一種多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的制造方法
【專利摘要】一種多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，提供了多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路，包括N個(gè)并聯(lián)的功率級(jí)，每個(gè)級(jí)的同步時(shí)序控制信號(hào)，彼此相差360°/N。每個(gè)功率級(jí)給負(fù)載提供電流IOUT/N。電流模式和電壓模式控制的實(shí)現(xiàn)，提供了高效率、低電壓、高電流同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路，它具有低輸入電流紋波，低電磁干擾，高轉(zhuǎn)換率的能力和低輸出紋波的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路。更特別地，相比于單相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，本發(fā)明涉及多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路，提供低輸入電流峰值、較低的輸入紋波電流、低紋波輸出電流有效值、具有更高的轉(zhuǎn)換速度能力和更少的輸入和輸出濾波的要求。
【背景技術(shù)】:
[0002]穩(wěn)壓器從一個(gè)不特定的、波動(dòng)的或者是有一個(gè)不恰當(dāng)振幅的電壓源，向負(fù)載提供一個(gè)預(yù)定的并且大致上持續(xù)的輸出電壓。這樣的穩(wěn)壓器通常采用一個(gè)開(kāi)關(guān)，包括串聯(lián)或并聯(lián)到負(fù)載的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)元件。開(kāi)關(guān)元件可能是，例如，功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)開(kāi)關(guān)。控制電流通過(guò)改變開(kāi)關(guān)元件的打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)間(即穩(wěn)壓器的占空t匕，這是打開(kāi)的時(shí)間占整個(gè)周期的百分比)來(lái)調(diào)節(jié)當(dāng)前提供給負(fù)載的電流。電感儲(chǔ)能元件通常是用來(lái)將開(kāi)關(guān)電流脈沖轉(zhuǎn)換成一種穩(wěn)定的負(fù)載電流。
[0003]同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器包括一個(gè)主開(kāi)關(guān)元件和一個(gè)同步開(kāi)關(guān)元件，通常是在非重疊時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下，并且在一個(gè)穩(wěn)壓下向負(fù)載提供電流。同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，使用功率MOSFET開(kāi)關(guān)，它經(jīng)常被用在便攜式電池供電的電子產(chǎn)品和溫度敏感的產(chǎn)品當(dāng)中。這些穩(wěn)壓器通常將波動(dòng)的輸入電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的輸出電壓。這樣的穩(wěn)壓器提供了很高的工作效率，幾乎沒(méi)有熱量的產(chǎn)生，因此長(zhǎng)電池壽命。
[0004]同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的占空比通常是由監(jiān)控穩(wěn)壓器的輸出電壓控制的。特別是控制電路產(chǎn)生一個(gè)與穩(wěn)壓器的輸出電壓和一個(gè)參考電壓成正比的反饋信號(hào)I。1可以被用來(lái)提供“電壓控制型”或者“電流控制型”。在電壓控制型穩(wěn)壓器中，Ve和一個(gè)周期性的鋸齒波形Vs被提供到一個(gè)比較器的輸入，比較器的輸出控制功率MOSFET開(kāi)關(guān)的占空比。例如，如果Ve已經(jīng)連接到比較器的同相輸入端，Vs連接到比較器的反相輸入，并且在每個(gè)時(shí)鐘周期的開(kāi)始Vs低于V6、這樣比較器的輸出為高電平，主開(kāi)關(guān)和同步開(kāi)關(guān)是關(guān)閉的。當(dāng)入超過(guò)νε，比較器的輸出狀態(tài)發(fā)生變化，為低電平，關(guān)閉主開(kāi)關(guān)，并且打開(kāi)同步開(kāi)關(guān)。
[0005]在電流型穩(wěn)壓器中、一個(gè)電壓Vi按電感器的輸出電流正比產(chǎn)生，Vi和Ve提供到一個(gè)比較器的輸入端，比較器的輸出控制功率MOSFET開(kāi)關(guān)的占空比。例如，如果Vi已經(jīng)連接到比較器的同相輸入端，Ve連接到比較器的反相輸入，并且在每個(gè)時(shí)鐘周期的開(kāi)始Vi低于Ve、這樣比較器的輸出為高電平，主開(kāi)關(guān)和同步開(kāi)關(guān)是關(guān)閉的。當(dāng)\超過(guò)Ve、比較器的輸出狀態(tài)發(fā)生變化，為低電平，關(guān)閉主開(kāi)關(guān)，并且打開(kāi)同步開(kāi)關(guān)。這樣，當(dāng)輸出電流達(dá)到其所期望的值時(shí)，主開(kāi)關(guān)關(guān)閉。
[0006]先前的技術(shù)同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器通常包括一個(gè)單相時(shí)鐘控制的功率級(jí)。這樣的單相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器效率低下，然而，對(duì)于應(yīng)用來(lái)說(shuō)，它需要低電壓(例如小于2伏特)和高電流(例如大于35安培)，如先進(jìn)微處理器的電源。特別是，因?yàn)榻祲盒烷_(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸入均方根(RMS)紋波電流是大約輸出電流的一半，高輸出電流的降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，要求大的輸入電容來(lái)提供足夠的輸入紋波濾波。通常這需要許多電容器并聯(lián)連接，這不僅昂貴，并且消耗寶貴的電路板空間。[0007]此外，對(duì)于許多開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由于主開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，輸入電流有劇烈波動(dòng)。因?yàn)檎{(diào)節(jié)器的輸入電流峰值約等于電路的輸出電流，大電流設(shè)計(jì)需要大量的過(guò)濾限制傳導(dǎo)電磁干擾(EMI)。進(jìn)一步，對(duì)于應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，它需要輸出電流大于大約15安培，必要的輸出濾波器電感器太大，無(wú)法使用表面組裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)。此外，大型輸出電容器通常被要求減少輸出紋波電流。
[0008]此外，許多先進(jìn)的微處理器有動(dòng)態(tài)加載特性，經(jīng)常在很短的時(shí)間跨度，往往數(shù)十到數(shù)百納秒，從近零負(fù)載到滿負(fù)載。微處理器的電源必須有非常高的電流轉(zhuǎn)換速率的能力來(lái)滿足動(dòng)態(tài)負(fù)載這樣的需求，最小化負(fù)載的解耦電容。高轉(zhuǎn)換速率能力要求電感值應(yīng)該最小化。因?yàn)檩敵黾y波電流和電感值成反比，然而，先前技術(shù)的同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路只有以大輸出紋波電流為犧牲，來(lái)實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換速率。
[0009]鑒于上述，高效、低電壓、高電流、具有較低的輸入和輸出紋波電流的同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路是很被期望的。
[0010]它將進(jìn)一步需要提供低電壓、高電流、限制電磁干擾(EMI)的同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路。
[0011]它將進(jìn)一步需要提供低電壓、高電流、可以實(shí)現(xiàn)使用表面貼裝技術(shù)的同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路。
[0012]它將進(jìn)一步需要提供低電壓、高電流、有高電流轉(zhuǎn)換速度能力和低輸出紋波電流的同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0013]因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供高效、低電壓、高電流同步開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，具有較低的輸入和輸出紋波電流。
[0014]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供低電壓、高電流、限制電磁干擾(EMI)的同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路。
[0015]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供低電壓、高電流、可以實(shí)現(xiàn)使用表面貼裝技術(shù)的同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路。
