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CN119602601A - 用于可堆叠式多相电源转换器的转换控制电路及其方法 - Google Patents

用于可堆叠式多相电源转换器的转换控制电路及其方法 Download PDF

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CN119602601A
CN119602601A CN202311156454.3A CN202311156454A CN119602601A CN 119602601 A CN119602601 A CN 119602601A CN 202311156454 A CN202311156454 A CN 202311156454A CN 119602601 A CN119602601 A CN 119602601A
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sub
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CN202311156454.3A
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吴纬权
杨智皓
方立文
戴鼎容
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Richtek Technology Corp
Original Assignee
Richtek Technology Corp
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Abstract

一种用于可堆叠式多相电源转换器的转换控制电路及其方法。该转换控制电路，用以控制互相并联耦接的多个可堆叠式子转换器，以产生输出电源至负载。转换控制电路包括电流均流端及电流均流电路，电流均流信号耦接于互相并联的多个电流均流端。电流均流电路包括：配置一：电流均流信号仅根据多个可堆叠式子转换器的多个电感的一者所对应的电感电流而产生；或者配置二：电流均流信号根据多个可堆叠式子转换器中多个启动相位对应的多个电感所对应的多个电感电流而产生，其中电流均流信号中由主控电路所产生的成分，与从属电路之一所产生的成分的比例为k，其中k相关于总相位数与启动相位数的差值。

Description

用于可堆叠式多相电源转换器的转换控制电路及其方法
技术领域
本发明涉及一种转换控制电路，特别涉及一种用于可堆叠式多相电源转换器的转换控制电路。本发明也有关于用以控制该可堆叠式多相电源转换器的方法。
背景技术
可堆叠式多相电源转换器可提供高效能的直流/直流电源转换，以满足高负载电流和快速瞬态响应的需求。因此，在高效能计算(high performance computing，HPC)应用中，可堆叠式多相电源转换器被广泛应用于CPU、GPU及人工智能等领域。当负载电流增加时，可堆叠式多相电源转换器的相数会增加；而在轻负载时，则会减少相数以节省能源。
图1显示现有技术的可堆叠式多相电源转换器。图1的可堆叠式多相电源转换器1001包括子转换器910、920、930、940，用以转换输入电压VIN以产生输出电压VO至负载99。每一子转换器910、920、930、940包括同步端Y#、识别端ID#及电流均流端IS#，同步端Y#用以传送或接收同步信号SYNC，识别端ID#用以设定子转换器910、920、930、940的相序，电流均流端IS#用以传送或接收电流均流信号IBUS。子转换器910、920、930、940分别产生电感电流IL1、IL2、IL3、IL4，由此产生输出电流ISUM。
图2显示现有技术的可堆叠式多相电源转换器的电路示意图。如图2所示，子转换器910、920、930、940分别包括电流均流电路911、921、931、941，电流均流电路911、921、931、941分别包括电流IS11、IS21、IS31、IS41以及电阻R1、R2、R3、R4，其中电流IS11、IS21、IS31、IS41相关于子转换器910、920、930、940各自对应的电感电流IL1～IL4。电流IS11、IS21、IS31、IS41分别与电阻R1、R2、R3、R4耦接于各自对应的同步端，且所有同步端互相并联耦接，由此产生电流均流信号IBUS。子转换器910、920、930、940各自对应的转导放大器9N(N为相序，例如91、92、93、94)用以比较电流均流信号IBUS与对应的子转换器的感测信号VISN(N为相序，例如VIS1、VIS2、VIS3、VIS4)，以产生调整信号Vadj，由此调整对应相位子转换器的占空比等参数，进而实现各相位子转换器之间的电流均流。上述感测信号VISN根据对应的感测电流ISN(N为相序，例如IS1、IS2、IS3、IS4)与电阻R而产生。
