專利名稱：多相電壓調節(jié)器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多相電壓調節(jié)器。
本發(fā)明尤其涉及一種包括N個轉換器的多相電壓調節(jié)器，所述N個轉換器適 當?shù)叵嗷ゲ⒙?lián)以提供與所需電流成比例的所希望的輸出電壓。
多相位調整器是一種多用途電子裝置，比如用于個人電腦、工作站、服務器、 打印機和其他類似的電子設備的微處理器中的電源。
背景技術：
正如本領域技術人員所熟知的，電子裝置微處理器目前正迅速地發(fā)展以滿足 中央處理器(CPU)的要求。
實際上，眾所周知，目前的中央處理器需要高電源電壓精度，其精度大約估 計在穩(wěn)態(tài)情況下的電壓變化量要求為AV--(+/-0.8%)并且在瞬態(tài)條件下為AV= (+/-3%)。不幸的是，通常在電源電壓減小到1.1V時負載電流會上升到100A, 斜率可能為100A/|as，可是要求超過80%的效率。
研究表明電壓調整器的結構是滿足目前需要的最便宜和最有效的解決方法。
電壓調整器是以幾種配置形式來實現(xiàn)的，它使得可以提供與微處理器要求的 電流成比例的所希望的輸出電壓。這一特征在文獻中叫作固定偏差功能(droop function)或者電壓定位(voltage positioning )。
固定偏差功能特征使得提供了 一種包含電流感應電路的裝置，使得可以讀取 或估計該裝置所輸出的電流。
通常，電流感應電路通過電阻上電壓降來讀取電流，該電阻可以是電壓調節(jié) 器寄生元件，例如在電源開關中的電阻Rds,on或電感DCR的寄生電阻，或者是 簡便插入在電路中的元件，如電阻Rsense。
如果使用電阻Rsense,那么就有利地提供了 一種非常精確的電流讀數(shù)，而且 因為通常使用的是康銅電阻，所以電流讀數(shù)幾乎和溫度變化無關。
然而這種方法在具有已知優(yōu)勢的同時，也具有高價格和降低了的電流轉換效率的缺點。
如果作為替換使用一個調節(jié)器寄生元件，那么這種方法更為經濟，因為它利 用了調節(jié)器中已有的元件，但是它提供的精度較差，其容易發(fā)生依照調節(jié)器承受 的溫度的單個元件的誤差和由此產生的差異。
特別是，電感寄生電阻(DRC)的電流讀數(shù)在精度上有某種優(yōu)勢，這時的容 差(tolerance )為5%,而低端(low-side )開關的電阻Rds，on具有的容差約為30%。
一些帶有包含偏差函數(shù)以得到電壓調整器模塊(VRM)電感器的電流測量的讀 取系統(tǒng)的的電壓調整器現(xiàn)在正在出售。
圖1中示出了 一例呈標準雙相結構的電壓調整器(也叫做多相直流-直流轉換 器)。電壓調整器的每一個模塊或者相位有一個DC-DC開關，其包含一對場效 應晶體管，HS和LS，串聯(lián)在輸入電壓Vin和接地電壓之間，以及介于HS和LS 兩個晶體管的中間節(jié)點與輸出端之間的電感器L。
每個模塊的輸出電流會加至來自其他的模塊的電流，并且其限定了電壓調節(jié) 器的l餘出電流IoUT。
電壓調節(jié)器的每個模塊有一個電流感應電路，它包括電感器L的寄生電阻 以及包括電容C和電阻R的濾波網(wǎng)絡，在電感器L的輸入端處產生輸出信號。 具體說來，電阻R的值定義為，對于每一電路，存在關系式R*C=L/RL。
因此，第一開關元件的輸出電流有如圖2中相位1電流所表示的鋸齒波形。
電壓調節(jié)器的輸出電流IOUT,是兩個電流信號的總和，也呈鋸齒波形并且具 有相應于T/2的周期。
通常，有N個開關的多相電壓調節(jié)器的輸出電流波形是周期為T/N的鋸齒波形。
然而，這樣實現(xiàn)的電壓調節(jié)器在N個開關的輸入電流之間要求有一個相位轉 移的控制電路，使得在開關上可以有反饋運行。
一種已知的裝置是申請人為Walters等人的美國專利5,982,160,，其中的R-C電流感應網(wǎng)絡并聯(lián)連接到電壓調節(jié)器的每個輸出電感，如圖3所強調的那樣， 假定電流感應電路，即R和C值是通過時間常數(shù)匹配即由Rt-L電路或者線圈網(wǎng) 絡的時間常數(shù)與電流感應R-C電路的時間常數(shù)之間的等同來確定的。
此外，每個R-C網(wǎng)絡的電流感應電路電流信號，和輸出信號一起，通過電阻 Rg，被控制器分析，但是圖中沒有強調。
如圖3所示，示出的電路用于估計雙相電壓調節(jié)器的輸出電流，圖中強調了 每個R-C網(wǎng)絡的控制器分析兩個管腳。因此，通過歸納，對于N個相位或者模 塊，控制器分析2N個插腳。
然而，根據(jù)所提供技術方法的電壓調整器，雖然幾個方面有優(yōu)勢，但是也有幾個缺點，實際上控制器產生的電流或者電壓信號將和電阻Rl、 Rc以及輸出電流IOUT成比例，因此所產生的信號的質量是否良好取決于所插入的元件的質量是否良好以及其隨溫度的變化。必須注意的是，該調節(jié)器需要N個電阻-電容(R-C) 網(wǎng)絡，每個相位有一個R-C網(wǎng)絡，電容Ccs—般是COG型，特別昂貴，而且控 制器需要2*N個管腳用以讀取總電流。
