电流平衡电路及方法

专利名称：电流平衡电路及方法
技术领域：
本发明通常涉及功率变换器，尤其是涉及多相功率变换器。
背景技术：
功率变换器用在各种电子产品中，包括汽车、航空、电信和消费者电子设备。功率 变换器，例如直流到直流(DC-DC)变换器已经在一般由电池供电的便携式电子产品中广泛 使用，这些便携电子产品例如为，膝上型计算机、个人数字助理、呼机、移动电话等。DC-DC变 换器能够从单个电压输送多个电压，而与从变换器流出的负载电流无关，也不依赖于供给 变换器的电源中的任何变化。 一种用在便携式电子应用中的类型的DC-DC变换器是降压变 换器。该变换器也称为切换模式电源，能够将输入电压从一个电压电平转换到较低的电压 电平。降压变换器一般由可配置为多相控制器的控制器控制，该多相控制器具有在不同的 时间切换的多个输出电流通道。在输出电流通道中流动的输出电流被汇总并输送到负载。 该配置的优点是每个通道传导总负载电流的一部分。例如，在4相降压控制器中，每个通道 传导输出电流的25%。这降低了每个输出所消耗的功率。多相降压控制器的缺点是，当电 流不平衡时，其中一个电流通道将比其它电流通道传导更多的电流，这可导致热失效。另一 缺点是，耦合到控制器的动态负载可具有与多相降压变换器的输出之一相同的重复率。在 这种情况下，通道中的电流变得不平衡，从而使变换器遭受热失效。 因此，具有一种在其输出维持平衡电流的多相控制器电路及操作该多相控制器电 路的方法将是有利的。此外，希望该多相控制器电路制造起来是成本和时间有效的。


结合附图理解，从下面的详细描述的阅读中将更好地理解本发明，其中相似的参 考符号表示相似的元件，且其中 图1是根据本发明的实施方式的多相变换器电路的示意图；
图2是图1的多相变换器电路的一部分的示意图；以及
图3是根据本发明的实施方式的多相变换器电路的时序图。
具体实施例方式
图1是根据本发明的实施方式的在半导体基底中制造的多相功率变换器10的结 构图。图2是多相功率变换器10的输出级33的实施方式的结构图。应注意，图1和2将 在一起被描述。在图1中示出的是具有〃 n〃组输入121，122，123，...，1211的脉冲宽度调制 器(P丽)电路12，其中〃 n〃为整数。〃 n〃组输入中的每组输入都包括误差输入12^和振 荡器输入12,应注意，在参考符号中使用字母"A"和"B"来分别区分开误差输入和振荡器 输入。因此，输入12i包括误差输入12^和振荡器输入121B ;输入122包括误差输入1224和 振荡器输入122B ;输入123包括误差输入1234和振荡器输入123B ;以及输入12n包括误差输 入12^和振荡器输入12^。
多相功率变换器10进一步包括具有连接到误差输入121A， 122A， 123A， ...，12^的输出17的误差放大器16和具有多个输出的振荡器18，其中所述多个输出连接到相应的振荡器输入121B， 122B， 123B，. . . ， 12,根据本发明的实施方式，误差放大器16包括连接在负反馈配置中的运算放大器20，在该配置中阻抗22耦合在运算放大器20的输出和其反相输入之间，而阻抗24连接到运算放大器20的反相输入。作为例子，阻抗22包括与串联连接的电阻器28和电容器30并联连接的电容器26，而阻抗24包括电阻器。运算放大器20的非反相输入耦合成接收参考电压电平VKEF1。应理解，误差放大器16的反馈配置不是对本发明的限制，且可使用对本领域技术人员是已知的其它反馈配置来实现。 P丽电路12通过脉冲分配电路60耦合到包括功率级3415 342， 343，. . . ， 34n的输出级33，脉冲分配电路60具有P丽输入62p622，623，. ， 62n、电流排序输入63" 632， 633，. . ，63n和P丽输出64"642，643， ... ，64n。 P丽电路12的输出lU^l^, ... ，14 分别连接到脉冲分配电路60的P丽输入62"622，623， ，62n。具有输入66p662，663， . . ，66 和输出67p672，673， . . . ，67n的电流排序电路65连接到脉冲分配电路60，其中输入66^662，663， . . . ，66n连接到脉冲分配电路60的电流排序输入63p632，633， . . . ，63n。