上述现有技术的缺点在于，当输出电流ISUM降低至一程度(例如负载99转为轻负载)，使得启动相位数降低时，将造成电流均流信号IBUS的失衡，进而造成可堆叠式多相电源转换器无法实现电流均流的状态。举例而言，如图2所示，可堆叠式多相电源转换器包括4相位子转换器，当输出电流ISUM降低，使得启动相位数从4相位转为3相位时(例如电流IS41转为0)，此时电流均流信号IBUS的电压如以下式1所示：
IBUS＝(IS11+IS21+IS31)/(R1+R2+R3+R4) (式1)
由上列式1可知，当激活相位数降低时，将至少于瞬时阶段造成电流均流信号IBUS失衡，进而造成可堆叠式多相电源转换器无法实现电流均流的状态，或者造成不必要的电流或电压的上冲或下冲。
相较于上述现有技术，本发明提供一种用以控制可堆叠式多相电源转换器的控制电路，可于可堆叠式多相电源转换器的启动相位数改变时，仍持续实现电流均流的效果，而不受启动相位数的变化而影响，进而实现更省电、高效率及输出电流与电压稳定等优点。
发明内容
于一观点中，本发明提供一种转换控制电路，用以控制一可堆叠式子转换器，其中多个可堆叠式子转换器配置为一可堆叠式多相电源转换器，其中该多个可堆叠式子转换器的每一者包括一功率级电路以及一对应的该转换控制电路，其中该多个可堆叠式子转换器所对应的多个该功率级电路互相并联耦接，以产生一输出电源至一负载，该输出电源包括一输出电流，其中该转换控制电路用以控制该功率级电路的至少一开关以切换对应的一电感，由此产生该输出电源，其中该转换控制电路配置为一主控电路或一从属电路，其中该多个可堆叠式子转换器具有一总相位数与一启动相位数，其中该启动相位数根据该输出电流的位准而决定，该转换控制电路包含：一电流均流端，其中一电流均流信号耦接于互相并联的多个该转换控制电路的多个该电流均流端；一电流均流电路，用以产生及/或接收该电流均流信号，且用以根据该电流均流信号与对应的一子电流感测信号的一差值而产生一调整信号，以调整该转换控制电路的至少一参数，以于该多个可堆叠式子转换器之间进行电流均流，其中子电流感测信号相关于对应的该电感所对应的一电感电流；其中该电流均流电路包括以下配置：配置一：其中该电流均流信号仅根据该多个可堆叠式子转换器的多个该电感的一者所对应的该电感电流而产生；或者配置二：其中该电流均流信号根据该多个可堆叠式子转换器中多个启动相位对应的多个该电感所对应的多个电感电流而产生，其中该电流均流信号中由该主控电路所产生的成分，与该从属电路之一所产生的成分的比例为k，其中k相关于该总相位数与该启动相位数的差值。
于一实施例中，于配置一中，该电流均流信号仅根据该主控电路对应的该电感电流而产生。
于一实施例中，该主控电路对应的该电流均流电路不产生该调整信号，且不调整该转换控制电路的该至少一参数，其中该从属电路的每一对应的该电流均流电路产生该调整信号，以调整对应的该至少一参数，以于该多个可堆叠式子转换器之间进行电流均流。
于一实施例中，于配置二中，该主控电路与该从属电路的每一对应的该电流均流电路产生对应的该调整信号，以调整各自对应的该至少一参数，以于该多个可堆叠式子转换器之间进行电流均流。
于一实施例中，该转换控制电路以一固定时间控制对应的该多个可堆叠式子转换器的其中之一的该至少一开关，其中该固定时间根据一阈值电压、一积分电容值或一积分电流而决定；其中该调整信号用以调整该至少一参数，以调整该固定时间，由此于该多个可堆叠式子转换器之间进行电流均流，其中该至少一参数包括该阈值电压、该积分电容值及该积分电流的其中至少之一。
于一实施例中，该转换控制电路还包含一转导电路以及一滤波电路，其中该转导电路用以根据对应的该子电流感测信号与该电流均流信号的该差值产生一转导电流，该滤波电路用以根据该转导电流产生一放大输出信号，其中该调整信号对应为该放大输出信号，该放大输出信号对应为该阈值电压。
于一实施例中，该转换控制电路还包含：一同步端，其中一同步信号耦接于互相并联的多个该转换控制电路的多个该同步端；其中该同步信号包括多个脉冲，该多个脉冲被连续计数为一计数值，其中该同步信号包括一重置信号，用以重置并启动该计数值；其中当该计数值相关于该转换控制电路对应的一相序编号时，该转换控制电路使能对应的该功率级电路，以产生该输出电源；其中该主控电路用以经由该同步端产生该同步信号，且该从属电路用以经由该同步端接收该同步信号。
于一实施例中，当该计数值达到该启动相位数时，产生该重置信号，其中该同步信号的具有一较高电压位准的一脉冲用以示意该重置信号。
于一实施例中，该可堆叠式子转换器经由该同步信号的一对应脉冲的触发而启动。
于一实施例中，该转换控制电路配置为一集成电路，该同步端对应于该集成电路的一同步引脚，该电流均流端对应于该集成电路的一电流均流引脚。
于另一观点中，本发明也提供一种控制方法，用以控制一可堆叠式子转换器，其中多个可堆叠式子转换器配置为一可堆叠式多相电源转换器，其中该多个可堆叠式子转换器的每一者包括一功率级电路，其中该多个可堆叠式子转换器所对应的多个该功率级电路互相并联耦接，以产生一输出电源至一负载，其中该功率级电路包括至少一开关以切换一电感，由此产生该输出电源，其中该多个可堆叠式子转换器的其中之一配置为一主控可堆叠式子转换器，且该多个可堆叠式子转换器的其他者配置为一从属可堆叠式子转换器，其中该多个可堆叠式子转换器具有一总相位数与一启动相位数，该控制方法包含：控制该功率级电路的该至少一开关切换对应的该电感；该多个可堆叠式子转换器的每一者用以产生或接收一电流均流信号；以及根据该电流均流信号以于该多个可堆叠式子转换器之间进行电流均流；其中产生该电流均流信号的步骤包括以下方式之一：方式一：仅根据该多个可堆叠式子转换器的多个该电感的一者所对应的一电感电流而产生该电流均流信号；或者方式二：根据该多个可堆叠式子转换器中多个启动相位对应的多个该电感所对应的多个电感电流而产生该电流均流信号，其中该电流均流信号中由该主控可堆叠式子转换器所产生的成分，与该从属可堆叠式子转换器之一所产生的成分的比例为k，其中k相关于该总相位数与该启动相位数的差值。
