專(zhuān)利名稱(chēng)：具有平衡電流的多相換流器的制作方法
一般地說(shuō)本發(fā)明涉及一種平衡多相DC／DC換流器中的每個(gè)通道電流的裝置和方法。
個(gè)人計(jì)算機(jī)以直流(DC)電源來(lái)調(diào)整它們的運(yùn)行電壓和電流。早期的個(gè)人計(jì)算機(jī)的電路以±5伏的電壓運(yùn)行，有幾安培的電流。為了提高性能，將運(yùn)行電壓降低到±1．5到1．0伏的范圍，而將電流升高到50安培或更大。應(yīng)用幾個(gè)電源提供50安培或更大電流比從單個(gè)電源中產(chǎn)生更經(jīng)濟(jì)。這就使許多電源制造商們生產(chǎn)一種具有兩個(gè)或更多個(gè)的電流通道的多相換流器。雖然在多相系統(tǒng)中存在更多的部件，但是這些部件本身更小并且一般比在具有同等電流容量的單個(gè)換流器中必須使用的大功率部件更便宜。
當(dāng)多相換流器饋送相同的負(fù)載時(shí)，經(jīng)常在通道之間存在電壓失配。即使兩個(gè)或更多個(gè)通道的輸出電壓具有輕微的差別，電流將主要從具有最高電壓的通道中流出。一些換流器具有吸收以及提供輸出電流的能力。在這些換流器中，電流可以從一個(gè)通道中流到另一個(gè)通道，而不受負(fù)載電流的影響。這就可能導(dǎo)致過(guò)量的電能損耗。此外，這種換流器饋電的負(fù)載必需限制在單個(gè)通道相加的滿負(fù)載能力之下。
如果不能分配負(fù)載電流，則每個(gè)換流器通道提供與平均相電壓和換流器的純電阻成比例的電流。平均相電壓大致表示為VPH=(VIN-VUP)·D-VLOW(1-D)這里VIN是輸入電壓，VUP是在通過(guò)上部開(kāi)關(guān)的電壓降，VLOW是在通過(guò)下部開(kāi)關(guān)的電壓降，D是占空度。
換流器的純電阻包括電感器線圈電阻、任何微小電阻以及上部和下部電源開(kāi)關(guān)的時(shí)分多路電阻之和。
在多相換流器中，均衡地分配負(fù)載電流的能力取決于在每相或通道之間的部件和參數(shù)的匹配。電流分配對(duì)在通道之間的任何占空度失配尤其敏感。由于存在可能引起時(shí)序誤差的固有部件失配，所以多相占空度的匹配很難達(dá)到。因此，任何通道都可能強(qiáng)制傳輸比它應(yīng)該傳輸?shù)呢?fù)載電流比例份額多得多的電流。例如，在具有四個(gè)換流器通道的四相換流器中，一個(gè)通道必需傳輸40％的負(fù)載電流，而其它的每個(gè)通道必需傳輸20％，而不是每個(gè)通道都傳輸理想的25％。因此，每個(gè)通道必需具有至少傳輸預(yù)計(jì)輸出電流的40％(或超過(guò)它的比例份額的15％以上)的能力。將四個(gè)通道中的每個(gè)通道都設(shè)計(jì)為能夠傳輸預(yù)計(jì)輸出電流的40％而不是預(yù)計(jì)輸出電流的25％，這就要求應(yīng)用加大型功率輸出晶體管和無(wú)源部件，比如電感器和電阻器，以使每個(gè)通道能夠安全地傳輸更高比例的負(fù)載電流。由于負(fù)載分布的變化，每個(gè)功率晶體管都必需比總的負(fù)載所需的功率晶體管更大。然而，如果負(fù)載能夠更均勻地分布，則可以應(yīng)用更小的晶體管以及更小的無(wú)源部件來(lái)實(shí)現(xiàn)與已有的加大型現(xiàn)有系統(tǒng)相同的負(fù)載電流能力。與更大的、功率更高的部件相比，更小的晶體管和無(wú)源部件更便宜并且更有效。
因此，本發(fā)明提供一種多相換流器，這種換流器能夠均衡地分配在每相或通道之間的負(fù)載電流，并且還提供一種多相換流器，這種換流器應(yīng)用更小的晶體管和更小的無(wú)源部件來(lái)得到給定的負(fù)載電流能力，由此使得這種換流器的產(chǎn)銷(xiāo)更便宜。
本發(fā)明包括一種具有輸出電壓的多相DC／DC換流器，所述換流器包括多個(gè)換流器通道和控制電路，所述多個(gè)換流器通道中的每個(gè)通道都包括換流器通道輸入和換流器通道輸出，所述多個(gè)換流器通道中的每個(gè)通道都被構(gòu)造成能夠產(chǎn)生換流器通道電流并且能夠根據(jù)電連接到每個(gè)所述換流器通道輸入上的控制信號(hào)調(diào)節(jié)所述換流器通道電流，該控制電路的特征在于，產(chǎn)生誤差信號(hào)的裝置，所述誤差信號(hào)表示所述輸出電壓與參考電壓的比較，多個(gè)控制電路通道，所述多個(gè)控制電路通道中的每一個(gè)都與所述多個(gè)換流器通道中的每一個(gè)相對(duì)應(yīng)，所述多個(gè)控制電路通道中的每一個(gè)通道都包括產(chǎn)生通道電流信號(hào)的裝置，所述通道電流信號(hào)表示相應(yīng)的換流器通道電流，產(chǎn)生差值通道電流信號(hào)的裝置，所述差值通道電流信號(hào)表示所述通道電流信號(hào)與平均電流信號(hào)的比較，所述平均電流信號(hào)表示所述多個(gè)換流器通道的整體平均電流，產(chǎn)生差值誤差信號(hào)的裝置，所述差值誤差信號(hào)表示所述誤差信號(hào)與所述差值通道電流信號(hào)的比較，具有斜坡輸入和控制輸入的脈沖寬度調(diào)制器，所述控制輸入電連接到所述差值誤差信號(hào)上，所述脈沖寬度調(diào)制器能夠產(chǎn)生所述控制信號(hào)，所述控制信號(hào)至少部分基于所述差值誤差信號(hào)，所述控制信號(hào)電耦合到相應(yīng)的所述換流器通道輸入中，以及產(chǎn)生所述平均電流信號(hào)的裝置。
方便地，在本發(fā)明的一種形式中包括一種具有輸出電壓的多相DC／DC換流器，這種換流器包括多個(gè)換流器通道。每個(gè)換器通道都包括換流器通道輸入和換流器通道輸出。每個(gè)換流器通道都能夠產(chǎn)生換流器通道電流并且能夠根據(jù)電連接到每個(gè)換流器通道輸入的控制信號(hào)調(diào)節(jié)所述換流器通道電流。一種控制電路產(chǎn)生表示換流器輸出電壓與參考電壓相比較的誤差信號(hào)?？刂齐娐钒ǘ鄠€(gè)控制電路通道，每個(gè)控制電路通道都與一個(gè)換流器通道相對(duì)應(yīng)。每個(gè)控制電路通道產(chǎn)生表示相應(yīng)的換流器通道電流的通道電流信號(hào)和產(chǎn)生表示通道電流信號(hào)與平均電流信號(hào)相比較的差值通道電流信號(hào)。該平均電流信號(hào)表示換流器通道的整體平均電流。每個(gè)控制電路通道產(chǎn)生表示誤差信號(hào)與差值通道電流信號(hào)相比較的差值誤差信號(hào)。每個(gè)控制通道還包括具有斜坡輸入和控制輸入的脈沖寬度調(diào)制器。該控制輸入電連接到差值誤差信號(hào)上。脈沖寬度調(diào)制器基于差值誤差信號(hào)產(chǎn)生控制信號(hào)。該控制信號(hào)電耦合到相應(yīng)的換流器通道輸入中?？刂齐娐樊a(chǎn)生平均電流信號(hào)。
本發(fā)明還包括一種平衡多個(gè)通道電流的方法，所述多個(gè)通道電流中的每個(gè)通道電流都在多相DC／DC換流器中的多個(gè)通道中的相應(yīng)一個(gè)通道中流動(dòng)，所述DC／DC換流器具有輸出電壓，所述方法的特征在于如下的步驟檢測(cè)所述多個(gè)通道電流中的每個(gè)通道電流以確定多個(gè)通道電流信號(hào)，對(duì)所述多個(gè)通道電流信號(hào)進(jìn)行平均由此確定平均通道電流信號(hào)，將所述多個(gè)通道電流信號(hào)中的每個(gè)電流信號(hào)與所述平均通道電流信號(hào)進(jìn)行比較由此確定所述多個(gè)通道中的每個(gè)通道的相應(yīng)差值通道電流信號(hào)，進(jìn)一步將所述輸出電壓與參考電壓相比較以確定誤差信號(hào)，此外將每個(gè)所述差值通道電流信號(hào)與所述誤差信號(hào)進(jìn)行比較以確定所述多個(gè)通道中的每個(gè)通道的相應(yīng)差值誤差信號(hào)，至少部分基于相應(yīng)的所述差值誤差信號(hào)調(diào)整所述多個(gè)通道電流中的每個(gè)通道電流由此使所述多個(gè)通道電流中的每個(gè)通道電流彼此基本相等，又一步驟是使所述差值通道電流信號(hào)穩(wěn)定并最佳化。
現(xiàn)在結(jié)合參考附圖通過(guò)實(shí)例的方式描述本發(fā)明，在附圖中附

圖1所示為四相、四通道換流器的方塊圖；和附圖2所示為在附圖1中的四通道換流器系統(tǒng)的控制電路。
在幾個(gè)視圖中對(duì)應(yīng)的參考標(biāo)號(hào)表示對(duì)應(yīng)的部件。
本發(fā)明的多相換流器具有多個(gè)換流器通道以給負(fù)載提供電源。每個(gè)換流器通道都可以看作一個(gè)獨(dú)立的換流器，并且由脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)進(jìn)行控制。這里所討論的每個(gè)換流器通道都是補(bǔ)償換流器或同步校正補(bǔ)償換流器。這種換流器可以共享公共的輸出電容。