功率级34n 342， 343，. . . ， 34n包括驱动电路54!， 542， 543，. . . ， 54n，其分别具有用作功率级34n 342， 343， . ， 34n的输入的输入、连接到相应的开关晶体管5715 572， 573， . ， 57n的栅极的高压侧驱动器输出和连接到相应的开关晶体管59p592，593， . . . ，59n的栅极的低压侧驱动器输出。高压侧开关晶体管57p57^573，. . . ，57n的漏极耦合成接收工作电势源例如Vcc，而高压侧开关晶体管5715 572， 573，. . . ， 57n的源极连接到低压侧开关晶体管59" 592，593， . . . ， 59n的相应的漏极。低压侧开关晶体管59" 592， 593， . . . ， 59n的源极耦合成接收工作电势源例如Vss。晶体管57n 572， 573，. . . ， 57n和晶体管5^,592， 593，. . . ， 59n的共同连接的源极和漏极分别连接到相应的能量储存元件56"562，563，. . . ，56n的端子。能量储存元件5615 562， 563，. . . ， 56n的另一端子用作功率级34n 342， 343，. . . ， 34n的输出，并耦合在一起以形成输出节点50。作为例子，能量储存元件56" 562， 563， . . . ， 56n是感应器。
脉冲分配电路60的P丽输出6W43， ，64n分别连接到功率级34" 342，343，. . . ，34n的相应的输入。功率级34p342，343，. . . ， 34n的输出连接到输出节点50。功率级3^342,343，. . . ，3《分别具有电流感测模块35"352，353，. . . ， 35n，其产生与流经能量储存元件56!， 562， 563， ， 56n的电流成比例的反馈电流IFEED1， I
FEED2赁丄FEED3赁 赁丄FEEDn0 反馈电
流信号I腿in， I臓，I誦， ， I,分别通过反馈互连37" 372， 373， ， 37n反馈到P丽电路12，并反馈到电流排序电路65的输入66"662，663，. . . ，66n。可选地，电流感测模块3515352， 353，. . . ，35n可配置成产生作为电压的反馈信号。电流感测模块的电路配置对本领域技术人员是已知的。 负载80耦合在输出节点50和工作电势源例如L之间。输出电容器82与负载80并联连接。输出节点50在反馈配置中连接到误差放大器16的阻抗24。
图3是示出来自振荡器18的信号0SC1， 0SC2， 0SC3和0SC4、来自P丽电路12的被输入到脉冲分配电路60的脉冲宽度调制信号P丽pP丽2，P丽3和P丽p来自脉冲分配电路60的被分配的P丽信号AP丽pAP丽2，AP丽3和AP丽4以及参数例如感应器电流IL56p IL562，IL56s和IL564中的时间关系的时序图100。时序图100是四相功率变换器，即，n = 4的功率变换器的时序图，然而，相的数量不是对本发明的限制。功率变换器10可为两相功率变
5换器(n = 2)、三相功率变换器(n = 3)、四相功率变换器(n = 4)等。应注意，脉冲分配电路60从P丽12接收脉冲宽度调制信号，即，信号P丽p PWM2， P丽3和PWM4，并使用这些信号作为对感应器电流相位的接通和关断信号。换句话说，通过来自P丽电路12的信号P丽pP丽2， P丽3和P丽4、感应器电流IL56" IL562， IL563和IL564的电流电平、以及输出64"642，643， . . . ，644中的一个或多个是否被启动并根据感应器电流相位中的一个或多个感应器电流相位传导输出信号，来启动或禁止电流分配电路60的输出64p64y643，. . . ，644。如果包含来自一个或多个感应器电流IL56" IL562， IL563， . . . ， IL564的信息的输出信号根据一个或多个信号P丽i，P丽2，P丽3和P丽4通过输出6夂，642，643，. . . ，644之一被传输，则感应器相位电流被接通。例如，相位分配电路60可在其输入62工接收相应于感应器电流IL56J勺信号P丽i ;然而，脉冲分配电路60可启动输出644，从而传输与电流11^564相关的输出信号。在这种情况下，信号PWM4的感应器电流相位，或可选地，电流IL564被称为是接通(turned-on)、启动(enabled)、有效(active)或触发(activated)的。改变被启动的输出改变了被传输的输出P丽信号，因此被称作交换(sw即)斜波信号或分配斜波信号。当在输出64p642，643， . . . ，64n处的信号在逻辑低电平时，感应器电流相位被称为关断的或无效的。
如上讨论的，时序图100示出由4相功率变换器的振荡器18产生的三角波形或斜波信号。在图3中示出的是具有范围从电压电平\。SC1到电压电平VH。SC1的振幅的三角波形OSQ、具有范围从电压电平VWSC2到电压电平VH。SC2的振幅的三角波形OSG、具有范围从电压电平VMsra到电压电平VH。SC3的振幅的三角波形OSC3、以及具有范围从电压电平VMSC4到电压电平VH。SM的振幅的三角波形OSC4。三角波形OSQ和0SC2具有相差90度的相角；三角波形0SC2和0SC3具有相差90度的相角；三角波形0SC3和0SC4具有相差90度的相角；以及三角波形0SC4和OSQ具有相差90度的相角。波形OSQ滞后波形0SC290度；波形OSQ滞后波形0SC3180度；波形滞后波形0SC4270度。为了清楚起见，波形OSQ-OSQ被示为分离的曲线。 响应于来自振荡器18的信号OSQ， 0SC2， 0SC3和0SQ、来自误差放大器16的误差信号和来自功率级3415 342， 343和344的反馈信号，P丽电路12在输出14n 142， 143和144分
