具有环路相位时钟的多相开关电源及其控制器和控制方法技术

本发明专利技术公开了多相开关电源及其控制器和控制方法，多相开关电源具有N个开关电路；置位信号发生器根据开关电源的输出信号生成置位信号；时钟信号发生器提供系统时钟信号；控制器接收置位信号和系统时钟信号并根据系统时钟信号生成N个移相时钟信号，该N个移相时钟信号组成环路相位时钟，控制器进一步根据置位信号和N个移相时钟信号生成N个开关控制信号。

【技术实现步骤摘要】
具有环路相位时钟的多相开关电源及其控制器和控制方法
本专利技术主要涉及电子电路，更具体的说，本专利技术主要涉及具有环路相位时钟的多相开关电源及其控制方法。技术背景开关电源广泛地应用于将输入电压转换成输出电压给负载供电的场合，比如说给电脑或者移动手机供电。开关电源一般通过控制PWM(PulseWidthModulation,脉冲宽度调制)信号的占空比对开关进行打开和关断以调节输出电压。多相开关电源包括多个开关电路，具有大的电流带载能力。数字PWM信号发生器因其通信能力强和抗干扰能力强而深受用户欢迎。因此，需要一种具有快速瞬态响应以及简易制作工艺的数字化控制的多相开关电源。
技术实现思路
本专利技术一实施例提出了一种用于控制多相开关电源的控制器，多相开关电源具有输出端，所述输出端用于向负载提供输出电压，且多相开关电源包括分别耦接至输出端的N个开关电路，其中每个开关电路包括一个开关，控制器包括：第一输入端，接收置位信号；第二输入端，接收系统时钟信号；以及N个输出端，每个输出端提供一个开关控制信号；其中，控制器根据系统时钟信号生成N个移相时钟信号，所述N个移相时钟信号组成一组环路相位时钟且每个移相时钟信号的频率与系统时钟信号频率相同，每个开关控制信号至少是根据置位信号和N个移相时钟信号中相应的移相时钟信号生成的且每个开关控制信号用于控制相应的开关，其中，N是大于1的自然数。本专利技术一实施例提出了一种多相开关电源，包括：N个开关电路，每个开关电路包括一个开关，N个开关电路耦接于多相开关电源的输出端为负载提供输出电压，其中，N是大于1的自然数；置位信号发生器，具有输入端和输出端，输入端耦接于多相开关电源电源的输出端，输出端提供置位信号，其中，置位信号是基于表征多相开关电源输出端的输出信号的反馈信号生成的；时钟信号发生器，具有输出端以提供系统时钟信号；以及如前所述的控制器。本专利技术一实施例提出了一种用于多相开关电源的控制方法，该控制方法包括：根据系统时钟信号生成N个移相时钟信号，该N个移相时钟信号组成一组环路时钟，每个移相时钟信号的频率与系统时钟信号的频率相同，其中N是大于1的自然数；以及根据N个移相时钟信号生成N个开关控制信号，其中当N个移相时钟信号中任一移相信号时钟信号采样到置位信号处于有效状态时，相应的开关控制信号从第一逻辑状态跳变到第二逻辑状态，经过一段时间后，开关控制信号从第二逻辑状态跳变到第一逻辑状态。根据本专利技术的多相开关电源的控制器及其控制方法，可以在较低的系统时钟频率下取得较短的反应时间和较高的分辨率，且具有较低的功耗，更少的芯片面积和更简易的制作工艺等优点。附图说明为了更好的理解本专利技术，将根据以下附图对本专利技术的实施例进行描述。这些附图仅用于示例。附图通常仅示出实施例中系统或电路的部分特征，并且附图不一定是按比例绘制的。图1给出了现有技术下一种示例的多相开关电源100的电路图。图2给出了采用本专利技术一实施例的多相开关电源200。图3为根据本专利技术一实施例的对应图2中的多个信号的波形图。图4给出了根据本专利技术一实施例的生成多个开关控制信号的控制器400。图5给出了根据本专利技术另一实施例的控制器500。图6给出了根据本专利技术一实施例的控制信号发生器600。图7给出了根据本专利技术一实施例的多相开关电源的导通时间控制。图8给出了根据本专利技术一实施例的控制信号发生器800的模块示意图。图9A和9B分别给出根据本专利技术一实施例的生成开关控制信号的波形图。图10给出了根据本专利技术一实施的控制信号发生器1000。图11给出了根据本专利技术一实施例的多相开关电源的控制方法1100。图12给出了根据本专利技术另一实施例的多相开关电源的控制方法1200。