专利名称：用于dc/dc转换器的控制器和控制方法
技术领域：
本发明涉及一种控制器，特别涉及一种用于DC/DC转换器的控制器和控制方法。
背景技术：
直流/ 直流(Direct Current to Direct Current,简称为 DC/DC)转换器用于将输入直流电压转换为输出直流电压。这种转换器可升高或降低该输入直流电压。典型地，DC/DC转换器具有控制器、驱动器、一对开关以及耦合至该对开关的LC滤波器。该控制器将控制信号提供到驱动器，该驱动器则驱动该对开关，例如，高端开关和低端开关。该驱动器可轮流地开启和关断每个开关，从而控制DC/DC转换器的电感电流和输出直流电压。典型地，控制器利用脉冲宽度调制(pulse-width modulation,以下简称为PWM)信号以控制高端开关和低端开关的状态。
图1所示为现有技术中的DC/DC转换器100的示意图，其中，DC/DC转换器100使用多个控制器:控制器102_1_控制器102_N。如图1所示，多个控制器产生了多个PWM信号以控制多组开关(例如，开关S11和开关S12、开关S21和开关S22、…以及开关Sni和开关Sn2)的状态，每组开关包含一个高端开关(例如，开关S11-开关Sni)和一个低端开关(例如，开关S12-开关SN2)。以控制器102_1为例，如果控制器102_1产生的PWM信号为逻辑高，则开启高端开关S11并关断低端开关S12。这样，电感L1耦合至输入电压源Vin，且电感电流开始升高。如果控制器102_1产生的PWM信号为逻辑低，则关断高端开关S11并开启低端开关S12。这样，电感L1耦合至地，且电感电流开始降低。因此，控制器102_1可以通过控制PWM信号的占空比来控制电感电流。
在图1的实施例中，流经电感L1-电感Ln的电流分别由控制器102_1_控制器102_N控制。更具体地，每一个控制器102_1_控制器102_N从对应的感应电阻R1-感应电阻Rn接收指示对应电感电流的感应信号。每一个控制器102_1_控制器102_N包含比较器，以比较感应信号和参考信号，且每一个控制器102_1_控制器102_N根据比较结果控制PWM信号的占空比。为了平衡分别流经电感L1-电感Ln的电感电流，要求PWM信号的脉冲宽度相同。然而，由于例如感应电阻R1-感应电阻Rn、控制器102_1_控制器102_N中的比较器等模拟电路元件的非理想性，控制器102_1_控制器102_N可能无法控制PWM信号具有相同的脉冲览度。 发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种用于DC/DC转换器的控制器和控制方法，将依次产生的多个脉冲信号控制为具有基本相同的脉冲宽度。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于DC/DC转换器的控制器。该控制器包括:多个信号发生器，用于产生多个脉冲信号，所述多个信号发生器中的每个信号发生器产生所述多个脉冲信号中的对应脉冲信号，并通过对第一振荡信号的时钟周期计数相同的预设数值来控制所述对应脉冲信号具有预定脉冲宽度；以及控制电路，耦合至所述多个信号发生器，用于根据所述DC/DC转换器的输出选择性地激活所述多个信号发生器，以产生所述多个脉冲信号。
本发明还提供了一种用于DC/DC转换器的控制方法。该控制方法包括:根据所述DC/DC转换器的输出选择性地激活多个信号发生器，以产生多个脉冲信号；以及通过对第一振荡信号的时钟周期计数相同的预设数值，控制所述多个脉冲信号中的每个脉冲信号具有预定脉冲宽度。
本发明还提供了一种用于DC/DC转换器的控制器。该控制器包括:多个输出端，提供多个脉冲信号；以及PWM信号发生器，耦合至所述多个输出端，用于根据所述DC/DC转换器的输出选择性地激活多个信号发生器，以产生所述多个脉冲信号，并且通过对同一个振荡信号的时钟周期计数相同的预设数值，来控制所述多个脉冲信号中的每个脉冲信号具有预定脉冲宽度。
本发明提供的用于DC/DC转换器的控制器和控制方法可以依次产生多个脉冲信号，并通过对同一个振荡信号的时钟周期计数相同的预设数值来控制多个脉冲信号具有基本相同的脉冲宽度，从而平衡DC/DC转换器中流经多个电感的电感电流，以增强DC/DC转换器的稳定性。
以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。
图1所示为现有技术中的DC/DC转换器的示意图2所示为根据本发明一个实施例的用于DC/DC转换器的控制器的结构示意图3所示为根据本发明一个实施例的图2所示的控制器中的PWM信号发生器的结构示意图4所示为根据本发明一个实施例的PWM信号、触发信号、振荡信号以及指示信号的波形示意图5所示为根据本发明一个实施例的图2所示的控制器中的控制通道的结构示意图6所示为根据本发明一个实施例的DC/DC转换器的结构示意图7所示为根据本发明另一个实施例的DC/DC转换器的结构示意图；及
图8所示为根据本发明一个实施例的用于DC/DC转换器的控制方法的流程图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式
中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手续、部件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
本发明提供了一种用于DC/DC转换器的控制器和控制方法。该控制器可提供多个PWM信号以控制DC/DC转换器的输出。本发明的控制器和控制方法，通过对同一个振荡信号的时钟周期计数相同的预设数值来控制该多个PWM信号具有基本相同的脉冲宽度。
图2所示为根据本发明一个实施例的用于DC/DC转换器的控制器200的结构示意图。如图2所示，控制器200包含一组输出端1\、T2、…以及Tn，每个输出端根据DC/DC转换器的输出(例如，输出电压或输出电流)分别提供脉冲信号，例如PWM信号PWM_1-PWM信号PWM.N (N是自然数，且NS I)。举例说明，图2所示的反馈信号RS+和反馈信号RS-的差分信号，用于指不DC/DC转换器的输出(例如，输出电压Vqut或输出电流IQUT)。控制器200根据反馈信号RS+和反馈信号RS-控制PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_N，以控制DC/DC转换器的输出电压Votjt或输出电流IQUT。
