專利名稱：主動(dòng)下降均流的制作方法
主動(dòng)下降均流


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) 明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中
圖l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通過I2C總線與POL轉(zhuǎn)換器裝置進(jìn)行通信的 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)行特定功能的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；
圖4示出了復(fù)雜的DC電源系統(tǒng)中需要的通用功能被組合到單個(gè)控制器 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)器被配置為通過 通信總線彼此通信；
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
圖8示出了圖解其中兩個(gè)POL裝置各自的負(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IO示出了圖解其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ll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階均流的負(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 裝置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)器在所編程數(shù)目的開關(guān)周期內(nèi)緩慢減小其 GL脈沖(GL2)的寬度直到其被消除，且該調(diào)節(jié)器異步地切換；
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)直到其被消除；
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)制電路的一 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削弱柵極低脈沖，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)目的開關(guān)周期上將同 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 中成員裝置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)，并且延遲的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，附圖以及 對(duì)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或權(quán)利要求。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)。高電箭u/低電壓集成電路需 要一種純凈而穩(wěn)定的DC電源。這種電源必須能夠遞送非?？焖俚乃矐B(tài)電流。到達(dá)這些負(fù)載的電子路徑還必須具有低電阻和低電感(1.5V的電源將
以60安培在25mH的電阻上完全下降)。傳統(tǒng)地，DC電源被設(shè)計(jì)成將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)，已經(jīng)采取了一種以 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，而是通常將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)，在 那里"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可被路由至單個(gè)的本地直流-直流轉(zhuǎn)換器204、 206、 208和210，它們依 次可分別向其對(duì)應(yīng)的P0L提供所需的DC電壓V1、 V2、 V3和V4。使用 DPA可以減小誤差，因?yàn)楦唠娏餍盘?hào)的行進(jìn)距離被最小化，從而降低了IX R (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，電源是通過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)雜的電子系統(tǒng)通常還要被監(jiān)視和控制以確保最大程度的可靠性 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 —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，核心邏輯可能需要一種電壓而i/o可能需要一種不同電壓。這通常導(dǎo)
致需要設(shè)定單個(gè)芯片上各電壓被施加的順序以及向系統(tǒng)中的多個(gè)芯片加電 的順序。 斜坡控制
有時(shí)，有必要控制轉(zhuǎn)換器的DC輸出電壓從其初始值傾斜到額定值的 速率。這樣做可有助于管理熱交換(hot-swap)事件、排序需求或者滿足負(fù) 載的需求。
足艮^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水平可包括將跟蹤轉(zhuǎn)換 器或裝置的電壓水平設(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)候被跟蹤裝置的電壓水平發(fā)生變化時(shí)，改變跟蹤裝置的電壓水平以與被 跟蹤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)單地被反映到跟蹤裝置的
電壓輸出上。例如，如果被跟蹤電壓增加了 0.2V，那么跟蹤電壓也將增加 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)換器可通過對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)以及對(duì)輸出 進(jìn)行無源濾波來逐步降低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)換器都對(duì)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%采樣，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)還被應(yīng)用于電機(jī)控制，并且常被實(shí)現(xiàn)來控制系統(tǒng)中的多個(gè)風(fēng) 機(jī)。具有交錯(cuò)相的PWM控制的風(fēng)機(jī)通常提供降低的聲學(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)用中有著特別的意義。
還有一些功率系統(tǒng)可能需要的其它功能。例如，溫度測(cè)量的單個(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個(gè)封裝內(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)現(xiàn)膠合邏輯，這對(duì)于控制POL轉(zhuǎn)換器以便在系統(tǒng)運(yùn)行期間能夠成功執(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)換器之間和減POL轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)的任何 其它元件之間沒有建立起真正的通信。
