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CN107565818A - 多扩展的恒定导通时间控制的多相功率电源及控制方法 - Google Patents

多扩展的恒定导通时间控制的多相功率电源及控制方法 Download PDF

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CN107565818A CN201710779339.XA CN201710779339A CN107565818A CN 107565818 A CN107565818 A CN 107565818A CN 201710779339 A CN201710779339 A CN 201710779339A CN 107565818 A CN107565818 A CN 107565818A
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Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种多相功率电源，该功率电源包括多个COT控制的直流‑直流变换器集成电路。其中一个COT控制的直流‑直流变换器集成电路产生一个同步信号，其他COT控制的直流‑直流变换器集成电路接收该同步信号。至少两个COT控制的直流‑直流变换器集成电路同时导通，且导通和接收到的同步信号以及另一个同步指示信号同步(例如，和同步信号的一个脉冲的边沿同步)。其中，同步指示信号从一个COT控制的直流‑直流变换器集成电路依次传送到下一个COT控制的直流‑直流变换器集成电路。

Description

多扩展的恒定导通时间控制的多相功率电源及控制方法
技术领域
本发明涉及电子电路，更具体地说，本发明涉及但不仅限于多相功率电源。
背景技术
直流-直流电压变换器常用于将一个输入电压变换为输出电压，当直流-直流电压变换器为BOOST拓扑结构时，输出电压高于输入电压；当该直流-直流电压变换器为BUCK拓扑结构时，输出电压低于输入电压。多个直流-直流变换器可以组成一个多相功率电源，每一个直流-直流变换器在不同的相电路提供输出电压。通常，需要一个专用的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM) 控制器同步该多个直流-直流变换器并产生一个交错的输出电压。但是，一个专用的控制器将增加多相功率电源的成本和复杂度。
因此，需要提出一种更简单、高效的直流-直流变换器和功率电源。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种多相功率电源，该多相功率电源包括：第一恒定导通时间(Constant On Time，COT)控制的直流-直流变换器集成电路 (IntegratedCircuits,IC)，用于产生第一同步信号，并在第一COT控制的直流- 直流变换器IC的第一管脚输出第一同步信号，在第一COT控制的直流-直流变换器IC的第二管脚传送第二同步信号；第二COT控制的直流-直流变换器IC，在第二COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚接收第一同步信号，在第二 COT控制的直流-直流变换器IC的第二管脚接收第二同步信号，在第二COT控制的直流-直流变换器IC的第三管脚传送第二同步信号，其中，第二COT控制的直流-直流变换器IC和第一COT控制的直流-直流变换器IC同时导通，且与第一同步信号和第二同步信号同步；第三COT控制的直流-直流变换器IC，在第三COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚接收第一同步信号，在第三 COT控制的直流-直流变换器IC的第二管脚接收第二同步信号，在第三COT控制的直流-直流变换器IC的第三管脚传送第二同步信号；以及第四COT控制的直流-直流变换器IC，在第四COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚接收第一同步信号，在第四COT控制的直流-直流变换器IC的第二管脚接收第二同步信号，在第四COT控制的直流-直流变换器IC的第三管脚传送第二同步信号，其中，第四COT控制的直流-直流变换器IC和第三COT控制的直流-直流变换器IC同时导通，且与第一同步信号和第二同步信号同步。
本发明进一步提供了一种多相功率电源，该多相功率电源包括：第一COT 控制的直流-直流变换器IC，用于产生第一同步信号，其中，第一同步信号包括多个脉冲；第一组COT控制的直流-直流变换器IC，包括多个COT控制的直流 -直流变换器IC，当检测到第一同步信号的第一个脉冲时，第一组COT控制的直流-直流变换器IC同时导通并产生多相功率电源的输出电压；以及第二组COT 控制的直流-直流变换器IC，包括多个COT控制的直流-直流变换器IC，当检测到第一同步信号的第二个脉冲时，第二组COT控制的直流-直流变换器IC同时导通并产生多相功率电源的输出电压。
