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TWI458217B - 電流平衡電路及其多相位直流至直流轉換器與電流平衡方法 - Google Patents

電流平衡電路及其多相位直流至直流轉換器與電流平衡方法 Download PDF

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TWI458217B
TWI458217B TW101116168A TW101116168A TWI458217B TW I458217 B TWI458217 B TW I458217B TW 101116168 A TW101116168 A TW 101116168A TW 101116168 A TW101116168 A TW 101116168A TW I458217 B TWI458217 B TW I458217B
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Ke Horng Chen
Yueh Lung Kuo
Chih Heng Su
Yi Ping Su
Yu Ping Huang
Yu Huei Lee
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Anpec Electronics Corp
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Description

電流平衡電路及其多相位直流至直流轉換器與電流平衡方法
本發明係指一種電流平衡(current balance)電路及其多相位直流至直流轉換器(multiphase DC-DC converter)與電流平衡方法，尤指一種可利用位移斜坡訊號之起始點時間進行電流平衡，因此可維持斜坡訊號的斜率為常數，而避免電流平衡技術迴路增益隨輸出輸入電壓而改變的電流平衡電路及其多相位直流至直流轉換器與電流平衡方法。
隨著電子產品不斷的推陳出新，其電源管理晶片之規格要求也更加嚴謹，特別是應於用高效能的微處理器之電源管理晶片，除了高效率之外，尚需極大的電流驅動能力、低輸出漣波電壓。相較於傳統的單一通道的直流至直流轉換器(DC-DC converter)，多相位直流至直流轉換器(multiphase DC-DC converter)具有多條平行通道，可將提供之電流平均分配在每條通道上，以提供更高的電流，然後再將輸出電壓與參考電壓相減經由放大器放大產生一電壓誤差訊號，再與相位交錯的斜坡訊號做比較，以調整脈衝調變脈波寬度調變(pulse width modulation，PWM)訊號之責任週期(duty cycle)來控制各通道之功率電晶體，進而調整各通道之電流。如此一來，多通道可同時以交錯的相位將能量提供給負載並進行控制，使得輸出電壓之漣波得以降低，因此多相位直流至直流轉換器為高規格的電源管理晶片之首選。
然而，由於每條通道的功率電晶體、電感、控制器以及在印刷電路板上(printed circuit board，PCB)皆可能會有不匹配的情形發生，造成通道間的電流不平衡而大小不一。除了降低其效率之外，當不平衡的情況極為嚴重時，大部分的電流接流經同一通道造成熱能無法分散而導致此通道燒毀。因此，習知多相位直流至直流轉換器尚需一電流平衡技術來使得電流平均分配在每一通道上，以防止上述情況發生。
詳細來說，習知應用於多相位直流至直流轉換器之電流平衡技術，係利用偵測每個通道所流經的電流大小並計算出其平均值，再與各通道所流經的電流做相減，得到各個通道上電流與其平均值的誤差量以產生電流誤差訊號。在習知一電流平衡技術中，係將上述電流誤差訊號加載至電壓誤差訊號上，因此對於每個通道均會有相對應的電壓誤差訊號，其除了控制輸出電壓之外亦可修正不平衡之電流。然而，由於此方法將輸出電壓的穩壓控制與電流平衡控制均結合在電壓誤差訊號上，在控制上較為複雜。
另一方面，關於習知調整斜坡訊號之斜率(即震幅)之電流平衡技術，請參考第1A圖至第1C圖，第1A圖為未進行電流平衡控制之示意圖，而第1B圖及第1C圖分別為增加及減少斜坡訊號振幅以進行電流平衡之示意圖。如第1A圖所示，在多相位直流至直流轉換器之一通道中，當該通道之電流與所有通道之電流之平均電流相等而未進行電流平衡控制時，係直接將一電壓誤差訊號VC 與一斜坡訊號VRamp 進行比較，即可得到此通道所需之責任週期D以穩定輸出電壓。另一方面，如第1B圖所示，當此通道之電流大於平均電流時，為達電流平衡，此通道之電流必須減少，因此根據電流誤差訊號來先增加斜坡訊號VRamp 之斜率(即震幅)再與電壓誤差訊號VC 進行比較，使責任週期D下降，以達到減少該通道之電流的效果。相反地，如第1C圖所示，當此通道之電流小於平均電流時，為達電流平衡，此通道之電流必須增加，可根據電流誤差訊號先減少斜坡訊號VRamp 的斜率(即震幅)再與電壓誤差訊號VC 進行比較，使得責任週期上升，以達到增加該通道之電流的效果。在此情形下，對於具有不同電流之通道，此電流平衡技術可根據其通道電流而簡單地調整斜坡訊號之斜率(即震幅)，以達成電流平衡。
