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TWM568000U - 用於切換電壓調節器及功率轉換器之控制 - Google Patents

用於切換電壓調節器及功率轉換器之控制 Download PDF

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TWM568000U
TWM568000U TW107206313U TW107206313U TWM568000U TW M568000 U TWM568000 U TW M568000U TW 107206313 U TW107206313 U TW 107206313U TW 107206313 U TW107206313 U TW 107206313U TW M568000 U TWM568000 U TW M568000U
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TW107206313U
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剛 陳
嘉博 瑞茲克
克里斯多福 巴羅曼世
Original Assignee
美商半導體組件工業公司
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Abstract

一種電路自輸入電壓生成輸出電壓，且包括一脈衝寬度調變(PWM)控制器。該PWM控制器根據使用一電流感測和斜坡(CSR)信號及一誤差信號之一第一比較起始一PWM脈衝。該PWM控制器根據使用該CSR信號及一閾限信號進行之一第二比較結束該PWM脈衝。該CSR信號係使用一電流感測信號及根據該輸入電壓之一斜坡信號生成的。該誤差信號係自該輸出電壓及一參考電壓生成的。在一實施例中，該電路係複數個實質上完全相同之模組之一者，其中一個模組係一主模組。該主模組生成一誤差信號，該誤差信號由各個模組使用。各個模組之一時脈輸入端分別連接至另一個模組之一時脈輸出端，以順序地起動該等模組中之每一者。

Description

用於切換電壓調節器及功率轉換器之控制
本揭露大致上係關於切換式電壓調節器及切換式功率轉換器，且更具體地係關於使用脈衝寬度調變(PWM)之單相及多相直流(DC)至DC功率轉換器。
本揭露通常係關於電子器件，且更明確地係關於用於提供電力至電子裝置的電路及方法。在切換電源供應器控制器、諸如脈衝寬度調變(PWM)控制器或脈衝頻率調變(PFM)控制器中可使用各種方法及結構。該等切換電源供應器控制器起作用來將一輸出電壓調節到一所欲的值。
固定頻率控制器、諸如固定頻率PWM控制器可能不會快速地對負載暫態作出回應。例如，一固定頻率PWM控制器可能不會對負載之迅速步進變化提供一致的回應。此外，固定頻率PWM控制器可能具有在輸出電壓中導致雜訊之拍頻。
一基於斜坡式脈衝調變(RPM)之控制器係可藉由使用輸出電壓之一平均電流確定相脈衝之持續時間來提供改進的暫態回應的一種PWM控制器。
在一些基於RPM之控制器中，當輸出電壓之一目標電壓值可變時，用於調節輸出電壓之一誤差信號需要一寬操作範圍，這增加了設計之難度及複雜度。再者，基於RPM之控制器可能需要用於產生誤差信號之誤差放大器之外部補償（亦即，在包括控制器之積體電路外部之一補償電路），以便滿足各種暫態條件下之嚴格調節要求，這可能增加功率轉換器之零件計數、大小及成本並且增加含有誤差放大器之積體電路之引腳總數。最後，多相RPM控制器可能不係可縮放的，亦即，可能難以或不可能將所使用之相數增加到超過一固定限值。
在一實施例中，一種用於使用輸入電壓生成輸出電壓之電路包含：一第一功率轉換器電路、一回授電路、一誤差放大器、一第一閾限產生器電路、一第一脈衝寬度調變(PWM)電路、及一第一電流感測和斜坡(CSR)電路。該第一功率轉換電路根據一第一脈衝寬度調變(PWM)信號進行控制以使用該輸入電壓產生該輸出電壓。該回授電路係用以根據該輸出電壓之一電壓值產生一回授信號。該誤差放大器係用以根據一參考電壓與該回授信號之差來產生一誤差信號。該第一閾限產生器電路係用以根據該誤差信號、及該輸出電壓和該切換式節點信號中之一者產生一第一閾限信號。該第一PWM電路包含一第一比較器，用以將一第一電流感測和斜坡(CSR)信號與該第一閾限信號進行比較，其中該第一PWM信號係根據該第一比較器之輸出生成的。該第一CSR電路包含：一第一可程式化電流源，用以根據該第一PWM信號、及該輸入電壓和該切換式節點信號中之一者生成一第一斜坡電流；及一第一電流感測電路，用以根據該第一功率轉換器電路之一電流生成一第一電流感測信號。該第一CSR信號係由該第一CSR電路使用該第一斜坡電流及該第一電流感測信號生成的。
在一實施例中，該PWM電路進一步包含：一第二比較器，用以將該CSR信號及該誤差信號進行比較；及一設定重設正反器(SRFF)，其具有耦接至該第二比較器之一輸出端之一設定輸入端、及耦接至該第一比較器之該輸出端之一重設輸入端。該PWM信號係根據SRFF之一輸出生成的。
在一實施例中，該第一閾限產生器電路包含：一可調適電流源電路，其根據該輸出電壓生成一可調適電流；及一電阻器，其具有接收該可調適電流之一第一端子、及耦接至該誤差信號之一第二端子。該第一閾限信號對應於跨該電阻器之一壓降與該誤差信號的值之和。
在另一個實施例中，該第一閾限產生器電路包含：一濾波器電路，用以使用該切換式節點信號生成一輸出近似信號；一可調適電流源電路，用以根據該輸出近似信號生成一可調適電流；及一電阻器，其具有接收該可調適電流之一第一端子、及耦接至該誤差電壓之一第二端子。該第一閾限信號對應於跨該電阻器之一壓降與該誤差信號的值之和。
在另一個實施例中，該第一閾限產生器電路包含：一可調適電流源電路，用以根據該輸出電壓生成一可調適電流；一電阻器，其具有接收該可調適電流之一第一端子、及耦接至該誤差電壓之一第二端子；及一開關，其耦接在該閾限信號與該誤差信號之間並使用該PWM信號來控制。該閾限信號對應於該電阻器之該第一端子之一電壓值。
在一實施例中，該電路進一步包括一第二功率轉換器電路、一相定序電路、一第二PWM電路、及一第二CSR電路。該第二功率轉換器電路根據一第二脈衝寬度調變(PWM)信號進行控制以使用該輸入電壓產生該輸出電壓。該相定序電路係用以根據該第一PWM信號及該第二PWM信號之確立來確立複數個相選擇信號中之一者。該第一PWM電路進一步包含其中該第一PWM信號係根據該複數個相選擇信號中之一第一相選擇信號生成的。該第二PWM電路包含一第二比較器，用以將一第二CSR信號、及該第一閾限信號和一第二閾限信號中之一者進行比較。該第二PWM信號係根據該第二比較器之該輸出、及該複數個相選擇信號中之一第二相選擇信號生成的。該第二CSR電路包含：一第二可程式化電流源，用以根據該第二PWM信號、及該輸入電壓和該切換式節點信號中之一者生成一第二斜坡電流；及一第二電流感測電路，用以根據該第二功率轉換器電路之一電流生成一第二電流感測信號。該第二CSR信號係由該第二CSR電路使用該第二斜坡電流及該第二電流感測信號生成的。
在一實施例中，該電路進一步包括一第一模組及一第二模組。該第一模組包含一第一相致能鎖存器、該回授電路、該誤差放大器、該第一閾限產生器電路、該第一PWM電路、及該第一CSR電路。該第二模組包含：一第二相致能鎖存器；一第二閾限產生器電路，用以根據該誤差信號及該輸出電壓產生該第二閾限信號；該第二PWM電路，其中該第二比較器操作來將該第二CSR信號及該第二閾限信號進行比較；及該第二CSR電路。該相定序電路包含一菊鏈電路，該菊鏈電路包含該第一模組之該第一相致能鎖存器、及該第二模組之該第二相致能鎖存器。
在一實施例中，該第一CSR電路包含：一第一開關，用以回應於該PWM信號被確立而將該第一斜坡電流耦合至該第一CSR信號；及一第二開關，用以在該PWM信號被解除確立時將該第一電流感測信號耦合至該第一CSR信號。
在一實施例中，該第一CSR電路包含一開關，用以在該PWM信號被解除確立時對該第一電感器之該電流之一指示器進行取樣。
在另一個實施例中，一種用於自輸入電壓生成輸出電壓之電路包含一誤差放大器、一電流感測和斜坡(CSR)電路、一閾限電路、及一比較電路。該誤差放大器具有一內部補償電路。該誤差放大器接收該輸出電壓之一指示、及一參考電壓，且根據該輸出電壓與該參考電壓之間的差產生一誤差信號。該CSR電路接收一電流感測信號、該輸入電壓、及一脈衝寬度調變(PWM)信號，且產生一CSR信號，當該PWM信號被解除確立時，該CSR信號具有根據該電流感測信號之一值，且當該PWM信號被確立時，該CSR信號具有根據該輸入電壓之一轉換速率。該閾限電路接收該誤差信號、及該輸入電壓之一指示，根據該輸入電壓之該指示產生一閾限值，且根據該誤差電壓與該閾限值之和產生一閾限信號。該比較電路接收該誤差信號、該閾限信號、及該CSR信號，且藉由回應於該誤差信號大於該CSR信號而確立該PWM信號、及回應於該閾限信號小於該CSR信號而解除確立該PWM信號來產生該PWM信號。
本發明主張申請於2017年5月16日之美國臨時專利申請案第62/506,679號之權益，其針對所有目的以引用方式併入本文中。
實施例大致上係關於電子器件，且更具體地係關於脈衝寬度調變(PWM)控制器，包括包含於一積體電路中之PWM控制器。
在下列的詳細描述中，已說明及描述某些說明性實施例。如所屬技術領域中具有通常知識者將理解的，此等實施例可在不偏離本揭露之範圍的情況下以各種不同方式修改。因此，圖式及描述的本質係欲視為係說明性而非限制性。相似的參考數字標定專利說明書中的相似元件。
實施例包括以下PWM控制器，除其他優點之外，該等PWM控制器可使用具有一有限電壓範圍之一誤差信號、一內部補償誤差放大器、及模組性來提供一寬範圍之輸出電壓，使得PWM控制器可用於針對一任意數目之相提供多相控制。
在一切換功率轉換器之一實施例中，當一組合斜坡信號變得小於一輸出回授誤差電壓時，起始一PWM脈衝。該組合斜坡信號可以係根據一斜坡信號與一電流-感測信號之和產生之一電流感測和斜坡(CSR)信號。當該組合斜坡信號超過一閾限電壓時，結束該PWM脈衝。該閾限電壓可藉由將對應於該功率轉換器之一輸出電壓的值加到該輸出回授誤差電壓來產生。
在一切換功率轉換器之一實施例中，一模組化PWM功率轉換電路包括複數個實質上完全相同之PWM模組，其中該複數個實質上完全相同之PWM模組中之一模組充當一主PWM模組，該複數個實質上完全相同之PWM模組之該等模組中之剩餘模組充當從模組，該主PWM模向該複數個實質上完全相同之PWM模組中之每一者提供一誤差信號，且該複數個實質上完全相同之PWM模組中之該等模組之個別相的定序係使用菊鏈時脈信號來控制的。
圖1係根據一實施例之一切換電源供應器100之一方塊圖。切換電源供應器100包括一控制器110及一功率轉換器174。
功率轉換器174轉換一輸入信號（或輸入電壓）Vin並將一輸出信號（或輸出電壓）Vout提供給一負載（未圖示）。負載可包括一或多個積體電路(IC)。在一實施例中，輸出電壓Vout用作至中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、通用串列匯流排(USB)、記憶體積體電路、及類似者中之一或多者的供應電壓。功率轉換器174亦提供指示輸出電壓Vout之位準之一回授信號FB。
控制器110根據回授信號FB生成一脈衝寬度調變(PWM)信號（或調變信號）PWM。控制器110亦可根據輸入信號Vin及輸出電壓Vout中之一或二者生成PWM信號PWM。控制器110生成PWM信號PWM，以便提供符合一或多個目標參數、諸如參考電壓、電流限值、及類似者之輸出電壓Vout。