更具体地，在一个实施例中，控制器200包含PWM信号发生器204、振荡器(oscillator,以下简称为0SC) 202以及控制通道206。如图2所示，PWM信号发生器204、0SC202以及控制通道206可集成在控制器200内部。在本发明的另一个实施例中，0SC202和控制通道206可置于控制器200的外部。0SC202产生第一振荡信号CLK，例如，时钟信号。控制通道206根据参考电压Vset和表示DC/DC转换器的输出的信号(例如，反馈信号RS+和反馈信号RS-的差分信号)产生指示信号PULSE，其中，指示信号PULSE表示DC/DC转换器的输出。耦合至0SC202和控制通道206的PWM信号发生器204根据0SC202提供的第一振荡信号CLK和控制通道206提供的指示信号I3ULSE,产生多个PWM信号:PWM信号PWM_1_PWM信号PWM_N。
有利地是，PWM信号发生器204可基于第一振荡信号CLK控制PWM信号PWM_1_PWM信号PWM_N，以使PWM信号PWM_1_PWM信号PWM_N具有基本相同的脉冲宽度。本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例所使用的“基本相同的脉冲宽度”是指PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_N的脉冲宽度可以因为例如电路组件的非理想性而稍有差别，但是，该差别处于可以忽略的范围内。PWM信号发生器204还可基于指示信号PULSE控制PWM信号PWM_1_PWM信号PWM_N，以将DC/DC转换器 的输出电压Votit调整到参考电压Vset的电压值。下文将对此进行详细描述。
图3所示为根据本发明一个实施例的图2所示的控制器200中的PWM信号发生器204的结构示意图。图3将结合图2进行描述。PWM信号发生器204包含多个信号发生器和耦合于该多个信号发生器的控制电路。在图3的实施例中，控制电路包含计数器302，且每个信号发生器分别包含计数单元304_1、计数单元304_2、……或者计数单元304_N。在一个实施例中，计数器302可以是包含循环移位寄存器的环形计数器，然而，本发明并不仅限于此。多个信号发生器用于产生多个脉冲信号，该多个信号发生器中的每个信号发生器产生该多个脉冲信号中的对应脉冲信号，例如，计数单元304_1_计数单元304_N分别产生PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_N。此外，多个信号发生器(例如，计数单元304_1、计数单元304_2、……计数单元304_N)还通过对同一个振荡信号(例如，第一振荡信号CLK)的时钟周期计数相同的预设数值，以控制对应脉冲信号具有预定脉冲宽度。控制电路用于根据DC/DC转换器的输出选择性地激活多个信号发生器，以产生多个脉冲信号，例如，计数器302根据指示信号PULSE和第二振荡信号CLK’(例如，时钟信号)选择性地激活信号发生器以产生脉冲信号。而且，计数器302进一步基于指示信号PULSE处于第一状态(例如，逻辑高)的持续时间，控制已激活的信号发生器的数量。例如，基于指示信号PULSE和第二振荡信号CLK’的逻辑与的结果，可以选择性地激活信号发生器(例如，计数单元304_1_计数单元304_N)。更具体地，在本发明的一个实施例中，当指示信号PULSE和第二振荡信号CLK’都处于第一状态(例如，逻辑高)时，计数器302选择计数单元304_1、计数单元304_2、……以及计数单元304_N中的一个来激活；同样，若指示信号PULSE维持在第一状态(例如，逻辑高)，则在第二振荡信号CLK’的激发沿(上升沿或下降沿)依次激活其它的计数单元(例如，计数单元304_1、计数单元304_2、......以及计数单元304_N中的若干个计数单元)。本发明实施例所使用的“依次激活”是指按照顺序逐个的激活计数单元304_1、计数单元304_2、……或计数单元304_N。根据指示信号PULSE处于第一状态(例如，逻辑高)的持续时间，可以激活一个或多个计数单元。图4的实施例将对此进行详细描述。除此之外，在图5的实施例中，当DC/DC转换器的输出电压Vqut小于参考电压Vset时，指不信号PULSE处于第一状态(例如，逻辑高)，且当DC/DC转换器的输出电压Vqut大于或等于参考电压Vset时，指示信号PULSE处于第二状态(例如，逻辑低)。
在一个实施例中，当指示信号PULSE处于第一状态(例如，逻辑高)时，指示输出电压Vom小于参考电压Vim时，计数器302开始激活计数单元304_1、计数单元304_2、......或计数单元304_N。参考图3，与门306接收第二振荡信号CLK’和指示信号PULSE并产生逻辑与结果信号(图3中未示出)。在上述实施例中，当指示信号TOLSE处于第一状态(例如，逻辑高)时，该逻辑与结果信号的波形和第二振荡信号CLK’的波形基本相同。本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例所使用的“基本相同”是指该逻辑与结果信号的波形可以因为例如电路组件的非理想性与第二振荡信号CLK’的波形稍有差别，但是，该差别处于可以忽略的范围内。换句话说，当指示信号PULSE处于第一状态(例如，逻辑高)时，计数器302开始对第二振荡信号CLK’的每个激发沿(上升沿或下降沿)进行计数。当计数器302根据第二振荡信号CLK’的一个时钟周期进行计数时，计数器302产生触发信号TR_1、触发信号TR_2、……或触发信号TR_N (例如，位于逻辑高的脉冲)。举例说明，响应于第二振荡信号CLK’的每个时钟周期，计数器302可在计数值CT3tl2I加一。当计数值CT3tl2达到K (K为自然数，且I < K < N)时，计数器302产生触发信号TR_K到计数单元304_K。如果指示信号PULSE在第二振荡信 号CLK’的多个时钟周期中一直维持在第一状态(例如，逻辑高)，那么计数值CT3tl2将一直增加并依次产生多个触发信号。本发明实施例所使用的“依次产生多个触发信号”是指响应于第二振荡信号CLK’的对应时钟脉冲，按照顺序逐个的产生触发信号。例如，指示信号PULSE变为逻辑高之后，在第二振荡信号CLK’的第一时钟周期产生触发信号TR_K ;如果指示信号PULSE维持在逻辑高，则在第二振荡信号CLK’的紧接着该第一时钟周期后的第二时钟周期产生触发信号TR_(K+1);如果指示信号PULSE仍维持在逻辑高，则在第二振荡信号CLK’的紧接着该第二时钟周期后的第三时钟周期，产生触发信号TR_(K+2)，其中K彡(N-2);以此类推。
