專利名稱：均流組的智能管理的制作方法
均流組的智能管理


在結(jié)合附圖閱讀時(shí)通過參考下面的詳細(xì)描述可以更加充分地理解本發(fā)明的 戰(zhàn)以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中
圖1示出了分布式電源架構(gòu)(DPA)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；
圖2示出了其中微控制器MfC總線與POL轉(zhuǎn)換器裝置謝預(yù)信的系統(tǒng)
的一個(gè)實(shí)施例；
圖3示出了其中DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置互聯(lián)，并由中央供電控制 器控制以執(zhí)憤寺定功能的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；
圖4示出了錢的DC電源系統(tǒng)中需要的通用功能被組合到單個(gè)控審螺中 的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；
圖5示出了 POL調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，POL調(diào)節(jié)^l皮配置為通affi信 總線彼jl:kM信；
圖6示出了通常被稱作"降壓調(diào)節(jié)器"的電源調(diào)節(jié)器的一個(gè)實(shí)施例； 圖7示出了根據(jù)圖5的DPA系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的均流配置的一個(gè)實(shí)施例； 圖8示出了圖,中兩個(gè)POL，各自的負(fù)載線具有相同斜率的理想情況 的電壓-電流示圖9示出了圖解其中從裝置的下降(droop)電阻高于主裝置的下降電阻的 情況的電壓-電流示圖10示出了圖角棋中從裝置的下降電阻低于主裝置的下降電阻的情況的電 壓-電流示圖11示出了圖解用于二階均流的負(fù)載線的電壓-電流示圖12示出了圖解負(fù)載變化的情況下用于二P介均流的負(fù)載線的電壓-電流示
圖13示出了控制圖表，該圖表包括根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于電流平衡從^a
的一階控制反饋路徑；
圖14示出了信號(hào)圖表，該圖表示出了均流配置中的兩個(gè)調(diào)節(jié)器在正常調(diào)節(jié)期間的柵極信號(hào)和輸出電流；
圖15示出了信號(hào)圖表，該圖表示出了均流配置中的兩個(gè)調(diào)節(jié)器的柵極信號(hào) 和輸出電流，其中第二調(diào)節(jié)驗(yàn)靜J禾徵目的開關(guān)周期內(nèi)緩廈減小其GL脈沖 (GL2)的寬度直到其被消除，且該調(diào)節(jié)驟步地切換；
圖16示出了信號(hào)圖表，該圖表示出了圖15中的柵極信號(hào)和輸出電流，其 中第二調(diào)節(jié)器通過在所編程數(shù)目的開關(guān)周期內(nèi)減小GH脈沖的寬度來削減其 GH信號(hào)(GH2)直到微消除；
圖17示出了用于減小或釋放同步FET柵極脈沖的寬度的調(diào)審U電路的一個(gè)實(shí) 施例的控制圖表；
圖18示出了信號(hào)圖表，該圖表示出了單個(gè)調(diào)節(jié)器的柵極信號(hào)和輸出電流以 說明調(diào)制電路可如何操作以肖鵬柵極低脈沖，其中最小脈沖寬度編程為零或非 零；
圖19示出了用于執(zhí)行柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)路徑間的均衡控制的電路的一個(gè)實(shí)施
例；
圖20示出了信號(hào)圖表，該圖表示出了在可編程數(shù)目的開關(guān)周期上將同步柵 極驅(qū)動(dòng)調(diào)制成零寬度占空比的過程中，均流配置中的兩個(gè)調(diào)節(jié)器的柵極信號(hào)和 輸出電流；
圖21示出了信號(hào)圖表，該圖表示出了在可編程數(shù)目的開^1期上將同步柵 極驅(qū)動(dòng)調(diào)制成全(D)寬度占空比的過程中，均流配置中的兩個(gè)調(diào)節(jié)器的柵極信 號(hào)和輸出電流；
圖22示出了表格，該表格強(qiáng)調(diào)了一種可被定義用于均流編程的一種可能樣 本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
圖23示出了在通信總線上調(diào)節(jié)器之間的通信的示例，其中通信總線上的命 令可定義事件動(dòng)作；
圖24示出了流程圖，該流程圖示出了當(dāng)增加相時(shí)，用于POL裝置在均流
組中配置自身的方法的一個(gè)實(shí)施例；
圖25示出了流程圖，該流程圖示出了當(dāng)移除相時(shí)，用于POL裝置在均流 組中配置自身的方法的一個(gè)實(shí)施例；
圖26示出了用于均流組中四個(gè)POL裝置的柵極信號(hào)，其中每一相與一組 柵極信號(hào)相關(guān)聯(lián)，第三和第四相被移除，并且第二相將其自身重新分配至與第一POL裝置不同的偏移量；
圖27示出了用于均流組中的四個(gè)POL裝置的柵極信號(hào)，其中每一相與一
組柵極信號(hào)相關(guān)聯(lián)，增加了第二和第三相，并且第四相將其自身重新分配至與
第一 POL裝置不同的偏移量；
圖28示出了主裝置的輸出電壓斜坡和成員/從裝置的輸出電壓斜坡，其中成 員 的斜坡明顯比主裝置的斜坡更早開始；
圖29是圖28中的主裝置的負(fù)載線與從裝置的負(fù)載線之間的更加理想的負(fù) 載線關(guān)系，其中電流比圖28所示的實(shí)施例更加平衡；
圖30示出了信號(hào)圖表，該圖表示出了用于主裝置和從裝置的柵極信號(hào)，其 中硬件觸發(fā)機(jī)制使得這些裝置開始使輸出電壓傾斜；
圖31示出了信號(hào)圖表，該圖表示出了用于主裝置和從裝置的柵極信號(hào)，其 中GH占空比延時(shí)，并且鄉(xiāng)的GH信號(hào)在輸出級(jí)中被復(fù)制為GL信號(hào)；以及
圖32示出了信號(hào)圖表，該圖表示出了用于均流配置中的兩個(gè)調(diào)節(jié)器的柵極 信號(hào)和輸出電流，其中從裝置釋放GL占空比以獲得為GH信號(hào)的逆的GL信號(hào)；
雖然本發(fā)明可以有各種改變和替代形式，但其特定實(shí)施例在附圖中借助于 示例示出，并將在本文中進(jìn)行詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，附圖以皿其進(jìn)行 的詳細(xì)描述并非旨在將本發(fā)明限定于所披露的特定形式，相反本發(fā)明將覆蓋落 入權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有改變、等效方案和替代方式。 注意，標(biāo)題僅僅是為了便于行文結(jié)構(gòu)的目的，而并非意味著用于限制或理解說 明書艦禾腰求。此外，還注意本申請(qǐng)全文中使用的措辭"可以"表示的是許 可的意思(亦即具有可能，能夠)，而非強(qiáng)制意義(亦即必須)。
具體實(shí)施例方式
電源設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一項(xiàng)嚴(yán)峻而困難的任務(wù)。高電激低電壓集成電路需要一 種純凈而穩(wěn)定的DC電源。這種電源必須能夠皿非?？焖俚乃矐B(tài)電流。到達(dá) 這些負(fù)載的電子斷統(tǒng)必須具有低電阻和低電感(1.5V的電源將以60安培在 25mn的電阻上完全下降)。傳統(tǒng)地，DC電源被設(shè)計(jì)劇冬AC線電壓轉(zhuǎn)換成一 個(gè)或多個(gè)DC輸出，這些DC輸出將通過系統(tǒng)被路由至負(fù)載點(diǎn)。為了降低在系 統(tǒng)周圍分布高電流信號(hào)的有害效應(yīng)，已會(huì)M取了一種以適度的電壓和電流電平 來分配功率的可選方法。不是在中心位置將AC電源電壓電平轉(zhuǎn)換為各種負(fù)載所需要的DC電壓電平，而^3I常將AC電源電壓轉(zhuǎn)換為一種"合理的"DC電 壓，并將其路由至"負(fù)載點(diǎn)"(POL)，婦P里"合理的"DC電壓被就地轉(zhuǎn)換為 所需要的低電壓。這種技術(shù)被稱作"分布式電源架構(gòu)"或DPA，并在圖1中示 出。如圖1的PDA系統(tǒng)200中所示，交流-直流電壓轉(zhuǎn)換器202可產(chǎn)生中間直 流電壓Vx，該中間直流電壓Vx可M5各由至單個(gè)的本地直流-直流轉(zhuǎn)換器204、 206、 208和210，它們依次可分另響其X寸應(yīng)的POL提供所需的DC電壓VI、 V2、 V3和V4。 {頓DPA可以減小體，因?yàn)楦唠娏餍盘?hào)的纟挪巨離被最小化， 從而降低了IXR (電阻性)以及Ldi/dt (電感性)誤差。應(yīng)當(dāng)注意的是這里使 用的術(shù)語(yǔ)"POL轉(zhuǎn)換器"和"DC-DC轉(zhuǎn)換器"是可以互換的，并且應(yīng)當(dāng)理解通 常在DPA系統(tǒng)中，電源^13i DC-DC轉(zhuǎn)換器供應(yīng)給各POL的。
在許多功率分配系統(tǒng)中，只在系統(tǒng)周圍將功率分配給多個(gè)POL通常是不夠 的。復(fù)雜的電子系繊常還要!tt視和控制以確保最大，號(hào)的可靠性和性能。 以下列舉了 DPA系統(tǒng)中通常實(shí)現(xiàn)的更重要功能(電源特征)中的一些。
供電排序
現(xiàn)代電子系統(tǒng)可包含許多IC，并且每個(gè)IC可具有多種電源電壓需求。例如， 楊1>邏輯可能需要一種電壓而I/O可能需要一種不同電壓。M常導(dǎo)致需要設(shè)定 單個(gè)芯片上各電壓1 加的順異以及向系統(tǒng)中的多個(gè)芯片加電柳頃序。