附圖1所示為本發(fā)明的4-通道的多相換流器10的一個(gè)實(shí)施例。換流器10驅(qū)動(dòng)負(fù)載12，并包括控制電路14。在負(fù)載12和控制電路14之間例如通過(guò)四個(gè)同步校正補(bǔ)償通道或換流器通道18a、18b、18c和18d相互電連接。更具體地說(shuō)，每個(gè)換流器通道18a、18b、18c和18d都包括一個(gè)相應(yīng)的換流器通道輸入22a、22b、22c和22d?？刂齐娐?4包括四個(gè)控制電路輸出14a、14b、14c和14d，每個(gè)控制電路輸出都電連接到對(duì)應(yīng)的一個(gè)換流器通道輸入22a、22b、22c和22d上。每個(gè)換流器通道18a、18b、18c和18d進(jìn)一步包括相應(yīng)的換流器通道輸出24a、24b、24c和24d，相應(yīng)的換流器通道電流通過(guò)每個(gè)換流器通道輸出24a、24b、24c和24d流動(dòng)?？刂齐娐?4還在每個(gè)輸出14a、14b、14c和14d上給每個(gè)換流器通道輸入22a、22b、22c和22d提供分離并獨(dú)立的PWM信號(hào)PWM1、PWM2，PWM3和PWM4。這四個(gè)PWM信號(hào)調(diào)節(jié)流過(guò)每個(gè)換流器通道輸出24a、24b、24c和24d的電流。
換流器通道18a、18b、18c和18d的輸出電流獨(dú)立地分別反饋給控制電路14。至少部分地根據(jù)反饋換流器通道電流修正在每個(gè)控制電路輸出14a、14b、14c和14d上分別對(duì)應(yīng)的每個(gè)PWM信號(hào)PWM1、PWM2、PWM3和PWM4。將被修正或被調(diào)整的單個(gè)PWM信號(hào)PWM1、PWM2、PWM3和PWM4分別輸送給每個(gè)換流器通道輸入22a、22b、22c和22d。更具體地說(shuō)，控制電路14包括電流反饋線28a、28b、28c和28d，這些電流反饋線分別將相應(yīng)的一個(gè)換流器通道輸出24a、24b、24c和24d電連接到對(duì)應(yīng)的一個(gè)控制電路輸入32a、32b、32c和32d上。因此，每個(gè)電流反饋線28a、28b、28c和28d為分別流過(guò)換流器通道18a、18b、18c和18d的每個(gè)換流器通道電流提供了電流反饋通路。每個(gè)電流反饋線28a、28b、28c和28d都被看作形成四個(gè)獨(dú)立的控制電路通道的一部分。
可取的是應(yīng)用反饋的方法來(lái)從每個(gè)換流器通道18a、18b、18c和18d給每個(gè)控制電路通道提供獨(dú)立的反饋信號(hào)。每個(gè)獨(dú)立的反饋信號(hào)都與由相應(yīng)的換流器通道提供的換流器通道電流成比例。然后基于反饋的換流器通道電流單個(gè)獨(dú)立地調(diào)整每個(gè)通道18a、18b、18c和18d的運(yùn)行以使換流器通道電流彼此相對(duì)平衡。只要給每個(gè)控制電路通道提供由相應(yīng)的換流器通道提供的電流成比例的反饋信號(hào)則能夠消除在換流器通道之間的部件失配的問(wèn)題。一般地，如下文更詳細(xì)地描述，換流器10從誤差放大器輸出中減去與存在于換流器通道之間的換流器電流不平衡性成比例的信號(hào)，由此能夠校正在換流器電流之間的任何不平衡性。
反饋通路34將換流器10的輸出36電連接到控制電路14的反饋輸入32f。因而控制電路14經(jīng)過(guò)反饋通路34接收輸送給負(fù)載12的電壓。
在附圖2中，示出了將要描述的控制電路14。每個(gè)換流器通道18a、18b、18c和18d的換流器通道電流都獨(dú)立地與所有的換流器通道18a、18b、18c和18d的總平均換流器通道電流進(jìn)行比較。然后獨(dú)立地分別調(diào)整每個(gè)換流器通道18a、18b、18c和18d的電流以使其接近平均電流，從而，使得每個(gè)換流器通道18a、18b、18c和18d中的換流器通道電流彼此基本相等。
誤差放大器(E／A)42具有經(jīng)過(guò)反饋通路34電連接到換流器10的輸出36上的第一輸入32f。E／A42將換流器輸出36處的電壓(或負(fù)載電壓)與電連接到誤差放大器42的輸入42a上的參考電壓REF進(jìn)行比較。當(dāng)在換流器10的輸出36上的電壓低于施加在E／A42的輸入42a上的參考電壓時(shí)，E／A42的輸出42b上的輸出電壓VE／A將增加。相反地，當(dāng)在換流器10的輸出36上的電壓高于施加在E／A42的輸入42a上的參考電壓時(shí)，在E／A42的輸出42b上的輸出電壓VE／A將降低。從每個(gè)換流器通道輸出24a、24b、24c和24d流出的電流流經(jīng)每個(gè)電流反饋通路28a、28b、28c和28d中的串聯(lián)電阻器(未示)，由此分別產(chǎn)生電壓VISENSE1、VISENSE2、VISENSE3和VISENSE4。每個(gè)VISENSE1、VISENSE2、VISENSE3和VISENSE4分別與流過(guò)的換流器通道輸出24a、24b、24c和24d中相應(yīng)換流器通道電流成比例。每個(gè)VISENSE1、VISENSE2、VISENSE3和VISENSE4都分別經(jīng)反饋通路28a、28b、28c和28d電連接到控制電路14上。然而，可以理解的是，可以將串聯(lián)電阻器集成到控制電路14中，在這種情況下反饋通路28a、28b、28c和28d輸送分別流過(guò)換流器通道輸出24a、24b、24c和24d的換流器通道電流，并且在這種情況下在控制電路的內(nèi)部產(chǎn)生VISENSE1、VISENSE2、VISENSE3和VISENSE4。