圖2示意性地繪示根據一實施例之一電源供應器控制器200。在該說明性實施例中，一單相同步降壓轉換器（功率轉換器274）用來將一輸入電壓Vin轉換成一輸出電壓Vout並將功率遞送給一負載204。
功率轉換器274回應於由一控制器210生成之一PWM信號PWM而進行操作，且包括一閘極驅動電路276、一高驅動電晶體278、及一低驅動電晶體280。閘極驅動電路276根據PWM信號PWM之一值生成一高側驅動信號DH及一低側驅動信號DL。高側驅動信號DH及低側驅動信號DL分別連接至一高驅動電晶體278及一低驅動電晶體280之控制端子（例如，閘極）。在一實施例中，高驅動電晶體278及一低驅動電晶體280包括金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)，諸如圖2所示的n通道MOSFET。
在一實施例中，當PWM信號PWM具有一第一邏輯值（例如，邏輯高值）時，閘極驅動電路276生成用於使高驅動電晶體278導通之一高側驅動信號DH、及用於使低驅動電晶體280截止之一低側驅動信號DL。因高驅動電晶體278導通且低驅動電晶體280截止，故一電感器電流iL可自輸入電壓Vin流動至輸出電容器284及負載204，且能量存儲於電感器282之一磁場之中。當PWM信號PWM具有一第二邏輯值（例如，邏輯低值）時，閘極驅動電路276生成用於使高驅動電晶體278截止之一高側驅動信號DH、及用於使低驅動電晶體280導通之一低側驅動信號DL。因高驅動電晶體278截止且低驅動電晶體280導通，故存儲於電感器282之磁場中之能量可傳送至輸出電容器284及負載204。
控制器210包括一PWM鎖存器216、第一比較器212和第二比較器214、一誤差放大器(EA) 224、一參考電壓產生器226、一閾限產生器電路218、及一組合斜坡(CSR)產生器電路230。
EA 224使用一回授電壓FB及由參考電壓產生器226提供之一參考電壓Vref來生成一補償誤差信號COMP（在本文中稱為誤差信號COMP）。
一補償電阻器-電容器(RC)網路228可耦接在EA 224之一負輸入端與一輸出端之間。在實施例中，因回授電壓FB及誤差信號COMP之範圍維持在個別有限範圍內，即使當輸入電壓Vin及/或輸出電壓Vout的值顯著地變化亦是如此，故可將補償RC網路228設置於包括控制器210之一積體電路之中。
耦接至輸出電壓Vout且包含第一電阻器286及第二電阻器288之一分壓器可用於將回授電壓FB提供給EA 224之負輸入端。電壓參考Vref可提供給EA 224之一正輸入端。
閾限產生器電路218根據輸出電壓Vout及誤差信號COMP生成一閾限信號COMP1。閾限產生器電路218包括一可調適電流產生器222，其根據輸出電壓Vout向一閾限電阻器220提供一電流，從而根據輸出電壓Vout與閾限電阻器220之電阻之乘積產生一電壓差。電壓差對應於一閾限電壓V TH並加到誤差信號COMP的值以產生一閾限信號COMP1。
CSR產生器電路230向比較器212及214提供一電流感測和斜坡(CSR)信號CSRAMP。在圖2之實施例中，CSR產生器電路230包括一低側MOSFET電流感測電路及一可調適斜坡電路。
圖2之低側MOSFET電流感測電路測量跨一低側MOSFET、諸如低側電晶體280之一電壓，且包括第一取樣開關246和第二取樣開關248、一取樣電容器250、一取樣重設開關260、及一差動放大器262。差動放大器262耦接至一回授網路，該回授網路包含第三電阻器252、第四電阻器254、第五電阻器256、及第六電阻器258。第一取樣開關246和第二取樣開關248、及重設開關260可以係MOSFET。
低側MOSFET電流感測電路係使用第一延遲電路232和第二延遲電路234、第一AND閘236和第二AND閘238、及一反相器244來控制。回應於一低側閘極驅動信號DL變高且在第一延遲電路232之一延遲之後，第一AND閘236之輸出變高，從而使第一取樣開關246及第二取樣開關248導通並使重設開關260截止。當第一取樣開關246及第二取樣開關248導通且重設開關260截止時，取樣電容器250對跨一低側MOSFET、諸如功率轉換器274之低驅動電晶體280之一導通電壓取樣，跨低側MOSFET之導通電壓對應於一切換式節點信號SW與一接地信號GND之間的差。
當低側閘極驅動信號DL係低的時，第一AND閘236之輸出係低的，第一取樣開關246及第二取樣開關248截止且重設開關260導通。因而，跨取樣電容器250之一電壓重設至零。
差動放大器262產生一電流感測(CS)輸出OCS，其對應於跨取樣電容器250之電壓（亦即，對應於低側MOSFET之導通電壓）、及由一偏移電壓產生器272生成之一偏移電壓Vos。
回應於第一AND閘236之輸出變高且在第二延遲電路234之一延遲之後，第二AND閘238之一輸出變高，從而使一感測開關264導通。感測開關264可以係MOSFET。當感測開關264導通時，具有一低電阻之第七電阻器266用於使自電流感測輸出OCS至斜坡電容器268之連接暫態平穩。
在可調適斜坡電路中，一可調適電流源240根據輸入電壓Vin或者在另一個實施例中根據切換式節點信號SW的值產生一可調適電流。當PWM信號PWM被確立時，可調適電流以一轉換速率給斜坡電容器268充電，該轉換速率與輸入電壓Vin或者在另一實施例中與切換式節點信號SW的值成比例。在實施例中，切換式節點信號SW的值對應於高側閘極驅動信號DH是高的且電晶體278導通時、亦即PWM信號PWM被確立時的輸入電壓Vin的值。
一第八電阻器270耦接在斜坡電容器268與偏移電壓Vos之間以便為CSR信號CSRAMP提供一DC偏壓，該DC偏壓提供用於低驅動電晶體280（即，一低側MOSFET）之二極體仿效操作。
當誤差電壓COMP的值變得高於CSR信號CSRAMP的值時，由第一比較器212生成之一PWM設定信號PWMS被確立。PWM設定信號PWMS耦接至PWM鎖存器216之一設定輸入端S。當PWM設定信號PWMS被確立時，起始PWM信號PWM上之一脈衝（亦即，PWM信號PWM變高或接通）。
當CSR信號CSRAMP的值超過閾限信號COMP1的值時，由第二比較器214生成之一PWM重設信號PWMR被確立。PWM重設信號PWMR耦接至PWM鎖存器216之一重設輸入端R。當PWM重設信號PWMR被確立時，結束PWM信號PWM上之一脈衝（亦即，PWM信號PWM變低或切斷）。
一最小切斷時間電路系統（未圖示）可用來保證PWM信號PWM中在各個脈衝之後的切斷時間大於或等於對於閘極驅動器及電流感測電路之正常操作來說可能必須的最小持續時間。
圖3繪示根據一實施例的在圖2之PWM功率轉換電路之操作期間的電壓及電流。所示電壓包括誤差信號COMP及閾限信號COMP1的值，該閾限信號COMP1比誤差信號COMP高出閾限電壓V TH。所示電壓還包括CSR信號CSRAMP、PWM信號PWM、及輸出電壓Vout的值。所示電流包括通過電感器282之一電感器電流iL、及通過負載204之一負載電流iLoad。
在第零時間t0之前，由於低側MOSFET之二極體仿效操作，負載電流iLoad係非常低的且電感器電流iL係不連續的；亦即，功率轉換器274正以一不連續導通模式(DCM)進行操作。相較於在中間及重負載條件期間發生的連續導通模式(CCM)操作，Vout在這種條件下降花費更多時間。在緊接在初始時間t0之前的間隔中，誤差信號COMP低於CSR信號CSRAMP之位準，因而在該間隔中，不起始一PWM脈衝。
在第零時間t0時，回應於誤差信號COMP高於CSR信號CSRAMP之位準，藉由PWM信號PWM之確立來起始一第一PWM脈衝。回應於PWM信號PWM被確立，CSR信號CSRAMP在第零時間t0與一第一時間t1之間之間隔中斜升。
在第一時間t1時，回應於CSR信號CSRAMP高於閾限信號COMP1之位準，藉由PWM信號PWM之解除確立來結束第一PWM脈衝。
在一第二時間t2時，負載電流iLoad中發生步進負載暫態，從而導致輸出電容器284更迅速地放電。這導致輸出電壓Vout之迅速下降，從而引起誤差信號COMP之明顯增大。
在一第三時間t3時，回應於誤差信號COMP高於CSR信號CSRAMP，藉由確立PWM信號PWM來起始一第二PWM脈衝。回應於PWM信號PWM被確立，CSR信號CSRAMP在第三時間t3與一第四時間t4之間之間隔中斜升。
在第四時間t4時，回應於CSR信號CSRAMP高於閾限信號COMP1之位準，藉由PWM信號PWM之解除確立來結束第二PWM脈衝。第二PWM脈衝相對於第一PWM脈衝之更長持續時間向電感器282提供更多電流，以支持負載電流iLoad之增大。
在第四時間t4之後，因為輸出電壓Vout尚未從由負載電流iLoad中之負載步進造成的下衝恢復，誤差信號COMP比在正常操作（穩態）中更快地升高。
在一第五時間t5時，回應於誤差信號COMP再次變得高於CSR信號CSRAMP，藉由PWM信號PWM之確立來起始一第三PWM脈衝。
在數個切換循環之後（諸如在一第六時間t6時），輸出電壓Vout回到調節位準，且功率轉換器274在一重負載下達到新CCM操作穩態。
判定接通時間脈衝寬度T ON之兩個因素係：1)閾限電壓V TH，及2) PWM接通時（諸如在第零時間t0與第一時間t1之間、在第三時間t3與第四時間t4之間等等）之CSR信號CSRAMP之轉換速率(SR CSRAMP)。在一實施例中，閾限電壓V TH等於輸出電壓Vout之k倍，且PWM信號PWM接通時之CSR信號CSRAMP轉換速率SR CSRAMP等於k乘以輸入電壓Vin除以標稱切換週期T SW。在一說明性實施例中，k=0.1。
圖4係根據另一個實施例之一PWM功率轉換電路400之一示意圖。除非另外指出，否則圖4的具有「4XX」形式之引用字元的元件對應於圖2的具有「2XX」形式之引用字元的元件，且在組態及功能上可實質上完全相同。例如，圖4之第一比較器412與圖2之第一比較器212實質上完全相同，圖4之功率轉換器474與圖2之功率轉換器274實質上完全相同，等等。因此，為簡潔起見，省略對圖4的具有圖2中之對應的實質上完全相同之元件的元件的描述。
在圖4之實施例中，代替將輸出電壓Vout提供給閾限產生器電路418以生成閾限信號COMP1，一濾波器電路使用切換式節點信號SW來生成與輸出電壓Vout具有一類似DC電壓之一輸出近似信號Vs。在圖4所示之濾波器之說明性實施例中，一開關濾波器電阻器490耦接至一開關濾波器電容器492以便對切換式節點信號SW進行低通濾波，且包括開關濾波器電阻器490及開關濾波器電容器492之濾波器之一時間常數比標稱切換週期T SW高得多。例如，濾波器之時間常數可以係標稱切換週期T SW之5或更多倍。
圖5係根據另一個實施例之一PWM功率轉換電路之一示意圖。圖5之實施例併入電流感測之另一種實施方案，但實施例不限於此。除非另外指出，否則圖5的具有「5XX」形式之引用字元的元件對應於圖2的具有「2XX」形式之引用字元的元件，且在組態及功能上可實質上完全相同。例如，圖5之第一比較器512與圖2之第一比較器212實質上完全相同，圖5之閘極驅動器電路576與圖2之閘極驅動器電路276實質上完全相同，等等。因此，為簡潔起見，省略對圖5的具有圖2中之對應的實質上完全相同之元件的元件的描述。
在圖5中，在組合斜坡產生器中採用一電感器電流-感測方式。電感器電流感測器包括一感測電阻器592及一感測電容器594。感測電阻器592具有連接至一電感器582之一第一端部的一第一端部、及輸出一第一電流感測信號CS+之一第二端部。感測電容器594具有連接至感測電阻器592之第二端部的一第一端部、及輸出第二電流感測信號CS-之一第二端部。感測電容器594之第二端部亦連接至電感器582之一第二端部。