斜坡控制
有時(shí)，有必對(duì)空制轉(zhuǎn)換器的DC輸出電壓從其初始衝頃斜到額定值的速率。 這樣做可有助于管理熱交換(hot-swap)事件、排序需棘者滿足負(fù)載的需求。
很多時(shí)候希望使一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器的輸出跟隨或反映系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)其 它轉(zhuǎn)換器的輸出。例如，跟蹤一種特定的電壓7K平可包括將跟蹤轉(zhuǎn)換器或裝置 的電壓7jC平設(shè)定成被跟蹤轉(zhuǎn)換器或裝置的電壓水平，并且當(dāng)任何時(shí)候被S鵬裝 置的電壓水平發(fā)生變化時(shí)，改數(shù)艮蹤裝置的電壓水平以與被足郎宗裝置的電壓水 平相匹配。有些情況下，跟蹤裝置和被跟蹤裝置的電壓水平可能并不相同；被 跟蹤電壓水平的變化將簡(jiǎn)單地被反映到足跟宇、裝置的電壓輸出上。例如，如果被 ^SI電壓增加了 0.2V，那么SI^電壓也將增加0.2V。
相控制
DC電壓通常以線性調(diào)節(jié)和DC-DC轉(zhuǎn)換這兩種方式中的一種方式逐步降低。DC-DC轉(zhuǎn)換器可通31X寸輸入電jBS行脈寬調(diào)制(PWM)以M輸出進(jìn)行 無(wú)源熗^M步斷氐DC電壓。PWM信號(hào)的占空比大致約等于輸出電壓與輸入 電壓的比率除以轉(zhuǎn)換器的效率。例如，對(duì)于合需輸出為1.2V、輸入為12V的理 想DC-DC轉(zhuǎn)換器，其占空比將為10%。在大電流應(yīng)用中，通常希望迫使各個(gè) DC-DC轉(zhuǎn)換器對(duì)其時(shí)鐘周期的不同"相"進(jìn)行采樣。也就是說，為了防止系統(tǒng) 中的DC-DC轉(zhuǎn)換，附時(shí)鐘周期的第一個(gè)10%進(jìn)行采樣， 一個(gè)轉(zhuǎn)換器可對(duì)時(shí)鐘 周期的第一個(gè)10%采樣，而下一個(gè)轉(zhuǎn)換器可對(duì)時(shí)鐘周期的不同10%釆樣，依此 類推。這樣通常降低了噪聲和改善了瞬態(tài)響應(yīng)。這種技術(shù)還l鵬用于電機(jī)控制， 并且常被實(shí)5棘控帝孫統(tǒng)中的多個(gè)Mm。具有交錯(cuò)相的PWM控制的MI腿常 提供降低的聲學(xué)噪聲。 均流
除了迫使DC-DC轉(zhuǎn)換器對(duì)開關(guān)時(shí)鐘的交錯(cuò)相采樣外，有時(shí)還希望迫使兩個(gè) 或多個(gè)獨(dú)立轉(zhuǎn)換器每個(gè)都能遞送均等份額的負(fù)載電流。這種方法改善了大電流 應(yīng)用中的噪聲和瞬態(tài)響應(yīng)。
開關(guān)時(shí)鐘的同步
通常希望使系統(tǒng)中的多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率彼此同步或與其它系 統(tǒng)時(shí)鐘同步。通常這樣做來降低將時(shí)鐘或其諧波與重要的系統(tǒng)時(shí)鐘混頻的可能 性。這在通信應(yīng)用中有薪寺別的意義。
還有一些功率系統(tǒng)可能需要的其它功能。例如，溫度領(lǐng)糧的單個(gè)點(diǎn)，柵極 的開/關(guān)狀態(tài)以及振蕩或許也是感興趣的。
為了滿足對(duì)更多功率和更密集系統(tǒng)的需要以及由此帶來的重新分配問題， 許多現(xiàn)在的功率分配方案開始在單1^寸裝內(nèi)提供多種解決方案或功能。通常這 些功能中的每一種功能都需要系統(tǒng)中的單獨(dú)配置。也就是說，每種功能需要其 自己的互連網(wǎng)絡(luò)將POL轉(zhuǎn)換器連接在一起。該互連網(wǎng)絡(luò)可實(shí)I，，輯，M 于控制POL轉(zhuǎn)換器以便在系軀行期間會(huì)^成功執(zhí)行該特定功能的所需要的。 這些功能中的許多功能包括模擬信號(hào)控制，其需要對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)線，其中POL 轉(zhuǎn)換器以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置互聯(lián)。這些信號(hào)的路由通常很困難，同時(shí)各種POL轉(zhuǎn)換器 之間和/或POL轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)的任何其它元件之間沒有te起真正的通信。
為了在系統(tǒng)級(jí)將這些功能中的全部或大多數(shù)連接在一起， 一種方法已在負(fù) 責(zé)控制各個(gè)POL變換器的控制IC中實(shí)現(xiàn)這些功能。 一些功能還可被編程至微通過fC (IC間通信)總線與相連的POL轉(zhuǎn)換器通信從而協(xié)調(diào)對(duì)系統(tǒng)中所有POL轉(zhuǎn)換器的控制。圖2示出了基于I2C的系統(tǒng)的示例。如圖2戶際，微控制器302可耦合至POL轉(zhuǎn)換器(也被稱作POL調(diào)節(jié)器)320、322、 324和326，其中各體之間的連接表示fC總線。圖2所示配置通常不適于主動(dòng)控制，并且主要可用于狀態(tài)監(jiān)視，其中POL轉(zhuǎn)換器320、 322、 324和326可向微控制器302發(fā)送回狀劍言號(hào)，微控制器302進(jìn)而可基于從針POL轉(zhuǎn)換器接收的狀劍言息向各POL轉(zhuǎn)換器發(fā)送簡(jiǎn)單的控制信號(hào)。 一般而言，微控制器302 —次檢査一個(gè)POL轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)中需要更多交互式實(shí)時(shí)通信時(shí)，這可被視為是一，點(diǎn)。
圖3示出了在DPA系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的單個(gè)功能的一個(gè)示例。通常，電源控審幡350 (^i共7報(bào)行該功能的控制)與DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器352、 354、 356和358以如圖所示的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置連接。電源控制器350 M專線耦合到每個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器，(通常^ffi模擬線路來實(shí)現(xiàn)大多數(shù)功能)，更具體地^Mil線路372和362耦合到轉(zhuǎn)換器352，通過線路374和364耦合到轉(zhuǎn)換器354,通過線路376和366耦合到轉(zhuǎn)換器356，以及M線路378和368耦合到轉(zhuǎn)換器358。輸入電源電壓V駄360耦合到* DC-DC轉(zhuǎn)換器，且進(jìn)而對(duì)于一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的POL，DC-DC轉(zhuǎn)換器352可以產(chǎn)生DC輸出電壓370， DC-DC轉(zhuǎn)換器354可以產(chǎn)生DC輸出電壓372， DC-DC轉(zhuǎn)換器356可以產(chǎn)生DC輸出電壓374，以及DC-DC轉(zhuǎn)換器358可以產(chǎn)生DC輸出電壓376。
在各種實(shí)施例中，復(fù)雜的DC功率系統(tǒng)中所需要的公共功能可以組合到單個(gè)控制器中而不是被當(dāng)作分開的IC功能。如圖4所示，管理功能1到N的控制器502可通過數(shù)字總線504被耦合到POL調(diào)節(jié)器1到M(作為示例被示為POL調(diào)節(jié)器510、512和514)。數(shù)字總線504可以是使通信所需線路減少的串行總線。在圖4戶標(biāo)配置中，艦將轉(zhuǎn)換器510、 512和514與控制器502都耦合到串行數(shù)字總線504，使得轉(zhuǎn)換器510、 512和514與控制器502之間的實(shí)時(shí)通信成為可能。然而，當(dāng)執(zhí)行共享的功率功能時(shí)，該系統(tǒng)可能仍然要依靠對(duì)所耦合的POL調(diào)節(jié)器執(zhí)行中A腔制，從而限制了齡POL調(diào)節(jié)器的響應(yīng)時(shí)間。
在一組實(shí)施例中，使用混合信號(hào)IC技術(shù)的面向系統(tǒng)的解決方案可將每個(gè)功能的一個(gè)單元分配給單個(gè)負(fù)載點(diǎn)(POL) IC或POL調(diào)節(jié)器。在這些實(shí)施例中，一個(gè)DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器、 一個(gè)電源排序單元、 一個(gè)負(fù)載監(jiān)視單元以及多種其它
8功率管理功能(例如以上討論的功能)的一個(gè)對(duì)應(yīng)單元可合并到單個(gè)POL調(diào)節(jié) 器中，如圖5所示。 一種真正面向系統(tǒng)的解決方案可通過能夠與其它POL調(diào)節(jié) 器、禾口/或與可選主控制IC通信的POL調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)。如圖5示出的實(shí)施例所 示，POL調(diào)節(jié)器602、 604和606各自被分配功能l-N，并經(jīng)由串行數(shù)字總線610 耦合在一起?？偩€610可比12(:總線更簡(jiǎn)單并且可衝共更多控制和信令，包括實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)反饋能力?？偩€610還可允i梅個(gè)POL調(diào)節(jié)器耦合到主控制IC (MCIC) 亂或直微此耦合，使得所有系統(tǒng)級(jí)功能得以配置、控制和監(jiān)視從而提供簡(jiǎn) 單靈活的結(jié)果。雖然圖5示出MCIC 800耦合到總線610，然而MCIC 800是可 選的，且替代實(shí)施例可省略MCIC 800，而只包括耦合到總線610的POL調(diào)節(jié) 器，且所有需要的功能可由單個(gè)POL調(diào)節(jié)器來控制，或者各種功率管理功能可 由一起運(yùn)行的一組POL調(diào)節(jié)器集中進(jìn)行控制。