然而，上述調整斜坡訊號之斜率(即震幅)之電流平衡技術，其電流平衡的迴路增益會隨著責任週期D而改變。在此情形下，當輸入電壓遠大於輸出電壓時，電流平衡的迴路增益低，電流平衡的效果較差(如電壓誤差訊號VC 較低時，相同斜坡訊號VRamp 之斜率之改變程度下責任週期D改變程度較低)；當輸入與輸出電壓較接近時，雖然電流平衡的迴路增益高，電流平衡的效果佳(如電壓誤差訊號VC 較高時，相同斜坡訊號VRamp 之斜率之改變程度下責任週期D改變程度較高)，但系統穩定性較差。有鑑於此，習知技術實有改進之必要。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種可利用位移斜坡訊號之起始點時間進行電流平衡，以維持斜坡訊號的斜率為常數，而避免電流平衡技術迴路增益隨輸出輸入電壓而改變的電流平衡電路及其多相位直流至直流轉換器與電流平衡方法。
本發明揭露一種電流平衡電路，用於一多相位直流至直流轉換器中，該電流平衡電路包含有一電流誤差計算電路，用來根據該多相位直流至直流轉換器之複數個通道之複數個電流偵測訊號，產生複數個電流平衡訊號指示該複數個通道之複數個電感電流不平衡的程度；一時間位移電路，用來根據該複數個電流平衡訊號，調整複數個時脈訊號之寬度；以及一斜坡產生器，用來根據該複數個時脈訊號，決定複數個斜坡訊號之位移程度。
本發明另揭露一種多相位直流至直流轉換器。該多相位直流至直流轉換器包含有複數個通道，用來輸出複數個電感電流；一電流偵測電路，用來偵測該複數個電感電流之大小，以產生複數個電流偵測訊號；以及一電流平衡電路。該電流平衡電路包含有一電流誤差計算電路，用來根據該複數個電流偵測訊號，產生複數個電流平衡訊號指示該複數個電感電流不平衡的程度；一時間位移電路，用來根據該複數個電流平衡訊號，調整複數個時脈訊號之寬度；以及一斜坡產生器，用來根據該複數個時脈訊號，決定複數個斜坡訊號之位移程度。
本發明另揭露一種電流平衡方法，用於一多相位直流至直流轉換器中。該電流平衡方法包含有根據該多相位直流至直流轉換器之複數個通道之複數個電流偵測訊號，產生複數個電流平衡訊號指示該複數個通道之複數個電感電流不平衡的程度；根據該複數個電流平衡訊號，調整複數個時脈訊號之寬度；以及根據該複數個時脈訊號，決定複數個斜坡訊號之位移程度。
請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一多相位直流至直流轉換器(multiphase DC-DC converter)20之示意圖。如第2圖所示，多相位直流至直流轉換器20具有N個通道同時輸出電感電流IL1 ～ILN 至一輸出負載LD，多相位直流至直流轉換器20包含有功率級(power stage)PS1 ～PSN 、一誤差放大器202、一電流偵測(current sense)電路204、一電流平衡(current balance)電路206、比較器Comp1 ～CompN 以及一邏輯電路208。
簡單來說，在以電壓控制的多相位直流至直流轉換器20中，功率級PS1 ～PSN 中各功率級分別包含一上橋功率電晶體與一下橋功率電晶體，可分別根據責任週期(duty cycle)D1 ～DN ，以脈衝調變脈波寬度調變(pulse width modulation，PWM)方式導通及關閉，以透過電感L1 ～LN 及一電阻Resr 利用一輸入電壓VIN 對一電容COUT 充電以產生一輸出電壓VOUT 予輸出負載LD。誤差放大器202可將輸出電壓VOUT 與一參考電壓VREF 之差值放大並產生一電壓誤差訊號VC 予比較器Comp1 ～CompN ，比較器Comp1 ～CompN 再將電壓誤差訊號VC 與N個相位交錯的斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 進行比較(即以電壓控制)，使得邏輯電路208產生責任週期D1 ～DN 以脈衝調變脈波寬度調變方式控制上橋功率電晶體與下橋功率電晶體。在此情況下，當輸出電壓VOUT 偏離所欲準位使得電壓誤差訊號VC 改變時(如輸出負載LD改變)，責任週期D1 ～DN 亦會隨著改變以將輸出電壓VOUT 拉回所欲準位，使輸出電壓VOUT 維持穩定。此部分穩壓相關操作與單一通道的直流至直流轉換器相似。
另一方面，為了確保流經每個通道的電流相等，電流偵測電路204偵測每個通道所流經之電感電流IL1 ～ILN 之大小，以產生指示各通道電感電流資訊之電流偵測訊號Is1 ～IsN 予電流平衡電路206，再由電流平衡電路206來調整N個相位交錯的斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 之起始點時間。接著，比較器Comp1 ～CompN 將N個交錯的斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 與電壓誤差訊號VC 進行比較，使得邏輯電路208產生不同的責任週期D1 ～DN 分別控制N個通道。如此一來，本發明可利用位移斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 之起始點時間進行電流平衡，因此可維持斜坡訊號的斜率為常數，而避免電流平衡技術迴路增益隨輸出輸入電壓而改變。