對應於第一感測信號CS+與第二感測信號CS-之間之電壓差的跨感測電容器594之一電壓V CS可藉由下式表示： 方程式 1其中R L指示電感器582之DC電阻值，L指示電感器582之電感值，R f指示感測電阻器592之電阻值，C f指示感測電容器594之電容值，i L指示電感器582中之一電感器電流之量值，一第一時間常數T 0等於L/R L，且一第二時間常數T 1等於R f*C f。當第一時間常數T 0實質上等於第二時間常數T 1時，跨感測電容器594之電壓V CS與電感器電流之量值i L成比例，且包括感測電容器594之電感器電流感測器可生成指示電感器582中之電感器電流之量值i L的第一電流感測信號CS+及第二電流感測信號CS-。
為感測第一電流感測信號CS+及第二電流感測信號CS-，CSR產生器電路531包括一電流感測電路，該電流感測電路包括第一緩衝放大器533和第二緩衝放大器535、一反相器537、一切換裝置564、第三電阻器552、第四電阻器554、第五電阻器556和第六電阻器558、及一差動放大器562。在一PWM信號PWM之一切斷時間持續時間期間，CSR產生器電路531接收第一電流感測信號CS+及第二電流感測信號CS-，且放大第一電流感測信號CS+與第二電流感測信號CS-之間的差，以透過切換裝置564及第七電阻器566向一斜坡電容器568之一第一端部提供經放大信號OCS。CSR產生器電路531之操作在其他態樣上類似於圖2之CSR產生器電路230之操作。
圖6係根據另一個實施例之一PWM功率轉換電路600之一示意圖。除非另外指出，否則圖6的具有「6XX」形式之引用字元的元件對應於圖2的具有「2XX」形式之引用字元的元件，且在組態及功能上可實質上完全相同。例如，圖6之閘極驅動器電路676與圖2之閘極驅動器電路276實質上完全相同，圖6之CSR產生器電路630與圖2之CSR產生器電路230實質上完全相同，等等。因此，為簡潔起見，省略對圖6的具有圖2中之對應元件的元件的描述。
為相對於圖2所示之實施例自實施方案移除一個比較器，圖6中之比較器613，藉由包括一比較器模式開關694及一反相器692之另外組件之輔助，執行圖2之第一比較器212及第二比較器214之角色（並消除對圖2之PWM鎖存器216之需要）。
當PWM信號PWM切斷時，比較器模式開關694導通並將比較信號COMP0短接至誤差信號COMP，使得比較信號COMP0的值與誤差信號COMP的值相同。當PWM信號PWM接通時，比較器模式開關694截止並且比較信號COMP0的值與圖2之閾限信號COMP1的值相同。
因而，當PWM信號PWM切斷時，PWM信號PWM保持切斷、直到CSR信號CSRAMP的值下降至低於誤差信號COMP的值。回應於CSR信號CSRAMP下降至低於誤差信號COMP，PWM信號PWM變高（即，接通）。
當PWM信號PWM接通時，PWM信號PWM保持接通、直到CSR信號CSRAMP的值升高至高於閾限信號COMP1的值。回應於CSR信號CSRAMP升高至高於閾限信號COMP1，PWM信號PWM變低（即，切斷）。
圖6中之電路之其他操作與相對於圖2所描述之操作實質上完全相同。因此，PWM功率轉換電路600以相對於圖3所描述之方式進行操作。
實施例包括多相控制器，如以下所描述。
圖7繪示根據一實施例之一多相電壓調節器(VR)電路700（在下文中，稱為VR電路700）。VR電路700接收一輸入電壓Vin及一參考電壓VDAC並向一負載718供應一輸出電壓Vout。
VR電路700包括一多相控制器702（在下文中，稱為控制器702）、複數個相電路704-1至704-n、及一輸出電容器716。控制器702操作以藉由控制第一相電路704-1至第n相電路704-n將其各別電流提供給輸出電容器716來產生輸出電壓Vout。
具體地，控制器702生成分別控制第一相電路704-1至第n相電路704-n之操作之第一脈衝寬度調變(PWM)信號PWM1至第n PWM信號PWMn。在一實施例中，控制器702根據參考電壓VDAC、輸出電壓Vout、及第一電流感測(CS)信號CS1至第n CS信號CSn的值生成第一PWM信號PWM1至第n PWM信號PWMn。
第一相電路704-1包括一第一閘極驅動電路706-1、一第一高驅動電晶體708-1、一第一低驅動電晶體710-1、一第一電感器712-1、及一第一電流節點電路714-1。在一實施例中，第一高驅動電晶體708-1及第一低驅動電晶體710-1係場效電晶體(FET)，諸如金屬氧化物半導體FET (MOSFET)。在一實施例中，第一高驅動電晶體708-1及第一低驅動電晶體710-1係n通道MOSFET (n-MOSFET)。
第一閘極驅動電路706-1根據第一PWM信號PWM1的值生成一第一高側驅動信號DH1及一第一低側驅動信號DL1。第一高側驅動信號DH1及第一低側驅動信號DL1分別連接至第一高驅動電晶體708-1及第一低驅動電晶體710-1各自的控制端子（例如，閘極）。
在一實施例中，當第一PWM信號PWM1具有一第一值（諸如一高值或邏輯真值）時，第一閘極驅動電路706-1生成用於使第一高驅動電晶體708-1導通之一第一高側驅動信號DH1、及用於使第一低驅動電晶體710-1截止之一第一低側驅動信號DL1。當第一PWM信號PWM1具有一第二值（諸如一低值或邏輯假值）時，第一閘極驅動電路706-1生成用於使第一高驅動電晶體708-1截止之一第一高側驅動信號DH1、及用於使第一低驅動電晶體710-1導通之一第一低側驅動信號DL1。
第一高驅動電晶體708-1之一第一導通端子（例如，汲極）連接至輸入電壓Vin。第一高驅動電晶體708-1之一第二導通端子（例如，源極）透過一第一電流節點電路714-1耦接至一第一電感器712-1之一第一端部。第一電感器712-1之一第二端部連接至輸出電容器716。
第一低驅動電晶體710-1之一第一導通端子（例如，汲極）亦透過第一電流節點電路714-1耦接至第一電感器712-1之第一端部。第一低驅動電晶體710-1之一第二導通端子（例如，源極）連接至地。
在第一電感器712-1之第一端部處生成一第一切換式節點信號SW1。第一電流節點電路714-1產生第一電流感測信號CS1。在一實施例中，第一電流感測信號CS1係來自一電流感測電阻器之一經放大電流感測電壓。在另一個實施例中，第一電流感測信號CS1係來自第一電感器712-1之一DC電阻之一放大電流感測電壓。在一實施例中，第一電流感測信號CS1之電壓值對應於通過第一電感器712-1之電流量。
當第一PWM信號PWM1具有第一（例如，高）值時，第一高驅動電晶體708-1導通，第一低驅動電晶體710-1截止，電流可自輸入電壓Vin流動至輸出電容器716及負載718，且能量存儲於第一電感器712-1之一磁場之中。當第一PWM信號PWM1具有第二（例如，低）值時，第一高驅動電晶體708-1截止且第一低驅動電晶體710-1導通，並且存儲於第一電感器712-1之磁場中之能量可傳送至輸出電容器716及負載718。
第二相電路704-2包括一第二閘極驅動電路706-2、一第二高驅動電晶體708-2、一第二低驅動電晶體710-2、一第二電感器712-2、及一第二電流節點電路714-2。第二相電路704-2接收第二PWM信號PWM2並生成第二電流感測信號CS2。
第二相電路704-2與第一相電路704-1類似地經組態。第二相電路704-2以針對第一相電路704-1所描述之方式進行操作。在第二電感器712-2之一第一端部處生成一第二切換式節點信號SW2。
第n相電路704-n包括一第n閘極驅動電路706-n、一第n高驅動電晶體708-n、一第n低驅動電晶體710-n、一第n電感器712-n、及一第n電流節點電路714-n。第n相電路704-n接收第n PWM信號PWMn並生成第n電流感測信號CSn。
第n相電路704-n與第一相電路704-1類似地經組態。第n相電路704-n以針對第一相電路704-1所描述之方式進行操作。在第n電感器712-n之一第一端部處生成一第n切換式節點信號SWn。
在一實施例中，第一閘極驅動電路706-1至第n閘極驅動電路706-n中之每一者操作以在個別高驅動信號與低驅動信號之確立之間引入一死區時間。亦即，第一閘極驅動電路706-1至第n閘極驅動電路706-n中之每一者進行操作，使得在個別高驅動電晶體截止之後、在個別低驅動電晶體導通之前經過一第一死區時間，且在個別低驅動電晶體截止之後、在個別高驅動電晶體導通之前經過一第二死區時間。
在一實施例中，控制器702進一步接收第一切換式節點信號SW1至第n切換式節點信號SWn，且使用第一切換式節點信號SW1至第n切換式節點信號SWn生成第一PWM信號PWM1至第n PWM信號PWMn。
在一實施例中，控制器702進一步接收第一低側驅動信號DL1至第n低側驅動信號DLn，且使用第一低側驅動信號DL1至第n低側驅動信號DLn生成第一PWM信號PWM1至第n PWM信號PWMn。
圖7繪示根據一實施例之VR電路700之分割，但實施例不限於此。例如，在一實施例中，一積體電路可包括控制器702及第一閘極驅動電路706-1至第n閘極驅動電路706-n。在一實施例中，積體電路包括經組態來根據一目標輸出電壓值之指示提供參考電壓VDAC之一數位至類比轉換器(DAC)。在一實施例中，積體電路可包括控制及介面電路。在一實施例中，積體電路可包括過電流、過電壓、欠電壓、及熱保護電路。
圖7繪示包括三相之VR電路700，但實施例不限於此。在一實施例中，VR電路700之相數可組態至多達一預定最大數目。在一實施例中，VR電路700包括2相、4相、5相、或更多相。
圖8繪示根據一實施例之一多相PWM控制器電路802（在下文中，稱為控制器802）。控制器802適合於用作圖7之多相PWM控制器702。
控制器802接收一輸入電壓Vin、一輸出電壓Vout、及第一電流感測(CS)信號CS1至第n電流感測信號CSn。控制器802亦可接收指示要控制之相之數目的相數信號N，其中N小於或等於n。
在一實施例中，控制器802亦接收第一切換式節點信號SW1至第n切換式節點信號SWn，諸如圖7所示之第一切換式節點信號SW1至第n切換式節點信號SWn。在一實施例中，控制器802接收第一低側驅動信號DL1至第n低側驅動信號DLn，諸如圖7所示之第一低側驅動信號DL1至第n低側驅動信號DLn。
控制器802根據所接收信號生成第一脈衝寬度調變(PWM)信號PWM1至第n PWM信號PWMn。在一實施例中，所生成PWM信號之數目等於相數信號N的值。
控制器802包括一誤差放大器(EA) 804、一誤差比較器808、一電流感測和斜坡(CSR)求和電路810、及一定標器電路812。控制器802進一步包括一反相器814、一公共單觸發電路816、一相定序器電路818、第一相單觸發電路820-1至第n相單觸發電路820-n、及一OR閘822。控制器802進一步包括一CSR信號產生器824、及第一脈衝寬度調變(PWM)控制電路830-1至第n PWM控制電路830-n。
控制器802包括一補償網路844及一分壓器網路，該分壓器網路包含一第一電阻器842，該第一電阻器842在一個端子上接收輸出電壓Vout並且具有耦接至一第二電阻器843之一第二端子。控制器802進一步包括一可程式化電流源846及一閾限電阻器848。在一實施例中，第一電阻器842和第二電阻器843中之一或多者位於包括控制器802之其他部分之一積體電路外部。
EA 804透過第一電阻器842接收輸出電壓Vout並接收參考電壓VDAC，且生成對應於兩個所接收信號之間的差的一誤差信號COMP。EA 804包括併入電阻器及電容器之一補償網路844，該補償網路844連接在誤差信號COMP與一差動放大器之一反相輸入端之間。在一實施例中，補償網路844與EA 804包括於同一積體電路之中。