求和電路44包括輸入44a、44b、44c和44d，每個(gè)輸入44a、44b、44c和44d都電連接到控制電路輸入32a、32b、32c和32d上，由此將求和電路44的輸入44a、44b、44c和44d分別連接到VISENSE1、VISENSE2、VISENSE3和VISENSE4上。求和電路44將每個(gè)VISENSE1、VISENSE2、VISENSE3和VISENSE4都加在一起，并在輸出44f處得到與VISENSE1、VISENSE2、VISENSE3和VISENSE4的和成比例信號(hào)。求和電路44的輸出44f電連接到換算電路46的輸入46a上。換算電路46對(duì)VISENSE1、VISENSE2、VISENSE3和VISENSE4的和進(jìn)行換算(即，除以4)以得到信號(hào)Vaverage，該信號(hào)Vaverage與輸出46b處的VISENSE1、VISENSE2、VISENSE3和VISENSE4的平均值成比例。
每個(gè)控制電路通道包括相應(yīng)的減法電路48、50、52和54。每個(gè)減法電路48、50、52和54分別包括輸入48a和48b、50a和50b、52a和52b以及54a和54b。減法電路48的輸入48a電連接到控制電路14的輸入32a，由此將減法電路48的輸入48a連接到VISENSE1上。減法電路50的輸入50a電連接到控制電路14的輸入32b，由此將減法電路48的輸入50a連接到VISENSE2上。減法電路52的輸入52a電連接到控制電路14的輸入32c，由此將減法電路48的輸入52a連接到VISENSE2上。同樣地，減法電路54的輸入54a電連接到控制電路14的輸入32d，由此將減法電路48的輸入54a連接到VISENSE4上。減法電路48、50、52和54的相應(yīng)的輸入48b、50b、52b和54b分別電連接到換算電路46的輸出46b，由此將每個(gè)輸入48b、50b、52b和54b連接到Vaverage上。每個(gè)減法電路48、50、52和54從每個(gè)VISENSE1、VISENSE2、VISENSE3和VISENSE4中減去Vaverage。更具體地說(shuō)，減法電路48從VISENSE1中減去Vaverage，減法電路50從VISENSE2中減去Vaverage，減法電路52從VISENSE3中減去Vaverage，減法電路54從VISENSE4中減去Vaverage。每個(gè)減法放大器48、50、52和54所執(zhí)行的減法運(yùn)算的結(jié)果表示在流經(jīng)換流器通道18a、18b、18c和18d中的相應(yīng)的一個(gè)通道的電流與換流器通道18a、18b、18c和18d共同提供的換流器通道電流的平均值(即Vaverage所表示的值)之差。減法電路48、50、52和54的相應(yīng)的輸出48c、50c、52c和54c分別電連接到相應(yīng)的一個(gè)補(bǔ)償電路G。
每個(gè)控制電路通道還包括補(bǔ)償電路G1、G2、G3和G4。每個(gè)補(bǔ)償電路G1、G2、G3和G4執(zhí)行電流回路補(bǔ)償功能，比如增益或?yàn)V波以對(duì)反饋電流波形進(jìn)行整形，以實(shí)現(xiàn)合適的電流平衡或防止電流回路的不穩(wěn)定性。每個(gè)補(bǔ)償電路G1、G2、G3和G4可包括至少一個(gè)極點(diǎn)和零點(diǎn)。每個(gè)補(bǔ)償電路G1、G2、G3和G4的輸出表示在流經(jīng)換流器通道18a、18b、18c和18d中的相應(yīng)的一個(gè)通道中的電流與換流器通道18a、18b、18c和18d共同提供的換流器通道電流的整體平均值(即Vaverage所表示的值)之間的差值，并分別以信號(hào)△I1、△I2、△I3和△I4表示。因此，信號(hào)△I1、△I2、△I3和△I4分別表示換流器通道18a、18b、18c和18d共同提供的換流器通道電流的整體平均值(即Vaverage所表示的值)與在換流器通道18a、18b、18c和18d中流動(dòng)的電流的實(shí)際值之差。