如圖5所示，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于設(shè)計(jì)DPA系統(tǒng)的模i刺七方法，
其提供系統(tǒng)級(jí)功能而不需要系統(tǒng)為了可能需要的每個(gè)期望功能而進(jìn)行單獨(dú)和分 開地配置。每個(gè)POL調(diào)節(jié)器在被方^A系f^前可以被^^蟲配置，并且可操作以 通過訪問總線610上的實(shí)時(shí)反饋信息以及通過與其它POL調(diào)節(jié)器進(jìn)行通信來實(shí) 現(xiàn)所有必需的功能。這代表了主動(dòng)控制，而不是簡(jiǎn)單的狀態(tài)監(jiān)視。
開關(guān)功率調(diào)節(jié)器通常使用兩個(gè)或多個(gè)功率晶體管將能量從一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換為 另一個(gè)電壓。通常被稱作"降壓調(diào)節(jié)器"的這種功率調(diào)節(jié)器150調(diào)節(jié)器的一個(gè) 常見的例子在圖6中示出。降壓調(diào)節(jié)器150通常切換一對(duì)功率晶體管、高側(cè)(HS) FET 138和低側(cè)(LS) FET140以在其公共節(jié)點(diǎn)SW處產(chǎn)生;^波。所產(chǎn)生的方波 可以通過使用由電感器142和電容器144構(gòu)成的LC電路進(jìn)行平整以產(chǎn)生合需的 電壓V輸出。由體放大器146、比例積分微分(PE))滄波器132、脈寬調(diào)制器 (PWM)134以及輸出控制電路136構(gòu)成的控制環(huán)路可被配置用于控制輸出方波 的占空比，以及由啦空制所產(chǎn)生的V細(xì)值。這里使用的HSFET 138被稱作控制 FET， LSFET140被稱作同步FET，而從輸出控制電路136到HSFET 138的信 號(hào)被稱作POL調(diào)節(jié)器的(輸出)控制信號(hào)。在典型的POL轉(zhuǎn)換器中，控制信 號(hào)的占空比(D)可被定義為合需的輸出電壓(V輸出)除以輸入電壓(V駄)。 因此，控制FET可在占空比所定義的持續(xù)期間開通，相反同步FET在被定義為 l-D的開關(guān)周期持續(xù)期間開通，這里D為控制FET的占空比(如前所述)。
在一組實(shí)施例中，POL調(diào)節(jié)器可被配置為負(fù)載或POL、 DC/DC轉(zhuǎn)換器的多
9相點(diǎn)，在多相配置中運(yùn)行以升高系統(tǒng)可用的總電流。這種配置中可能產(chǎn)生的一 個(gè)問題是電流平衡，當(dāng)提供大電流時(shí)可能需要執(zhí)行電流平衡以保持穩(wěn)定性。大
多數(shù)當(dāng)今的解決方案沒有提供 :使用低寬帶算 平衡電流的手段，并且通 常也不提供通過調(diào)節(jié)數(shù)控反饋環(huán)路中的目標(biāo)電壓來平衡負(fù)載線電流的方法。在 一組實(shí)施例中，可ffi31使用匹配的人工線電阻(下降電阻)的主動(dòng)低帶寬均流 算法來執(zhí)行電流平衡，與此同時(shí)在穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)瞬態(tài)期間保持多個(gè)環(huán)路的穩(wěn)定性 下降。各裝置間的數(shù)字通信可鵬均流算法，其中數(shù)字總線可以是單線路總線、 并行總線或時(shí)鐘和繊總線。 主動(dòng)的下降均流
M31均衡負(fù)載點(diǎn)供電的分布式功率與單負(fù)載點(diǎn)供電或POL調(diào)節(jié)器相比有很 多引人注目的優(yōu)勢(shì)。分布式或均流通過在大范圍輸出電流上具有更好的效率、 冗余的可靠性以及分布式散熱而可被用于滿足與低電壓應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的日益增長(zhǎng) 的電流需求。圖7示出了根據(jù)圖5中DPA系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的均流配置的一個(gè) 示例。POL轉(zhuǎn)換器102、 104和106 (代表第一、第二和第NPOL調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)換器) 可耦合到數(shù)字通信總線120，它們各自的經(jīng)調(diào)節(jié)電壓輸出通過各自的電自103、 105和107以及電容器110被均衡以在電阻112表示的負(fù)載處提供單個(gè)電壓。應(yīng) 當(dāng)注意的是雖然圖7中輸出級(jí)(HS FET和LS FET晶體管對(duì))被示為位于各自 POL轉(zhuǎn)換器的外部，但是在圖6中，輸出級(jí)卻被指示為POL調(diào)節(jié)器的一部分，
從而最好地突出了不同實(shí)施例的某，定特征。還應(yīng)當(dāng)注意的是雖然輸出級(jí)是 POL轉(zhuǎn)換器的一個(gè)功能部分，但是當(dāng)POL轉(zhuǎn)換器例如被配置在集成電路(IC) 上時(shí)，控制電路和輸出級(jí)可以被配置在同一IC上，也可不酉遣在同一IC上。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解本文披露的POL轉(zhuǎn)換器的各種例示說明旨在將與本文 闡述的均流原理一致的所有可能的實(shí)現(xiàn)具體化。
在一組實(shí)施例中， 一種低帶寬、多階數(shù)控環(huán)路可被配置用于通過將從裝置 (POL調(diào)節(jié)器作為數(shù)字通信總線上的從，運(yùn)行)的負(fù)載線與主裝置(POL調(diào) 節(jié)器作為數(shù)字通信總線上的主裝置運(yùn)行)對(duì)準(zhǔn)來平衡各裝置輸出間的不均衡。 然而， 一階數(shù)控環(huán)路可能就足夠了。自確定或?qū)ｉT的主POL調(diào)節(jié)器(例如POL 調(diào)節(jié)器104)可將其^i倒的輸出電流數(shù)字化，并將指示該電流值的信Effi過數(shù) 字通信總線120傳送給傳統(tǒng)主-從配置中該組的所有從POL調(diào)節(jié)器(例如POL 調(diào)節(jié)器102和106)。所有的從裝置可以根據(jù)主裝置的輸出電流值與相應(yīng)從裝置輸出電流值之間的差值來調(diào)整它們各自的控制FET的占空比，從而有效地增大 或減小它們的輸出電壓。用于微調(diào)輸出電壓的實(shí)施例可以通過調(diào)M端誤差放 大器(調(diào)節(jié)器150中的放大器146)中的目標(biāo)電壓(調(diào)節(jié)器150中的Vref)來實(shí) 現(xiàn)。用于微調(diào)輸出電壓的其他實(shí)施例可以通過縮放占空比來實(shí)現(xiàn)，而縮放占空 l:爐常M校正控制it波器(132，位于調(diào)節(jié)器150中)的抽頭或# :調(diào)整對(duì) 占空比控制模決(134，位于調(diào)節(jié)器150中)的控制數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。主裝置可以主 動(dòng)地通過例如I2C、 SM總線或其它一些通信總線(圖7配置中的120)的通信 總線發(fā)送指示其電流值的信息，而從裝置可^ffl該信息來微調(diào)它們的被編程的 參考電壓，從而平衡系統(tǒng)中每，置的電流負(fù)載。主裝置可繼續(xù)發(fā)送該信息直 到故障發(fā)生，它的相下跌或其通信接口失敗，在該點(diǎn)處，組內(nèi)的其他從裝置可 裁定新的主裝置。成員電流(亦即均流組中POL調(diào)節(jié)器的單個(gè)電流)可由此得 以平衡，例如為平均成員負(fù)載電流的5%，并具有16Hz的更新帶寬。
如圖6戶標(biāo)例的，POL調(diào)節(jié)器可以4頓反饋控制方絲基于輸入電壓的分 數(shù)或占空比算法產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)輸出電壓。為了滿足系，大負(fù)載電流的需要，可 以實(shí)施一種新的均流方法。POL調(diào)節(jié)器間的均流可以通過相對(duì)于專用的主, 電流調(diào)整從裝置的負(fù)載線來實(shí)現(xiàn)。負(fù)載線算法可以實(shí)現(xiàn)在POL調(diào)節(jié)器的輸出電 壓路徑中增加在本文中被稱作"下降電阻"的人工線路電阻，以控制負(fù)載線曲 線(亦即輸出電壓-負(fù)載電流)的斜率，校準(zhǔn)各裝置與其功率鏈之間的物理寄生 不匹配，這可能是由于過程和^^變化以及印刷電路板(PCB)的布局差異而 引起的。