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， 一種方法己 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 程到微控制器中，該微控制器可通過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 12C的系統(tǒng)的示例。如圖2所示，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，其中各裝置之間的連接表示I2C 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)送回狀態(tài)信號(hào)， 微控制器302進(jìn)而可基于從各個(gè)POL轉(zhuǎn)換器接收的狀態(tài)信息向各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—次檢查一個(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)，這可被視為是一個(gè)缺 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 制器350 (提供對(duì)執(zhí)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通過專線耦合到每個(gè) DC-DC轉(zhuǎn)換器，(通常使用模擬線路來實(shí)現(xiàn)大多數(shù)功能)，更具體地是通 過線路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，以及通過線路378和368耦合 到轉(zhuǎn)換器358。輸入電源電壓V輸人360耦合到每個(gè)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l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所示配置中，通過將轉(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)行中心控制，從而限制了每 個(gè)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、和/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1-N，并經(jīng)由串行數(shù)字總線610耦合在一起?？偩€610可比fC總線更簡(jiǎn) 單并且可提供更多控制和信令，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋能力。總線610還可允 許每個(gè)POL調(diào)節(jié)器耦合到主控制IC (MCIC) 800，或直接彼此耦合，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MCIC800耦合到總線610，然而MCIC800是可選的，且替代實(shí)施例 可省略MCIC800，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)的模塊化 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)器在被放入系統(tǒng)之前可以被單獨(dú)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) FET138和低側(cè)(LS) FET140以在其公共節(jié)點(diǎn)SW處產(chǎn) 生方波。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，。由誤差放大器146、比例積分微分 (PID)濾波器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，以及由此控制所產(chǎn)生的V "遣。這里使用的HSFET138被稱作控制FET， LSFET 140被稱作同步 FET，而從輸出控制電路136到HS FET 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輸岀)除以輸入電壓(V輸人)。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通過使用低寬帶算法來平衡電 流的手段，并且通常也^^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，可通過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)字通信可促進(jìn)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)鐘和數(shù)據(jù)總線。
主動(dòng)的下降均流
通過均衡負(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感器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)(HSFET 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 某些特定特征。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，也可不配置在同一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)字通信總線上的從裝置運(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)可將其感測(cè)到的輸出電流數(shù)字化，并將指示 該電流值的信息通過數(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)整前端誤差放大器(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Vmf)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)，而縮放占空比通常通過校正控制 濾波器(132，位于調(diào)節(jié)器150中)的抽頭或者通過調(diào)整對(duì)占空比控制模塊 (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，而從裝置可使用該信息來微調(diào)它們的被編程的參 考電壓，從而平衡系統(tǒng)中每個(gè)裝置的電流負(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所示例的，POL調(diào)節(jié)器可以使用反饋控制方法來基于輸入電壓 的分?jǐn)?shù)或占空比算法產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)輸出電壓。為了滿足系統(tǒng)對(duì)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 專用的主裝置電流調(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溫度變化以及
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裝置各自電感器電流之間的間 隙。如果主裝置的電流高于所檢測(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)致主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)備具有相同下降電阻進(jìn)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適的工作點(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IO所示 (負(fù)載線442、 444和446)。如上面提到的，可以通過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)現(xiàn)對(duì)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)路中的誤差信號(hào)(例如誤差放大器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提供的控制信號(hào)，如圖6所示)。該 算法可以適于控制在物理上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13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=K"+K微調(diào)(")=F<+及下降* (7生裝置—,成員)* &+「微調(diào)一 0 在一個(gè)封閉的數(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)?每個(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流采樣速率抖動(dòng)。
該算法可操作以將誤差信號(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驗(yàn)(圖13中的454)乘以下降電阻(附圖13中的 452)，例如
^ -隨 八穩(wěn)定 ^~,
