專利名稱：用于多相降壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)pfm/pwm模式轉(zhuǎn)變的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多相DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器，更具體地，涉及具有脈沖頻率調(diào)制和脈沖寬 度調(diào)制操作模式的多相DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器。
現(xiàn)有技術(shù)在脈沖寬度調(diào)制(PWM)操作模式下運(yùn)行的DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器在輕負(fù)載情況下操作 時(shí)具有若干缺點(diǎn)。在輕負(fù)載情況期間，由于每個(gè)周期中的切換損耗和傳導(dǎo)損耗，在PWM模式 下運(yùn)行的DC/DC轉(zhuǎn)換器具有較低效率。DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)的脈沖頻率調(diào)制模式(PFM)在輕負(fù) 載情況時(shí)將具有導(dǎo)致低功耗的優(yōu)點(diǎn)。這要?dú)w因于在PFM模式下運(yùn)行的DC/DC轉(zhuǎn)換器僅在它 們需要時(shí)——諸如在輸出電壓下降至某一電平時(shí)——導(dǎo)通功率晶體管的事實(shí)。脈沖頻率操 作模式的使用在單通道DC/DC轉(zhuǎn)換器中廣泛使用，但卻未被應(yīng)用于多相DC/DC轉(zhuǎn)換器或多 芯片電流共享轉(zhuǎn)換器。因此，需要在多相DC/DC轉(zhuǎn)換器中既實(shí)現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制操作模式又 實(shí)現(xiàn)脈沖頻率調(diào)制操作模式。

發(fā)明內(nèi)容
如本文中公開和描述的，本發(fā)明在其一個(gè)方面包括多相DC/DC調(diào)壓器。調(diào)壓器包 括多個(gè)DC/DC調(diào)壓器，每個(gè)DC/DC調(diào)壓器與多相調(diào)壓器的相關(guān)聯(lián)。多個(gè)DC/DC調(diào)壓器中的每 一個(gè)還包括連接在輸入電壓節(jié)點(diǎn)和相節(jié)點(diǎn)之間的第一開關(guān)晶體管。第一開關(guān)晶體管響應(yīng)于 開關(guān)控制信號(hào)。第二開關(guān)晶體管連接在相節(jié)點(diǎn)和接地節(jié)點(diǎn)之間并且響應(yīng)于開關(guān)控制信號(hào)。 電感器連接在相節(jié)點(diǎn)和輸出電壓節(jié)點(diǎn)之間?？刂七壿嬳憫?yīng)于脈沖控制信號(hào)生成開關(guān)控制信 號(hào)。PFM/PWM轉(zhuǎn)變邏輯生成脈沖控制信號(hào)。響應(yīng)于誤差電壓、來(lái)自輸出電壓節(jié)點(diǎn)的反饋電壓 和通過(guò)電感器的電感器電流，脈沖控制信號(hào)在PWM信號(hào)和PFM信號(hào)之間轉(zhuǎn)變。誤差放大器 響應(yīng)于反饋電壓和基準(zhǔn)電壓生成誤差電壓。多個(gè)相中每一相的每個(gè)誤差放大器的輸出彼此 連接。補(bǔ)償阻抗連接在輸出電壓節(jié)點(diǎn)和接地節(jié)點(diǎn)之間。附圖簡(jiǎn)述為了更全面地理解，現(xiàn)參考以下結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，在附圖中

圖1是多相降壓轉(zhuǎn)換器的框圖；圖2是示出包括PFM/PWM轉(zhuǎn)變邏輯的多相降壓轉(zhuǎn)換器的框圖；圖3是提供包括在PFM和PWM操作模式之間轉(zhuǎn)變的能力的多相降壓調(diào)節(jié)器更詳細(xì) 圖示的示意性框圖；圖4是描述從PFM操作模式切換到PWM操作模式的操作的流程圖5是描述從PWM操作模式切換到PFM操作模式的操作的流程圖；圖6示出顯示PFM和PWM操作模式之間轉(zhuǎn)變的各種波形。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，其中在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記用來(lái)指代相同的元件，說(shuō)明和 描述了用于多相降壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)PFM/PWM模式轉(zhuǎn)變的系統(tǒng)和方法的多個(gè)視圖和實(shí)施例，還描 述了其它可能的實(shí)施例。