圖8示出了一種理想情況，其中兩個(gè)POL裝置各自的負(fù)載線(222和224) 具有相同的斜率。在一組實(shí)施例中，均流操作可以被配置成通過相對(duì)于主裝置 的電流微調(diào)從裝置的輸出電壓以使從參考電壓(例如POL裝置102的參考電壓， POL裝置102可作為從POL轉(zhuǎn)換器運(yùn)行)朝著主參考電壓(例如POL裝置104 的參考電壓，POL裝置104作為主POL轉(zhuǎn)換器運(yùn)行)增大。這可以有效減小/ 消除相關(guān)POL ，各自電感器電fc間的間隙。如果主，的電流高于所檢測(cè) 到的從裝置的電流負(fù)載，那么從裝置可以增加(向上微調(diào))它的輸出電壓，其 可以導(dǎo)1^裝置的電感器電流下降而從裝置的電感器電流增加。相反的操作也 是成立的。也就是說，如果從裝置的參考電壓的截點(diǎn)高于主裝置的參考電壓的 截點(diǎn)，那么可以減小從裝置的參考電壓的截點(diǎn)以消除電感器電流之間的間隙，并使輸出電壓下降。
在一組實(shí)施例中， 一種算法可操作以使用積分器，通過主動(dòng)校準(zhǔn)各裝置之 間的不匹配來使從裝置相對(duì)于主裝置的輸出電壓主動(dòng)地平衡它們各自的輸出電 壓。該算法可不限于通過設(shè)備具有相同下降電卩腿行的均流，并且可被配置為 根據(jù)裝置的下降電阻、裝置的負(fù)載電流以及被傳輸?shù)闹餮b置的負(fù)載電流值將每 個(gè)裝置的輸出電壓適配到最為合劍勺工作點(diǎn)上。例如，從裝置的下降電阻可以
高于主裝置的下降電阻值，如圖9所示(負(fù)載線382、 384和386)，或者它也可 以低于主裝置的下降電阻值，如圖10所示(負(fù)載線442、 444和446)。如上面 提到的，可以S3^縮放至輸出濾波器的控制FET的柵極信號(hào)的周期占空比來實(shí) 5JM輸出電壓的調(diào)節(jié)。對(duì)占空比的縮放可以采用多種方式來實(shí)現(xiàn)(這在上面也 提到了)，以全面減小或增加控制環(huán)路中的誤對(duì)言號(hào)(例如^M^文大器146的輸 出，如圖6所示)或者控制環(huán)路的結(jié)果(例如輸出控制136衝共的控制信號(hào)， 如圖6所示)。該算法可以適于控制在物ah可包括在均流配置中的任意數(shù)量的 裝置間的均流。均流還可被應(yīng)用于二階校正，其中從裝置下降電阻適于尋找最 佳負(fù)載線斜率以與主裝置的曲線相匹配。二階均流的示例的負(fù)載線在附圖11和 12中示出。圖11示出了二階均流的負(fù)載線462、 464和466，圖12示出了負(fù)載 不同的二階均流的負(fù)載線472、 474和476。
在一個(gè)實(shí)施例中，平衡算法可以通過信號(hào)處理來實(shí)現(xiàn)，以允許主裝置在低 得多的帶寬時(shí)傳輸它的電流值。附圖B示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于電流平衡 從裝置的一階控制反饋路徑。雖然附圖13僅示出了一階控制機(jī)制，但是取決于 該系統(tǒng)和所需要的收斂時(shí)間也可以實(shí)現(xiàn)二階、三階和更高階的控制環(huán)路。圖13
的控制反饋路徑可以用以下等式表示
^輸出=+ 7微調(diào)(w) = F / + ^下降* G主裝置—7成員)* Kj + r微調(diào)(w — 0 在一1^寸閉的數(shù)字系統(tǒng)中，如果被采樣的數(shù)據(jù)信號(hào)的最高頻率不小于奈奎 斯特速率，則可能發(fā)生混淆。然而，采樣速率可能是不確定的，因?yàn)槊總€(gè)電流 采樣可能不會(huì)被立即傳送或接收。采樣速率的不確定性可能降低采樣過程中拍 頻的確定性，并可表現(xiàn)為輸出電壓的隨機(jī)不穩(wěn)定性。在一個(gè)實(shí)施例中，該算法 還可被配置成用來控制振蕩器的頻率，由此在裝置處理器之間傳播處理速率的 不確定性，造成非關(guān)聯(lián)。此外，由于裝置可以具有內(nèi)部裝置振蕩器，所以可能 因裝置處理和溫度差異以及制造而進(jìn)一步降低關(guān)聯(lián)性。此外，通信總線上的通信還可使均繊羊速率抖動(dòng)。
該算法可操作以將^信號(hào)(例如圖16中的誤差放大器146的輸出)衰減 指定的增益因子K敏(圖13中的454)乘以下降電阻(附圖13中的452)，例 如
其通常為1.25mV/A，當(dāng)然它也可以取其它值。下降電阻可操作以校準(zhǔn)主從 能量級(jí)與反饋感測(cè)路徑之間的任何物理板布線不匹配。為了保持穩(wěn)定性以及降 低積分器(圖13中的45S)過沖，可以指定或編程最大校正值~~^A裝置可以 借助于該最大校正f魏限制^均流周期內(nèi)它們各自的輸出電壓調(diào)節(jié)量。
各實(shí)施例可以在假定有理想負(fù)載線斜率的情況下進(jìn)行配置。然而，如上所 述(例如參見附圖9和10)，從裝置的負(fù)載線電阻可能與主裝置的電阻不相等。 該均流算法的各種實(shí)施例仍可以根據(jù)所確定的方程來洽當(dāng)?shù)仄胶怆娏?。?dāng)輸出 電流變化時(shí)，該算法可能隨著時(shí)間更加活躍，這是因?yàn)閮蓷l負(fù)載線在電感器電
流相等的點(diǎn)處交叉。^as可以在裝置對(duì)過程、電壓和皿進(jìn)行平衡時(shí)實(shí)現(xiàn)。
可以驗(yàn)證特定電流平衡帶寬(例如16Hz)足以保持穩(wěn)定性，并且可以指定 0f^l信速率以確保均流成員裝置的負(fù)載之間的差異小于總負(fù)載的指定的、可 接受的比例(例如5%)。
均流配置和編程可以通過串行通信或通過弓l腳帶設(shè)置和電阻器來實(shí)現(xiàn)(在 引腳帶設(shè)置中，可將引腳耦合到對(duì)應(yīng)于在邏輯"1"的電壓水平或?qū)?yīng)于邏輯 "0"的電壓水平，以有效itt裝置進(jìn)行編程)。均衡組可以支持無(wú)限數(shù)量的裝置 成員，但是組內(nèi)成員裝置(成員POL調(diào)節(jié)器)的實(shí)際數(shù)量調(diào)節(jié)器可以被指定為 設(shè)定值，例如16，這樣可以在齡單位周期上進(jìn)行相擴(kuò)展或在同組成員的切換 之間有360°/16=22.5°的度數(shù)間隔。在某些實(shí)施例中，均流組的各成員可以用人 工交錯(cuò)分布或者繞著單位相圓自發(fā)分布，以分散開關(guān)效自輸入電壓的影響。 這在圖14中示出，圖14示出了正常調(diào)節(jié)期間的均流，其中GH標(biāo)至控制FET 的控制信號(hào)，而GL表示至同步FET的、該控制信號(hào)的補(bǔ)碼。方波622和624 表示第一 POL裝置各自的柵極信號(hào)，而方波626和628則表示第二 POL裝置 各自的柵極信號(hào)。第一 POL裝置的輸出電流630和第二 POL裝置的輸出電流 632在均流配置中被組合以獲得負(fù)載電流634。
此外，當(dāng)輸出電流增加時(shí)，下降的量一輸出電壓偏離預(yù)期設(shè)定點(diǎn)水平的
13量~~^r以是下降電阻乘以輸出負(fù)載電流的函數(shù)。因此，當(dāng)輸出負(fù)載電流增加 時(shí)，被調(diào)節(jié)的電壓可能下降。然而，主裝置可命令均流組內(nèi)的所有從裝置根據(jù) 檢測(cè)到的輸出電流同時(shí)微調(diào)它們各自的輸出電壓。由于主裝置可以擁有關(guān)于均 流組中活躍裝置的數(shù)量、它的輸出負(fù)載電流以及下降電阻的信息，所以它(主 裝置)可以在通信總線上使所有從裝置同步以界定它們各自的輸出電壓設(shè)定點(diǎn)， 從而將負(fù)載電流和下降電卩艦被調(diào)節(jié)電壓水平的影響降到最小。
此外，控制環(huán)路可用在每個(gè)成員裝置中以作為組同時(shí)響應(yīng)瞬態(tài)事件，即使 成員的電壓控制環(huán)路是相交錯(cuò)的亦然，從而允許增強(qiáng)的瞬態(tài)響應(yīng)。雖然前面用 于均流的被動(dòng)下降均衡方法既簡(jiǎn)單又便宜，但是前述方法通常需要一些形式的 手工校正(例如微調(diào)裝置的輸出電壓)。與之相反，本發(fā)明提出的主動(dòng)下降均流 的各種實(shí)施例可以通過只使用單條總線和單個(gè)相應(yīng)的總線幼、議的全數(shù)字通信技 術(shù)來實(shí)現(xiàn)，由此提高了長(zhǎng)期可靠性。
增加和移除均流組中的相
當(dāng)在多相配置中運(yùn)行多個(gè)POL裝置以增加系統(tǒng)可用的總電流時(shí)，或許有必 要對(duì)均流組適當(dāng)增加或移除一些相。由于某些系統(tǒng)需要而增加相或移除相可能
發(fā)生也可能不發(fā)生，但活躍相(活躍POL調(diào)節(jié)器)的數(shù)*31常取決于均流組在 某些輸出負(fù)載級(jí)的效率或故障情況。為了避免犧牲多相電源系統(tǒng)的效率，在不 弓胞輸出電壓擾動(dòng)的情況下增加和移除一些相(均流組中增加或移除POL調(diào)節(jié) 器)或許是有益的。在大多數(shù)當(dāng)今的實(shí)現(xiàn)中，調(diào)整均流組中所有成員各自的控 制FET的導(dǎo)通時(shí)間來增加或移除相。
在一組實(shí)施例中，可以在不與其它^a通信或不了解其它裝置的情況下，
縮放將,流組增加或移除的裝置的柵極信號(hào)。如前面提到的(參照?qǐng)D6)，控 制FET可在占空比定義的持續(xù)時(shí)間內(nèi)是導(dǎo)通的，相反同步FET可在D' = l-D定 義的開關(guān)周期的持續(xù)時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，其中D為控制FET的占空比。雖然D'通常 僅是柵極-高信號(hào)的逆，但是在增加和移除相時(shí)，D'可以獨(dú)ijt艦行控制。因此， 至同步FET的信號(hào)在本文中被稱作柵極-低信號(hào)。在一組實(shí)施例中，硬件電路/ 元件可被配置用于控制該控制FET信號(hào)的導(dǎo)通時(shí)間和同步FET信號(hào)的導(dǎo)通時(shí) 間。這些硬件電路/元件可被同步以同時(shí)鵬斜,放這兩個(gè)柵極信號(hào)(控制 信號(hào)和至同步FET的信號(hào))。在一組實(shí)施例中，可在不引起輸出電壓瞬變的情況下增加和移除均流組的一些相。在檢測(cè)負(fù)載狀況(例如輕載)的基礎(chǔ)上，可以 增加或移除相而不擾動(dòng)輸出電壓。均流組可以自發(fā)地檢測(cè)負(fù)載狀況(例如輕載)， 或者主處理器可以提供指示負(fù)載狀況的控制信號(hào)或通信。然而，均流組中的裝 置如何確定為何需要增加或是移除該裝置可能是其本身不會(huì)影響增加或移除相 的方式。