本发明进一步提供了一个多相功率电源的控制方法，包括：在第一COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚、第二COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚、第三COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚和第四COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚接收第一同步信号；根据第一同步信号的第一脉冲导通第一COT控制的直流-直流变换器IC和第三COT控制的直流-直流变换器IC；以及根据第一同步信号的第二脉冲导通第二COT控制的直流-直流变换器IC和第四COT控制的直流-直流变换器IC。
附图说明
附图作为说明书的一部分，对本发明实施例进行说明，并与实施例一起对本发明的原理进行解释。为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述。
图1所示为根据本发明一个实施例的多相功率电源100的电路示意图；
图2所示为根据本发明一个实施例的COT控制的直流-直流变换器IC110 的电路原理图；
图3所示为根据本发明一个实施例的多相功率电源200的电路示意图；
图4所示为根据本发明一个实施例的信号时序示意图；
图5所示为根据本发明一个实施例的多相功率电源300的电路示意图；
图6所示为多相功率电源300的信号时序示意图；
图7所示为根据本发明一个实施例的多相功率电源400的电路示意图；
图8所示为根据本发明一个实施例的多相功率电源500的电路示意图；
图9所示为多相功率电源500的信号时序示意图；
图10示出了根据本发明又一个实施例的多相功率电源600的电路示意图；
图11所示为多相功率电源600的信号时序示意图。
具体实施方式
下面将根据多个实施例具体描述本申请的发明内容。虽然申请人详细列举了本发明的多个实施例，然而这并非用于限定本发明的范围。相反地，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化。因此，本申请所限定的范围应当以本申请的权利要求书所界定的范围为准，包括所有本申请相关的可替换实施例、修改实施例以及等同实施例等。此外，在本申请接下来具体的描述中，为了能更清晰明确的理解本发明的内容，申请人描述了大量细节。但是，对于本领域一般技术人员来讲，没有这些大量细节的描述，本申请公开的实施例依然能够施行。在另外的一些实施例中，为了不模糊本申请实施例的重要内容，一些总所周知的电路、材料以及方法均没有描述。
图1所示为根据本发明一个实施例的多相功率电源100的电路示意图。在图1所示实施例中，功率电源100包括多个恒定导通时间(Constant On Time， COT)控制的直流-直流变换器集成电路(Integrated Circuits，IC)110，在图1 所示实施例中，多个COT直流-直流变换器IC 110被分别示意为110-1、 110-2、…、110-n。在一个实施例中，每一个COT直流-直流变换器IC 110包括 COT直流-直流BUCK变换器。当然，本领域一般技术人员需要明白，COT直流-直流变换器IC 110也可以包括一个COTBOOST变换器。在一个实施例中， COT直流-直流变换器IC110为具有多个管脚的单个芯片。为了便于讨论，接下来的描述中，将用“变换器110”代替“COT直流-直流变换器IC 110”。
在图1所示实施例中，每一个变换器110各自独立工作，功率电源100不具有一个中央控制器。这样设计的最大的优点是：功率电源100可以根据负载需求采用任意数量的相电路进行交错并联，而不受中央控制器的限制。因此，在更高的负载电流需求场合，功率电源100易于级联更多的变换器110。多个变换器110通过第一同步信号SET和第二同步信号(即指示信号)协调工作。在一个实施例中，第一同步信号SET由其中一个变换器110产生，并被送至其他与之并联连接的变换器110。与此同时，指示信号则是依次从一个变换器110传送到另一个变换器110。变换器110的导通将与第一同步信号和第二同步信号同步。
在图1所示实施例中，变换器110-1在第一相电路中产生输出电压SW1，变换器110-2在第二相电路中产生输出电压SW2，以此类推。功率电源100具有多个交错并联的相电路，其数量和功率电源100包含的变换器110的数量相等。功率电源100在节点105产生的输出电压VOUT为交错并联的每个变换器 110输出的输出电压。
变换器110包括管脚SW和管脚VOUT，其中，管脚SW耦接至功率电源 100功率级的输出节点；管脚VOUT耦接功率电源100的输出电压VOUT，因此，管脚VOUT将接收一个代表输出电压VOUT的反馈电压信号。在图1所示实施例中，变换器110的功率级输出节点通过相应的输出电感耦接至功率电源 100的节点105。更具体地，输出电感L1耦接在变换器110-1的管脚SW和节点 105之间；输出电感L2耦接在变换器110-2的管脚SW和节点105之间；其他相电路中的变换器110的管脚SW以此类推。所有输出电感在节点105耦接在一起共同产生功率电源100的输出电压VOUT。