此外，在本发明的一个实施例中，计数器302可以设置为具有开始值Ns和结束值Ne (开始值Ns和结束值Ne是自然数，且O < Ns < Ne < N)。在上述实施例中，当计数器302的计数值CT3tl2等于结束值Ne时，计数器302在端口 X产生循环截止信号，该循环截止信号将计数器302复位到开始值Ns而不使计数器302在计数值CT3tl2上继续加一。
另外，在一个实施例中，计数器302包含循环移位寄存器(图3中未示出)，循环移位寄存器由上述第二振荡信号CLK’和指示信号PULSE控制。循环移位寄存器(例如，8位循环移位寄存器)具有并联输出(例如，触发信号TR_1-触发信号TR_8)。基于指示信号TOLSE，循环移位寄存器可根据第二振荡信号CLK’进行计数，并相应地对二进制码(例如，8位循环移位寄存器的初始二进制码10000000)进行循环移位。循环移位寄存器可响应于第二振荡信号CLK’的多个时钟周期，使得计数器302产生触发信号TR_1-触发信号TR_8，例如，依次产生多个逻辑高脉冲。
此外，在一个实施例中，通过触发信号选择性地激活计数单元304_1_计数单元304_N以依次产生多个脉冲信号。更具体地，响应于来自计数器302的多个触发信号中的对应触发信号(例如，触发信号TRJO，对应的计数单元(例如，计数单元304JO开始对第一振荡信号CLK进行计数(例如，对第一振荡信号CLK的时钟周期进行计数)，并产生位于第一状态(例如，逻辑高)的对应PWM信号(例如，PWM信号PWMJO。响应于第一振荡信号CLK的每一个时钟周期，计数单元304_K都在计数值CT3tl4 κ上加一。当通过对第一振荡信号CLK的时钟周期进行计数而得到的计数值CT3tl4 κ等于预设结束值CTpke时，对应的计数单元304_Κ控制对应的PWM信号PWM_K为第二状态(例如，逻辑低)。因而，计数单元304_K控制PWM信号PWM K以具有预定脉冲宽度，该预定脉冲宽度等于预设结束值CTpke乘以第一振荡信号CLK的时钟周期长度。
换句话说，基于第二振荡信号CLK’和指示信号TOLSE，计数器302可产生多个触发信号。响应于触发信号(例如，触发信号TR_1-触发信号TR_N中的一个或多个)，对应的计数单元(例如，计数单元304_1_计数单元304_N中的一个或多个)分别开始对第一振荡信号CLK进行计数并依次产生位于第一状态的对应的PWM信号(例如，PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_N中的一个或多个)。当通过对第一振荡信号CLK的时钟周期进行计数而得到的每一个计数值(例如，计数值CT3tl4-「计数值CT3ci4 n)等于预设结束值CTpke时，各个计数单元控制对应的PWM信号为第二状态。具体地说，响应于第一触发信号，第一计数单元开始对第一振荡信号CLK进行计数并产生位于第一状态(例如，逻辑高)的第一 PWM信号。响应于第二触发信号(第二触发信号为紧接着第一触发信号的下一触发信号)，第二计数单元也开始对第一振荡信号CLK进行计数并产生位于第一状态(例如，逻辑高)的第二 PWM信号。第三触发信号(第三触发信号为紧接着第二触发信号的下一触发信号)激活第三计数单元，以此类推。当第一计数单元的计数值增加到预设结束值(例如，预设结束值CTpke)时，第一计数单元控制第一 PWM信号为第二状态(例如，逻辑低)。当第二计数单元、第三计数单元等的计数值分别达到预设结束值时，第二计数单元、第三计数单元等进行类似的操作。如上所述，因为计数单元304_1、计数单元304_2、......以及计数单元304N中的每一个对同一个振荡信号(例如，第一振荡信号CLK)计数相同的预设数值(例如，预设结束值CTPKE)，所以由计数单元304_1_计数单元304_N产生的PWM信号PWM_1_PWM信号PWM_N具有基本相同的脉冲宽度。
在本发明的一个实施例中，第二振荡信号CLK’和第一振荡信号CLK是产生于同一个振荡器(例如，图2中的0SC202)的相同信号。然而，在本发明的另一个实施例中，第一振荡信号CLK和第二振荡信号CLK’是不同的信号。在此实施例中，第二振荡信号CLK’的频率可以是第一振荡信号CLK的频率的因数，且第一振荡信号CLK的激发沿和第二振荡信号CLK’的激发沿始终基本一致。本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例所使用的“基本一致”是指第一振荡信号CLK的激发沿和第二振荡信号CLK’的激发沿可以因为例如电路组件的非理想性而稍有延迟，但是，该延迟处于可以忽略的范围内。
如图3所示，与门306将第二振荡信号CLK’和指示信号PULSE的逻辑与结果信号提供到计数器302。例如，当指示信号PULSE为逻辑低时，计数器302接收逻辑低信号，计数器302中止产生触发信号，以中止激活信号发生器，从而中止产生脉冲信号。当指示信号PULSE为逻辑高时，计数器302接收的逻辑与结果信号和第二振荡信号CLK’基本相同，相应地，计数器302开始计数以产生触发信号。当指示信号PULSE维持在逻辑高时，计数器302接收一组数量为Mm⑶⑩是自然数，且MmS I)的连续脉冲，其中每一个脉冲和第二振荡信号CLK’的一个时钟脉冲基本相同，并且计数器302产生一组数量为Mm的触发信号。于是，通过已产生的MCLK个触发信号来激活计数单元304_1_计数单元304_N中对应的计数单元，从而依次产生多个脉冲信号。已产生的脉冲信号的数量等于已激活的计数单元的数量，还等于已产生的触发信号的数量(例如，数量为Μακ)。依次产生的脉冲信号的数量Mm由指示信号PULSE确定。例如，当指示信号PULSE为逻辑高时，由计数器302接收的连续脉冲的数量增加；因此，通过对连续脉冲进行计数，计数器302产生的触发信号的数量(例如，Mclk)增加，且计数单元依次产生的脉冲信号的数量(例如，Mclk)增加。此外，图6将详细描述，DC/DC转换器可以通过增加依次产生的脉冲信号的数量Μακ，来增大DC/DC转换器的输出(例如，输出电压Vqut或输出电流IQUT)，或者，通过中止脉冲信号的产生，来减小DC/DC转换器的输出(例如，输出电压Vott或输出电流1ttX其结果是，DC/DC转换器的输出电压Vqut可以调整到参考电压Vset的电压值。
