一种可配相数交错并联开关电源变换器制造技术

本发明专利技术涉及电力电子、集成电路设计技术领域，公开了一种可配相数交错并联开关电源变换器，包括误差放大器、交错并联配相器以及n个变换器，所述误差放大器输出端与所述交错并联配相器输入端连接，误差放大器输入端与电源连接；所述交错并联配相器的n个输出端分别与n个变换器连接，所述n个变换器分别为1个主变换器、n

【技术实现步骤摘要】
一种可配相数交错并联开关电源变换器


[0001]本专利技术涉及电力电子、集成电路设计
，具体涉及一种可配相数交错并联开关电源变换器。

技术介绍

[0002]开关电源变换器的感性元器件一般会占据整个系统30％以上的体积和重量，且较复杂的形状因子会进一步增加系统体积优化的难度。高频化则是降低感性储能元件需求的有效途径，然而过高的开关频率会增加功率器件的带宽需求和制造工艺成本。在有限的半导体功率器件速度下，交错并联化提供了一种新的解决方案：通过交替性传输电流，抑制总输出电流纹波，最终降低储能元件需求和输出电压纹波。通过交错并联，人们甚至可以在一些合适的开环工作点将开关电源变换器总输出电流纹波降低至零，从而极大地降低储能元件需求。
[0003]高频化和交错并联化都会增加单位时间总开关次数，加大开关损耗在总损耗中的占比，从而降低电能变换效率，特别是轻载效率。当开关频率超过10MHz时，高频交错并联开关电源的峰值效率一般很难超过80％，轻载效率更是低至50％。然而轻载效率对于移动设备的续航和能耗恰恰是最重要的：根据McKinsey&Company公司统计，全球商业计算资源的实际使用率很少超过6％，且超过30％的服务器处于休眠状态。由此可见：提高交错并联变换器的轻载效率，将有利于节省能耗，并提高移动设备的综合续航能力和电池寿命。
[0004]多相交错并联带来的一个关键问题是：单位时间的总开关次数增加，从而带来更显著的开关损耗，最终导致轻载效率急剧下降。开关损耗的增加会直接降低轻载效率，不利于移动设备的续航和电池寿命。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种可配相数交错并联开关电源变换器，通过控制环路的配相设计，动态调节不同负载下的相位数。对于n相交错并联变换器，将可以降低最高(n
‑
1)/n的开关损耗，从而大幅提升变换器的轻载效率。
[0006]技术方案：本专利技术提供了一种可配相数交错并联开关电源变换器，包括误差放大器、交错并联配相器以及n个变换器，所述误差放大器输出端与所述交错并联配相器输入端连接，所述误差放大输入端与电源连接；所述交错并联配相器的n个输出端分别与n个变换器连接，所述n个变换器分别为1个主变换器、n
‑
1个从变换器；所述误差放大器输出参考值v
c
经所述交错并联配相器转换为n个参考值，分别用于调控主变换器和n
‑
1个从变换器的电感电流。
[0007]进一步地，所述交错并联配相器包含n
‑
1个比较器、n个电阻分压、n
‑
1个晶体管开关以及n
‑
1个两路可切换晶体管开关，所述n
‑
1个比较器的其中1个输入端为v
c
，另一个输入端分别为v
c,low
/(n
‑
1)、2v
c,low
/(n
‑
1)，
…
，(n
‑
2)v
c,low
/(n
‑
1)，v
c,low
；所述n个电阻分压串联后与误差放大器输出参考值v
c
连接，所述比较器输出端分别与对应的n
‑
1个晶体管开关连接，
用于控制每个晶体开关管的开合，每个晶体开关管分别与电阻分压并联；所述比较器输出端还分别与n
‑
1个两路可切换晶体管开关连接，两路可切换晶体管开关分为NMOS端和PMOS端，各所述两路可切换晶体管开关NMOS端接地，其PMOS端接其对应的从变换器控制输入端。
[0008]进一步地，所述可配相数交错并联变换器划分为n个功率域：
[0009](1)当v
c
>v
c,low
时，处于高功率域，n
‑
1个从变换器均开启；
[0010](2)当(n
‑
2)v
c,low
