專利名稱：用于并聯(lián)式功率轉(zhuǎn)換器的切換控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率轉(zhuǎn)換器，且更確切地說涉及一種切換式功率轉(zhuǎn)換器 的控制電路。
背景技術(shù)：
高電流需求通常會降低功率轉(zhuǎn)換器中的功率效率。功率轉(zhuǎn)換器的功率損
耗與其電流呈指數(shù)型比例，可以下列方程式(l)表示 P應(yīng)=I2xR ______.............—............_.........w
其中I是功率轉(zhuǎn)換器的切換電流，且R是切換裝置的阻抗，例如電感器 和晶體管...等的電阻。
因此，在最新的發(fā)展中，已開發(fā)出利用并聯(lián)技術(shù)來降低高電流功率轉(zhuǎn)換 器的功率消耗。例如Walters等人的第6，278，263號美國專利"Multi-phase converter with balanced currents"; Yang等人的第 6,404,175號美國專利 "Multi-phase and multi-module power supplies with balanced current between phases and modules"。然而，這些現(xiàn)有技術(shù)的問題是平衡電流-的電流測量所 導(dǎo)致的額外功率損耗?，F(xiàn)有技術(shù)的另一缺點是并聯(lián)功率信道不具彈性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述問題。開發(fā)出一種用于并聯(lián)式功率轉(zhuǎn)換器的切 換控制器。并聯(lián)通道的數(shù)目理論上不受限制。切換的同步化和相移(phase shift) 經(jīng)設(shè)計以分散切換噪聲(noise)并減少漣波(ripple)。使用功率共享技術(shù)來代替 平衡電流則無需電流測量這簡化了控制電路，并改進了功率轉(zhuǎn)換器的效率
本發(fā)明提供一種具有功率共享能力(power sharing capability )的切換控 制器(switching controller)可運用于并聯(lián)式功率轉(zhuǎn)換器(parallel power converter)。切換信號的脈沖寬度將隨著輸入信號的脈沖寬度而變化。此輸入 信號是前一功率轉(zhuǎn)換器的切換信號。在輸入信號的啟用(enabling)與切換信號 的啟用之間具有可調(diào)整的延遲時間(programmable delay time),以用于同步化
(synchronization)和相移(phase shift)。
切換控制器包含輸入電路以接收輸入信號而產(chǎn)生移相信號(phase-shift signal)。電阻器決定輸入信號的啟用與移相信號的啟用之間的延遲時間。積 分電路(integration circuit)耦合到輸入電路以根據(jù)輸入信號的脈沖寬度(pulse width)產(chǎn)生積分信號(integration signal ) 利用控制電路來產(chǎn)生切換信號而切 換功率轉(zhuǎn)換器。根據(jù)積分信號的電平(level)來決定切換信號的脈沖寬度。產(chǎn) 生積分信號的電平，其與輸入信號的脈沖寬度成比例。切換信號的脈沖寬度 與積分信號的電平成比例。因此，切換信號的脈沖寬度與輸入信號的脈沖寬 度相關(guān)，從而實現(xiàn)功率共享。 一旦積分信號低于閾值(threshold)便禁用切換 信號，以便在輕載(light load)時節(jié)省功率。此外，切換信號的最大導(dǎo)通時間 (maximum on time )受到限制，以便保護功率轉(zhuǎn)換器。


本發(fā)明包含附圖以提供對本發(fā)明的進一步了解，且附圖并入本說明書中 并構(gòu)成說明書的一部分。

本發(fā)明的實施例，且連同描述內(nèi)容一起用 以解釋本發(fā)明的原理。
圖l繪示本發(fā)明的并聯(lián)式功率轉(zhuǎn)換器的較佳實施例。
圖2繪示本發(fā)明的切換控制器的較佳實施例。
圖3繪示本發(fā)明的切換控制器的功率共享電路的較佳實施例。
圖4繪示本發(fā)明的輸入電路的較佳實施例。
圖5繪示本發(fā)明脈沖產(chǎn)生器的較佳實施例的電路示意圖。
圖6繪示本發(fā)明的積分電路的較佳實施例。
圖7繪示本發(fā)明的復(fù)位電路的較佳實施例。