别产生脉冲宽度调制信号P丽p P丽2， P丽3和P丽4。信号P丽p P丽2， P丽3和P丽4传输到脉
冲分配电路60，并用作如上所述的接通或关断信号。在图3示出的例子中，参考时刻t。-t3描述了接通操作，参考时刻t4和t5描述了接通关断操作，以及参考时刻t6-t9描述了关断
操作。在时刻t。，信号P丽p P丽y P丽3和P丽4已经从P丽电路12分别传输到脉冲分配电
路60的P丽输入62" 622， 623和624。在时刻t。，信号P丽工转变到逻辑高电平，而信号PWM2，P丽3和P丽4保持在逻辑低电平。应注意，逻辑低电平也称为逻辑0电平，而逻辑高电平也称为逻辑l电平。 电流排序电路65在时亥lj t。将电流IL56丄，IL562， IL563和IL564的电流电平彼此进行比较，并将电流电平信息传输到脉冲分配电路60。在时刻t。，电流IL564具有最低的电流电平，电流IL563具有第二最低的电流电平，电流IL5&具有第三最低的电流电平，以及电流IL56工具有最高的电流电平。换句话说，电流IL56工具有最高的电流电平，电流IL562具有第二最高的电流电平，电流IL563具有第三最高的电流电平，以及电流IL564具有最低的电流电平。响应于信号P丽工处在逻辑高电平，脉冲分配电路60确定感应器电流相位中的任何一个是否被接通。如果感应器电流相位中没有一个被接通，则脉冲分配电路60启动输
6出644，这接着将与最低感应器电流电平相关的感应器电流相位传输到脉冲分配电路60的输出644。如果感应器电流相位中的一个或多个感应器电流相位被接通，则脉冲分配电路60启动与被关断的感应器电流相位中的具有最低电平的电流的感应器电流相位相关的输出，即，脉冲分配电路60将被启动的输出交换为与具有最低感应器电流的感应器相关的输出。脉冲分配电路60启动与被关断的感应器电流相位相关的感应器电流的输出。
在本例中，所有的感应器电流相位在时刻t。是关断的，因此脉冲分配电路60启动与其中相关的感应器电流相位被关断的、具有最低电流电平的感应器相关的输出。因此，脉冲分配电路60启动与具有最低电流电平的感应器电流相关的输出，8卩，输出644。响应于信号P丽工接通与信号PWM4相关的感应器电流相位，脉冲分配电路60启动输出644并根据与感应器电流IL564相关的感应器电流相位传导一P丽信号，而不是启动输出并根据与电流IL56工相关的感应器电流相位传导P丽信号，即，不是接通与电流IL56工相关的感应器电流相位。脉冲分配电路60存储指示与感应器电流IL564相关的感应器电流相位被接通的信息。与信号P丽工，PWM2和P丽3相关的感应器电流相位保持关断。 在时刻tp信号PWM2转变到逻辑高电平，因此，信号P丽i保持在逻辑高电平，信号P丽3和PWM4保持在逻辑低电平，且信号P丽2现在处于逻辑高电平。电流排序电路65在时刻^将电流IL56" IL562， IL563和IL564的电流电平彼此进行比较，并将电流电平信息传输到脉冲分配电路60。在时刻tp电流IL564仍然具有最低的电流电平，电流IL563具有第二最低的电流电平，电流IL562具有第三最低的电流电平，以及电流IL56工具有最高的电流电平。换句话说，电流IL56工具有最高的电流电平，电流IL562具有第二最高的电流电平，电流11^563具有第三最高的电流电平，以及电流11^564具有最低的电流电平。响应于信号PW1^处在逻辑高电平，脉冲分配电路60确定感应器电流相位中的任何一个是否被接通，从被关断的感应器电流相位中选择具有最低电流电平的感应器电流，即，与感应器电流IL56i， IL562，IL563相关的感应器电流相位，并启动相应的输出64p64y643和644，以根据与感应器电流相关的感应器电流相位传导一 P丽信号。在本例中，与感应器电流IL564相关的感应器电流相位如上所述已被接通。因此，脉冲分配电路60启动与一感应器电流相位相关的输出，该感应器电流相位是从与感应器电流IL56p IL562和IL563相关的感应器电流相位中选择的。因为感应器电流IL563是最低的感应器电流，且与感应器电流IL563相关的感应器电流相位被关断，因此，相位分配电路60启动输出643。因此，响应于信号P丽2启动输出643，8卩，传导与信号PM3相关的感应器电流相位的输出，脉冲分配电路60将与信号PWM2相关的感应器电流相位交换为与信号PWM3相关的感应器电流相位，即，脉冲分配电路60再次分配从脉冲分配电路64传输的感应器电流相位，这再次分配传输到输出级33的P丽信号。