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458)過沖，可以指定或編程最大校正值一—從裝置可以借助于該最大校正值來限制每個(gè)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)所確定的方程來恰當(dāng)?shù)仄?衡電流。當(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?條負(fù)載線在電感器電流相等的點(diǎn)處交叉。這還可以在裝置對(duì)過程、電壓和 溫度進(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
指定所述通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引腳帶設(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，以有效地對(duì)裝置進(jìn)行編程)。均衡組可以支持無 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，這樣可以在整個(gè)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)效應(yīng)對(duì)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表示至控制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 平的量——可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)載電流和下降電阻對(duì)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 總線協(xié)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)量通常取 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，在不引起輸出電壓擾動(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，可以在不與其它裝置通信或不了解其它裝置的情況 下，縮放將對(duì)均流組增加或移除的裝置的柵極信號(hào)。如前面提到的(參照 圖6)，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)立地進(jìn)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)地或 單獨(dú)地縮放這兩個(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)均流組中任何裝 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)的電荷必須耗盡。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??；亦即輸出端負(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)周期來恢復(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 置可以在可編程數(shù)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)瞬變做出有利地回 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，在某些情況下，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裝置可以不包括這樣的控制單元，而是通過其它方式，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裝置中執(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)引 入瞬變。例如，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)誤差路徑以消除任何干擾占 空比擾動(dòng)。該裝置可以削弱饋送到轉(zhuǎn)換器的積分器(例如圖6中的PID濾
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，且該裝置異步地切換，如圖15所示，其中一個(gè)POL裝置(該情況下為 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lL2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)目的開關(guān)周期上減小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 IL2最終也被減小為零，使得總電流Io跟蹤第一 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)零誤差進(jìn)入積分器。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,/V^。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階無限沖激響應(yīng) (mi)濾波器696。輸入誤差源可以編程在故障轉(zhuǎn)換表694中，作為圖17所 示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，進(jìn)入HR濾波器696的誤差輸入(EIN)可被定義為有符號(hào)的兩 比特值，并且可以通過復(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Kl 658控制。系統(tǒng)的穩(wěn)定性可取決于Kl的值， 其在某些實(shí)施例中可定義為8比特整數(shù)。增益因子Kl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)的兩比特值的情況下——當(dāng)誤差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)闉V波積分器可以基于誤差輸入以K1估值的幅度遞增或遞減。積分器(664)還可以被配置成無符號(hào)和
單極的，因?yàn)镚L可以導(dǎo)通或關(guān)斷(如通過復(fù)用器668選擇的)，并且濾波器可能不期望有瞬變。
GL積分器的增益(K^)可以通過等式l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
為了算出這個(gè)總和，可以將等式l轉(zhuǎn)換成積分的形式(2) J^,+dx爿。
在求解該積分時(shí)，KoL可以根據(jù)所需時(shí)間來表達(dá)，以移除GL(移除GL
可以作為命令通過通信總線進(jìn)行通信，例如圖7中的總線120)，且該切換率
從該式中可以得出:
乂 "1 SH/ 乂
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O。圖18還提供了相計(jì)數(shù)器信號(hào)(1106)的一種可能波形，其可以通過遞減電路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)的脈沖寬度來指示運(yùn)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)通或關(guān)斷它的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)避免了向系統(tǒng)引入瞬變。該功能可以通過一電路來實(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)前感測(cè)到的輸出電壓來預(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)感測(cè)到的電壓被初始化從而獲得初始占空比值V觸/V輸人。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可以向上/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Ko，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HR濾波器810都可以接收指示是否增加或移除相的信息的控制信號(hào)(增加/移除)。HR濾波器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濾波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)，否則在與縮放因子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O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，沒有脈沖被遞送至受影響的POL調(diào)節(jié)器(該情況下為調(diào)節(jié)器2)的輸出級(jí)。陰影區(qū)域表示相應(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，沒有脈沖被遞送至受影響的POL調(diào)節(jié)器(該情況下為調(diào)節(jié)器2)的輸出級(jí)。