使用閾限電阻器848自誤差信號COMP及輸出電壓Vout生成一閾限信號COMP1。可程式化電流源846根據輸出電壓Vout生成一電流並將其供應至閾限電阻器848之一第一端子，該第一端子係閾限信號COMP1之源。閾限電阻器848之一第二端子連接至誤差信號COMP。因此，閾限信號COMP1的值等於誤差信號COMP的值加上跨閾限電阻器848產生之電壓。跨閾限電阻器848產生之電壓等於由可程式化電流源846生成之電流乘以閾限電阻器848之電阻R TH。
反相器814接收PWM啟動信號PWM_MLT並使其反相。公共單觸發電路816接收反相版本之PWM啟動信號PWM_MLT，且回應於反相版本之PWM啟動信號PWM_MLT之一上升邊緣而在一脈衝信號P上生成一脈衝。反相器814及公共單觸發電路816回應於PWM啟動信號PWM_MLT上之一脈衝之一下降邊緣而進行操作以產生一脈衝。
相定序器電路818接收脈衝信號P，且在一實施例中，亦接收相數信號N。相定序器電路818根據脈衝信號P及相數信號N的值生成第一相選擇信號D1至第n相選擇信號Dn。
在一初始狀態下，相定序器電路818將第一相選擇信號D1設定至一現用狀態（例如，高態）並將第二相選擇信號D2至第n相選擇信號Dn設定至一停用狀態（例如，低態），從而指示第一相係所選擇相。
隨後，當一第i相選擇信號D(i)具有現用狀態、i小於相數信號N的值、且在脈衝信號P上接收到一脈衝時，相定序器電路818將第i相選擇信號D(i)設定至停用狀態並將第(i+1)相選擇信號D(i+1)設定至現用狀態。當一第i相選擇信號D(i)具有現用狀態、i等於或大於相數信號N的值、且在脈衝信號P上接收到一脈衝時，相定序器電路818將第i相選擇信號D(i)設定至停用狀態並將第一相選擇信號D1設定至現用狀態。
因此，相定序器電路818在任何時間僅將第一相選擇信號D1至第n相選擇信號Dn中之一者設定至現用狀態（即，作為現用相）。相定序器電路818步進通過第一相選擇信號D1至第n相選擇信號Dn（當n = N時），從而當在脈衝信號P上接收到脈衝時依次將每一者設定至現用狀態（即，作為現用相）。
在一實施例中，相定序器電路818包含一循環移位暫存器，該循環移位暫存器具有對應於第一相選擇信號D1至第n相選擇信號Dn之第一位元至第n位元。循環移位暫存器經初始化成在第一位元中具有一（對應於現用狀態）且在所有之第二位元至第n位元中具有零（對應於停用狀態），並且每當在脈衝信號P上接收到一脈衝時，位元中的值就經轉動。
第一單觸發電路820-1至第n單觸發電路820-n分別接收第一PWM信號PWM1至第n PWM信號PWMn。第一單觸發電路820-1至第n單觸發電路820-n分別回應於第一PWM信號PWM1至第n PWM信號PWMn之正邊緣而在其輸出信號上生成一脈衝。在一實施例中，脈衝具有一高值（諸如邏輯1）。
OR閘822接收第一單觸發電路820-1至第n單觸發電路820-n之輸出信號並生成一PWM啟動信號PWM_MLT，其所具有的值等於第一單觸發電路820-1至第n單觸發電路820-n之該等輸出的值之邏輯 或。因而，每當第一單觸發電路820-1至第n單觸發電路820-n中之任一者在其輸出信號上生成具有一高值之一脈衝時，OR閘822就在PWM啟動信號PWM_MLT上生成具有一高值之一脈衝。
CSR信號產生器824接收第一電流感測(CS)信號CS1至第n CS信號CSn、第一PWM信號PWM1至第n PWM信號PWMn、及一輸入電壓Vin。在實施例中，CSR信號產生器824可接收其他信號，諸如低驅動信號、切換式節點信號、或二者，如以下所描述。CSR信號產生器824根據所接收信號生成第一CSR信號CSRAMP1至第n CSR信號CSRAMPn。
在一實施例中，CSR信號產生器824根據第一CS信號CS1、第一PWM信號PWM1或一第一切換式節點信號SW1、及輸入電壓Vin生成第一CSR信號CSRAMP1；根據第二CS信號CS2、第二PWM信號PWM2、及輸入電壓Vin生成第二CSR信號CSRAMP2；並根據第n CS信號CSn、第n PWM信號PWMn、及輸入電壓Vin生成第n CSR信號CSRAMPn。第一CSR信號CSRAMP1至第n CSR信號CSRAMPn中之每一者獨立於第一CSR信號CSRAMP1至第n CSR信號CSRAMPn中之其他者生成。
以下相對於圖9A、圖9B、圖10A、及圖10B描述CSR信號產生器824之實施例之操作的進一步細節。
求和電路810接收第一CSR信號CSRAMP1至第n CSR信號CSRAMPn並對所接收信號進行求和。然後，一定標電路812將由求和電路810生成之和除以一因子N以產生一組合CSR信號CSRAMP0。
誤差比較器808接收組合CSR信號CSRAMP0及誤差信號COMP並生成一相設定信號PWMS。當誤差信號COMP大於組合CSR信號CSRAMP0時，誤差比較器808生成具有一高值（即，對應於邏輯真的值）之相設定信號PWMS。當誤差信號COMP小於組合CSR信號CSRAMP0時，誤差比較器808生成具有一低值（即，對應於邏輯假的值）之相設定信號PWMS。
在一實施例中，誤差比較器808具有一預定量之遲滯以防止相設定信號PWMS上之寄生振盪。
第一PWM控制電路830-1接收閾限信號COMP1、第一CSR信號CSRAMP1、相設定信號PWMS、及第一相選擇信號D1。當相設定信號PWMS具有一高值且第一相選擇信號D1具有現用狀態時，第一PWM控制電路830-1藉由將第一PWM信號PWM1設定至一高態來生成一第一PWM信號PWM1，且當閾限信號COMP1的值小於第一CSR信號CSRAMP1的值時，藉由將第一PWM信號PWM1重設至一低值來生成第一PWM信號PWM1。
在一實施例中，第一PWM控制電路830-1包括一第一AND閘832-1、一第一比較器834-1、及一第一設定重設鎖存器836-1。第一AND閘832-1之一輸出端連接至第一設定重設鎖存器836-1之一設定輸入端，且第一比較器834-1之一輸出端連接至第一設定重設鎖存器836-1之一重設輸入端。第一PWM信號PWM1係第一設定重設鎖存器836-1之一輸出。
第一AND閘832-1之一第一輸入端接收相設定信號PWMS，且第一AND閘832-1之一第二輸入端接收第一相選擇信號D1。當相設定信號PWMS及第一相選擇信號D1都高時，第一AND閘832-1之輸出變高，從而導致第一設定重設鎖存器836-1之輸出被設定。
第一比較器834-1之一正輸入端接收第一CSR信號CSRAMP1，且第一比較器834-1之一負輸入端接收閾限信號COMP1。當第一CSR信號CSRAMP1大於閾限信號COMP1時，第一比較器834-1之輸出變高，從而導致第一設定重設鎖存器836-1之輸出被重設。
換言之，當第一相係所選擇相且相設定信號PWMS高時，第一PWM信號PWM1被確立，從而使第一相處於充電狀態，在該充電狀態中，電流供應至第一相之電感器、及一負載。當第一CSR信號CSRAMP1大於閾限信號COMP1時，第一PWM信號PWM1被解除確立（不管第一相是否是所選擇相），從而使第一相離開充電狀態並使其處於放電狀態，在該放電狀態中，能量自第一相之電感器釋放至負載之中。
第二PWM控制電路830-2接收閾限信號COMP1、第二CSR信號CSRAMP2、相設定信號PWMS、及第二相選擇信號D2。當相設定信號PWMS具有一高值且第二相選擇信號D2具有現用狀態時，第二PWM控制電路830-2藉由將第二PWM信號PWM2設定至一高態來生成一第二PWM信號PWM2，且當閾限信號COMP1的值小於第二CSR信號CSRAMP2的值時，藉由將第二PWM信號PWM2重設至一低值來生成第二PWM信號PWM2。
在一實施例中，第二PWM控制電路830-2包括如針對第一PWM控制電路830-1所描述進行連接之一第二AND閘832-2、一第二比較器834-2、及一第二設定重設鎖存器836-2。第二PWM控制電路830-2以與針對第一PWM控制電路830-1所描述之方式類似的方式進行操作。
第n PWM控制電路830-n接收閾限信號COMP1、第n CSR信號CSRAMPn、相設定信號PWMS、及第n相選擇信號Dn。當相設定信號PWMS具有一高值且第n相選擇信號Dn具有現用狀態時，第n PWM控制電路830-n藉由將第n PWM信號PWMn設定至一高態來生成一第n PWM信號PWMn，且當閾限信號COMP1的值小於第n CSR信號CSRAMPn的值時，藉由將第n PWM信號PWMn設定至一低值來生成第n PWM信號PWMn。
在一實施例中，第n PWM控制電路830-n包括如針對第一PWM控制電路830-1所描述進行連接之一第n AND閘832-n、一第n比較器834-n、及一第n設定重設鎖存器836-n。第n PWM控制電路830-n以與針對第一PWM控制電路830-1所描述之方式類似的一方式進行操作。
第一PWM控制電路830-1至第n PWM控制電路830-n中之每一者獨立於第一PWM控制電路830-1至第n PWM控制電路830-n中之其他者進行操作。各個控制電路可在個別相由個別相選擇信號選擇為現用狀態時、根據相設定信號PWMS的值來起始個別相之充電狀態。各個控制電路可在任何時間、根據值閾限信號COMP1及個別CSR信號的值來結束個別相之充電狀態並開始其放電狀態。因而，任何數目（包括零）之相可在任何給定時間處於充電狀態，且任何數目（包括零）之相可在任何給定時間處於放電狀態。
圖9A繪示根據一實施例之一CSR信號產生器924。CSR信號產生器924適合於在圖8之CSR信號產生器824中使用。CSR信號產生器924包括第一CSR產生器電路902-1至第n CSR產生器電路902-n。
CSR信號產生器924接收一供應電壓Vcc並將其供應給第一CSR產生器電路902-1至第n CSR產生器電路902-n。CSR信號產生器924接收或在內部生成一DC偏移電壓Vos並將其供應給第一CSR產生器電路902-1至第n CSR產生器電路902-n。CSR信號產生器924接收第一CS信號CS1至第n CS信號CSn並將其分別供應給第一CSR產生器電路902-1至第n CSR產生器電路902-n。
在一實施例中，CSR信號產生器924接收第一PWM信號PWM1至第n PWM信號PWMn並將其分別提供給第一CSR產生器電路902-1至第n CSR產生器電路902-n。在一實施例中，第一PWM信號PWM1至第n PWM信號PWMn係圖8之第一PWM信號PWM1至第n PWM信號PWMn。
在另一個實施例中，CSR信號產生器924接收第一切換式節點信號SW1至第n切換式節點信號SWn並將其分別提供給第一CSR產生器電路902-1至第n CSR產生器電路902-n。在一實施例中，第一切換式節點信號SW1至第n切換式節點信號SWn係圖7之第一切換式節點信號SW1至第n切換式節點信號SWn。
在另一個實施例中，CSR信號產生器924接收一輸入電壓Vin並將其提供給第一CSR產生器電路902-1至第n CSR產生器電路902-n。在一實施例中，輸入電壓Vin係圖7之輸入電壓Vin。
第一CSR產生器電路902-1至第n CSR產生器電路902-n分別以針對以下所描述的圖9B之CSR產生器電路902-k所描述之方式生成第一CSR信號CSRAMP1至第n CSR信號CSRAMPn。
圖9B繪示根據一實施例之一CSR產生器電路902-k。CSR產生器電路902-k適合於在圖9A之第一CSR產生器電路902-1至第n CSR產生器電路902-n中之任一者或全部中使用。
CSR產生器電路902-k接收一供應電壓Vcc、一偏移電壓Vos、一電流參考信號iRef、一相控制信號PCTL、及一電流感測(CS)信號CSk。CS信號CSk係一第k相之一電流感測信號。