以下将通过具体实施例详加说明，以更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的效果。
附图说明
图1显示现有技术的可堆叠式多相电源转换器的方块图。
图2显示现有技术的可堆叠式多相电源转换器的电路示意图。
图3显示本发明的可堆叠式多相电源转换器中的转换控制电路的一实施例的电路示意图。
图4显示本发明的可堆叠式多相电源转换器中的电流均流电路的一具体实施例示意图。
图5显示本发明的可堆叠式多相电源转换器中的电流均流电路的另一具体实施例示意图。
图6显示本发明的可堆叠式多相电源转换器中的固定时间产生电路的一具体实施例示意图。
图7显示本发明的可堆叠式多相电源转换器中的转换控制电路的一具体实施例示意图。
图8显示本发明的可堆叠式多相电源转换器的一实施例操作波形图。
图中符号说明
10：功率级电路
1001：可堆叠式多相电源转换器
110，111，112，117：转换控制电路
1100，1101，1102：可堆叠式子转换器
16：驱动器
17：电阻
18，181，182，187：电流均流电路
19，197：调制电路
1916：固定时间产生电路
197：调制电路
20：功率级电路
2003：可堆叠式多相电源转换器
2004：可堆叠式多相电源转换器
2005：可堆叠式多相电源转换器
210，211，212：转换控制电路
2100，2101，2102：可堆叠式子转换器
26：驱动器
27：电阻
28，281，282：电流均流电路
29：调制电路
30：功率级电路
310：转换控制电路
3100：可堆叠式子转换器
36：驱动器
37：电阻
38：电流均流电路
39：调制电路
40：功率级电路
410：转换控制电路
4100：可堆叠式子转换器
60：比较器
70：滤波电路
81，82，8N：转导电路
910，920，930，940：子转换器
911，921，931，941：电流均流电路
99：负载
9N：转导放大器
Cpo：比较信号
CTon：积分电容器
IS1，IS2，ISN：感测电流
IS1’，IS2’，IS3’，ISN’，IS1a，IS1a’：感测电流
IS11，IS21，IS31，IS41：电流
IBUS：电流均流信号
ID#：识别端
ID_Z：相序编号
Igm1a：转导电流
IL1，IL2，IL3，IL4：电感电流
Io1，Io2，Io3，IoN：电感电流
IS#：电流均流端
ISUM：输出电流
ITon：电流源
ISN：感测电流
k：整数
L1，L2，L3，LN：电感
N：整数
N0：功率级电路
N10，N11，N12：转换控制电路
N100，N101，N102：可堆叠式子转换器
N6：驱动器
N7：电阻
N8，N81，N82：电流均流电路
N9：调制电路
Nph_activated：启动相位数
Nph_total：总相位数
NZ：计数值
R：电阻
R1，R2，R3，R4：电阻
R27，R37，RN7：电阻值
RX：重置信号
S6：开关
SP1a：调制信号
SPWM，SP1，SP2，SP3，SPN：调制信号
Sw0，Sw1，Sw2，Sw3，SwZ：切换节点SYNC：同步信号
t0～t4，t0’：时点
Ton：导通时间
Tsw：周期
Va1a：调整信号
Vadj，Va1，Va2，Va3，VaN：调整信号
VAO：放大输出信号
Vc：积分电压
VH：高位准
VIBUS：电流均流信号
VIN：输入电压
VISN：感测信号
VISN，VIS2，VIS1a：子电流感测信号
VL：低位准
VO：输出电压
Vst1，Vst2，Vst3，VstN：电压
VTH：阈值
Vth_Ton：阈值电压
Y#：同步端
Z：整数
具体实施方式
本发明中的附图均属示意，主要意在表示各电路间的耦接关系，以及各信号波形之间的关系，至于电路、信号波形与频率则并未依照比例绘制。为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明，但这并不旨在限制本发明的申请专利范围。
图3显示本发明的可堆叠式多相电源转换器的一实施例示意图。在一实施例中，可堆叠式多相电源转换器2003包括N个相位的可堆叠式子转换器1100～N100(例如1100、2100、3100、...N100)，其中N为大于1的整数，以下亦同。在一实施例中，可堆叠式子转换器1100、2100、3100～N100分别包括功率级电路10、20、30～N0，功率级电路10、20、30～N0用以互相并联耦接，以产生输出电源(例如对应于输出电压VO)至负载99，输出电源包括输出电流ISUM。在一实施例中，功率级电路10、20、30～N0操作于交错相位。具体而言，功率级电路10、20、30～N0用以切换电感L1、L2、L3及LN，以产生对应的电感电流Io1、Io2、Io3～IoN，由此实现交错的切换式电源转换。上述N为大于1的整数，以下亦同。