圖8繪示本發(fā)明的切換控制器的關(guān)鍵波形(key waveform )。
具體實施例方式
圖1繪示-本發(fā)明的并聯(lián)式功率轉(zhuǎn)換器的較佳實施例。切換控制器10、 晶體管12、電感器15和整流器16形成第一功率轉(zhuǎn)換器。切換控制器10的 輸出端子SW1耦合到控制晶體管12以切換電感器15。整流器16和電容器 17連接以在輸出端子Vo處產(chǎn)生功率轉(zhuǎn)換器的輸出。另一切換控制器50、晶 體管52、電感器55和整流器56另一功率轉(zhuǎn)換器并耦合到輸出端子Vo。第
一功率轉(zhuǎn)換器與上述另一功率轉(zhuǎn)換器的輸出并聯(lián)連接。電感器15由輸入端 子VjN處耦合到功率轉(zhuǎn)換器的輸入。當(dāng)晶體管12導(dǎo)通時，產(chǎn)生切換電流Iu),
其可由下列方程式(2)表示
Iio =-x Ton - io ------------------------------------ (2)
其中L。是電感器15的電感值；ToN.h)是切換控制器10的切換信號的導(dǎo) 通時間；VtN是輸入端子ViN的電壓。
切換控制器10的反饋端子FB通過電阻器25和26耦合到輸出端子V0， 以便調(diào)整功率轉(zhuǎn)換器。切換控制器10的電流感測端子CS1連接到電阻器11 以感測晶體管12的切換電流。切換控制器50的電流感測端子CS2也耦合到 電阻器51以感測晶體管52的切換電流。切換控制器10的輸出端子SW1連 接到切換控制器50的輸入端子SYN。電阻器59從切換控制器50連接到接 地端，以決定切換控制器10和50的切換信號之間的延遲時間。
切換控制器IO作為主要控制器而操作。切換控制器50被啟用作為從屬 控制器。這些功率轉(zhuǎn)換器的輸出連接到輸出端子V0。從屬控制器可以菊鏈 式(daisychain)方式連接，以用于同步化和功率共享。從屬控制器的導(dǎo)通時間 和切換周期將遵循主控制器的導(dǎo)通時間和切換周期。
功率轉(zhuǎn)換器的輸出功率P0可以由下列方程式(3) (5)得知
P。 = Voxlo -----------............-.................-……(3)
P0 = Vox(I10 + .. + I5o) .......-------................—— (4)
Iso =-x Ton-so --------------------------------------- (5)
其中Ls5是電感器55的電感值；Ton-5q是切換控制器50的導(dǎo)通時間。 從屬控制器的導(dǎo)通時間和切換周期設(shè)計成等于主控制器的導(dǎo)通時間T0N
和切換周期T。如果兩電感器的電感值相等，那么功率轉(zhuǎn)換器的輸出電流將相同。
圖2繪示本發(fā)明的切換控制器50的較佳實施例，其包含功率共享電路 100,所述功率共享電路100連接到輸入端子SYN以便接收輸入信號Syn。 輸入信號SvN是前一切換控制器(例如圖2中的切換控制器10)的輸出信號。 功率共享電路ioo還耦合到延遲端子DLY以接收延遲電流IDLY。電阻器59 決定延遲電流I饑y。功率共享電路100用于響應(yīng)于輸入信號Sy^而產(chǎn)生，多相 信號ON和積分信號VT。當(dāng)輸入信號Sw啟用時，在延遲時間Tdly之后移
相信號ON產(chǎn)生。延遲電流IDLY決定延遲時間TDLY。根據(jù)輸入信號SvN的脈 沖寬度產(chǎn)生積分信號VT。
積分信號VT進一步耦合到比較器82。比較器82包含閾值VL。比較器 82的輸出經(jīng)連接用以啟用觸發(fā)器80。移相信號ON耦合到觸發(fā)器80以設(shè)定 觸發(fā)器80。觸發(fā)器80和與門85形成控制電路以在與門85的輸出處產(chǎn)生切 換信號PWM。 一旦積分信號VT低于閾值VL，切換信號PWM便將響應(yīng)于 移相信號ON的頻率(clocking)而禁用。與門85的輸入連接到觸發(fā)器80的輸 出和移相信號ON。復(fù)位信號OFF使觸發(fā)器80復(fù)位。復(fù)位電路300根據(jù)積 分信號VT而產(chǎn)生復(fù)位信號OFF。此外，復(fù)位電路300連接到電流感測端子 CS2以產(chǎn)生切換信號PWM。切換信號PWM通過驅(qū)動電路90耦合到切換控 制器50的輸出端子SW2。