在一个实施例中，变换器110进一步包括管脚TAKE用于接收指示信号，以及管脚PASS用于传输该指示信号。管脚TAKE和管脚PASS串接在一起用于将指示信号从一个变换器110传送至另一个变换器110。在一个实施例中，指示信号为一个正脉冲信号。在一个实施例中，只有管脚TAKE接收到指示信号后，该相变换器110启动。例如，变换器110需要在管脚TAKE等待一个正脉冲的上升沿到来后才启动工作。当变换器110启动后，其内部的输出开关(例如图2 中的晶体管MN3)被导通，用于将一输入电压(例如图2中的VIN)连接至相应的输出电感(例如图2中的电感L8)。通常，该输出开关将与一个续流二极管或一个同步开关管(例如图2中的晶体管MN4)共同作用实现以上功能。输出开关因其将输入电压连接至输出电感因此也被称作“高侧开关”。由于是一个 COT控制的直流-直流变换器，因此变换器110的导通时间是一个预设的固定时间。与此同时，变换器110将在管脚PASS处输出指示信号。指示信号可以为一个由单脉冲发生器(例如图2中的单脉冲发生器252)产生的具有一定脉冲宽度的脉冲信号。顺序连接的下一个变换器110将在该脉冲信号的下降沿到达时刻导通。因此，单脉冲发生器输出的脉冲信号的宽度将是下一个变换器110导通的延时时间。在图1所示实施例中，通过前一个变换器110的管脚PASS依次连接至后一个变换器110的管脚TAKE，从而实现多个变换器110的级联。
在功率电源100启动初始赋值的阶段，通过检查变换器110的管脚TAKE 处是否具有一定的阻值(例如，检测电阻R1)来决定是否启动该变换器110(即导通变换器110中的输出开关)。在图1所示实施例中，只有变换器110-1的管脚TAKE连接电阻R1，因此，在功率电源100初始阶段，只有第一相电路中的变换器110-1启动，其他相电路中的变换器(110-1、110-2、……、110-n)只有在其管脚TAKE处收到指示信号后才启动。因为变换器110-1在功率电源100 的第一相提供输出电压，因此被称作“第一相”变换器，同样地变换器110-2被称作“第二相”变换器，以此类推。
在图1所示实施例，变换器110还包括：管脚ISUM，用于输出一个检测电流，该检测电流代表流过其输出电感的电流；管脚BST，用于连接一个自举电容；管脚VCC，用于接收供电电压VCC；管脚GND，由于电连接至参考地。
在图1所示实施例中，变换器110进一步包括管脚SET用于传输和接收置位信号SET，置位信号SET用于实现多相变换器110之间的交错同步，用于补偿多相功率电源中各相变换器110之间的电路不匹配。简单地说，当系统上电后，第一相变换器110-1最先导通，并在管脚SET上连续不断地产生置位信号 SET。在图1所示实施例中，第一相变换器110-1变换器作为一个主变换器产生置位信号SET，其他并并联的变换器(例如第二相变换器110-2、第三相变换器 110-3等等)作为从变换器接收置位信号SET。
在图1所示实施例中，第一相变换器110-1会最先导通，并连续不断地在管脚SET产生置位信号SET。主变换器(例如图1中的主变换器110-1)产生的置位信号SET包括N个脉冲，其中N对应功率电源100的相位数量。从变换器 110在管脚SET接收置位信号SET，并同步在管脚TAKE接收指示信号，进而产生各自的PWM控制信号。变换器110通过置位信号SET和指示信号实现依次交错同步导通。在一个实施例中，在启动阶段，从变换器110内部的比较阶段不使能。
图2所示为根据本发明一个实施例的COT控制的直流-直流变换器IC110 的电路原理图。在图2中，示出了管脚IN、管脚SW、管脚GND、管脚ISUM、管脚PASS、管脚TAKE、管脚VOUT和管脚SET。在一个实施例中，变换器110 进一步包括：管脚REF/TRACKING，用于接收误差参考信号(在图2所示实施例中，该误差参考信号为一个误差参考电压信号)；管脚CS，用于接收电压采样信号。本领域技术人员可以理解，变换器110可以根据不同的应用场合决定各管脚是否需要。在其他实施例中，变换器110也可以包括比图2实施例中变换器少的或多的管脚。
在图2所示实施例中，驱动电路102接收一个控制信号PWM，该控制信号 PWM用于控制变换器110中的输出开关MN3(例如一个功率场效应管)的导通和关断切换。驱动电路102将在控制信号PWM指示导通期间导通输出开关 MN3，并在控制信号PWM指示关断期间关断输出开关MN3。在图2所示实施例中，因为变换器110为一个COT直流-直流变换器，因此控制信号PWM具有固定导通时间。变换器110进一步包括一个与输出开关MN3切换同步的开关 MN4，即，当输出开关MN3导通时，开关MN4关断；当输出开关MN3关断时，开关MN4导通。在图2所示实施例中，功率级的输出节点连接至管脚SW。因此，当变换器110启动，输出开关MN3导通，管脚VIN处的输入电压VIN 将被连接至管脚SW处的输出电感L8的一端。输出电感L8的另一端连接至功率电源的输出端105。