均流組的智能管理還可以設(shè)計(jì)一個(gè)或多個(gè)其它算法來進(jìn)一步改善均流組的性能。該(些)算法包括如下這些
1. 偽無主的主-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)，則所有成員裝置自發(fā)地裁定一個(gè)新的主裝置指派。
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. 故障情況終止后自發(fā)地恢復(fù)單個(gè)成員。
如前所述，可以實(shí)施上述算法以通過數(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-裝置通信方法的用于對(duì)指定的主裝置進(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)成員相排列相對(duì)彼此進(jìn)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)器的均流組可以通過很多方式來配置。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。通過通信總線對(duì)無主算法的配置可取決于編程唯一的裝置標(biāo)識(shí)符，比如ID或地址，其可在通信總線協(xié)議中使用。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)裝置的數(shù)目、組內(nèi)的位置或順序編號(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，ID1304可以表示該均流組的唯一標(biāo)識(shí)符，比如地址或ED，并且裝置位置/狀態(tài)1306可以把該獨(dú)立裝置與其狀態(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O的裝置可以被指定為初始的主裝置，而編程為l、 2、 3的裝置初始可為從裝置。在一組實(shí)施例中，POL裝置可能是引腳帶耦接的，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。
在一組實(shí)施例中，可以配置無主算法來管理均流組成員之間的均流通信，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fC、 SM總線或者一些其他的通信總線)主
動(dòng)傳送指示當(dāng)前的值/狀態(tài)的第一信息，其中成員/從裝置使用該信息來調(diào)
整他們的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，其操作以在包括多個(gè)裝置的裝置-裝置系統(tǒng)中指定至少一個(gè)裝置作為默認(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^置的能力，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)向量來跟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跟蹤當(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
低的裝置ED)。
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)。各個(gè)成員可以配置有均流組ID (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跟蹤有多少成員活躍地均流該輸出電壓，以及哪個(gè)裝置是現(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)以及它的位置。
圖24示出流程圖，示出了用于POL裝置在增加相時(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)器被啟動(dòng)/被激活以在均流配置中提供額外的電流時(shí)。所有連接到通信總線的裝置都可以通過將接收到的組ID與它們已編程的組ED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，各裝置可以首先確定它是否為所傳送分組的預(yù)計(jì)到達(dá)的均流組的部分。如果1D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裝置的編程位置(即，如果接收到的信息指示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)。如果接收到的位置高于該編程位置，接收裝置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裝置中是最低的,則它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到的組ED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))信息指示該發(fā)送者正在移除它的相，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到的位置相對(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)前為活躍的且不是主裝置，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裝置中不是最低的，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裝置(2514)，然后重新開始正常運(yùn)行(2518)?？偟恼f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)一個(gè)裝置ID相對(duì)于另一個(gè)裝置ED的相對(duì)值來確定的優(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)配置為主裝置還是從裝置。
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。可通過一個(gè)或多個(gè)下列動(dòng)作來恢復(fù)均流組的效率在輕輸出負(fù)載時(shí)移除相和/或減小開關(guān)頻率，移除相至少可以通過兩種方式提高效率。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)引起的損失。簡(jiǎn)單地減小該開關(guān)頻率也可以因此使FET開通和關(guān)斷速率引起的損失最小化。
通過讀取參數(shù)信息(即指示某些參數(shù)的信息)，比如占空比和域輸出電流，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。就像之前指出的那樣，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)的哪些部分應(yīng)當(dāng)最優(yōu)化。如果測(cè)量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)的值，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)搜索算法來執(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/或輸出電流趨勢(shì)繼續(xù)，或者超過占空比和減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裝置中的一個(gè)。然而，時(shí)鐘源可以通過某種
形式的控制來調(diào)節(jié)，例如通過數(shù)據(jù)通信總線(例如圖7中的總線120)。
