[發明專利]具有穩健電流感測及共享放大器的多相切換電力供應器

有效

• 申請號: 201710248147.6
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN107302310B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 嚴穎怡;亦定·谷
• 申請（專利權）人: 凌力爾特公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/44;H02M1/14;G01R19/00
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 王田

本發明涉及一種具有穩健電流感測及共享放大器的多相切換電力供應器。在多相電流模式受控切換電力供應器中，感測通過各種相位中的電感器的電流以確定何時關斷切換晶體管。感測斜變紋波電流的AC電流反饋路徑與感測較低頻率平均電流的DC電流路徑分離。共享差分放大器使其輸入多路復用以僅從所有所述相位接收DC分量信號。所述放大器的增益經設定以使得DC感測信號與AC感測信號具有適當比例。針對每一相位，使用第二多路復用器取樣且保持所述放大器的輸出。所述AC感測信號及所述經放大DC感測信號針對每一相位由求和電路進行組合。針對每一相位將復合感測信號施加到比較器以控制相關聯開關的工作循環。

相關申請案的交叉參考

本申請案主張來自2016年4月15日申請的序列號為62/323,490的美國臨時申請案的優先權。

技術領域

本發明涉及DC/DC轉換器，且特定來說，涉及多相電流模式切換轉換器。

背景技術

多相切換電力供應器是眾所周知的，且被頻繁用于高電力應用中。圖1說明兩相電力供應器。在此多相電力供應器中，多個獨立受控切換電力供應器經并聯連接以驅動表示為電阻器RL、耦合到經調節輸出電壓Vo的負載。通常，將控制器10實施為集成電路，且電感器L1及L2以及輸出電容器Co處于外部。切換晶體管Q1到Q4可取決于電力要求而處于內部或外部。

時鐘在循環的不同相位期間通過在其相關聯相位的開始處接通頂部晶體管Q1或Q3而設定每一電力供應器。以此方式，由每一相位傳導的電流僅是一小部分負載電流，且輸出電壓紋波減少。此舉降低濾波要求、減少開關中的RMS電力耗散、減少熱點、使得能夠更快速地響應負載變化且緩和對印刷電路板上及集成電路中的跡線的要求。理想情況下，在穩態條件下由諸個相位提供的電流相同。

電流模式切換電力供應器通常用于多相切換電力供應器中，且需要非常準確的電流感測器以反饋瞬時電感器電流以調節通過相位中的各種電感器的峰值電流?；旧希斝弊冸姼衅麟娏骺缭介撝惦妷簳r，切換晶體管在時鐘循環的剩余部分內關斷。對于每一相位，電流感測應相同，以保證負載電流跨越所有相位均勻平衡。圖1展示針對相位中的每一者的電流反饋信號Ifb1及Ifb2，且展示輸出電壓反饋信號Vfb。輸出電壓反饋信號Vfb可為經劃分電壓。

用于檢測每一相位中的電感器電流的一種技術是插入與電感器串聯的低值感測電阻器(例如，小于0.1歐姆)并測量跨越電阻器的電壓降落。電壓降落包含歸因于斜變電感器電流的DC分量的相對較大降落及歸因于斜變電感器電流的AC紋波分量的小得多的降落。因為每一相位中的電阻器具有非常低的值，所以存在不良信噪比。信噪比問題是歸因于在電阻器傳導高DC電流及切換噪聲的同時跨越感測電阻器的相對較小紋波電壓(AC)降落。此外，電阻器中的損耗浪費電力。

替代使用單獨串聯電阻器，可通過感測跨越電感器(因為電感器具有稱為DCR的DC繞組電阻)的電壓或感測跨越同步整流器開關(當其接通時)的電壓而“無損地”測量電流。此技術被認為是無損的，這是因為其依賴于轉換器拓撲中固有的電阻損耗。

有效地感測電流的另一方式是使用電阻器-電容器網絡仿真跨越電感器的電感器電流，其中RC網絡的時間常數與電感器DCR時間常數相同，使得RC＝L/DCR。因此，跨越電容器的斜變電壓將跟蹤通過電感器的斜變電流。然而，如果DCR非常低，那么將存在切換噪聲問題及信噪比問題。此將導致脈沖寬度調制(PWM)相位抖動、電流不平衡及其它問題。

第8,823,352號美國專利揭示用于單相電力供應器的各種電流感測技術，但未解決多相電力供應器的電流感測。'352專利揭示一種技術，其用于分離出電感器電流的AC與DC分量以有效地獨立放大AC分量，且接著，適當放大DC分量以與AC分量具有適當比例。然而，此技術在應用于多相電力供應器時是有問題的，這是因為每一相位將需要具有完全相同增益的單獨放大器以類似地放大其相關聯DC分量，且難以針對相位中的每一者形成相同放大器。提供單獨放大器還增大系統的成本及大小。