在图2所示实施例中，电流采样电路153从管脚SW采样经输出电感L8流至输出端105的输出电感电流，并相应地在管脚ISUM输出一个检测电流信号 IS2，同时在管脚CS输出一个采样电流信号IS1。在一个实施例中，虽然分别在两个不同的管脚提供电流，但是检测电流信号IS2和采样电流信号IS1可以相等。对于多个变换器110，每一个变换器110均包括管脚CS，分别连接至一个采样电阻RCS。另一方面，每一个变换器110的ISUM管脚耦接至一个共同电阻RISUM。其中，电阻RISUM的值等于采样电阻RCS的值除以变换器110的个数n，即RISUM＝RCS/n。管脚CS和管脚ISUM上的电压如下公式所示：
VCS＝IS1*RCS (1)
VISUM＝(IS2*n)*(RCS/n) (2)
其中，VCS表示管脚CS上的电压、VISUM表示管脚ISUM上的电压。因为IS1等于IS2，所以根据公式(1)和(2)可以推导出公式(3)：
VCS＝VISUM (3)
在图2所示实施例中，管脚VOUT接收一个代表功率电源100节点105上的输出电压VOUT的反馈电压信号，该反馈电压信号是由包含分压电阻RT和 RB的外部反馈网络产生的。管脚REF/TRACK接收误差参考电压信号，用于设定功率电源100的输出电压VOUT的大小。一个外部电路(例如一个微处理器或分立器件组成的电路将耦接管脚REF/TRACK)用于产生该误差参考电压信号进而设定功率电源100的输出电压VOUT的大小。在其他一些实施例中，误差参考电压信号也可以由集成在变换器110内部的电路产生。当多个变换器110 的管脚REF/TRACK耦接，则误差参考电压信号将由多个管脚REF/TRACK上的最高电压决定。
放大器GM1比较反馈电压信号和误差参考电压信号并输出一个补偿信号。应当理解，由于每一个变换器110均在管脚ISUM、管脚OUT以及管脚 REF/TRACK接收相同的信号，所以每个变换器110在该比较器输出阶段都具有相同的补偿电压信号。
电流采样电路153提供一个代表输出电感电流的镜像电流信号，该镜像电流信号流过电阻产生一个直流电压信号。斜波发生器151将管脚ISUM上的直流电压变换为一个交流斜波电压信号。比较器154将斜波电压信号与反馈电压信号的和与放大器GM1输出端的补偿电压信号比较。当斜波电压信号与反馈电压信号的和小于补偿信号时，根据管脚SET上接收的置位信号SET的状态(将在下面讨论)置位锁存器152(即Q端输出的控制信号PWM＝1)，与此同时， COT产生器155中的计时器开始计时。当计时器计时完成后，锁存器152被复位(即Q端输出的控制信号PWM＝0)。控制信号PWM用于控制输出开关MN3 的导通和关断切换。在一个实施例中，当控制信号PWM为逻辑高(即PWM＝1) 时，输出开关MN3导通；当控制信号PWM为逻辑低(即PWM＝0)时，输出开关MN3关断。因为COT产生器155中的计时器具有一个恒定导通时间值，因此当变换器110启动后输出开关MN3将在一个固定时间段内导通。
在图2所示实施例中，变换器110内部包含一个节点接收一个“准备信号”RDY，该准备信号RDY来自变换器110内部一个重置电路(未示出)。当变换器110使能且所有电压和电流偏置也都准确无语，准备信号RDY有效(例如准备信号RDY变为逻辑高，即RDY＝1)。当准备信号RDY为逻辑低时(RDY＝0)， D触发器202被重置，因此开关管MP1、MN1以及MN2均被关断。因为第一相变换器110-1的管脚TAKE和供电电源VCC之间有电阻连接(例如图1中的电阻R1)，因此，第一相变换器110-1的管脚TAKE上的电压为正，而其他相变换器(管脚TAKE和供电电源VCC之间没有连接电阻)因为其开关MN2关断，因此其管脚TAKE被电阻R5拉低到地电位。当准备信号RDY为逻辑高 (RDY＝1)，经过延时电路204的第一延时(Delay 1)后，一个逻辑高状态从D 触发器202的输入端D输入并在其输出端Q被锁定。在多相交错并联的功率电源100的多个变换器110中，只有第一相变换器110-1在其D触发器202的输出端Q锁定一个逻辑高信号，该逻辑高信号通过单触发电路203在一个短时间段内(Oneshot 1)导通开关MN2。因此，管脚TAKE将被短暂拉低后立刻变高，因此D触发器251使能。D触发器251的输出端Q的输出信号RUN也由低变高，使得第一相变换器110-1第一个启动。在此期间，其他相的变换器的TAKE 管脚保持低电平状态。经过延时电路201产生的第二延时(Delay 2)后，门电路X5和X6通过单触发电路252接收控制信号PWM。在一个实施例中，延时电路201产生的第二延时(Delay 2)长于延时电路204产生的第一延时(Delay 1)和单触发电路203产生的脉冲时间的和。
在其他实施例中，用于确定第一变换器110-1的电阻也可以连接在管脚 TAKE和地之间。在这种情况下，电阻R5的一端将不再连接至管脚TAKE，而是连接至供电电源VCC，D触发器202的D输入端也不再连接至管脚TAKE，而是连接至反相器X1的输出端。
