跨电感多相功率转换器及控制的制作方法

1.本公开的各实施例涉及跨电感多相功率转换器及控制。


背景技术：

2.存在多种类型的开关功率转换器。例如，一种类型的常规开关功率转换器是降压转换器。一般来说，为了将输出电压维持在所需范围内，与降压转换器相关联的控制器将所生成的输出电压的幅值与设定点参考电压进行比较。基于相应的误差电压，控制器修改相应的、与激活降压转换器中的高侧开关电路装置或低侧开关电路装置相关联的开关频率和/或脉冲宽度调制。
3.另一种类型的功率转换器是所谓的跨电感器电压调节器(tlvr)。通常，tlvr包括多个功率转换器相，每个功率转换器相包括多绕组变压器。每个功率转换器相的第一绕组(诸如降压转换器配置)串联连接，从而在多个相之间提供耦合。每个相的第二绕组有助于产生对负载供电的相应的输出电压。


技术实现要素：

4.清洁能量(或绿色技术)的实现对于减少我们作为人类对环境的影响是非常重要的。通常，清洁能量包括任何演进方法和材料，以降低对环境的能量消耗的整体毒性。
5.本公开包括观察到，诸如从绿色能量源或非绿色能量源接收的原始能量通常在其可以被用于对诸如服务器、计算机、移动通信设备等的终端设备进行供电之前，需要被转换为适当的形式(诸如期望的ac电压、dc电压等)。不管能量是从绿色能量源还是非绿色能量源接收的，希望最有效地使用由这样的系统提供的原始能量以减少我们对环境的影响。本公开有助于通过更有效的能量转换来减少我们的碳排放(carbon footprint)(和绿色能量)。
6.本文的实施例包括实现对负载供电的电源的新颖方式。
7.更具体地，本文的实施例包括装置和/或系统，该装置和/或系统包括控制器。控制器被操作为控制相应的电压调节器中的多个功率转换器相的操作。多个功率转换器相并联耦合以将输入电压转换成输出电压。多个功率转换器相中的每个功率转换器相包括多个变压器绕组。控制器还被操作为控制通过连接多个功率转换器相的多个绕组的串联电路路径的电流的流动。
8.如本文所述的控制通过串联电路路径的电流的流动使得控制器能够以多个不同的操作模式操作功率转换器相。
9.例如，在一个实施例中，控制器通过串联电路路径防止或减少电流的量，以将多个绕组与对应的多个功率转换器相的有效连接彼此去耦。换句话说，在串联电路路径中提供开路使得功率转换器相能够彼此独立地操作。
10.控制器可以被配置为响应于检测到的过电流状况或低电流消耗状况以降低的电流模式操作，其中多个功率转换器相共同地向负载提供低电流输出。因此，高电流消耗条件
或低电流消耗条件可以被配置成使控制器向串联电路路径提供开路条件。
11.附加地或备选地，控制器控制(调整)通过串联电路路径的电流的流动，以调整参数，诸如电源的控制环路带宽和对应的多个功率转换器相。
12.如本文所述的控制通过串联电路路径的电流的流动可以以多种不同的方式实现。例如，在一个实施例中，控制器控制与串联电路路径串联设置的一个或多个电阻性部件的幅值。在一个实施例中，控制器监测通过连接多个绕组的串联电路路径的电流的幅值或由输出电压供应的电流的幅值；控制器基于所监测的电流的幅值来控制通过串联电路路径的电流的流动。
13.在另外的示例实施例中，控制器响应于检测到通过串联电路路径的所监测电流的幅值或从一个或多个功率转换器相被提供给负载的输出电流大于阈值，减少通过连接多个功率转换器相的串联电路路径的电流的流动。
14.根据另外的实施例，对应的相的绕组是串联连接的多个功率转换器相的第一绕组。多个功率转换器相中的每个功率转换器相包括第一绕组和第二绕组。在这样的实施例中，多个功率转换器相的第二绕组中的每个第二绕组基于来自控制器的控制信号产生输出电流，该输出电流有助于对负载提供功率的输出电压的生成。
15.多个功率转换器相的绕组可以以任何合适的方式实现。在一个实施例中，多个功率转换器相中的每个功率转换器相中的绕组是变压器绕组。控制器经由开关电路装置来控制通过串联电路路径的电流，开关电路装置与连接多个变压器绕组的串联电路路径串联设置。将开关电路设置为开路状态将多个功率转换器相相对于彼此的连通性去耦，因此它们独立地操作。
16.如先前所讨论的，本文的其他实施例包括经由控制器改变包括多个功率转换器相的相应的电源的控制环路带宽。在一个实施例中，控制通过串联电路路径的电流的流动包括控制与串联电路路径串联设置的电阻性部件；电阻性部件的设置控制通过串联电路路径的电流的幅值。在这种情况下，控制环路带宽与电阻性部件的幅值成反比。例如，电阻性部件的幅值的减小使功率转换器相的控制环路带宽的幅值增加；电阻性部件的幅值的增加使功率转换器相的控制环路带宽的幅值减小。
17.本文中的另外的实施例包括响应于由输出电压供应以对负载供电的电流的幅值低于阈值的条件，经由控制器减小通过多个绕组的串联电路路径的电流的流动。如先前所讨论的，控制器可以被配置为以这样的模式操作，以操作比所有功率转换器相少的功率转换器相以产生输出电压，因为不需要所有功率转换器相来产生小电流。