這些附圖不一定是按比例繪制的，而且只是為了說(shuō)明起見，在某些 實(shí)例中有幾處已將附圖放大和/或簡(jiǎn)化。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將可理解基于可能實(shí)施方式 的以下示例的許多可能應(yīng)用和變型。DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器響應(yīng)于所提供的DC輸入電壓提供經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出電壓。DC/ DC轉(zhuǎn)換器可包括單相和多相電壓轉(zhuǎn)換器。大多數(shù)多相DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器在脈沖寬度調(diào)制 (PWM)操作模式下操作。然而，在輕負(fù)載情況下，由于每個(gè)周期中的切換損耗和傳導(dǎo)損耗， PWM操作模式提供低系統(tǒng)效率。將脈沖頻率調(diào)制(PFM)操作模式引入DC/DC多相電流共享 轉(zhuǎn)換器能提高系統(tǒng)操作效率并降低功率損耗。DC/DC轉(zhuǎn)換器中的脈沖頻率調(diào)制操作模式在 輕負(fù)載情況下，就功率損耗而言有若干優(yōu)點(diǎn)。在輕負(fù)載情況下，在PFM操作模式下操作的 DC/DC轉(zhuǎn)換器與在PWM操作模式下操作的DC/DC轉(zhuǎn)換器相比將具有低得多的功率損耗。在 PFM操作模式下運(yùn)行的轉(zhuǎn)換器僅在它們需要時(shí)——例如當(dāng)輸出電壓下降至某一電平時(shí)—— 導(dǎo)通開關(guān)功率晶體管。盡管PFM和PWM操作模式之間的切換技術(shù)在單通道DC/DC轉(zhuǎn)換器中 廣泛使用，但該技術(shù)未被實(shí)現(xiàn)在多相DC/DC轉(zhuǎn)換器中?，F(xiàn)參考附圖，更具體地參考圖1，示出了多相DC/DC轉(zhuǎn)換器的框圖。在多相DC/DC 轉(zhuǎn)換器中，將輸入電壓施加到多個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器102的輸入端。每個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器102與 所提供的輸入電壓的不同相關(guān)聯(lián)。每一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器102的輸出在單個(gè)節(jié)點(diǎn)104處結(jié)合在 一起以提供單個(gè)輸出電壓、_。將每個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器102并聯(lián)地放置在輸入和負(fù)載之間。在 切換周期上以均勻間隔的區(qū)間導(dǎo)通每個(gè)相。多相轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)點(diǎn)在于負(fù)載電流在多相轉(zhuǎn) 換器的最后相之間分裂。這種負(fù)載分裂允許與每個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器102相關(guān)聯(lián)的開關(guān)晶體管上 的熱損耗散布在較大區(qū)域上。多相轉(zhuǎn)換器提供的另一個(gè)同等重要的優(yōu)點(diǎn)在于輸出波紋被若 干相分割。因此，多相配置使得負(fù)載能夠經(jīng)歷NX切換頻率的波紋頻率?，F(xiàn)在參考圖2，更具體地示出包括PFM/PWM轉(zhuǎn)變邏輯的多相降壓轉(zhuǎn)換器的配置。在 輸入節(jié)點(diǎn)202將輸入電壓施加到每個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器102。輸入電壓被施加在一對(duì)開關(guān)晶 體管204和208兩端。晶體管204包括P溝道晶體管，該P(yáng)溝道晶體管具有連接在節(jié)點(diǎn)202 和相節(jié)點(diǎn)210之間的漏/源路徑。晶體管208包括N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接 在相節(jié)點(diǎn)210和接地節(jié)點(diǎn)212之間的漏/源路徑。晶體管204和208中的每一個(gè)的柵極連 接成從控制邏輯214接收脈沖控制信號(hào)。連接至相節(jié)點(diǎn)210的是連接在節(jié)點(diǎn)210和輸出電 壓節(jié)點(diǎn)218之間的電感器216。