更具體地說(shuō)，例如，信號(hào)△I1表示換流器通道18a、18b、18c和18d共同提供的換流器通道電流的整體平均值與在換流器通道18a中流動(dòng)的換流器通道電流的實(shí)際值之差。同樣地，作為進(jìn)一步的實(shí)例，信號(hào)△I2表示換流器通道18a、18b、18c和18d共同提供的換流器通道電流的整體平均值與在換流器通道18b中流動(dòng)的電流的實(shí)際值之差。理想地是信號(hào)△I1、△I2、△I3和△I4中的每個(gè)都為零，從而表示相等的換流器通道電流流經(jīng)換流器通道18a、18b、18c和18d中的每個(gè)通道。分別將信號(hào)△I1、△I2、△I3和△I4輸入到減法電路58、60、62和64中。
每個(gè)控制電路通道包括減法電路58、60、62和64。每個(gè)減法電路58、60、62和64分別包括各自的輸入58a和58b、60a和60b、62a和62b以及64a和64b。輸入58a、60a、62a和64a分別電連接到G1、G2、G3和G4，以便將每個(gè)減法電路58、60、62和64分別連接到信號(hào)△I1、△I2、△I3和△I4。每個(gè)輸入58b、60b、62b和64b都電連接到E／A42的輸出42b上，由此將每個(gè)減法電路58、60、62和64連接到VE／A。如上所述，當(dāng)換流器10的輸出36上的電壓低于施加到E／A42的輸入42a上的參考電壓REF時(shí)，VE／A將增加。相反地，當(dāng)在換流器10的輸出36上的電壓高于施加到E／A42的輸入42a上的參考電壓REF時(shí)，輸出42b的輸出電壓VE／A將降低。差值電路或減法電路58、60、62和64將信號(hào)△I1、△I2、△I3和△I4中的相應(yīng)一個(gè)信號(hào)與信號(hào)VE／A進(jìn)行比較。減法電路58、60、62和64的相應(yīng)的輸出58c、60c、62c和64c電連接到相應(yīng)的一個(gè)PWM放大器68、70、72和74。
每個(gè)控制電路通道都包括一個(gè)PWM放大器68、70、72和74。每個(gè)PWM放大器68、70、72和74都分別包括輸入68a和68b、70a和70b、72a和72b以及74a和74b。輸入68a、70a、72a和74a分別電連接到減法電路58、60、62和64的相應(yīng)的輸出58c、60c、62c和64c。每個(gè)輸入68b、70b、72b和74b連接到參考PWM波形。PWM放大器68、70、72和74至少部分地分別基于輸入68a、70a、72a和74a修正參考PWM波形。更具體地說(shuō)，每個(gè)PWM放大器68、70、72和74至少部分地基于輸入68a、70a、72a和74a中的相應(yīng)的一個(gè)輸入獨(dú)立地分別修正參考PWM的脈沖寬度。獨(dú)立地分別修正的參考PWM波形在PWM放大器68、70、72和74的控制電路的相應(yīng)輸出14a、14b、14c和14c上分別作為信號(hào)PWM1、PWM2、PWM3和PWM4出現(xiàn)。通過(guò)每個(gè)PWM放大器68、70、72和74修正的參考PWM波形以使每個(gè)換流器通道18a、18b、18c和18d的換流器通道電流更接近平均輸出電流Vaverage。更具體地說(shuō)，修正(即，縮短或加長(zhǎng))每個(gè)信號(hào)PWM1、PWM2、PWM3和PWM4的脈沖寬度以使每個(gè)換流器通道18a、18b、18c和18d的換流器通道電流更接近平均輸出電流Vaverage。PWM放大器68、70、72和74的相應(yīng)的每一個(gè)信號(hào)PWM1、PWM2、PWM3和PWM4分別電連接到換流器通道輸入22a、22b、22c和22d中的相應(yīng)的一個(gè)通道輸入中。
在使用中，例如當(dāng)換流器10在這樣的條件下運(yùn)行時(shí)即，換流器通道18a正在傳輸比所有的換流器通道電流的平均值(如Vaverage所表示)更高的換流器通道電流，則減法電路48將產(chǎn)生正的信號(hào)△I1。將這種正的信號(hào)△I1輸入到減法電路58中。減法電路58從VE／A(即，誤差放大器42的輸出)中減去正的信號(hào)△I1，由此降低了電連接到PWM68的輸入68a上的輸出58c。相應(yīng)地，PWM68降低了輸出14a上的PWM1的脈沖寬度。PWM1的脈沖寬度的降低又將流經(jīng)換流器通道18a的換流器通道電流降低到更接近所有的換流器通道電流的平均值(如Vaverage所表示)。相反地，例如當(dāng)換流器10在這樣的條件下運(yùn)行時(shí)即，換流器通道18b正在傳輸比所有的換流器通道電流的平均值(如Vaverage所表示)更低的換流器通道電流，則減法電路50將產(chǎn)生負(fù)的信號(hào)△I2。將這種負(fù)信號(hào)△I2輸入到減法電路60中。減法電路60從VE／A(即，誤差放大器42的輸出)中減去負(fù)信號(hào)△I2，由此增加了電連接到PWM70的輸入70a上的輸出60c。與其相對(duì)應(yīng)，PWM70增加了輸出14b上的PWM2的脈沖寬度。PWM2的脈沖寬度的增加又將流經(jīng)換流器通道18b的電流增加到更接近所有的換流器通道電流的平均值(如Vaverage所表示)。