這樣就使得調節(jié)器電路復雜化并且需要很大的面積以在硅片上集成，此外， 所需的N個R-C網(wǎng)絡會在輸出信號中插入某些延遲，也會使電壓調節(jié)器的可靠 性喪失。
圖4以雙相為例示出了由Schiff等人發(fā)明的美國專利6，683，441 B2中所描述 的多路電壓調節(jié)器。
在該技術方案中，最好通過電阻Rp加上二節(jié)點電壓PHASE1和PHASE2，并且將其輸送到進一步接收調節(jié)器輸出電壓的運算放大器。
運算放大器具有反饋電路、R-C網(wǎng)絡或者電路感應器，包括并聯(lián)并限定的電 阻Rcs和電容Ccs ，從而Rcs由時間常數(shù)RL-L e Rcs-Ccs之間匹配的的時間常數(shù)來 確定，以輸出與調節(jié)器輸出電流1。u-成比例的電壓VCS，并符合下列關系式
VCS=VOUT-RL*RCS/RP*IOUT
這樣，控制器分析運算發(fā)大器的兩個輸入信號和輸出信號，因此需要三個管腳。
為了獲得直接和調節(jié)器輸出電壓Vout成比例的信號，仍然還需要在運算發(fā)大 器之后使用另 一 個放大器用以移除常數(shù)項V o u t,符合下列關系式
VDROOP=VOUT-VCS=RL*RCS/RP*IOUT
因此現(xiàn)在的解決方案，雖然針對目標并且有一些方面的優(yōu)勢，但是有幾個缺 點，需要使用N個外部電阻RP以增加節(jié)點，包括R-C網(wǎng)絡的感應電路用以時間常數(shù)匹配，以及一個放大器，同時控制器需要三個用以讀取的管腳，此外，為了 成比例確定調節(jié)器輸出電壓，還必須使用第二放大器。
還必須注意的是，現(xiàn)在出售的電壓調節(jié)器中，有越來越精確的元件，以滿足
越來越苛刻的規(guī)格，這造成了更多的問題。特別是，由于銅導線(copper track) 引起的不可避免的有效電阻(unvoidresistance)使得使用帶有越來越低的寄生電阻 Rl的越來越小的電感器中與應用板上存在的寄生電阻發(fā)生沖突。
如圖5所強調的那樣，對于雙相調節(jié)器，與電阻串聯(lián)的寄生電阻Rpl的存 在需要能夠讀取直接跨接在線圈網(wǎng)絡上的信息的讀取電路，也就是與電阻中 串聯(lián)的電感L，這就避免了線路板上跡線(track)的寄生電阻Rp,。這種讀取結 構叫做全微分。
圖3所示W(wǎng)alter等人發(fā)明的美國專利5,982,160的是一種全微分讀取，然而 如已經強調過的那樣，這種解決方案需要N個R-C網(wǎng)絡，其中，N為相位數(shù)， 而2*N為用于總電流讀數(shù)的管腳。
但是在美國專利6，683，441和圖4所示的情況下，不可能提供全微分電流讀數(shù)， 因為這一解決方案將兩相位相加，把輸出電壓V。ur作為參考。因此，如果兩個 相位有不同的寄生電阻，那么電流測量中就會出錯。
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種電壓調節(jié)器，包括一種簡單、可靠的 電流感應電路，并且其具有的結構和功能特征使得調節(jié)器特別緊湊，使得可以使 外部元件的使用最少，所集成的硅片占用面積以及線路板上占用面積減小，減少 控制器讀取、輸出信號所需的管腳數(shù)，，從而克服仍舊影響現(xiàn)有技術的電壓調節(jié) 器的缺點。
本發(fā)明更進一步的目的是在獲取獨立于由于應用線路板上銅導線產生的電阻 的讀數(shù)的線圏電路上實現(xiàn)全微分電壓調節(jié)器，克服仍舊影響現(xiàn)有技術方案的缺 點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的方案設想是產生與電壓調節(jié)器提供的總電流直接成比例、獨立于相 位數(shù)和線路板上跡線(track )產生的寄生電阻值的電流信號，只用兩個PIN用 以對其讀取"
基于這種方案設想，通過先前的說明和權利要求1的特征部分限定的多相電 壓調節(jié)器解決了該技術問題。
通過下述參照附圖的非限定性實例對本發(fā)明實施例的描述，讀者將清楚地了 解根據(jù)本發(fā)明的多相電壓調節(jié)器的特點和優(yōu)勢。


圖中
-圖1和圖2分別示出標準雙相電壓調節(jié)器和輸出電流-圖3和圖4示出兩個根據(jù)現(xiàn)有技術實現(xiàn)的電壓調節(jié)器；
-圖5示出當由于存在線路板上的線路而產生的寄生電阻時的雙相電壓調節(jié)器；
-圖6示出根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的N相電壓調節(jié)器；
-圖7示出根據(jù)本發(fā)明的雙相電壓調節(jié)器；
-圖8和圖9示出圖6中電壓調節(jié)器的一些細節(jié)；
