阅读说明：本技术 多相变换器及其控制电路 (Multiphase converter and control circuit thereof ) 是由 邓扬扬 易新敏 王宇 于 2019-08-22 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种多相变换器及其控制电路,多相变换器包括并联在输入端和输出端之间的第一相功率级电路和第二相功率级电路,第一相功率级电路的主开关管的导通和关断受控于第一开关信号,第二相功率级电路的主开关管的导通和关断受控于第二开关信号,其中,控制电路包括：相位控制电路,根据第一开关信号和第二开关信号的相位差产生调节信号,用于调节第一开关信号或者第二开关信号的无效电平时间,以使得第一开关信号和第二开关信号之间具有预定相移,使得两相变换器在固定的相移下工作,减小输出电压的纹波。(The application discloses multiphase converter and control circuit thereof, multiphase converter include parallelly connected first phase power level circuit and the second phase power level circuit between input and output, the switching on and off of the main switch pipe of first phase power level circuit is controlled by first switching signal, the switching on and off of the main switch pipe of second phase power level circuit is controlled by second switching signal, wherein, control circuit includes: and the phase control circuit generates an adjusting signal according to the phase difference of the first switching signal and the second switching signal, and is used for adjusting the invalid level time of the first switching signal or the second switching signal so as to enable the first switching signal and the second switching signal to have a preset phase shift, enable the two-phase converter to work under the fixed phase shift and reduce the ripple of the output voltage.)

多相变换器及其控制电路

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，更具体地，涉及一种多相变换器及其控制电路。

背景技术

在开关电源技术中，为了能减小输出纹波，提高电源稳定度及功率，通常采用多相并联的拓扑结构。多相变换器的每一个通道均有对应的功率开关管和电感，多相变换器的所有通道的输入端共同连接以接收输入电压，输出端共同连接至多相变换器的输出滤波电路的输入端，通过该输出滤波电路提供输出电压。这种拓扑结构具有互消纹波、相间分流、并以较低的开关频率实现高频输出电压等优点。

多相变换器是在同步变换器的基础上，构造两个相同的变换器并联，并控制两个变换器相继开启和关闭。在多相变换器中，当其中一相变换器出现一定的失调和扰动时，会造成两相变换器的频率和相位都偏离设计值，两相变换器之间的失配容易增大输出电压的纹波。

因此，期望对现有技术的开关型调节器进行改进以使得两相变换器在固定的相移下工作，减小输出电压的纹波。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种多相变换器及其控制电路，使得两相变换器在固定的相移下工作，减小输出电压的纹波。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种多相变换器的控制电路，所述多相变换器包括并联在输入端和输出端之间的第一相功率级电路和第二相功率级电路，所述第一相功率级电路的主开关管的导通和关断受控于第一开关信号，所述第二相功率级电路的主开关管的导通和关断受控于第二开关信号，其中，所述控制电路包括：相位控制电路，根据所述第一开关信号和所述第二开关信号的相位差产生调节信号，用于调节所述第一开关信号或者所述第二开关信号的无效电平时间，以使得所述第一开关信号和所述第二开关信号之间具有预定相移。

优选地，所述控制电路还包括：关断定时电路，用于生成第一定时信号和第二定时信号；以及开关控制电路，用于根据所述第一定时信号确定所述第一开关信号的无效电平时间，以及根据所述第二定时信号确定所述第二开关信号的无效电平时间。

优选地，所述调节信号通过调节所述第一定时信号或所述第二定时信号的变化斜率，以调节所述第一开关信号或者第二开关信号的无效电平时间。

优选地，所述关断定时电路包括：第一充放电单元，用于根据输出电压和所述第一开关信号生成所述第一定时信号；以及第二充放电单元，用于根据输出电压和所述第二开关信号生成所述第二定时信号。

优选地，所述第一充放电单元和第二充放电单元都包括：第一压控电流源，用于根据所述输出电压提供充电电流；第一电容，与所述第一压控电流源连接于第一节点，用于接收所述充电电流并在所述第一节点提供相应的定时信号；以及第一开关，所述第一开关并联连接于所述第一电容的两端，用于在导通时提供所述第一节点至地的短接路径。

优选地，每相功率级电路的开关信号用于控制该相的充放电单元中的所述第一开关的导通和关断。

优选地，当所述开关信号处于无效电平时，所述第一开关关断，所述第一压控电流源对所述第一电容充电以在所述第一节点提供所述定时信号。

优选地，所述开关控制电路包括：第一比较器，用于将所述第一定时信号和所述输入电压进行比较，根据比较结果提供所述第一开关信号；以及第二比较器，用于将所述第二定时信号和所述输入电压进行比较，根据比较结果提供所述第二开关信号。

