq。因此,驅動電路315導通第一電晶體開關SW1。而準固定導通時間產生電路316接收導通控制訊號sq、迴授訊號fb及收電流偵測訊號cs,並於接收到導通控制訊號sq時開始計時一時間長度,其中時間長度係根據迴授訊號fb來決定。於接收到導通控制訊號sq並經過上述之時間長度後,準固定導通時間產生電路316產生一導通時間到訊號ont以重置SR型閂314,使導通控制訊號sq轉為低準位,使驅動電路315截止第一電晶體開關SW1,導通第二電晶體開關SW2,使電感L的電流IL透過第二電晶體開關SW2續流。而準固定導通時間產生電路316若接收到導通控制訊號sq但尚未經過上述之時間長度時,根據電流偵測訊號cs,判斷電流IL已達到一預定電流上限,則會立即輸出導通時間到訊號ont以重置SR型閂314。另外,驅動電路315也接收電流偵測訊號cs以判斷電流IL之大小,並於電流IL為零時將第二電晶體開關SW2截止,以等待下一個週期的運作。
在本實施例中,轉換電路係為直流轉直流降壓轉換電路,在穩定狀態時,其輸出電壓與輸入電壓的比例與轉換電路的工作週期之關係為VO/VI=D=Ton/(Ton+Toff),其中,VO為輸出電壓值,VI為輸入電壓值,D為工作週期,Ton為導通時間,Toff為截止時間。
由於迴授電壓fb正比於輸出電壓VO,因此當導通時間Ton正比於迴授電壓fb且VI為輸入電壓值VO為固定值時,(Ton+Toff)為一定值,即頻率為定值。而在負迴授控制下,迴授電壓fb被穩定在第一電壓參考值Vr1附近,故正比於迴授電壓fb的導通時間Ton也可視為一定值而達到準固定導通時間之目的。
上旁通判斷電路380包含一比較器381、一上旁通輸出電路382、一計數器383及一或閘384,用以判斷鄰接於控制單元300a之前的控制單元是否順利接續進行迴授控制。比較器381之反相端接收迴授訊號fb而非反相端接收一第四電壓參考值Vr4,其中第四電壓參考值Vr4低於第一參考電壓值Vr1,例如:較佳可以設定第四電壓參考值Vr4為第一參考電壓值Vr1之70%。當迴授訊號fb低於第四電壓參考值Vr4時,比較器381輸出高準位訊號使下旁通輸出電路382輸出高準位訊號,使或閘384輸出一上旁通輸出訊號ubo透過控制單元300a的一上旁通輸出端UBo輸出至鄰接於前的控制單元之一上旁通輸入端。也就是當輸出電壓Vo下降至第四電壓值,即第一電壓值的70%時,控制單元300a立即發出上旁通輸出訊號ubo,使鄰接於前的控制單元內的旁通電路啟動。若此時鄰接於前的控制單元接收順序輸入訊號PHi,則代表此控制單元並未正常運作而導致輸出電壓過低,透過啟動此控制單元的旁通電路,使順序輸入訊號PHi直接傳送至控制單元300a,使控制單元300a進行迴授控制。
根據上述之實施例可知,本發明可以藉由第一電壓參考值Vr1及第二電壓參考值Vr2之設定或者(準)固定導通時間的設定,使輸出電壓Vo的漣波範圍被控制在一定的範圍內。另外,透過串聯成迴圈的多相控制系統,藉由鄰接的控制單元的前後觸發的方式,可以使多相控制系統的相數隨著實際需求而調整,簡化了電路複雜度及成本,並提供了較佳的使用彈性。而對於串聯成迴圈的控制單元可能任一控制單元電路異常而可能多相轉換電路無法運作之風險,本發明利用旁通電路來繞過電路異常之控制單元,因而可確保電路運作。
如上所述,本發明完全符合專利三要件:新穎性、進步性和產業上的利用性。本發明在上文中已以較佳實施例揭露,然熟習本項技術者應理解的是,該實施例僅用於描繪本發明,而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是,舉凡與該實施例等效之變化與置換,均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此,本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。
10...控制器
12a~12c...通道
Vin...輸入電壓
PWM1~PWM3
Io1~Io3...通道電流
Io1~Io3...通道電流
Io...輸出電流
C...電容
Vout...輸出電壓
Load...負載
CSP1、CSN1、CSP2、CSN2、CSP3、CSN3...腳位
FB...迴授訊號
101、102、103、104...通道
100a~104a、200a、300a...控制單元
100b~104b、200b、300b...轉換單元
110、210、310...迴授控制電路
111、112、121、143、211、271、311、381...比較器
113、213、313...及閘
114、131、142、314...SR型閂
115、215、315...驅動電路
117、132、145、384...或閘
118...截止最短時間電路
119...限流訊號
120、220、320...主控制設定電路
122...單擊電路
130、230、330...多相輸入電路
133、233、333...迴授控制啟動訊號
140、240、340...多相輸出電路
141...下緣觸發電路
144...上緣觸發電路
150、250、350...保護電路