詳細來說，請參考第3A圖，第3A圖為第2圖所示之電流平衡電路206之示意圖。如第3A圖所示，電流平衡電路206包含有一電流誤差計算(Current error calculation)電路300、一時間位移(Time shift circuit)電路302以及一斜坡產生器304。電流誤差計算電路300可根據電流偵測訊號Is1 ～IsN ，產生電流平衡訊號VCB1 ～VCBN 指示電感電流IL1 ～ILN 不平衡的程度，時間位移電路302可根據電流平衡訊號VCB1 ～VCBN 及一預設時脈訊號CLK，調整時脈訊號CLK1 ～CLKN 之寬度，再由斜坡產生器304根據時脈訊號CLK1 ～CLKN ，決定斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 之位移程度(即起始點時間)，然後輸出斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 與一電壓誤差訊號VC 比較，以產生責任週期D1 ～DN 。
在此情況下，請參考第3B圖至第3D圖，第3B圖為第3A圖所示之電流平衡電路206未進行電流平衡控制之示意圖，而第3C圖及第3D圖分別為第3A圖所示之電流平衡電路206提早及延遲一斜坡訊號VRampa 起始點時間以進行電流平衡之示意圖。如第3B圖所示，在多相位直流至直流轉換器20之一通道中(可為N個通道中任一者)，當該通道之一電感電流ILa 與所有通道之電感電流IL1 ～ILN 之一平均電流ILavg 相等而未進行電流平衡控制時，斜坡訊號VRampa 受一時脈訊號CLKa 控制。亦即，當時脈訊號CLKa 為一高準位時(即邏輯”1”)，斜坡訊號VRampa 維持在一預設電壓準位；而當時脈訊號CLKa 為一低準位時(即邏輯”0”)，斜坡訊號VRampa 以一固定斜率上升。如此一來，藉由將電壓誤差訊號VC 與斜坡訊號VRampa 做比較，即可得到其所需之責任週期Da (即隨輸出電壓VOUT 變化而造成電壓誤差訊號VC 改變時，責任週期Da 可隨之改變以輸出穩定的輸出電壓VOUT )。
另一方面，如第3C圖所示，當此通道之電感電流ILa 大於平均電流ILavg 時，為達電流平衡，此通道之電流必須減少，此時時間位移電路302減少時脈訊號CLKa 之寬度，而斜坡產生器304提早斜坡訊號VRampa 以固定斜率上升之時間點(虛線為原本的斜坡訊號VRampa ，而實線為調整後的斜坡訊號VRampa )。在此情況下，將此斜坡訊號VRampa 與相同的電壓誤差訊號VC 相比，得到的責任週期Da 會減少，則此通道的電流也隨之減少。
相反地，如第3D圖所示，當此通道之電感電流ILa 小於平均電流時ILavg ，為達電流平衡，此通道之電流必須增加，此時時間位移電路302延長時脈訊號CLKa 之寬度，而斜坡產生器304延遲斜坡訊號VRampa 以固定斜率上升之時間點(虛線為原本的斜坡訊號VRampa ，而實線為調整後的斜坡訊號VRampa )。在此情況下，將此斜坡訊號VRampa 與相同的電壓誤差訊號VC 相比，得到的責任週期Da 會增加，則此通道的電流也隨之增加。如此一來，本發明可利用位移斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 之起始點時間對以電壓控制之多相位直流至直流轉換器20進行電流平衡。
值得注意的是，本發明之主要精神在於利用位移斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 之起始點時間進行電流平衡，因此可維持斜坡訊號的斜率為常數，而避免電流平衡技術迴路增益隨輸出輸入電壓而改變。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，上述實施例中，斜坡訊號VRampa 受時脈訊號CLKa 控制，於時脈訊號CLKa 為高準位時維持在預設電壓準位，而於時脈訊號CLKa 為低準位時以固定斜率上升，但在其它實施例中，斜坡訊號VRampa 亦可以其它方式進行控制；此外，上述多相位直流至直流轉換器20係以電壓控制，因此比較器Comp1 ～CompN 係將電壓誤差訊號VC 與斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 進行比較以產生責任週期D1 ～DN ，雖然電壓控制較簡單，但系統頻寬較小且暫態響應較慢，因此在其它實施例中，亦可電流控制方式進行，其雖然控制方式較為複雜，但系統頻寬較大且暫態響應也較快，唯元件需進行相對應修飾及變化。
詳細來說，請參考第4A圖，第4A圖為本發明實施例一多相位直流至直流轉換器40之示意圖。多相位直流至直流轉換器40與多相位直流至直流轉換器20部分相似，因此作用相似之元件及訊號以相同符號表示。多相位直流至直流轉換器40與多相位直流至直流轉換器20之主要差別在於，多相位直流至直流轉換器40為電流控制，因此其責任週期D1 ～DN 不再由電壓誤差訊號VC 與斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 來決定，而是由電壓誤差訊號VC 與電感電流IL1 ～ILN 的峰值來決定，且由於電流控制之直流至直流轉換器40需進行斜率補償以防止次諧波震盪(sub-harmonic)的發生，因此多相位直流至直流轉換器40中一電流平衡電路406係先對位移斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 之起始點時間，再加總斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 與電流偵測訊號Is1 ～IsN ，以輸出加總訊號VSUM1 ～VSUMN 與電壓誤差訊號VC 進行比較，進而產生責任週期D1 ～DN ，即斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 同時具有斜率補償以及電流平衡的功能。
