一种应用于恒定导通时间控制的多相交错电路

技术领域

本发明属于开关电源领域，尤其涉及一种应用于恒定导通时间控制的多相交错电路。

背景技术

随着5G和人工智能应用的爆发，需要更强的网络芯片交换处理能力，需要CPU和AI芯片更强大的运算力，这势必会导致芯片功耗和电流成倍的上升。采用先进工艺制造的多核处理器要求更低的电源电压和更低的电压纹波。低电压大电流达1V/1000A级供电将成为常态。现在电压调节模块(Voltage Regulator Module，VRM)面临负载部件的强大挑战，正朝着以下几个方面发展：输出电压越来越低，电流越来越大；输出电流瞬态变化率更大，电流瞬态变化率是指VRM输出电流由休眠状态供应小电流到工作状态供应大电流的电流变化率；高频化、高功率密度化，单板布局密度迅速提升，ICT产品单板设计对减小单板电源面积和滤波面积有强烈需求；高可靠性。

目前，电压调节模块广泛采用电流模式恒定导通时间(CMCOT)控制，以实现更高的轻载效率、更高的带宽和更简单的补偿网络。这种基于纹波的CMCOT控制的一个问题是导通时间恒定限制了负载变化时的瞬态响应。在轻载切重载的瞬间，电感器电流增量受到每个周期的开启时间(T

对于多相CMCOT控制，若每相变换器的开关频率为fs，N相交错的实现方法是对频率为N×fs的开启信号V

发明内容

本发明目的在于提供一种应用于恒定导通时间控制的多相交错电路,以解决传统的多相交错方法需要通过倍频的方式实现相位交错，增加了计算频率和算法的复杂性的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一种应用于恒定导通时间控制的多相交错电路，包括：功率级模块、电流和电压采样模块、锯齿波电压(V

所述功率级模块一共有N相buck变换器，属于DC-DC变换器，将直流(DC)输入电压Vin变换成更满足要求的直流输出电压Vo，每相Buck变换器通过驱动器控制上开关管MOS1和下开关管MOS2的导通和关断时间来控制输出电压，采用的控制方式为N相的恒定导通时间控制，是一种非线性控制策略；

所述电流和电压采样模块由利用模数转换器ADC和外围采样电路构成，模数转换器ADC和外围采样电路采样功率级模块的输出电压和每相的电感电流，进而将平均电流I

所述锯齿波电压(V

所述阈值分配模块根据单相反向充电恒定导通时间计算出的电容充电的阈值电压V

所述V

进一步的，所述阈值分配模块中电容C在0～T时间内充电，电容两端电压的基本公式为

进一步的，第一相的V

本发明的一种应用于恒定导通时间控制的多相交错电路具有以下优点：

1.本发明所采用的反向充电恒定导通时间控制的多相交错实现方法，以BUCK变换器作为典型应用，具体方案是阈值分配模块根据单相反向充电恒定导通时间计算出的电容充电的阈值电压V

2.本发明所采用的反向充电恒定导通时间多相交错方案，阈值分配模块根据单相反向充电恒定导通时间计算出的电容充电的阈值电压V

3.本发明所提出的反向充电恒定导通时间多相交错方案，利用电容充电的阈值电压，来产生多个相位，不仅适用于反向充电恒定导通时间控制，还适用于任何需要电容充电积分的COT控制，具有高度的灵活性。

附图说明

图1为本发明的本发明N相反向充电恒定导通时间(Inverse Charge ConstantOn-Time，IQCOT)控制多相交错系统框图；

图2为本发明的阈值分配模块的电路结构图；

图3(a)为在3相IQCOT控制中未采用本发明的多相交错算法的原理图；

图3(b)为在3相IQCOT控制中采用本发明的多相交错算法的原理图；

图4是本发明在8相BUCK变换器中应用的simplis仿真波形图。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种应用于恒定导通时间控制的多相交错电路做进一步详细的描述。

图1为本发明反向充电恒定导通时间(Inverse Charge Constant On-Time，IQCOT)控制的多相交错电路在Buck变换器中应用的系统结构框图，分为5个模块：功率级模块，电流和电压采样模块，锯齿波电压(V

所述功率级模块一共有N相buck变换器，属于DC-DC变换器，将直流DC输入电压Vin变换成更满足要求的直流输出电压Vo，每相Buck变换器通过驱动器控制上开关管MOS1和下开关管MOS2的导通和关断时间来控制输出电压，每相滤波电感均为70nH，Co为理想滤波电容，ESR为滤波电容的串联等效电阻。

电流和电压采样模块利用模数转换器ADC和外围采样电路采样输出电压和每相电感电流，进而将平均电流I

输出电压误差信号V

所述V

在V

图2为阈值分配模块的电路结构图，电容C在0～T时间内充电，电容两端电压的基本公式为

图3为是否采用本专利的多相交错算法情况下，3相IQCOT控制下的V

图4是8相IQCOT控制Simplis仿真波形图，展示了8个T

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。