在一組實(shí)施例中，電路可被配置用于根據(jù)至少兩種用于無(wú)縫地增加和移除
POL調(diào)節(jié)器的均流組中的一些相的方法運(yùn)行而不擾動(dòng)均流組中招可裝置(POL 調(diào)節(jié)器)的輸出電壓。當(dāng)均流組中的一個(gè)成員通過瞬間消除柵極-高信號(hào)和柵極-低信號(hào)而完全移除它對(duì)輸出電壓的貢獻(xiàn)時(shí)，通常會(huì)引起輸出電壓的瞬變。瞬間 移除成員裝置的柵極-高信號(hào)因此類似于加載情況(負(fù)載增加；亦即輸出端負(fù)載 已增加)可引起輸出電壓的瞬變，其中輸出電壓將振蕩升高。這種情況可能發(fā) 生是因?yàn)殡姼衅?參照?qǐng)D6和7，例如分別是電感器142和103、 105、 107)的 電荷必須縱。相反，如果成員裝置瞬間除去它的柵極-低信號(hào)，那么其電感器 電流將尋找不同的返回路徑，且該瞬變可表現(xiàn)為卸載狀況(負(fù)載減?。灰嗉摧?出端負(fù)載已降低)。瞬變可以是自感應(yīng)的，或者系統(tǒng)可以花幾個(gè)開關(guān)周期來咴復(fù)。
均流組可以交錯(cuò)分布活躍裝置的成相，這可以有效地通過活躍裝置的數(shù)量 來增加開關(guān)頻率，同時(shí)降低輸出紋波。如前面所提到的，圖14示出了正常調(diào)節(jié) 期間均流的信號(hào)示圖，其中雙相均流組(兩個(gè)POL調(diào)節(jié)器一起運(yùn)行)的電流信 號(hào)的相相差180度。在一組實(shí)施例中，均流組的一個(gè)成員裝置可以在可編禾徵 目的開關(guān)周期上依次移除它的GL (柵極-低)和GH (柵極-高)脈沖。這可使 得系統(tǒng)能在平均數(shù)量的周期上對(duì)瞬變做出有禾哋回應(yīng)，而不依靠該裝置如何決 定是否應(yīng)當(dāng)增加或移除它均流組的相貢獻(xiàn)。例如，在某些瞎況下，POL裝置可 以包括執(zhí)行編程指令(例如固件)的控制單元(例如微處理器)，且該控制單元 可以從外部主機(jī)接收通信脈沖或分組，或者該P(yáng)OL裝置自身可以確定可增加或 者移除相。在其它情況下，POL ，可以不包括這樣的控制單元，而皿過其 它方式，例如作為一個(gè)離散有狀態(tài)機(jī)(FSM)來實(shí)現(xiàn)增加或移除相的決定。
在一組實(shí)施例中，可以通過連續(xù)地操縱柵極信號(hào)(亦即GL和GH信號(hào)) 的脈寬來指示POL體中執(zhí)行指令(例如固件)的控制單元(例如微處理器) 或者POL裝置中的離散FSM增加或移除相。為了增加或移除相，該裝置可以 故意地和系統(tǒng)地開通或關(guān)斷它的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)以避免向系統(tǒng)弓l入瞬變。例如，
15可以通過將同步柵極驅(qū)動(dòng)在可編程數(shù)目的開關(guān)周期上調(diào)制成0寬度占空比來實(shí)
現(xiàn)移除相，以及通過將同步柵極驅(qū)動(dòng)在可編程數(shù)目的開關(guān)周期上調(diào)制成具有預(yù) 定或預(yù)期寬度(例如由系統(tǒng)動(dòng)態(tài)決定)的占空比來實(shí)現(xiàn)增加相。
當(dāng)移除相時(shí)，POL裝置可以調(diào)節(jié)或不調(diào)節(jié)體路徑以消除樹可干擾占空比 擾動(dòng)。該驢可以肖搦麟至囀換器的積分器(例如圖6中的PID、搶波器132) 的誤差信號(hào)，且它還可以凍結(jié)積分器的當(dāng)前狀態(tài)。該P(yáng)OL裝置可以在可編程數(shù) 目的開關(guān)周期上緩慢地減小它的GL脈沖的寬度直到其被消除，且該體異步 地切換，如圖15所示，其中一個(gè)POL驢(該瞎況下為POL裝置2)的GL 信號(hào)被逐步消除。隨著GL2被最終消除，第二POL裝置的輸出電流b不斷變 化，還影響了總電流Io。同一POL裝置隨后可通過在可編程數(shù)目的開糊期上 減小GH脈沖的寬度來削弱它的GH信號(hào)直到其被消除，如圖16所示。隨著 GH2被最終消除，第二POL裝置的輸出電流lL2最終也被減小為零，使得總電 流Iq s服宇、第一 POL裝置的輸出電流Iu 。
當(dāng)增加相時(shí)，該裝置可以使用積分器的最后狀態(tài)作為起始操作占空比。該 裝置可以對(duì)輸出電壓采樣和用當(dāng)前感測(cè)到的輸出電壓來預(yù)偏置設(shè)定點(diǎn)電壓以實(shí) 現(xiàn)零誤差^A積分器。積分器可以根據(jù)該感測(cè)到的輸出電壓進(jìn)行初始化以獲得 初始占空比值V WV ,該裝置然后可以通過例如在可編程數(shù)目的開關(guān)周期上 從零到全比例地穩(wěn)步爬升到最大允許脈沖來釋放GH脈沖。該裝置隨后可以在 GL調(diào)制電路中使積分器反向并有效地在可編程數(shù)目的開關(guān)周期上釋放GL脈 沖，隨后釋放積分器以允許該裝置調(diào)節(jié)輸出電壓。
圖17示出了用于降低或釋放同步FET柵極脈沖或GL的寬度的可能電路的 一個(gè)實(shí)施例的控制圖表。該電路可以基于有界的一卩妖限沖激響應(yīng)(HR)、搶波 器696。輸入誤差、W以編程在故障轉(zhuǎn)換表694中，作為圖17戶標(biāo)UCF的欠流 故障、圖17所示OCF的過流故障、或者圖17所示設(shè)置-OCF-啟用和設(shè)置-UCF-啟用的來自控制器(例如微處理器)的控制。在一組實(shí)施例中，iftAlIR滄波器 696的皿輸入(EIN)可被定義為有符號(hào)的兩比特值，并且可以m復(fù)用器654 根據(jù)誤差源選擇信號(hào)進(jìn)行選擇。積分器的回轉(zhuǎn)可由第一增益因子K1 658控制。 系統(tǒng)的穩(wěn)定性可取決于K1的值，，某些實(shí)施例中可定義為8比特整數(shù)。增益 因子K1可用于確定調(diào)制調(diào)整的步幅、積分器回轉(zhuǎn)及頻率。由于輸入的范圍可從 -1到1 (在有符號(hào)的兩比f(wàn)射直的情況下當(dāng)，值被定義為不同的比特長(zhǎng)度時(shí)，范圍可能相應(yīng)地不同)，因此可以消除對(duì)乘法器的需要，因?yàn)橄辈ǚe分器可
以基于i^輸入以Kl估值的幅度遞增或遞減。積分器(664)還可以被配置成 無(wú)符號(hào)和單極的，因?yàn)镚L可以導(dǎo)通或關(guān)斷(如M復(fù)用器668選擇的)，并且 麼波器可能不期望有瞬變。
GL積分器的增益(a)可以M等式1定義，其中X是積分器的運(yùn)行總 和，N是使積分器飽和或關(guān)斷GL.所需要的開關(guān)周期的總數(shù)量
(1) IX會(huì)1。
在求解該積分時(shí)，K^可以根據(jù)所需時(shí)間來表達(dá)，以移除GL (移除GL可 以作為命令通M信總線進(jìn)，Til信，例如圖7中的總線120)，且該切換率
從該式中可以得出:
如圖18所示，GL調(diào)制電路可以運(yùn)行用于削弱柵極-低脈沖(1102)(與對(duì) 應(yīng)的GH脈沖/信號(hào)1104 —起示出)，其中最小脈沖寬度可以編程為0或非0。 圖18還提供了相計(jì)數(shù)器信號(hào)(1106)的一種可能波形，其可以ffi31ii減電路698 (圖17)產(chǎn)生。陰影區(qū)域示出了可能的調(diào)制范圍。
在另一組實(shí)施例中，可通過同時(shí)操作兩個(gè)柵極信號(hào)(GH和GL)的脈沖寬
度來指^行固件或離散狀態(tài)機(jī)的微處理器增加或移除相。為了增加或移除相， 該裝置可以有效地導(dǎo) 關(guān)斷它的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)避免了向系統(tǒng)弓l入瞬變。 該功能可以通過一電^^實(shí)現(xiàn)，該電路可選通向±/向下計(jì)數(shù)器并同時(shí)縮放到典 型的轉(zhuǎn)換器輸出(例如圖6和7示出的轉(zhuǎn)換器實(shí)施例的輸出級(jí))的柵極驅(qū)動(dòng)信 號(hào)。圖19示出了用于在柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)路徑間執(zhí)行共同控制的電路的一個(gè)實(shí)施例。 當(dāng)移除相時(shí)，該裝置可以將誤差信號(hào)驅(qū)動(dòng)為零，其可以有效地凍結(jié)積分器 (DPWM802)的狀態(tài)，且該裝置可以儲(chǔ)存積分器的狀態(tài)。當(dāng)增加相時(shí)，該裝置
為了算出這個(gè)總和，可以將等式1轉(zhuǎn)換戯只分的形式: (2)》G^*dx=l0可以使用積分器的最后狀態(tài)作為起始運(yùn)行占空比?？蛇x擇地，該裝置可以采樣 輸出電壓，且它可以用當(dāng)前感領(lǐng)倒的輸出電壓來預(yù)偏置設(shè)定點(diǎn)電壓，從而實(shí)現(xiàn) 零誤差進(jìn)入積分器。該積分器可以根據(jù)感觀倒的電壓被初始化從而獲得初始占
空比值VWV,該裝置隨后可通過允許計(jì)數(shù)器(808)向上計(jì)數(shù)來釋放GH和 GL脈沖。該計(jì)數(shù)器值可用于在可編程數(shù)目的開關(guān)周期上從邏輯上釋放占空比脈 沖。該裝置可以隨后釋放該積分器以使該裝置能調(diào)節(jié)輸出電壓。