在图2所示实施例中，交错同步电路120耦接变换器110的比较阶段和输出阶段之间。对于一个主变换器(例如第一相变换器110-1)，其包括放大器Gm1、比较器154、智能单脉冲触发器121以及缓冲器X34。主变换器110将在内部产生N相脉冲型置位信号SET，其中N-1相脉冲置位信号SET用于触发多相功率电源中的N-1相从变换器(例如图1中的变换器110-2、……、110-n)。在图2 所示实施例中，斜波信号发生器151用于产生一个N*fs的频率，其中fs为多相功率变换器100的相限切换频率。在一个实施例中，当系统处于稳态时，智能单脉冲发生器121为一个传统的单脉冲发生器；当比较器154的输出信号一直保持逻辑高的负载跳变期间，智能单脉冲发生器121将在一个最小关断时间 Toffmin后启动，紧接着导通一个时间Toneshot3，然后复位继续保持一个最小关断时间Toffmin，以此重复。这个过程将不断重复，直到比较器154的输出信号逻辑高状态消失。这样，置位信号SET在瞬态期间为一组高频率脉冲信号，有利于提高系统的瞬态响应。
在图2所示的实施例中，乘法器122的第一输入端接收内部智能单脉冲发生器121产生的置位信号SET的脉冲，乘法器122的第二输入端接收来自管脚 SET处的置位信号SET的脉冲，乘法器122选择输出其中一个输入端的输入信号。在一个实施例中，主变换器110-1中的乘法器122选择输出内部智能单脉冲发生器121产生的置位信号SET的脉冲，从变换器(例如图1中的变换器 110-2、……、110-n)中的乘法器122选择输出从管脚SET接收的置位信号SET 的脉冲。乘法器将选择好的置位信号SET的脉冲送至门电路X39使之与D触发器251输出端Q输出的信号RUN同步，从而实现多个变换器110交错同步。门电路X39的输出信号作为锁存器152的输入信号，其中，锁存器152用于产生控制信号PWM控制输出开关MN3。
图3所示为根据本发明一个实施例的多相功率电源200的电路示意图。在图3所示实施例中，功率电源200包括四相变换器110，分别被示意为110-1、 110-2、110-3和110-4。变换器110-1作为主变换器，变换器110-2、110-3和110-4 作为从变换器。主变换器110-1输出具有多个脉冲的置位信号SET，从变换器 110-2、110-3和110-4根据指示信号，最终分别与置位信号SET的脉冲同步。主变换器110-1产生指示信号，并从一个变换器110传送至另一个变换器110。更具体地，当变换器110检测到置位信号的脉冲，且收到指示信号后，每个依次轮流导通。当某一个变换器110导通后，其将指示信号按顺序传输到下一个变换器110，当下一个变换器110检测到置位信号SET的脉冲时，下一个变换器 110导通。从变换器110-4的指示信号将传送至主变换器110-1进而重新开始循环。
图4所示为根据本发明一个实施例的信号时序示意图。如图4所示，时序图从上至下分别为：主变换器110-1产生的置位信号SET、主变换器110-1产生的开关信号SW1、从变换器110-2产生的开关信号SW2、从变换器110-3产生的开关信号SW3和从变换器110-4产生的开关信号SW4。
前述的功率电源200(包括功率电源100)存在一个问题：由于相位切换频率的限制，功率电源的输出相位有限。具体地，当相位切换频率增加，功率电源可以包含的相数降低。该问题将结合图5进一步描述。图5所示为根据本发明一个实施例的多相功率电源300的电路示意图。多相功率电源300与多相功率电源200的结构类似，除了多相功率电源300包括八个相变换器而不是四个。更具体地，功率电源300包括八相变换器110-1—110-8分别用于产生八个输出信号SW1—SW8。
图6所示为多相功率电源300的信号时序示意图。时序图从上至下分别为：主变换器110-1产生的置位信号SET、主变换器110-1产生的输出信号SW1、从变换器110-2产生的输出信号SW2、从变换器110-3产生的输出信号SW3、从变换器110-4产生的输出信号SW4、从变换器110-5产生的输出信号SW5、从变换器110-6产生的输出信号SW6、从变换器110-7产生的输出信号SW7和从变换器110-8产生的输出信号SW8。因为每一个变换器110作为多相功率电源的其中一个相电路，因此多相功率电源的相位切换频率将会限制变换器110的数量。例如，如果主变换器110-1的输出信号SW1的下降沿和从变换器110-2 接收的置位信号SET的脉冲(即置位信号SET的第二脉冲)太接近，则会导致从变换器110-2接收的置位信号SET的脉冲提前到达。因此，对于给定的相位切换频率，多相功率电源输出电流的能力有限。
图7所示为根据本发明一个实施例的多相功率电源400的电路示意图。在图7所示实施例中，多相功率电源400包括多个相电路，每个相电路包括一个变换器110。每相变换器110将共同在多相功率电源400的节点105产生一个输出电压VOUT。需要说明的是，在图7所示实施例中的功率电源400采用了变换器110作为其一相电路的变换器，但在其他实施例中，也可以采用其他合适的COT直流-直流变换器替代变换器110，且不会模糊本发明的优点。例如，申请日为2015年9月8日，专利申请号为14/847，989的美国专利申请中公开的 COT直流-直流变换器可以用来取代功率电源400中的变换器110。
在图7所示实施例中，变换器110-1A作为主变换器，用于产生包括多个脉冲的置位信号SET。其他相的变换器作为从变换器并行接收置位信号SET。在图7所示实施例中，变换器110被分为并联连接的多组变换器组。其中，第一组变换器包括110-1A、110-2A、……、110-nA；第二组变换器包括110-1B、110-2B、110-3B、……、110-nB；第三组变换器包括110-1C、110-2C、 110-3C、……、110-nC；……；第m组变换器包括110-1m、110-2m、 110-3m、……、110-nm，其中m为大于等于2的正整数。