此外，脉冲分配电路60储存指示与感应器电流IL563相关的感应器电流相位被接通且与感应器电流IL564相关的感应器电流相位保持接通的信息。与信号P螞和PWM2相关的感应器电流相位保持关断。 在时刻^，信号P丽3转变到逻辑高电平，因此信号P丽JPP丽J呆持在逻辑高电平，信号PWM4保持在逻辑低电平，且信号PWM3现在处于逻辑高电平。电流排序电路65在时刻t2将电流IL56" IL562， IL563和IL564的电流电平彼此进行比较，并将电流电平信息传输到脉冲分配电路60。电流IL564仍然具有最低的电流电平且电流IL56工仍然具有最高的电流电平，但电流IL562现在具有第二最低的电流电平，而电流IL563现在具有第三最低的电流电平。换句话说，电流IL56工具有最高的电流电平，电流IL563具有第二最高的电流电平，电流IL562具有第三最高的电流电平，以及电流IL564具有最低的电流电平。响应于信号PWM3处在逻辑高电平，脉冲分配电路60再次确定感应器电流相位中的任何一个是否被接通，从被关断的感应器电流相位中，即，从与感应器电流IL56JPIL562相关的感应器电流相位中，选择具有最低电流电平的感应器电流，并启动相应的输出64p6^，643和644，以根据与该感应器电流相关的感应器电流相位传导PWM信号。因为与感应器电流IL563和IL564相关的感应器电流相位被接通，相位分配电路60从与感应器电流IL56i和IL562相关的感应器电流相位中选择感应器电流相位。在这里，感应器电流IL562具有最低感应器电流，因此脉冲分配电路60启动输出642。因此，响应于信号PWM3启动输出642，即，启动根据与信号PWM2相关的感应器电流相位传导P丽信号的输出，脉冲分配电路60将与信号P丽3相关的感应器电流相位交换为与信号PWM2相关的感应器电流相位，即，脉冲分配电路60再次分配从脉冲分配电路64传输的感应器电流相位。此外，脉冲分配电路60储存指示与感应器电流IL562相关的感应器电流相位被接通且与感应器电流IL563和IL564相关的感应器电流相位保持接通的信息。与信号P丽i相关的感应器电流相位保持关断。在时刻^，信号P丽4转变到逻辑高电平，因此信号P丽pP丽2和P丽3保持在逻辑高
电平，且信号PWM4现在也在逻辑高电平。电流排序电路65在时刻t3将电流IL56p IL562，IL563和IL564的电流电平彼此进行比较，并将电流电平信息传输到脉冲分配电路60。在时刻^，电流IL5&现在具有第二最低的电流电平，电流IL563现在具有最高的电流电平，电流IL562现在具有第三最低的电流电平，以及电流IL56工现在具有最低的电流电平。换句话说，电流IL563具有最高的电流电平，电流IL562具有第二最高的电流电平，电流IL564具有第三最高的电流电平，以及电流IL56工具有最低的电流电平。响应于信号PWM4处在逻辑高电平，脉冲分配电路60再次确定感应器电流相位中的任何一个是否被接通，从被关断的感应器电流相位，即，从与感应器电流IL56工相关的感应器电流相位中，选择具有最低电流电平的感应器电流，并启动相应的输出64p6^，643和644，以根据与该感应器电流相关的感应器电流相位传导PWM信号。因为与感应器电流IL562、 IL563和IL564相关的感应器电流相位被接通，相位分配电路60选择与感应器电流IL56工相关的感应器电流相位，因为它是没有被接通的感应器电流相位，即，它被关断。因此脉冲分配电路60启动输出64"响应于信号PWM4启动输出6415即，启动根据与信号P丽i相关的感应器电流相位传导P丽信号的输出，脉冲分配电路60将根据与信号PWM4相关的感应器电流相位的P丽信号交换为根据与信号PW^相关的感应器电流相位的P丽信号，即，脉冲分配电路60再次分配它传输的感应器电流相位。此外，脉冲分配电路60储存指示与感应器电流IL56工相关的感应器电流相位被接通且与感应器电流IL562、 IL56g和比564相关的感应器电流相位保持接通的信息。与信号P丽2， P丽3和P丽4相关的感应器电流相位保持接通。 在时刻t4，信号P丽i转变到逻辑低电平，因此信号PWM2， P丽3和PWM4保持在逻辑高电平，而信号P丽工现在处于逻辑低电平。电流排序电路65在时刻t4将电流IL56p IL562，IL563和IL564的电流电平彼此进行比较，并将电流电平信息传输到脉冲分配电路60。在时刻t4，电流IL56J乃然具有第二最低的电流电平，电流IL563仍然具有最高的电流电平，电流IL5&仍然具有第三最低的电流电平，以及电流IL56J乃然具有最低的电流电平。