160、260、360...旁通電路
161、261、361...旁通訊號
216...固定導通時間產生電路
270...下旁通判斷電路
272...下旁通輸出電路
316...準固定導通時間產生電路
380...上旁通判斷電路
382...上旁通輸出電路
383...計數器
vcc...驅動電壓
Vi...輸入電源
Vo...輸出電壓
RL...負載
Co...輸出電容
Pi...多相輸入端
Po...多相輸出端
MS...主次設定端
FB...迴授端
CS...電流偵測端
S1、S2...控制端
FS...主控制訊號
fb...迴授訊號
PH1~PH4...順序訊號
Vpor...主次參考電位
S...設定端
Q...輸出端
R...重置端
PHi...順序輸入訊號
PHo...順序輸出訊號
Vr1...第一電壓參考值
Vr2...第二電壓參考值
Vr3...第三電壓參考值
Vr4...第四電壓參考值
Vr5...第五電壓參考值
sq...導通控制訊號
s1...第一控制訊號
s2...第二控制訊號
SW1...第一電晶體開關
SW2...第二電晶體開關
L、L1、L2...電感
CS...電流偵測端
PROT...保護訊號
por...控制單元正常訊號
dbo...下旁通輸出訊號
DBo...下旁通輸出端
DBi...下旁通輸入端
dbi...下旁通輸入訊號
cs...電流偵測訊號
ont...導通時間到訊號
IL...電感電流
ubo...上旁通輸出訊號
UBo...上旁通輸出端
第一圖為習知直流轉直流轉換電路之電路示意圖。
第二圖為根據本發明之多相轉換電路之電路示意圖。
第三圖為根據本發明之一第一實施例之控制單元之電路示意圖。
第四圖為根據本發明之一第二實施例之控制單元之電路示意圖。
第五圖為根據本發明之一第三實施例之控制單元之電路示意圖。
101~104...通道
101a~104a...控制單元
101b~104b...轉換單元
Vi...輸入電源
Vo...輸出電壓
RL...負載
Co...輸出電容
Pi...多相輸入端
Po...多相輸出端
MS...主次設定端
FB...迴授端
CS...電流偵測端
S1、S2...控制端
FS...主控制訊號
fb...迴授訊號
PH1~PH4...順序訊號
Claims (21)
- 一種多相控制系統,用以將一輸入電源之電力轉換成一輸出電壓於一輸出端輸出,該多相控制系統包含:複數個控制單元,該些控制單元以串聯方式耦接並形成一迴圈,其中每一該控制單元於一多相輸入端接收來自鄰接於前之控制單元的一順序輸入訊號後,於判斷該輸出電壓低於一第一電壓值時產生控制訊號用以控制該輸入電源之電力傳遞至該輸出端,並於一多相輸出端產生一順序輸出訊號至鄰接於後的控制單元。
- 如申請專利範圍第1項所述之多相控制系統,其中每一該控制單元為一固定導通時間控制單元,使該輸入電源之電力傳遞至該輸出端之時間長度固定。
- 如申請專利範圍第1項所述之多相控制系統,其中每一該控制單元於該輸出電壓高於一第二電壓值,停止該輸入電源之電力傳遞至該輸出端,該第二電壓值高於該第一電壓值。
- 如申請專利範圍第1項所述之多相控制系統,其中每一該控制單元包含一旁通電路,用以於該控制單元無法產生控制訊號時,將由該控制單元之該多相輸入端接收之該順序輸入訊號傳送至該控制單元之該多相輸出端輸出。
- 如申請專利範圍第1項所述之多相控制系統,其中每一該控制單元包含一旁通電路,用以當每一該控制單元於接受到該順序輸入訊號且該旁通電路啟動時,使該多相輸出端輸出該順序輸出訊號。
- 如申請專利範圍第5項所述之多相控制系統,其中當每一該控制單元產生該順序輸出訊號且判斷該輸出電壓低於一第三電壓值產生一下旁通輸出訊號,使鄰接於後的控制單元的旁通電路啟動,其中該第三電壓值低於該第一電壓值。
- 如申請專利範圍第5項所述之多相控制系統,其中當每一該控制單元偵測到該輸出電壓低於一第四電壓值時產生一上旁通輸出訊號,使鄰接於前的控制單元的該旁通電路啟動,其中該第四電壓值低於該第一電壓值。
- 如申請專利範圍第1項所述之多相控制系統,其中該複數個控制單元其中之一被設定為主控制單元,用以於該多相控制系統啟動時第一個產生控制訊號及順序輸出訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述之多相控制系統,其中每一該控制單元根據該輸出電壓之準位及該輸入電源之電壓準位以決定所產生之控制訊號之工作週期。
- 如申請專利範圍第1項所述之多相控制系統,其中每一該控制單元於產生該順序輸出訊號之後偵測到該輸出電壓再度高於一第五電壓值時,停止產生該順序輸出訊號,其中該第五電壓值高於該第一電壓值。
- 一種控制單元,用以於一多相轉換電路中控制對應之轉換電路,使該多相轉換電路於一系統輸出端提供穩定之一輸出電壓,該控制單元包含:一多相輸入電路,於接收一順序輸入訊號時產生一迴授控制啟動訊號;一迴授控制電路,於接收該迴授控制啟動訊號且該輸出電壓低於一第一電壓值時產生至少一控制訊號以控制對應之轉換電路傳送電力至該系統輸出端;以及一多相輸出電路,接收該至少一控制訊號以產生一順序輸出訊號。