在一實施例中，CS信號CSk藉由電感器電流感測來獲得。在另一個實施例中，CS信號CSk藉由MOSFET電流感測來獲得。
在一實施例中，電流參考信號iRef係輸入電壓Vin。
在另一個實施例中，電流參考信號iRef係一第k相切換式節點信號SWk，以便提供對一第k相PWM信號之良好可調適脈衝寬度控制。
在一實施例中，相控制信號PCTL係一第k相PWM信號PWMk。
在另一個實施例中，相控制信號PCTL係第k相切換式節點信號SWk。在一實施例中，相控制信號PCTL及電流參考信號iRef二者係第k相切換式節點信號SWk。
CSR產生器電路902-k根據CSR產生器電路902-k所接收之信號產生一CSR信號CSRAMPk。在一實施例中，CSR信號CSRAMPk係一第k相CSR信號。
當相控制信號PCTL具有一低值時，CSR產生器電路902-k產生以下CSR信號CSRAMPk，該CSR信號CSRAMPk所具有的值等於偏移電壓Vos的值和與CS信號CSk的值成比例之一電壓之和。當相控制信號PCTL具有一高值時，CSR產生器電路902-k以與電流參考信號iRef的值成比例之一速率增大CSR信號CSRAMPk的值。
CSR產生器電路902-k包括一電流源904、一第一電晶體906、一反相器908、一放大器910、一求和電路912、一第二電晶體914、及一電容器918。在一些實施例中，CSR產生器電路902-k進一步包括一第一電阻器916、一第二電阻器920、或二者。
電流源904在一輸出端處提供與電流參考信號iRef的值成比例之一充電電流i CH。在一實施例中，電流源904提供與電流參考信號iRef的值及一切換頻率f SW之乘積成比例之充電電流i CH： i CH= Gin × iRef = k × f sw× iRef， 方程式 2其中Gin係電流源904之跨導增益，且k係一常數。在一實施例中，切換頻率f SW係一目標標稱頻率。
第一電晶體906耦接在電流源904之輸出端與電容器918之一第一端子之間，且在一控制端子（諸如閘極）處接收相控制信號PCTL。當相控制信號PCTL具有高值時，第一電晶體906向電容器918之第一端子提供充電電流i CH，且當相控制信號PCTL具有低值時，防止向電容器918之第一端子提供充電電流i CH。在一實施例中，第一電晶體906包括一FET，諸如n通道MOSFET。
當相控制信號PCTL具有低值時，反相器908輸出一高值，且當相控制信號PCTL具有高值時，輸出一低值。
放大器910生成與CS信號CSk的值成比例之一經放大電流感測信號ACS。在一實施例中，經放大電流感測信號ACS的值係根據下式來確定： ACS = G CS× CSk 方程式 3其中G CS係放大器910之增益。
求和電路912接收經放大電流感測信號ACS及偏移電壓Vos。求和電路912在一輸出端處生成一偏移電流感測信號OCS，該偏移電流感測信號OCS等於經放大電流感測信號ACS的值加上偏移電壓Vos的值。
第二電晶體914耦接在求和電路912之輸出端與電容器918之第一端子之間。第二電晶體914之一控制端子（諸如閘極）接收反相器908之輸出。當相控制信號PCTL具有低值時，第二電晶體914向電容器918之第一端子提供偏移電流感測信號OCS，且當相控制信號PCTL具有高值時，防止向電容器918之第一端子供應偏移電流感測信號OCS。
在一實施例中，第一電阻器916耦接在第二電晶體914與電容器918之第一端子之間。第一電阻器916充當一低通濾波器電阻器。在一實施例中，等於第一電阻器916之電阻與電容器918之電容的乘積的一時間常數比併入CSR產生器電路902-k之一切換式電源供應器的一標稱切換頻率之週期、諸如切換頻率f SW之週期小得多。
電容器918之一第二端子耦接至偏移電壓Vos。
在一實施例中，第二電阻器920耦接在電容器918之第一端子與第二端子之間。第二電阻器920為CSR信號CSRAMPk提供一偏壓，尤其是在允許一脈衝跳躍操作時。
在一實施例中，第二電阻器920之電阻比第一電阻器916之電阻大得多。例如，第二電阻器920之電阻可以係第一電阻器916之電阻之一百倍或更多倍。
圖10A繪示根據另一個實施例之一CSR信號產生器1044。當亦向CSR信號產生器844提供圖7所示之第一低側驅動信號DL1至第n低側驅動信號DLn時，CSR信號產生器1044適合於在圖8之CSR信號產生器844中使用。CSR信號產生器1044包括第一CSR產生器電路1002-1至第n CSR產生器電路1002-n。
CSR信號產生器1044接收一供應電壓Vcc並將其供應給第一CSR產生器電路1002-1至第n CSR產生器電路1002-n。在一實施例中，CSR信號產生器1044亦接收一輸入電壓Vin並將其供應給第一CSR產生器電路1002-1至第n CSR產生器電路1002-n。
CSR信號產生器1044接收第一正電流感測信號GND1至第n正電流感測信號GNDn並將其分別供應給第一CSR產生器電路1002-1至第n CSR產生器電路1002-n。CSR信號產生器1044亦接收第一切換式節點信號SW1至第n切換式節點信號SWn並將其分別供應給第一CSR產生器電路1002-1至第n CSR產生器電路1002-n。
CSR信號產生器1044亦接收第一低側驅動信號DL1至第n低側驅動信號DLn並將其分別供應給第一CSR產生器電路1002-1至第n CSR產生器電路1002-n。第一低側驅動信號DL1至第n低側驅動信號DLn可以係圖7所示之第一低側驅動信號DL1至第n低側驅動信號DLn。
在一實施例中，CSR信號產生器1044接收第一PWM信號PWM1至第n PWM信號PWMn並將其分別提供給第一CSR產生器電路1002-1至第n CSR產生器電路1002-n。
在另一個實施例中，CSR信號產生器1044接收第一切換式節點信號SW1至第n切換式節點信號SWn並將其分別提供給第一CSR產生器電路1002-1至第n CSR產生器電路1002-n。
第一CSR產生器電路1002-1至第n CSR產生器電路1002-n分別以針對圖10B之CSR產生器電路1002-k所描述之方式生成第一CSR信號CSRAMP1至第n CSR信號CSRAMPn。
圖10B繪示根據一實施例之一CSR產生器電路1002-k。CSR產生器電路1002-k適合於在圖10A之第一CSR產生器電路1002-1至第n CSR產生器電路1002-n中之任一者或全部中使用。
CSR產生器電路1002-k接收一輸入電壓Vin、一偏移電壓Vos、一電流參考信號iRef、一相控制信號PCTL、一正電流感測信號GNDk、可作為一負電流感測信號進行操作之一第k相切換式節點信號SWk、及一低側驅動信號DLk。信號GNDk及SWk作為一第k相之差動電流感測信號進行操作，且低側驅動信號DLk係一第k相之一低側驅動信號。
在一實施例中，電流參考信號iRef係輸入電壓Vin。
在一實施例中，電流參考信號iRef係一第k相切換式節點信號SWk，以便提供對一第k相PWM信號之良好可調適脈衝寬度控制。
在一實施例中，相控制信號PCTL係一第k相PWM信號PWMk。
在一實施例中，相控制信號PCTL係第k相切換式節點信號SWk。
CSR產生器電路1002-k根據所接收信號產生一CSR信號CSRAMPk。在一實施例中，CSR信號CSRAMPk係一第k相CSR信號。
當相控制信號PCTL具有一低值時，CSR產生器電路1002-k產生以下CSR信號CSRAMPk，該CSR信號CSRAMPk所具有的值等於偏移電壓Vos的值和與正電流感測信號GNDk與第k相切換式節點信號SWk之間的差成比例之一電壓之和。當相控制信號PCTL具有一低值時，CSR產生器電路902-k以與電流參考信號iRef的值成比例之一速率增大CSR信號CSRAMPk的值。
CSR產生器電路1002-k包括一電流源1004、一第一電晶體1006、一偏移電流感測(OCS)電路1012、一第二電晶體1014、一輸出電容器1018、及一偏移電壓產生器1056。在一些實施例中，CSR產生器電路1002-k進一步包括一第一電阻器1016、一第二電阻器1020、或二者。
電流源1004、第一電晶體1006、第二電晶體1014、輸出電容器1018、第一電阻器1016（若存在）、及第二電阻器1020（若存在）分別與圖9B之電流源904、第一電晶體906、第二電晶體914、輸出電容器918、第一電阻器916、及第二電阻器920相似地經組態並進行操作。偏移電壓產生器1056提供偏移電壓Vos，該偏移電壓Vos是自一外源供應至圖9B之CSR產生器電路902-k的。
OCS電路1012生成一偏移加CS信號OCS，該偏移加CS信號OCS對應於正電流感測信號GNDk與第k相切換式節點信號SWk加上偏移電壓Vos的值之差值。OCS電路1012包括一放大器1010、第一取樣電晶體1026和第二取樣電晶體1028、一取樣重設開關1032、一取樣電容器1030、及第三電阻器1034至第六電阻器1040。
OCS電路1012與圖9B之OCS電路912的不同之處在於：OCS電路1012之控制信號鏈使用低側驅動信號DLk進行操作。OCS電路1012之控制信號鏈包括第一延遲電路1022和第二延遲電路1042、及第一AND閘1024和第二AND閘1044。
低側驅動信號DLk連接至第一AND閘1024之一第一輸入端及第一延遲電路1022之一輸入端。第一延遲電路1022向第一AND閘1024之一第二輸入提供對應於一延遲版本之低側驅動信號DLk之一輸出信號。
因此，第一AND閘1024之一輸出端產生一輸出信號，該輸出信號作為對低側驅動信號DLk變低之立即回應而變低，且作為對低側驅動信號DLk變高之延遲回應而變高。第一AND閘1024之輸出變高之延遲對應於第一延遲電路1022之一延遲。
第一AND閘1024之輸出端連接至第二AND閘1044之一第一輸入端及第二延遲電路1042之一輸入端。第二延遲電路1042向第二AND閘1044之一第二輸入端提供對應於一延遲版本之第一AND閘1024之輸出的一輸出信號。
因此，第二AND閘1044之一輸出端產生一輸出信號，該輸出信號作為對第一AND閘1024之輸出變低之立即回應而變低，且作為對第一AND閘1024之輸出變高之延遲回應而變高。第二AND閘1044之輸出變高之延遲對應於第二延遲電路1042之一延遲。
第一AND閘1024向第一取樣電晶體1026和第二取樣電晶體1028、反相器1050、及第二延遲電路1042提供對應於一延遲版本之低側驅動信號DLk之一輸出。
當第一AND閘1024之輸出低時、亦即在低側驅動信號DLk切斷時的時段期間，反相器1050及重設開關1032操作以將跨取樣電容器1030之一電壓差重設至零。
除以上所描述的OCS電路1012與圖9B之OCS電路912之間的差異之外，OCS電路1012之組態及操作與圖9B之OCS電路912之組態及操作相似，其中OCS電路1012之組件對應於圖9B中之類似地編號的組件。
圖8所示之控制器802之實施例可在具有小相數及低Vo/Vin轉換比的應用中使用。對於具有一大相數及一寬轉換比範圍之應用，圖11所示之一替代實施例可以係適當的或較佳的。
圖11繪示根據另一個實施例之一多相PWM控制器電路1102（在下文中，稱為控制器1102）。控制器1102在生成組合CSR信號CSRAMP0之方式之態樣上與控制器802有所不同。除如以下所指出，圖11的具有「11XX」形式之引用字元的元件對應於圖8的具有「8XX」形式之引用字元的元件，且在組態及功能上可實質上完全相同。例如，圖11之相定序器電路1118與圖8之相定序器電路818實質上完全相同，等等。