换句话说，电流IL563具有最高的电流电平，电流IL562具有第二最高的电流电平，电流IL564具有第三最高的电流电平，以及电流IL56工具有最低的电流电平。响应于信号P丽i处在逻辑低 电平，脉冲分配电路60确定感应器电流相位中的任何一个是否被关断。如果感应器电流相 位中没有一个被关断，则脉冲分配电路60启动输出643，其接着根据与最高的感应器电流电 平相关的感应器电流相位将P丽信号传输到脉冲分配电路60的输出643。如果感应器电流 相位中的一个或多个感应器电流相位被关断，则脉冲分配电路60启动一输出，以根据与被 接通的感应器电流相位中具有最高电流电平的电流相关的感应器电流相位来传导P丽，即， 脉冲分配电路60将被启动的输出交换为与具有最高感应器电流的感应器相关的输出。脉 冲分配电路60启动与被接通的感应器电流相位相关的感应器电流的输出。
在本例中，所有的感应器电流相位在时刻t4是接通的，因此脉冲分配电路60启动 与所关联的感应器电流相位被接通的、具有最高电流电平的感应器电流相关的输出。因此， 脉冲分配电路60启动其与具有最高电流电平的感应器电流相关的输出，8卩，输出643。响应 于信号P丽i转变到逻辑低电平并关断与电流IL56工相关的感应器电流相位，脉冲分配电路 60启动根据感应器电流IL56J专导P丽信号的输出644，而不是启动输出并根据与电流 IL56工相关的感应器电流相位传导P丽信号，即，脉冲分配电路60关断与电流IL563相关的 感应器电流相位。脉冲分配电路60存储指示与感应器电流IL563相关的感应器电流相位 被关断的信息。与信号P丽工，PWM2和P丽3相关的感应器电流相位保持接通。
在时刻t5，信号P丽i转变到逻辑高电平，因此信号P丽i， P丽y P丽3和P丽4在逻辑 高电平。电流排序电路65在时刻^将电流IL56"IL562，IL563和IL564的电流电平彼此进 行比较，并将电流电平信息传输到脉冲分配电路60。在时刻t5，电流IL564具有第三最低的 电流电平，电流IL563具有第二最低的电流电平，电流IL5&具有最高的电流电平，以及电流 IL56工仍然具有最低的电流电平。换句话说，电流IL562具有最高的电流电平，电流IL564具 有第二最高的电流电平，电流IL563具有第三最高的电流电平，以及电流IL56工具有最低的 电流电平。响应于信号PW^处在逻辑高电平，脉冲分配电路60再次确定感应器电流相位中 的哪一个被关断，从被关断的感应器电流相位中，即，从与感应器电流IL563相关的感应器 电流相位中，选择具有最低电流电平的感应器电流，并启动相应的输出64p64y643和644， 以根据与该感应器电流相关的感应器电流相位传导PWM信号。因为与感应器电流IL56p IL562和IL564相关的感应器电流相位被接通，相位分配电路60选择与感应器电流IL563相 关的感应器电流相位。在这里，感应器电流IL563是最低感应器电流，因此脉冲分配电路60 启动输出643。响应于信号P丽工启动输出643，即，启动根据与信号P丽3相关的感应器电流 相位传导P丽信号的输出，脉冲分配电路60将根据与信号PW^相关的感应器电流相位的 P丽信号交换为根据与信号P丽3相关的感应器电流相位的P丽信号，即，脉冲分配电路60 根据被关断的感应器电流相位中与具有最低电流电平的电流相关的感应器电流相位而再 次分配P丽信号。此外，脉冲分配电路60储存指示与感应器电流IL563相关的感应器电流 相位被接通且与感应器电流IL56p IL562和IL564相关的感应器电流相位保持接通的信息。 与信号P丽p P丽y P丽3和P丽4相关的感应器电流相位保持接通。 在时刻t6，信号PWM2转变到逻辑低电平，因此信号P丽p P丽3和PWM4保持在逻辑高 电平，且信号P丽2现在处于逻辑低电平。电流排序电路65在时刻te将电流IL56p IL562， IL563和IL564的电流电平彼此进行比较，并将电流电平信息传输到脉冲分配电路60。在 时刻t6，电流IL564仍然具有第三最低的电流电平，电流IL563仍然具有第二最低的电流电平，电流IL562仍然具有最高的电流电平，以及电流IL56工仍然具有最低的电流电平。换句话说，电流IL562具有最高的电流电平，电流IL564具有第二最高的电流电平，电流IL563具有第三最高的电流电平，以及电流IL56工具有最低的电流电平。响应于信号PWM2处在逻辑低电平，脉冲分配电路60确定感应器电流相位中的任何一个是否被关断。如果感应器电流相位中没有一个被关断，则脉冲分配电路60启动输出642，其接着将与最高感应器电流电平相关的感应器电流相位传输到脉冲分配电路60的输出642。如果感应器电流相位中的一个或多个感应器电流相位被关断，则脉冲分配电路60启动被接通的感应器电流相位中的、与具有最高电流电平的电流相关的感应器电流相位的输出，即，脉冲分配电路60交换被启动的输出，以传导与具有最高感应器电流的感应器相关的P丽信号。