因此，請參考第4B圖，第4B圖為第4A圖所示之電流平衡電路406之示意圖。第4B圖所示之電流平衡電路406與第3A圖所示之電流平衡電路206部分相似，因此作用相似之元件及訊號以相同符號表示。第4B圖所示之電流平衡電路406與第3A圖所示之電流平衡電路206之主要差別在於，電流平衡電路406中一斜坡產生器408係加總斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 與電流偵測訊號Is1 ～IsN ，以輸出加總訊號VSUM1 ～VsUMN 。
在此情況下，請參考第4C圖至第4E圖，第4C圖為第4B圖所示之電流平衡電路406未進行電流平衡控制之示意圖，而第4D圖及第4E圖分別為第4B圖所示之電流平衡電路406提早及延遲一斜坡訊號VRampa 起始點時間以進行電流平衡之示意圖。如第4C圖所示，在多相位直流至直流轉換器40之一通道中(可為N個通道中任一者)，當該通道之一電感電流ILa 與所有通道之電感電流IL1 ～ILN 之一平均電流ILavg 相等而未進行電流平衡控制時，可先將斜坡訊號VRampa 與電流偵測訊號Isa 加總產生加總訊號VSUMa ，再將電壓誤差訊號VC 與加總訊號VSUMa 做比較，即可得到其所需之責任週期Da (即隨輸出電壓VOUT 變化而造成電壓誤差訊號VC 改變時，責任週期Da 可隨之改變以輸出穩定的輸出電壓VOUT )。
另一方面，如第4C圖所示，當此通道之電感電流ILa 大於平均電流ILavg 時，為達電流平衡，此通道之電流必須減少，此時時間位移電路302減少時脈訊號CLKa 之寬度，而斜坡產生器304提早斜坡訊號VRampa 以固定斜率上升之時間點(虛線為原本的斜坡訊號VRampa ，而實線為調整後的斜坡訊號VRampa )。在此情況下，將此斜坡訊號VRampa 與電流偵測訊號Isa 加總所產生之加總訊號VSUMa 與相同的電壓誤差訊號VC 相比，得到的責任週期Da 會減少，則此通道的電流也隨之減少。
相反的，如第4D圖所示，當此通道之電感電流ILa 小於平均電流時ILavg ，為達電流平衡，此通道之電流必須增加，此時時間位移電路302延長時脈訊號CLKa 之寬度，而斜坡產生器304延遲斜坡訊號VRampa 以固定斜率上升之時間點(虛線為原本的斜坡訊號VRampa ，而實線為調整後的斜坡訊號VRampa )。在此情況下，將此斜坡訊號VRampa 與電流偵測訊號Isa 加總所產生之加總訊號VSUMa 與相同的電壓誤差訊號VC 相比，得到的責任週期Da 會增加，則此通道的電流也隨之增加。如此一來，本發明亦可利用位移斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 之起始點時間對以電流控制之多相位直流至直流轉換器40進行電流平衡。
上述電流平衡電路206、406之操作，可歸納為一電流平衡流程50，如第5圖所示，電流平衡流程50包含以下步驟：
步驟500：開始。
步驟502：根據多相位直流至直流轉換器之N個通道之電流偵測訊號Is1 ～IsN ，產生電流平衡訊號VCB1 ～VCBN 指示N通道之電感電流IL1 ～ILN 不平衡的程度。
步驟504：根據電流平衡訊號VCB1 ～VCBN ，調整時脈訊號CLK1 ～CLKN 之寬度。
步驟506：根據時脈訊號CLK1 ～CLKN ，決定斜坡訊號VRamp1 ～VRampN 之位移程度。
步驟508：結束。
關於電流平衡流程50之詳細操作可參考上述說明，於此不再贅述。
在習知技術中，將電流誤差訊號加載至電壓誤差訊號之方式，係透過將輸出電壓的穩壓控制與電流平衡控制均結合在電壓誤差訊號上，在控制上較為複雜；而調整斜坡訊號之斜率(即震幅)之電流平衡技術，由於其電流平衡的迴路增益會隨著責任週期D而改變，因此當輸入電壓遠大於輸出電壓時，電流平衡的迴路增益低，電流平衡的效果較差，而當輸入與輸出電壓較接近時，雖然電流平衡的迴路增益高，電流平衡的效果佳，但系統穩定性較差。相較之下，本發明係利用位移斜坡訊號之起始點時間進行電流平衡，因此可維持斜坡訊號的斜率為常數，而避免電流平衡技術迴路增益隨輸出輸入電壓而改變，因此，迴路增益可以設計得較高，系統穩定性不會受到責任週期的影響。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
20、40．．．多相位直流至直流轉換器
202．．．誤差放大器
204．．．電流偵測電路
206、406．．．電流平衡電路
208．．．邏輯電路
300．．．電流誤差計算電路
302．．．時間位移電路
304、408．．．斜坡產生器
50．．．流程
500～508．．．步驟
VC ．．．電壓誤差訊號
VRamp 、VRamp1 ～VRampN 、VRampa ．．．斜坡訊號
D、D1 ～DN 、Da ．．．責任週期