- 如申請專利範圍第11項所述之控制單元,其中該至少一控制訊號為固定導通時間訊號,使對應之轉換電路傳送電力之時間長度固定。
- 如申請專利範圍第11項所述之控制單元,其中該迴授控制電路更根據該輸出電壓決定該至少一控制訊號之工作週期。
- 如申請專利範圍第11項所述之控制單元,其中該迴授控制電路更於該輸出電壓高於一第二電壓值時停止產生該至少一控制訊號。
- 如申請專利範圍第11所述之控制單元,更包含一主控制設定電路,於接收一主控制訊號時產生該迴授控制啟動訊號。
- 如申請專利範圍第11項所述之控制單元,更包含一下旁通判斷電路,當該多相輸出電路產生該順序輸出訊號時且該下旁通判斷電路判斷該輸出電壓低於一第三電壓值時,該下旁通判斷電路產生一下旁通輸出訊號,其中該第三電壓值低於該第一電壓值。
- 如申請專利範圍第11項所述之控制單元,其中更包含一旁通電路,當該旁通電路接收到一下旁通輸入訊號且偵測到該順序輸入訊號時,使該控制單元產生該順序輸出訊號。
- 如申請專利範圍第11項所述之控制單元,更包含一上旁通判斷電路,當該輸出電壓低於一第四電壓值時,該上旁通判斷電路產生一上旁通輸出訊號,其中該第四電壓值低於該第一電壓值。
- 如申請專利範圍第11項所述之控制單元,其中更包含一旁通電路,當該旁通電路接收到一上旁通輸入訊號且偵測到該順序輸入訊號時,使該控制單元產生該順序輸出訊號。
- 如申請專利範圍第11項所述之控制單元,其中該多相輸出電路於產生該順序輸出訊號後,偵測到該輸出電壓再度高於一第五電壓值時停止產生該順序輸出訊號,其中該第五電壓值高於該第一電壓值。
- 如申請專利範圍第11項所述之控制單元,其中該控制單元所控制之轉換電路包含複數個串聯之電感。
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Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102647074B (zh) * | 2012-05-18 | 2014-08-13 | 成都芯源系统有限公司 | 多相开关变换器及其控制器和控制方法 |
TWI514728B (zh) * | 2013-02-18 | 2015-12-21 | Green Solution Tech Co Ltd | 具電流平衡之多相電源轉換控制器 |
US20140232368A1 (en) * | 2013-02-19 | 2014-08-21 | Nvidia Corporation | Electric power conversion with assymetric phase response |
TWI506909B (zh) * | 2013-11-22 | 2015-11-01 | Accton Technology Corp | 電源共享裝置及方法 |
US10063144B2 (en) * | 2016-10-26 | 2018-08-28 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Multiphase buck converter and method for operating the same |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW200627773A (en) * | 2005-01-27 | 2006-08-01 | Fujitsu Ltd | Multi-phase DC-DC converter and control circuit for multi-phase DC-DC converter |
US20070291520A1 (en) * | 2006-06-19 | 2007-12-20 | International Rectifier Corporation | Multi-phase converter with frequency and phase timing control |
US20080018321A1 (en) * | 2006-07-20 | 2008-01-24 | International Rectifier Corporation | Headroom compensation circuit for voltage converter |
US20080169797A1 (en) * | 2005-04-12 | 2008-07-17 | Osvaldo Enrico Zambetti | Multi-Phase Voltage Regulator |
US20090051334A1 (en) * | 2007-08-24 | 2009-02-26 | Upi Semiconductor Corporation | Droop circuits and multi-phase DC-DC converters |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5774346A (en) * | 1997-01-24 | 1998-06-30 | Poon; Franki Ngai Kit | Family of zero voltage switching DC to DC converters with coupled output inductor |