18.在一个实施例中，控制器在pid控制器中实现第一pid(比例-积分-微分)设置，该pid控制器控制多个功率转换器相中的第一功率转换器相，而在第一模式中，控制器在减少通过连接多个绕组的串联电路路径的电流流动之前，操作多个功率转换器相中的多于两个功率转换器相以产生输出电压。控制器在减小通过连接多个绕组的串联电路路径的电流的流动之后在第一功率转换器相的pid控制器中实现第二pid(比例-积分-微分)设置。换句话说，控制器在仅激活单个功率转换器相时，将第二pid设置应用于第一功率转换器相的控制，以产生输出电压，而不是当所有功率转换器相同时以正常模式被激活时将第一pid设置应用于第一功率转换器相。
19.因此，多个功率转换器相可以被配置为在lc环路(第一环路)中包括一个或多个串
联开关(诸如mosfet)以禁用多相tlvr拓扑中的电流耦合绕组(电感器)，以实现更高的光负载效率和更稳健的过电流故障响应。附加地或备选地，串联开关可以与并联电阻器或rl(电阻器-电感器)网络组合以调制电源的相应环路带宽。附加地或备选地，控制器实现另一控制环路以操作单独的功率转换器相中的每个功率转换器相。
20.下面更详细地公开了这些和其它更具体的实施例。
21.注意，尽管本文所讨论的实施例适用于功率转换器，但是本文所公开的概念可以有利地应用于任何其他合适的拓扑以及一般的电源控制应用。
22.注意，如本文所讨论的任何资源可以包括一个或多个计算机化设备、控制器、移动通信设备、服务器、基站、无线通信装置、通信管理系统、工作站、用户装置、手持或膝上型计算机等，以执行和/或支持本文公开的任何或所有方法操作。换句话说，一个或多个计算机化设备或处理器可以被编程和/或配置为如本文所解释的那样操作，以执行如本文所述的不同实施例。
23.本文的其他实施例包括软件程序以执行上面概述并在下面详细公开的步骤和操作。一个这样的实施例包括计算机程序产品，该计算机程序产品包括非暂态计算机可读存储介质(即，任何计算机可读硬件存储介质)，软件指令在该非暂态计算机可读存储介质上被编码以用于后续执行。指令当在具有处理器、程序的计算机化设备(硬件)中执行时使处理器(硬件)执行本文公开的操作。此类布置通常被提供为在非暂态计算机可读存储介质(诸如光学介质(例如，cd-rom)、软盘、硬盘、记忆棒、存储器设备等)上布置或编码的软件、代码、指令和/或其他数据(例如，数据结构)，或诸如在一个或多个rom、ram、prom等中的固件的其他介质，或作为专用集成电路(asic)等。软件或固件或其它此类配置可以被安装到计算机化设备上以使得计算机化设备执行本文中所阐释的技术。
24.因此，本文的实施例涉及支持如本文所讨论的操作的方法、系统、计算机程序产品等。
25.本文的一个实施例包括其上存储有指令的计算机可读存储介质和/或系统。该指令在由计算机处理器硬件执行时，使得计算机处理器硬件(诸如一个或多个协同定位的或不同地定位的处理器设备)：控制电压调节器(电源)中的多个功率转换器相的操作，多个功率转换器相并联耦合以将输入电压转换成输出电压；以及控制通过连接多个功率转换器相的多个绕组的串联电路路径的电流的流动。
26.为清楚起见，已经添加了上述步骤的排序。注意，如本文所讨论的任何处理操作可以以任何合适的顺序执行。
27.本公开的其他实施例包括软件程序和/或相应的硬件，以执行上文概述并在下面详细公开的方法实施例步骤和操作中的任一个。
28.应当理解，本文所讨论的系统、方法、装置、计算机可读存储介质上的指令等还可以严格地体现为软件程序，固件，作为软件、硬件和/或固件的混合，或者单独地实现为硬件(诸如在处理器(硬件或软件)内，或者在操作系统或软件应用内)。
29.如本文所讨论的，本文的技术非常适合于在实现一个或多个电感器部件以将电流递送到负载的领域中使用。然而，应注意，本文中的实施例不限于在此类应用中使用，并且本文中所论述的技术也非常适合于其它应用。
30.另外，应注意，尽管可以在本发明的不同位置中论述本文中所论述的不同特征、技
术、配置等中的每一者，但在合适的情况下，所述概念中的每个概念可以任选地彼此独立地或彼此组合地执行。因此，如本文所述的一个或多个本发明可以以许多不同的方式体现和查看。
31.此外，注意，本文的实施例的该初步讨论(实施例的简要描述)有目的地不指定本公开或要求保护的发明的每个实施例和/或递增的新颖方面。相反，该简要描述仅呈现常规技术之上的一般实施例和对应的新颖性点。对于本发明的附加细节和/或可能的透视(置换)，将读者指向下面进一步讨论的本公开的具体实施方式部分(其是实施例的概述)和相应的附图。
附图说明
32.图1是根据本文的实施例的包括串联连接的多个电感性相的电力系统(电源)的示例性总体图。
33.图2是示出根据本文的实施例的跨电感电压调节器和控制电流流动的对应的控制器的示例图。
34.图3是示出根据本文的实施例的控制跨电感电压调节器的操作的控制信号的示例时序图。
35.图4是示出根据本文的实施例的体二极管传导损耗对开关频率的示例图。
36.图5a是示出根据本文的实施例的基于监测通过串联电路路径的电流的功率转换器相控制的示例时序图。
37.图5b是示出根据本文的实施例的基于监测通过串联电路路径的电流的功率转换器相控制的相应控制信号示例时序图。
38.图6是示出根据本文的实施例的处于低电流输出模式时的跨电感电压调节器中的绕组的串联电路路径中的电流控制和相控制的示例图。
39.图7是示出根据本文的实施例的在环路带宽控制模式中的跨电感电压调节器中的绕组的串联电路路径中的电流的控制的示例图。
