[發(fā)明專利]單電感雙輸出開關(guān)電源的分時(shí)復(fù)用控制方法及其電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110285932.1
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN102332824A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐申;楊淼;王益峰;高慶;秦昌兵;孫偉鋒;陸生禮;時(shí)龍興
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/156
• 分類號(hào): H02M3/156
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電源轉(zhuǎn)換器，尤其是一種單電感雙輸出開關(guān)電源的分時(shí)復(fù)用控制方法及其電路。

背景技術(shù)

隨著電子設(shè)備的發(fā)展以及復(fù)雜度的增加，整機(jī)內(nèi)部的單元模塊越來越多，不同的模塊供電電壓以及供電要求往往是不同的。例如計(jì)算機(jī)的主板，對于內(nèi)存、硬盤、CPU和顯卡等不同設(shè)備，就分別需要提供3.3V、5V、12V的供電電壓。再例如當(dāng)前的智能手機(jī)，除了RF模塊要求低噪聲和高電源電壓抑制比，需要用LDO供電外，其余大部分模塊出于效率考慮多數(shù)都采用DC-DC開關(guān)電源，供電電壓從1.5V到15V不等。由此可見，多輸出DC-DC電路的研究對于當(dāng)前電源管理產(chǎn)業(yè)界有著重要的意義。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)多路輸出電源是對每個(gè)等級(jí)的輸出電壓單獨(dú)使用一個(gè)單路輸出變換器，這樣雖然能夠很好的滿足負(fù)載的要求并且設(shè)計(jì)簡單，但是會(huì)造成經(jīng)濟(jì)成本和供電裝置體積的增加。而且由于各DC-DC變換器是獨(dú)立的，若它們的振蕩頻率有差異，就可能發(fā)生拍頻干擾，在輸出電壓上出現(xiàn)頻率為各振蕩頻率之差的電壓紋波。電源管理單元是當(dāng)前比較流行的一種解決方案。通過在一塊芯片中集成多個(gè)DC-DC變換器，從而實(shí)現(xiàn)多種電壓的輸出。電源管理單元無論在精度、體積還是轉(zhuǎn)換效率上，都有不錯(cuò)的表現(xiàn)，但是需要多個(gè)電感，電感往往是占用面積最大也是最難被集成的，這樣勢必浪費(fèi)了PCB面積而且提高了成本。

單電感雙輸出（SIDO）或單電感多輸出（SIMO）開關(guān)電源是一種新型開關(guān)電源結(jié)構(gòu)，各輸出支路分時(shí)工作，利用單個(gè)電感實(shí)現(xiàn)多路輸出，非常適合作為多值電壓系統(tǒng)的電源。

輸出支路的分時(shí)工作帶來了兩個(gè)好處：首先各個(gè)輸出之路共享一個(gè)電感，大大減少了所需電感的數(shù)量，大幅縮小多路輸出開關(guān)電源系統(tǒng)最終的體積和重量。其次可以實(shí)現(xiàn)對各個(gè)輸出支路的單獨(dú)精確控制。但分時(shí)工作也存在負(fù)面作用：由于共享一個(gè)電感，各輸出之路之間存在嚴(yán)重的交叉影響，某個(gè)輸出支路的輸出電流變化通常會(huì)影響到其他輸出支路的輸出電流。交叉影響的問題輕則增加各輸出支路輸出的紋波系數(shù)，重則破壞整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使開關(guān)電源無法正常工作。

為了避免交叉影響對單電感多輸出開關(guān)電源帶來的負(fù)面影響，香港科技大學(xué)Dongsheng?Ma使SIMO?Boost（升壓）開關(guān)電源工作在DCM（不連續(xù)導(dǎo)電模式）和PCCM（偽連續(xù)導(dǎo)電模式）模式下，利用相鄰工作的兩路輸出交界處的死區(qū)時(shí)間作為過渡，起到隔離的作用，有效的避免了輸出之路之間的交叉影響。但DCM?SIMO開關(guān)電源負(fù)載能力較小，同時(shí)電感上電流紋波大，導(dǎo)致輸出紋波較大；PCCM?SIMO開關(guān)電源雖然電感平均電流較大，負(fù)載能力較強(qiáng)，但PCCM是利用限制工作模式來抑制輸出支路之間的交叉影響，一旦工作模式無法保證，輸出支路之間仍會(huì)存在相互影響。因此，DCM?SIMO和PCCM?SIMO開關(guān)電源都是在一定程度上抑制了輸出支路之間的交叉影響，而不能從根本上消除一旦負(fù)載變化過大或者控制失控，很容易使開關(guān)電源的工作模式發(fā)生變化，產(chǎn)生輸出支路之間的交叉影響。

?????由于工作在CCM模式下的開關(guān)電源具有負(fù)載能力強(qiáng)，輸出電壓紋波小等優(yōu)點(diǎn)，因此越來越多的學(xué)者開始研究分時(shí)復(fù)用技術(shù)在CCM開關(guān)電源下的應(yīng)用。但SIMO開關(guān)電源在CCM模式下，若某路負(fù)載發(fā)生變化，導(dǎo)致該路的電感電流偏離設(shè)定值，而該變化將持續(xù)并影響到下一支路的工作，造成交叉影響。

東南大學(xué)張麟等提出了一種分時(shí)控制方法，對連續(xù)導(dǎo)電模式的SIMO?Boost開關(guān)電源在獨(dú)立充放開關(guān)時(shí)序下的控制環(huán)路進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)。該控制方法在每路輸出時(shí)的工作周期末增加一個(gè)校正周期，用來校正電感電流，以消除輸出支路電流之間的交叉影響。但該方法主要由三個(gè)缺點(diǎn)：首先是純阻性校正支路降低了開關(guān)電源的效率；其次是校正周期改變了開關(guān)電源的開關(guān)周期；最后是該控制方法的特性決定了開關(guān)電源各路負(fù)載必須相等或者相差不大。這幾個(gè)缺點(diǎn)限制了校正支路控制方法在SIMO開關(guān)電源中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種單電感雙輸出開關(guān)電源的分時(shí)復(fù)用控制方法及其電路，通過將各路輸出的電壓與基準(zhǔn)電壓比較產(chǎn)生控制主回路和次級(jí)回路的占空比信號(hào)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)導(dǎo)電模式下無交叉影響的多路輸出。