在图7所示实施例中，指示信号将在各变换器组中依次传输。主变换器 110-1A所在的变换器组称作“主变换器组”。在主变换器组中，主变换器110-1A 的管脚PASS连接到从变换器110-2A的管脚TAKE，从变换器110-2A的管脚 PASS连接到从变换器110-3A的管脚TAKE，以此类推，直到主变换器组内的最后一个从变换器(即110-nA)的管脚PASS连接到主变换器110-1A的管脚TAKE。这样，指示信号在主变换器组内通过每个变换器依次传输。
在图7所示实施例中，其他不包括主变换器110-1A的变换器组称作“从变换器组”。需要说明的是，由于从变换器组内的第一个变换器(例如变换器 110-1B、变换器110-1C等等)的管脚TAKE连接至主变换器110-1A的管脚PASS，所以从变换器组内的相位顺序可以被主变换器110-1A重启。因此，在从变换器组内，最后一个从变换器(例如110-nB)的管脚PASS并不需要连接到其他变换器的管脚TAKE。
在图7所示实施例中，主变换器110-1A产生包括多个脉冲的置位信号SET。多组变换器中的每一个变换器并联接收置位信号SET。缓冲器401(包括缓冲器 401-1、401-2、401-3、……、401-m)耦接在主变换器110-1A的管脚SET和各组变换器的管脚SET之间，用于提供额外的驱动能力。在图7所示实施例中， m相变换器110-1A、110-1B、110-1C、……、110-1m同时导通；m相变换器110-2A、 110-2B、110-2C、……、110-2m同时导通；以此类推。因此，在功率电源400 中，至少有两相变换器将根据置位信号SET对应的脉冲同时导通。因此，在图 4所示的功率电源400公开的结构中，可以级联更多的变换器110，进而满足更多不同的功率要求应用场合。
图8所示为根据本发明一个实施例的多相功率电源500的电路示意图。多相功率电源500为图7所示多相功率电源400的一个具体实施例。具体地，多相功率电源500包括十六个变换器110共同在功率电源500的节点105产生输出电压VOUT。在图8所示实施例中，十六个变换器110被配置为两组，每组包括8个变换器110，也即是，功率电源500被配置为8×2的排列结构。在图8 所示实施例中，主变换器110-1A产生包括多个脉冲的置位信号SET。主变换器组中的从变换器110-2A、110-3A、……、110-8A和从变换器组中的从变换器 110-1B、110-2B、……、110-8B并联接收置位信号SET。需要注意的是：从变换器110-8A的管脚PASS连接到主变换器110-1A的管脚TAKE，而从变换器 110-8B的管脚PASS浮空。
图9所示为多相功率电源500的信号时序示意图。在图9所示实施例中，主变换器110-1A产生包括多个脉冲的置位信号SET。主变换器110-1A产生输出信号SW1A；从变换器110-1B产生输出信号SW1B；从变换器110-2A产生输出信号SW2A；从变换器110-2B产生输出信号SW2B；从变换器110-3A产生输出信号SW3A；从变换器110-3B产生输出信号SW3B；依次类推。如图9所示，置位信号SET的每一个脉冲允许产生两个输出信号SW，即：两相变换器110同时导通。更具体地，主变换器110-1A和110-1B同时导通，导通时刻与置位信号SET的第一个脉冲的上升沿同步(参见输出信号SW1A和SW1B)；从变换器110-2A和110-2B同时导通(参见输出信号SW2A和SW2B)，导通时刻与置位信号SET的第二个脉冲的上升沿同步；从变换器110-3A和110-3B同时导通 (参见输出信号SW3A和SW3B)，导通时刻与置位信号SET的第三个脉冲的上升沿同步；以此类推。从变换器110-8A和110-8B同步导通结束后，重复前述过程。虽然在图9中并没示出指示信号，但可以理解，如前所述，指示信号将与置位信号SET的各脉冲一起实现多个变换器110的交错同步。需要说明的是，在图9所示的实施例中，变换器110导通时刻与置位SET的脉冲的上升沿同步，在其他实施例中，变换器110导通时刻可以与置位SET的脉冲的其他边沿(例如下降沿)同步。
根据先前的描述可以理解，本发明公开的多相功率电源包括多个变换器 110，多个变换器110可以根据应用需求配置为多个不同排列结构。图10示出了根据本发明又一个实施例的多相功率电源600的电路示意图。多相功率电源 600同样为图7所示多相功率电源400的一个具体实施例。在图10所示实施例中，多相功率电源600包括被配置为四组十六个变换器110，每组包括四个变换器110，也即是，功率电源600被配置为4×4的排列结构。
具体地，在图10所示实施例中，第一组变换器(也即：主变换器组)包括变换器110-1A、110-2A、110-3A和110-4A；第二组变换器包括110-1B、110-2B、110-3B和110-4B；第三组变换器包括110-1C、110-2C、110-3C和110-4C；第四组变换器包括110-1D、110-2D、110-3D和110-4D。