40.图8是示出根据本文的实施例的用于串联电路路径的不同电流流动控制设置的增益和相裕度的示例曲线图。
41.图9是示出根据本文的实施例的计算机处理器硬件和执行方法的相关软件指令的示例图。
42.图10是示出根据本文的实施例的方法的示例图。
43.图11是示出根据本文的实施例的电路的组装的示例图。
44.通过以下对优选实施例的更具体的描述，本发明的前述和其他目的、特征和优点将变得明显，如附图中所示，在附图中，相同的附图标记在不同的视图中指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明实施例、原理、概念等上。
具体实施方式
45.如先前所讨论的，本文的实施例涉及经由所谓的跨电感器电压调节器(tlvr)拓扑来为计算处理器供电的多相功率转换级。由于来自机器学习加速器、网络交换机和服务器中的asic/cpu/gpu的更高的功率需求，来自多相电压调节器模块(vrm)的相计数和电流需
求保持增加，同时需要更多的输出去耦电容器来解决更严格的瞬态性能要求。此外，由于常规多相vrm的大输出电感的带宽限制，增加相计数和增加更多输出去耦电容器的路径将增加制造成本以及板空间。
46.如先前所讨论的，常规tlvr拓扑通过用由两个紧密耦合的绕组组成的1：1变压器替换分立相电感器来显著增加环路带宽和总输出电流转换速率。变压器的次级绕组用作与常规多相vrm相同的相电感器，初级绕组在具有附加补偿电感器lc的串联环路中互连，并且然后终止于两侧上的接地，这允许双向电流流动。在瞬态事件期间，任何相上的占空比调整将导致lc环路中的电流变化，这将最终反映到所有其他相电流。总电流转换速率被极大地提升，并且等效的总输出电感被显著降低，这导致更好的瞬态响应和更少的输出去耦电容器。
47.然而，tlvr的相电流耦合机制在稳定状态和具有动态负载的情况下在lc串联环路中感应额外的ac纹波电流，该附加ac纹波电流也叠加在相磁化电流上，因此总相电流纹波增加。这意味着更高的rms电流，因此更高的传导损耗，此外，磁性ac芯损耗也增加。
48.如本文进一步讨论的，(诸如在图3中)lc纹波电流、相磁化电流和典型的n相tlvr设计的总相电流(诸如其中n＝6)。对于假定1个活动相和5个空闲相的低功率状态模式，lc环路ac纹波电流将被反射到所有次级绕组，并且流过在禁用的相之中的功率级中的相应的开关(诸如mosfet)的体二极管，从而引起功率耗散浪费作为热量，因为它不与任何有用的计算任务相关。这与几乎所有现代处理器的轻负载效率要求偏离，这已经通过在常规多相vrm设计中通过丢弃相而有效地解决，然而由于来自lc环路的电流反射，对于tlvr拓扑不再有效。
49.由于常规tlvr的相电流耦合机制而引起的另一潜在风险是在异常状况期间从故障相到良好相的过电流的反映，而这对于常规多相vrm是不关心的，因为相电流是非耦合的，并且故障相可以简单地通过禁用自身而与其它相隔离。故障相可能在电感器饱和的情况下操作，因为随着电感显著下降，由更快的di/dt引起的过多相电流是不可避免的。相同量的δ电流将很可能通过lc环路反射到所有其它相，从而导致所有相之中的过电流。常规tlvr拓扑不提供限制lc ac电流振幅的技术，也不提供对过量电流耦合的期望故障响应。
50.如本文进一步讨论的，本文的实施例通过在lc环路中部署串联开关来提高光负载效率和过电流故障响应鲁棒性，该lc环路可以由来自数字控制器的逻辑命令信号驱动。在一个实施例中，在正常操作期间，串联开关不断导通(短路状态或低电阻状态)以不干扰tlvr操作以受益于优异的瞬态性能。在进入低功率状态模式或检测在lc环路之中或在lc环路内的过电流的情况下，串联的一个或多个开关被关断(到相应的开路、高阻抗路径)关断(导致没有电流流动)。如本文进一步讨论的，取决于系统复杂性，一个或两个开关(诸如串联mosfet)可以用于阻挡方向电流或一个串联开关以阻止仅正电流。具体地，如本文进一步讨论的，串联开关阻断正电流并且串联开关阻断负电流。
51.因此，如本文所述的控制器控制通过包括与多个功率转换器相中的每个功率转换器相相关联的多个绕组的串联电路路径的电流的流动。如本文所述控制通过串联电路路径的电流的流动使得控制器能够以多种不同模式操作功率转换器相。
52.例如，在第一模式中，响应于检测到向负载供应电流的过电流状况，控制器防止或减少通过多个绕组的串联电路路径的电流流动，以将多个绕组与对应的多个功率转换器相
彼此去耦或断开连接，从而减小所供应的电流和瞬态响应。
53.在第二模式中，控制器检测低电流消耗模式，在低电流消耗模式中不需要所有功率转换器相来向负载供电。在这种情况下，控制器防止或减少通过串联电路路径的电流的流动，以将多个绕组与对应的多个功率转换器相彼此去耦或断开连接。在减小的电流流动期间，控制器然后激活低于所有功率转换器相的功率转换器相(诸如单个功率转换器相)以产生输出电压以对负载供电。
54.在第三模式中，控制器控制(调整)通过串联电路路径的电流的流动，从而导致参数的调整，例如包括多个功率转换器相的电源的控制环路带宽。
55.现在，更具体地，图1是根据本文的实施例的包括多个电感器(绕组)耦合相的电力系统的示例性总体图。