在所示的實(shí)施例中，換流器10包括四個(gè)換流器通道18a、18b、18c和18d，控制電路14包括四個(gè)控制電路通道，每個(gè)控制電路通道都包括一個(gè)相應(yīng)的減法電路48、50、52和54、另一個(gè)相應(yīng)的減法電路58、60、62和64、相應(yīng)的補(bǔ)償電路G1、G2、G3和G4、相應(yīng)的PWM放大器68、70、72、74和相應(yīng)的反饋通路28a、28b、28c和28d。然而，可以理解的是換流器10可以構(gòu)造為包括具有相應(yīng)的控制電路通道數(shù)量的控制電路14的任何數(shù)量的通道。
在所示的實(shí)施例中，補(bǔ)償電路G1、G2、G3和G4每個(gè)都執(zhí)行電流回路補(bǔ)償功能，比如增益或?yàn)V波功能以對(duì)電流反饋波形進(jìn)行整形或者防止電流回路的不穩(wěn)定性。然而，可以理解的的是，并不總是需要將補(bǔ)償電路加入到本發(fā)明中。
在所示的實(shí)施例中，信號(hào)VISENSE1、VISENSE2、VISENSE3和VISENSE4分別與反饋回路28a、28b、28c和28d的每個(gè)回路中的電流成比例。然而，應(yīng)該理解的是VISENSE信號(hào)也可以有選擇地構(gòu)造，比如基于或部分基于反饋回路所傳輸?shù)碾娏鱽?lái)構(gòu)造，而不是嚴(yán)格地成比例。
在所示的實(shí)施例中，電路48、50、52、和54以及電路58、60、62和64構(gòu)造為減法電路。然而，應(yīng)該理解的是電路48、50、52、和54以及電路58、60、62和64中的每個(gè)電路可有選擇地構(gòu)造，例如構(gòu)造為差分放大器，以得到表示在輸入到該電路中的信號(hào)之間的差值的輸出信號(hào)。
多相DC／DC換流器具有輸出電壓并包括多個(gè)換流器通道。每個(gè)換流器通道包括換流器通道輸入和換流器通道輸出。將每個(gè)換流器通道構(gòu)造成能夠產(chǎn)生換流器通道電流并能夠依據(jù)電連接到每個(gè)換流器通道輸入上的控制信號(hào)調(diào)整所述換流器通道電流。一種控制電路產(chǎn)生表示換流器輸出電壓與參考電壓相比較的誤差信號(hào)?？刂齐娐钒ǘ鄠€(gè)控制電路通道，每個(gè)控制電路通道與一個(gè)換流器通道相對(duì)應(yīng)。每個(gè)控制電路通道產(chǎn)生表示相應(yīng)的換流器通道電流的通道電流信號(hào)，并產(chǎn)生表示通道電流信號(hào)與平均電流信號(hào)相比較的差值通道電流信號(hào)。該平均電流信號(hào)表示換流器通道的整體平均電流。每個(gè)控制電路通道產(chǎn)生表示誤差信號(hào)與差值通道電流信號(hào)相比較的差值誤差信號(hào)。每個(gè)控制電路通道包括具有斜坡輸入和控制輸入的脈沖寬度調(diào)制器?？刂戚斎腚娺B接到差值誤差信號(hào)上。
權(quán)利要求
1．一種具有輸出電壓的多相DC／DC換流器，所述換流器包括多個(gè)換流器通道和一種控制電路，所述多個(gè)換流器通道中的每個(gè)通道都包括換流器通道輸入和換流器通道輸出，所述多個(gè)換流器通道中的每個(gè)通道都被設(shè)計(jì)成能夠產(chǎn)生換流器通道電流并且能夠根據(jù)電連接到每個(gè)所述換流器通道輸入的控制信號(hào)調(diào)節(jié)所述換流器通道電流，該控制電路的特征在于，產(chǎn)生誤差信號(hào)的裝置，所述誤差信號(hào)表示所述輸出電壓與參考電壓的比較，多個(gè)控制電路通道，所述多個(gè)控制電路通道中的每一個(gè)都與所述多個(gè)換流器通道中的每一個(gè)相對(duì)應(yīng)，所述多個(gè)控制電路通道中的每一個(gè)都包括產(chǎn)生通道電流信號(hào)的裝置，所述通道電流信號(hào)表示相應(yīng)的換流器通道電流，產(chǎn)生差值通道電流信號(hào)的裝置，所述差值通道電流信號(hào)表示所述通道電流信號(hào)與平均電流信號(hào)的比，所述平均電流信號(hào)表示對(duì)所述多個(gè)換流器通道的整體平均電流，產(chǎn)生差值誤差信號(hào)的裝置，所述差值誤差信號(hào)表示所述誤差信號(hào)與所述差值通道電流信號(hào)的比較，具有斜坡輸入和控制輸入的脈沖寬度調(diào)制器，所述控制輸入電連接到所述差值誤差信號(hào)上，所述脈沖寬度調(diào)制器能夠產(chǎn)生所述控制信號(hào)，所述控制信號(hào)至少部分基于所述差值誤差信號(hào)，所述控制信號(hào)電連接到相應(yīng)的所述換流器通道輸入中，以及產(chǎn)生所述平均電流信號(hào)的裝置。