[0016]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供低電壓、高電流、有高電流轉(zhuǎn)換速度能力和低輸出紋波電流的同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路。
[0017]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
[0018]根據(jù)本發(fā)明的這些目的被多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路達(dá)到了，它提供加載在輸出電流L上的穩(wěn)定的輸出電壓Vtot給負(fù)載典型的電壓穩(wěn)壓器包括并行連接的N個(gè)功率級(jí)，每個(gè)級(jí)同步到一個(gè)定時(shí)控制信號(hào)，它們相鄰的級(jí)相差360° /N。每一個(gè)功率級(jí)供應(yīng)電流U/N到負(fù)載。電路可以實(shí)現(xiàn)電流型和電壓型控制。
[0019]對(duì)比專利文獻(xiàn):CN2065776U同步開(kāi)關(guān)式全自動(dòng)穩(wěn)壓器90204867.8，CN201352323Y一種高效同步整流降壓型穩(wěn)壓器200920130174.4
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0020]從以下詳細(xì)描述并且結(jié)合以下圖紙，本發(fā)明的上述目的和功能可以更清楚地被理解，其中相同的參考數(shù)字表示相同的結(jié)構(gòu)元件貫穿始終:[0021]圖1A是一個(gè)典型的單級(jí)電流型同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的原理圖；
[0022]圖1B是一個(gè)典型的單級(jí)電壓型同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的原理圖；
[0023]圖2是一個(gè)典型體現(xiàn)依照本發(fā)明原則構(gòu)造成的3級(jí)電流型同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的原理圖；
[0024]圖3是一個(gè)典型體現(xiàn)依照本發(fā)明原則構(gòu)造成的3級(jí)電壓型同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的原理圖；
[0025]圖4A是為圖2中電路提供定時(shí)控制信號(hào)的三相時(shí)鐘；
[0026]圖4B是一個(gè)為圖3中的PWM控制器提供定時(shí)控制信號(hào)的三相電壓波形圖；
【具體實(shí)施方式】:
[0027]為了提供本發(fā)明的背景，以下首先詳細(xì)描述了先前已知的單相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路。然后，描述了這些先前已知的穩(wěn)壓器經(jīng)過(guò)修改而構(gòu)造的多相穩(wěn)壓器并且公開(kāi)了可選擇的替代品。
[0028]A.先前技術(shù)單相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器
[0029]圖1展示了先前技術(shù)下的單相電流型同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器10，它的電流取樣電阻20監(jiān)控通過(guò)電感16的電流Ip穩(wěn)壓器10通常是用于從一個(gè)不穩(wěn)定的電源電壓Vin (如一個(gè)電池)到一個(gè)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)負(fù)載&的輸出電壓的直流到直流轉(zhuǎn)換，雖然可能只是顯示為一個(gè)電阻器，例如，一個(gè)便攜式通信設(shè)備或計(jì)算機(jī)。
[0030]穩(wěn)壓器10通常工作如下:在一個(gè)工作周期的開(kāi)始，振蕩器36生成一個(gè)單相時(shí)鐘信號(hào)在所需的開(kāi)關(guān)頻率上，通常是30-300千赫，然后使鎖存器34置位，導(dǎo)致激發(fā)器32打開(kāi)主開(kāi)關(guān)12并且關(guān)閉同步開(kāi)關(guān)14。這個(gè)使得一個(gè)大約在Vin-Vtot的電壓加在電感器16上，增加了通過(guò)電感16的電流Ip電路取樣放大器26檢測(cè)在取樣電阻24上的電壓，并產(chǎn)生一個(gè)連接到比較器30同相輸入端的輸出電壓Vls。比較器30的反相輸入端會(huì)耦合到誤差放大器28的輸出VK。Vk是正比于參考電壓Vkefc和反饋電壓Vftc的差，其值取決于Vtot和電阻分壓器20和22。電感器16和電容器18形成一個(gè)低通濾波器來(lái)去除輸出電壓Vmjt的不良的開(kāi)關(guān)頻率諧波。