56.在该示例性实施例中，电源100包括控制器140、电流控制器145(诸如开关、开关电路装置、电阻器、电阻器网络等中的一个或多个)，以及多个功率转换器相(p.c.p)121、122、123等。
57.在操作期间，控制器监测由多个功率转换器相121、122、123等产生的输出电压133的幅值。为了将输出电压133的幅值维持在期望的电压范围内，控制器产生被施加到每个功率转换器相的控制信号105(诸如控制信号105-1、控制信号105-2、控制105-3等)。
58.例如，如通常所示，控制信号105-1控制功率转换器相121的操作；控制信号105-2控制功率转换器相122的操作；控制105-3控制功率转换器相123的操作；等等。
59.因此，本文的实施例包括控制器140，其控制电源100(电压调节器)中的多个功率转换器相121、122、123等的操作。多个功率转换器相121、122、123等并联耦合以将输入电压111(也称为vin或dc电压)转换成对负载118供电的输出电压133(例如dc电压)。即，每个功率转换器相(诸如dc到dc转换器)生成供应给负载118的输出电压。共同地，功率转换器相产生输出电压133。
60.功率转换器相121、122、123等中的每个功率转换器相包括相应的绕组，以促进输出电压133的生成。例如，在该示例实施例中，功率转换器相121包括绕组221-1；功率转换器相122包括绕组222-1；功率转换器相123包括绕组223-1；等等。
61.如进一步所示，除了经由电流流动控制器145控制功率转换器相的操作之外，控制器140还控制通过连接多个功率转换器相121、122、123等的多个绕组的串联电路路径160的电流135的流动。下面进一步讨论电源100的实例和与功率转换器相相关联的对应电路装置的附加细节。通常，对电流135的控制支持如本文进一步讨论的不同操作模式。
62.注意，如本文所述经由电流流动控制器145控制通过串联电路路径160的电流135的流动可以以多种不同的方式实现。例如，在一个实施例中，控制器140控制与串联电路路径160串联设置的电阻性部件(诸如电流控制器145)的幅值。附加地或备选地，电流流动控制器145包括一个或多个开关，该一个或多个开关被操作为防止和/或允许电流135流过串联电路路径160和对应的绕组221-1、222-1、223-1等。
63.图2是示出根据本文的实施例的跨电感电压调节器和对通过串联电路路径的电流的控制的更详细的示例图。
64.在该示例实施例中，功率转换器相中的每个功率转换器相包括一对开关(诸如高侧开关电路装置和低侧开关电路装置)以及一个或多个绕组以有助于输出电压133的生成。
65.例如，功率转换器相121包括绕组221-2、由控制器140生成的信号s11控制的开关qh1(诸如高侧开关电路装置)、以及由控制器140生成的信号s12控制的开关ql1(诸如低侧开关电路装置)。开关qh1与开关ql1串联连接在输入电压111与接地参考之间。开关qh1的漏极接收输入电压111；qh1的源极连接到开关ql1的漏极并且有助于产生输出电压133；ql1的源极连接到地。
66.功率转换器相122包括绕组222-2、由控制器140生成的信号s21控制的开关qh2(诸如高侧开关电路装置)以及由控制器140生成的信号s22控制的开关ql2(诸如低侧开关电路装置)。开关qh2串联连接在输入电压111与接地参考之间。开关qh2的漏极接收输入电压111；qh2的源极连接到开关ql2的漏极并且有助于产生输出电压133；ql2的源极连接到地。
67.功率转换器相12n(第n相)包括绕组22n-2、由控制器140生成的信号sn1控制的开关qhn(诸如高侧开关电路装置)以及由控制器140生成的信号sn2控制的开关qln(诸如低侧开关电路装置)。开关qhn串联连接在输入电压111与接地参考之间。开关qhn的漏极接收输入电压111；qhn的源极连接到开关qn1的漏极并且有助于产生输出电压133；qn1的源极连接到地。
68.在一个实施例中，控制器140根据输出电压133相对于如在降压转换器或其他合适的技术中的期望的设定点电压的幅值来生成控制信号。一般来说，如在降压转换器拓扑中，相应功率转换器相中的对应的高侧开关电路装置的激活增加输出电压133的幅值；低侧开关电路装置的激活导致从存储在电感器中的能量到负载的减小的电流。
69.在一个实施例中，绕组221-1、222-1、22n-1是在串联电路路径160中串联连接的多个功率转换器相的第一绕组。多个功率转换器相121、122、12n中的每个功率转换器相包括第一绕组(诸如初级绕组)和第二绕组(诸如次级绕组)。在这样的实施例中，多个功率转换器相中的第二绕组221-2、222-2、
……
、22n-2中的每个第二绕组基于来自控制器140的控制信号产生有助于对负载118供电的输出电压133的生成的相应的相输出电流(或电压)。
70.例如，绕组221-2产生/输出电流i_phase_1；绕组222-2产生/输出电流i_phase_2；从绕组222-2产生/输出电流i_phase_n。
71.由控制器140随时间生成的控制信号s11、s21、
……
、sn1的实例在图3的时序图中展示。在一个实施例中，相应相中的低侧开关电路在当对应的高侧开关电路装置被禁用时被激活。高侧开关电路装置和低侧开关电路装置从不在同一时间被激活。在激活高侧开关电路装置与低侧开关电路装置之间存在死区时间。