不同示意图中的相同的附图标记表示相同或者相似的部分或特征。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，不必采用这些特定细节来实行本专利技术。在其它实施例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的电路、材料或方法。在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或者“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”不一定都指同一个实施例或者示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特征组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，当称“元件”“连接到”或”“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或者“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。图1给出了现有技术下一种示例的多相开关电源100的电路图。多相开关电源100具有输入端Vin以接收输入电压、输出端Vout以提供输出电压到负载。多相开关电源100包括多个开关电路P1-PN，其中N是大于1的自然数。每个开关电路Pn(n＝1，2…N)包括开关Sn，且开关Sn由对应的开关控制信号PWMn控制依次地打开和关断。通过控制开关控制信号PWM1-PWMN的占空比，输出电压Vout得以调节。N个开关电路P1-PN使得输出电流增大N倍，因此多相开关电源100具有较大的输出电流。当开关控制信号PWMn(n＝1，2…N)处于第一逻辑状态时，比如说逻辑低，相应的开关Sn关断，当开关控制信号PWMn处于第二逻辑状态时，比如说逻辑高，相应的开关Sn打开。开关控制信号PWM1-PWMN控制开关S1-SN依次地打开和关断以得到平滑的输出电流。输出电流平滑则电流的纹波小，系统需要的输出电容Co小。一种多相开关电源的控制方法利用运行在快速系统时钟信号下的数字模块对模拟模块的置位信号进行采样并通过计算生成多个开关控制信号PWM1-PWMN，开关控制信号在系统时钟信号的脉冲触发下依次地跳变到逻辑高状态。这种方法中，开关控制信号PWM1-PWMN的最小数字反应时间等于系统时钟信号的周期，因此其受限于系统时钟信号的频率。也就是说，为了提高瞬态响应速度，则需要提高系统时钟信号的频率。而提高系统时钟信号频率意味着需要更复杂的芯片工艺，将采用更大的芯片面积，会造成更高的功率损耗。因此需要一种更好的控制方法，该方法可以利用较低的频率振荡器获得较高的系统分辨率。图2给出了采用本专利技术一实施例的多相开关电源200。开关电源200具有输入端Vin以接收输入电压和输出端Vout以提供输出电压到负载。开关电源200包括N个开关电路P1-PN，置位信号发生器21，时钟信号发生器22(OSC)和控制器23，其中N是大于1的自然数。控制器23根据置位信号SET和系统时钟信号CLK生成多个开关控制信号PWM1-PWMN以控制开关电路P1-PN，使得开关电路P1-PN中的开关S1-SN依次地打开和关断。其中，控制器23根据系统时钟信号CLK生成N个移相时钟信号CLK1-CLKN，该N个移相时钟信号CLK1-CLKN组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制多相开关电源的控制器，多相开关电源具有输出端，所述输出端用于向负载提供输出电压，且多相开关电源包括分别耦接至输出端的N个开关电路，其中每个开关电路包括一个开关，控制器包括：第一输入端，接收置位信号；第二输入端，接收系统时钟信号；以及N个输出端，每个输出端提供一个开关控制信号；其中，控制器根据系统时钟信号生成N个移相时钟信号，所述N个移相时钟信号组成一组环路相位时钟且每个移相时钟信号的频率与系统时钟信号频率相同，每个开关控制信号至少是根据置位信号和N个移相时钟信号中相应的移相时钟信号生成的且每个开关控制信号用于控制相应的开关，其中，N是大于1的自然数。

