用于多相系统的功率输出控制电路和供电系统技术方案

本公开提供了一种用于多相系统的功率输出控制电路和供电系统，所述功率输出控制电路包括：主芯片、一个或多个从芯片、多个电感以及滤波电容，其中，主芯片配置成基于所采样的输出电压和预定的基准电压生成误差电压信号以及顺序交替的时钟信号，并且将所生成的误差电压信号以及时钟信号传递到所述从芯片；一个或多个从芯片中的每个从芯片配置成基于所接收的时钟信号顺序开启并且基于误差电压信号调整输出到功率开关节点端口的电流；多个电感，配置成连接在主芯片和每个从芯片的功率开关节点端口与输出电压之间并且调节所述主芯片和每个从芯片的输出电流；以及滤波电容，配置成连接在输出电压和公共地电平之间。成连接在输出电压和公共地电平之间。成连接在输出电压和公共地电平之间。

【技术实现步骤摘要】
用于多相系统的功率输出控制电路和供电系统


[0001]本公开涉及电源管理芯片
，更具体而言，涉及用于多相系统的功率输出控制电路和供电系统。

技术介绍

[0002]DC
‑
DC转换器是指利用电容、电感的储能特性，通过可控开关进行高频开关动作提供能量，可用于升压或降压。
[0003]DC
‑
DC转换器可以通过峰值电流模式PWM控制（Peak Current Mode PWM Control）、PFM（Pluse
‑
Frequency
‑
Modulation）脉冲频率调变、固定关断时间模式PFM控制（Constant
‑
Off
‑
Time Mode PFM Control）等方法进行控制。峰值电流模式PWM控制是利用电感电流峰值来决定固定频率切换方波的脉冲宽度的控制方法；PFM脉冲频率调变是一种调整切换方波频率来产生所需脉冲宽度的控制方法；固定关断时间模式PFM控制是一种藉由固定主功率管的关断时间来调节方波切换频率以决定方波的脉冲宽度的控制方法。
[0004]多个单相的DC
‑
DC转换器并联使用在输入端和负载之间，可以使输出的负载电流更大。多相中每一个功率级在开关工作期间以相同的时间间隔导通，使得多相工作时输出电压纹波频率为：转换器的相位数
×
转换器的切换频率。
[0005]多相DC
‑
DC（Multi Phase Direct Current to Direct Current）采用多电流通道同时提供负载电流，故可以提供比单相系统更大的负载电流，以及提供更好的系统动态瞬态响应而不会增大开关损耗，也可以有效抑制输出电压的纹波。同时多电流通道可以分散系统的供电压力，使系统对功率器件的电流和功耗要求降低，节约了成本，通常这一方案被应用于CPU、GPU供电。
[0006]但是在多相DC
‑
DC转换器的应用中由于各相通道电流的差异和扰动的影响，系统容易出现各相电流不匹配，导致不同的电流通道给负载端不同的电流。这种各相电流失配导致各通道发热不一致，可能导致发热大的一路通道功率器件有烧毁的风险。
[0007]多相的控制方法方案较为复杂，必须将各单相转换器的切换频率相位平均分配，来取得最低的输出电流，同时要将输出电流平均分配在各单相转换器上，来减少各转换器之间的干扰。现有技术为了处理多相电流分配与相位分配，需要增加积分电路与检测电路，将各功率级的输出电压或输出电流进行积分，后将积分信号加入反馈回路来保证相位和电流平均分配。这些积分与检测电路在进行各相通道电流平衡处理较为复杂，易发生某一部分电流失配，产生电流平衡误差增加了失调的风险，这种引入的失调会带来功率级电流和相位的误差。
[0008]因此，针对上有技术问题，有必要提供一种用于大功率的多相系统的功率输出控制电路。

