[发明专利]带同步电流模式滞环控制的单电感多输出调整器

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2011年5月9日提交的美国临时专利申请No.61/457，660的优先权，该美国临时专利申请以引文方式被纳入本文。

技术领域

这项发明总的来说涉及直流到直流转换器，更具体地讲涉及单电感多输出开关调整器。该调整器的负载瞬态反应快、交叉调制低、能在任何负载范围下保持高效率、并在驱动能力方面具有可调性。

背景技术

不同的电源电压已是可携带电子产品（如网本，个人数字助手（PDA）电话和可携带媒体播放器（PMP））所必需的功能。直流到直流开关转换器由于电源能效高而被这些电子产品普遍应用。单电感多输出（SIMO）直流到直流转换器能够提供这些应用所需要的各种电压。由于所需电感数量的减少，单电感多输出直流到直流转换器提供了更小面积和更低成本的解决方法。

为了使单电感多输出直流到直流转换器实现高性能，许多设计参数需要精心考虑，比如负载瞬态反应，交叉调制和输出波纹。美国专利公开No.2008/0231115、美国专利7,432,614、美国专利公开No.2011/0043181描述了几种用于单电感多输出直流到直流转换器的传统控制技术，例如顺序功率分布控制，时分或者序列控制。对于这些转换器，由误差放大器决定所要求的能量。负载瞬态反应也就受补偿器所限制。

美国专利公开No.2008/0231115描述了一种控制方法，这种方法中电感在一个周期内积累一次能量，然后把这些能量根据预定义好的优先级一个接一个地传输给所有的输出。这种控制方法中，最后一级输出运用峰值电流控制模式。以这种方法控制的转换器响应和交叉调制都由最后一级决定。在这种控制方法中，如果第一个输出有很大的负载，由于预定义好的能量传输优先级，其它的输出很可能在几个周期之内得不到能量，从而导致其它的输出都会有一个电压降。

对于应用类似美国专利7，432，614和美国专利公开No.2011/0043181的控制方法的转换器，系统需要工作在不连续传导模式（Discontinuous-Conduction-Mode（DCM））以减少交叉调制，这会限制系统的能量负荷，或者在大负载的时候导致比较大的电流和电压纹波。这种类型的控制方法如果利用准连续传导模式（PCCM）或者连续传导模式（CCM）的操作方法会降低抑制交叉调制的有效性，同时也就增大系统的功耗损失，使设计变得更复杂。

发明内容

此项发明的实施例提供了一种具有快速瞬态响应的电流模式滞环控制技术的单电感多输出直流到直流开关转换器以抑制交叉调制。

在一个实施例中，提供了一种直流到直流开关转换器，其包括：至少一个功率源以提供电子能量；电感性能量存储元件，用于从输入功率源积累电子能量和将电子能量传输到多个输出；主开关，用于控制在电感性能量存储元件中的能量积累；多个输出开关，用于对能量传输到每一个输出进行控制；续流开关，与电感性能量存储元件并联；以及控制器，配置好以协调多个输出开关和主开关，以便周期性地从电感性能量存储元件传输累积的能量到每个输出，从而在各个输出产生已调制好的直流电压。这种协调进一步包含了输出电压和相应的基准电压的比较，及积累的能量传输到多个输出的次序的调整。

在进一步的实施例中，所述控制器还包括：产生高频时钟信号的时钟产生器，这个时钟信号用来根据负载电流调节调制器的开关频率；至少一个比较器，其对应于多个输出中的每一个输出；比较器，用来检测电感电流是否达到峰值电感电流；逻辑和缓冲器单元，用来控制主开关、续流开关和所有的输出开关。该控制器可进一步配置好以用来根据负载电流调节调制器的开关频率。

在进一步的实施例中，提供了一种控制直流到直流开关转换器的方法。此方法包含：打开主开关，以在电感性能量存储元件中存储能量；根据输出电压和与该输出相应的基准电压的比较结果，由控制器选择一个输出用来传输积累的能量；控制器根据输出的负载决定此输出是工作于非连续传导模式（DCM）还是连续传导模式（CCM）；以及将积累的能量传输到该输出。

附图说明

虽然附加的权利要求详细地描述了此项发明的特征，但是此项发明及它的目标和优点能够从以下具体的描述和详尽的附图中能得到更好的理解：

图1给出了根据此项发明的一个实施例的单电感多输出升压转换器的结构的框图；

图2给出了图1中的单电感多输出升压转换器的操作的时序图，其中单电感多输出升压转换器工作在DCM模式且各个输出有相似的负载电流（load weight）；