IL1 ～ILN ．．．電感電流
LD．．．輸出負載
PS1 ～PSN ．．．功率級
Comp1 ～CompN ．．．比較器
L1 ～LN ．．．電感
Resr ．．．電阻
VIN ．．．輸入電壓
COUT ．．．電容
VOUT ．．．輸出電壓
VREF ．．．參考電壓
Is1 ～IsN 、Isa ．．．電流偵測訊號
VCB1 ～VCBN ．．．電流平衡訊號
CLK、CLK1 ～CLKN 、CLKa ．． 時脈訊號
VSUM1 ～VSUMN 、VSUMa ．．．加總訊號
第1A圖為未進行電流平衡控制之示意圖。
第1B圖及第1C圖分別為增加及減少斜坡訊號振幅以進行電流平衡之示意圖。
第2圖為本發明實施例一多相位直流至直流轉換器之示意圖。
第3A圖為第2圖所示之一電流平衡電路之示意圖。
第3B圖為第3A圖所示之一電流平衡電路未進行電流平衡控制之示意圖。
第3C圖及第3D圖分別為第3A圖所示之電流平衡電路提早及延遲一斜坡訊號起始點時間以進行電流平衡之示意圖。
第4A圖為本發明實施例一多相位直流至直流轉換器之示意圖。
第4B圖為第4A圖所示之一電流平衡電路之示意圖。
第4C圖為第4B圖所示之一電流平衡電路未進行電流平衡控制之示意圖。
第4D圖及第4E圖分別為第4B圖所示之電流平衡電路提早及延遲一斜坡訊號起始點時間以進行電流平衡之示意圖。
第5圖為本發明實施例一電流平衡流程之示意圖。
206．．．電流平衡電路
300．．．電流誤差計算電路
302．．．時間位移電路
304．．．斜坡產生器
Is1 ～IsN ．．．電流偵測訊號
VCB1 ～VCBN ．．．電流平衡訊號
CLK、CLK1 ～CLKN ．．．時脈訊號
VRamp1 ～VRampN ．．．斜坡訊號

Claims (18)

  1. 一種電流平衡(current balance)電路，用於一多相位直流至直流轉換器(multiphase DC-DC converter)中，包含有：一電流誤差計算(Current error calculation)電路，用來根據該多相位直流至直流轉換器之複數個通道之複數個電流偵測訊號，產生複數個電流平衡訊號指示該複數個通道之複數個電感電流不平衡的程度；一時間位移(Time shift circuit)電路，用來根據該複數個電流平衡訊號，調整複數個時脈訊號之寬度；以及一斜坡產生器，用來根據該複數個時脈訊號，決定複數個斜坡訊號之位移程度；其中，於該複數個時脈訊號為一高準位時，該斜坡產生器將該複數個斜坡訊號維持於一預設電壓準位，而於該複數個時脈訊號為一低準位時，該斜坡產生器將該複數個斜坡訊號以一固定斜率上升。
  2. 如請求項1所述之電流平衡電路，其中於該複數個電感電流當中一者大於該複數個電感電流之一平均電感電流時，該時間位移電路減少該複數個時脈訊號當中所對應一者之寬度，而該斜坡產生器提早該複數個斜坡訊號當中所對應一者以一固定斜率上升之時間點。
  3. 如請求項1所述之電流平衡電路，其中於該複數個電感電流當 中一者小於該複數個電感電流之一平均電感電流時，該時間位移電路增加該複數個時脈訊號當中所對應一者之寬度，而該斜坡產生器延遲該複數個斜坡訊號當中所對應一者以一固定斜率上升之時間點。
  4. 如請求項1所述之電流平衡電路，其中該多相位直流至直流轉換器為電壓控制，該斜坡產生器輸出該複數個斜坡訊號與一電壓誤差訊號比較，以產生複數個責任週期(duty cycle)。
  5. 如請求項1所述之電流平衡電路，其中該多相位直流至直流轉換器為電流控制，該斜坡產生器分別加總該複數個斜坡訊號與該複數個電流偵測訊號，以輸出複數個加總訊號與一電壓誤差訊號進行比較，進而產生複數個責任週期。
  6. 一種多相位直流至直流轉換器(multiphase DC-DC converter)，包含有：複數個通道，用來輸出複數個電感電流；一電流偵測(current sense)電路，用來偵測該複數個電感電流之大小，以產生複數個電流偵測訊號；以及一電流平衡(current balance)電路，包含有：一電流誤差計算(Current error calculation)電路，用來根據該複數個電流偵測訊號，產生複數個電流平衡訊號指示該複數個電感電流不平衡的程度； 一時間位移(Time shift circuit)電路，用來根據該複數個電流平衡訊號，調整複數個時脈訊號之寬度；以及一斜坡產生器，用來根據該複數個時脈訊號，決定複數個斜坡訊號之位移程度；其中，於該複數個時脈訊號為一高準位時，該斜坡產生器將該複數個斜坡訊號維持於一預設電壓準位，而於該複數個時脈訊號為一低準位時，該斜坡產生器將該複數個斜坡訊號以一固定斜率上升。
  7. 如請求項6所述之多相位直流至直流轉換器，其中於該複數個電感電流當中一者大於該複數個電感電流之一平均電感電流時，該時間位移電路減少該複數個時脈訊號當中所對應一者之寬度，而該斜坡產生器提早該複數個斜坡訊號當中所對應一者以一固定斜率上升之時間點。
  8. 如請求項6所述之多相位直流至直流轉換器，其中於該複數個電感電流當中一者小於該複數個電感電流之一平均電感電流時，該時間位移電路增加該複數個時脈訊號當中所對應一者之寬度，而該斜坡產生器延遲該複數個斜坡訊號當中所對應一者以一固定斜率上升之時間點。
  9. 如請求項6所述之多相位直流至直流轉換器，其中該多相位直流至直流轉換器為電壓控制，該斜坡產生器輸出該複數個斜坡 訊號與一電壓誤差訊號比較，以產生複數個責任週期(duty cycle)。