72.在该示例实施例中，功率转换器相121表示供应到负载118的phase_1；功率转换器相122表示供应到负载118的phase_2；
……
；功率转换器相12n表示供应到负载118的phase_n。
73.再次参考图2，如进一步所示，如本文所述的每个功率转换器相包括相应的变压器和一对绕组。例如，功率转换器相121包括变压器221，其包括磁(感应地)耦合到绕组221-2的绕组221-1；功率转换器相122包括变压器222，其包括磁(感应地)耦合到绕组222-2的绕组222-1；
……
；功率转换器相12n包括变压器22n，其包括耦合到绕组22n-2的绕组22n-1(感应地)。
74.在另外的示例实施例中，经由电流监测器240，控制器140监测通过连接多个绕组221-1、222-1、
……
、22n-1的串联电路路径160的电流135的幅值；控制器140基于所监测的
电流的幅值来控制通过串联电路路径的电流135的流动。
75.可以以任何合适的方式确定电流。在一个实施例中，串联电路路径160包括串联电阻器部件。在这种情况下，电流监测器240基于通过电阻器的电流135的流动所产生的跨电阻器的电压来确定电流135的幅值。在一个实施例中，开关s1和/或s2的rds-on电阻用于确定电流135。附加地或备选地，本文的实施例包括实现lc dcr电流感测，其中跨电感器lc放置串联rc网络以感测电流的幅值。
76.在另外的示例实施例中，控制器140响应于检测到通过串联电路路径160的所监测电流135的幅值或由输出电压133从一个或多个功率转换器相提供给负载118的输出电流的幅值大于相应阈值(诸如tv1)，来减小或防止电流135流过连接多个功率转换器相的串联电路路径160。因此，如果由于事故使输出电压133短路到接地，则控制器140检测过电流状况并且减少或防止电流135流过串联电路路径160。
77.控制器140经由与串联电路路径160串联设置的开关电路装置q1和/或q2(经由信号s1和/或s2)来控制通过串联电路路径160的电流135，串联电路路径160串联连接多个变压器绕组221-1、222-1、
……
、22n-1。
78.例如，在一个实施例中，当没有过流条件时，控制器140将开关s1和s2两者设置为接通(on)状态，在接通状态期间，相应开关的电阻较低(提供导电状态路径)。在这种情况下，串联的绕组221-1、222-1、
…
、225-1的组合实现电流的高流动和高瞬态响应。
79.在如图5a和5b所示的高电流状况期间，将开关电路装置的设置(诸如开关q1和q2中的一个或多个切换到开路(off)状态)将多个功率转换器相彼此去耦或有效地断开连接。例如，开关s1的断开防止如图所示的负电流的流动；开关s2的断开防止正电流的流动。
80.图4是示出根据本文的实施例的体二极管传导损耗对开关频率的示例图。
81.在一个实施例中，在包括6个功率转换器相(诸如n＝6)的示例实施例中，给定具有1个活动相和5个空闲相的预定义低功率状态模式，假设vin＝12v，vout＝1v，iout＝10a，lm＝100nh，lc＝100nh，fsw＝500khz，lc环路ac纹波电流pk-pk被计算为1.85安培，其rms(均方根)值是0.53a(安培)。对于0.7v的典型体二极管正向电压降，对于5个空闲相，体二极管的总功率耗散是1.87w，这表示18.7％的效率损失。另外，lc环路ac纹波电流将导致由于lc环路pcb(印刷电路板迹线)电阻以及体二极管循环电流环路pcb电阻所引起的附加传导损耗。流过磁芯的纹波电流也产生磁芯损耗。然而，与体二极管传导损耗相比，pcb电阻损耗和磁芯损耗都小得多，因此这里排除了它们。在图4的曲线图400中绘制关于针对典型的6相tlvr拓扑的5个空闲相的开关频率的总的体二极管传导损耗。总的体二极管传导损耗随着开关频率由于lc环路中的较低纹波电流而增加从而减小，但是对于更高的开关频率，开关相关的功率损耗将增加。因此，在选择最佳开关频率以满足轻负载效率和正常操作效率目标方面存在设计权衡。
82.通过关断两个串联开关q1和q2(诸如晶体管、场效应晶体管等)并且迫使lc电流为零，将消除体二极管传导损耗，并且可以大大提高光负载效率。当仅在串联电路路径160中实现串联开关q2(以及没有开关q1)时，lc环路中的负电流将继续流过其续流体二极管，因此与具有两个串联开关q1和q2的情况相比，效率改进被切割成两半。然而，在这两种情况下，关闭串联开关q1和q2的逻辑命令信号是由多相数字控制器提供的相同的逻辑命令信号，并且一旦退出低功率状态模式，则栅极可以被拉回到高以接通串联q1和q2以恢复正常
的tlvr操作。该概念适用于通过将用于n相多相tlvr拓扑的串联开关q1和q2切换来实现1、2、3、
…
(n-1)相的相去除/终止。