脉冲分配电路60启动与被接通的感应器电流相位相关的感应器电流的输出。 在本例中，所有的感应器电流相位在时刻t6是接通的，因此脉冲分配电路60启动与具有最高电流电平的、所关联的感应器电流相位被接通的感应器电流相关的输出。因此，脉冲分配电路60启动其与具有最高电流电平的感应器电流相关的输出，S卩，输出642，以根据被接通的感应器电流相位中与具有最高电流电平的电流相关的感应器电流相位传导P丽信号。响应于信号PWM2转变到逻辑低电平并关断与电流IL562相关的感应器电流相位，脉冲分配电路60启动传导感应器电流IL562的输出642。脉冲分配电路60存储指示与感应器电流IL562相关的感应器电流相位被关断的信息。与信号P丽"P丽3和PWM4相关的感应器电流相位保持接通。 在时刻^，信号P丽3转变到逻辑低电平，因此信号P丽JPP丽4保持在逻辑高电平，且信号PWM2和PWM3在逻辑低电平。电流排序电路65在时刻t7将电流IL56" IL562， IL563和IL564的电流电平彼此进行比较，并将电流电平信息传输到脉冲分配电路60。在时刻t7，电流IL564现在具有最高的电流电平，电流IL563仍然具有第三最低的电流电平，电流IL5^现在具有最低的电流电平，以及电流IL56工现在具有第二最低的电流电平。换句话说，电流IL564具有最高的电流电平，电流IL563具有第二最高的电流电平，电流IL56工具有第三最高的电流电平，以及电流IL562具有最低的电流电平。响应于信号P丽3处在逻辑低电平，脉冲分配电路60确定感应器电流相位中的任何一个是否被关断。如果感应器电流相位中没有一个被关断，则脉冲分配电路60启动输出644，其接着根据与最高感应器电流电平相关的感应器电流相位将P丽信号传输到脉冲分配电路60的输出644。如果感应器电流相位中的一个或多个感应器电流相位被关断，则脉冲分配电路60启动一输出，以根据被接通的感应器电流相位中与具有最高电流电平的电流相关的感应器电流相位传输P丽信号，即，脉冲分配电路60将被启动的输出交换为与最高感应器电流相关的感应器电流相位所相关的输出。脉冲分配电路60启动与被接通的感应器电流相位相关的感应器电流的输出。
在本例中，与感应器电流IL56p IL563和IL564相关的感应器电流相位是被接通的。因此，脉冲分配电路60从与感应器电流IL56" IL563和IL564相关的感应器电流相位中选择感应器电流相位。因为感应器电流IL564具有最高的电流电平，因此，脉冲分配电路60响应于信号P丽3转变到逻辑低电平而启动输出644。因此，脉冲分配电路60启动相应的输出64p642，643和644，以根据与具有最高电流电平的感应器电流，S卩，感应器电流IL564相关的感应器电流相位传导P丽信号，而不是启动输出643以根据与感应器电流IL563相关的感应器电流相位传导P丽信号，即，脉冲分配电路60关断与感应器电流IL564相关的感应
10器电流相位。脉冲分配电路60存储指示与感应器电流IL564相关的感应器电流相位被关断的信息。与信号P丽i和P丽3相关的感应器电流相位保持接通。 在时刻t8，信号PWM4转变到逻辑低电平，因此信号PW^保持在逻辑高电平，且信号P丽2、P丽3和P丽4在逻辑低电平。电流排序电路65在时刻t8将电流IL56p IL562， IL563和IL564的电流电平彼此进行比较，并将电流电平信息传输到脉冲分配电路60。在时刻t8，电流IL564现在具有第二最低的电流电平，电流IL563具有最高的电流电平，电流IL562具有最低的电流电平，以及电流IL56工具有第三最低的电流电平。换句话说，电流IL563具有最高的电流电平，电流IL56工具有第二最高的电流电平，电流IL5^具有第三最高的电流电平，以及电流IL562具有最低的电流电平。响应于信号PWM4处在逻辑低电平，脉冲分配电路60确定感应器电流相位中的任何一个是否被关断。如果感应器电流相位中没有一个被关断，则脉冲分配电路60启动其输出643，以根据与最高感应器电流电平相关的感应器电流相位传导P丽信号。如果感应器电流相位中的一个或多个感应器电流相位被关断，则脉冲分配电路60启动一输出，以根据被接通的感应器电流相位中与具有最高电流电平的电流相关的感应器电流相位传输P丽信号，即，脉冲分配电路60将被启动的输出交换为与一 P丽信号相关的输出，该P丽信号与被接通的感应器电流相位中具有最高感应器电流相关的感应器电流相位一致。脉冲分配电路60启动与被接通的感应器电流相位相关的感应器电流的输出。 在本例中，与感应器电流IL56i和IL563相关的感应器电流相位是接通的。因此，脉冲分配电路60从与感应器电流IL56i和IL563相关的感应器电流相位中选择感应器电流相位。