在一实施例中，功率级电路为降压(buck)转换器，然而，这并非用以限制本发明的专利范围。功率级电路也可选择配置为其他切换式电源转换器，例如升压(boost)转换器、升降压(buck-boost)转换器、返驰式转换器(flyback)等。
在一实施例中，可堆叠式子转换器1100、2100、3100～N100还包括对应的转换控制电路110、210、310～N10，用以控制各自对应的功率级电路的至少一开关，以切换对应的电感，由此产生输出电源。在一实施例中，可堆叠式多相电源转换器2003还包括对应数量的驱动器(16、26、36～N6)，其中每一驱动器分别耦接于对应的转换控制电路与功率级电路之间，以驱动其切换。
在一实施例中，每一转换控制电路110、210、310～N10可程序设定，使其配置为主控电路或从属电路，且交错的相序编号也可程序设定。请继续参阅图3，在一实施例中，每一转换控制电路110、210、310～N10包括一识别端ID#，用以设定相序编号ID_Z。在一实施例中，转换控制电路中的一电阻与一定电流源用以决定转换控制电路的相序编号ID_Z。每一转换控制电路110、210、310～N10中的定电流源分别经由各自对应的识别端ID#耦接于设定电阻17、27、37～N7，由此产生电压Vst1、Vst2、Vst3～VstN，电压Vst1、Vst2、Vst3～VstN的电压位准用以决定对应的转换控制电路的相序编号ID_Z。
在一实施例中，转换控制电路110的识别端ID#耦接于接地电位，以设定其相序编号ID_Z为0(亦即电阻17可省略而短路)。在一实施例中，相序编号ID_Z还用以决定转换控制电路配置为主控电路或从属电路。在一实施例中，转换控制电路110的识别端ID#耦接于接地电位，以设定其相序编号ID_Z为0，进而设定转换控制电路110作为主控电路。在一实施例中，电阻27、37、N7的电阻值R27、R37、RN7的关系为：R27<R37<RN7，由此设定转换控制电路210、310、N10的相序编号ID_Z为1、2、3。在一实施例中，相序编号ID_Z为0(主控电路)以外的其他相序编号ID_Z将决定转换控制电路(例如210、310、N10)作为从属电路。
请继续参阅图3，在一实施例中，每一转换控制电路110、210、310～N10包括一同步端Y#，用以传送或接收同步信号SYNC。在一实施例中，所有同步端Y#(亦即转换控制电路110、210、310～N10的同步端Y#)互相耦接，或从另一观点，所有同步端Y#互相并联耦接，亦即，同步信号SYNC耦接于互相并联的多个转换控制电路(110、210、310～N10)的多个同步端Y#。在一实施例中，主控电路(亦即转换控制电路110)经由对应的同步端Y#产生及传送同步信号SYNC。另一方面，从属电路(亦即转换控制电路210、310～N10)用以经由各自对应的同步端Y#接收同步信号SYNC。
在一实施例中，可堆叠式多相电源转换器2003中的转换控制电路的识别端ID#可被省略。在一实施例中，相序编号ID_Z可通过其他方式设定，例如：预先程序化的单次或多次写入可程序存储电路，或数字通信接口(例如积体总线电路IS2C)。
请继续参阅图3。在一实施例中，多个可堆叠式子转换器具有一总相位数与一启动相位数，其中该启动相位数根据输出电流的位准而决定。举例而言，在一实施例中，N等于4，可堆叠式子转换器1100、2100、3100～N100具有总相位数4与启动相位数(小于等于4)，启动相位数根据输出电流ISUM的位准而决定，当输出电流ISUM增加，启动相位数也会增加；当输出电流ISUM降低，启动相位数也会减少。
在一实施例中，每一转换控制电路110、210、310～N10还包括一电流均流端IS#，且转换控制电路110、210、310～N10分别包括电流均流电路18、28、38～N8，以及调制电路19、29、39～N9。在一实施例中，电流均流电路18、28、38～N8用以产生及/或接收电流均流信号VIBUS，其中电流均流信号VIBUS耦接于互相并联的转换控制电路110、210、310～N10各自对应的电流均流端IS#。
在一实施例中，电流均流电路还用以根据电流均流信号VIBUS与对应的子电流感测信号VISN的差值而产生调整信号Vadj，调制电路用以根据调整信号Vadj而产生调制信号SPWM。具体而言，电流均流电路18、28、38～N8用以根据电流均流信号VIBUS与对应的子电流感测信号VISN的差值而分别产生对应的调整信号Va1、Va2、Va3～VaN，以调整对应的转换控制电路110、210、310～N10的至少一参数，并经由调制电路19、29、39～N9而产生对应的调制信号SP1、SP2、SP3～SPN，由此于可堆叠式子转换器1100、2100、3100～N100之间进行电流均流。
在一实施例中，转换控制电路(例如N10)可配置为一集成电路，同步端Y#对应于集成电路的同步引脚，电流均流端IS#对应于集成电路的电流均流引脚。在一实施例中，转换控制电路及驱动器(例如N6)可整合于一集成电路中，或者转换控制电路、驱动器及功率级电路(例如N0)可整合于一集成电路中。