【技术特征摘要】
2014.03.31 US 14/230,3811.一种用于控制多相开关电源的控制器，多相开关电源具有输出端，所述输出端用于向负载提供输出电压，且多相开关电源包括分别耦接至输出端的N个开关电路，其中每个开关电路包括一个开关，控制器包括：第一输入端，接收置位信号；第二输入端，接收系统时钟信号；以及N个输出端，每个输出端提供一个开关控制信号；其中，控制器根据系统时钟信号生成N个移相时钟信号，所述N个移相时钟信号组成一组环路相位时钟且每个移相时钟信号的频率与系统时钟信号频率相同，每个开关控制信号至少是根据置位信号和N个移相时钟信号中相应的移相时钟信号生成的且每个开关控制信号用于控制相应的开关，其中，N是大于1的自然数。2.如权利要求1所述的控制器，还包括：环路相位电路，具有输入端和N个输出端，其中，输入端用于接收系统时钟信号，每个输出端用于提供一个移相时钟信号；以及N个控制信号发生器，其中每个控制信号发生器分别具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，第一输入端用于接收置位信号，第二输入端用于接收N个移相时钟信号中的一个移相时钟信号，且输出端用于提供N个开关控制信号中相应的开关控制信号。3.如权利要求2所述的控制器，其中每个控制信号发生器包括：导通时间信号发生器，用于提供表征一段时间的导通时间控制信号；以及RS触发器，具有第一输入端、第二输入端、时钟输入端和输出端，其中第一输入端用于接收置位信号，第二输入端用于接收导通时间控制信号，时钟输入端用于接收N个移相时钟信号中的一个移相时钟信号，且输出端用于提供N个开关控制信号中相应的开关控制信号，其中，当置位信号处于有效状态且所述N个移相时钟信号中的一个移相时钟信号从无效状态跳变到有效状态时，相应的开关控制信号从第一逻辑状态跳变到第二逻辑状态，当导通时间控制信号从无效状态跳变到有效状态时，相应的开关控制信号从第二逻辑状态跳变到第一逻辑状态。4.如权利要求1所述的控制器，还包括N个控制信号发生器，每个控制信号发生器具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，其中，第一输入端用于接收置位信号，第二输入端用于接收N个移相时钟信号中的一个移相时钟信号，第一输出端用于输出N个开关控制信号中相应的开关控制信号，且第二输出端用于提供另一个移相时钟信号到另一个控制信号发生器。5.如权利要求1所述的控制器，其中，当置位信号处于有效状态且N个移相时钟信号中的一个移相时钟信号从第一状态跳变到第二状态时，N个开关控制信号中相应的开关控制信号从第一逻辑状态跳变到第二逻辑状态，经过一段时间后，相应的开关控制信号从第二逻辑状态跳变到第一逻辑状态。6.如权利要求5所述的控制器，其中所述的一段时间等于M×T，其中，M是自然数，T表征系统时钟信号的周期。7.如权利要求5所述的控制器，其中所述的一段时间等于(M+x/N)×T，其中，M是自然数，x是小于N的自然数，T表征系统时钟信号的周期。8.如权利要求5所述的控制器，还包括N个控制信号发生器，每个控制信号发生器包括：高位控制信号发生器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，第一输入端用于接收置位信号，第二输入端用于接收N个移相时钟信号中的一个移相时钟信号，输出端用于提供高位控制信号；分位控制信号发生器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，第一输入端用于接收高位控制信号，第二输入端用于接收N个移相时钟信号中另一个移相时钟信号，输出端用于输出分位控制信号；以及逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，第一输入端用于接收高位控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭岩川，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51