在一个实施例中，如果指示信号PULSE处于第二状态(例如，逻辑低)，计数器302接收位于逻辑低的输入信号，因此计数器302的计数值CT3tl2保持不变。如果指示信号TOLSE处于第一状态(例如，逻辑高)，计数器302接收一个或多个脉冲，每一个脉冲和第二振荡信号CLK’的一个时钟脉冲基本相同，因此计数器302的计数值CT3tl2相应增大。随着计数器302的计数值CT3tl2的增大，对应的计数单元(例如，计数单元304_1_计数单元304_N中的一个或多个计数单元)被激活以产生对应的脉冲信号。举例说明，当计数值CT3tl2增大到K(I ^ N)时，计数器302提供触发信号TR_K以激活计数单元304_K，计数单元304_Κ响应于触发信号TR_K，产生位于第一状态(例如，逻辑高)的PWM信号PWM_K并开始对第一振荡信号CLK进行计数。当对第一振荡信号CLK计数而得到的计数值CT3tl4 κ达到上述的预设结束值CTpke时，计数单元304_Κ还控制PWM信号PWM_K为逻辑低。综上，通过使计数单元304_1-计数单元304_N对同一个振荡信号(例如，第一振荡信号CLK)的时钟周期计数相同的预设数值(例如，预设结束值CTPKE)，可以将PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_N的所有脉冲设定为相同的脉冲宽度。再者，与图1所示的控制器中的模拟电路(例如，包含感应电阻和比较器的模拟电路)相比，本发明实施例中的数字电路(例如，图3中的计数单元304_1、计数单元304_2、……以及计数单元304_N)可以更加精确的控制PWM信号的脉冲宽度。
图4所示为根据本发明一个实施例的PWM信号PWM_1_PWM信号PWM_6、触发信号TR_1-触发信号TR_6、第一振荡信号CLK、第二振荡信号CLK’以及指示信号PULSE的波形示意图。PWM信号PWM_1-PWM信 号PWM_6为例如图2中PWM信号发生器204所产生的PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_6。图4将结合图3进行描述。在图4所示的实施例中，第一振荡信号CLK和第二振荡信号CLK’是相同的信号；计数器302的开始值设置为O (例如，开始值Ns=O);计数器302的结束值设置为6 (例如，结束值NE=6);且每个计数单元304_1-304_6的预设结束值设置为4 (例如，预设结束值CTpke=4)。
如图4所示，在时间段tl_t6，指示信号PULSE为逻辑高。因此，计数器302接收到5个脉冲，其中每一个脉冲和第二振荡信号CLK’的一个时钟脉冲基本相同，使得计数器302进行计数，例如，从O计数到5。这样，如图4所示，计数器302连续产生5个触发信号，例如，触发信号TR_1-触发信号TR_5。响应于该触发信号TR_1-触发信号TR_5，在例如时刻tl、时刻t2、时刻t3、时刻t4和时刻t5，分别将PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_5设置为逻辑高。换句话说，在时刻tl、时刻t2、时刻t3、时刻t4和时刻t5，分别激活计数单元304_1_计数单元304_5以依次产生5个脉冲信号(例如，PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_5的脉冲)，其中，一个计数单元产生一个脉冲信号。由于在图4的实施例中将预设结束值CTpke设置为4，PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_5中的每一个的脉冲宽度都等于第一振荡信号CLK的4个时钟周期的长度。在时间段t6-tll，指示信号PULSE为逻辑低，因此，计数器302中止对第二振荡信号CLK’进行计数并中止激活计数单元。类似地，在时间段tll-tl2，指示信号PULSE为逻辑高，计数器302接收到I个脉冲(例如，该脉冲和第二振荡信号CLK’的一个时钟脉冲基本相同)。到时刻t6时，计数器302的计数值CT3tl2已增加到5，所以，在时刻tll，计数器302在计数值CT3tl2上加一(例如，将计数值CT3tl2增加到6)。这样，在时刻tll，计数器302提供触发信号TR_6以激活计数单元304_6产生脉冲信号，例如，PWM信号PWM_6的脉冲。另外，在时刻tll，计数值CT3tl2已增加到结束值Ne (其中，结束值Ne=6)，则计数器302产生循环截止信号以复位，并将计数值CT3tl2重置为开始值Ns (其中，开始值Ns=O)。在时间段tl2-tl4，指示信号PULSE为逻辑低，因此，计数器302中止计数并中止触发信号的产生。在时间段tl4-tl6，指示信号PULSE再次变为逻辑高，计数器302从O开始计数。类似地，计数器302产生了两个触发信号(触发信号TR_1和触发信号TR_2)，以分别在时刻tl4和时刻tl5将PWM信号PWM_1和PWM信号PWM_2再次设置为逻辑高。后续将以类似的方式产生触发信号及PWM信号。
此外，当指示信号PULSE为逻辑高时，依次产生的脉冲信号的数量增大。当指示信号PULSE为逻辑低时，中止产生脉冲信号，且数量Mm重置为初始值，例如，初始值O。以图4为例，在时间段tl-t6，指示信号PULSE为逻辑高且数量Mm从O增大到5。在时间段t6-tll，指示信号PULSE为逻辑低且不产生新的脉冲信号，数量重置为初始值O。