[0031]當(dāng)電感電流込增加，Vls增加。當(dāng)Is超過(guò)Vec時(shí)，比較器30回差并且重置鎖存器34，導(dǎo)致激發(fā)器32關(guān)閉主開(kāi)關(guān)12并且打開(kāi)同步開(kāi)關(guān)14。這改變了加在電感器16上的電壓，大約是-Vam使得由同步開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的電感電流L減少，直到振蕩器36的下一個(gè)時(shí)鐘脈沖置位鎖存器34。
[0032]因此在正常工作時(shí)，當(dāng)誤差放大器28的輸出Vec設(shè)置的電感電流込達(dá)到預(yù)定的水平，主開(kāi)關(guān)12是關(guān)閉的。如果穩(wěn)定的輸出電壓Vtot增加到高于電阻分壓器20和22和參考電壓Vkefc預(yù)定的穩(wěn)態(tài)值，誤差電壓Vec減少。因此，Vls在開(kāi)關(guān)周期時(shí)比在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)更早地超過(guò)VEC?？s短的占空比導(dǎo)致穩(wěn)定的輸出電壓Vott降低，直到到達(dá)之前的穩(wěn)態(tài)值。然而，如果穩(wěn)定的輸出電壓Vtot下降到低于預(yù)定的穩(wěn)態(tài)值，誤差電壓Vk增加，而開(kāi)關(guān)12的占空比延長(zhǎng)，因?yàn)閂ls在開(kāi)關(guān)周期時(shí)比在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)更晚地超過(guò)VEC。占空比的加長(zhǎng)使得穩(wěn)定的輸出電壓Votit增加，直到到達(dá)之前的穩(wěn)態(tài)值。
[0033]另外，先前技術(shù)的同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器可以實(shí)現(xiàn)使用電壓控制，穩(wěn)壓器監(jiān)控輸出電壓來(lái)設(shè)定占空比。圖1B顯示了這樣一個(gè)先前技術(shù)的單相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器50，它的工作如下:主開(kāi)關(guān)52和同步開(kāi)關(guān)54耦合到脈寬調(diào)變(PWM)控制器64，在穩(wěn)定的輸出電壓Vot的變化的響應(yīng)下，改變穩(wěn)壓器的占空比。特別的是，誤差放大器66按比例與任何參考電壓Vkefv和反饋電壓Vfbv之間差的變化,產(chǎn)生輸出電壓VEV。電阻分壓器60和62按穩(wěn)定的輸出電壓Vmjt成比例地來(lái)設(shè)置Vfbv的值。
[0034]特別是，在每個(gè)時(shí)鐘周期的開(kāi)始，脈寬調(diào)變(PWM)控制器64打開(kāi)主開(kāi)關(guān)52并且關(guān)閉同步開(kāi)關(guān)54。當(dāng)鋸齒波發(fā)生器68所產(chǎn)生的鋸齒波信號(hào)超過(guò)Vev，脈寬調(diào)變(PWM)控制器64使主開(kāi)關(guān)52關(guān)閉并且打開(kāi)同步開(kāi)關(guān)54。圖1的電流型控制穩(wěn)壓器中，電感器56和電容器58形成一個(gè)低通濾波器來(lái)去除輸出電壓Vtot的不良的開(kāi)關(guān)頻率諧波。
[0035]在正常工作時(shí)，如果Vqut降低到低于電壓分壓器電阻60和參考電壓Vkefv設(shè)定的期望的穩(wěn)態(tài)值，Vev增加，因此在時(shí)鐘周期里，鋸齒波發(fā)生器68所提供的鋸齒波信號(hào)更晚地超過(guò)VEV，導(dǎo)致PWM控制器64延長(zhǎng)了主開(kāi)關(guān)52的持續(xù)時(shí)間。因此，通過(guò)總開(kāi)關(guān)52和電感56的電流增加了，Vott增加直到達(dá)到之前的穩(wěn)態(tài)值。然而，如果Vott增加到高于期望的穩(wěn)態(tài)值，Vev減少，因此在時(shí)鐘周期里，鋸齒波發(fā)生器68所提供的鋸齒波信號(hào)更早地超過(guò)VEV，導(dǎo)致PWM控制器64縮短了主開(kāi)關(guān)52的持續(xù)時(shí)間。因此，通過(guò)總開(kāi)關(guān)52和電感56的電流減小了，Vout減少直到達(dá)到之前的穩(wěn)態(tài)值。
[0036]B.多相同步穩(wěn)壓器
[0037]圖2顯示了一個(gè)典型體現(xiàn)依照本發(fā)明原則構(gòu)造成的多級(jí)電流型同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的原理圖。穩(wěn)壓器70包括3個(gè)獨(dú)立的電流型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器級(jí)，70a，70b和70c，每一種都是源自圖1的單相調(diào)節(jié)器10。穩(wěn)壓器級(jí)70a，70b和70c是相同的，除了 70b和70c共享由電阻分壓器20a和22a，參考電壓Vkef和誤差放大器28a構(gòu)成的輸出電壓反饋回路，同樣功能如上所述。