优选地，所述相位控制电路包括：延时电路，用于根据所述预定相移延迟所述第一开关信号；鉴频鉴相器，接收所述第二开关信号以及延迟的第一开关信号，并根据所述第二开关信号和延迟的第一开关信号之间的相位差产生反馈控制信号；以及第二压控电流源，用于根据所述反馈控制信号向所述第一节点提供所述调节信号。

优选地，所述鉴频鉴相器包括：第一触发器，用于根据所述延迟的第一开关信号生成第一控制信号；第二触发器，用于根据所述第二开关信号生成第二控制信号；复位信号发生器，用于根据所述第一控制信号和所述第二控制信号生成所述第一触发器和所述第二触发器的复位信号；串联连接于电源电压和地之间的第一电流源、第二开关、第三开关和第二电流源，所述第一控制信号和所述第二控制信号通过控制所述第二开关和所述第三开关的开关动作对所述第二电容进行充放电，以在所述第二节点生成所述反馈控制信号。

优选地，所述复位信号发生器包括逻辑与门电路。

优选地，所述鉴频鉴相器还包括连接在所述第二节点与地之间的补偿网络，用于对所述反馈控制信号进行补偿。

优选地，所述补偿网络包括串联连接于所述第二节点与地之间的第一电阻和第二电容；以及第三电容，与所述第一电阻和第二电容并联连接。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种多相变换器，包括：并联连接在输入端和输出端之间的第一相功率级电路和第二相功率级电路，所述第一相功率级电路的主开关管的导通和关断受控于第一开关信号，所述第二相功率级电路的主开关管的导通和关断受控于第二开关信号；以及上述的控制电路。

优选地，所述第一相功率级电路和所述第二相功率级电路采用相同的拓扑。

优选地，所述第一相功率级电路和所述第二相功率级电路都包括：串联连接于所述输入端与地之间的主开关管和同步开关管；电感，连接至所述主开关管和所述同步开关管的中间节点；以及驱动器，用于根据接收到的开关信号交替导通所述主开关管和所述同步开关管，以使得所述电感充电和放电。

本发明实施例的多相变换器包括相位控制电路，相位控制电路根据第一开关信号和第二开关信号的相位差来调节第一开关信号或者第二开关信号的无效电平时间，继而动态调节第一开关信号或者第二开关信号的频率和相位，保证将第一开关信号和第二开关信号具有固定相移，使得变换器的第一相功率级电路和第二相功率级电路在固定的相移下工作，减小输出电压的纹波。进一步的，本发明实施例中相位控制电路对第一开关信号和第二开关信号的调节过程比较平缓，可避免输出电压的较大的波动，有利于提高电路系统的稳定性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据本发明实施例的多相变换器的结构示意图；

图2示出图1中的关断定时电路的电路示意图；

图3示出图1中的开关控制电路的电路示意图；

图4示出图1中的相位控制电路的电路示意图；

图5示出根据本发明实施例的第一开关信号和第二开关信号的波形示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

在本申请中，开关管是工作开关模式以提供电流路径的晶体管，包括选自双极晶体管或场效应晶体管的一种。开关管的第一端和第二端分别是电流路径上的高电位端和低电位端，控制端用于接收驱动信号以控制开关管的导通和关断。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1示出根据本发明实施例的多相变换器的电路示意图。本发明实施例提供了一种自适应关断时间控制模式的多相变换器。如图1所示，该变换器包括集成在同一集成电路芯片中的两相功率级电路和控制电路200。第一相功率级电路100a和第二相功率级电路100b并联连接在输入端Vin和输出端Vout之间。第一相功率级电路100a包括主开关管M11、同步开关管M12、电感L1和驱动器101，主开关管M11和同步开关管M12串联连接在输入端Vin和地之间，电感L1的第一端连接至主开关管M11和同步开关管M12的中间节点。第二相功率级电路100b包括主开关管M21、同步开关管M22、电感L2和驱动器102，主开关管M21和同步开关管M22串联连接在输入端Vin和地之间，电感L2的第一端连接至主开关管M21和同步开关管M22的中间节点。多相变换器还包括输出电容Cout，输出电容Cout的第一端与电感L1和电感L2的第二端连接，第二端接地。输出电容Cout用于对输出电压Vout进行滤波。