  10. 如請求項6所述之多相位直流至直流轉換器，其中該多相位直流至直流轉換器為電流控制，該斜坡產生器分別加總該複數個斜坡訊號與該複數個電流偵測訊號，以輸出複數個加總訊號與一電壓誤差訊號進行比較，進而產生複數個責任週期。
  11. 一種電流平衡(current balance)方法，用於一多相位直流至直流轉換器(multiphase DC-DC converter)中，包含有：根據該多相位直流至直流轉換器之複數個通道之複數個電流偵測訊號，產生複數個電流平衡訊號指示該複數個通道之複數個電感電流不平衡的程度；根據該複數個電流平衡訊號，調整複數個時脈訊號之寬度；以及根據該複數個時脈訊號，決定複數個斜坡訊號之位移程度；其中，於該複數個時脈訊號為一高準位時，將該複數個斜坡訊號維持於一預設電壓準位，而於該複數個時脈訊號為一低準位時，將該複數個斜坡訊號以一固定斜率上升。
  12. 如請求項11所述之電流平衡方法，其中於該該複數個電感電流當中一者大於該複數個電感電流之一平均電感電流時，減少該複數個時脈訊號當中所對應一者之寬度，並提早該複數個斜坡 訊號當中所對應一者以一固定斜率上升之時間點。
  13. 如請求項11所述之電流平衡方法，其中於該複數個電感電流當中一者小於該複數個電感電流之一平均電感電流時，增加該複數個時脈訊號當中所對應一者之寬度，並延遲該複數個斜坡訊號當中所對應一者以一固定斜率上升之時間點。
  14. 如請求項11所述之電流平衡方法，其另包含輸出該複數個斜坡訊號與一電壓誤差訊號進行比較，以產生複數個責任週期(duty cycle)。
  15. 如請求項11所述之電流平衡方法，其另包含分別加總該複數個斜坡訊號與該複數個電流偵測訊號，以輸出複數個加總訊號與一電壓誤差訊號進行比較，進而產生複數個責任週期。
  16. 一種電流平衡(current balance)電路，用於一多相位直流至直流轉換器(multiphase DC-DC converter)中，包含有：一電流誤差計算(Current error calculation)電路，用來根據該多相位直流至直流轉換器之複數個通道之複數個電流偵測訊號，產生複數個電流平衡訊號指示該複數個通道之複數個電感電流不平衡的程度；一時間位移(Time shift circuit)電路，用來根據該複數個電流平衡訊號，調整複數個時脈訊號之寬度；以及 一斜坡產生器，用來根據該複數個時脈訊號，決定複數個斜坡訊號之位移程度；其中，於該複數個電感電流當中一者大於該複數個電感電流之一平均電感電流時，該時間位移電路減少該複數個時脈訊號當中所對應一者之寬度，而該斜坡產生器提早該複數個斜坡訊號當中所對應一者以一固定斜率上升之時間點，而於該複數個電感電流當中該者小於該複數個電感電流之該平均電感電流時，該時間位移電路增加該複數個時脈訊號當中所對應該者之寬度，而該斜坡產生器延遲該複數個斜坡訊號當中所對應該者以該固定斜率上升之時間點。
  17. 一種多相位直流至直流轉換器(multiphase DC-DC converter)，包含有：複數個通道，用來輸出複數個電感電流；一電流偵測(current sense)電路，用來偵測該複數個電感電流之大小，以產生複數個電流偵測訊號；以及一電流平衡(current balance)電路，包含有：一電流誤差計算(Current error calculation)電路，用來根據該複數個電流偵測訊號，產生複數個電流平衡訊號指示該複數個電感電流不平衡的程度；一時間位移(Time shift circuit)電路，用來根據該複數個電流平衡訊號，調整複數個時脈訊號之寬度；以及一斜坡產生器，用來根據該複數個時脈訊號，決定複數個 斜坡訊號之位移程度；其中，於該複數個電感電流當中一者大於該複數個電感電流之一平均電感電流時，該時間位移電路減少該複數個時脈訊號當中所對應一者之寬度，而該斜坡產生器提早該複數個斜坡訊號當中所對應一者以一固定斜率上升之時間點，而於該複數個電感電流當中該者小於該複數個電感電流之該平均電感電流時，該時間位移電路增加該複數個時脈訊號當中所對應該者之寬度，而該斜坡產生器延遲該複數個斜坡訊號當中所對應該者以該固定斜率上升之時間點。
  18. 一種電流平衡(current balance)方法，用於一多相位直流至直流轉換器(multiphase DC-DC converter)中，包含有：根據該多相位直流至直流轉換器之複數個通道之複數個電流偵測訊號，產生複數個電流平衡訊號指示該複數個通道之複數個電感電流不平衡的程度；根據該複數個電流平衡訊號，調整複數個時脈訊號之寬度；以及根據該複數個時脈訊號，決定複數個斜坡訊號之位移程度；其中，於該複數個電感電流當中一者大於該複數個電感電流之一平均電感電流時，減少該複數個時脈訊號當中所對應一者之寬度，並提早該複數個斜坡訊號當中所對應一者以一固定斜率上升之時間點，而於該複數個電感電流當中該者小於該複數個電感電流之該平均電感電流時，增加該複數個時脈訊 號當中所對應該者之寬度，並延遲該複數個斜坡訊號當中所對應該者以該固定斜率上升之時間點。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI862064B (zh) * 2022-08-10 2024-11-11 美商茂力科技股份有限公司 多相切換式電源及其控制電路和控制方法