需说明的是，图3的实施例中，电流均流电路18、28、38～N8可配置为图4或图5所示的具体实施例，以下将分别说明该两种具体实施例的操作。
请参阅图4，图4显示本发明的可堆叠式多相电源转换器中的电流均流电路的一具体实施例示意图。在一实施例中，如图4的可堆叠式多相电源转换器2004的配置，电流均流信号VIBUS仅根据多个可堆叠式子转换器(1101、2101～N101)的多个电感(例如L1、L2～LN)的一者所对应的电感电流(例如Io1、Io2～IoN)而产生。举例而言，在本实施例中，电流均流信号VIBUS仅根据可堆叠式子转换器1101的电感L1所对应的电感电流Io1而产生。
在一较佳实施例中，转换控制电路111配置为主控电路，换言之，在本实施例中，电流均流信号VIBUS仅根据主控电路(111)对应的电感电流(Io1)而产生。在一较佳实施例中，主控电路(例如转换控制电路111)对应的电流均流电路181不产生调整信号，且不调整转换控制电路111的至少一参数，从属电路(例如转换控制电路211～N11)的每一对应的电流均流电路(281～N81)产生调整信号(Va2～VaN)，以调整对应的至少一参数，以于多个可堆叠式子转换器(1101、2101～N101)之间进行电流均流。
请继续参阅图4，在一实施例中，电流均流电路181、281～N81分别包括转导电路81、82～8N。在一实施例中，于主控电路(转换控制电路111)的电流均流电路181中，电流均流信号VIBUS根据相关于电感电流Io1的感测电流IS1与电阻R而产生；于从属电路(转换控制电路211～N11)的电流均流电路(281～N81)中，转导电路(82～8N)根据电流均流信号VIBUS与对应的子电流感测信号(VIS2～VISN)的差值而产生对应的调整信号(Va2～VaN)。在一实施例中，从属电路(转换控制电路211～N11)的子电流感测信号(VIS2～VISN)根据对应的感测电流(IS2～ISN)与电阻R而产生，其中感测电流IS2～ISN相关于对应的电感电流Io2～IoN。
需说明的是，由图4的实施例可知，本发明的可堆叠式多相电源转换器可仅由其中一个可堆叠式子转换器(主控电路)产生电流均流信号，且其他可堆叠式子转换器(从属电路)根据其子电流感测信号与该电流均流信号而产生调整信号，以调整对应的转换控制电路的至少一参数，由此实现电流均流。由于电流均流信号仅由其中一个可堆叠式子转换器(主控电路)产生，因此当可堆叠式多相电源转换器的启动相位数减少时，电流均流信号不受影响，仍持续实现电流均流的状态。
请参阅图5，图5显示本发明的可堆叠式多相电源转换器中的电流均流电路的另一具体实施例示意图。在一实施例中，如图5的可堆叠式多相电源转换器2005的配置，电流均流信号VIBUS根据多个可堆叠式子转换器(1102、2102～N102)中多个启动相位对应的多个电感(例如L1、L2～LN)所对应的多个电感电流(例如Io1、Io2～IoN)而产生。在一实施例中，电流均流信号VIBUS中由主控电路所产生的成分，与从属电路之一所产生的成分的比例为k。在一实施例中，k为大于等于1的整数，且相关于总相位数Nph_total与启动相位数Nph_activated的差值，具体而言，k可由下列式2表示：
k＝Nph_total-Nph_activated+1 (式2)
式2中，当输出电流ISUM位准越高，启动相位数Nph_activated越高，启动相位数Nph_activated小于等于总相位数Nph_total，且启动相位数Nph_activated大于等于2(等于1时，无电流平衡的必要性)。
具体而言，如图5所示，在一较佳实施例中，转换控制电路112配置为主控电路，其余转换控制电路(例如212～N12)配置为从属电路，电流均流电路182、282～N82分别包括转导电路81、82～8N。在本实施例中，电流均流电路182、282～N82分别根据对应的k倍的感测电流k*IS1’、感测电流IS2’～ISN’以及电阻R而产生及接收电流均流信号VIBUS，其中感测电流IS1’、IS2’～ISN’相关于对应的电感电流Io1、Io2～IoN。在一实施例中，转导电路81、82～8N根据电流均流信号VIBUS与对应的子电流感测信号VIS1、VIS2～VISN的差值而产生对应的调整信号Va1、Va2～VaN，以调整对应的转换控制电路112、212～N12的至少一参数，由此进行可堆叠式子转换器1102、2102～N102之间的电流均流。在本实施例中，子电流感测信号VIS1、VIS2～VISN根据对应的感测电流(IS1、IS2～ISN)与电阻R而产生，其中感测电流IS1、IS2～ISN相关于对应的电感电流Io1、Io2～IoN。
需注意的是，上述实施例中，主控电路(转换控制电路112)所产生的电流均流信号VIBUS的成分相关于k倍的感测电流k*IS1’，从属电路(转换控制电路212～N12)所产生的电流均流信号VIBUS的成分相关于感测电流IS2’～ISN’。