縮放計(jì)數(shù)器808可以向J^向下計(jì)數(shù)到N，也可以從N向^/向下計(jì)數(shù)，且當(dāng) 前計(jì)數(shù)作為N (806)的分?jǐn)?shù)可以產(chǎn)生縮放因子KD，其可用于改變GH信號(hào)的 有效占空比?？s放計(jì)數(shù)器808和DR滄波器810都可以接收指示是否增加^f多除 相的信息的控制信號(hào)(增力卩/移除)。nR滄波器810的輸出可以與計(jì)數(shù)器808的 當(dāng)前計(jì)數(shù)值比較(使用比較器816)，從而提供縮放因子KD，，其可以用于在與 (AND)門814中與經(jīng)修改的GH信號(hào)組合以產(chǎn)生修改后的GL信號(hào)(脈沖)。 如所指示的，當(dāng)IIR^M器的輸出大于或等于計(jì)數(shù)器值的時(shí)候，GL可被保持為 零(0x0)，否貝贓與縮放因子KD，對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間上，它將是GH的逆。
圖20示出了一個(gè)圖表，該圖表示出了在可編程數(shù)目的開關(guān)周期上將同步柵 極驅(qū)動(dòng)調(diào)制為0寬度占空比的過程。如圖20所示，GH和GL可以被同時(shí)調(diào)制 以最終達(dá)到O值，也就是說，沒有脈沖，MM至^f^向的POL調(diào)節(jié)器(該瞎況 下為調(diào)節(jié)器2)的輸出級(jí)。陰影區(qū):^示相應(yīng)信號(hào)的經(jīng)縮放初始寬度。類似地， 圖21示出了一圖表，該圖表示出了在可編程數(shù)目的開關(guān)周期上將同步柵極驅(qū)動(dòng) 調(diào)制為全(D)寬度占空比的過程。如圖21所示，GH和GL可以被同時(shí)調(diào)制 以最終達(dá)到零值，也就是說，沒有脈沖^I^至受影響的POL調(diào)節(jié)器(該瞎況 下為調(diào)節(jié)器2)的輸出級(jí)。
均 荒組的智能管理
還可以設(shè)計(jì)一個(gè)或多個(gè)其它算法 —步改善均流組的性能。該(些)算 飽括如下這些
1. 偽無(wú)主的主-從形式的電流平衡配置，其中倘若當(dāng)前主裝置出于任何原因 退出調(diào)節(jié)，則所有成員體自發(fā)地裁定一個(gè)新的主體指派。
2. 基于系統(tǒng)參數(shù)級(jí)改善效率，例如占空比或輸出電流。該改善可以包括自 發(fā)地增加和移除相的方法以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)開關(guān)頻率的方法。3. 通過基于活躍成員的數(shù)量將繞著單位圓均勻間隔的所有成員相重新分布
的方法，將開關(guān)損耗和輸出紋波最小化。
4. 故障瞎況終止后自發(fā)地恢復(fù)單個(gè)成員。
如前所述，可以實(shí)施，算法以通過數(shù)字總線(例如圖7中的總線120)執(zhí) 行對(duì)均流組的管理。
當(dāng)今的系統(tǒng)不提供勝于裝置-，通信方法的用于對(duì)指定的主,進(jìn)行自發(fā) 重新分布的手段，如果任何裝置故障，這種方法允許系統(tǒng)保持穩(wěn)定和活躍。然 而，在對(duì)組內(nèi)成員相排歹湘X寸彼jt斑行重新分布時(shí)以及調(diào)節(jié)均流組的性能時(shí)，
響應(yīng)于讀取系統(tǒng)參數(shù)自發(fā)地增加或移除相存在很多益處。
POL裝置/調(diào)節(jié)器的均流組可以ffiil很多方式來配置。圖22示出強(qiáng)調(diào)一種 可能的樣本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表，該樣本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可被定義用于均流編程。通M信 總線對(duì)無(wú)主算法的配置可取決于編程唯一的^S標(biāo)識(shí)符，比如ID或地址，其可 在通信總線協(xié)議中4頓。在示出的示例中，可以定義5比特均流組ID或地址。 當(dāng)然比特的數(shù)目可以取決于組內(nèi)POL裝置的數(shù)目，并且可以大于5比特或小于 5比特。另外，組內(nèi)體的數(shù)目、組內(nèi)的位置鄉(xiāng),編號(hào)都可以被指定。此外， 動(dòng)作還可以通過總線來傳達(dá)，比如增加/移除相、從故障中自發(fā)恢復(fù)以及啟動(dòng) 均流算法。
圖23示出通信1300的一個(gè)示例，其中命令1302可以定義事件動(dòng)作，比如 移除/增加相，ID 1304可以表示該均流組的唯一iH只符，比如地址或ID，并 且裝置位置/狀態(tài)1306可以把該3fe^置與其狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，例如裝置移除相。 在這個(gè)實(shí)施例中，第一 (或初始的)主裝置的指定可以由用戶決定，例如對(duì)具 有唯一位置的裝置進(jìn)行編程。比如，如果在均流配置中配置有四個(gè)裝置，那么 位置為0的裝置可以被指定為初始的主裝置，而編程為1、 2、 3的裝置初始可 為從裝置。在一組實(shí)施例中，POL體可能是弓腳帶耦接的，并且在操作期間 它們可以從其通信地址推斷出他們的位置，例如具有總線(比如SM總線) 地址空間的地址0x20的裝置可以如該低位比特定義的譯為位置O。 一旦已申明 了新的主裝置，那么該新的主裝置可以向所有的活躍成員請(qǐng)求信號(hào)，其中該信 號(hào)可指示由于新配置導(dǎo)致的各成員的相移量。通過發(fā)送新相，該主裝置可以計(jì) 算各成員應(yīng)當(dāng)為什么相并與接收到的信息進(jìn)行比較。另外，相的傳輸也可以表 示成員們認(rèn)識(shí)到并認(rèn)同該組。
19在一組實(shí)施例中，可以配置無(wú)主算法來管理均流組成員之間的均^3I信， 并且還實(shí)現(xiàn)均流組內(nèi)的故障管理和故障反應(yīng)。在一組實(shí)施例中，均流組可以配 置有多個(gè)裝置，這些裝置可被編程以使得一個(gè)裝置被指定為均流組中的初始主 裝置，而其他裝置被指定為初始從(或成員)裝置。在另一組實(shí)施例中，這些 裝置可以被編程以使得該組可以自發(fā)指定主裝置。該主裝置可以通過通信總線
(例如I2C、 SM總線或者一些其他的通信總線)主動(dòng)傳送指示當(dāng)前的傲狀態(tài)的 第一信息，其中成員/從裝置j頓該信息來調(diào)劐也們的GH控制信號(hào)的占空比 值以平衡系統(tǒng)中各個(gè)裝置的電流負(fù)載。該主裝置可以繼續(xù)傳送第一信息直到發(fā) 生故障、其相被移除或者其通信接口失敗，在這時(shí)該組中的從成員可以裁定出 新的主裝置。
因此偽無(wú)主的主-從算法可以被定義為這樣的算法，其操作以在包括多條 置的裝置-裝置系統(tǒng)中指定至少一^置作為默認(rèn)的主裝置，并且指定其他的裝 置作為該主裝置的默認(rèn)從裝置。該偽無(wú)主方面是指系統(tǒng)的這樣一種能力，在指 定的默認(rèn)主裝置停止起作用的情況下通過裁定(即根據(jù)包括優(yōu)先級(jí)信息的某種 準(zhǔn)則進(jìn)行指定)新主裝置的能九該系統(tǒng)總是包括至少一個(gè)被指定為主裝置的 裝置，而無(wú)需任何從裝置在總線上明確地要求變成主裝置。在一個(gè)實(shí)施例中， 均流組的所有成員裝置都用狀態(tài)向量彩艮蹤該組其他成員的狀態(tài)。該向量可以 用于例如根據(jù)最低的有效位置或其它的編址方案S跟宗當(dāng)前主裝置(例如其可為 默認(rèn)的主裝置)。此外，系統(tǒng)的默認(rèn)主裝置可以被定義為最低的編程位置(即該 裝置在均流組的裝置中具有最低的，ID)。
均流組的各個(gè)成員可以具有初始配置(即均流組的各個(gè)POL裝置成員可在 運(yùn)行之前被配置)。M成員可以配置有均流組ED (再次參看圖22和23)，其 可以允許多個(gè)組使用同一條通信總線。此外，均流組的各成員可以配置有(或 可以存儲(chǔ))指示該均流組中配置的裝置數(shù)目的信息、和指示該裝置在該組內(nèi)擁 有的唯一位置的信息。在電壓/電流調(diào)整期間，各成員可以在該通信總線上保
持足跟宗有多少成員活躍地均流該輸出電壓，以及哪^a是現(xiàn)在指定的主裝置。
將其自身添加到該組或者退出該組的任何裝置都可以通過該數(shù)據(jù)總線傳遞它的 組ID、它的當(dāng)前狀態(tài)(添加或退出)以及它的〗iS。
圖24示出流程圖，示出了用于POL ^g在增加相時(shí)在均流組內(nèi)配置自己 的方法的一個(gè)實(shí)施例，即當(dāng)POL調(diào)節(jié)IIMB動(dòng)/被激活以在均流配置中,額外的電流時(shí)。所有連接到通信總線的驢艦以通過將接收至啲組ID與它們已編
程的組ID進(jìn)行比較來確定所傳送分組是否與它們相關(guān)(2402)。換句話說，各 體可以首先確定它是否為所傳送分組的預(yù)計(jì)至噠的均流組的部分。如果E)匹 配，那么接收裝置可以評(píng)估在分組中傳送的組成員的狀態(tài)。如果該裝置是將其 自身添加到該組，那么可比較位置(2404)。如果接收到的位置低于接收驢的 編程位置(g卩，如果接收到的信息，^的位置低于接收裝置的編程位置)，那么 接收裝置可以(再次)將其自身配置為從裝置(2408)。如果接收至啲位置高于 該編程位置，接收，就可能不需要重新配置其自身(2406)。接收裝置然后可 以設(shè)置/清除裝置向量中相應(yīng)的位置比特以指示與接收到的位置相對(duì)應(yīng)的裝置 已經(jīng)被添加到該均流組(2410)，并且如果該分組是在正常運(yùn)行期間被接收到的 則繼續(xù)正常運(yùn)行(2412)，或者如果該均流組剛被加電則開始運(yùn)行(2412)。如 果接收裝置的裝置位置在所有活躍體中是最低的，貝咜可以將其自身配置為主 裝置而非不重新配置它自身(在2406中)。