2．如權(quán)利要求1所述的多相DC／DC換流器，其特征在于所述多個(gè)控制電路通道中的每個(gè)通道進(jìn)一步包括相應(yīng)補(bǔ)償電路，每個(gè)所述補(bǔ)償電路都包括具有至少一個(gè)極點(diǎn)和零點(diǎn)的頻率補(bǔ)償電路，所述頻率補(bǔ)償電路被構(gòu)造為能夠至少用于使一個(gè)所述差值通道電流信號(hào)最佳化和穩(wěn)定化。
3．如權(quán)利要求1所述的多相DC／DC換流器，其特征在于所述產(chǎn)生差值通道電流信號(hào)的裝置包括構(gòu)造為用于從所述平均電流信號(hào)中減去所述通道電流信號(hào)的第一減法電路，以及所述產(chǎn)生誤差信號(hào)的裝置包括具有第一輸入和第二輸入的誤差放大器，所述第一輸入電連接到所述第一輸入，所述第二輸入電連接到參考電壓。
4．如權(quán)利要求3所述的多相DC／DC換流器，其特征在于所述產(chǎn)生差值誤差信號(hào)的裝置包括構(gòu)造為用于從所述差值通道電流信號(hào)中減去所述誤差信號(hào)的第二減法電路。
5．如權(quán)利要求1所述的多相DC／DC換流器，其特征在于所述多個(gè)控制電路通道中每個(gè)通道都包括控制電路通道輸入，所述用于產(chǎn)生通道電流信號(hào)的裝置包括電流反饋通路，所述電流反饋通路將所述控制電路通道輸入電連接到相應(yīng)的所述換流器通道輸出，以及所述產(chǎn)生所述平均電流信號(hào)的裝置包括換算電路和電連接到所述換算電路的求和電路，所述求和電路被構(gòu)造為將每個(gè)相應(yīng)的所述通道電流信號(hào)加在一起并產(chǎn)生其和信號(hào)，所述換算電路被構(gòu)造為對(duì)所述和信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定并產(chǎn)生所述平均電流信號(hào)。
6．一種多相DC／DC換流器，包括換流器輸出、多個(gè)換流器通道和控制電路，所述多個(gè)換流器通道中的每個(gè)通道都具有相應(yīng)的換流器通道輸入和相應(yīng)的換流器通道輸出，每個(gè)所述多個(gè)換流器通道輸出都電連接到所述換流器輸出上，所述多個(gè)換流器通道中的每個(gè)通道都被設(shè)計(jì)成能夠提供相應(yīng)的通道電流，所述多個(gè)換流器通道中的每個(gè)通道都被構(gòu)造成能夠根據(jù)電連接到相應(yīng)的所述換流器通道輸入的控制信號(hào)調(diào)節(jié)相應(yīng)的所述換流器通道電流，該控制電路包括求和電路、多個(gè)電流反饋通路、換算電路、多個(gè)第一減法電路、誤差放大器、電壓反饋通路、多個(gè)第二減法電路、多個(gè)脈沖寬度調(diào)制器和多個(gè)頻率補(bǔ)償電路，該求和電路具有多個(gè)求和電路輸入和求和電路輸出，每個(gè)所述電流反饋通路將相應(yīng)的所述換流器通道輸出電連接到所述多個(gè)求和電路輸入中的相應(yīng)的一個(gè)中，該換算電路具有換算輸入和換算輸出，所述換算輸入電連接到所述求和電路輸出中，所述多個(gè)第一減法電路中每一電路具有第一輸入、第二輸入和第一減法電路輸出，每個(gè)所述第二輸入電連接到所述換算輸出上，每個(gè)所述第一輸入電連接到所述多個(gè)電流反饋通路中的相應(yīng)的一個(gè)通路中，該誤差放大器具有參考輸入、誤差輸入和誤差輸出，所述參考輸入電連接到參考電壓上，該電壓反饋通路將所述換流器輸出連接到所述誤差放大器的所述誤差輸入上，所述多個(gè)第二減法電路中的每個(gè)減法電路都具有第一輸入、第二輸入和第二減法電路輸出，每個(gè)所述第一輸入電連接到所述誤差輸出上，每個(gè)所述第二輸入電連接到相應(yīng)的所述第一減法電路輸出上，所述多個(gè)脈沖寬度調(diào)制器中的每個(gè)調(diào)制器都具有斜坡輸入、控制輸入和脈沖寬度調(diào)制器輸出，每個(gè)所述控制輸入電連接到相應(yīng)的所述第二減法電路輸出上，每個(gè)所述斜坡輸入連接到斜坡電壓源上，每個(gè)所述脈沖寬度調(diào)制器輸出電連接到相應(yīng)的所述換流器通道輸入上，所述多個(gè)頻率補(bǔ)償電路的中的每個(gè)補(bǔ)償電路都具有輸入和輸出，每個(gè)所述輸入電連接到相應(yīng)的所述第一減法電路輸出上，每個(gè)所述輸出電連接到所述多個(gè)第二減法電路中的一個(gè)減法電路的相應(yīng)的所述第二輸入上。