83.在一个实施例中，对于多相vrm，过电流保护总是期望的，以防止电感器饱和、热失控和其它不期望的灾难性故障。传统上，一旦检测到相过电流，由控制器140产生的pwm(脉冲宽度调制)脉冲持续时间是被截断的或是三态的(tri-stated)。相电流感测通常非常快，并且作为有限电流转换速率的结果在逐周期的基础上实施保护。对于如本文所述的tlvr拓扑，作为对负载瞬变进行响应的lc环路中的ac阶跃电流的结果，总电流转换速率可以被升压多于一个的数量级。在一个实施例中，数字控制器的采样率和经由由电流监测器240实现的模数转换器的采样更快，以检测通常需要更快的时钟频率的电流转换速率，从而导致更昂贵的数字实现。因此，利用现有的数字控制器架构，存在来自相对较低的adc(模/数转换器)采样率的日益增长的关注，其指示过电流从故障相到所有其它良好相的扩散的更高的机会，除非直接监测和良好地控制lc环路电流。
84.因此，本文的某些实施例针对实现通过串联mosfet的直接lc环路电流控制以改进系统鲁棒性。一个目标是限制正电流，因为其将潜在地导致从输出电压133供应的电流的过电流事件，感测跨串联开关q2(诸如rdson)的电压降的方法，并且一旦正电流幅值超过最大允许阈值则将其关断，如图5a所示。该特征可以用模拟电路在外部实现，或者由数字控制器处理。在一个实施例中，lc环路电流阈值应该被设置为具有足够的净空，以在正常操作中在最大负载阶跃下不被错误地自动断开(tripped)，同时仅具有足够的安全裕度来能够检测由故障相引起的异常的过电流事件。
85.图5a是说明根据本文的实施例的基于监测通过串联电路路径的电流而生成相应控制信号的实例时序图。
86.如时序图501中所示，电流监测器240监测电流135的幅值(或来自输出电压133的输出电流的幅值)。
87.在时间t51处，电流监测器240检测到电流135的幅值大于阈值tv1＝30安培。响应于检测到这种状况，控制器140至少暂时地在时间t51与时间t52之间关断开关q2(例如持续预定的时间量)，从而减小从输出电压133供应到负载118的输出电流的幅值。因此，如果输出电压133连接到汲取高于阈值tv1的电流的负载，则控制器140停用一个或多个开关q1和q2，以防止来自输出电压133的电流的过量流动。
88.图5b是说明根据本文的实施例的基于监测通过串联电路路径的电流而生成相应控制信号的实例时序图。
89.如时序图502所示，在负检测电流的情况下，控制器140继续激活开关q1和q2。
90.图6是示出根据本文的实施例的在处于低电流输出模式时跨电感电压调节器的串联电路路径中的电流的控制的示例图。
91.如先前所论述，控制器140操作图2中的功率转换器相中的每个功率转换器相以产生输出电压133以对负载118供电。在操作多个功率转换器相的非过电流条件期间，开关q1和q2两者都被设置为接通(on)状态，从而提供绕组221-1、222-1、
……
、22n-1至接地参考电压的串联电路路径160的两端的连接。
92.在一个实施例中，控制器140是、或包括一个或多个pid(比例-积分-微分)控制器，pid控制器实现第一pid设置(诸如pid控制系数p1、i1和d1)以控制多个功率转换器相121、
122、
……
、12n以在所有功率转换器相被激活时生成输出电压133。
93.根据另外的示例实施例，响应于检测到负载118的低电流消耗(诸如监测电流135或由输出电压133递送到负载118的电流)，控制器仅激活功率转换器相121以产生输出电压133。
94.因此，本文的另外的实施例包括响应于其中由输出电压供应的用于对负载供电的电流的幅值低于阈值的条件，经由控制器140减少或防止电流135流过多个绕组的串联电路路径160。在一个实施例中，控制器确定经由电流135的幅值供应给负载的低输出电流。如先前所讨论的，减小或防止电流135通过串联电路路径160的流动将功率转换器相去耦，使得它们相对于其他功率转换器相而更独立地(或完全独立地)操作。
95.如先前所论述，控制器140能够经配置以在低电流模式中操作，在低电流模式中，电源100中的少于所有电力转换器相中的电力转换器相(例如，仅电力转换器相121)产生输出电压133。因为电流消耗较低，所以功率转换器相121能够向负载118供应足够的电流，而通过功率转换器相12n到功率转换器相122被停用。
96.在一个实施例中，控制器140在pid控制器中实现第一pid(比例-积分-微分)设置(诸如pid控制器的比例部件的p1系数、pid控制器的积分部件的i1系数、pid控制器的微分部件的d1系数)，当所有功率转换器相用于在减少通过连接多个绕组221-1、222-1、225-1、225-1的串联电路路径160的电流流动之前、共同生成输出电压133时，pid控制器控制多个功率转换器相中的第一功率转换器相121。换言之，如先前所讨论的，在实现第一pid设置的同时，控制器140激活开关q1和q2两者。
97.响应于检测到由负载118的低电流消耗，并且切换到低电流消耗模式，控制器140停用开关q1和q2，并且在减小通过连接多个绕组的串联电路路径的电流流动之后，在第一功率转换器相121的pid控制器功能中实现第二pid(比例-积分-微分)设置(诸如与功率转换器相121相关联的pid控制器的比例部件的p2系数、与功率转换器相121相关联的pid控制器的积分部件的i2系数、与功率转换器相121相关联的pid控制器的微分部件的d2系数)。