图11所示为多相功率电源600的信号时序示意图。在图11所示实施例中，主变换器110-1A产生包括多个脉冲的置位信号SET。主变换器110-1A产生输出信号SW1A；从变换器110-1B产生输出信号SW1B；从变换器110-1C产生输出信号SW1C；从变换器110-1D产生输出信号SW1D；从变换器110-2A产生输出信号SW2A；从变换器110-2B产生输出信号SW2B；从变换器110-2C产生输出信号SW2C；从变换器110-2D产生输出信号SW2D；依次类推。如图11 所示，置位信号SET的每一个脉冲允许产生四个输出信号SW，即：四相变换器110同时导通。更具体地，主变换器110-1A、从变换器110-1B、110-1C和110-1D 同时导通，导通时刻与置位信号SET的第一个脉冲的上升沿同步(参见输出信号SW1A、SW1B、SW1C和SW1D)；从变换器110-2A、110-2B、110-2C和 110-2D，导通时刻与置位信号SET的第二个脉冲的上升沿同步(参见输出信号 SW2A、SW2B、SW2C和SW2D)；从变换器110-3A、110-3B、110-3C和110-3D，导通时刻与置位信号SET的第三个脉冲的上升沿同步(参见输出信号SW3A、 SW3B、SW3C和SW3D)；从变换器110-4A、110-4B、110-4C和110-4D，导通时刻与置位信号SET的第四个脉冲的上升沿同步(参见输出信号SW4A、 SW4B、SW4C和SW4D)。从变换器110-4A、110-4B、110-4C和110-4D导通结束后，重复前述过程。虽然在图11中并没示出指示信号，但可以理解，如前所述，指示信号将与置位信号SET一起实现变换器110的同步。需要说明的是，在图11所示的实施例中，变换器110导通时刻与置位SET的脉冲的上升沿同步，在其他实施例中，变换器110导通时刻可以与置位SET的脉冲的其他边沿(例如下降沿)同步。
如前所述，为了描述本发明，以上详细列举了本发明的多个实施例，然而这并非用于限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种多相功率电源，包括：
第一恒定导通时间(Constant On Time，COT)控制的直流-直流变换器集成电路(Integrated Circuits,IC)，用于产生第一同步信号，并在第一COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚输出第一同步信号，在第一COT控制的直流-直流变换器IC的第二管脚传送第二同步信号；
第二COT控制的直流-直流变换器IC，在第二COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚接收第一同步信号，在第二COT控制的直流-直流变换器IC的第二管脚接收第二同步信号，在第二COT控制的直流-直流变换器IC的第三管脚传送第二同步信号，其中，第二COT控制的直流-直流变换器IC和第一COT控制的直流-直流变换器IC同时导通，且与第一同步信号和第二同步信号同步；
第三COT控制的直流-直流变换器IC，在第三COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚接收第一同步信号，在第三COT控制的直流-直流变换器IC的第二管脚接收第二同步信号，在第三COT控制的直流-直流变换器IC的第三管脚传送第二同步信号；以及
第四COT控制的直流-直流变换器IC，在第四COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚接收第一同步信号，在第四COT控制的直流-直流变换器IC的第二管脚接收第二同步信号，在第四COT控制的直流-直流变换器IC的第三管脚传送第二同步信号，其中，第四COT控制的直流-直流变换器IC和第三COT控制的直流-直流变换器IC同时导通，且与第一同步信号和第二同步信号同步。
2.如权利要求1所述的多相功率电源，其中，在第一同步信号的第一脉冲时，第一COT控制的直流-直流变换器IC和第二COT控制的直流-直流变换器IC同时导通；在第一同步信号的第二脉冲时，第三COT控制的直流-直流变换器IC和第四COT控制的直流-直流变换器IC同时导通，其中，第二脉冲为紧随第一脉冲的下一个脉冲。
3.如权利要求1所述的多相功率电源，其中，在第一同步信号的第一脉冲边沿时刻，第一COT控制的直流-直流变换器IC和第二COT控制的直流-直流变换器IC同时导通；在第一同步信号的第二脉冲边沿时刻，第三COT控制的直流-直流变换器IC和第四COT控制的直流-直流变换器IC同时导通，其中，第二脉冲为紧随第一脉冲的下一个脉冲。
4.如权利要求1所述的多相功率电源，其中，第一COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚通过第一缓冲器连接至第三COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚和第四COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚。