-圖IO和圖11示出根據(jù)本發(fā)明的電壓調節(jié)器的另一個實施例的和圖8和圖9 類似的細節(jié)；
-圖12示出采用圖10所示的技術方案的N相電壓調節(jié)器； -圖13和圖14示出根據(jù)本發(fā)明的電壓調節(jié)器的另 一個實施例的和圖8和圖9 類似的細節(jié)；
-圖15示出了采用圖13所示的技術方案的N相電壓調節(jié)器。
具體實施例方式
參考附圖，特別是圖6示出根據(jù)本發(fā)明的電壓調節(jié)器l，對總負載(表示為COUT)產生輸出電壓Vout。
為方便說明，對圖7示出的雙相電壓調節(jié)器100進行描述，其包括相互并聯(lián) 的第一開關3a和第二開關3b,每個開關插入在輸入電流Vin和接地電流之間。
此外，為了更清楚起見，在后文的細節(jié)描述中，首先認為由于線路板銅跡線產生的寄生電阻是可以忽略不計的。
第一和第二開關3a、 3b在各輸出節(jié)點20a20b處具有電壓VPHASE1,VPHASE2, 和電流相位IPHASE1,IPHASE2,通過各自的感應電路5a5b對應于輸出端口 25將這些 電流相位相加以產生將提供給總負載C0UT的總電流Iout.
根據(jù)本實施例，每個感應電路5a 5b包括電感L和電阻RL。該感應電路有明 顯的不同的結構。
根據(jù)本實施例，最好電壓調節(jié)器100具有檢測電路8或濾波電路，包括將第 一和第二開關3a和3b的每個輸出節(jié)點20和20的電壓VPHASt:1, VPHASE2相加的 加法電路9，將相加的電壓送至加法器節(jié)點30。
按照一種優(yōu)選實施例，對于每一開關3a和3b，加法器電路9具有介于每一 輸出20a、 20b和加法器節(jié)點30之間的電阻Rs。
方便地，檢測電路8包括一個電容Ccs插入于加法器節(jié)點30和電壓調節(jié)器輸 出端25之間，限定了 一個用于檢測電路8的濾波電路特征。
方便地，電阻Rs和電容Ccs的值是這樣計算的使電路RrL這時由于感應 電路5a, 5b的時間常數(shù)而產生的項相等，即(L/Rl) =(Rs/2) *CCS。
電壓調節(jié)器100最好包括放大器10，本特例中是運算放大器，其第一輸入端 11連接到加法器節(jié)點30，其第二輸入端12通過適合的電阻Rc連到輸出端25。
方便地，運算放大器10呈轉換器結構V/I,其在第一非反向輸入端口 11處 帶有加法器節(jié)點30,而在第二反向輸入端口 12或者虛地處帶有電阻RG,單在 另一端處為輸出電壓Vout。因此，運算放大器10輸出的電流信號Ics與開關3a、
3b的電流相位Iphase1.IpHASE2的總和以及電壓調節(jié)器10輸出的總電流IOUT成比例。
此外，最好運算放大器10的第一輸入端11和第二輸入端12是控制器15讀 取電流I。UT時使用的僅有的兩個管腳CS+ e CS-。
圖中示意示出了控制器15并且它在第一和第二開關3a、 3b的輸入電壓VIN 下工作，以保持電流相位IPHASE1, IPHASE2的總因此保持總電 流I冊丁 為常數(shù)。
下面分析電壓調節(jié)器100的運作，但是首先參考圖8和圖9，檢查對應于檢 測電路8中發(fā)生的濾波。
從信號的觀點看，輸出端口 25可以被視為處于接地電壓下，并且VouT也處 于接地電壓，如圖8所特別強調的那樣。
按照每個感應電路5a和5b的電阻RL所產生的電壓V1NF01和V,。2可以容易地計算出<formula>complex formula see original document page 11</formula>
重要信息信號是:
<formula>complex formula see original document page 11</formula>
很明顯， 通過選擇電阻Rs和電容Ccs的值，以使得由于感應電路5a和5b的時間常數(shù)RL-L的項相等，得到大小關系式(1 )和關于電容器Ccs上的電壓的關
系式(2 ):
<formula>complex formula see original document page 11</formula>
吋間常數(shù)匹配...關系式
(i)
<formula>complex formula see original document page 11</formula>
速取估息...信號
(2)
現(xiàn)在分析圖9，考慮輸出電壓V。uT不同于接地電壓的實施情況。
在運算放大器10的第一正輸入端口 11,也就是控制器8的第一管腳CS+ , 圖中未示出，產生平均電壓，對應于
<formula>complex formula see original document page 11</formula>
電壓-電流轉換結構V/I中存在的運算放大器IO和介于控制器15的第二管腳 CS(也是放大器IO的第二輸入端12或者虛地)和輸出電壓Vout之間的電阻R(j產 生輸出電流信號Ics,對應于
<formula>complex formula see original document page 11</formula>(3)