再者，如图4所示，PWM信号PWM_1_PWM信号PWM_6具有相同的脉冲宽度。举例说明，当计数单元304_1在时刻tl由触发信号TR_1激活的时候，计数单元304_1开始对第一振荡信号CLK进行计数。当对第一振荡信号CLK计数得到的计数值CT3tl4」达到预设结束值CTpee时(例如在图4的实施例中，预设结束值CTpke设定为4)，计数单元304_1控制PWM信号PWM_1的脉冲在时刻t5位于逻辑低。因此，PWM信号PWM_1的脉冲宽度为第一振荡信号CLK的4个时钟周期的长度。类似地，可以控制PWM信号PWM_2-PWM信号PWM_6的脉冲以使其脉冲宽度相同且等于第一振荡信号CLK的4个时钟周期长度。
综上，如图4所示，基于指示信号PULSE产生并控制PWM信号PWM_1 -PWM信号PWM.6,从而将DC/DC转换器的输出电压Votit调整到参考电压Vset的电压值。以下将对此进行更加详细的描述。此外，如图4所示，PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_6具有相同的脉冲宽度。
图5所示为根据本发明一个实施例的图2所示的控制器200中的控制通道206的结构示意图。图5将结合图2和图3进行描述。控制通道206包含比较器504，用于将指示DC/DC转换器的输出(例如，输出电压Votit或输出电流Itot)的信号Sind和参考电压Vset进行比较以产生上述指示信号PULSE，从而控制依次产生的脉冲信号的数量Μακ。比较器504可以是任意类型的比较器，例如，时钟比较器等。如图5所示，控制通道206还可包含差分放大器502，用于产生指示DC/DC转换器的输出的信号。
在图5的实施例中，差分放大器502接收反馈信号RS+和反馈信号RS-并向比较器504提供/[目号SIND。反馈/[目号RS+和反馈/[目号RS-可以是一对差分/[目号，其差值等于DC/DC转换器的输出电压VoUT。差分放大器502的输出信号Sind可以线性正比于(例如,等于)输出电压Vtm。因此，比较器504通过将参考电压Vset和信号Sind进行比较，以比较参考电压Vset和输出电压V.。在一个实施例中，如果信号Sind的值大于参考电压Vset的值(例如,如果输出电压Vqut大于参考电压Vset),则比较器504的输出信号(即指不信号HJLSE)处于第二状态(例如，逻辑低)，图3中的计数器302中止激活多个计数单元(例如，计数单元304_1_计数单兀304_N)。如果信号Sind的值小于参考电压Vset的值(例如,如果输出电压Vmjt小于参考电压VSET)，则指示 信号PULSE处于第一状态(例如，逻辑高)。如上所述，当指示信号I3ULSE为逻辑高时，图3中的计数器302开始计数，进而依次激活多个计数单元(例如，计数单元304_1-计数单元304_N)中的至少一个计数单元以产生至少一个脉冲信号，从而增大DC/DC转换器的输出，其中该至少一个计数单元中的每个计数单元响应于第二振荡信号CLK’的时钟脉冲而激活。
换句话说，在一个实施例中，控制通道206用于确定是否满足一条件；如果参考电压Vset和信号Sind共同指示满足该条件，则控制通道206产生位于逻辑高的指示信号PULSE，计数器302产生触发信号TR_K，激活计数单元304_K，以产生脉冲信号PWM_K。在一个实施例中，该条件是:信号Sind的电压小于参考电压VSET。当指示信号PULSE为逻辑高时，计数器302开始计数并提供触发信号以激活对应的计数单元。已激活的计数单元响应于触发信号而产生对应的脉冲信号。综上，表示DC/DC转换器的输出(例如，输出电压Vqut或输出电流Iqut)的指示信号PULSE可用来指示何时增加产生的脉冲信号的数量。
图6所示为根据本发明一个实施例的DC/DC转换器600的结构示意图。图6将结合图2、图3、图4和图5进行描述。如图6所示，DC/DC转换器600包含控制器612、多组开关(例如开关S11和开关S12、开关S21和开关S22、......开关Sni和开关SN2)、以及多个电感L1-电感Ln。在图6的实施例中，控制器612包含控制器200，控制器200如图2所描述的包含0SC202、PWM信号发生器204和控制通道206。
在一个实施例中，控制通道206根据参考电压Vset和表示DC/DC转换器600的输出(例如，输出电压Votit或输出电流Itm)的信号(例如，反馈信号RS+和反馈信号RS-的差分信号)产生指示信号PULSE。PWM信号发生器204产生多个PWM信号(PWM信号PWM_1、PWM信号PWM_2、……以及PWM信号PWM_N)，以控制DC/DC转换器600的输出电压Vqut或输出电流IOTT。更具体的，如图6所示，PWM信号发生器204提供该多个PWM信号PWM_1_PWM信号PWM_N以经由信号总线618控制多组开关，也就是说，该多个PWM信号PWM_1_PWM信号PWM_N中的对应PWM信号控制多组开关中对应的一组开关以控制流经多个电感L1-电感Ln中的对应电感的电流。如果PWM信号PWM_1处于第一状态(例如，逻辑高)，则开关S11开启且开关S12关断。相应地，电感L1耦合至输入电压源Vin，且流经电感L1的电感电流Iu增大。如果PWM信号PWM_1处于第二状态(例如，逻辑低)，则开关S11关断且开关S12开启。相应地，电感L1耦合至地，且电感电流Iu减小。从而电感电流Iu相应地控制DC/DC转换器600的输出电压Vtm。在一个实施例中，当电感电流Iu斜坡下降到零时，控制器200可关断开关Sn和开关S12。因此，当PWM信号PWM_1的脉冲出现时，产生电感电流Iu。PWM信号PWM_2-PWM信号PWM_N可以用类似的方式分别控制流经电感L2-Ln的电感电流。如图3所描述的，控制器200产生PWM信号PWM_1_PWM信号PWM_N的一组脉冲。当指示信号PULSE维持在第一状态(例如，逻辑高)时，PWM信号发生器204产生PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_N的脉冲，脉冲数量为Μακ。因此，依次产生的脉冲的数量Mm由指示信号PULSE确定；换句话说，控制器200可以根据DC/DC转换器的输出(例如，输出电压Vqut或输出电流1tt)控制脉冲的数量Μακ。在一个实施例中，控制器200根据输出电压Votit增加脉冲的数量Μακ。更具体地，如果输出电压Votit小于参考电压VSET，控制器200可增加PWM信号的脉冲数量Μακ。