电压调节器的分布式控制制造技术

公开用于电压调节器模块的控制器，电压调节器模块包括功率单元并从输入电流/电压提供输出电压V

【技术实现步骤摘要】
电压调节器的分布式控制


[0001]本专利技术涉及多模块电压调节器及其电压调节器模块和控制模块。

技术介绍

[0002]电压调节器(VR)向其它电路或系统提供调节后的电压。电压调节器可以是线性的(如线性调节器，LDO)或开关电源SMPS(如DCDC转换器、电荷泵)。
[0003]调节后的电压的精度与电压参考成正比。当需要的输出电流高时，可以并联连接多个转换器桥臂或模块，如图1中示意性所示，图1示出了具有若干调节器模块110的多模块电压调节器系统100，每个调节器模块被提供给控制输入cntl的相同的控制电压所驱动。将所述些模块的输出进行组合以在电压V
out
处向负载120提供电流I。通过反馈回路将所述电压V
out
提供给每个模块。
[0004]当识别到故障桥臂或模块并禁用时，这种多模块方法具有可缩放性，改进热扩散，降低电磁干扰(EMI)，降低滤波要求，增强瞬态响应以及合适的安全或容错机制等优点。传统的控制方法使用集中控制器，集中控制器可以是单独的单元，也可以是主/从布置中的控制器，在主/从布置中，所述模块中的一个模块被配置成主模块且与所述控制器相关联。集中控制器或主控制器为调节操作提供控制电压。但是，这种控制器属于单点故障，因此如果控制器故障，则整个系统通常也会发生故障。
[0005]近来，已经提出了用于分散或分布式控制的方法，所述方法能够提高调节器的容错性。然而，对于提高这种电压调节器的精度仍然存在问题。