圖3繪示功率共享電路100的較佳實施例。所述功率共享電路100包含 輸入電路110和積分電路160。輸入電路110耦合到輸入端子SYN和延遲端 子DLY以接收輸入信號SYN和延遲電流IDLY而產(chǎn)生移相信號ON和輸入整形 信號(input-shaping signal)S,。輸入整形信號S,連接到積分電路160。積分電 路160響應(yīng)于輸入整形信號S,和切換信號PWM而產(chǎn)生積分信號VT。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的輸入電路110的較佳實施例。緩沖門130連接到輸 入端子SYN以接收輸入信號Syn。緩沖門130響應(yīng)于輸入信號Syn而產(chǎn)生輸 入整形信號S"當(dāng)輸入信號SvN高于緩沖門130的閾值電壓時，輸入整形信 號Si將啟用(高邏輯準位)。運算放大器115的正輸入連接到參考電壓Vref。 運算放大器115的負輸入耦合到延遲端子DLY。運算放大器115與晶體管 120聯(lián)接在一起并根據(jù)電阻器59的電阻值而產(chǎn)生電流I12。。晶體管121和122 形成電流鏡以根據(jù)電流I12G而產(chǎn)生電流1122。電流1122經(jīng)連接以對電容器125 進行充電。緩沖門(buffer gate)131的輸入連接到電容器125。緩沖門131的 輸出連接到與非門(NAND gate) 132的輸入。與非門132的另一輸入連接到 輸入整形信號S,。與非門132的輸出耦合到脈沖產(chǎn)生器135以通過脈沖產(chǎn)生 器135產(chǎn)生移相信號ON。因此在輸入信號SYN的啟用與移相信號ON的啟 用之間產(chǎn)生延遲時間TDLY。電阻器59決定電流112()和電流1122的大小。電流 1122和電容器125的電容d25決定延遲時間TDLY。 、
晶體管117連接到電容器125以對電容器125進行放電。使用與非門133 來控制晶體管117的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)。與非門133的第一輸入端是接收整形信
號Si。與非門133的第二輸入端經(jīng)由反相器134連接到切換信號PWM。因 此， 一旦輸入整形信號S,禁用或切換信號PWM啟用電容器125放電。
圖5繪示脈沖產(chǎn)生器的電路示意圖。反相器151的輸入端IN連接到脈 沖產(chǎn)生器以接收脈沖產(chǎn)生器所產(chǎn)生的輸出。反相器151的輸出通過反相器 152以控制晶體管153。電容器155與晶體管153并聯(lián)連接。電流源150耦 合至對電容器155以對對電容器155進行充電。反相器157連接到電容器 155。反相器157的輸出連接到與門159。與門159的另一輸入連接到反相器 151的輸出。與門159的輸出連接到脈沖產(chǎn)生器的輸出。因此，脈沖產(chǎn)生器 響應(yīng)于脈沖產(chǎn)生器的輸入的下降沿(falling edge)而產(chǎn)生脈沖。電流源150的
電流115。和電容器155的電容值d55決定脈沖的脈沖寬度。
圖6繪示根據(jù)本發(fā)明的積分電路160的較佳實施例。電流源180連接開 關(guān)190,通過開關(guān)190對電容器185進行充電。開關(guān)190受到輸入整形信號 S,的控制。電容器186經(jīng)由開關(guān)191耦合到電容器185。開關(guān)191受到第一 取樣信號SP1的控制。電容器187通過開關(guān)192耦合到電容器186以產(chǎn)生積 分信號VT。開關(guān)192受到第二取樣信號SP2的控制。第二取樣信號SP2由 切換信號PWM通過脈沖產(chǎn)生器165產(chǎn)生。脈沖產(chǎn)生器170用于響應(yīng)于輸入 整形信號S,而產(chǎn)生第一取樣信號SP1。晶體管181經(jīng)連接以響應(yīng)于第一取樣 信號SP1的結(jié)束而對電容器185進行放電。第一取樣信號SP1通過脈沖產(chǎn)生 器175控制晶體管181。因此，根據(jù)方程式(8)可得知輸入信號Syn的脈沖 寬度ToN。電流源180的電流118()和電容器185的電容值C,85決定積分信號
VT的電平。
Cl85