圖25示出了圖解一種方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，該方法用于POL裝置 在移除相時(shí)在均流組內(nèi)配置他們自己，即當(dāng)POL調(diào)節(jié)器將被禁用/去激活而不 在均流配置中提供成員電流時(shí)。又一次，連接到通信總線的所有裝置都可以通 過比較接收至啲組K)與它們的編程組ID來確定所傳送的分組是否是與它們有 關(guān)(2502)。如果所傳送分組中接收到的(狀態(tài))信息指示該縦者正在移除它 的相，那么接收裝置可以首先設(shè)置/清除它的裝置向量中與發(fā)送裝置相對(duì)應(yīng)的 比特來指示與接收至啲位置相對(duì)應(yīng)的裝置已經(jīng)退出(2504)。接收裝置可以隨后 確定它(該接收裝置)當(dāng)前是否為活躍的并且作為主裝置運(yùn)行(2506)，并且如 果是這樣，它可以繼續(xù)正常運(yùn)行(2518)。如果接收裝置確定它當(dāng)前為活躍的且 不^±裝置，那么它隨后可以比較該接收到的位置是否低于接收裝置的編程位 置(2508)，并且如果是這樣，接收裝置可以繼續(xù)正常運(yùn)行(2518)。否則，接 收裝置可以解析裝置向量(2510)來確定它自己在全部的活躍裝置中的位置 (2512)。
如果接收裝置確定它的位置在所有活躍，中不是最低的，它可能將其自 身(再次)配置(或如果它已經(jīng)是，繼續(xù)保持)為從裝置。然而，如果接收裝 置在該點(diǎn)確定它的位置在所有活躍裝置當(dāng)中是最低的，那么它可以將其自身重 新配置為主驢(2514)，然后重新開始正常運(yùn)行(2518)。總的說來，如果接收到的位置指示當(dāng)前的主裝置已經(jīng)退出，那么次低位置的成員可以承擔(dān)主裝置
職責(zé)。還應(yīng)該注意到，圖24和25的流程針對(duì)裝置之間由均流組內(nèi)一^置ID 相對(duì)于另一^h^置ID的相別I^確定的優(yōu)先級(jí)。遵循這里公開的運(yùn)行原則的同 時(shí)，在增加/移除相時(shí)，可以根據(jù)不同于相對(duì)位置的任何指定或預(yù)定或可編程標(biāo) 準(zhǔn)來同樣地確定裝置應(yīng)當(dāng)將其自身(再次)配置為主^S3S^A驢。
還可以改善均流配置的效率。例如，該均流組還可以被配置為自發(fā)檢測(cè)輕 負(fù)載，或者主處理機(jī)(中央控制器)可以提供輕負(fù)載控制信號(hào)或通信?？赏ㄟ^ 一個(gè)或多個(gè)下歹慟作來咴復(fù)均流組的效率在輕輸出負(fù)載時(shí)移除相禾口減減小開 關(guān)頻率，移除相至少可以M兩種方式提高效率。首先，移除相可以提高其余 的活躍成員提供的電流，這可以將它們的效率曲線調(diào)高，從而提高該組的累積 效率。其次，移除相可以減少該系統(tǒng)的有效開關(guān)率，這可以減少/最小化由于切 換FET通斷的速率(即由于FET開通和關(guān)斷的速率)弓胞的損失。簡(jiǎn)單地減小 該開關(guān)頻率也可以因此使FET開通和關(guān) 率弓胞的損失最小化。
M讀取參數(shù)信息(即指示某些參數(shù)的信息)，比如占空比和/或輸出電流， 均流組的主裝置可以確定是否要嘗試通過調(diào)整均流組的活躍成員的數(shù)目來提高 效率，或者上調(diào)還是下調(diào)開關(guān)頻率。就^t前指出的那樣，理想地，該占空比 可以對(duì)應(yīng)于輸入電壓除以期望的輸出電壓。具有測(cè)量其占空比或以某種方式鑒 別其占空比的能力的裝置也許能夠智能地確定其系統(tǒng)的明陛部分應(yīng)當(dāng)最優(yōu)化。 如果觀懂到的占空比大于理想占空比，那么負(fù)載可能高于不連續(xù)區(qū)域，這里不 連續(xù)區(qū)域指的是輸出負(fù)載電流紋波可能穿越零邊界的區(qū)域。因此，如果該測(cè)量 到的均流組當(dāng)前主裝置的占空比小于指定(期望或理想)的{直，那么該主裝置 可以調(diào)整該系統(tǒng)的開關(guān)頻率或活躍成員的數(shù)目以力圖提高組效率。開關(guān)頻率的 調(diào)整可以根據(jù)搜索算M執(zhí)行，比如逐次逼近寄存器(SAR)程序。該調(diào)整過 程可以延續(xù)直到該占空比和/或輸出電、2;1^勢(shì)繼續(xù)，或者皿占空比和/或輸出電 流的指定閾值，并且均流組的主POL調(diào)節(jié)器開始使效率增益調(diào)整反向。在一組 實(shí)施例中，可以通過增加和移除相和/或降低組成員間的共享時(shí)鐘源的頻率來提 高效率。時(shí)鐘源可以是或不是源自成員體中的一個(gè)。然而，時(shí)幹源可以通過 某種形式的控制來調(diào)節(jié)，例如M31i[^通信總線(例如圖7中的總線120)。
均流系統(tǒng)中的性能增益^如較高的有效開關(guān)速率、最小化的輸出紋波、 以及高效地從總線電源汲取電流~~可以通過繞單位圓平均分布各相來實(shí)現(xiàn)。
22例如，具有指定數(shù)量裝置(例如四個(gè)裝置)的系統(tǒng)可以將每個(gè)裝置的成相定位
成偏移相同量(例如就四裝置來說是90度)。在一組實(shí)施例中，各相可以基于 任何給定時(shí)間活躍成員的數(shù)目自發(fā)地分布在均流組中。因?yàn)槌蓡TPOL裝置可以 添加或移除，并且成員裝置可能出于各種可能原因而經(jīng)歷故障狀況，因此其余 活躍裝置可被配置成自發(fā)地重新分布它們的相分布。
均流組的所有成員都可以經(jīng)由狀態(tài)向量鄉(xiāng)艮蹤該組其他成員的狀態(tài)。該狀 態(tài)向量可被配置為存儲(chǔ)信息，該信息根據(jù)特定規(guī)范指示該成員裝置應(yīng)當(dāng)遵循什 么樣的相移。例如，最低編號(hào)的裝置(即該裝置與其他錢相比具有最低的ID
編號(hào))可能為o度偏移，而其他^a可基于相對(duì)位置(相對(duì)于其他裝置)、活躍
裝置的總數(shù)目以及基于裝置硬件能力的一些量化禾號(hào)而交錯(cuò)分布。圖26示出了 均流組中四個(gè)裝置的柵極信號(hào)，其中每一相都與跟IW相編號(hào)(14)的一組柵 極信號(hào)GH和GL相關(guān)聯(lián)，分別標(biāo)引為柵極信號(hào)GH1-GH4和GL1-GH4。所有 的相最初繞著單位圓偏移90度。相1可以位于0度，相2可以位于90度，相3 可以位于180度并且相4可以位于270度。當(dāng)相3和相4被移除(無(wú)論因?yàn)槭?么原因)時(shí)，其可能使相2將其成相從與相1偏離90度重新分布到與相1偏離 180度，如圖26所示。圖27也示出了與圖26所示類似的用于均流組中四個(gè)裝 置的柵極信號(hào)。在這種情況下，相2和相3可以被增加回系統(tǒng)，并且結(jié)果使得 相4可以將其自身從180度偏移量重新分布到270度偏移量。
該均流組還可以以多種方式被配置用于組內(nèi)或較大系統(tǒng)內(nèi)的故障管理。在 一個(gè)實(shí)施例中，該均流組可以配置為"最后，者情景"。也就是說，當(dāng)均流組 內(nèi)單個(gè)POL裝置會(huì)預(yù)故障情況時(shí)，它可能不會(huì)導(dǎo)i^t均流組SA故障狀況， 而是該單^置可簡(jiǎn)單地退出該配置。在另一個(gè)實(shí)施例中，均流組可被配置為 當(dāng)單個(gè)裝置經(jīng)歷故障情況時(shí)集體進(jìn)入故障情況。在最后幸存者配置中， 一裝置 可以配置為根據(jù)一組指定情況斷電，比如溫度或其它的系統(tǒng)異常。在那種情況 下，該裝置可以從該均流組移除它本身就像它是移除的相。這樣，該故障裝置 不會(huì)弓胞輸出電壓的瞬變。經(jīng)歷故障瞎況的裝置可以將移除相事件傳送給該組 的其他均流成員，并且所有成員可以相對(duì)于該故障裝置更新它們的狀態(tài)向量。 然而， 一旦該故障己經(jīng)被清除，該裝置可以被添加回該系統(tǒng)。這可以由單個(gè)裝 置自發(fā)執(zhí)行或由主裝置請(qǐng)求執(zhí)行。如果成員添力倒或退出該組，該組的其余成 員可以根據(jù)狀態(tài)向量重新對(duì)準(zhǔn)它們的相偏移。適當(dāng)傾斜均流$ 的方法
在一組實(shí)施例中，所有成員裝置的輸出電壓的斜坡可以在獨(dú)立應(yīng)用中和跟
蹤應(yīng)用中被同步，同時(shí)減少回流電流。再次，配置在成員POL裝置之間的數(shù)字 通信總線可以用來iStPOL裝置和均流組的智能管理。在一個(gè)實(shí)施例中，由如 圖17和19所示的調(diào)帝ij電路戶標(biāo)，在傾斜之前可以M:根據(jù)驢-裝置通信方法 將斜坡的起始同步，同時(shí)還根據(jù)控制FET信號(hào)的占空比傾斜同步FET的占空比， 來減小回流電流。這些電路還旨辦用于同步所有成員裝置的斜坡以避免輸出電 壓波動(dòng)，并且纟激軍存在于大多數(shù)均流系統(tǒng)中的大規(guī)?；亓麟娏鳌?br> 均衡配置中單個(gè)相電流可以由該轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電壓和負(fù)載線的交叉點(diǎn)確 定。在軟起動(dòng)時(shí)期，每個(gè)轉(zhuǎn)換器的負(fù)載線可以低起動(dòng)并且向最后負(fù)載線位置移 動(dòng)。在一些POL裝置內(nèi)，例如基于微處理器的裝置，可能有處理延遲，其可以 表示為察覺到的每個(gè)裝置的輸出電壓斜坡開始之間的時(shí)差，其可以表現(xiàn)為多個(gè) 負(fù)載線中的顯著差異。因?yàn)楦餮b置連接到同一負(fù)載(借助于該均流配置，例如 參見圖7，其中共同的負(fù)載例示為電阻器112)，這可能導(dǎo)致主裝置和成員/從 裝置的負(fù)載線間的顯著差異，直到達(dá)到斜坡的末端。