技术实现思路

[0006]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于电压调节器模块的控制器，所述电压调节器模块包括功率单元并且在输出处从输入电压下的输入电流提供输出电压V
out
下的输出电流I
out
，所述电压调节器模块被配置成在多模块电压调节器中使用，所述多模块电压调节器具有至少一个相邻的电压调节器模块，所述至少一个相邻的电压调节器模块具有与所述输出并联连接的相应输出，控制器包括：参考电压源，其用于提供参考电压(V
ref
)；电流平衡单元，其被配置成接收来自至少一个相邻的电压调节器模块中的每一个电压调节器模块的相应输出电流，并且根据参考电压确定调整后的参考电压V
ref
′
，并且用于使输出电流与至少一个相应输出电流平衡；以及控制单元，被配置成基于自适应电压定位AVP调节，使用调整后的参考电压来控制电压调节器模块，以从输入电压下的输入电流提供输出电压下的输出电流。
[0007]在一或多个实施例中，电流平衡模块被配置成确定所述输出电流与来自一个相邻的电压调节器模块的输出电流之间的差，并且电流平衡模块被配置成与所述差成比例地调整参考电压以提供调整后的参考电压。来自相邻的电压调节器模块的输出电流的通信可以由单向链路提供，或者在一个方向上的通信失败的情况下可以由双向链路提供。
[0008]在其它实施例中，电流平衡模块被配置成确定所述输出电流与来自两个相邻的电
压调节器模块中的每一个电压调节器模块的输出电流的一半的总和之间的差，并且电流平衡模块被配置成与所述差成比例地调整参考电压以提供调整后的参考电压。模块通常可以按菊花链的方式布置，并因此在两个直接相邻的电压调节器模块之间存在通信路径。这种通信路径通常可以由双向链路提供。
[0009]在其它实施例中，电流平衡模块被配置成确定所述输出电流与来自多个相邻的电压调节器模块的输出电流的加权平均值之间的差，并且电流平衡模块被配置成与所述差成比例地调整参考电压以提供调整后的参考电压。
[0010]在一或多个实施例中，其中控制单元(532)被配置成通过具有有限反馈增益H的控制回路来控制电压调节器模块以提供来自输入电流的输出电流及调整后的参考电压。在参考电压固定或输出电压高于控制模块的电源的情况下，所述输出电流及所述调整后的参考电压用于获得正确的输出电压。
[0011]在一或多个实施例中，电流平衡单元(550)被配置成通过将所述差乘以有限回路增益值H，Rdiff来调整参考电压以确定调整后的参考电压。有限增益的实现可有助于在操作中防止一个控制器在多模块电压调节器中的所有其它控制器上判断电流。
[0012]在一或多个实施例中，控制单元的控制回路具有无限DC增益。提供无限DC增益可用于确保稳态情况下的准确或精确AVP调节：否则，稳态误差可能为输出电压V
out
提供通常情况下固定的偏移。
[0013]在一或多个实施例中，通过电压下降调节，将输出电压确定为调整后的参考电压除以反馈增益与输出电流乘以输出阻抗R
out
之间的差：V
out
＝V
ref
′
/H
‑
R
out
.I
out
。
[0014]在一或多个实施例中，控制器适于在多模块电压调节器中使用，所述多模块电压调节器包括至少三个电压调节器模块，所述至少三个调压器模块可与分布式控制一起操作，所述分布式控制的控制器布置在逻辑菊花链中，其中参考电压源，输出电流，公共输出电压及来自菊花链中的两个紧邻的电压调节器模块的相应的输出电流是用于控制输出电流的仅有的控制输入。这样可以简化设计，并且可以增强控制器的模块性。
[0015]在一或多个实施例中，所述电流平衡模块进一步被配置成检测来自所述两个相邻的电压调节器模块中的一者的通信故障，并且响应于所述通信故障，将所述差确定为所述输出电流与来自所述两个相邻的电压调节器模块中的另一者的输出电流之间的差。
[0016]根据本专利技术的第二方面，提供了一种电压调节器模块，其包括上述控制器，还包括功率单元，所述功率单元具有至少一个可控开关和阻抗。功率单元可与控制单元集成在一起，或者可以是单独的，即在单独的芯片上或单独的封装中。
[0017]根据本公开的第三方面，提供一种多模块电压调节器，其包括至少两个这样的电压调节器模块，电压调节器模块具有布置在逻辑菊花链中的相应控制器，其中每个电压调节器模块的相应控制器包括单独的参考电压源，并且调节器模块具有公共输出电压。可以从与电压调节器模块的输入电压相同的输入电压中提供至少一个相邻的电压调节器模块。相反地，在一或多个其它实施例中，至少一个相邻电压调节器模块或至少一个相邻电压调节器模块中的每一个电压调节器模块可以由一或多个不同的输入电压供电。这可以改善可用性。
[0018]根据本公开的第四方面，提供了一种提供多模块电压调节器的分布式控制的方法，多模块电压调节器提供公共输出电压并且包括至少两个电压调节器模块，并且所述电
压调节器模块各自具有相应的控制器，所述控制器布置在逻辑菊花链中，所述方法包括在每个电压调节器模块中进行以下操作：通过参考电压源提供参考电压；通过有限增益反馈回路，取决于电压调节器模块的输出电流与来自至少一个其它电压调节器模块的相应输出电流的加权平均数之间的差来调整参考电压，所述至少一个其它电压调节器模块包括在多模块电压调节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制器(515)，其特征在于，用于电压调节器模块(510)，所述电压调节器模块(510)包括功率单元(534)并在输出处从输入电压下的输入电流提供输出电压V
out
下的输出电流I
out
，所述电压调节器模块(510)被配置成在多模块电压调节器(500)中使用，所述多模块电压调节器(500)具有至少一个相邻的电压调节器模块，所述至少一个相邻的电压调节器模块具有与所述输出并联连接的相应输出，所述控制器包括：参考电压源(520)，所述参考电压源(520)用于提供参考电压(V
ref
)；电流平衡单元(550)，所述电流平衡单元(550)被配置成接收来自所述至少一个相邻的电压调节器模块中的每一个电压调节器模块的相应输出电流，并且根据所述参考电压确定调整后的参考电压V
ref
′
，并且用于使所述输出电流与至少一个相应输出电流平衡；以及控制单元(532)，所述控制单元(532)被配置成基于自适应电压定位AVP调节，使用所述调整后的参考电压来控制所述电压调节器模块，以从所述输入电压下的所述输入电流提供所述输出电压下的所述输出电流。2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述电流平衡模块被配置成确定差，所述差是所述输出电流与来自一个相邻的电压调节器模块的所述输出电流之间的差，并且所述电流平衡模块被配置成与所述差成比例地调整所述参考电压以提供所述调整后的参考电压。3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述电流平衡模块被配置成确定差，所述差是所述输出电流与来自两个相邻的电压调节器模块中的每一个电压调节器模块的所述输出电流的一半的总和之间的差，并且所述电流平衡模块被配置成与所述差成比例地调整所述参考电压以提供所述调整后的参考电压。4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述电流平衡...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪尧姆，
申请(专利权)人：恩智浦美国有限公司，
类型：发明
国别省市：