98.因此，本文的实施例包括根据电源100是在低电流消耗模式下操作(功率转换器相去耦或操作上断开)还是正常模式操作来切换施加到功率转换器相121的pid设置，在正常模式中，功率转换器相以电感器耦合模式操作(开关q1和q2被激活到接通状态)。
99.图7是示出根据本文的实施例的在环路带宽控制模式中的跨电感电压调节器的串联电路路径中的电流的控制的示例图。
100.经由电流流动控制器145(诸如可变电阻器、一个或多个开关、电阻器网络等)，控制器140调制(控制)电源100的环路带宽。例如，在一个实施例中，控制器140改变由电流流动控制器145提供的在10毫欧至500毫欧(或其他合适的值)之间的电阻的幅值。
101.因此，如先前所讨论的，本文的其他实施例包括经由控制器140改变包括多个功率转换器相的相应电源100的控制环路带宽。在一个实施例中，对通过串联电路路径160的电流135的流动的控制包括控制与串联电路路径160串联设置的(诸如在电流流动控制器145中的)电阻性部件设置；电流流动控制器145的电阻设置控制通过串联电路路径160的电流145的幅值。在一个实施例中，电流流动控制器145经由与电阻器并联的开关(诸如500毫欧电阻器或其他合适的值)来实现。开关的激活导致由电流流动控制器145提供的电阻为大约10毫欧。开关的停用导致电流流动控制器145接近电阻器的值。
102.在这种情况下，功率转换器相的控制环路带宽与电阻性部件(诸如电流流动控制器145)的幅值成反比。例如，电阻性部件(诸如电流控制器145)的幅值的减小使控制环路带宽的幅值增大；电阻性部件(诸如电流控制器145)的幅值的增大使控制环路带宽的幅值减小。
103.下面的图8中的曲线图800示出了关于[10mω，500mω]范围内的并联电阻值的环路带宽变化。当并联电阻从10mω增加到500mω时，环路带宽减少了几乎5倍。
[0104]
图8是示出根据本文的实施例的用于不同电流流动控制设置的增益和相裕度的示例曲线图。
[0105]
如先前所论述，电流流动控制器145(例如，由控制器140控制的可变电阻器)能够经配置以并行与电阻器或rl网络组合地或以其它合适的资源组合调制环路带宽。当电流流动控制器145(诸如经由闭合开关)完全导通时，电流流动控制器145是低电阻并且总lc环路电阻(诸如10毫欧)是最低的，因此环路带宽是最高的。当串联电流控制器145被设置为更高的电阻(诸如500毫欧)时，环路带宽更高。环路带宽与电阻值成反比。
[0106]
曲线图800示出了关于由电流流动控制器145提供的在[10mω，500mω]的范围内电阻值的环路带宽变化。当电流流动控制器145的电阻从10mω增加到500mω时，环路带宽减少了几乎5倍。图800示出了根据本文的实施例的串联电路路径的多个不同rlc设置。
[0107]
例如，串联电路路径160的第一设置(当电流流动控制器145的电阻为＝500毫欧时)导致增益曲线g#1和相应的增益交叉频率为101.53khz；串联电路路径160的第一设置(rlc＝500毫欧)也导致相曲线pm#1。
[0108]
如进一步所示，串联电路路径160的第二设置(当电流流动控制器145的电阻为＝10毫欧时)导致增益曲线g#2和相应的增益交叉频率为101.53khz；串联电路路径160的第二设置(rlc＝10毫欧)也导致相曲线pm#2。
[0109]
图9是根据本文的实施例的用于实现如本文所讨论的任何操作的计算机设备的示例框图。
[0110]
如图所示，本示例的计算机系统900(诸如由诸如控制器140、电流监测器240等一个或多个资源中的任一资源实现)包括互连911，其耦合计算机可读存储介质(c.r.s.m)912(诸如其中可以存储和检索数字信息的非暂态类型的介质(或硬件存储介质))、处理器913(例如，诸如一个或多个处理器设备的计算机处理器硬件)、输入/输出接口914(例如，用于向功率转换器相输出控制信号、监测电流等)，以及通信接口917。
[0111]
输入/输出接口914提供到诸如电源100的任何合适的电路装置和对应的功率转换器相121、122、123等的连接。
[0112]
计算机可读存储介质912可以是任何硬件存储资源或设备，诸如存储器、光存储器、硬盘驱动器、软盘等。在一个实施例中，计算机可读存储介质912存储由控制器应用140-1使用以执行如本文所述的任何操作的指令和/或数据。
[0113]
此外，在该示例实施例中，通信接口917使得计算机系统900和处理器913能够通过诸如网络190的资源进行通信，以从远程源检索信息并与其他计算机通信。
[0114]
如图所示，计算机可读存储介质912被编码有由处理器913执行的控制器应用140-1(例如，软件、固件等)。控制器应用140-1可以被配置为包括用于实现如本文所讨论的任何操作的指令。
[0115]
在一个实施例的操作期间，处理器913经由使用互连911来访问计算机可读存储介质912，以便启动、运行、执行、解释或以其他方式执行存储在计算机可读存储介质912上的控制器应用140-1中的指令。
[0116]
控制器应用140-1的执行产生处理功能，诸如处理器913中的控制器过程140-2。换句话说，与处理器913相关联的控制器过程140-2表示在计算机系统900中的处理器913内或处理器913上执行控制器应用140-1的一个或多个方面。
[0117]