在一具体实施例中，N等于3，可堆叠式多相电源转换器2005具有总相位数3，当负载99为重载(输出电流ISUM较大)，启动相位数等于3时，k等于1，假设电流均流电路182、282～N82中的电阻R的电阻值大致上相同，此时电流均流信号VIBUS的位准可由下列式3表示：
VIBUS＝(1*IS1’+IS2’+IS3’)/3R (式3)
上述实施例中，当负载99转为中载(输出电流ISUM变小)，启动相位数等于2时，k等于2，此时电流均流信号VIBUS的位准可由下列式4表示：
VIBUS＝(2*IS1’+IS2’)/3R (式4)
由式3与式4可知，根据本发明的可堆叠式多相电源转换器，由于电流均流信号VIBUS相关于主控电路的k倍的感测电流k*IS1’，因此当可堆叠式多相电源转换器的启动相位数改变时，可不影响电流均流的平衡状态。举例而言，当启动相位数由3改变为2时，k由1转变为2，此时电流均流信号VIBUS的成分虽少了感测电流IS3’，但主控电路所产生的感测电流则变为2倍(2*IS1’)，因此电流均流信号VIBUS的位准大致上不受影响，可持续实现电流均流的平衡状态，因此即使于瞬时时，也能维持各相位电流与电压的稳定。
请参阅图6，图6显示本发明的可堆叠式多相电源转换器中的固定时间产生电路的一具体实施例示意图。在一实施例中，调制电路N9包括图6所示的固定时间产生电路1916，固定时间产生电路1916包括电流源ITon、积分电容器CTon及比较器60。在一实施例中，比较信号Cpo用以控制开关S6的导通状态，当开关S6导通时，将积分电容器CTon上的积分电压Vc重置例如至0V，当开关S6转为不导通时，固定时间产生电路1916通过积分电容器CTon开始积分电流源ITon，以产生积分电压Vc。比较器60用以比较积分电压Vc及阈值电压Vth_Ton而产生比较信号Cpo。
在一实施例中，调制信号SPN根据比较信号Cpo，以一固定时间控制对应的可堆叠式子转换器的功率级电路的至少一开关，例如控制对应的功率级电路的固定导通时间。在一实施例中，固定时间根据阈值电压Vth_Ton、积分电容器CTon的电容值或电流源ITon的积分电流而决定。在一实施例中，调整信号VaN(对应于前述的Vadj)用以调整至少一参数，以调整固定时间，由此于多个可堆叠式子转换器(例如可堆叠式子转换器1102、2102～N102)之间进行电流均流。在本实施例中，如图6所示，至少一参数包括阈值电压Vth_Ton、积分电容器CTon的电容值及电流源ITon的积分电流的其中至少之一。
请参阅图7，图7显示本发明的可堆叠式多相电源转换器中的转换控制电路的一具体实施例示意图。在一实施例中，转换控制电路117包括电流均流电路187、调制电路197以及滤波电路70。在一实施例中，电流均流电路187中的转导电路81用以根据对应的子电流感测信号VIS1a与电流均流信号VIBUS的差值产生转导电流Igm1a，其中子电流感测信号VIS1a、电流均流信号VIBUS分别根据感测电流IS1a、IS1a’而产生，其中感测电流IS1a、IS1a’相关于对应的电感电流。在一实施例中，滤波电路70用以根据转导电流Igm1a产生放大输出信号VAO。在本实施例中，调整信号Va1a对应为放大输出信号VAO，放大输出信号VAO对应为阈值电压Vth_Ton。
在图7的实施例中，调制电路197通过调整信号Va1a调整阈值电压Vth_Ton，以产生调制信号SP1a，调制信号SP1a用以控制对应的可堆叠式子转换器的功率级电路的至少一开关，由此于多个可堆叠式子转换器之间进行电流均流。
请同时参阅图3与图8，图8显示对应于图3可堆叠式4相位电源转换器的一实施例操作波形图。在一具体实施例中，图3的可堆叠式多相电源转换器2003具有总相位数4，亦即可堆叠式多相电源转换器2003包括可堆叠式子转换器1100、2100、3100、4100。在一实施例中，可堆叠式子转换器1100、2100、3100、4100具有对应的切换节点Sw0、Sw1、Sw2～SwZ(本实施例为Sw0、Sw1、Sw2、Sw3)，切换节点Sw0、Sw1、Sw2～SwZ为电感L1、L2、L3～LN耦接于对应的功率级电路的节点。上述Z为大于等于1的整数。
在一实施例中，如图8所示，同步信号SYNC包括多个脉冲，多个脉冲被连续计数为计数值NZ，其中同步信号SYNC包括重置信号RX，用以重置并启动计数值NZ。在一实施例中，当计数值NZ相关于转换控制电路对应的相序编号ID_Z时，该转换控制电路使能对应的功率级电路，以产生输出电源。在一实施例中，可堆叠式子转换器经由该同步信号的对应脉冲的触发而启动。以下将说明包括4相位的可堆叠式多相电源转换器2003的操作。
具体而言，如图3与图8所示，在本实施例中，转换控制电路110、210、310、410的相序编号ID_Z分别被设定为0、1、2、3。在一实施例中，于一周期Tsw中，在时点t0时产生同步信号SYNC与重置信号RX(例如通过转换控制电路110)，此时每一转换控制电路110、210、310、410的计数值NZ均被设定为0。于时点t1，由于计数值NZ为0且等于转换控制电路110的相序编号ID_Z，因此同步信号SYNC的下降缘触发转换控制电路110以使能功率级电路10，由此产生输出电源至负载99，例如通过控制功率级电路10的上桥开关导通，使得切换节点Sw0于一导通时间Ton电性连接于输入电压VIN。同时，同步信号SYNC的下降缘将计数值NZ加至1。需注意的是，导通时间Ton由固定时间产生电路决定。