圖7繪示根據(jù)本發(fā)明的復(fù)位電路300的較佳實施例。復(fù)位電路300包含 第二積分電^各310,比較器330、 340和350,以及或非門370。第二積分電 路310含有電流源320、電容器325、晶體管316以及反相器315。切換信號 PWM連接到反相器315。反相器315的輸出通過晶體管316耦合到電容器 325,以對電容器325進行放電。電流源320耦合到電容器325, —旦切換信 號PWM啟用便對電容器325進行充電。第二積分信號SAW響應(yīng)于切換信 號PWM的啟用而產(chǎn)生。第二積分信號SAW連接到比較器330,以便與積分 信號Vt迸行比校。比較器330的輸出耦合至或非門370，以通過或非門370 產(chǎn)生復(fù)位信號OFF。因此， 一旦第二積分信號SAW高于積分信號VT,切換
信號PWM便將禁用。切換信號PWM的脈沖寬度Ton2可由方程式(9)得知
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中<:325是電容器325的電容值；且132()是電流源320的電流大小。 參考方程式(8),方程式(9)可寫為方程式(10):
1320 Ll85
挑選與電容值C185相關(guān)的電值容C325,并設(shè)置與電流118()相關(guān)的電流1320。 切換信號PWM的脈沖寬度T，2將與輸入信號Sw的脈沖寬度T，,相同。
因此，產(chǎn)生積分信號VT，其與輸入信號SYN的脈沖寬度Tow成比例。產(chǎn)生 切換信號PWM的脈沖寬度Tcw2，其與積分信號VT成比例。
或非門370的第二輸入連接到比較器340的輸出。作用點信號(trip-point signal) VH連接到比較器340的負輸入。比較器340的正輸入耦合到第二積 分信號SAW。 一旦第二積分信號SAW高于作用點信號VH，將產(chǎn)生復(fù)位信 號OFF，以便禁用切換信號PWM。因此，切換信號PWM的最大導(dǎo)通時間 受到限制?；蚍情T370的第三輸入連接到比較器350的輸出。限制信號VUMIT 連接到比較器350的負輸入。比較器350的正輸入耦合至電流感測端子CS2 接收電流感測信號。 一旦電流感測端子CS2的電流感測信號高于限制信號 Vu匿，復(fù)位信號OFF將產(chǎn)生以便禁用切換信號PWM。限制信號Vl腿丁提 供限制值以限定晶體管52的切換電流。因此， 一旦晶體管52的切換電流高 于限制值，便禁用切換信號PWM。
圖8繪示輸入信號Syn和切換信號PWM的波形。輸入信號SvN在延遲 時間Tj^y之后產(chǎn)生切換信號PWM。根據(jù)輸入信號SvN的脈沖寬度Tow產(chǎn)生 積分信號VT。 一旦產(chǎn)生切換信號PWM,便將相應(yīng)地產(chǎn)生第二積分信號SAW。 一旦第二積分信號SAW高于積分信號Vt切換信號PWM將禁用。這樣產(chǎn)生 的切換信號PWM的脈沖寬度T，2與輸入信號SvN的脈沖寬度T，,相同。 因而，并聯(lián)式功率轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)了功率共享。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解，可在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況 下對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作出各種修改和變更。鑒于前文所述，倘若對本發(fā)明作出 的修改和變更在所附權(quán)利要求書及其等效物的范圍內(nèi)，則希望本發(fā)明涵蓋這 些修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種用于并聯(lián)式功率轉(zhuǎn)換器的切換控制器，其包括輸入電路，其耦合到所述切換控制器的輸入端子，以用于接收輸入信號而產(chǎn)生移相信號；積分電路，其耦合到所述輸入電路，以用于響應(yīng)于所述輸入信號的脈沖寬度而產(chǎn)生積分信號；以及控制電路，其耦合到所述積分電路，以用于產(chǎn)生切換信號而切換所述功率轉(zhuǎn)換器，其中在所述輸入信號的啟用與所述移相信號的啟用之間產(chǎn)生延遲時間，且其中所述切換信號響應(yīng)于所述移相信號的啟用而啟用，且根據(jù)所述積分信號來決定所述切換信號的脈沖寬度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換控制器，其進一步包括電阻器，所述電阻 器耦合到所述切換控制器的延遲時間電路以對所述延遲時間進行調(diào)整。