[發明專利]一種單電感多輸出直流-直流降壓變換器

有效

• 申請號: 201910030670.0
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109818497B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 劉育洋;李斌;鄭彥祺;吳朝暉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02M3/157
• 分類號: H02M3/157;H02M3/158
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發明公開了一種單電感多輸出直流?直流降壓變換器，包括：主級功率電路、多個次級支路、電流傳感器、帶隙基準源、主級和次級功率管控制器以及模式控制器，主級功率管控制器用于根據電流傳感器的輸出電流信號和多個次級支路輸出電壓的誤差信號，控制主級功率電路的功率管的開關，以調整主級功率電路輸入端傳輸到蓄能電感上的能量；次級功率管控制器，用于控制各次級支路的功率管開關；根據多個次級支路的輸出電壓，輸出多個次級支路的輸出電壓的誤差信號；模式控制器，用于產生脈沖寬度調制和固定導通時間調制的時序。本發明可以克服非平衡負載的調制失效和交叉調制效應的問題，本發明可以廣泛應用于電子技術領域。

技術領域

本發明涉及電子技術領域，尤其是一種單電感多輸出直流-直流降壓變換器。

背景技術

單電感多輸出(Single Inductor Multiple Output，SIMO)直流-直流降壓變換器，是一種開關型直流降壓變換電路，通過一種直流輸入電壓產生復數種類的直流輸出電壓，其特點是只包含一個電感和復數個數的電容，效率較高，版圖面積利用高效，順應高集成度系統設計的趨勢。

針對單電感多輸出直流-直流變換器根據電感電流一個周期內的波形，可以分為單路充電(Single Charge)和多路充電(Multiple Charge)兩種方式。單路充電在一個主級周期內只有一個次級支路導通，然后每個次級支路在不同的周期內依次導通；多路充電則在一個主級周期內，次級支路依次導通，相較前者可以具有更大的負載范圍和更高效率預期，但是由于輸出各支路在一個周期內分享電感電流，因此當一路輸出的負載發生變化時，電感電流變化速度有限，必然會引起其他支路產生調制誤差，該效應叫做交叉調制(CrossRegulation)，該效應是許多控制方法致力解決的。

另外，當輸出負載整體較重，但某一支路負載較輕，由于輸出支路功率管占空比和該支路輸出電流占有總電感電流的比例有關，會存在有部分支路占空比過小，導致大尺寸的功率管打開時間過長(大于實際占空比)，或無法打開，導致該路調制失敗，進而影響其他支路的調制，該效應是非平衡負載的調制失效，同樣需要解決。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于：提供一種單電感多輸出直流-直流降壓變換器。

本發明所采取的技術方案是：

一種單電感多輸出直流-直流降壓變換器，包括：

主級功率電路；

多個次級支路；

電流傳感器，用于采集主級功率電路的蓄能電感的第一電流信號，并將所述第一電流信號轉換為若干個種輸出電流信號；

帶隙基準源，用于產生參考電壓源和參考電流源；

主級功率管控制器，用于根據電流傳感器的輸出電流信號和多個次級支路輸出電壓的誤差信號，控制主級功率電路的功率管的開關，以調整主級功率電路輸入端傳輸到蓄能電感上的能量；

次級功率管控制器，用于控制各次級支路的功率管開關，使蓄能電感上的電流依次分配到多個次級支路；根據多個次級支路的輸出電壓，輸出多個次級支路的輸出電壓的誤差信號；

模式控制器，用于產生脈沖寬度調制和固定導通時間調制的時序。

進一步，所述主級功率管控制器包括：

跨導比例加法器，用于將次級功率管控制器輸出的多個次級支路的輸出電壓的誤差信號求和并轉換為第二電流信號；

第一PI補償器，用于對第二電流信號和電流傳感器的輸出電流信號的差作電流環補償。

進一步，所述次級功率管控制器包括：

第二PI補償器，用于補償次級支路所在的電壓環；