它是直接和電流相位IPHASEI和IphasE2也就是和總電流IOUT成比例的信號。
因此，本發(fā)明的主要優(yōu)點在于獲取與相位電流的總和直接成比例也即與要求最小數(shù)量的外部元件(如運算放大器IO, N+l個電阻以及外部電容Ces)的電壓 調節(jié)器輸出的總電流成比例的電流信號，此外控制器15只需要兩個管腳 CS+eCS-。
很明顯，對于雙相調節(jié)器100的描述可概括為帶有N個開關3的電壓調節(jié)器 的^f企測電i 各8，如圖5所示。
概括很簡單，實際上，電路結構基本上與以前描述一樣，為簡單起見，與原 先所指的有相同結構和功能的元件的標號保持相同。
具體而言，并聯(lián)方式加入至第一和第二開關3a、 3b的每個開關3n有相同的 連接方式，也就是說，它提供了電流相位IPHASKN，通過各自的感應電路5n對應于輸出端口 25而加至相位電 流IpHASE1, IpHASE2 ， 以產生總電流Iout。
檢測電路8包括把加入的開關3n的輸出節(jié)點20n處的電壓VPHASEN加至第一 和第二開關3a、 3b的每個輸出節(jié)點20a、 20b的電壓VPHASE1, VPHASE2的加法器電 路9。加法器電路9具有在加法器節(jié)點30處加入的電壓。
根據(jù)本實施例，加法器電路9對于每個加入的開關3n有一個介于每個輸出端 20n和加法器節(jié)點30之間的電阻Rs。
關于其他電路，其結構類似于先前介紹的那樣。
具體說來，因此，歸納的方程式(1)定義了方程式(4),其中N為電壓調節(jié)器1的開關3n的數(shù)量<formula>complex formula see original document page 12</formula> 時間常數(shù)的匹配關系式(4)
<formula>complex formula see original document page 12</formula> 信息信號(5)
同樣的，方程式(3)可歸納成定義方程式(5)。
可以注意到，本方案是如何使電壓調節(jié)器實現(xiàn)使用兩個管腳獨立于存在的電 流相位的數(shù)量而讀取總的輸出電流的。
很明顯，信號Ics的可編程性(progammability)是通過電阻RG的分配提供的， 而所述的可編程性在電壓調節(jié)器的偏差函數(shù)(function)即提供與負載所要求近 電流成比例的所要求的輸出電壓特征時很有用。
本發(fā)明最好規(guī)定如上所述的電壓轉換器讀數(shù)是通過電感L的完微分得到的， 也就是說，獨立于由于線路板銅跡線的寄生電阻。
具體說來，圖IO示出了用于雙相轉換器的技術方案。
電路結構和上述基本一樣，為簡單起見，與原先所指的有相同結構和功能的 元件的標號保持相同。
根據(jù)本實施例的圖10最好具有檢測電路8或包含將電壓調節(jié)器的兩個相位中的每一個輸出的電壓VPHASE1. VPHASE2相加的加法器電路9的濾波電路，但圖中沒有示出。
方便地，加法器電路9通過插入電阻Rs在加法器節(jié)點30處輸出加上了 VPHASE1.VpHA化2的電壓，每個對應一個相位。
檢測電路8最好包含兩個電容Ccs,每個對應一個相位，插入于加法器節(jié)點30 和電壓調節(jié)器的第一和第二感應電^各5a、 5b的輸出V。u-n和V。uT2之間。這些 電容Ces為檢測電路8的限定了 一個濾波電路特征。
便利的是，根據(jù)本實施例的電壓調節(jié)器包含放大器10，本特例中為在電壓電 流結構V/I中的運算放大器。
轉換器結構V/I中的運算放大器10最好在加法器節(jié)點30處連接到第一非反 向端11，而在第二加法器電路35處連接到第二反向端12或者虛地。
第二加法器電路35使得兩個調節(jié)器相位中的每一個的第一和第二感應電路 5a、 5b輸出的電壓V。UTI、 V。ut2相加，并且通過插入電阻Rc將相加的電壓帶至 第二端12。
這樣，運算放大器IO輸出的電流信號Ics與兩電流相位IPHASE1,IPHASE2的總和 直接成比例，并且因此與電壓調器輸出的總電流IOUT直接成比例，符合下列關系式
<formula>complex formula see original document page 13</formula>
此外，最好只用分別連接于運算放大器10的第一輸入11和第二輸入端12的 兩個管腳CS+eCS-，就可以讀取電壓調節(jié)器電流IOUT。
現(xiàn)在分析上述結構的電壓調節(jié)器的工作。參考圖11,首先介紹對應于檢測電 路8產生的濾波。
很明顯，兩個調節(jié)器相位中的每一個具有線圈網(wǎng)絡或感應電路5a 、 5b，包 含與寄生電阻Rt串聯(lián)的電感L。線路板上的跡線產生分別用RP1和Rm表示的 電阻，與電阻串聯(lián)。
從信號的觀點考慮，可以認為電壓調節(jié)器輸出端VouT是設在接地電壓的。