7．一種平衡多個(gè)通道電流的方法，所述多個(gè)通道電流中的每個(gè)都在多相DC／DC換流器中的多個(gè)通道中的相應(yīng)的一個(gè)通道中流動(dòng)，所述DC／DC換流器具有輸出電壓，所述方法的特征在于具有如下步驟檢測(cè)所述多個(gè)通道電流中的每個(gè)通道的電流以測(cè)定多個(gè)通道電流信號(hào)，對(duì)所述多個(gè)通道電流信號(hào)進(jìn)行平均由此確定平均通道電流信號(hào)，將每個(gè)所述多個(gè)通道電流信號(hào)與所述平均通道電流信號(hào)進(jìn)行比較由此確定所述多個(gè)通道中的每個(gè)通道的相應(yīng)差值通道電流信號(hào)，進(jìn)一步將所述輸出電壓與參考電壓相比較以確定誤差信號(hào)，此外將每個(gè)所述差值通道電流信號(hào)與所述誤差信號(hào)進(jìn)行比較以確定所述多個(gè)通道中的每個(gè)通道的相應(yīng)的差值誤差信號(hào)，至少部分地基于相應(yīng)的所述差值誤差信號(hào)調(diào)整所述多個(gè)通道電流中的每個(gè)通道電流由此使所述多個(gè)通道電流中的每個(gè)通道電流彼此基本相等，并進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)定和最佳化所述差值通道電流信號(hào)的步驟。
8．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于穩(wěn)定和最佳化的步驟包括應(yīng)用頻率補(bǔ)償電路對(duì)每個(gè)所述差值通道電流信號(hào)進(jìn)行濾波，所述頻率補(bǔ)償電路具有至少一個(gè)極點(diǎn)和零點(diǎn)。
9．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述平均步驟應(yīng)用求和電路對(duì)所述多個(gè)通道電流信號(hào)相加以得到和信號(hào)，應(yīng)用換算電路對(duì)該和信號(hào)進(jìn)行換算由此得到所述平均通道電流信號(hào)，并且所述比較步驟包括應(yīng)用減法電路從所述多個(gè)通道中的每個(gè)通道中減去所述平均通道電流信號(hào)。
10．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述比較步驟進(jìn)一步包括應(yīng)用減法電路從所述換流器的所述輸出電壓中減去所述參考電壓，所述比較步驟進(jìn)一步包括應(yīng)用減法電路從每個(gè)所述差值通道電流信號(hào)中減去所述誤差信號(hào)，并且所述調(diào)整步驟包括將每個(gè)所述差值誤差信號(hào)中的相應(yīng)一個(gè)信號(hào)電耦合到相應(yīng)的脈沖寬度調(diào)制器的輸入中，構(gòu)造每個(gè)所述脈沖寬度調(diào)制器以發(fā)出控制信號(hào)，每個(gè)所述控制信號(hào)至少部分基于相應(yīng)的所述差值誤差信號(hào)，每個(gè)所述控制信號(hào)電耦合到所說(shuō)多個(gè)通道中的相應(yīng)的一個(gè)通道，構(gòu)造所述多個(gè)通道中的每個(gè)通道以使其都能夠至少部分地基于所述控制信號(hào)調(diào)整所述多個(gè)通道電流中的相應(yīng)的一個(gè)通道電流，由此使所述多個(gè)通道電流中的每個(gè)通道電流都彼此基本相等。
全文摘要
一種具有輸出電壓的多相DC/DC換流器,這種換流器包括多個(gè)換流器通道和控制電路。每個(gè)換流器通道都包括換流器通道輸入和換流器通道輸出。每個(gè)換流器通道都能夠產(chǎn)生換流器通道電流并且能夠根據(jù)電連接到每個(gè)所述換流器通道輸入的控制信號(hào)調(diào)節(jié)所述換流器通道電流?？刂齐娐樊a(chǎn)生表示換流器輸出電壓與參考電壓相比較的誤差信號(hào)?？刂齐娐钒ǘ鄠€(gè)控制電路通道,每個(gè)控制電路通道都與一個(gè)換流器通道相對(duì)應(yīng)。
文檔編號(hào)G05F1/40GK1295374SQ0012609
公開(kāi)日2001年5月16日 申請(qǐng)日期2000年8月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月1日
發(fā)明者米歇爾·沃爾特斯, 查理斯·霍克斯, 羅伯特·依斯?jié)h姆 申請(qǐng)人:英特賽爾公司