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9548714B2 (en) 2008-12-29 2017-01-17 Altera Corporation Power converter with a dynamically configurable controller and output filter
US8867295B2 (en) 2010-12-17 2014-10-21 Enpirion, Inc. Power converter for a memory module
US20150070940A1 (en) * 2013-09-09 2015-03-12 Renesas Electronics America Inc. Multi-phase transformer type dc-dc converter
US9455619B1 (en) * 2013-11-26 2016-09-27 Lockheed Martin Corporation System and method for implementing current sharing between packaged power supplies
KR101637650B1 (ko) * 2014-05-20 2016-07-20 엘지이노텍 주식회사 직류-직류 변환기
US9647556B2 (en) * 2014-07-08 2017-05-09 O2Micro, Inc. DC to DC converters and controllers thereof
CN104660019B (zh) * 2015-01-16 2017-12-05 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种多相并联变换器及其控制方法
US9509217B2 (en) * 2015-04-20 2016-11-29 Altera Corporation Asymmetric power flow controller for a power converter and method of operating the same
CN104980024B (zh) * 2015-06-30 2017-10-17 成都芯源系统有限公司 均流电路及其控制方法
TWI552474B (zh) * 2015-08-10 2016-10-01 茂達電子股份有限公司 電流平衡方法及其電流平衡電路
CN108475990B (zh) * 2015-10-13 2021-01-26 日产自动车株式会社 功率转换器
US10404061B2 (en) * 2016-07-20 2019-09-03 Cal Poly Corporation Multiple input single output DC-DC converter with equal load sharing on the multiple inputs
CN110120746B (zh) * 2017-02-15 2023-09-22 华为技术有限公司 一种多相并联dcdc电路及其芯片结构
JP6863789B2 (ja) * 2017-03-23 2021-04-21 ローム株式会社 スイッチングレギュレータ
TWI641196B (zh) * 2017-05-05 2018-11-11 茂達電子股份有限公司 電流平衡電路與使用其之多相式電源轉換器
CN108933525B (zh) 2017-05-24 2021-01-29 华为技术有限公司 电流均衡电路、阵列电路及多相变换器
CN107147289B (zh) * 2017-06-01 2020-06-19 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 控制方法、控制电路及多相变换器
US10177654B1 (en) * 2017-10-23 2019-01-08 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Dual-edge pulse width modulation for multiphase switching power converters with current balancing
TWI692173B (zh) * 2018-04-09 2020-04-21 茂達電子股份有限公司 非窄電壓直流充電器及其控制方法
TWI683520B (zh) * 2019-02-25 2020-01-21 茂達電子股份有限公司 多相dc-dc電源轉換器及其驅動方法
US11196345B1 (en) * 2020-07-28 2021-12-07 Astec International Limited Interpolation control for balancing currents in interleaved power converters