根据不同的实施例，注意，计算机系统900可以是微控制器设备、逻辑、硬件处理器、混合模拟/数字电路装置等，其被配置为控制电源并执行如本文所述的任何操作。
[0118]
现在将经由图10中的流程图来讨论由不同资源支持的功能。注意，下面的流程图中的步骤可以以任何合适的顺序执行。
[0119]
图10是示出根据本文的实施例的控制功率转换器的方法的示例图。
[0120]
在处理操作1010中，控制器140控制电压调节器(电源100)中的多个功率转换器相121、122、123等的操作。多个功率转换器相并联耦合以将输入电压111(vin)转换成输出电压133(诸如vout)。
[0121]
在处理操作1020中，控制器140控制通过连接多个功率转换器相121、122、123等的多个绕组221、222、223等的串联电路路径160的电流135的幅值。
[0122]
图11是示出根据本文的实施例的电源和电路板上的多个互连的功率转换器相的组装的示例图。
[0123]
在该示例实施例中，组装器1140接纳基板1110和电源100的对应部件以制造控制器140、功率转换器相121、122、123等。组装器1140将控制器140和诸如与功率转换器相、开关等相关联的其它部件固定(耦合)到基板1110。
[0124]
经由如本文所述的相应的电路路径1121，组装器1140提供功率转换器、控制器140等之间的连接。注意，诸如控制器140、功率转换器121、负载118等的部件可以以任何合适的方式被固定或耦合到基板1110。例如，电源100中的一个或多个部件可以被焊接到基板1110，被插入到设置在基板1110上的插座中等等。
[0125]
另外注意，基板1110是可选的。在附图中示出并且如本文所述的一个或多个电路路径或连接中的任何一个电路路径或连接可以设置在电缆或其他合适的介质中。
[0126]
在一个非限制性示例实施例中，负载118独立于基板1110设置在其自身的基板上；负载118的基板经由导线、电缆、链路等被直接或间接连接到基板1110。控制器140或电源100的任何部分和对应的功率转换器相也可以设置在插入到基板1110的插座中的独立的更小的板上。
[0127]
经由一个或多个电路路径1122(诸如一个或多个迹线、电缆、连接器、导线、导体、导电路径等)，组装器1140将电源100和对应的功率转换器相耦合到负载118。在一个实施例中，电路路径1122将由功率转换器相生成的输出电压123传送到负载118。
[0128]
因此，本文的实施例包括一种系统，该系统包括：基板1110(诸如电路板、独立板、母板、旨在耦合到母板、主机等的独立板)；包括如本文所述的对应部件的电源系统100；以及负载118(诸如电机、绕组等)。
[0129]
注意，负载118可以是任何合适的电路或硬件，诸如一个或多个cpu(中央处理单元)、gpu(图形处理单元)和asic(专用集成电路，诸如包括一个或多个人工智能加速器的专
用集成电路)，其可以位于基板1110上或设置在远程位置处。
[0130]
再次注意，本文的技术非常适于在诸如实现反馈监测的那些电路应用中使用。然而，应注意，本文中的实施例不限于在此类应用中使用，并且本文中所论述的技术也非常适合于其它应用。
[0131]
基于本文阐述的描述，已经阐述了许多具体细节以提供对所要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域的技术人员将理解，可以在没有这些特定细节的情况下实践所要求保护的主题。在其它实例中，未详细描述本领域的技术人员将已知的方法、装置、系统等，以免混淆所要求保护的主题。已经以对存储在计算系统存储器(诸如计算机存储器)内的数据位或二进制数字信号进行操作的算法或符号的形式来呈现详细描述的一些部分。这些算法描述或表示是数据处理领域的普通技术人员用来将其工作的实质传达给本领域的其他技术人员的技术的示例。本文描述的算法，并且通常被认为是导致期望结果的自洽操作序列或类似处理。在此上下文中，操作或处理涉及对物理量的物理操纵。通常，尽管不是必须的，但是这些量可以采用能够被存储、传输、组合、比较或以其他方式操纵的电信号或磁信号的形式。主要出于常见用法的原因，有时将这些信号称为位、数据、值、元素、符号、字符、项、数、数字等是方便的。然而，应当理解，所有这些和类似的术语都与适当的物理量相关联，并且仅仅是方便的标记。除非另有具体说明，否则如从以下讨论中显而易见的，应当理解，在本说明书中，利用诸如“处理”、“计算(computing)”、“计算(calculating)”、“确定”等术语的讨论是指计算平台(诸如计算机或类似的电子计算装置)的动作或过程，其操纵或转换被表示为在计算平台的存储器、寄存器或其他信息存储设备、传输设备或显示设备内的物理电子或磁性量的数据。
[0132]
虽然已经参考本发明的优选实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本技术的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。这样的变化旨在被本技术的范围覆盖。因此，本技术的实施例的前述描述并不旨在是限制性的。相反，在所附权利要求中呈现了对本发明的任何限制。