[0038]穩(wěn)壓器級(jí)70a包括一個(gè)主開(kāi)關(guān)12a、同步開(kāi)關(guān)14a、電感器16a、取樣電阻24a、輸出電容器18a、分壓器電阻20a和22a,取樣電流放大器26a、誤差放大器28a、比較器30a、激發(fā)器32a、鎖存器34a和振蕩器36a，當(dāng)相應(yīng)的電路元件像圖1中所述一樣連接。
[0039]穩(wěn)壓器級(jí)70b包括一個(gè)主開(kāi)關(guān)12b,同步開(kāi)關(guān)14b、電感器16b、取樣電阻24b、輸出電容器18b、取樣電流放大器26b、比較器30b、激發(fā)器32b、鎖存器34b和振蕩器36b,比較器30b的反相輸入端耦合到誤差放大器28b的輸出Ne,完成穩(wěn)壓器級(jí)70b的反饋回路，結(jié)合圖1，同樣功能如上所述。
[0040]穩(wěn)壓器級(jí)70c包括一個(gè)主開(kāi)關(guān)12c,同步開(kāi)關(guān)14c、電感器16c、取樣電阻24c、輸出電容器18c、取樣電流放大器26c、比較器30c、激發(fā)器32c、鎖存器34c和振蕩器36c,比較器30c的反相輸入端耦合到誤差放大器28c的輸出Ve，提供穩(wěn)壓器級(jí)70c的反饋信號(hào)，結(jié)合圖1，同樣功能如上所述。
[0041 ] 如圖4A所不，振蕩器36a, 36b和36c生成一個(gè)三相時(shí)鐘Φ ” Φ 2和Φ 3。時(shí)鐘信號(hào)Φρ小2和Φ3工作在一個(gè)常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)頻率fs = ITs,但是它們相互相差相位360。/3=120。。因此，穩(wěn)壓器級(jí)70a，70b和70c相互相差相位360° /3=120°。如圖4A所示，時(shí)鐘信號(hào)，Φ:，小2和Φ3是方波脈沖。行業(yè)中的人們將會(huì)認(rèn)識(shí)到，時(shí)鐘信號(hào)Φ:，Φ2和小3可能是重疊或非重疊的波形。振蕩器36a，36b和36c行業(yè)中已知的，將不會(huì)進(jìn)一步在文中描述。
[0042]因?yàn)楸容^器30a、30b和30c的每一個(gè)反相輸入端都從誤差放大器28a的輸出Ve接收相同的控制信號(hào)，穩(wěn)壓器70a，70b和70c提供大致相等的電流Iu，U，Iu。更進(jìn)一步，因?yàn)殡娏鱅u，IL2, Il3都只有提供給負(fù)載&的總輸出電流1tt的1/3、電感16a，16b和16c都小于所需的單級(jí)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)使用表面貼裝技術(shù)。此外，由于電流Iu，彼此有著相位差，他們的紋波電流往往消失，從而減少了復(fù)合輸出紋波電流。因此，每個(gè)級(jí)可能是專門(mén)為了高的轉(zhuǎn)換速率功能而設(shè)計(jì)的，通過(guò)使用一個(gè)較小的電感器(因此每級(jí)由更高的輸出紋波電流)比起通常一個(gè)單級(jí)的設(shè)計(jì)。
[0043]此外，輸入電流脈沖穩(wěn)壓器級(jí)70a，70b和70c是時(shí)間交錯(cuò)的，有效提高了在穩(wěn)壓器70每個(gè)級(jí)開(kāi)關(guān)頻率到開(kāi)關(guān)頻率4的三倍。進(jìn)一步的，穩(wěn)壓器70占空因數(shù)明顯的增加了，因?yàn)樵趩渭?jí)設(shè)計(jì)中開(kāi)關(guān)12a，12b和12c的復(fù)合打開(kāi)時(shí)間長(zhǎng)于主開(kāi)關(guān)的打開(kāi)時(shí)間。因?yàn)槊總€(gè)級(jí)的峰值電流的降低(如，通常為Ι.3)并且輸入電流脈沖是時(shí)間交錯(cuò)的，輸入電流最大值一平均值減少了。因此，相比起單級(jí)設(shè)計(jì)，總均方根輸入紋波電流降低了，因此輸入濾波電容器的需求和產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)減少了。
[0044]行業(yè)中的人們將會(huì)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的電路可以使用不同于上文展示和討論的電路元件。例如，可以使用霍爾效應(yīng)式設(shè)備、電流取樣變壓器、或其他適合的電流取樣設(shè)備來(lái)代替取樣電阻24a，24b和24c。
[0045]圖3顯示了的另一個(gè)典型體現(xiàn)本發(fā)明的多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的示意圖。特別是，穩(wěn)壓器80包括3個(gè)獨(dú)立的電壓控制模式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器級(jí)，80a, 80b和80c，每一種都是源自于圖1B中的單相穩(wěn)壓器50。穩(wěn)壓器級(jí)80a, 80b和80c是相同的，除了穩(wěn)壓器級(jí)80b和80c還包括按照本發(fā)明的原理，使得穩(wěn)壓器級(jí)80b和80c等于輸入電流穩(wěn)壓器80a的誤差放大器82和84。