可通過下列關系式容易地計算出電流讀數(shù)所需的位于兩個相位中的每一個的 電感L的輸出處產生的電壓VINFm和VINF。2:
<formula>complex formula see original document page 14</formula>
因此，平均值為
<formula>complex formula see original document page 14</formula>
這是在節(jié)點30 (也就是在運算放大器10的非反向端11 )上的電壓。
如可以注意到的那樣，電壓值V,-o為全微分，也就是說，獨立于由于線路
板銅跡線引起的寄生電阻值RP1和Rp2值。
根據(jù)下列公式，電壓電流轉換器結構V/I中的運算放大器IO和介于帶有虛地
的放大器10的反向端和感應電路5a、 5b各輸出電壓Vqut,和V。uT2之間的電阻
R。的存在，產生輸出電流信號Ics:<formula>complex formula see original document page 14</formula>
因此，該電流讀數(shù)是全微分，并且所提供的技術方案使其只用兩個管腳就能 被檢測到。
很明顯，所描述的技術方案可以用于N相調節(jié)器，如圖12所示的例子。
所示的多相電壓調節(jié)器100是適合在輸出端25提供經調節(jié)的輸出電壓VQUT 的類型，并且是包含彼此并聯(lián)的多個N個開關3a3b,..3n，每個旨在提供各電流相位IPHASE1， IpHASE2，…IpHASEN，它們彼此相加以產生連接到輸出端25上的總負載COUT的總電流。
調節(jié)器100還有相應的多個N個感應電路5a5b，..5n，每個電路介于N個開 關3a 3b，...3n的每一個的輸出節(jié)點20a, 20b...20n和上述輸出端25之間。
此外，調節(jié)器100擁有的檢測電路8包含加法器電路9，以將N個開關3a3b,...3n 的每個輸出節(jié)點20a 2()b，,.20n中每一個的電壓相加以及由檢測電路8在加法器節(jié) 點30處加入電壓。
加法器電路9對于開關3a3b,..3n中的每一個包含介于每個輸出節(jié)點20a ， 20b，..20n和加法器節(jié)點30之間的電阻Rs。
此外，檢測電路8對于N個感應電路5a, 5b， ..5n中的每一個包含介于上述N 個感應電路5a,5b,..5n和加法器節(jié)點30之間的電容Ccs，這對于檢測電路8限定 了一個濾波特性。
而且，調節(jié)器100包含一個帶有連接到加法器節(jié)點30的第一非反向端11以 及帶有連接到輸出端25的第二反向端12的放大電路10,以輸出與總電流IOUT 成比例的電流Ics。
根據(jù)本實施例，最好放大器10的第二端12連接到第二加法器電路35，以把從多個N個感應電路5a, 5b，..5n輸出的電壓VOUT1, VOUT2,...VOUTN相加并且把相 加的電壓送至第二端12。
便利地，放大器10的第一 11和第二端12為調節(jié)器100分別限定了兩個可能 的插腳CS+ 、 CS-,使控制器15適于識別調節(jié)器100的輸出電壓。
本實施例考慮了在調節(jié)器10 0上的因為線路板銅跡線可能產生的寄生電阻， 可視為與N個感應電路5a,5b，..5n的電阻R匸和調節(jié)器100的輸出節(jié)點25串聯(lián)的 多個電阻RPI, RP2，RPN。
通過概括上述關系式，為類似的雙位調節(jié)器，得到
<formula>complex formula see original document page 15</formula>時間常數(shù)匹配關系式<formula>complex formula see original document page 16</formula>
信息信號
其中，I代表相位的數(shù)量。
從確定1INRO的關系式，可以看出，信號1,.。的可編程性是如何受控于電阻Rc3 的大小，這可用于偏差函數(shù)可編程性。
因此，本發(fā)明的主要優(yōu)點是獲取與相位電流的總和因此也與電壓調節(jié)器輸出 的總電流直接成比例的電流信號，并且是完全全微分，獨立于線路板寄生電阻，
只需要最少量的外部元件，諸如運算放大器10、 2N個電阻和N個外部電容Ccs， 同時只需要兩個管腳CS+ 、 CS-來檢測提供的電流值。
很明顯，通過兩個插腳CSi、 CS-的檢測而可以讀取的電流信號能被用于產
生偏差函數(shù)或者用在任何其它請求需要關于通過完全全微分調節(jié)器輸出的總電流 的信息。
圖13所示的是本發(fā)明提供的更進一步的技術方案，適于檢測通過只使用兩個 管腳來檢測調節(jié)器提供的然而只使用 一個輸出電容的完全全微分的總電流值。
<formula>complex formula see original document page 16</formula>
該技術方案基本上類似于上面描述的技術方案，在檢測電路8的濾波特性上
有變化，實際上只有一個單個電容ccs。
