[发明专利]单电感多输出直流-直流变换器及其电荷恒定控制方法

说明书

本发明公开了一种单电感多输出直流‑直流变换器及其电荷恒定控制方法，该变换器包括功率级模块、电压采样电路、ADC模块、第一减法器、多路电压PI模块、电荷恒定控制模块、第一调制模块、求和模块、第二减法器、电流PI模块、第二调制模块和时分复用控制、死区与驱动电路。本发明通过电荷恒定控制模块来根据当前电感电流大小以及输出通道负载瞬态发生前所需的电荷量来计算输出通道所需的新导通时间，使得未进行负载瞬态的输出通道在负载瞬态发生前后所需的电荷保持不变，减少了各通道之间的相互影响，降低了各通道之间的互扰。本发明作为一种单电感多输出直流‑直流变换器及其电荷恒定控制方法可广泛应用于电子技术领域。

技术领域

本发明涉及直流变换电路领域，尤其是一种单电感多输出直流-直流变换器及其电荷恒定控制方法。

背景技术

单电感多输出(Single-Inductor Multiple-output，SIMO)直流-直流变换器是一种直流变换电路，其只需要一个输入电压就可以同时得到多个直流输出电压。SIMO采用了同一个电感给不同的输出通道供能或者滤波，故其可以达到减少系统的体积、降低成本的目的。

单电感多输出直流-直流变化器的能量传输方式主要分为“时分复用”(TimeComplexing，TM)以及“依序供能控制”(Ordered Power-Distributive Control，OPDC)这两种。“时分复用”控制方式，每一个输出通道都需要对电感进行先充电再放电处理。对于具有n个通道的变换器来说，“时分复用”控制方式要进行n次充电和n次放电。该种控制方式开关动作次数太多，开关损耗会比较大。除此之外，这种控制方式在负载情况变化时，可能会让相邻通道的充放电周期重叠在一起，导致通道之间的相互影响变大，也即产生的互扰变大。

“依序供能控制”控制方式，在一个周期之内，只对电感进行一次充电，然后依照顺序给各路输出放电。对于具有n个通道的变换器来说，“依序供能控制”控制方式只需进行1次充电和n次放电。这种控制方式可以大大减少开关动作次数，减少开关损耗，在单电感多输出直流-直流变换器中得到了广泛应用。然而对于“依序供能控制”控制方式来说，其各个通道共享同一个电感，故其一个通道的负载情况变化会引起电感电流的变化，而变化的电感电流势必会对其它不进行负载瞬态(即负载不变)的通道产生互扰。互扰不仅会使其它通道的电压纹波变大，而且在严重的情况下，其会使得系统不稳定，影响系统的正常工作。因此，如何抑制各通道之间的互扰就成了“依序供能控制”控制方式中亟待解决的技术难题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种通过电荷恒定控制来抑制各通道之间的互扰的，单电感多输出直流-直流变换器。

本发明的另一目的在于：提供一种通过电荷恒定控制来抑制各通道之间的互扰的，单电感多输出直流-直流变换器的电荷恒定控制方法。

本发明所采取的技术方案是：

单电感多输出直流-直流变换器，包括：

功率级模块，用于能量传递控制、提供多路输出和采样单电感多输出直流-直流变换器的电感电流值；

电压采样电路，用于采样单电感多输出直流-直流变换器中多个输出通道的输出电压值；

ADC模块，用于将采样的电感电流值、电压采样值和电压参考值数字化；

第一减法器，用于将数字化后的电压参考值与多个输出通道数字化后的电压采样值分别作差，得到各个输出通道的电压误差信号；

多路电压PI模块，用于对各个输出通道的电压误差信号进行频率补偿，得到各个输出通道的旧导通时间信号；

电荷恒定控制模块，用于根据数字化后的电感电流值和各个输出通道的旧导通时间信号计算各个输出通道的新导通时间信号；