代替像圖8之控制器802一樣使用一平均信號，圖11中之組合CSR信號CSRAMP0係由來自一ramp0產生器電路1106之一公共斜坡信號RAMP0與來自一N對1多工器電路1110之一轉動信號VI之和產生的。N對1多工器電路1110提供所選擇相之CSR信號作為轉動信號VI。因此，當相定序器電路1118選擇一第x相時，N對1多工器電路1110提供第x CSR信號CSRAMPx作為轉動信號VI。
圖12繪示根據一實施例的適合於用作圖11之ramp0產生器電路1106的一斜坡產生器電路1206。在斜坡產生器電路1206中，當脈衝信號PWM_MLT係高的時，一電容器1218使用一開關1212連接至一可調適電壓Vadapt。可調適電壓Vadapt可使用一放大器1210生成且與供應至放大器1210之一輸出電壓Vout成比例。
一可調適電流iAdapt使電容器1218放電。可調適電流iAdapt由一可程式化電流源1216生成且與一相數N及輸出電壓Vout成比例。在其中使用圖9A之CSR信號產生器924提供圖11之CSR信號產生器1124的一實施例中，可程式化電流源1216之跨導增益Gout等於或接近於圖9B所示之CSR產生器902-k中之跨導增益Gin，且電容器1218之電容等於電容器918之電容。作為參考，iAdapt = N * Gout * Vout = N * k * fsw * Vout。在一實施例中，放大器1210之一電壓增益Gv係Gv = k / C R0，其中C RO係電容器1218之電容，因此，組合CSR信號RAMP0自一電壓位準Gv * Vout放電至零花費一時間Tsw/N=1/(N*Fsw)。
圖13繪示根據一實施例之一多工器電路1310。多工器電路1310適合於用作圖11之多工器電路1110。
多工器電路1310接收第一相選擇信號D1至第n相選擇信號Dn、及第一CSR信號CSRAMP1至第n CSR信號CSRAMPn。CSR多工器電路1310藉由根據第一相選擇信號D1至第n相選擇信號Dn的值選擇第一CSR信號CSRAMP1至第n CSR信號CSRAMPn中之一者來產生一多工器輸出信號VI（圖11之轉動信號VI）。
CSR多工器電路1310包括第一電晶體1312-1至第n電晶體1312-n。在一實施例中，第一電晶體1312-1至第n電晶體1312-n包括各別n通道MOSFET。
第一電晶體1312-1至第n電晶體1312-n之控制端子（例如，閘極）分別耦接至第一相選擇信號D1至第n相選擇信號Dn。第一電晶體1312-1至第n電晶體1312-n之第一導通端子分別耦接至第一CSR信號CSRAMP1至第n CSR信號CSRAMPn。第一電晶體1312-1至第n電晶體1312-n之第二導通端子耦接至多工器輸出信號VI。
當各別第一相選擇信號D1至第n相選擇信號Dn具有一現用值（例如，高值）時，第一電晶體1312-1至第n電晶體1312-n導通，從而將各別第一CSR信號CSRAMP1至第n CSR信號CSRAMPn電耦合至多工器輸出信號VI。
在一實施例中，CSR多工器電路1310進一步包括第一電阻器1314-1至第n電阻器1314-n及一電容器1316。第一電阻器1314-1至第n電阻器1314-n及電容器1316作為一低通濾波器進行操作，以減弱由例如第一電晶體1312-1至第n電晶體1312-n之切換所引起之多工器輸出信號VI的值的迅速變化。
第一電阻器1314-1至第n電阻器1314-n分別耦接在第一電晶體1312-1至第n電晶體1312-n之第二導通端子與多工器輸出信號VI之間。電容器1316之一第一端子耦接至多工器輸出信號VI。電容器1316之一第二端子耦接至地。在一實施例中，第一電阻器1314-1至第n電阻器1314-n各自具有1k Ohm之電阻，且電容器1316具有1pF之電容。
大體而言，圖8及圖11所示之實施例適用於具有一集中式PWM控制器加多個功率級之一多相轉換器。在實施例中，所建議PWM控制概念亦可延伸至具有分散式PWM控制器之另一種類之多相系統。
圖14繪示根據一實施例之一模組化多相PWM電源供應器電路1400（在下文中，稱為多相電源供應器電路1400）。多相電源供應器電路1400具有第一分散式PWM功率模組1450-1至第n分散式PWM功率模組1450-n。不像圖8及圖11所示之實施例，多相電源供應器電路1400中沒有集中式PWM控制器。
該複數個功率模組1450-1至1450-n中之每一者包括一控制器以生成流動通過該複數個電感器L1至Ln中之對應一者之電流。該複數個功率模組1450-1至1450-n具有實質上相同之組態，從而有利於多相切換電源供應器1400之一可縮放晶片組態。
該複數個功率模組1450-1至1450-n在一菊鏈中耦接至彼此。例如，一第i功率模組1450-i具有連接至一第(i+1)功率模組1450-(i+1)之一輸入時脈埠1410-(i+1)之一輸出時脈埠1430-i，其中i指示小於一相數n之一自然數，且一第n功率模組1450-n具有連接至一第一功率模組1450-1之一輸入時脈埠1410-1之一輸出時脈埠1430-n。
該複數個功率模組1450-1至1450-n中充當一主模組之一者（例如，第一功率模組1450-1）檢測一輸出電壓Vout，且回應於輸出電壓Vout及一參考電壓生成一比較信號COMP。第一功率模組1450-1將比較信號COMP提供給分別充當從模組之剩餘功率模組（例如，第二功率模組1450-2至第n功率模組1450-n）。
為逐一接通分散式功率模組，藉由按順序將一個模組之CLKout埠連接之另一個模組之CLKin埠來組態一菊鏈式時脈迴路。主模組（這裡係第一功率模組1450-1）負責生成第一PWM脈衝並向第二功率模組1450-2輸出一CLKout-1信號。
在第二功率模組1450-2自其CLKin埠1410-2接收一時脈信號之後，該第二功率模組1450-2啟動其內部信號Ramp0並準備好進行其PWM脈衝生成。
在第i-1功率模組1450-(i-1)起始一PWM脈衝之後，第i功率模組1450-i接收一CLKin信號，然後以與先前第i-1功率模組1450-(i-1)相同之方式準備一PWM脈衝。一旦一N相系統之最後功率模組（第n功率模組1450-n）在相n中起始一PWM脈衝，該最後功率模組便向第一功率模組1450-1輸出一CLKout信號。
因此，該複數個功率模組1450-1至1450-n在一菊鏈中耦接至彼此。例如，一第i功率模組1450-i具有連接至一第(i+1)功率模組1450-(i+1)之一輸入時脈埠1410-(i+1)之一輸出時脈埠1430-i，其中i指示小於一相數n之一自然數，且一第n功率模組1450-n具有連接至一第一功率模組1450-1之一輸入時脈埠1410-1之一輸出時脈埠1430-n。
對於一單相應用，僅需要一個功率模組且必須將該功率模組設定為一在其CLKin埠與CLKout埠之間具有一連接之主模組。圖14所示之多相系統之優點係使用複數個單一類型之單相功率模組構建一可縮放或可堆疊多相轉換器之靈活性。
圖15繪示適合於用作圖14之該複數個功率模組1450-1至1450-n中之一或多個的一PWM功率模組1550之一實施例。圖15中之電路之主操作類似於圖2中之電路，但關鍵不同之處包括菊鏈式相啟動控制電路、誤差信號COMP之生成、及利用另外Ramp0產生器1533進行之一組合CSR信號CSRAMP0之生成及使用。
在PWM功率模組1550中，具有「15XX」形式之引用字元的元件對應於圖2的具有「2XX」形式之引用字元的元件，且在組態及功能上可實質上完全相同。例如，圖15之誤差放大器(EA) 1524與圖2之誤差放大器224實質上完全相同，等等。
PWM功率模組1550包括一相啟動控制電路，該相啟動控制電路包括一反相器1537、一單觸發電路1539、一相致能正反器1541、及一AND閘1543。該相啟動控制電路自該模組外部接收一時脈輸入信號CLKin，且生成一相致能信號PH_EN及一時脈輸出信號CLKout。相致能信號PH_EN控制PWM功率模組1550內之操作。時脈輸出信號CLKout作為PWM功率模組1550之一輸出來提供。
當時脈輸入信號CLKin係高的時，相致能設定重設鎖存器1541（在下文中，稱為相致能鎖存器1541）被設定，從而接通相致能信號PH_EN。當相致能信號PH_EN接通時，反相器1537切斷向一ramp0產生器電路1533提供之一重設信號RESET，且當一第一比較器1512之一輸出係高的時，AND閘1543允許設定一PWM鎖存器1516。
相致能鎖存器1541在一PWM信號PWM之一上升邊緣上重設；亦即，一旦一PWM功率模組1550使用一閘極驅動電路1576起始一PWM脈衝，相致能鎖存器1541便重設。相致能正反器1541由單觸發電路1539之一輸出重設，該單觸發電路1539亦回應於一PWM信號PWM之上升邊緣而在時脈輸出信號CLKout上提供正向脈衝。時脈輸出信號CLKout上之正向脈衝可用於設定另一個PWM功率模組之相致能信號，該另一個PWM功率模組在時脈輸入信號CLKin上接收時脈輸出信號CLKout。在一實施例中，當主模組信號M/S#被確立（即，具有一高位準）時，一初始化電路回應於一開啟或初始化信號被確立而設定相致能鎖存器1541。
當複數個PWM功率模組1550菊鏈連接在一起時，該相啟動控制電路協調PWM功率模組1550，使得各個相按由其連接次序所確定之一順序接通。一旦接通，PWM功率模組1550中之每一者獨立於其他相的操作而切斷。因此，菊鏈連接在一起之該複數個PWM功率模組1550之多於一者可在任何給定時間接通。
菊鏈連接在一起之所有該複數個PWM功率模組1550可使用一相同誤差信號COMP。在一實施例中，菊鏈連接在一起之所有PWM功率模組1550使用由主PWM功率模組1550生成之誤差信號COMP。如圖14所示，主PWM功率模組1550具有在主模組信號M/S#上向其提供之一高位準，且菊鏈連接之其他PWM功率模組1550具有在主模組信號M/S#上向其提供之一低位準。
當PWM功率模組1550由主模組信號M/S#之一高位準設定為一主模組時，PWM功率模組1550之一EA 1524透過一主模組選擇開關1531連接至該系統並為菊鏈連接在一起之所有PWM功率模組1550提供誤差信號COMP。當PWM功率模組1550由主模組信號M/S#之一低位準設定為一從模組時，EA 1524藉由主模組選擇開關1531與該系統斷接，且替代地使用來自一主模組之一外部誤差信號COMP。
圖2之控制器200與PWM功率模組1550之間之其他不同之處在於：PWM設定信號PWMS之生成係基於在PWM功率模組1550中將誤差信號COMP與一組合CSR信號CSRAMP0進行比較，而非在控制器200中將誤差信號COMP與一CSR信號CSRAMP進行比較。組合CSR信號CSRAMP0係由一求和電路1535作為CSR信號CSRAMP與一公共斜坡信號RAMP0之和生成的。公共斜坡信號RAMP0係如以下相對於圖16所描述地生成的。
除以上所指出之情況，生成一PWM設定信號PWMS及一PWM重設信號PWMR之機制與相對於圖2所描述相同。
圖16繪示根據一實施例的適合於用作圖15之ramp0產生器電路1533的一斜坡產生器電路1606。斜坡產生器電路1606具有與圖12所示之RAMP0產生器完全相同之結構，但一個不同之處係其重設信號係來自圖15所示之重設信號RESET。
在斜坡產生器電路1606中，具有「16XX」形式之引用字元的元件對應於圖12的具有「12XX」形式之引用字元的元件，且在組態及功能上可實質上完全相同。例如，圖16之放大器1610與圖12之放大器1210實質上完全相同，等等。
圖17繪示根據一實施例的用於控制包括一或多個相之功率轉換電路的一程序1700。各個相具有一各別PWM信號。功率轉換電路針對各個相包括一電感器，各個電感器在將一輸入電壓轉換成一輸出電壓之一程序中用於進行能量存儲。程序1700包括複數個子程序。