[0046]穩(wěn)壓器級(jí)80a, 80b和80c每個(gè)都包含一個(gè)主開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器,它包括主開(kāi)關(guān)52a_c,同
步開(kāi)關(guān)54a_c,輸出電容58a_c,電感56a_c,分壓器電阻60a_c和62a_c,參考電壓，.誤
差放大器52a-c，脈寬調(diào)變(PWM)控制器64a-c和鋸齒波發(fā)生器78a-c。每個(gè)主開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器功能都與如圖1B所述單相穩(wěn)壓器一致。依照先前已知的技術(shù)構(gòu)造的鋸齒波發(fā)生器78a，78b和78c，生成如圖4B中的鋸齒波形Bussed 1S，φ23和φ33，工作在一個(gè)共同的頻率f= ITs,但是它們相互相差相位360° /3=120°。因此，穩(wěn)壓器級(jí)80a，80b和80c相互相差相位120。。
[0047]雖然理想情況下所有三個(gè)穩(wěn)壓器級(jí)80a-80c是相同的，但是實(shí)際上，在元件上值
的小的變化(如分壓器電阻60a_c和62a_c，參考電壓)引起每一級(jí)之間的輸出電壓
存在微小的差別(如幾個(gè)百分點(diǎn)近似的差別)。除非被糾正過(guò)來(lái)，不然這樣的小錯(cuò)誤將導(dǎo)致每一級(jí)之間的大的電流不平衡。
[0048]為了防止這樣大的級(jí)間電流不平衡，穩(wěn)壓器80包括額外的電路，強(qiáng)制電流在每個(gè)級(jí)要大致相等。特別是，穩(wěn)壓器80a，80b和80c也包括耦合在輸入節(jié)點(diǎn)Vin和主開(kāi)關(guān)52a-c之間的電流取樣電阻72a_c。電容器76a_c耦合在地電勢(shì)與電阻72a_c和主開(kāi)關(guān)52a_c之間的形成的節(jié)點(diǎn)之間。電阻72a_c和電容76a_c提供過(guò)濾，來(lái)限制每一穩(wěn)壓器級(jí)的輸入電流紋波。穩(wěn)壓器級(jí)80a，80b和80c還包括電流取樣放大器74a_c，它的輸入耦合到取樣電阻72a-c，它的輸出Vea-Vee分別與穩(wěn)壓器級(jí)80a，80b和80c輸入電流Ia-1e成正比。
[0049]穩(wěn)壓器級(jí)80b和80c還包括誤差放大器82b和84c，迫使穩(wěn)壓器級(jí)80b和80c的輸入電流Ib和I。大致上等于穩(wěn)壓器級(jí)80a的輸入電流Ia。即穩(wěn)壓器級(jí)80a能作為一個(gè)主控制，穩(wěn)壓器級(jí)80b和80c作為從屬，它們的輸入電流被迫大致上等于輸入電流的主控制。特別是，電流取樣放大器74a的輸出Vea耦合到誤差放大器82和84的反相輸入端。電流取樣放大器74b的輸出Veb稱合到誤差放大器82的同相輸入端。電流取樣放大器74c的輸出V。。I禹合到誤差放大器84的同相輸入端。電阻器86 f禹合在輸出Veee和誤差放大器82的輸出端和誤差放大器52b的反相輸入端，電阻器88 f禹合在輸出Veee和誤差放大器84的輸出端和誤差放大器52c的反相輸入端。
[0050]誤差放大器82按照正比于輸入電流込和Ib之間的差別，提供輸出VMb。加上誤差放大器52b，誤差放大器82往往使得Ib大致上等于Ia。特別的是，如果輸入電流Ib小于輸入電流IaJd3將低于Vca,這將導(dǎo)致誤差放大器的82輸出Vrab從其穩(wěn)態(tài)值減少。因此，誤差放大器52b的輸出誤差電壓Veb將增加，這將導(dǎo)致脈寬調(diào)變(PWM)控制器64b增加主開(kāi)關(guān)52b的占空比,從而增加輸入電流Ib,但是，如果輸入電流Ib大于輸入電流Ia, Vcb將大于Vm,這將導(dǎo)致誤差放大器82的輸出Vreb從其穩(wěn)態(tài)值增加。因此，誤差放大器52b的誤差電壓Veb將下降，這將導(dǎo)致脈寬調(diào)變(PWM)控制器64b減少主開(kāi)關(guān)52b的占空比，從而減少輸入電流Ib。誤差放大器84工作在一個(gè)類似的方式下,使得輸入電流I。與輸入電流Ia大致相等。
[0051]從事本行業(yè)的普通工作著也會(huì)認(rèn)可，本發(fā)明并不局限于上述使用三個(gè)穩(wěn)壓器級(jí)、采用三相時(shí)鐘或具體化的鋸齒波形。相反，本發(fā)明更一般包括N個(gè)穩(wěn)壓器級(jí)的連接，每級(jí)都同步一個(gè)時(shí)鐘(電流型控制實(shí)現(xiàn))或鋸齒波形(具體化的電壓型控制)，相鄰的級(jí)相差360° /N。每個(gè)級(jí)供應(yīng)電流L/N到負(fù)載，復(fù)合穩(wěn)壓器工作在一個(gè)明顯的開(kāi)關(guān)頻率Nfs下，M，fs是每個(gè)獨(dú)立的級(jí)的開(kāi)關(guān)頻率。
[0052]行業(yè)中的人們將會(huì)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的電路可以使用不同于上文展示和討論的電路元件。例如，本發(fā)明還可以使用眾所周知的升壓和正向變換器電路拓?fù)?。所有這些修改都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本發(fā)明不受限制，只受本發(fā)明的權(quán)利要求所限制。