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的切換控制器，其中所述積分信號根據(jù)所述輸入 信號的脈沖寬度而產(chǎn)生，且所述切換信號的脈沖寬度根據(jù)所述積分信號而產(chǎn) 生。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的切換控制器，其中一旦所述積分信號低于閾值， 所述切換信號便禁用。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的切換控制器，其中一旦所述功率轉(zhuǎn)換器的功率 晶體管的切換電流高于限制值，所述切換信號便禁用。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的切換控制器，其中所述切換信號的最大導(dǎo)通時 間受到限制。
7. —種用于功率轉(zhuǎn)換器的切換控制器，其包括 輸入電路，其耦合到輸入端子，以用于接收輸入信號； 控制電路，其經(jīng)耦合以決定切換信號而切換所述功率轉(zhuǎn)換器；以及 電阻器，其經(jīng)耦合以決定延遲時間，其中所述切換信號響應(yīng)于所述輸入信號而產(chǎn)生，其中在所述輸入信號的啟用與所述切換信號的啟用之間產(chǎn)生所 述延遲時間，且根據(jù)所述輸入信號的脈沖寬度而決定所述切換信號的脈沖寬 度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的切換控制器，其進一步包括積分電路，以根據(jù) 所述輸入信號的脈沖寬度而產(chǎn)生積分信號；其中 一旦所述積分信號低于閾值，所述切換信號便禁用。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的切換控制器，其中一旦所述功率轉(zhuǎn)換器的功率 晶體管的切換電流高于限制值，所述切換信號便禁用。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的切換控制器，其中所述切換信號的最大導(dǎo)通時間受到限制。
11. 一種用于功率轉(zhuǎn)換器的切換控制器，其包括 輸入電路，其耦合到輸入端子，以用于接收輸入信號；以及 控制電路，其經(jīng)耦合以產(chǎn)生切換信號而切換所述功率轉(zhuǎn)換器，其中所述切換信號的脈沖寬度與所述輸入信號的脈沖寬度相關(guān)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的切換控制器，其進一步包括電阻器以對延遲時 間進行調(diào)整，其中在所述輸入信號的啟用與所述切換信號的啟用之間產(chǎn)生所 述延遲時間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的切換控制器，其進一步包括積分電路，以根據(jù) 所述輸入信號的脈沖寬度而產(chǎn)生積分信號，其中 一旦所述積分信號低于閾 值，所述切換信號便禁用。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的切換控制器，其中 一旦所述功率轉(zhuǎn)換器的功率 晶體管的切換電流高于限制值，所述切換信號便禁用。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的切換控制器，其中所述切換信號的最大導(dǎo)通時 間受到限制。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種用于并聯(lián)式功率轉(zhuǎn)換器的切換控制器。所述切換控制器包含輸入電路，其耦合到切換控制器的輸入端子以接收輸入信號。積分電路耦合到所述輸入電路，以響應(yīng)于所述輸入信號的脈沖寬度而產(chǎn)生積分信號?？刂齐娐樊a(chǎn)生切換信號而切換所述功率轉(zhuǎn)換器。所述切換信號響應(yīng)于所述輸入信號的啟用而啟用。在輸入信號與所述切換信號之間產(chǎn)生可調(diào)整的延遲時間。根據(jù)積分信號而決定所述切換信號的脈沖寬度。
文檔編號H02M3/24GK101106330SQ200710109588
公開日2008年1月16日 申請日期2007年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月12日
發(fā)明者呂瑞鴻, 楊大勇, 林振宇 申請人:崇貿(mào)科技股份有限公司