US11228248B1 (en) * 2020-08-13 2022-01-18 Semiconductor Components Industries, Llc Multiphase controller with failure diagnostic mechanism
CN114189133A (zh) 2020-09-15 2022-03-15 力智电子股份有限公司 电源转换器的控制电路
US12034371B1 (en) * 2020-09-16 2024-07-09 Empower Semiconductor, Inc. Voltage regulators with clock generators for multi-phase converters
CN112968589B (zh) * 2021-02-08 2022-05-24 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 控制电路以及应用其的多相功率变换器
CN113162411A (zh) 2021-04-20 2021-07-23 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 控制电路，控制方法以及电压调节器
US11682974B2 (en) * 2021-09-22 2023-06-20 Alpha And Omega Semiconductor International Lp Multi-phase switching regulator with variable gain phase current balancing using slope-compensated emulated phase current signals
CN119248049B (zh) * 2024-09-29 2025-04-29 江西鼎盛新材料科技有限公司 应用于玻璃熔炉电流平衡分配器的智能调控方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201007411A (en) * 2008-08-11 2010-02-16 Asustek Comp Inc Multi-phase voltage regulator module and method controlling the same
US20110133704A1 (en) * 2009-06-10 2011-06-09 Stmicroelectronics S.R.I Method for controlling an interleaving multiphase regulator and corresponding system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7453250B2 (en) * 2005-02-10 2008-11-18 Intersil Americas Inc. PWM controller with dual-edge modulation using dual ramps
US7453246B2 (en) * 2005-11-16 2008-11-18 Intersil Americas Inc. Adaptive PWM pulse positioning for fast transient response
JP4229177B2 (ja) * 2006-11-30 2009-02-25 ミツミ電機株式会社 マルチフェーズｄｃ−ｄｃコンバータ
US7923977B2 (en) * 2007-12-12 2011-04-12 Upi Semiconductor Corporation DC-DC converters with transient response control

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201007411A (en) * 2008-08-11 2010-02-16 Asustek Comp Inc Multi-phase voltage regulator module and method controlling the same
US20110133704A1 (en) * 2009-06-10 2011-06-09 Stmicroelectronics S.R.I Method for controlling an interleaving multiphase regulator and corresponding system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI862064B (zh) * 2022-08-10 2024-11-11 美商茂力科技股份有限公司 多相切換式電源及其控制電路和控制方法

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Publication number Publication date
US8957660B2 (en) 2015-02-17
TW201347338A (zh) 2013-11-16
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