因为感应器电流IL563具有最高的电流电平，因此，脉冲分配电路60响应于信号P丽4转变到逻辑低电平而启动相应的输出64p6^，643和644来传导一 P丽信号。因此，脉冲分配电路60启动输出643，以根据与具有最高电流电平的感应器电流相关的感应器电流相位传导P丽信号，即，脉冲分配电路60关断与电流IL563相关的感应器电流相位。脉冲分配电路60存储指示与感应器电流IL563相关的感应器电流相位被关断的信息。与信号PW^相关的感应器电流相位保持接通。 在时刻tg，信号P丽i转变到逻辑低电平，因此信号P丽i， P丽y P丽3和P丽4在逻辑低电平。电流排序电路65在时亥lj t9将电流IL56" IL562， IL563和IL564的电流电平彼此进行比较，并将电流电平信息传输到脉冲分配电路60。在时刻t9，电流IL564具有第二最低的电流电平，电流IL563具有第三最低的电流电平，电流IL5&具有最低的电流电平，以及电流IL56工仍然具有最高的电流电平。换句话说，电流IL56工具有最高的电流电平，电流IL563具有第二最高的电流电平，电流IL564具有第三最高的电流电平，以及电流IL562具有最低的电流电平。响应于信号P丽工处在逻辑低电平，脉冲分配电路60确定感应器电流相位中的任何一个是否被关断。如果感应器电流相位中没有一个被关断，则脉冲分配电路60启动其输出64"以根据与最高感应器电流电平相关的感应器电流相位传导P丽信号。如果感应器电流相位中的一个或多个感应器电流相位被关断，则脉冲分配电路60启动一输出，以根据被接通的感应器电流相位中与具有最高电流电平的电流相关的感应器电流相位传输P丽信号，即，脉冲分配电路60将被启动的输出交换为与一P丽信号相关的输出，该P丽信号是与被接通的感应器电流相位中与最高感应器电流相关的感应器电流相位一致。
在本例中，与感应器电流IL56工相关的感应器电流相位是被接通的。因此，脉冲分
11配电路60从与感应器电流IL56工相关的感应器电流相位中选择感应器电流相位。因为感 应器电流IL56工具有最高的电流电平，脉冲分配电路60响应于信号P丽工转变到逻辑低电平 而启动输出64"以根据与感应器电流IL56工相关的感应器电流相位传输P丽信号，即，脉冲 分配电路60关断与电流IL56工相关的感应器电流相位。脉冲分配电路60存储指示与感应 器电流IL56i相关的感应器电流相位被关断的信息。与信号P丽pP丽2，P丽3和PWM4相关的 感应器电流相位被关断。换句话说，与感应器电流IL56p IL562， IL563和IL564相关的感应 器电流相位被关断。 图3进一步示出根据本发明的实施方式交换感应器电流相位减小了最高和最低 感应器电流电平之间的差。更具体地，图3将被交换的感应器电流IL56p IL562， IL563和 IL564显示为实线，而将没有被交换的电流ILW56p ILW562， ILW563和ILW564显示为虚线。被 交换的最低和最高电流之间的差由参考符号△ Ls标识，而没有被交换的最低和最高电流之 间的差由参考符号AL,标识。电流差ALs小于电流差AL,，说明根据本发明的实施方式操 作的多相功率模块平衡了电流。本发明的实施方式的另一优点是电流和功率的守恒。
到现在为止，应认识到，提供了多相功率变换器和用于平衡多相功率变换器中的 多个电流的方法。根据本发明的实施方式，通过根据对感应器电流的相位的比较分配接通 和关断信号来实现电流平衡。通过分配接通和关断信号，传送到输出的总占空比不受影响， 且可在动态加载期间维持电流共享平衡。优选地，将接通信号分配到关断相位中的最低感 应器电流相位，且将关断信号分配到接通相位中的最高感应器电流相位。根据本发明的实 施方式的优点是，当输出信号的占空比不交叠时，接通信号控制电流共享；当占空比交叠 时，接通和关断信号控制电流共享；以及当占空比在大部分时间交叠时，关断信号控制电流 共享。将接通信号分配到最低感应器电流相位，导致较大的占空比被分配到最低感应器电 流相位，而将关断信号分配到最高感应器电流相位，导致较小的占空比被分配到最高感应 器电流相位。这导致可在动态加载期间逐循环地快速平衡感应器电流的多相系统。
此外，本发明的实施方式包括用于平衡多相功率变换器中的电流的方法，该多相 功率变换器使用多个电流共享回路，其中所述多个电流共享回路中的第一电流共享回路在 低频或DC处是准确的，而所述多个电流共享回路中的第二电流共享回路在负载工作在高 频处，即，在大于第一电流共享回路的回路带宽的频率处的条件下是准确的。优选地，第一 电流共享回路使用电流的平均值来平衡电流，而第二电流回路使用瞬时电流来平衡电流。 第一电流共享回路，也称为传统电流共享回路，能够处理在其回路带宽之下或之内的频率。 因为传统电流共享回路使用平均电流来实现电流平衡，且电流在DC处实质上相等地分布， 因此，实质上在电流中没有误差。