【權(quán)利要求】
1.一種多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，其特征是:在輸出節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，在穩(wěn)壓下，輸出信號(hào)提供一個(gè)電流I給負(fù)載，該穩(wěn)壓器包括:應(yīng)用一個(gè)輸入信號(hào)的一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)；生成N相定時(shí)脈沖的定時(shí)電路；耦合到控制電路的輸出節(jié)點(diǎn)，控制一個(gè)工作周期的穩(wěn)壓器；N級(jí)同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器耦合到輸入節(jié)點(diǎn)、輸出節(jié)點(diǎn)、定時(shí)電路和控制電路，在N相定時(shí)脈沖的響應(yīng)下，N個(gè)中每個(gè)穩(wěn)壓器級(jí)提供IN的電流到輸出節(jié)點(diǎn)，這樣N級(jí)穩(wěn)壓器彼此相差360° /N ；其中該控制電路提供了電流控制；其中該控制電路提供了電壓控制；控制電路由耦合到輸出端的反饋電路組成，反饋電路提供N個(gè)反饋信號(hào)控制穩(wěn)壓器的占空比，每個(gè)反饋信號(hào)耦合到相應(yīng)的第N級(jí)同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，并且有一個(gè)預(yù)定的關(guān)系到輸出信號(hào)和一個(gè)參考電壓；N個(gè)信號(hào)中的每個(gè)反饋信號(hào)，都與一個(gè)正比于參考電壓的電壓和一個(gè)正比于輸出信號(hào)的電壓的差成正比；N個(gè)信號(hào)中的每個(gè)反饋信號(hào),都與一個(gè)正比于N個(gè)與其相應(yīng)的參考電壓和一個(gè)正比于輸出信號(hào)的電壓的差成正比；控制電路包括電流取樣電路，用來(lái)監(jiān)控N級(jí)多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的電流，并且提供取樣信號(hào)來(lái)控制穩(wěn)壓器的占空比；控制電路包括:監(jiān)控N級(jí)多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的電流，并且提供取樣信號(hào)的取樣電路；耦合到輸出端和電流取樣信號(hào)的反饋電路，反饋電路提供N個(gè)反饋信號(hào)，來(lái)控制穩(wěn)壓器的占空比；每個(gè)反饋信號(hào)耦合到相應(yīng)的第N級(jí)穩(wěn)壓器級(jí)，并且根據(jù)輸出信號(hào)和參考電壓有一個(gè)預(yù)設(shè)值；每個(gè)反饋信號(hào)耦合到相應(yīng)的第N級(jí)穩(wěn)壓器級(jí)，并且根據(jù)輸出信號(hào)和相應(yīng)的第N個(gè)參考電壓有一個(gè)預(yù)設(shè)值；N個(gè)反饋信號(hào)進(jìn)一步使得被穩(wěn)壓器的N個(gè)級(jí)的監(jiān)控的電流大致上相等；定時(shí)脈沖包括方波；定時(shí)脈沖包括鋸齒波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，其特征是:一個(gè)多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器在輸出端產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，輸出信號(hào)在穩(wěn)定的電壓下提供一個(gè)電流I供給負(fù)載，穩(wěn)壓器包括:一個(gè)有著輸入信號(hào)的輸入端；產(chǎn)生N相定時(shí)脈沖的定時(shí)電路；稱合到輸出節(jié)點(diǎn)的反饋電路，反饋電路提供N個(gè)反饋信號(hào)，控制穩(wěn)壓器的占空比；一個(gè)多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的N級(jí)耦合到輸入端、輸出端、定時(shí)電路和反饋電路，N級(jí)一個(gè)多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的每一級(jí)在N相定時(shí)脈沖的響應(yīng)下提供輸出電流I/N到輸出端；N級(jí)穩(wěn)壓器彼此相差360° /N ;反饋電路進(jìn)一步包括一個(gè)誤差放大器；誤差放大器有一個(gè)稱合到輸出端的反相輸入端，一個(gè)耦合到參考電壓的同相輸入端，一個(gè)控制穩(wěn)壓器占空比的輸出端；反饋電路進(jìn)一步包括一個(gè)分壓電阻網(wǎng)絡(luò)；分壓電阻 