檢測電路8最好在加法器9的輸出端處具有連接到節(jié)點30的單個電容，而電 容Ccs的另一端連接到加法器電路40，以通過插入電阻Rz，將每個相位的第一 和第二感應電^各5a, 5b輸出的電壓VOUT1和V(K丌2相加。
如圖14所示，分析根據(jù)本實施例的電壓調節(jié)器工作。
<formula>complex formula see original document page 17</formula>
<formula>complex formula see original document page 17</formula>假設
<formula>complex formula see original document page 17</formula>得到
<formula>complex formula see original document page 17</formula>
從該關系式可以看出如何通過選擇電阻值Rz和電容值Ccs的這些值使得在比 現(xiàn)有紋波電流高得多即在至少十倍(decade)的頻率下生成零在，從而獲得一個 正確的電流測量值。
因此，在現(xiàn)有的紋波頻率下，對應于雙相調節(jié)器情況的2fsw，以及一般N相 調節(jié)器的NWsw，電壓值V誇.o對應于
<formula>complex formula see original document page 17</formula>
因此運算放大器10的正輸入端處的電壓值對應于
<formula>complex formula see original document page 17</formula>
而運算放大器輸出的電流值IINFO對應于
<formula>complex formula see original document page 17</formula>
本實施例的一個明顯優(yōu)勢是只用兩個管腳、 一個運算放大器10、六個電阻以及只有一個外部電容，來檢測調節(jié)器輸出的電流，然而同時卻通過獨立于可以在線路板中跡線產生的寄生電阻的全微分電流讀數(shù)來得到與相位電流總和直接成比 例的電流信號其。
本方案明顯可以應用于特別如圖15所示的N相位電壓調節(jié)器。
所示的多相電壓調節(jié)器100是適合在輸出端口 25上提供輸出電壓V。ut的那 種類型，并包含相互并聯(lián)結構的多個N個開關3a3b，.,3n，每個開關旨在提供彼此迭加的各電流相位IPHASEI， IpHASE2，…IpHASEN,,以產生對連接到輸出端25的總負載C。m的總電
調節(jié)器100還具有對應的多個N個感應電路5a5b，,.5n,每個電路介于N個 開關3a3b，.，.3n的每個的輸出節(jié)點20a， 20b,.,20n和上述輸出端25之間。
此外，調節(jié)器100擁有檢測電路8，它包括加法器電路9，用以將N個開關3a 3b,.,.3n的輸出節(jié)點20a 20b，,.20n中的每一個的電壓相加，并且使檢測電路8輸 出的相加電壓輸入到加法器節(jié)點30上。
對于每個開關3a3b，,.3n,加法器電路9包括介于每個輸出節(jié)點20a , 20b，,.20n 和加法器節(jié)點30之間的電阻Rs。
此外，檢測電路8包括加法器電路40，以通過電阻Rz將，由上述N個感應 電路5a，5b,.,5n輸出的電壓相加，并使相加的電壓輸出到具有連接到加法器30的 輸出的電容Ccs的輸入處。電容Ccs為檢測電路8限義了的濾波特性。
而且，調節(jié)器100包括放大電路10，其具有連接于加法器節(jié)點30的第一非 反向端11和連接于輸出端25的第二反向端12,用于輸出與總電流Iout成比例 的電流Ics。
根據(jù)本實施例，放大器10的第二端12最好連接于第二加法器電路35,用于 將從N個感應電路5a, 5b,.,5n中的多個輸出的電壓V,, VOUT2,.., VOUTN相加, 并將相加的電壓送至第二端口 12。
便利地，放大器IO的第一 11和第二端12分別為調節(jié)器IOO限定了兩個可能 的管腳CS+、 CS-，使控制器15適于識別調節(jié)器IOO的輸出電壓。
本實施例考慮了在調節(jié)器100中的由于線路板銅跡線引起的可能的寄生電 阻，其用與N個感應電路5a,5b,.,5n的電阻R^一以及調節(jié)器100的輸出節(jié)點25串 聯(lián)的多個電阻RP1, Rp2,.RpN。
根據(jù)上述對雙相情況的關系式推廣至N相調節(jié)器，有<formula>complex formula see original document page 19</formula>時間常數(shù)匹配關系式
<formula>complex formula see original document page 19</formula>信息信號
<formula>complex formula see original document page 19</formula>