圖28示出兩^ff坡主裝置的輸出電壓斜坡和成員/從裝置的輸出電壓斜 坡，其中成員裝置的斜坡顯著地早于主裝置的斜坡開始。為了便于理解，在圖 28中僅示出了一個(gè)從裝置的斜坡。示圖2800圖示了相對(duì)于時(shí)間標(biāo)繪的輸出電 壓，而示圖2802圖示了相對(duì)于輸出電流和總負(fù)載電流標(biāo)繪的輸出電壓。在時(shí)間 點(diǎn)"t"，成員負(fù)載線比主裝置負(fù)載線更接近于最后的負(fù)載線輸出電壓值(以7K平 線表示)。這可能導(dǎo)致在成員/從，電流和主，電流之間明顯不匹配。事實(shí)上， 如示圖2802所示，當(dāng)成員/從裝置電流為正(降壓模式)時(shí)，該系統(tǒng)行為可以 反itt裝置電流為負(fù)(升壓模式)。示圖2802中7X平線表示時(shí)刻"t"時(shí)的負(fù)載 電壓。
因?yàn)樨?fù)載電流是來自兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的電流的總和，所以如果一個(gè)轉(zhuǎn)換器吸收 電流，那么另一個(gè)(多個(gè))轉(zhuǎn)換器可以被要求輸出比負(fù)載實(shí)際上需要的更多的 電流。圖29圖示了主裝置負(fù)載線和從裝置負(fù)載線之間更合需的負(fù)載線關(guān)系，在 這里電流更為平衡。示圖2900圖示了相對(duì)于時(shí)間標(biāo)繪的輸出電壓，而示圖2902 圖示了相對(duì)于輸出電流和總負(fù)載電流標(biāo)繪的輸出電壓。多個(gè)均流裝置的斜坡可以配置有許多額》卜的設(shè)置以緩減回流電流的量。如圖29所示，在時(shí)間"t"，成 員負(fù)載線和主裝置負(fù)載線距離最終負(fù)載線輸出電壓值(以水平線表示)有幾乎 相同的距離。這可以顯著地減少和/或除去在成員/從裝置電流和主裝置電、fc 間任何顯著的不匹配。如示圖2902所示，該系統(tǒng)行為可以反Stt裝置電流和成 員/從^g電流兩者都為正(降壓模式)。示圖2902中的水平線再次g時(shí)間 "t"的負(fù)載電壓。
正如前面提到的那樣，為了獲得圖29中示出的期望的結(jié)果，斜坡開始時(shí)序 可以M在數(shù)字通信總線上通信來同步，而同步FET的控制信號(hào)的脈沖寬度可 以在傾斜期間調(diào)整。當(dāng)均流組中所有成員的斜坡開始的時(shí)序同步時(shí)，可以再次 使用主從類型配置。 一裝置可以初始被配置為主裝置(例如如上所述)，并且所 有其他成員可以被配置為主裝置的從裝置。 一旦均流組的所有成員發(fā)出和檢測(cè) 到系統(tǒng)啟動(dòng)，從POL裝置可以設(shè)置開始傾斜所必需的全部硬件，并且可以在空 閑模式下等待直到該主^S傳送開始斜坡分組。一旦超出從發(fā)出系統(tǒng)啟動(dòng)到斜 坡的期望開始所需的特定時(shí)段，該主裝置可以通ffl信總線向均流組的所有成 員傳送第二分組，使成員開始傾斜它們各自的輸出電壓。第二分組可以作用于 硬件觸發(fā)機(jī)制以允許該裝置開始傾斜輸出電壓，如圖30所示。如圖30所示， 第一組柵極信號(hào)GH1和GL1可以對(duì)應(yīng)于主裝置，而第二組柵極信號(hào)GH2和 GL2可以對(duì)應(yīng)于從裝置。還應(yīng)注意到，因?yàn)樵撝餮b置同時(shí)也是均流組的成員， 它也同樣可響應(yīng)于第二分組而開始傾斜它自己的輸出電壓。在圖30所示的例子 中，主體和從裝置彼此異相180度J^S行。
另外，可,流組內(nèi)各裝置的相應(yīng)各GL信號(hào)使用調(diào)制電路(例如圖17所 示的調(diào)制電路)，以M31^可能多地M^系統(tǒng)中的回流電流來幫助傾斜均流組內(nèi) 各，的相應(yīng)輸出電壓。GL的調(diào)制可以減少可能存在于具有配置成均流組的眾 多控制器的功率級(jí)濾波器內(nèi)的大輸出電流，該均流組以輕微失配的控制器FET 占空比來驅(qū)動(dòng)許多FET。 GL的占空比可以確定可經(jīng)由同步EET放電到地的電 流量。
該調(diào)制電路可以用多種方式配置。在一個(gè)實(shí)施例中，均流組的成員裝置可 以配置對(duì)應(yīng)于中間7jC平、過流水平和欠、^7jC平的電流閾值(即用于輸出電流的 閾值)。如果^3i^些閾值中的任何一個(gè)，該調(diào)制電路可使同步FET的占空比抖
動(dòng)。通過使同步FET的占空比抖動(dòng)，成員裝置 以限制m電麟放電的電流量。同時(shí)，高側(cè)FET的占空比可以延時(shí)，并在輸出時(shí)被復(fù)制為同步FET的脈沖 寬度，如圖31所示。這可以將經(jīng)過電感器放電的電流量限制為通過均流組中各 成員的電感器流至輸出端的電流量。此外，最小的低側(cè)占空比可以被編禾翻于 傾斜過程的持續(xù)期，如圖18先前示出的那樣(同時(shí)參考上文的附加說明)。最 后，配置在POL調(diào)節(jié)器內(nèi)的控制器(比如微控制器或微處理器)可以用于基于 例如占空比或輸出電流等系統(tǒng)參數(shù)來確定同步(低側(cè))FET必需的占空比。 , 調(diào)制電路17可以被編程以將GL脈沖完全調(diào)整偏離開，或者可調(diào)整最小脈 ;中寬度，如圖18所示。在某些情況下，該功率系統(tǒng)可以不以異步模式運(yùn)行。用 于調(diào)制的可能范圍可以定義在最小脈沖寬度設(shè)置到GH的上升沿之間。然而該 有效調(diào)制范圍可以是該GL脈沖自身的占空比。 一旦已經(jīng)達(dá)到期望的輸出電壓 并且傳送了信號(hào)或分組以指示均流組可以運(yùn)行，則該裝置可以開始釋放低側(cè) FET占空比使其為高側(cè)FET占空比的預(yù)期逆或D'=l-D，其中D=V , / V駄。 圖32示出柵極信號(hào)和輸出電流波形,圖示了從裝置怎樣釋放低側(cè)FET占空比以 獲得高側(cè)FET占空比的預(yù)期逆。
可使用電路(例如圖19所示的一個(gè)電路)來同時(shí)地操作高側(cè)和低側(cè)FET 柵極信號(hào)的脈沖寬度。正如前面關(guān)于圖19的實(shí)施例艦的，這可通31M向上 計(jì)數(shù)器并且同時(shí)縮放到典型的升壓轉(zhuǎn)換器輸出濾波器(例如圖6和7所示的輸 出級(jí))的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)來完成。
雖然在上面已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地描述了該實(shí)施例，但也可能有其他版本。對(duì)本 領(lǐng)域技術(shù)人員來說，只要理解了上述公開內(nèi)容，許多的變化和修改將變得很明 顯。所附權(quán)禾腰求旨在被解釋為涵蓋所有這些變化和修改。注意，這里4頓的 章節(jié)標(biāo)題僅用于行文結(jié)構(gòu)的目的，并不意,對(duì)這里的說明或所附的權(quán)利要求 進(jìn)行限制。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括通信總線；以及多個(gè)POL(負(fù)載點(diǎn))調(diào)節(jié)器，其耦合到通信總線，并配置成均流配置，其中所述多個(gè)POL調(diào)節(jié)器中的每個(gè)POL調(diào)節(jié)器具有各自的輸出級(jí)，它們耦合到公共負(fù)載并配置成產(chǎn)生各自的輸出電流，其中每個(gè)POL調(diào)節(jié)器在均流配置中有各自的相，其中每個(gè)POL調(diào)節(jié)器被配置成根據(jù)與所述總線對(duì)應(yīng)的總線通信協(xié)議通過所述總線發(fā)送并接收信息；其中當(dāng)作為主裝置運(yùn)行的POL調(diào)節(jié)器出于任何原因退出調(diào)節(jié)時(shí)，所述多個(gè)POL調(diào)節(jié)器被配置成自發(fā)裁定新的主裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中主裝置退出調(diào)節(jié)是以下一個(gè)或多個(gè)的結(jié)果故障發(fā)生；主裝置的相應(yīng)相被移除；或者 主裝置至嗵信總線的通信接口故障。
3. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)POL調(diào)節(jié)器被配置成自發(fā)增加 和移除所述POL調(diào)節(jié)器的相，同時(shí)重新分布卩，POL調(diào)節(jié)器相對(duì)于彼此的相 排列。
全文摘要
一種分布式功率管理系統(tǒng)可包括通信總線和多個(gè)POL(負(fù)載點(diǎn))調(diào)節(jié)器，其中POL(負(fù)載點(diǎn))調(diào)節(jié)器耦合到通信總線，并配置成均流配置，在均流配置中多個(gè)POL調(diào)節(jié)器中的每個(gè)POL調(diào)節(jié)器具有各自的輸出級(jí)，它們耦合到公共負(fù)載并配置成產(chǎn)生各自的輸出電流。每個(gè)POL調(diào)節(jié)器在均流配置中有各自的相，并可根據(jù)與總線對(duì)應(yīng)的總線通信協(xié)議通過總線發(fā)送并接收信息。當(dāng)作為主裝置運(yùn)行的POL調(diào)節(jié)器退出調(diào)節(jié)時(shí)，多個(gè)POL調(diào)節(jié)器可自發(fā)裁定新的主裝置，其中主裝置退出調(diào)節(jié)是在故障發(fā)生、主裝置的相應(yīng)相被移除、和/或主裝置到通信總線的通信接口故障時(shí)。多個(gè)POL調(diào)節(jié)器可自發(fā)增加和移除相，同時(shí)自發(fā)地重新分布POL調(diào)節(jié)器相對(duì)于彼此的相排列。
文檔編號(hào)H02M3/156GK101686013SQ20091017335
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者D·E·海涅曼, N·J·黑文斯 申請(qǐng)人:英特賽爾美國(guó)股份有限公司