US6605931B2 (en) * | 2000-11-07 | 2003-08-12 | Microsemi Corporation | Switching regulator with transient recovery circuit |
US6784644B2 (en) * | 2001-02-22 | 2004-08-31 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Multiphase clamp coupled-buck converter and magnetic integration |
US6628106B1 (en) * | 2001-07-30 | 2003-09-30 | University Of Central Florida | Control method and circuit to provide voltage and current regulation for multiphase DC/DC converters |
US7019502B2 (en) * | 2002-09-06 | 2006-03-28 | Intersil America's Inc. | Synchronization of multiphase synthetic ripple voltage regulator |
US7026798B2 (en) * | 2003-10-27 | 2006-04-11 | Intersil Americas Inc. | Multi-channel driver interface circuit for increasing phase count in a multi-phase DC-DC converter |
US7759918B2 (en) * | 2006-06-16 | 2010-07-20 | Semiconductor Components Industries, L.L.C. | Method for inhibiting thermal run-away |
TW200810335A (en) | 2006-06-19 | 2008-02-16 | Int Rectifier Corp | Multi-phase converter with frequency and phase timing control |
-
2010
- 2010-09-21 TW TW099131913A patent/TWI420791B/zh active
-
2011
- 2011-07-19 US US13/186,444 patent/US8729872B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW200627773A (en) * | 2005-01-27 | 2006-08-01 | Fujitsu Ltd | Multi-phase DC-DC converter and control circuit for multi-phase DC-DC converter |
US20080169797A1 (en) * | 2005-04-12 | 2008-07-17 | Osvaldo Enrico Zambetti | Multi-Phase Voltage Regulator |
US20070291520A1 (en) * | 2006-06-19 | 2007-12-20 | International Rectifier Corporation | Multi-phase converter with frequency and phase timing control |
US20080018321A1 (en) * | 2006-07-20 | 2008-01-24 | International Rectifier Corporation | Headroom compensation circuit for voltage converter |
US20090051334A1 (en) * | 2007-08-24 | 2009-02-26 | Upi Semiconductor Corporation | Droop circuits and multi-phase DC-DC converters |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW201214936A (en) | 2012-04-01 |
US8729872B2 (en) | 2014-05-20 |
US20120068674A1 (en) | 2012-03-22 |
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