可以注意到，電阻的大小必須滿足的關系獨立于調節(jié)器相位的數(shù)量N ,因為 電流紋波頻率等于N-fsw，而零等價電阻等于Rz/N。
根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的電壓調節(jié)器的主要優(yōu)勢是直接讀取與電壓調節(jié)器提供的總 電流值成比例的電流值。
本電壓調節(jié)器的更進一步的優(yōu)勢是只用兩個獨立于存在著的電流相位數(shù)目的 管腳來讀取上述與總電流成比例的電流值。
根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的電壓調節(jié)器的更進一步的優(yōu)勢是提供一種可靠的、簡單以 及經濟的電路結構，其需要的外部元件最少，即，(N+l)個外部電阻， 一個電容 和一個單個放大器。特別是，所需的單個電容可以是很可靠的類型。
本電壓調節(jié)器的另一個優(yōu)勢是提供了一種緊湊結構，因此對于在硅片上集成 和在線路板上安裝的表面積最小。
根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的電壓調節(jié)器的優(yōu)勢是，由于相對于溫度的讀數(shù)精度，實際 上單個電流相位的讀取是在電感L的寄生電阻R^上進行的。
更進一步的大的優(yōu)勢是由于檢測的電流測量值為全微分，所以，不會受到由 于線路板銅跡線引起的引用板上寄生電阻值的影響。
最后但不是最終的是，關于通過調節(jié)單電阻Rc值或者值都相同的N個電阻 Rc，對偏差函數(shù)的編程，通過使用由N個電阻Rs和N個電容Ccs或者單電容Q 和N個電阻Rz確定的濾波而獲得的獨特的簡潔的技術方案，這是個極其經濟的 技術分案。
權利要求
1.一種多相電壓調節(jié)器，在輸出端(25)上提供經調節(jié)的輸出電壓(VOUT)并且包含彼此并聯(lián)的多個(N個)開關(3a 3b，..3n)，每個開關旨在分別提供相加的各電流相位(IPHASE1，iPHASE2，...IPHASEN)，以對連接到所述輸出端(25)的總負載(COUT)產生總電流(IOUT)，其特征在于，其具有對應的多個(N個)感應電路(5a5b，..5n)，每個電路介于所述(N)個開關(3a 3b，...3n)的每個的輸出節(jié)點(20a，20b，..20n)和所述輸出端(25)之間，檢測電路(8)，以將所述(N)個開關(3a3b，...3n)的所述輸出節(jié)點(20a 20b，..20n)的每個的電壓相加，并將相加的電壓送至具有連接于所述輸出端(25)的第二輸入端(12)的放大電路(10)的輸入端，以輸出與所述總電流(IOUT)成比例的電流(ICS)。
2. 如權利要求1所述的調節(jié)器，其特征在于，包括一個帶有兩個管腳(CS+; CS-)的控制器(15),以讀取所述總電流(I肌T)，所述兩個管腳(CS+; CS-)分別 連接到所述放大器(10)的所述第一輸入端(ll)和所述第二輸入端(12)。
3. 如權利要求1所述的調節(jié)器，其特征在于，所述感應電路(5a 5b,. . 5n) 中的每一個包括電感(L)和電阻(RJ 。
4. 如權利要求1所述的電壓調節(jié)器，其特征在于，所述檢測電路(8)包 括一個屬于加法器節(jié)點(30)的加法器電路(9)，并且對于所述開關(3a 3b, . . 3n) 中的每一個提供介于所述輸出節(jié)點(20a ， 20b, . . 20n)中的每個與所述加法器 節(jié)點(30)之間的電阻Rs。
5. 如權利要求4所述的調節(jié)器，其特征在于，在所迷加法器節(jié)點(30)與 所述輸出端(2 5)之間插入的電容(Ccs)。
6. 如權利要求5所述的調節(jié)器，其特征在于，所述電阻Rs值和所述電容 Ccs值的計算符合下列的關系式<formula>complex formula see original document page 2</formula>時問常數(shù)匹配關系式
7. 如權利要求4所述的調節(jié)器，其特征在于，所述放大電路(10)是一個 以第一非反向輸入口 (ll)連接于所述加法器節(jié)點(30)而以所述第二反向輸入 (I2)連接于在另 一端具有所述輸出電壓VQ11T的電阻(Re)的電壓-電流轉換結構 (V/I)中的運算放大器。
8. 如權利要求6所述的調節(jié)器，其特征在于，所述放大器電路(10)根據(jù)下列關系式，產生與所述開關(3a 3b, . . 3n)的所述電流相位(IPHASE1,IpHASE2，…Im咖)直接成比例的輸出電流信號(ICS)并且因此與所述總電流直接成比例<formula>complex formula see original document page 3</formula> 信號信號