于时点t2，由于计数值NZ为1，因此同步信号SYNC的下降缘触发转换控制电路210(相序编号ID_Z为1)以使能功率级电路20，由此产生输出电源至负载99，例如通过控制功率级电路20的上桥开关导通，使得切换节点Sw1于一导通时间Ton电性连接于输入电压VIN。同时，同步信号SYNC的下降缘将计数值NZ加至2。
于时点t3，由于计数值NZ为2，因此同步信号SYNC的下降缘触发转换控制电路310(相序编号ID_Z为2)以使能功率级电路30，由此产生输出电源至负载99，例如通过控制功率级电路30的上桥开关导通，使得切换节点Sw2于一导通时间Ton电性连接于输入电压VIN。同时，同步信号SYNC的下降缘将计数值NZ加至3。
于时点t4，由于计数值NZ为3，因此同步信号SYNC的下降缘触发转换控制电路410(相序编号ID_Z为3)以使能功率级电路40，由此产生输出电源至负载99，例如通过控制功率级电路40的上桥开关导通，使得切换节点Sw3于一导通时间Ton电性连接于输入电压VIN。同时，同步信号SYNC的下降缘将计数值NZ加至4。
在一实施例中，当计数值NZ达到启动相位数时，产生重置信号RX。在本实施例中，最大值为4。因此，当计数值NZ为4时，同步信号SYNC的上升缘用以触发重置信号RX以重置计数值(例如于时点t0’)，并进行下一周期。
在另一实施例中，如图8所示，同步信号SYNC的具有较高电压位准(例如高位准VH)的脉冲用以示意重置信号RX，同步信号SYNC的其他脉冲可以为具有较低电压位准(例如低位准VL)的脉冲。从一观点而言，在本实施例中的重置信号RX在同步信号SYNC的多个脉冲中调制或混合，当同步信号SYNC的电压位准高于一阈值VTH时，产生本机重置信号RX。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，但以上所述者，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容而已，并非用来限定本发明的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，也可以组合应用，举例而言，两个或以上的实施例可以组合运用，而一实施例中的部分组成也可用以取代另一实施例中对应的组成部件。此外，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，举例而言，本发明所称“根据某信号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的信号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。

Claims (19)

1.一种转换控制电路，用以控制一可堆叠式子转换器，其中多个可堆叠式子转换器配置为一可堆叠式多相电源转换器，其中该多个可堆叠式子转换器的每一者包括一功率级电路以及一对应的该转换控制电路，其中该多个可堆叠式子转换器所对应的多个该功率级电路互相并联耦接，以产生一输出电源至一负载，该输出电源包括一输出电流，其中该转换控制电路用以控制该功率级电路的至少一开关以切换对应的一电感，由此产生该输出电源，其中该转换控制电路配置为一主控电路或一从属电路，其中该多个可堆叠式子转换器具有一总相位数与一启动相位数，其中该启动相位数根据该输出电流的位准而决定，该转换控制电路包含：
一电流均流端，其中一电流均流信号耦接于互相并联的多个该转换控制电路的多个该电流均流端；
一电流均流电路，用以产生及/或接收该电流均流信号，且用以根据该电流均流信号与对应的一子电流感测信号的一差值而产生一调整信号，以调整该转换控制电路的至少一参数，以于该多个可堆叠式子转换器之间进行电流均流，其中子电流感测信号相关于对应的该电感所对应的一电感电流；
其中该电流均流电路包括以下配置：
配置一：其中该电流均流信号仅根据该多个可堆叠式子转换器的多个该电感的一者所对应的该电感电流而产生；或者
配置二：其中该电流均流信号根据该多个可堆叠式子转换器中多个启动相位对应的多个该电感所对应的多个电感电流而产生，其中该电流均流信号中由该主控电路所产生的成分，与该从属电路之一所产生的成分的比例为k，其中k相关于该总相位数与该启动相位数的差值。
2.如权利要求1所述的转换控制电路，其中，于配置一中，该电流均流信号仅根据该主控电路对应的该电感电流而产生。
3.如权利要求2所述的转换控制电路，其中，该主控电路对应的该电流均流电路不产生该调整信号，且不调整该转换控制电路的该至少一参数，其中该从属电路的每一对应的该电流均流电路产生该调整信号，以调整对应的该至少一参数，以于该多个可堆叠式子转换器之间进行电流均流。
4.如权利要求1所述的转换控制电路，其中，于配置二中，该主控电路与该从属电路的每一对应的该电流均流电路产生对应的该调整信号，以调整各自对应的该至少一参数，以于该多个可堆叠式子转换器之间进行电流均流。