每個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器102的輸出連接至輸出電壓節(jié)點(diǎn)218。電 容器220連接在節(jié)點(diǎn)218和接地之間，且輸出負(fù)載222也連接在節(jié)點(diǎn)218和接地之間。控制邏輯214響應(yīng)于從PFM/P麗轉(zhuǎn)變邏輯224接收的輸入信號(hào)，向開關(guān)晶體管204 和208的柵極提供開關(guān)控制信號(hào)。PFM/PWM轉(zhuǎn)變邏輯224接收若干輸入以確定是否在PFM 和PWM操作模式之間轉(zhuǎn)變控制邏輯214。PFM/PWM轉(zhuǎn)變邏輯224經(jīng)由線路226監(jiān)視節(jié)點(diǎn)202 的電感器電流。另外，PFM/PWM轉(zhuǎn)變邏輯224監(jiān)視通過(guò)節(jié)點(diǎn)212的電感器零電流交叉。最后，PFM/PWM轉(zhuǎn)變邏輯224被連接成從誤差放大器228接收輸入。使用分離的PFM/PWM轉(zhuǎn) 變邏輯224和誤差放大器228，是因?yàn)橹T相不一定在一個(gè)芯片中且可在不同單元中，并且它 們之間僅有的聯(lián)系是軟起動(dòng)和誤差放大器的輸出。誤差放大器228的非反相輸入端被連接 成接收基準(zhǔn)電壓VKEF，且其反相輸入端被連接至來(lái)自輸出電壓節(jié)點(diǎn)218的反饋電壓VFB。誤 差放大器228生成表示VFB和VKEF之差的誤差電壓?，F(xiàn)在參考圖3，示出多相降壓轉(zhuǎn)換器和與其相關(guān)聯(lián)的PFM/PWM轉(zhuǎn)變邏輯224的更 詳細(xì)框圖。如前所述，在輸入電壓節(jié)點(diǎn)202跨過(guò)上開關(guān)晶體管204和下開關(guān)晶體管208提 供輸入電壓。開關(guān)晶體管204包括P溝道晶體管(在選擇性實(shí)施例中也可使用N溝道晶體 管)，該P(yáng)溝道晶體管具有連接在節(jié)點(diǎn)202和相節(jié)點(diǎn)210之間的源/漏路徑。第二開關(guān)晶體 管208包括N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接在相節(jié)點(diǎn)210和接地節(jié)點(diǎn)211之間的 漏/源路徑。電感器216連接在相節(jié)點(diǎn)210和輸出電壓節(jié)點(diǎn)218之間。并聯(lián)連接在輸出電 壓節(jié)點(diǎn)218和接地之間的是電容器220和輸出負(fù)載222。開關(guān)晶體管204和208從控制邏輯214接收其開關(guān)控制信號(hào)?？刂七壿?14響應(yīng) 于從多路復(fù)用器302的輸出端接收的PWM信號(hào)或PFM信號(hào)生成用于上開關(guān)晶體管204和下 開關(guān)晶體管208的控制信號(hào)。多路復(fù)用器302響應(yīng)于從模式轉(zhuǎn)變邏輯304接收的模式選擇 控制信號(hào)在所提供的PWM信號(hào)和PFM信號(hào)之間進(jìn)行選擇。將PWM信號(hào)從PWM比較器306提供給多路復(fù)用器302。PWM比較器306被連接成 在非反相輸入端接收來(lái)自誤差放大器228輸出的誤差電壓Ve。PWM比較器306另外在反相 輸入端上接收斜率補(bǔ)償信號(hào)，并且被連接成在另一個(gè)反相輸入端通過(guò)電流傳感器308監(jiān)視 節(jié)點(diǎn)202的電感器電流。PWM比較器306將電感器電流和補(bǔ)償電壓的和與誤差電壓進(jìn)行比較。將脈沖頻率調(diào)制(PFM)信號(hào)從PFM比較器310提供給多路復(fù)用器302的輸入端。 PFM比較器310限制PFM操作模式下的峰值電流，以防止太多能量被送入負(fù)載222并限制來(lái) 自關(guān)聯(lián)相的輸出波紋。PFM比較器310將節(jié)點(diǎn)202的電感器電流與峰值電壓VPEAK進(jìn)行比 較。將感測(cè)的電流提供在比較器310的反相節(jié)點(diǎn)上，并且將VPEAK電壓提供在比較器310 的非反相輸入端上。多路復(fù)用器302選擇PWM還是PFM信號(hào)由模式轉(zhuǎn)變邏輯304控制。模式轉(zhuǎn)變邏輯 304基于若干不同的輸入確定從PFM操作模式向PWM操作模式的轉(zhuǎn)變以及從PWM操作模式 向PFM操作模式的轉(zhuǎn)變。零交叉檢測(cè)邏輯312通過(guò)監(jiān)視通過(guò)接地節(jié)點(diǎn)212的電流來(lái)確定電 感器216內(nèi)的零電流交叉次數(shù)。每當(dāng)在電感器216內(nèi)檢測(cè)到零電流交叉，就由零交叉檢測(cè)邏 輯312將這一指示提供給模式轉(zhuǎn)變邏輯304。