均流系統(tǒng)中的性能增益一例如較高的有效開關(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)。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)向量來跟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(即該裝置與其他裝置相比具有最低的ID編號(hào))可能為O度偏移，而其他裝置可基于相對(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程度而交錯(cuò)分布。圖26示出了均流組中四個(gè)裝置的柵極信號(hào)，其中每一相都與跟隨有相編號(hào)(l"4)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l(xiāng)可以位于O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(無論因?yàn)槭裁丛?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"最后幸存者情景"。也就是 說，當(dāng)均流組內(nèi)單個(gè)POL裝置經(jīng)歷故障情況時(shí)，它可能不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)均流 組進(jìn)入故障狀況，而是該單個(gè)裝置可簡(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)引起輸出電壓的瞬變。經(jīng)歷故障 情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， 一旦該故障已經(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。如果成員添加到或退出該組，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)傾斜均流軌跡的方法
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促進(jìn)POL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)制電路所示，在傾斜之前可以通過根據(jù) 裝置-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。這些電路還能夠用于同步所有 成員裝置的斜坡以避免輸出電壓波動(dòng)，并且緩解存在于大多數(shù)均流系統(tǒng)中 的大規(guī)模回流電流。
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
一山頓。
圖28示出兩個(gè)斜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(以水平線表示)。這可能導(dǎo)致在成員/從裝置電流和主裝置 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)行為可以反映主裝置電流為負(fù)(升壓模式)。 示圖2802中水平線表示時(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外的設(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流之間任何顯著的不匹配。如示圖2902所 示，該系統(tǒng)行為可以反映主裝置電流和成員/從裝置電流兩者都為正(降 壓模式)。示圖2902中的水平線再次表示時(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)序可以通過在數(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裝置傳送開始斜坡分 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 置可以通過通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，主裝置 和從裝置彼此異相180度地運(yùn)行。
另外，可對(duì)均流組內(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)，以通過盡可能多地減少系統(tǒng)中的回流電流來幫助傾 斜均流組內(nèi)各裝置的相應(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FET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)于中間水平、過流水平和欠流水平的電流閾值(即用于輸 出電流的閾值)。如果超過這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)，成員裝置可以限制通 過電感器放電的電流量。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)占空比可以被編程用于傾斜過程的持續(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 小脈沖寬度，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。 一旦己經(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》V輸出/V輸人。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)施例提及的，這可通過 選通向上計(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)利要求旨在被解釋為涵蓋所有這些變化和修改。注 意，這里使用的章節(jié)標(biāo)題僅用于行文結(jié)構(gòu)的目的，并不意味著對(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)耦合到所述通信總線的POL(負(fù)載點(diǎn))調(diào)節(jié)器，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)，所述輸出級(jí)耦合到共同的負(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)器還被配置成根據(jù)對(duì)應(yīng)于所述總線的總線通信協(xié)議通過所述總線發(fā)送并接收信息；其中POL調(diào)節(jié)器組被配置成使POL調(diào)節(jié)器組中的一個(gè)用作主POL調(diào)節(jié)器，而POL調(diào)節(jié)器組中的其余POL調(diào)節(jié)器用作從POL調(diào)節(jié)器；其中所述主POL調(diào)節(jié)器被配置成通過所述通信總線發(fā)送指示所述主POL調(diào)節(jié)器的數(shù)字化的感測(cè)輸出電流值的信息；其中所述從POL調(diào)節(jié)器中的每個(gè)相應(yīng)的從POL調(diào)節(jié)器被配置成基于所述主POL調(diào)節(jié)器的數(shù)字化的感測(cè)輸出電流值和各個(gè)從POL調(diào)節(jié)器的數(shù)字化的感測(cè)輸出電流值之間的差，調(diào)節(jié)它的輸出級(jí)中的各個(gè)高壓側(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的占空比，以有效增加或減少它們各自的經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓輸出。
2. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)POL調(diào)節(jié)器包括控制回路， 用來控制它的經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓輸出，其中每個(gè)POL調(diào)節(jié)器被配置成使用所述 控制回路與所述多個(gè)POL調(diào)節(jié)器中的其它POL調(diào)節(jié)器同時(shí)響應(yīng)瞬態(tài)事件；其中所述多個(gè)POL調(diào)節(jié)器的控制回路相對(duì)于彼此是相位交錯(cuò)的。
全文摘要
負(fù)載點(diǎn)(POL)調(diào)節(jié)器可被配置為多相POL DC-DC(直流-直流)轉(zhuǎn)換器，以多相配置操作從而增加系統(tǒng)可用的總電流。通過使用主動(dòng)低帶寬均流算法可進(jìn)行電流均衡，其中主動(dòng)低帶寬均流算法使用匹配的仿真線路電阻(下降電阻)，同時(shí)在穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)瞬變狀態(tài)期間都維持多回路穩(wěn)定性。通過設(shè)備間的數(shù)字通信可有利于均流算法，其中數(shù)字總線可以是單線總線、并行總線或時(shí)鐘-數(shù)據(jù)總線。
文檔編號(hào)H02M3/04GK101662212SQ20091017335
公開日2010年3月3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, K·W·弗納爾德 申請(qǐng)人:英特賽爾美國(guó)股份有限公司