如果输出电压Votjt大于或等于参考电压Vset,控制器200还可中止脉冲的产生。于是，如果输出电压VaiT小于参考电压Vset,控制器200可增大电感L1-电感Ln的电感电流的总和以增大输出电压VoUT。如果输出电压Votjt大于或等于参考电压Vset，控制器200可中止电感电流的产生以减小输出电压VTOT。综上，可以将输出电压Votit调整到参考电压Vset的电压值。在一个实施例中，0SC202可以将第一振荡信号CLK的频率控制为线性正比于输入电压Vin和参考电压Vset (例如，输出电压Vott的目标值)之间的差值。此外，根据上述描述，PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_N的脉冲宽度可以线性正比于第一振荡信号CLK的时钟周期。因此，PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_N的脉冲宽度与输入电压Vin和参考电压Vset之间的差值成反比。如此，可以控制电感L1-电感Ln的电感电流具有不变的波纹振幅Al。另外，图3中所示的多个计数单元304_1_计数单元304_N通过对第一振荡信号CLK的时钟周期计数相同的预设数值产生多个脉冲宽度相同的PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_N，从而控制流经多个电感L1-电感Ln的电感电流具有基本相同的波纹振幅Al。本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例所使用的“基本相同的波纹振幅”是指电感L1-电感Ln的电感电流的波纹振幅可以因为例如电路组 件的非理想性而稍有差别，但是，该差别处于可以忽略的范围内。综上，电感L1-电感Ln的电感电流可具有相同且不变的波纹振幅Al。其结果是，可使电感L1-电感Ln的电感电流相互平衡且可增强DC/DC转换器600的稳定性。在图6的实施例中，PWM信号发生器204经由信号总线618提供PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_N以控制DC/DC转换器600的输出，例如，输出电压Vtot或输出电流IQUT。PWM信号发生器204中的计数器(例如，图3中的计数器302)的开始值设置为0，且PWM信号发生器204中的计数器的结束值设置为N。图7所示为根据本发明另一个实施例的DC/DC转换器700的结构示意图。图7将结合图2、图3、图4、图5和图6进行描述。如图7所示，DC/DC转换器700包含控制器712、多个开关对(开关对SWP_1、开关对SWP_2、……开关对SWP_N)、以及多个电感L1-电感LN。开关对SWP_1-开关对SWP_N的结构与图6中所示的包含开关S11和开关S12的开关对、包
含开关S21和开关S22的开关对、......以及包含开关Sni和开关Sn2的开关对类似。在图7
的实施例中，控制器712包含两个控制电路:控制电路200_1和控制电路200_2。控制电路200_1产生第一组PWM信号[PWM信号PWM_1、PWM信号PWM_2、......以及PWM信号PWM_A](A为自然数，且A彡N)以经由信号总线618控制DC/DC转换器600的输出，例如，输出电压VOTT。类似地，控制电路200_2产生第二组PWM信号[PWM信号PWM_(A+1)、PWM信号PWM_(A+2)、……以及PWM信号PWM_N]以经由信号总线718控制DC/DC转换器600的另一输出，例如，输出电压Vott’。图7中的控制电路200_1和控制电路200_2的结构与图2、图6中的控制器200的结构类似。根据以上对图6的描述，PWM信号PWM_1_PWM信号PWM_A的脉冲宽度可与输入电压Vin和参考电压Vset之间的差值成反比，且PWM信号PWM_ (A+1) -PWM信号PWM_N的脉冲宽度可与输入电压Vin和参考电压Vse/之间的差值成反比。参考电压Vse/指示DC/DC转换器700的输出电压Voti/的参考值，从而将输出电压Vott’调整到参考电压Vse/的电压值。如此，可以控制电感L1-电感La的电感电流具有不变的波纹振幅△ I，并且可以控制电感L(a+1)_电感Ln的电感电流具有不变的波纹振幅Al’。如上所述，PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_A的脉冲宽度相同，且PWM信号PWM_ (A+1) -PWM信号PWM_N的脉冲宽度相同。其结果是，可使电感L1-电感La的电感电流相互平衡，以及使电感L(a+1)_电感Ln的电感电流相互平衡，并且可增强DC/DC转换器700的稳 定性。此外，在图7的实施例中，控制电路200_1中的计数器(例如，图3中的计数器302)的开始值设置为0，且控制电路200_1中的计数器的结束值设置为A。控制电路200_2中的计数器(例如，图3中的计数器302)的开始值设置为A，且控制电路200_2中的计数器的结束值设置为N。然而，本发明并不仅限于此。在另一个实施例中，控制电路200_1和控制电路200_2的开始值和结束值可以有其它的值，但是，控制电路200_1和控制电路200_2不会同时控制同一个PWM信号。尽管图7的实施例中的DC/DC转换器700公开了两个控制电路(例如，控制电路200_1和控制电路200_2 )，但是本发明并不仅限于此，本发明的DC/DC转换器可包含任意数目的控制电路。 图8所示为根据本发明一个实施例的用于DC/DC转换器的控制方法的流程图800。图8将结合图2、图3、图5、图6和图7进行描述。在步骤802中，控制器(例如，控制器200、控制电路200_1或者控制电路200_2)根据DC/DC转换器(例如，DC/DC转换器600或DC/DC转换器700)的输出(例如，输出电压或输出电流)选择性地激活多个信号发生器(例如，计数单元304_1_计数单元304_N)，以产生多个脉冲信号(例如，PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_N的脉冲)。