模式轉(zhuǎn)變邏輯304還從遲滯比較器314接收 輸入。遲滯比較器314用于確保正向PFM操作模式轉(zhuǎn)換的調(diào)壓器的相不會(huì)響應(yīng)于來(lái)自誤差 放大器228的控制電壓響應(yīng)于瞬變的些許跳動(dòng)而立即跳回PWM操作模式。比較器314將反 相輸入端上的反饋電壓VFB與其非反相輸入端上的基準(zhǔn)電壓VKEF進(jìn)行比較。在如比較器314 所確定的反饋電壓下降到低于基準(zhǔn)電壓之前，將不允許轉(zhuǎn)變回PWM操作模式。該基準(zhǔn)電壓 不同于連接至誤差放大器的非反相輸入端的基準(zhǔn)電壓，取決于設(shè)計(jì)或應(yīng)用，它比該基準(zhǔn)電 壓低1.5%、2%、3%等。模式轉(zhuǎn)變邏輯304還從比較器316接收控制輸入。比較器316在 其非反相輸入端接收來(lái)自誤差放大器228的輸出，并將閾值電壓VTHe施加到其反相輸入端。 比較器316將來(lái)自誤差放大器228輸出的誤差電壓與閾值電壓VTHe進(jìn)行比較，確定在哪一點(diǎn)允許從PWM操作模式向PFM操作模式的轉(zhuǎn)變。因此，當(dāng)Vc > VTHC時(shí)，電路從PFM轉(zhuǎn)變至 PWM ；當(dāng)Vc < VTHC時(shí)，什么都不做，且如果發(fā)生零交叉情況，則發(fā)生從PWM至PFM的轉(zhuǎn)變。如上所述，多相調(diào)節(jié)器還包括與調(diào)壓器的每個(gè)相關(guān)聯(lián)的誤差放大器228。非反相 輸入端連接至基準(zhǔn)電壓VKEF，且反相輸入端連接至反饋電壓VFB。每個(gè)誤差放大器228的輸 出端在節(jié)點(diǎn)318結(jié)合在一起，以便在PWM操作模式下電流共享。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)連接至節(jié)點(diǎn)318。 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包括連接在節(jié)點(diǎn)318和接地之間的電容器320。與電容器320并聯(lián)連接的是連接 在節(jié)點(diǎn)318和節(jié)點(diǎn)324之間的電容器322和連接在節(jié)點(diǎn)324和接地之間的電阻器326的串 聯(lián)連接。反饋電壓VFB通過(guò)分壓網(wǎng)絡(luò)328施加到誤差放大器228的反相輸入端。分壓網(wǎng)絡(luò) 328包括連接在節(jié)點(diǎn)218和節(jié)點(diǎn)332之間的電阻器330。節(jié)點(diǎn)332連接至每個(gè)誤差放大器 228的反相輸入端。第二電阻器334連接在節(jié)點(diǎn)332與接地之間。電容器336與電阻器330 并聯(lián)連接在節(jié)點(diǎn)218和節(jié)點(diǎn)332之間。將在具有PFM和PWM操作模式的多相DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)實(shí)現(xiàn)的本質(zhì)挑戰(zhàn)是從輕負(fù) 載情況向重負(fù)載情況的轉(zhuǎn)變(PFM模式至PWM模式)和從重負(fù)載情況向輕負(fù)載情況的轉(zhuǎn)變 (PWM模式至PFM模式)。當(dāng)在單相轉(zhuǎn)換器內(nèi)從PFM模式向PWM模式轉(zhuǎn)變時(shí)，容易確定轉(zhuǎn)變 點(diǎn)。在一種方法中，當(dāng)來(lái)自輸出電壓節(jié)點(diǎn)的反饋電壓下降到基準(zhǔn)電壓的某一百分比時(shí)，模式 將改變。然而，由于通道之間的不匹配，在多相DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)使用單個(gè)參數(shù)是不充分的。 例如，如果一個(gè)通道觸發(fā)反饋電壓下降，則該通道將切換至PWM操作模式且將輸出電壓拉 回到正常。當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，PWM模式中的相繼續(xù)向負(fù)載提供電流，直到它達(dá)到由VTHe設(shè)定的 閾值。參考圖4更全面地示出PFM模式向PWM模式轉(zhuǎn)變的方法。最初，在步驟402，電路 工作在PFM(輕負(fù)載)操作模式下。在PFM模式下，如前所述，多路復(fù)用器302正將PFM信 號(hào)提供給控制邏輯214。在步驟404，將反饋電壓VFB與基準(zhǔn)電壓VKEF進(jìn)行比較。然后，詢問(wèn) 步驟406確定VKEF-VFB之差是否大于基準(zhǔn)電壓VKEF的1. 5%。如果不是，則詢問(wèn)步驟406繼 續(xù)監(jiān)視基準(zhǔn)電壓和反饋電壓之差。