網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)耦合在反相輸入端和地電勢(shì)之間的第一電阻，一個(gè)耦合在輸出端和反相輸入端的第二電阻；當(dāng)輸出端大致上是穩(wěn)定的電壓時(shí)，反相輸入端的電壓大致上等于參考電壓#級(jí)多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中的每一級(jí)都進(jìn)一步包括一個(gè)比較器；反饋電路進(jìn)一步包括:監(jiān)控N級(jí)多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的電流，并且按監(jiān)控電流的比例提供N個(gè)取樣信號(hào)的取樣電路；N個(gè)比較器中的每一個(gè)都有一個(gè)耦合到相應(yīng)的第N個(gè)取樣信號(hào)的同相輸入端，一個(gè)稱合到誤差放大器的輸出端的反相輸入端；一個(gè)控制N級(jí)多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中與其相應(yīng)一級(jí)的占空比的輸出端；電流取樣電路包括一個(gè)電流取樣電阻；電流取樣電路進(jìn)一步包括一個(gè)電流取樣放大器；電流取樣放大器有一個(gè)反相輸入端，一個(gè)同相輸入端，一個(gè)輸出端；電流取樣電阻稱合在電流取樣放大器的輸入端之間；電流取樣放大器的輸出端耦合到比較器的反相輸入端；反饋電路包括N個(gè)誤差放大器；每個(gè)誤差放大器都有一個(gè)稱合到輸出端的反相輸入端，一個(gè)稱合到第N個(gè)相應(yīng)參考電壓的同相輸入端，一個(gè)耦合到相應(yīng)第N級(jí)穩(wěn)壓器，來(lái)控制穩(wěn)壓器占空比的輸出端；反饋電路進(jìn)一步包括N個(gè)反壓電阻網(wǎng)絡(luò)；每個(gè)分壓電阻網(wǎng)絡(luò)都耦合到一個(gè)相應(yīng)的第N誤差放大器并且包括一個(gè)耦合在反相輸入端和地電勢(shì)之間的第一電阻，一個(gè)稱合在輸出端和反相輸入端的第二電阻；當(dāng)輸出端大致上是穩(wěn)定的電壓時(shí)，反相輸入端的電壓大致上等于參考電壓；反饋電路提供電壓型控制，每一級(jí)多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器都進(jìn)一步包括監(jiān)控N級(jí)多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的電流，并且按監(jiān)控電流的比例提供N個(gè)取樣信號(hào)的取樣電路；每一級(jí)多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中電流取樣信號(hào)都耦合到反饋電路，第N個(gè)反饋信號(hào)進(jìn)一步使得每一級(jí)被監(jiān)控的電流大致相等；電流取樣電路包括一個(gè)電流取樣放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，其特征是:一種在輸出端產(chǎn)生輸出信號(hào)，并且在輸出端以一個(gè)穩(wěn)定的電壓提供給負(fù)載電流的方法包括:在輸入節(jié)點(diǎn)提供一個(gè)輸入信號(hào)；提供產(chǎn)生N相定時(shí)脈沖的定時(shí)電路；提供耦合到輸出節(jié)點(diǎn)來(lái)控制穩(wěn)壓器占空比的控制電路；提供一個(gè)多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的N級(jí)耦合到輸入端、輸出端、定時(shí)電路和控制電路，N級(jí)一個(gè)多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的每一級(jí)在N相定時(shí)脈沖的響應(yīng)下提供輸出電流I/N到輸出端；N級(jí)穩(wěn)壓器彼此相差360° /N ;進(jìn)一步包括使用電流型控制來(lái)控制穩(wěn)壓器的占空比的方法；進(jìn)一步包括使用電壓型控制來(lái)控制穩(wěn)壓器的占空比的方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，其特征是:一種在輸出端產(chǎn)生輸出信號(hào)，并且在輸出端以一個(gè)穩(wěn)定的電壓提供給負(fù)載電流的方法包括:提供一個(gè)多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的N級(jí)耦合到輸入端、輸出端、定時(shí)電路和控制電路，在輸入節(jié)點(diǎn)接收一個(gè)輸入信號(hào)；提供產(chǎn)生N相定時(shí)脈沖；控制穩(wěn)壓器占空比#級(jí)一個(gè)多相同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的每一級(jí)在N相定時(shí)脈沖的響應(yīng)下提供輸出電流I/N到輸出端；N級(jí)穩(wěn)壓器彼此相差360° /N。
【文檔編號(hào)】H02M3/157GK103618454SQ201310608539
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】李志鵬 申請(qǐng)人:蘇州貝克微電子有限公司