5.如权利要求1所述的多相功率电源，其中，第一COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚通过第二缓冲器连接至第二COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚。
6.如权利要求1所述的多相功率电源，其中，第一COT控制的直流-直流变换器IC、第二COT控制的直流-直流变换器IC、第三COT控制的直流-直流变换器IC和第四COT控制的直流-直流变换器IC包括BUCK变换器。
7.一种多相功率电源，包括：
第一COT控制的直流-直流变换器IC，用于产生第一同步信号，其中，第一同步信号包括多个脉冲；
第一组COT控制的直流-直流变换器IC，包括多个COT控制的直流-直流变换器IC，当检测到第一同步信号的第一个脉冲时，第一组COT控制的直流-直流变换器IC同时导通并产生多相功率电源的输出电压；以及
第二组COT控制的直流-直流变换器IC，包括多个COT控制的直流-直流变换器IC，当检测到第一同步信号的第二个脉冲时，第二组COT控制的直流-直流变换器IC同时导通并产生多相功率电源的输出电压。
8.如权利要求7所述的多相功率电源，其中，当检测到第一同步信号的第二个脉冲的边沿时，第二组COT控制的直流-直流变换器IC同时导通并产生多相功率电源的输出电压。
9.如权利要求7所述的多相功率电源，其中，当检测到第一同步信号的第二个脉冲的上升沿时，第二组COT控制的直流-直流变换器IC同时导通并产生多相功率电源的输出电压。
10.如权利要求7所述的多相功率电源，其中，当第二组COT控制的直流-直流变换器IC中的每一个COT控制的直流-直流变换器IC在第一管脚接收到第一同步信号的第一个脉冲且在第二管脚接收到第二同步信号时，COT控制的直流-直流变换器IC导通。
11.如权利要求7所述的多相功率电源，其中，第一组COT控制的直流-直流变换器IC和第二组COT控制的直流-直流变换器IC包括BUCK变换器。
12.如权利要求7所述的多相功率电源，其中，第一COT控制的直流-直流变换器IC和第一组COT控制的直流-直流变换器IC同时导通。
13.一种多相功率电源的控制方法，包括：
在第一COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚、第二COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚、第三COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚和第四COT控制的直流-直流变换器IC的第一管脚接收第一同步信号；
根据第一同步信号的第一脉冲导通第一COT控制的直流-直流变换器IC和第三COT控制的直流-直流变换器IC；以及
根据第一同步信号的第二脉冲导通第二COT控制的直流-直流变换器IC和第四COT控制的直流-直流变换器IC。
14.如权利要求13所述的控制方法，其中，在第一同步信号的第一脉冲的边沿导通第一COT控制的直流-直流变换器IC和第三COT控制的直流-直流变换器IC；在第一同步信号的第二脉冲的边沿导通第二COT控制的直流-直流变换器IC和第四COT控制的直流-直流变换器IC。
15.如权利要求13所述的控制方法，其中，在第一同步信号的第一脉冲的上升沿导通第一COT控制的直流-直流变换器IC和第三COT控制的直流-直流变换器IC；在第一同步信号的第二脉冲的上升沿导通第二COT控制的直流-直流变换器IC和第四COT控制的直流-直流变换器IC。
16.如权利要求13所述的控制方法，进一步包括：
在第一COT控制的直流-直流变换器IC的第二管脚接收第二同步信号；
在第一COT控制的直流-直流变换器IC的第三管脚将第二同步信号传送至第二COT控制的直流-直流变换器IC的第二管脚；以及
根据第一同步信号和第二同步信号同步导通第二COT控制的直流-直流变换器IC。
17.如权利要求16所述的控制方法，进一步包括：
在第三COT控制的直流-直流变换器IC的第二管脚接收第二同步信号；
在第三COT控制的直流-直流变换器IC的第三管脚将第二同步信号传送至第四COT控制的直流-直流变换器IC的第二管脚；以及
根据第一同步信号和第二同步信号同步导通第二COT控制的直流-直流变换器IC。
18.如权利要求13所述的控制方法，其中，第一COT控制的直流-直流变换器IC、第二COT控制的直流-直流变换器IC、第三COT控制的直流-直流变换器IC和第四COT控制的直流-直流变换器IC包括BUCK变换器。
19.如权利要求13所述的控制方法，其中，第一同步信号由第五COT控制的直流-直流变换器IC产生，且第五COT控制的直流-直流变换器IC与第一COT控制的直流-直流变换器IC和第二COT控制的直流-直流变换器IC一起导通。
20.如权利要求19所述的控制方法，其中，第五COT控制的直流-直流变换器IC的导通和一个内部产生的同步信号同步。
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