同時(shí)，在步驟408，進(jìn)行VTOMP電壓和電壓閾值VTH之間的比 較。響應(yīng)于該比較，詢問(wèn)步驟410確定VOTP電壓是否大于VTH電壓。如果不是，則詢問(wèn)步驟 410繼續(xù)監(jiān)視VC0MP和VTH的比較。一旦詢問(wèn)步驟406確定VEEF和VFB之差大于VEEF m 1.5% 或者詢問(wèn)步驟410確定VOTP大于VTH，則在步驟412電路切換至PWM操作模式。當(dāng)負(fù)載222 增大時(shí)，發(fā)生從PFM模式向PWM模式的切換。當(dāng)VKEF處于不同相時(shí)，比較器314的偏置電壓(比較VFB和Vke/(1_1.5%)的電壓) 在這里實(shí)際上起重要作用。因?yàn)橄嗫稍诓煌腎C中，所以它們來(lái)自不同的帶隙電路。在沒 有這種偏置和VKEF不匹配的情況下，所有的轉(zhuǎn)變同時(shí)發(fā)生。然而，一個(gè)相總是在其它相之前 從PFM轉(zhuǎn)變到PWM，且如以下圖6所看到的，VFB被立即調(diào)節(jié)回到VKEF。如果沒有其它機(jī)理， 在負(fù)載增大時(shí)，該相維持所有負(fù)載?，F(xiàn)在參考圖5，示出當(dāng)負(fù)載222減小時(shí)從PWM操作模式轉(zhuǎn)變到PFM操作模式的流程 圖。在步驟502，電路最初工作在PWM模式下。在這種模式轉(zhuǎn)變方案下，電感器電流用于確 定何時(shí)從PWM模式切換至PFM模式。因此，詢問(wèn)步驟504確定電感器電流何時(shí)小于或等于 0。如果該電流不小于或等于0，則詢問(wèn)步驟504繼續(xù)監(jiān)視電感器電流。當(dāng)負(fù)載下降至某一 電平時(shí)，電感器電流將達(dá)到0值。當(dāng)電感器電流變?yōu)?或負(fù)時(shí)，消極地影響電路的效率。響應(yīng)于0或負(fù)電感器電流，在步驟506預(yù)置計(jì)數(shù)器。詢問(wèn)步驟508確定計(jì)數(shù)器是否等于0。如 果不是，則在步驟510計(jì)數(shù)器減一，且詢問(wèn)步驟512確定電感器電流是否小于或等于0。如 果不是，則控制傳遞回步驟502，且電路繼續(xù)工作在PWM模式下。如果詢問(wèn)步驟512確定電 感器電流保持小于或等于0，則控制傳遞回詢問(wèn)步驟508，確定計(jì)數(shù)器當(dāng)前是否為0。一旦計(jì) 數(shù)器遞減到0，指示轉(zhuǎn)換器已經(jīng)保持電感器負(fù)電流達(dá)預(yù)定數(shù)量的切換周期，則在步驟514轉(zhuǎn) 換器將切換至PFM操作模式。在多相DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)，當(dāng)一個(gè)相從PWM模式切換到PFM模 式時(shí)，這并不一定表示每個(gè)相將同樣這樣做。其它相由于它們分擔(dān)更多負(fù)載而將保持在PWM 操作模式下更長(zhǎng)時(shí)間。在這里，效率是關(guān)鍵因素。如果一個(gè)相可維持負(fù)載，則在PWM模式下 導(dǎo)通所有的其它相導(dǎo)致不必要的功率損耗。遲滯比較器314確保從PWM模式切換到PFM模 式的相不會(huì)由于誤差放大器輸出端的控制電壓經(jīng)歷電壓瞬變而立即跳回到PWM模式?，F(xiàn)在參考圖6，示出了參照?qǐng)D3所述電路說(shuō)明PFM和PWM轉(zhuǎn)變操作的各種波形。波 形602表示節(jié)點(diǎn)218上的輸出電壓。電流波形604表示電感器216 (頂部)的電感器電流。 電流波形606表示電感器216(底部)的電感器電流。最后，電流波形608表示輸出負(fù)載 222的負(fù)載電流。從PFM向PWM模式的轉(zhuǎn)變發(fā)生在點(diǎn)610。從PWM向PFM操作模式的轉(zhuǎn)變 發(fā)生在圖中的點(diǎn)612。通過(guò)在輕負(fù)載情況下在多相電流共享降壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)引入脈沖頻率操 作模式，提高了轉(zhuǎn)換器的效率并提供了功耗的降低，同時(shí)提供了 PFM和PWM操作模式之間的 平滑轉(zhuǎn)變。提出的設(shè)計(jì)提供了在輕負(fù)載轉(zhuǎn)變內(nèi)極低的功耗以及向PWM模式的轉(zhuǎn)變，并且當(dāng) 負(fù)載增大時(shí)自動(dòng)的電流共享改進(jìn)了整體電路操作。不需要專用的引腳用于通道之間的相互