控制电路200轮流向第一相功率级电路100a和第二相功率级电路100b提供第一开关信号Clk1和第二开关信号Clk2。驱动器101根据第一开关信号Clk1分别提供驱动信号TG1和驱动信号BG1，分别用于驱动主开关管M11和同步开关管M12。驱动信号TG1和驱动信号BG1例如分别是第一开关信号Clk1的同相信号和反相信号。在每个开关周期中，主开关管M11和第二开关管M12交替导通和关断，对电感L1进行充电和放电，以提供第一输出电压。驱动器201根据第二开关信号Clk2分别提供驱动信号TG2和驱动信号BG2，分别用于驱动主开关管M21和同步开关管M22。驱动信号TG2和驱动信号BG2例如分别是第二开关信号Clk2的同相信号和反相信号。在每个开关周期中，主开关管M21和第二开关管M22交替导通和关断，对电感L2进行充电和放电，以提供第二输出电压。第一输出电压和第二输出电压相叠加从而为负载提供输出电压。

进一步的，控制电路包括关断定时电路210、开关控制电路220、以及相位控制电路230。

关断定时电路210用于生成分别表征第一相功率级电路100a和第二相功率级电路100b的主开关管关断时间的第一定时信号V1和第二定时信号V2。进一步的，关断定时电路210分别根据驱动信号TG1和驱动信号TG2确定第一相功率级电路100a和第二相功率级电路100b的关断时间，并输出相应的第一定时信号V1和第二定时信号V2。

开关控制电路220用于根据接收到的第一定时信号V1或者第二定时信号V2以及输入电压Vin生成第一开关信号Clk1和第二开关信号Clk2。进一步的，开关控制电路220将分别将第一定时信号V1和第二定时信号V2与输入电压Vin进行比较，根据比较结果生成第一开关信号Clk1和第二开关信号Clk2。第一开关信号Clk1用于控制第一相功率级电路100a中主开关管M11的开关动作，第二开关信号Clk2用于控制第二相功率级电路100b中主开关管M21的开关动作。

相位控制电路230用于获得所述第一开关信号Clk1和所述第二开关信号Clk2的相位差，并根据所述相位差调节所述第一定时信号V1和所述第二定时信号V2之一，以将第一开关信号Clk1和第二开关信号Clk2之间固定于预定相移。进一步的，相位控制电路230根据第一开关信号Clk1和第二开关信号Clk2之间的相位差向关断定时电路210提供调节信号Vs，动态调节第一定时信号V1或者第二定时信号V2的变化斜率，继而调节第一开关信号Clk1或者第二开关信号Clk2的无效电平时间，使得第一相功率级电路100a和第二相功率级电路100b在固定的相移下工作。

图2示出图1中关断定时电路的结构示意图。在一种非限制性的实施例中，关断定时电路210包括第一充放电单元211和第二充放电单元212。

第一充放电单元211包括压控电流源2111、电容C11以及开关K1。压控电流源2111用于根据输出电压Vout向电容C11提供充电电流，电容C11的第一端与压控电流源2111连接于节点P1，第二端接地。开关K1并联连接在电容C11的两端，用于在导通时提供节点P1至地的短接路径。驱动信号TG1用于控制开关K1的开关动作。当所述驱动信号TG1表征第一相功率级电路100a的主开关管M11处于关断状态时(例如驱动信号TG1为低电平)，开关K1关断，压控电流源2111在输出电压Vout的控制下对电容C11充电，从而在节点P1提供第一定时信号V1。

第二充放电单元212包括压控电流源2121、电容C12以及开关K2。压控电流源2121用于根据输出电压Vout向电容C12提供充电电流，电容C12的第一端与压控电流源2121连接于节点P2，第二端接地。开关K2并联连接在电容C12的两端，用于在导通时提供节点P2至地的短接路径。驱动信号TG2用于控制开关K2的开关动作。当所述驱动信号TG2表征第一相功率级电路100b的主开关管M21处于关断状态时(例如驱动信号TG2为低电平)，开关K2关断，压控电流源2121在输出电压Vout的控制下对电容C12充电，从而在节点P2提供第二定时信号V2。

图3示出图1中开关控制电路的结构示意图。如图3所示，开关控制电路220包括比较器221和比较器222。

比较器221将第一定时信号V1和输入电压Vin进行比较，根据比较结果提供第一开关信号Clk1。当第一相功率级电路100a的主开关管关断开始时，驱动信号TG1为低电平，输出电压Vout控制压控电流源2111对电容C11充电，第一定时信号V1的电压上升，当第一定时信号V1的电压上升至输入电压Vin时，比较器221发生翻转，第一相功率级电路100a的主开关管M11关断时间结束。