在步骤804中，信号发生器(例如，计数单元304_1_计数单元304_N)通过对同一个振荡信号(例如，第一振荡信号CLK)的时钟周期计数相同的预设数值(例如，预设结束值CTpee),以控制每一脉冲信号具有预定脉冲宽度。具体而言，响应于来自计数器302的多个触发信号TR_1-触发信号TR_N，控制每个PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_N为第一状态(例如，逻辑高)，并开始对第一振荡信号CLK的时钟周期进行计数；当对第一振荡信号CLK的时钟周期进行计数得到的计数值等于预设数值(例如，预设结束值CTpke)时，控制每个PWM信号PWM_1-PWM信号PWM_N为第二状态(例如，逻辑低)。有利地是，信号发生器(例如，计数单元304_1_计数单元304_N)通过将该预设数值乘以该振荡信号的时钟周期长度，以控制脉冲信号具有基本相同的脉冲宽度。总而言之，本发明的实施例提供了用于DC/DC转换器的控制器以及控制方法，以控制多个脉冲信号的产生。该控制器包含多个信号发生器以产生多个PWM信号。通过使信号发生器对同一个振荡信号计数相同的预设数值，可使产生的PWM信号具有基本相同的脉冲宽度。本发明的控制器可应用于例如图像处理器单元(graphic processor unit, GPU)、中央处理器单兀(central proces sor unit, CPU)、稳压器(voltage regulator, VR)等的多相DC/DC转换器中。
上文具体实施方式
和附图仅为本发明的常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。
权利要求
1.一种用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，所述控制器包括: 多个信号发生器，用于产生多个脉冲信号，所述多个信号发生器中的每个信号发生器产生所述多个脉冲信号中的对应脉冲信号，并通过对第一振荡信号的时钟周期计数相同的预设数值来控制所述对应脉冲信号具有预定脉冲宽度；以及 控制电路，耦合至所述多个信号发生器，用于根据所述DC/DC转换器的输出选择性地激活所述多个信号发生器，以产生所述多个脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，每个所述信号发生器通过将所述相同的预设数值乘以所述第一振荡信号的时钟周期长度，确定所述预定脉冲览度。
3.根据权利要求1所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，所述多个信号发生器通过对所述第一振荡信号的时钟周期计数所述相同的预设数值，控制所述多个脉冲信号具有基本相同的脉冲宽度。
4.根据权利要求1所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，所述DC/DC转换器包括多组开关和多个电感，所述多个脉冲信号中的所述对应脉冲信号控制所述多组开关中对应的一组开关以控制流经所述多个电感中的对应电感的电流。
5.根据权利要求4所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，如果所述对应脉冲信号处于第一状态，则流经所述多个电感中的对应电感的电流增加；如果所述对应脉冲信号处于第二状态，则流经所述多个电感中的对应电感的电流减小。
6.根据权利要求4所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，所述多个信号发生器通过对所述第一振荡信号的时钟周期计数所述相同的预设数值，产生所述多个脉冲信号以控制流经所述多个电感的多个电流具有基本相同的波纹振幅。
7.根据权利要求1所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，每个所述信号发生器响应于所述控制电路产生的多个触发信号中的对应触发信号，开始对所述第一振荡信号的所述时钟周期进行计数并产生位于第一状态的所述对应脉冲信号，当对所述第一振荡信号的所述时钟周期进行计数得到的计数值等于所述预设数值时，所述多个信号发生器中的对应信号发生器控制所述对应脉冲信号为第二状态。
8.根据权利要求1所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，所述控制器还包括比较器，所述比较器用于将指示所述DC/DC转换器的输出的信号与参考电压进行比较。
9.根据权利要求8所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于， 如果指示所述DC/DC转换器的输出的信号小于所述参考电压，则所述控制电路通过依次激活所述多个信号发生器中的至少一个信号发生器以产生至少一个脉冲信号，来增大所述DC/DC转换器的输出，其中，所述至少一个信号发生器中的每个信号发生器响应于第二振荡信号的时钟脉冲而激活； 如果指示所述DC/DC转换器的输出的信号大于所述参考电压，则所述控制电路中止激活所述多个信号发生器。
10.根据权利要求1所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，所述控制电路包括由第二振荡信号控制的移位寄存器，所述控制电路响应于所述第二振荡信号的多个时钟周期，产生多个触发信号以选择性地激活所述多个信号发生器。
11.根据权利要求10所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，当表示所述DC/DC转换器的输出的指示信号处于第二状态时，所述控制电路对所述第二振荡信号的激发沿计数得到的计数值不变； 当表示所述DC/DC转换器的输出的所述指示信号处于第一状态时，所述控制电路对所述第二振荡信号的激发沿进行计数，其中，当所述计数值等于结束值时，所述控制电路产生循环截止信号，以将所述计数值复位到开始值。
12.根据权利要求1所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，所述控制器还包括振荡器，所述振荡器用于产生所述第一振荡信号。