通{曰。得益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到，在多相降壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)用于PFM/ PWM模式轉(zhuǎn)變的系統(tǒng)和方法提供了改進(jìn)的重負(fù)載操作和輕負(fù)載操作。應(yīng)當(dāng)理解的是，本文中 的附圖和詳細(xì)描述應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性而不是限制的，而且并不旨在受限于所公開的特定形 式和示例。反之，所包括的是未背離本發(fā)明如所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍的對(duì)本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員而言明顯的任何進(jìn)一步修改、變化、重新排列、替換、替代物、設(shè)計(jì)選擇以 及實(shí)施方式。因此，旨在使所附權(quán)利要求被解釋為包含所有這些進(jìn)一步修改、變化、重新排 列、替換、替代物、設(shè)計(jì)選擇以及實(shí)施方式。附圖中的主要組件的附圖標(biāo)記列表
102降壓轉(zhuǎn)換器324節(jié)點(diǎn)104節(jié)點(diǎn)326電阻器r202輸入節(jié)點(diǎn)328分壓網(wǎng)絡(luò)204開關(guān)晶體管330電阻器208開關(guān)晶體管332模式210相節(jié)點(diǎn)334電阻器
權(quán)利要求
一種多相調(diào)壓器，包括多個(gè)DC/DC調(diào)壓器，所述DC/DC調(diào)壓器中的每一個(gè)與多相調(diào)壓器的相關(guān)聯(lián)，所述多個(gè)DC/DC調(diào)壓器中的每一個(gè)包括連接在輸入電壓節(jié)點(diǎn)和相節(jié)點(diǎn)之間響應(yīng)于開關(guān)控制信號(hào)的第一開關(guān)晶體管；連接在所述相節(jié)點(diǎn)和接地節(jié)點(diǎn)之間響應(yīng)于所述開關(guān)控制信號(hào)的第二開關(guān)晶體管；連接在所述相節(jié)點(diǎn)和輸出電壓節(jié)點(diǎn)之間的電感器；用于響應(yīng)于脈沖控制信號(hào)生成所述開關(guān)控制信號(hào)的控制邏輯；用于生成所述脈沖控制信號(hào)的PFM/PWM轉(zhuǎn)變邏輯，其中響應(yīng)于誤差電壓、來(lái)自所述輸出電壓節(jié)點(diǎn)的反饋電壓和通過(guò)所述電感器的電感器電流，所述脈沖控制信號(hào)在PWM信號(hào)和PFM信號(hào)之間轉(zhuǎn)變；用于響應(yīng)于所述反饋電壓和基準(zhǔn)電壓生成所述誤差電壓的誤差放大器，其中所述多個(gè)相中每一個(gè)的每個(gè)誤差放大器的輸出彼此連接；以及連接在輸出電壓節(jié)點(diǎn)和接地節(jié)點(diǎn)之間的補(bǔ)償阻抗。
2.如權(quán)利要求1所述的多相調(diào)壓器，其特征在于，所述PFM/PWM轉(zhuǎn)變邏輯還包括第一控制邏輯，用于生成所述PWM信號(hào)和所述PFM信號(hào)中的每一個(gè)并響應(yīng)于模式選擇 信號(hào)選擇所述PWM信號(hào)和所述PFM信號(hào)之一；以及模式選擇邏輯，用于響應(yīng)于所述誤差電壓、所述反饋電壓和所述電感器電流生成所述 模式選擇信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的多相調(diào)壓器，其特征在于，所述第一控制邏輯還包括PWM比較器，用于響應(yīng)于所述誤差電壓與電感器電流和斜率電流之和的比較生成所述 PWM信號(hào)；PFM比較器，用于響應(yīng)于所述電感器電流與峰值的比較生成所述PFM信號(hào)； 多路復(fù)用器，所述多路復(fù)用器被連接成接收所述PWM信號(hào)和所述PFM信號(hào)，并且響應(yīng)于 所述模式選擇信號(hào)輸出所述PWM信號(hào)和所述PFM信號(hào)之一作為所述脈沖控制信號(hào)。
4.如權(quán)利要求2所述的多相調(diào)壓器，其特征在于，所述模式選擇邏輯還包括 零交叉檢測(cè)器，用于檢測(cè)電感器電流何時(shí)下降到零以下并響應(yīng)于此生成零檢測(cè)信號(hào)； 遲滯比較器，用于生成控制所述脈沖控制信號(hào)何時(shí)從所述PFM信號(hào)轉(zhuǎn)變到所述PWM信號(hào)的遲滯信號(hào)；轉(zhuǎn)變比較器，用于響應(yīng)于所述誤差電壓和轉(zhuǎn)變閾值電平的比較確定何時(shí)在所述PFM信 號(hào)和所述PWM信號(hào)之間切換；以及控制邏輯，用于響應(yīng)于所述零檢測(cè)信號(hào)的輸出、所述遲滯信號(hào)和所述轉(zhuǎn)變比較器的輸 出生成所述模式選擇信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的多相調(diào)壓器，其特征在于，所述控制邏輯響應(yīng)于所述誤差電壓 超過(guò)所述轉(zhuǎn)變閾值電平生成所述模式選擇信號(hào)，以便從所述PFM信號(hào)轉(zhuǎn)變到所述PWM信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的多相調(diào)壓器，其特征在于，從所述PFM信號(hào)轉(zhuǎn)變到所述PWM信號(hào) 還響應(yīng)于反饋電壓下降到低于第二基準(zhǔn)電壓。