一第一子程序S1702生成分別對應於該一或多個相之一或多個電流感測(CS)信號。各個CS信號具有對應於通過該相之電感器之一電流的值。在實施例中，通過該相之電感器之電流係該相之PWM信號上之一脈衝結束之後不久的一時間時之一電流。
一第二子程序S1704生成分別對應於該一或多個相之一或多個電流感測和斜坡(CSR)信號。各個相的CSR信號在對應於該相的PWM信號上之一脈衝之結束的一時間時重設至對應於通過該相之電感器之一電流的值。在一實施例中，在各個相的CSR信號被重設之後，該CSR信號以對應於在一脈衝存在於該相的PWM信號上時輸入電壓之一電壓值的一速率增大。在另一個實施例中，在各個相的CSR信號被重設之後，該CSR信號以對應於在一脈衝存在於該相的PWM信號上時該相之電感器之一切換式端子的一電壓值的一速率增大。
一第三子程序S1706根據輸出電壓及一參考電壓生成一誤差信號。在一實施例中，誤差信號係使用一參考電壓與使用一分壓器自輸出電壓生成之一回授信號之間的差生成的。
一第四子程序S1708使用誤差信號生成一閾限信號。在一實施例中，閾限信號與誤差信號之間的差對應於輸出電壓之一電壓值。在另一個實施例中，閾限信號與誤差信號之間的差對應於一相之一電感器之一切換式端子的一經低通濾波之電壓值。
一第五子程序S1710控制何時在該一或多個相之PWM信號上起始脈衝。子程序S1710包括複數個步驟。
在一第一第五子程序步驟S1712處，第五子程序S1710將一初始相選擇為所選擇相。在僅具有一個相之一實施例中，該相係初始相。
在一第二第五子程序步驟S1714處，第五子程序S1710確定一CSR信號是否小於誤差信號。在一實施例中，CSR信號係所選擇相之CSR信號。在另一個實施例中，CSR信號係對應於該一或多個相之所有CSR信號的一平均值的一平均CSR信號。當CSR信號小於該誤差信號時，在第二第五子程序步驟S1714處，該第五子程序S1710進行至一第三第五子程序步驟S1716；否則，在第二第五子程序步驟S1714處，該第五子程序S1710在該第二第五子程序步驟S1714進行迴圈。
在第三第五子程序步驟S1716處，該第五子程序S1710在所選擇相之PWM信號上起始一脈衝。該脈衝保持存在於該相之PWM信號上，直到第六子程序S1720之一結束該脈衝，如以下所描述。
在一第四第五子程序步驟S1718處，該第五子程序S1710將一下一相選擇為所選擇相。在僅具有一個相之一實施例中，該相係下一相。在一實施例中，選擇下一相係使用具有對應於各個相之一位元之一單觸發循環移位暫存器執行的。在具有編號為0至N-1之N個相之一實施例中，其中所選擇相係一第k相，下一相係第((k+1) mod N)相。該第五子程序S1710然後進行至第二第五子程序步驟S1714。
一第六子程序S1720控制何時在該一或多個相之PWM信號上結束脈衝。在一實施例中，執行第六子程序S1720之一或多個情況，各個情況係針對該一或多個相中之一各別相來執行的。在一實施例中，第六子程序S1720之一情況係在一脈衝存在於對應相之PWM信號上時執行的。第六子程序S1720包括複數個步驟。
在一第一第六子程序步驟S1722處，該第六子程序S1720將各別相之一CSR信號與閾限信號進行比較。當CSR信號大於閾限信號時，在第一第六子程序步驟S1722處，第六子程序S1720進行至一第二第六子程序步驟S1724；否則，在第一第六子程序步驟S1722處，第六子程序S1720在第一第六子程序步驟S1722進行迴圈。
在第二第六子程序步驟S1724處，第六子程序S1720結束對應相之PWM信號上之脈衝。第六子程序S1720然後停止，且回應於在對應相之PWM信號上起始一脈衝而在第一第六子程序步驟S1722處重新開始。
根據實施例之PWM功率控制系統提供準確輸出調節、快速暫態回應、DCM與CCM操作之間之平穩過渡，可使用一內部補償電路（具有其（多個）誤差放大器），且提供可縮放多相應用中之靈活性。
本揭示的實施例包括電子裝置（諸如一或多個封裝半導體裝置），其等經組態以執行本文所述操作之一或多者。然實施例並非受限於此。 A1. 本揭露之一實施例包括一種用於自輸入電壓生成輸出電壓之電路，該電路包含： 一脈衝寬度調變(PWM)控制器，用以： 根據一第一比較在一PWM信號上起始一PWM脈衝，該第一比較使用一電流感測和斜坡(CSR)信號及一誤差信號；且 根據一第二比較結束該PWM信號上之該PWM脈衝，該第二比較使用該CSR信號及一閾限信號， 其中該CSR信號係使用一電流感測信號及一斜坡信號生成的，且 其中該誤差信號係使用一誤差放大器、根據該輸出電壓及一參考電壓生成的。 A2. 如請求項A1之電路，其進一步包含 一閾限信號生成電路，用以藉由對一閾限電壓值及該誤差信號的值進行求和來生成該閾限信號， 其中該閾限電壓值的值對應於一輸出電壓的值。 A3. 如請求項A2之電路，其中該閾限信號生成電路包含： 一可調適電流源電路，用以根據該輸出電壓生成一電流；及 一電阻器，其具有耦接至該可調適電流源電路之一第一端子， 其中該閾限電壓值對應於跨該電阻器之一壓降。 A4. 如請求項A3之電路，其進一步包含： 一比較器，用以生成該PWM脈衝，該比較器具有耦接至該CSR信號之一負輸入端、及耦接至該電阻器之該第一端子之一正輸入端；及 一開關，其耦接在該電阻器之該第一端子與該誤差信號之間， 其中該比較器在該開關導通時執行該第一比較，且 其中該比較器在該開關截止時執行該第二比較。 A5. 如請求項A1之電路，其進一步包含： 一第一比較器，用以執行該第一比較且具有耦接至該誤差信號之一正輸入端；及 一第二比較器，用以執行該第二比較且具有耦接至該CSR信號之一正輸入端、及耦接至該閾限信號之一負輸入端。 A6. 如請求項A5之電路，其進一步包含： 一求和電路，用以生成所具有的值等於該CSR信號的值與一公共斜坡信號的值之和的一輸出， 其中該第一比較器之一負輸入端耦接至該求和電路之該輸出端。 A7. 如請求項A1之電路，其中該電路係複數個實質上完全相同之模組中之一模組， 其中該複數個實質上完全相同之模組包括經組態來作為一主模組進行操作之一模組， 其中經組態來作為該主模組進行操作之該模組生成一誤差信號，該誤差信號由該複數個實質上完全相同之模組中之各個模組使用，及 其中該複數個實質上完全相同之模組中之各個模組之一時脈輸入端分別連接至該複數個實質上完全相同之模組中之另一個模組之一時脈輸出端，以順序地啟動該複數個實質上完全相同之模組中之每一者。 A8. 如請求項A1之電路，其進一步包含一CSR產生器電路，該CSR產生器電路用以： 生成該斜坡信號，該斜坡信號所具有的值以根據該輸入電壓之一速率、或根據來自一電感器之一驅動端子之一切換式節點信號的一速率改變； 當該PWM脈衝不在該PWM信號上時，根據該電流感測信號生成該CSR信號；且 當該PWM脈衝在該PWM信號上時，根據該斜坡信號、及該電流感測信號在對應於該PWM脈衝之起始的時間時之一值生成該CSR信號。 M1. 本揭露之一實施例包括一種用於使用一或多個脈衝式信號控制功率轉換器自輸入電壓生成輸出電壓之方法，該方法包含： 根據該輸出電壓及一參考電壓生成一誤差信號； 使用一電流感測信號及一斜坡信號生成一電流感測和斜坡(CSR)信號； 執行該CSR信號及該誤差信號之一第一比較; 回應於該第一比較之一結果而在該一或多個脈衝式信號中之一第一脈衝式信號上起始一脈衝； 執行該CSR信號及一閾限信號之一第二比較；及 回應於該第二比較之一結果而結束該第一脈衝式信號上之該脈衝。 M2. 如請求項M1之方法，其進一步包含： 生成該CSR信號，該CSR信號具有對應於該電流感測信號的一值之一重設值、及根據該輸入電壓之一重設後增大速率。 M3. 如請求項M1之方法，其進一步包含： 生成對應於該輸出電壓之一閾限電壓值；及 藉由對該閾限電壓值及該誤差信號的值進行求和來生成該閾限信號。 M4. 如請求項M1之方法，其進一步包含： 根據該一或多個脈衝式信號上之脈衝順序地確立複數個相選擇信號中之正確一者；及 當該複數個相選擇信號中之一第一相選擇信號被確立時，回應於該第一比較之一結果而在該一或多個脈衝式信號中之一第一脈衝式信號上起始一脈衝。
雖然本發明已經結合目前被認為是實際實施例之內容進行描述，但實施例不限於所揭示之實施例，而相反，可包括隨附申請專利範圍之精神及範疇內所包括的修改及等效配置。一程序中所描述之操作次序係說明性的，且一些操作可重新排序。此外，二或更多個實施例可相組合。在實施例中描述之操作的次序係說明性的，且除非另受約束，可重新排序。另外，可組合二或更多個實施例的特徵以形成新的實施例。
100‧‧‧切換式電源供應器
110‧‧‧控制器
174‧‧‧功率轉換器
200‧‧‧電源供應器控制器
204‧‧‧負載
210‧‧‧控制器
212‧‧‧第一比較器
214‧‧‧第二比較器
216‧‧‧PWM鎖存器
218‧‧‧閾限產生器電路
220‧‧‧閾限電阻器
222‧‧‧可調適電流產生器
224‧‧‧誤差放大器/EA
226‧‧‧參考電壓產生器
228‧‧‧補償電阻器-電容器(RC)網路/補償RC網路
230‧‧‧組合斜坡產生器電路/CSR產生器電路
232‧‧‧第一延遲電路
234‧‧‧第二延遲電路
236‧‧‧第一AND閘極
238‧‧‧第二AND閘極
240‧‧‧可調適電流源
244‧‧‧反相器
246‧‧‧第一取樣開關
248‧‧‧第二取樣開關
250‧‧‧取樣電容器
252‧‧‧第三電阻器
254‧‧‧第四電阻器
256‧‧‧第五電阻器
258‧‧‧第六電阻器
260‧‧‧取樣重設開關
262‧‧‧差動放大器
264‧‧‧感測開關
266‧‧‧第七電阻器
268‧‧‧斜坡電容器
270‧‧‧第八電阻器
272‧‧‧偏移電壓產生器
274‧‧‧功率轉換器
276‧‧‧閘極驅動電路/閘極驅動器電路
278‧‧‧高驅動電晶體/電晶體
280‧‧‧低驅動電晶體/低側電晶體
282‧‧‧電感器
284‧‧‧輸出電容器
286‧‧‧第一電阻器
288‧‧‧第二電阻器
412‧‧‧第一比較器
418‧‧‧閾限產生器電路
474‧‧‧功率轉換器
490‧‧‧開關濾波器電阻器
492‧‧‧開關濾波器電容器
512‧‧‧第一比較器
531‧‧‧CSR產生器電路
533‧‧‧第一緩衝放大器
535‧‧‧第二緩衝放大器
537‧‧‧反相器
552‧‧‧第三電阻器
554‧‧‧第四電阻器
556‧‧‧第五電阻器
558‧‧‧第六電阻器
562‧‧‧差動放大器
564‧‧‧切換裝置
566‧‧‧第七電阻器
568‧‧‧斜坡電容器
576‧‧‧閘極驅動器電路
582‧‧‧電感器
592‧‧‧感測電阻器
594‧‧‧感測電容器
600‧‧‧PWM功率轉換電路
613‧‧‧比較器
630‧‧‧CSR產生器電路
676‧‧‧閘極驅動器電路
692‧‧‧反相器
694‧‧‧比較器模式開關
700‧‧‧多相電壓調節器電路/VR電路
702‧‧‧多相控制器/多相PWM控制器
704-1‧‧‧第一相電路
704-2‧‧‧第二相電路
704-n‧‧‧第n相電路
706-1‧‧‧第一閘極驅動電路
706-2‧‧‧第二閘極驅動電路
706-n‧‧‧第n閘極驅動電路
708-1‧‧‧第一高驅動電晶體
708-2‧‧‧第二高驅動電晶體
708-n‧‧‧第n高驅動電晶體
710-1‧‧‧第一低驅動電晶體
710-2‧‧‧第二低驅動電晶體
710-n‧‧‧第n低驅動電晶體
712-1‧‧‧第一電感器
712-2‧‧‧第二電感器
712-n‧‧‧第n電感器
714-1‧‧‧第二電流節點電路
714-2‧‧‧第二電流節點電路
714-n‧‧‧第n電流節點電路
716‧‧‧輸出電容器
718‧‧‧負載
802‧‧‧控制器
804‧‧‧誤差放大器/EA
808‧‧‧誤差比較器
810‧‧‧電流感測和斜坡求和電路/求和電路
812‧‧‧定標器電路/定標電路