5.如权利要求1所述的转换控制电路，其中，该转换控制电路以一固定时间控制对应的该多个可堆叠式子转换器的其中之一的该至少一开关，其中该固定时间根据一阈值电压、一积分电容值或一积分电流而决定；
其中该调整信号用以调整该至少一参数，以调整该固定时间，由此于该多个可堆叠式子转换器之间进行电流均流，其中该至少一参数包括该阈值电压、该积分电容值及该积分电流的其中至少之一。
6.如权利要求5所述的转换控制电路，其中，还包含一转导电路以及一滤波电路，其中该转导电路用以根据对应的该子电流感测信号与该电流均流信号的该差值产生一转导电流，该滤波电路用以根据该转导电流产生一放大输出信号，其中该调整信号对应为该放大输出信号，该放大输出信号对应为该阈值电压。
7.如权利要求2所述的转换控制电路，其中，该转换控制电路还包含：
一同步端，其中一同步信号耦接于互相并联的多个该转换控制电路的多个该同步端；
其中该同步信号包括多个脉冲，该多个脉冲被连续计数为一计数值，其中该同步信号包括一重置信号，用以重置并启动该计数值；
其中当该计数值相关于该转换控制电路对应的一相序编号时，该转换控制电路使能对应的该功率级电路，以产生该输出电源；
其中该主控电路用以经由该同步端产生该同步信号，且该从属电路用以经由该同步端接收该同步信号。
8.如权利要求7所述的转换控制电路，其中，当该计数值达到该启动相位数时，产生该重置信号，其中该同步信号的具有一较高电压位准的一脉冲用以示意该重置信号。
9.如权利要求7所述的转换控制电路，其中，该可堆叠式子转换器经由该同步信号的一对应脉冲的触发而启动。
10.如权利要求6所述的转换控制电路，其中，该转换控制电路配置为一集成电路，该同步端对应于该集成电路的一同步引脚，该电流均流端对应于该集成电路的一电流均流引脚。
11.一种控制方法，用以控制一可堆叠式子转换器，其中多个可堆叠式子转换器配置为一可堆叠式多相电源转换器，其中该多个可堆叠式子转换器的每一者包括一功率级电路，其中该多个可堆叠式子转换器所对应的多个该功率级电路互相并联耦接，以产生一输出电源至一负载，其中该功率级电路包括至少一开关以切换一电感，由此产生该输出电源，其中该多个可堆叠式子转换器的其中之一配置为一主控可堆叠式子转换器，且该多个可堆叠式子转换器的其他者配置为一从属可堆叠式子转换器，其中该多个可堆叠式子转换器具有一总相位数与一启动相位数，该控制方法包含：
控制该功率级电路的该至少一开关切换对应的该电感；
该多个可堆叠式子转换器的每一者用以产生或接收一电流均流信号；以及
根据该电流均流信号以于该多个可堆叠式子转换器之间进行电流均流；
其中产生该电流均流信号的步骤包括以下方式之一：
方式一：
仅根据该多个可堆叠式子转换器的多个该电感的一者所对应的一电感电流而产生该电流均流信号；或者
方式二：根据该多个可堆叠式子转换器中多个启动相位对应的多个该电感所对应的多个电感电流而产生该电流均流信号，其中该电流均流信号中由该主控可堆叠式子转换器所产生的成分，与该从属可堆叠式子转换器之一所产生的成分的比例为k，其中k相关于该总相位数与该启动相位数的差值。
12.如权利要求11所述的控制方法，其中，于方式一中，仅根据该主控可堆叠式子转换器对应的该电感电流而产生该电流均流信号。
13.如权利要求12所述的控制方法，其中，该主控可堆叠式子转换器不调整对应的该功率级电路，其中该从属可堆叠式子转换器的每一者调整对应的该功率级电路，以调整对应的至少一参数，以于该多个可堆叠式子转换器之间进行电流均流。
14.如权利要求11所述的控制方法，其中，于方式二中，产生对应于该主控可堆叠式子转换器与该从属可堆叠式子转换器的每一者的一调整信号，以调整各自对应的至少一参数，以于该多个可堆叠式子转换器之间进行电流均流。
15.如权利要求11所述的控制方法，其中，还包含：
以一固定时间控制对应的该多个可堆叠式子转换器的其中之一的该至少一开关，其中该固定时间根据一阈值电压、一积分电容值或一积分电流而决定；以及
根据该电流均流信号调整该多个可堆叠式子转换器的至少一参数，以调整该固定时间，由此于该多个可堆叠式子转换器之间进行电流均流，其中该至少一参数包括该阈值电压、该积分电容值及该积分电流的其中至少之一。
16.如权利要求15所述的控制方法，其中，还包含：根据对应的一子电流感测信号与该电流均流信号的该差值产生一转导电流，且根据该转导电流产生一放大输出信号，其中该放大输出信号对应为该阈值电压，该子电流感测信号相关于该电感电流。
17.如权利要求12所述的控制方法，其中，还包含：
控制该主控可堆叠式子转换器产生一同步信号；
控制该从属可堆叠式子转换器接收该同步信号；其中该同步信号包括多个脉冲，该多个脉冲被连续计数为一计数值，其中该同步信号包括一重置信号，用以重置并启动该计数值；以及
当该计数值相关于一对应的相序编号时，使能一对应的功率级电路，以产生该输出电源。
18.如权利要求17所述的控制方法，其中，还包含：以该同步信号的具有一较高电压位准的一脉冲示意该重置信号，其中当该计数值达到该启动相位数时，产生该重置信号。
19.如权利要求17所述的控制方法，其中，还包含：根据该同步信号的一对应脉冲的触发而启动该可堆叠式子转换器。
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