7.如權(quán)利要求4所述的多相調(diào)壓器，其特征在于，所述控制邏輯響應(yīng)于所述電感器電 流下降到低于零達(dá)預(yù)定時(shí)間段生成所述模式選擇信號(hào)，以便從所述PWM信號(hào)轉(zhuǎn)變到所述 PFM信號(hào)。
8.一種多相調(diào)壓器，包括多個(gè)DC/DC調(diào)壓器，所述DC/DC調(diào)壓器中的每一個(gè)與多相調(diào)壓器的相關(guān)聯(lián)，所述多個(gè) DC/DC調(diào)壓器中的每一個(gè)包括連接在輸入電壓節(jié)點(diǎn)和相節(jié)點(diǎn)之間響應(yīng)于開關(guān)控制信號(hào)的第一開關(guān)晶體管； 連接在所述相節(jié)點(diǎn)和接地節(jié)點(diǎn)之間響應(yīng)于所述開關(guān)控制信號(hào)的第二開關(guān)晶體管； 連接在所述相節(jié)點(diǎn)和輸出電壓節(jié)點(diǎn)之間的電感器； 用于響應(yīng)于脈沖控制信號(hào)生成所述開關(guān)控制信號(hào)的控制邏輯； PWM比較器，用于響應(yīng)于誤差電壓與通過(guò)所述電感器的電感器電流和斜率電流之和的 比較生成PWM信號(hào)；PFM比較器，用于響應(yīng)于所述電感器電流與峰值的比較生成PFM信號(hào)； 多路復(fù)用器，所述多路復(fù)用器被連接成接收所述PWM信號(hào)和所述PFM信號(hào)，并且響應(yīng)于 模式選擇信號(hào)輸出所述PWM信號(hào)和所述PFM信號(hào)之一作為脈沖控制信號(hào)；零交叉檢測(cè)器，用于檢測(cè)電感器電流何時(shí)下降到零以下并響應(yīng)于此生成零檢測(cè)信號(hào)； 遲滯比較器，用于生成控制所述脈沖控制信號(hào)何時(shí)從所述PFM信號(hào)轉(zhuǎn)變到所述PWM信 號(hào)的遲滯信號(hào)；轉(zhuǎn)變比較器，用于響應(yīng)于所述誤差電壓和轉(zhuǎn)變閾值電平的比較確定何時(shí)在所述PFM信 號(hào)和所述PWM信號(hào)之間切換；以及控制邏輯，用于響應(yīng)于所述零檢測(cè)信號(hào)的輸出、所述遲滯信號(hào)和所述轉(zhuǎn)變比較器的輸 出生成所述模式選擇信號(hào)；誤差放大器，用于響應(yīng)于所述反饋電壓和基準(zhǔn)電壓生成所述誤差電壓，其中所述多個(gè) 相中每一個(gè)的每個(gè)誤差放大器的輸出彼此連接；以及連接在輸出電壓節(jié)點(diǎn)和接地節(jié)點(diǎn)之間 的補(bǔ)償阻抗。
9.如權(quán)利要求8所述的多相調(diào)壓器，其特征在于，所述控制邏輯響應(yīng)于所述誤差電壓 超過(guò)所述轉(zhuǎn)變閾值電平生成所述模式選擇信號(hào)，以便從所述PFM信號(hào)轉(zhuǎn)變到所述PWM信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的多相調(diào)壓器，其特征在于，從所述PFM信號(hào)轉(zhuǎn)變到所述PWM信 號(hào)還響應(yīng)于反饋電壓下降到低于第二基準(zhǔn)電壓。
11.如權(quán)利要求8所述的多相調(diào)壓器，其特征在于，所述控制邏輯響應(yīng)于所述電感器 電流下降到低于零達(dá)預(yù)定時(shí)間段生成所述模式選擇信號(hào)，以便從所述PWM信號(hào)轉(zhuǎn)變到所述 PFM信號(hào)。