814‧‧‧反相器
816‧‧‧公共單觸發電路
818‧‧‧相定序器電路
820-1‧‧‧第一相單觸發電路
820-n‧‧‧第n相單觸發電路
822‧‧‧OR閘
824‧‧‧CSR信號產生器
830-1‧‧‧第一脈衝寬度調變控制電路/第一PWM控制電路
830-2‧‧‧第二PWM控制電路
830-n‧‧‧第n PWM控制電路
832-1‧‧‧第一AND閘
832-2‧‧‧第二AND閘
832-n‧‧‧第n AND閘
834-1‧‧‧第一比較器
834-2‧‧‧第二比較器
834-n‧‧‧第n比較器
836-1‧‧‧第一設定重設鎖存器
836-2‧‧‧第二設定重設鎖存器
836-n‧‧‧第n設定重設鎖存器
842‧‧‧第一電阻器
843‧‧‧第二電阻器
844‧‧‧補償網路
846‧‧‧可程式化電流源
848‧‧‧閾限電阻器
902-1‧‧‧第一CSR產生器電路
902-k‧‧‧CSR產生器電路
902-n‧‧‧第n CSR產生器電路
904‧‧‧電流源
906‧‧‧第一電晶體
908‧‧‧反相器
910‧‧‧放大器
912‧‧‧求和電路/OCS電路
914‧‧‧第二電晶體
916‧‧‧第一電阻器
918‧‧‧電容器
920‧‧‧第二電阻器
924‧‧‧CSR信號產生器
1002-1‧‧‧第一CSR產生器電路
1002-k‧‧‧CSR產生器電路
1002-n‧‧‧第n CSR產生器電路
1004‧‧‧電流源
1006‧‧‧第一電晶體
1010‧‧‧放大器
1012‧‧‧偏移電流感測電路/OCS電路
1014‧‧‧第二電晶體
1016‧‧‧第一電阻器
1018‧‧‧輸出電容器
1020‧‧‧第二電阻器
1022‧‧‧第一延遲電路
1024‧‧‧第一AND閘
1026‧‧‧第一取樣電晶體
1028‧‧‧第二取樣電晶體
1030‧‧‧取樣電容器
1032‧‧‧取樣重設開關/重設開關
1034‧‧‧第三電阻器
1040‧‧‧第六電阻器
1042‧‧‧第二延遲電路
1044‧‧‧第二AND閘/CSR信號產生器
1050‧‧‧反相器
1056‧‧‧偏移電壓產生器
1102‧‧‧多相PWM控制器電路/控制器
1106‧‧‧ramp0產生器電路
1110‧‧‧N對1多工器電路
1118‧‧‧相定序器電路
1124‧‧‧CSR信號產生器
1206‧‧‧斜坡產生器電路
1210‧‧‧放大器/誤差放大器
1212‧‧‧開關
1216‧‧‧可程式電流源
1218‧‧‧電容器
1310‧‧‧多工器電路/CSR多工器電路
1312-1‧‧‧第一電晶體
1312-n‧‧‧第n電晶體
1314-1‧‧‧第一電阻器
1314-n‧‧‧第n電阻器
1316‧‧‧電容器
1400‧‧‧模組化多相PWM電源供應器電路/多相電源供應器電路
1410-1‧‧‧第一分散式PWM功率模組/輸入時脈埠
1410-2‧‧‧CLKin埠
1410-(i+1)‧‧‧輸入時脈埠
1410-n‧‧‧第n分散式PWM功率模組
1430-i‧‧‧輸出時脈埠
1430-n‧‧‧輸出時脈埠
1450-1‧‧‧功率模組/第一功率模組
1450-2‧‧‧第二功率模組
1450-i‧‧‧第i功率模組
1450-(i-1)‧‧‧第i-1功率模組
1450-(i+1)‧‧‧第(i+1)功率模組
1450-n‧‧‧功率模組/第n功率模組
1512‧‧‧第一比較器
1516‧‧‧PWM鎖存器
1524‧‧‧誤差放大器/EA
1531‧‧‧主選擇開關
1533‧‧‧ramp0產生器/ramp0產生器電路
1535‧‧‧求和電路
1537‧‧‧反相器
1539‧‧‧單觸發電路
1541‧‧‧相致能正反器/相致能設定重設鎖存器/相致能鎖存器
1543‧‧‧AND閘
1550‧‧‧PWM功率模組
1576‧‧‧閘極驅動電路
1606‧‧‧斜坡產生器電路
1610‧‧‧放大器
1700‧‧‧程序
S1702‧‧‧第一子程序
S1704‧‧‧第二子程序
S1706‧‧‧第三子程序
S1708‧‧‧第四子程序
S1710‧‧‧第五子程序
S1712‧‧‧第一第五子程序步驟
S1714‧‧‧第二第五子程序步驟
S1716‧‧‧第三第五子程序步驟
S1718‧‧‧第四第五子程序步驟
S1720‧‧‧第六子程序
S1722‧‧‧第一第六子程序步驟
S1724‧‧‧第二第六子程序步驟
在隨附圖式中，類似的元件符號在個別視圖，連同下文的實施方式各處均指向同一的或功能上相似的元件，並併入且形成本說明書的一部分以進一步說明包括所請發明之概念的實施例並解釋該等實施例的各種原理及優點。 圖1繪示根據一實施例之一脈衝寬度調變(PWM)電源供應器電路。 圖2繪示根據一實施例之一PWM功率轉換電路。 圖3繪示根據一實施例的在圖2之PWM功率轉換電路之操作期間的電壓及電流。 圖4繪示根據另一個實施例之一PWM功率轉換電路。 圖5繪示根據另一個實施例之一PWM功率轉換電路。 圖6繪示根據另一個實施例之一PWM功率轉換電路。 圖7繪示根據一實施例之一多相PWM電源供應器電路。 圖8繪示根據一實施例之一多相PWM控制器電路。 圖9A繪示根據一實施例之一多相電流感測和斜坡(CSR)產生器電路。 圖9B繪示根據一實施例之一CSR產生器電路。 圖10A繪示根據另一個實施例之一多相CSR產生器電路。 圖10B繪示根據一實施例之一CSR產生器電路。 圖11繪示根據另一個實施例之一多相PWM控制器電路。 圖12繪示根據一實施例之一斜坡產生器電路。 圖13繪示根據一實施例之一多工器電路。 圖14繪示根據一實施例之一模組化多相PWM電源供應器電路。 圖15繪示根據一實施例之用於在模組化多相PWM電源供應器電路中使用之一模組化控制器電路。 圖16繪示根據一實施例之一斜坡產生器電路。 圖17繪示根據一實施例之用於控制功率轉換電路之一程序。
所屬技術領域中具有通常知識者將理解，圖式中之元件僅為了簡化及清楚而繪示且非必然按比例繪製。例如，圖式中之一些元件之尺寸可相對於其他元件而誇大，以有助於增進對實施例的瞭解。
設備及方法組分已藉由僅顯示與理解實施例相關的彼等具體細節之圖式中的習知符號適當地表示。此避免將本揭露與對受益於本文的揭露之在所屬技術領域中具有通常知識者將係顯而易見的細節混淆。除非另外指示，實踐實施例所需且已為所屬技術領域中具有通常知識者所熟知之已為人熟知的元件、結構、或程序的細節可不顯示且應假設為存在。

Claims (10)

  1. 一種用於使用一輸入電壓生成一輸出電壓之電路，該電路包含： 一第一功率轉換器電路，其根據一第一脈衝寬度調變(PWM)信號來被控制以使用該輸入電壓產生該輸出電壓； 一回授電路，用以根據該輸出電壓之一電壓值產生一回授信號； 一誤差放大器，用以根據一參考電壓與該回授信號之一差產生一誤差信號； 一第一閾限產生器電路，用以根據該誤差信號、及該輸出電壓和切換式節點信號中之一者產生一第一閾限信號； 一第一PWM電路，其包含： 一第一比較器，用以將一第一電流感測和斜坡(CSR)信號與該第一閾限信號進行比較；及 一第一CSR電路，其包含： 一第一可程式化電流源，用以根據該第一PWM信號、及該輸入電壓和該切換式節點信號中之一者生成一第一斜坡電流；及 一第一電流感測電路，用以根據該第一功率轉換器電路之一電流生成一第一電流感測信號， 其中該第一CSR信號係使用該第一斜坡電流及該第一電流感測信號生成。
  2. 如請求項1之電路，該PWM電路進一步包含： 一第二比較器，用以將該CSR信號與該誤差信號進行比較；及 一設定重設正反器(SRFF)，其具有耦接至該第二比較器之一輸出之一設定輸入、及耦接至該第一比較器之輸出之一重設輸入， 其中該PWM信號係根據SRFF之一輸出生成。
  3. 如請求項1之電路，該第一閾限產生器電路包含： 一可調適電流源電路，其根據該輸出電壓生成一可調適電流；及 一電阻器，其具有接收該可調適電流之一第一端子、及耦接至該誤差信號之一第二端子， 其中該第一閾限信號對應於跨該電阻器之一壓降與該誤差信號的一值之和。
  4. 如請求項1之電路，該第一閾限產生器電路包含： 一濾波器電路，用以使用該切換式節點信號生成一輸出近似信號； 一可調適電流源電路，用以根據該輸出近似信號生成一可調適電流；及 一電阻器，其具有接收該可調適電流之一第一端子、及耦接至該誤差信號之一第二端子， 其中該第一閾限信號對應於跨該電阻器之一壓降與該誤差信號的一值之和。
  5. 如請求項1之電路，該第一閾限產生器電路包含： 一可調適電流源電路，用以根據該輸出電壓生成一可調適電流； 一電阻器，其具有接收該可調適電流之一第一端子、及耦接至該誤差信號之一第二端子；及 一開關，其耦接在該閾限信號與該誤差信號之間並使用該PWM信號來被控制， 其中該閾限信號對應於該電阻器之該第一端子之一電壓值。
  6. 如請求項1之電路，其進一步包含： 一第二功率轉換器電路，其根據一第二脈衝寬度調變(PWM)信號來被控制以使用該輸入電壓產生該輸出電壓； 一相定序電路，用以根據該第一PWM信號及該第二PWM信號之確立來確立複數個相選擇信號中之一者； 該第一PWM電路進一步包含其中該第一PWM信號係根據該複數個相選擇信號中之一第一相選擇信號生成； 一第二PWM電路，其包含： 一第二比較器，用以將一第二CSR信號與一第二閾限信號進行比較， 其中該第二PWM信號係根據該第二比較器之輸出、及該複數個相選擇信號中之一第二相選擇信號生成；及 一第二CSR電路，其包含： 一第二可程式化電流源，用以根據該第二PWM信號、及該輸入電壓和該切換式節點信號中之一者生成一第二斜坡電流；及 一第二電流感測電路，用以根據該第二功率轉換器電路之一電流生成一第二電流感測信號， 其中該第二CSR信號係使用該第二斜坡電流及該第二電流感測信號生成。
  7. 如請求項6之電路，其進一步包含： 一第一模組，該第一模組包含： 一第一相致能鎖存器， 該回授電路， 該誤差放大器， 該第一閾限產生器電路， 該第一PWM電路，及 該第一CSR電路；及 一第二模組，該第二模組包含： 一第二相致能鎖存器， 一第二閾限產生器電路，用以根據該誤差信號及該輸出電壓產生該第二閾限信號， 該第二PWM電路，其中該第二比較器操作來將該第二CSR信號與該第二閾限信號進行比較，及 該第二CSR電路； 其中該相定序電路包含一菊鏈電路，該菊鏈電路包含： 該第一模組之該第一相致能鎖存器，及 該第二模組中之該第二相致能鎖存器。
  8. 如請求項1之電路，其中該第一CSR電路包含： 一第一開關，用以回應於該PWM信號被確立而將該第一斜坡電流耦接至該第一CSR信號；及 一第二開關，用以在該PWM信號被解除確立時將該第一電流感測信號耦接至該第一CSR信號。
  9. 如請求項1之電路，其中該第一CSR電路包含： 一開關，用以在該PWM信號被解除確立時對第一電感器之電流之一指示器進行取樣。
  10. 一種用於自一輸入電壓生成一輸出電壓之電路，該電路包含： 一誤差放大器，其具有一內部補償電路，其中該誤差放大器接收該輸出電壓之一指示、及一參考電壓，且根據該輸出電壓與該參考電壓之間的一差產生一誤差信號； 一電流感測和斜坡(CSR)電路，用以接收一電流感測信號、該輸入電壓、及一脈衝寬度調變(PWM)信號，且產生一CSR信號，當該PWM信號被解除確立時，該CSR信號具有根據該電流感測信號之一值，且當該PWM信號被確立時，該CSR信號具有根據該輸入電壓之一轉換速率； 一閾限電路，用以接收該誤差信號、及該輸入電壓之一指示，根據該輸入電壓之該指示產生一閾限值，且根據該誤差信號與該閾限值之一和產生一閾限信號；及 一比較電路，用以接收該誤差信號、該閾限信號、及該CSR信號，且藉由回應於該誤差信號大於該CSR信號而確立該PWM信號、及藉由回應於該閾限信號小於該CSR信號而解除確立該PWM信號來產生該PWM信號。
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