比较器222将第二定时信号V2和输入电压Vin进行比较，根据比较结果提供第二开关信号Clk2。当第二相功率级电路100b的主开关管M21关断开始时，驱动信号TG2为低电平，输出电压Vout控制压控电流源2121对电容C12充电，第二定时信号V2的电压上升，当第二定时信号V2的电压上升至输入电压Vin时，比较器222发生翻转，第二相功率级电路100b的主开关管M21关断时间结束。

图4示出图1中相位控制电路的结构示意图。如图4所示，相位控制电路230包括延时电路231、鉴频鉴相器232、以及压控电流源233。延时电路231用于按照预设的延迟时间延迟第一开关信号Clk1。鉴频鉴相器232接收第二开关信号Clk2以及延迟的第一开关信号Clk1，对第二开关信号以及延迟的第一开关信号进行鉴频鉴相，并根据所述第二开关信号和延迟的第一开关信号之间的相位差产生反馈控制信号Vc。第二压控电流源233用于根据所述反馈控制信号Vc向第二充放电单元提供调节信号Vs，调节信号Vs用于调节第二充放电单元中的电容C12的充电过程，继而动态调节第二定时信号V2的变化斜率，从而保证第一开关信号Clk1和第二开关信号Clk2之间具有固定的相移。

在另一实施例中，压控电流源233也可根据反馈控制信号Vc向第一充放电单元提供调节信号Vs，调节信号Vs调节第一充放电单元中的电容C11的充电过程，继而达到动态调节第一定时信号V1的变化斜率的目的。

进一步的，鉴频鉴相器232包括触发器2321、触发器2322、复位信号发生器2323、电流源2324、电流源23245、开关K3、开关K4以及补偿网络。

触发器2321和触发器2322例如通过D类触发器实现。延迟的第一开关信号Clk1被提供到触发器2321的时钟输入端，第二开关信号Clk2被提供到触发器2322的时钟输入端。触发器2321和触发器2322的数据输入端D连接至电源电压。

电流源2324和电流源2325串联连接在电源电压和地之间，开关K3和开关K4串联连接在电流源2324和电流源2325之间。电容C22的第一端连接至开关K3和开关K4之间的节点P3，第二端接地。

触发器2321的数据输出端Q连接到开关K4的控制端，触发器2321用于根据延迟的第一开关信号Clk1生成第一控制信号Vc1，控制开关K4的开关动作以提供节点P3至电流源2325的放电路径。触发器2322的数据输出端Q连接到开关K3的控制端，触发器2322用于根据第二开关信号Clk2生成第二控制信号Vc2，控制开关K3的开关动作以提供电流源2324至节点P3的充电路径。

复位信号发生器2323用于根据第一控制信号Vc1和所述第二控制信号Vc2生成所述第一触发器和所述第二触发器的复位信号。进一步的，复位信号发生器2323通过逻辑与门电路实现，与门电路的第一输入端接收第一控制信号Vc1，与门电路的第二输入端接收第二控制信号Vc2，输出端连接至触发器2321和触发器2322的复位端CLR。其中，第一控制信号Vc1和第二控制信号Vc2通过控制所述开关K4和开关K3的开关动作以在所述节点P3生成反馈控制信号Vc。

进一步的，补偿网络包括电阻R1、电容C21以及电容C22，电阻R1和电容C21串联连接在节点P3和地之间，电容C22与电阻R1和电容C21并联连接。

图5示出根据本发明实施例的第一开关信号和第二开关信号的波形示意图。在本实施例中，第一开关信号的频率为：

其中，gm3表示压控电流源2111转移电导，Vout表示输出电压，Vin表示输入电压，C11表示电容C11的参数。

第二开关信号的频率为：

在本实施例中，相位控制电路通过反馈调节关断定时电路中第二充放电路径的充电过程来动态调节第二开关信号的频率，继而保证将第一开关信号Clk1和第二开关信号Clk2具有固定的相移T_delay。进一步的，所述T_delay为延迟电路231中预设的延迟时间。

以上详细说明了自适应关断时间控制方式的多相变换器的实现原理。同理，本发明还可以运用到自适应关断时间的控制模式。

综上所述，本发明实施例的多相变换器包括相位控制电路，相位控制电路根据第一开关信号和第二开关信号的相位差来调节第一开关信号或者第二开关信号的无效电平时间，继而动态调节第一开关信号或者第二开关信号的频率和相位，保证将第一开关信号和第二开关信号具有固定相移，使得变换器的第一相功率级电路和第二相功率级电路在固定的相移下工作，减小输出电压的纹波。进一步的，本发明实施例中相位控制电路对第一开关信号和第二开关信号的调节过程比较平缓，可避免输出电压的较大的波动，有利于提高电路系统的稳定性。

依照本发明的实施例如上文，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。