/(n
‑
1)<v
c
<v
c,low
时，处于低功率域n
‑
1，此时v
c,s(n
‑
1)
降低为零，继而关闭一个从变换器；
[0011](3)当(n
‑
3)v
c,low
/(n
‑
1)<v
c
<(n
‑
2)v
c,low
/(n
‑
1)时，处于低功率域n
‑
2，此时v
c,s(n
‑
2)
也降低为零，进一步关闭一个从变换器；
[0012]以此类推；
[0013](n)当v
c
<v
c,low
/(n
‑
1)时，处于低功率域1，此时v
c,s1
降低为零，关闭所有从变换器，只保留主变换器工作；
[0014]其中，v
c,low
为交错并联配相器中预设的电流参考阈值，v
c,s1
，v
c,s2
，
…
，v
c,s(n
‑
2)
，v
c,s(n
‑
1)
分别为交错并联配相器输出的用于调控n
‑
1个从变换器电感电流的参考值，v
c,m
为交错并联配相器输出的用于调控主变换器电感电流的参考值，v
c
是v
c,m
、v
c,s1
，v
c,s2
，
…
，v
c,s(n
‑
2)
，v
c,s(n
‑
1)
的叠加。
[0015]进一步地，所述交错并联配相器的输出端与可控延迟锁相环连接。
[0016]有益效果：
[0017]1、本专利技术提出可配相交错并联开关电源变换器，在轻载时关闭部分从变换器，进而降低单位时间内的总开关次数和开关损耗，最终提升轻载效率。对于四相交错并联，新的配相设计可以在轻载时减少3/4的开关次数，从而降低75％的开关损耗。假设轻载时的效率为60％，且开关损耗在总损耗中占比60％，那么就可以提升40％
×
60％
×
75％＝18％的轻载效率。
[0018]2、在电路实现方面，系统需要在电压外环加入配相器电路，同时实现分频的DLL电路。配相器只需将v
c
转换为{v
c,m
、v
c,s1
、v
c,s2
、v
c,s3
}，由于这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可配相数交错并联开关电源变换器，其特征在于，包括误差放大器、交错并联配相器以及n个变换器，所述误差放大器输出端与所述交错并联配相器输入端连接，所述误差放大输入端与电源连接；所述交错并联配相器的n个输出端分别与n个变换器连接，所述n个变换器分别为1个主变换器、n
‑
1个从变换器；所述误差放大器输出参考值v
c
经所述交错并联配相器转换为n个参考值，分别用于调控主变换器和n
‑
1个从变换器的电感电流。2.根据权利要求1所述的可配相数交错并联开关电源变换器，其特征在于，所述交错并联配相器包含n
‑
1个比较器、n个电阻分压、n
‑
1个晶体管开关以及n
‑
1个两路可切换晶体管开关，所述n
‑
1个比较器的其中1个输入端为v
c
，另一个输入端分别为v
c,low /(n
‑
1)、2 v
c,low /(n
‑
1)，
···
，(n
‑
2) v
c,low /(n
‑
1)，v
c,low
；所述n个电阻分压串联后与误差放大器输出参考值v
c
连接，所述比较器输出端分别与对应的n
‑
1个晶体管开关连接，用于控制每个晶体开关管的开合，每个晶体开关管分别与电阻分压并联；所述比较器输出端还分别与n
‑
1个两路可切换晶体管开关连接，两路可切换晶体管开关分为NMOS端和PMOS端，各所述两路可切换晶体管开关NMOS端接地，其PMOS端接其对应的从变换器控制输入端。3.根据权利要求2所述的可配相数交错并联开关电源变换器，其特征在于，所述可配相数交错并联变换器划分为n个功率域：（1）当v
c
>v
c,low
时，处于高功率域，n
‑
1个从变换器均开启；（2）当(n
‑
2)v
c,low
/(n
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：闵闰，童乔凌，申高帅，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：