技术实现思路

[0009]针对上述内容，本公开提供一种可多相扩展的用于大功率的多相系统的功率输出
控制电路，其支持单相至多相拓展使用，多相工作时以主从属性区分芯片工作状态，主芯片与从芯片的设定可相互切换，多相工作时共用同一电流控制信号，减少失调风险。同时外围结构简单，避免了额外辅助结构降低使用成本。
[0010]在本公开的第一方面，提供一种用于多相系统的功率输出控制电路，所述功率输出控制电路包括：主芯片、一个或多个从芯片、多个滤波电感以及滤波电容，其中，所述主芯片，配置成基于所采样的输出电压和预定的基准电压生成误差电压信号以及顺序交替的时钟信号，并且将所生成的误差电压信号以及时钟信号传递到所述从芯片；所述一个或多个从芯片中的每个从芯片，配置成基于所接收的时钟信号顺序开启并且基于误差电压信号调整输出到功率开关节点端口的电流；所述多个滤波电感，配置成连接在主芯片和每个从芯片的功率开关节点端口与输出电压之间并且调节所述主芯片和每个从芯片的输出电流；以及所述滤波电容，配置成连接在输出电压和公共地电平之间。
[0011]在本公开的第二方面，提供一种供电系统。该供电系统包括电源以及根据第一方面的功率输出控制电路，该功率输出控制电路由电源提供工作电压。
[0012]在一个实施例中，主芯片和从芯片包括连接到输入电压的系统电源输入端口、连接到滤波电感和输出电压的功率开关节点端口、连接到公共地电平的地电平输入端口、一个或多个多相时钟信号输出端口、多相时钟信号输入端口、主运放输出点端口、输出电压反馈输入端口，其中所述多相时钟信号输出端口、多相时钟信号输入端口、主运放输出点端口为双向端口。
[0013]在一个实施例中，所述主芯片还配置成将所述主芯片的多相时钟信号输出端口依次连接到一个或多个从芯片的多相时钟信号输入端口，将所述主芯片的多相时钟信号输入端口连接到公共地电平，将所述主芯片的输出电压反馈输入端口连接到输出电压；所述一个或多个从芯片还配置成将所述从芯片的多相时钟信号输入端口连接到所述主芯片的多相时钟信号输出端口，将所述从芯片的多相时钟信号输出端口连接到所述从芯片的地电平输入端口；以及所述主芯片与所述从芯片的主运放输出点端口配置成互相连接。
[0014]在一个实施例中，主芯片的多相时钟信号输出端口为传递时钟信号的时钟信号输出端口，并且所述从芯片的多相时钟信号输入端口为接收时钟信号的时钟输入端口。
[0015]在一个实施例中，主芯片和从芯片为功能和结构相同的同类芯片，其中所述芯片包括：信号驱动模块，配置成识别所述芯片为主芯片或者从芯片；以及信号识别模块，配置成响应于所述芯片被识别为主芯片为从芯片提供时钟信号。
[0016]在一个实施例中，芯片还包括：误差放大模块，配置成将输出电压反馈输入端口所采样的输出电压与所述基准电压进行比较，从而将输出电压与基准电压之间的误差转换为误差电压信号；功率调制模块，配置成控制所述芯片从系统电源输入端口流向功率开关节点端口的电流；电流采样模块，配置成采样从系统电源输入端口流向功率开关节点端口的电流并基于所采样的电流生成电流斜坡信号；以及峰值电流模式PWM模块，配置成比较所述误差电压信号与所述电流斜坡信号，其中响应于所述电流斜坡信号大于所述误差电压信号时，所述PWM模块传递关断信号到所述功率调制模块，从而使得所述功率调制模块调整从系统电源输入端口V
IN
流向功率开关节点端口SW的电流。
[0017]在一个实施例中，主芯片还配置成：将所生成的误差电压信号经由主运放输出点端口输出到从芯片；生成与从芯片数量对应的顺序交替的时钟信号；以及将所生成的时钟
信号经由多相时钟信号输出端口输出到从芯片。
[0018]在一个实施例中，从芯片还配置成：基于多相时钟信号输入端口接收主芯片发出的时钟信号；基于主运放输出点端口接收主芯片输出的误差电压信号；响应于接收到来自主芯片的时钟信号，调整与所述从芯片连接的滤波电感的电流；以及响应于在与所述从芯片连接的滤波电感电流值达到误本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于多相系统的功率输出控制电路，其特征在于，所述功率输出控制电路包括：主芯片、一个或多个从芯片、多个电感以及滤波电容，其中，所述主芯片，配置成基于所采样的输出电压和预定的基准电压生成误差电压信号以及顺序交替的时钟信号，并且将所生成的误差电压信号以及时钟信号传递到所述从芯片；所述一个或多个从芯片中的每个从芯片，配置成基于所接收的时钟信号顺序开启并且基于误差电压信号调整输出到功率开关节点端口的电流；所述多个电感，配置成连接在主芯片和每个从芯片的功率开关节点端口与输出电压之间并且调节所述主芯片和每个从芯片的输出电流；以及所述滤波电容，配置成连接在输出电压和公共地电平之间。2.根据权利要求1所述的功率输出控制电路，其特征在于，所述主芯片和所述从芯片包括连接到输入电压的系统电源输入端口、连接到电感和输出电压的功率开关节点端口、连接到公共地电平的地电平输入端口、一个或多个多相时钟信号输出端口、多相时钟信号输入端口、主运放输出点端口、输出电压反馈输入端口，其中所述多相时钟信号输出端口、多相时钟信号输入端口、主运放输出点端口为双向端口。3.根据权利要求2所述的功率输出控制电路，其特征在于，所述主芯片还配置成将所述主芯片的多相时钟信号输出端口依次连接到一个或多个从芯片的多相时钟信号输入端口，将所述主芯片的多相时钟信号输入端口连接到公共地电平，将所述主芯片的输出电压反馈输入端口连接到输出电压；所述一个或多个从芯片还配置成将所述从芯片的多相时钟信号输入端口连接到所述主芯片的多相时钟信号输出端口，将所述从芯片的多相时钟信号输出端口连接到所述从芯片的地电平输入端口；以及所述主芯片与所述从芯片的主运放输出点端口配置成互相连接。4.根据权利要求3所述的功率输出控制电路，其特征在于，所述主芯片的多相时钟信号输出端口为传递时钟信号的时钟信号输出端口，并且所述从芯片的多相时钟信号输入端口为接收时钟信号的时钟输入端口。5. 根据权利要求2所述的功率输出控制电路，其特征在于，所述主芯片和从芯片为功能和结构相同的同类芯片，其中所述芯片包括：信号驱动模块，配置成识别所述芯片为主芯片或者从芯片；以及信号识别模块，配置成响应于所述芯片被识别为主芯片为从芯片提供时钟信号。6.根据权利要求5所述的功率输出控制电路，其特征在于，所述芯片还包括：误差放大模块，配置成将输出电压反馈输入端口所采样的输出电压与所述基准电压进行比较，从而将输出电压与基准电压之间的误差转换为误差电压信号；功率调制模块，配置成控制所述芯片从系统电源输入端口流向功率开关节点端口的电流；电流采样模块，配置成采样从系统电源输入端口流向功率开关节点端口的电流并基于所采样的电流生成电流斜坡信号；以及峰值电流模式PWM模块，配置成...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵一飞，王彦新，张敏学，赵毅轩，
申请(专利权)人：江苏芯潭微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：