13.根据权利要求1所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，所述多个脉冲信号的所述预定脉冲宽度与所述DC/DC转换器的输入电压和参考电压之间的差值成反比。
14.根据权利要求1所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，所述控制电路进一步基于表不所述DC/DC转换器的输出的指不信号处于第一状态的持续时间，控制已激活的信号发生器的数量。
15.一种用于DC/DC转换器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括: 根据所述DC/DC转换器的输出选择性地激活多个信号发生器，以产生多个脉冲信号；以及 通过对第一振荡信号的时钟周期计数相同的预设数值，控制所述多个脉冲信号中的每个脉冲信号具有预定脉冲宽度。
16.根据权利要求15所述 的用于DC/DC转换器的控制方法，其特征在于，所述控制所述多个脉冲信号中的每个脉冲信号具有预定脉冲宽度的步骤进一步包括: 响应于多个触发信号，控制每个所述脉冲信号为第一状态； 响应于所述多个触发信号，开始对所述第一振荡信号的时钟周期进行计数；以及当对所述第一振荡信号的时钟周期计数得到的计数值等于所述相同的预设数值时，控制每个所述脉冲信号为第二状态。
17.根据权利要求16所述的用于DC/DC转换器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括: 根据第二振荡信号和表示所述DC/DC转换器的输出的指示信号产生所述多个触发信号。
18.根据权利要求17所述的用于DC/DC转换器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括: 当表示所述DC/DC转换器的输出的所述指示信号处于第二状态时，对所述第二振荡信号的激发沿计数得到的计数值不变； 当表示所述DC/DC转换器的输出的所述指示信号处于第一状态时，对所述第二振荡信号的激发沿进行计数，其中，当对所述第二振荡信号的激发沿计数得到的所述计数值等于结束值时，产生循环截止信号，以将对所述第二振荡信号的激发沿计数得到的所述计数值复位到开始值。
19.根据权利要求15所述的用于DC/DC转换器的控制方法，其特征在于，所述根据所述DC/DC转换器的输出选择性地激活多个信号发生器的步骤进一步包括: 如果指示所述DC/DC转换器的输出的信号小于参考电压，则依次激活所述多个信号发生器中的至少一个信号发生器以产生至少一个脉冲信号，其中，所述至少一个信号发生器中的每个信号发生器响应于第二振荡信号的时钟脉冲而激活；以及 如果指示所述DC/DC转换器的输出的信号大于所述参考电压，则中止激活所述多个信号发生器。
20.一种用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，所述控制器包括: 多个输出端，提供多个脉冲信号；以及 PWM信号发生器，耦合至所述多个输出端，用于根据所述DC/DC转换器的输出选择性地激活多个信号发生器，以产生所述多个脉冲信号，并且通过对同一个振荡信号的时钟周期计数相同的预设数值，来控制所述多个脉冲信号中的每个脉冲信号具有预定脉冲宽度。
21.根据权利要求20所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，通过将所述相同的预设数值乘以所述同一个振荡信号的时钟周期长度，确定所述预定脉冲宽度。
22.根据权利要求20所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，所述多个信号发生器通过对所述同一个振荡信号的时钟周期计数所述相同的预设数值，控制所述多个脉冲信号具有基本相同的脉冲宽度。
23.根据权利要求20所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，所述DC/DC转换器包括多组开关和多个电感，所述多个脉冲信号中的对应脉冲信号控制所述多组开关中对应的一组开关以控制流经所述多个电感中的对应电感的电流。
24.根据权利要求23所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，如果所述对应脉冲信号处于第一状态，则流经所述多个电感中的对应电感的电流增加；如果所述对应脉冲信号处于第二状态，则流经所述多个电感中的对应电感的电流减小。
25.根据权利要求23所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于，所述多个信号发生器通过对所述同一个振荡信号的时钟周期计数所述相同的预设数值，产生所述多个脉冲信号以控制流经所述多个电感的多个电流具有基本相同的波纹振幅。
26.根据权利要求20所述的用于DC/DC转换器的控制器，其特征在于， 如果指示所述DC/DC转换器的输出的信号小于参考电压，则所述PWM信号发生器通过依次激活所述多个信号发生器中的至少一个信号发生器以产生至少一个脉冲信号，来增大所述DC/DC转换器的输出，其中，所述至少一个信号发生器中的每个信号发生器响应于时钟信号的时钟脉冲而激活； 如果指示所述DC/DC转换器的输出的信号大于所述参考电压， 则所述PWM信号发生器中止激活所述多个信号发生器。
全文摘要
本发明公开了一种用于直流/直流(DC/DC)转换器的控制器和控制方法。该控制器包括多个信号发生器，用于产生多个脉冲信号，多个信号发生器中的每个信号发生器产生多个脉冲信号中的对应脉冲信号，并通过对第一振荡信号的时钟周期计数相同的预设数值来控制对应脉冲信号具有预定脉冲宽度；以及耦合于多个信号发生器的控制电路，用于根据DC/DC转换器的输出选择性地激活多个信号发生器，以产生多个脉冲信号。本发明的用于DC/DC转换器的控制器和控制方法能够控制多个脉冲信号具有基本相同的脉冲宽度，从而增强DC/DC转换器的稳定性。
文档编号H02M3/10GK103187857SQ20121056639
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月24日 优先权日2011年12月30日
发明者肖邦-米哈依·庞贝斯库 申请人:凹凸电子(武汉)有限公司