12.一種用于操作多相調(diào)壓器的方法，所述方法包括以下步驟 響應(yīng)于輸入電壓和開關(guān)控制信號(hào)生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓；響應(yīng)于脈沖控制信號(hào)生成所述開關(guān)控制信號(hào)，其中所述脈沖控制信號(hào)包括PWM信號(hào)或 PFM信號(hào)；響應(yīng)于誤差電壓、來(lái)自輸出電壓節(jié)點(diǎn)的反饋電壓和通過(guò)電感器的電感器電流，在所述 PWM信號(hào)和所述PFM信號(hào)之間轉(zhuǎn)變；響應(yīng)于所述反饋電壓和基準(zhǔn)電壓生成所述誤差電壓。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括將所述多相調(diào)壓器每個(gè)相中生成 的誤差電壓連接至同一節(jié)點(diǎn)的步驟。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)變步驟還包括以下步驟生成所述PWM信號(hào)和所述PFM信號(hào)中的每一個(gè)；響應(yīng)于所述誤差電壓、所述反饋電壓和所述電感器電流生成模式選擇信號(hào)；以及響應(yīng)于所述模式選擇信號(hào)選擇所述PWM信號(hào)和所述PFM信號(hào)之一。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述生成所述PWM信號(hào)和所述PFM信號(hào)中 的每一個(gè)的步驟還包括以下步驟響應(yīng)于所述誤差電壓與所述電感器電流和斜率電流之和的比較生成所述PWM信號(hào)；響應(yīng)于所述電感器電流與峰值的比較生成所述PFM信號(hào)；以及響應(yīng)于所述模式選擇信號(hào)在所述PWM信號(hào)和所述PFM信號(hào)之間進(jìn)行多路復(fù)用作為所述 脈沖控制信號(hào)。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述生成所述模式選擇信號(hào)的步驟還包 括以下步驟檢測(cè)電感器電流何時(shí)下降到低于零；響應(yīng)于所述電感器電流下降到低于零生成零檢測(cè)信號(hào)；生成控制所述脈沖控制信號(hào)何時(shí)從所述PFM信號(hào)轉(zhuǎn)變到所述PWM信號(hào)的遲滯信號(hào)；響應(yīng)于所述誤差電壓和轉(zhuǎn)變閾值電平的比較確定何時(shí)在所述PFM信號(hào)和所述PWM信號(hào) 之間切換；以及響應(yīng)于所述零檢測(cè)信號(hào)的輸出、所述遲滯信號(hào)和所述誤差電壓與所述轉(zhuǎn)變閾值電平之 間的比較結(jié)果生成所述模式選擇信號(hào)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述生成模式選擇信號(hào)的步驟還包括響 應(yīng)于所述誤差電壓超過(guò)所述轉(zhuǎn)變閾值電平而從所述PFM信號(hào)轉(zhuǎn)變到所述PWM信號(hào)的步驟。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述生成模式選擇信號(hào)的步驟還包括響 應(yīng)于反饋電壓下降到低于第二基準(zhǔn)電壓而從所述PFM信號(hào)轉(zhuǎn)變到所述PWM信號(hào)的步驟。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述生成模式選擇信號(hào)的步驟還包括響 應(yīng)于所述電感器電流下降到低于零達(dá)預(yù)定時(shí)間段而從所述PWM信號(hào)轉(zhuǎn)變到所述PFM信號(hào)的 步驟。
全文摘要
一種多相調(diào)壓器包括多個(gè)DC/DC調(diào)壓器。DC/DC調(diào)壓器中的每一個(gè)與多相調(diào)節(jié)器的特定相關(guān)聯(lián)。每個(gè)調(diào)節(jié)器包括連接在輸入電壓節(jié)點(diǎn)和相節(jié)點(diǎn)之間響應(yīng)于開關(guān)控制信號(hào)的第一開關(guān)晶體管。第二開關(guān)晶體管連接在相節(jié)點(diǎn)和接地節(jié)點(diǎn)之間并且響應(yīng)于開關(guān)控制信號(hào)。電感器連接在相節(jié)點(diǎn)和輸出電壓節(jié)點(diǎn)之間?？刂七壿嬳憫?yīng)于脈沖控制信號(hào)生成開關(guān)控制信號(hào)。PFM/PWM轉(zhuǎn)變邏輯生成脈沖控制信號(hào)。響應(yīng)于誤差電壓、來(lái)自輸出電壓節(jié)點(diǎn)的反饋電壓和通過(guò)電感器的電感器電流，脈沖控制信號(hào)在PWM信號(hào)和PFM信號(hào)之間轉(zhuǎn)變。誤差放大器響應(yīng)于反饋電壓和基準(zhǔn)電壓生成誤差電壓。多個(gè)相中每一個(gè)的每個(gè)誤差放大器的輸出彼此連接。電容器連接在輸出電壓節(jié)點(diǎn)和接地節(jié)點(diǎn)之間。
文檔編號(hào)H02M3/158GK101931327SQ20101021714
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者吳雪林 申請(qǐng)人:英特賽爾美國(guó)股份有限公司