9. 一種多相電壓調節(jié)器，在輸出端(25)上提供經調節(jié)的輸出電壓(V,) 并且包含彼此并聯(lián)的多個(N個)開關(3a 3b，.，3n)，每個開關旨在提供相加的 各電流相位(I PliASI,,, i P ASh2， . J PHASFA)，以為連接到所述輸出端(25)的總負載 (C瞎)產生總電流(I附)，其特征在于，它具有對應的多個(N個)感應電路(5a 5b, . . 5n)，每個電路介于所述(N)個開關(3a 3b,…3n)的每個的輸出節(jié)點(20a, 20b,. . 20n)和所述輸出端(25)之間，檢測濾波電路(8)包含電容(Ccs),適于對 所述(N)個開關(3a 3b, . . . 3n)的所述輸出節(jié)點(20a 20b， . . 20n)的每個上的電 壓進行濾波，并在放大器電路(IO)的第一端(ll)上產生相加和濾波后的電壓， 在所述放大器電路(IO)的第二端(12)上具有與所述輸出端(25)上的電壓相等 或者成比例的電壓，以輸出與所述總電流(IQUT)成比例的電流(I cs)。
10. 如權利要求9所述的電壓調節(jié)器，其特征在于，所述檢測電路(8) 包括一個屬于加法器節(jié)點(30)的加法器電路(9)，并且對所述開關(3a 3b， . . 3n) 中的每一個，提供介于所述輸出節(jié)點(20a , 20b， . . 20n)中的每一個與所述加 法器節(jié)點(30)之間的電阻Rs。
11. 如權利要求9所述的調節(jié)器，其特征在于，所述加法器節(jié)點(30) 與所述輸出端(25)之間插入電容Ccs 。
12. 如權利要求11所述的調節(jié)器，其特征在于，所述電阻Rs值和所述 電容Ccs值的計算符合下列關系式<formula>complex formula see original document page 3</formula>; 時間常數(shù)匹配關系式。
13. 如權利要求9所述的調節(jié)器，其特征在于，所述放大電路(10)是 一個以第一非反向輸入口 (ll)連接于所述加法器節(jié)點(30)而以所述第二反向 輸入(12)連接于在另一端具有所述輸出電壓V,的電阻(Rc)的電壓-電流轉換 結構(V/I)中的運算放大器。
14. 如權利要求13所述的調節(jié)器，其特征在于，所述放大器電路(IO) 根據(jù)下列關系式，產生與所述開關(3a 3b， . . 3n)的所述電流相位(IPHASE1，IpHASE2， ...IPHASEN)直接成比例的輸出電流信號(I CS)并且因此與所述總電流直接 成比例<formula>complex formula see original document page 4</formula> 信息信號
15. 如權利要求9所述的調節(jié)器，其特征在于，所述檢測電路(8)包 含加法器電路(40)，以通過電阻(Rz )將由所述N個感應電路(5a， 5b， . . 5n) 輸出的電壓相加，并將相加的電壓送至具有輸出端連接至所述加法器節(jié)點的 電容(Ccs )的端口 。
16. 如權利要求9所述的調節(jié)器，其特征在于，所述放大器電路(IO) 是一個以第一反向端(ll)連接于所述加法器節(jié)點(30)而以第二反向端(12)連 接于適于通過電阻(Rz )將所述N個感應電路(5a, 5b, . . 5n)中的多個所輸出 的電壓(Voct1， Voct2， ...Voctn)相加的第二加法電路(35)的輸出端的電壓-電流轉換 結構(V/I)的運算放大器。
17. 如權利要求15所述的調節(jié)器，其特征在于，所述電阻Rz滿足下列 關系式<formula>complex formula see original document page 4</formula>其中，fsw是電流紋波頻率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多相電壓調節(jié)器，提供電壓V_OUT至輸出端，并且包含并聯(lián)的N個開關(3a3b，...3n)，提供各相加電流相位(I_PHASE1，i_PHASE2，...I_PHASEN)，以對總負載(C_OUT)產生總電流(I_OUT)。電壓調節(jié)器擁有N個感應電路(5a5b，..5n)，每個電路插入到N個開關(3a3b，...3n)的每個的輸出節(jié)點(20a，20b，..20n)與輸出端(25)之間，檢測電路(8)將每個上述N個開關(3a3b，...3n)的上述輸出節(jié)點(20a20b，..20n)的每一個的電壓相加，將相加的電壓送至具有連接于輸出端(25)的第二輸入端(12)的放大器電路(10)的輸入端，以輸出與上述總電流(I_OUT)成比例的電流(I_CS)。調節(jié)器還有一個只有兩個CS+和CS-的管腳的控制器(15)用以讀取總電流(I_OUT)，上述兩個CS+和CS-的管腳連接在放大器(10)的輸入端上。
文檔編號H02M3/156GK101204002SQ200580049976
公開日2008年6月18日 申請日期2005年4月12日 優(yōu)先權日2005年4月12日
發(fā)明者A·扎法拉納, O·E·扎姆貝蒂 申請人:意法半導體股份有限公司