第二电流共享回路，也称为开关电流共享回路，是非线性 的，当存在脉冲或开关情况时调节电流，能够处理比可由传统电流共享回路处理的频率高 的频率，并且非常快。开关电流回路使用脉冲分配方法，因而在单个开关周期内可能有误 差。包括多个电流共享回路的优点是，传统电流共享电流回路在其电流共享回路带宽内的 频率处是准确的，而脉冲分配或开关电流回路在大于传统电流共享电流回路的电流共享回 路带宽的频率处是准确的。因此，使用多个电流共享回路，增加了在较大的频率范围内的电 流共享的准确性。根据本发明的实施方式，传统电流共享回路可包括通过误差放大器16耦 合到P丽电路12的输出节点50，而开关电流共享回路可包括功率级34"...， 34n、电流排序 电路65和脉冲分配电路60。
虽然在这里公开了某些优选实施方式和方法，从前述公开中对本领域技术人员很明显，可对这样的实施方式和方法进行变形和更改，而不偏离本发明的实质和范围。意图是本发明应仅被限制到所附权利要求以及可适用法律的规则和法则所要求的程度。
权利要求
一种用于在具有多个输出的多相功率变换器中平衡多个电流的方法，包括如下步骤提供多个电流，其中，所述多个电流中的每个电流具有相关的相位；确定与所述多个电流中的一个或更多个电流相关的相位是有效的还是无效的；确定所述多个电流的电流电平；以及触发与具有最低电流电平或最高电流电平之一的电流相关的相位。
2. 如权利要求1所述的方法，其中确定与所述多个电流中的一个或更多个电流相关的 相位是否是有效的所述步骤包括确定与所述多个电流中的所述一个或更多个电流相关的 每个相位是无效的。
3. 如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤通过确定所述多个电流中的哪个电流 具有最低电流电平来确定所述多个电流的电流电平，并进一步包括步骤触发所述多个电 流中的具有最低电流电平的电流的相位。
4. 如权利要求3所述的方法，其中确定所述多个电流的电流电平的所述步骤包括确 定所述多个电流中具有无效的相关相位、具有最低电流电平的第一电流，以及触发所述第 一电流的相位。
5. 如权利要求4所述的方法，其中确定所述多个电流的电流电平的所述步骤包括确 定所述多个电流中具有无效的相关相位、具有最低电流电平的第二电流，以及触发所述第 二电流的相位。
6. —种用于在多相功率变换器中平衡电流的方法，包括如下步骤提供具有脉冲分配电路的所述多相功率变换器，所述脉冲分配电路接收一个或更多个 脉冲宽度调制信号，其中所述脉冲分配电路具有一个或更多个输出；以及将所述一个或更多个脉冲宽度调制信号中的第一脉冲宽度调制信号分配到所述脉冲 分配电路的所述一个或更多个输出中的第一输出，其中所述第一脉冲宽度调制信号与第一 参数相关。
7. 如权利要求6所述的方法，进一步包括步骤提供所述一个或更多个脉冲宽度调制信号的第二脉冲宽度调制信号，其中所述第二脉冲宽度调制信号与第二参数相关；比较所述第一参数与所述第二参数；以及如果所述第一参数小于所述第二参数，则将所述第一脉冲宽度调制信号分配到所述第 一输出。
8. —种用于在多相功率变换器中平衡电流的方法，包括通过使用多个电流共享回路来 在所述多相功率变换器中平衡电流，所述多个电流共享回路中的第一电流共享回路用于以 小于其电流共享回路带宽的频率操作，而所述多个电流共享回路中的第二电流共享回路用 于以大于所述第一电流共享回路的所述电流共享回路带宽的频率操作。
9. 如权利要求8所述的方法，其中所述第二电流共享回路包括具有接收一个或更多个脉冲宽度调制信号的脉冲分配电 路的所述多相功率变换器，且其中所述脉冲分配电路具有一个或更多个输出；且所述方法 进一步包括将所述一个或更多个脉冲宽度调制信号中的第一脉冲宽度调制信号分配到所述脉冲分配电路的所述一个或更多个输出中的第一输出，其中所述第一脉冲宽度调制信号与第 电流的第一电流电平相关。
10. —种多相功率变换器，包括脉冲宽度调制器，其具有至少一个输入和至少一个输出；以及脉冲分配电路，其具有至少一个输入和至少一个输出，其中所述脉冲分配电路的第 输入耦合到所述脉冲宽度调制器的第一输出。
全文摘要
本发明涉及电流平衡电路及方法。一种多相功率变换器以及用于在该多相功率变换器中平衡多个电流的方法。该多相功率变换器具有脉冲宽度调制电路、电流排序电路和多个电流，其中所述多个电流的每个电流具有相关的相位。所述变换器确定与多个电流中的一个或多个电流相关的相位，且确定与所述多个电流的一个或多个电流相关的相位是否是有效的。确定所述多个电流的电流电平，且触发与具有最低电流电平或最高电流电平之一的电流相关的相位。
文档编号H02M3/04GK101741238SQ200910207698
公开日2010年6月16日 申请日期2009年10月29日 优先权日2008年11月5日
发明者K·李 申请人:半导体元件工业有限责任公司