CN102403894A

CN102403894A - 电源

Info

Publication number: CN102403894A
Application number: CN2011102713086A
Authority: CN
Inventors: 亨里克斯·科内利斯·约翰内斯·布思克尔
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2031-09-14
Also published as: CN102403894B; EP2432107B1; US20120062031A1; EP2432107A1; US9118246B2

Abstract

由于多个输出端的不同负载要求，多输出直流到直流转换器在CCM模式中会具有复杂的控制要求。本发明描述了具有单个线圈或电感器和续流开关的多输出直流到直流转换器。控制器测量续流阶段的持续时间。如果持续时间小于第一值，则控制器在接下来的工作周期中增加供给至直流到直流转换器的电流，并且如果持续时间大于第二值，则控制器在接下来的工作周期中降低供给至电感器的电流。

Description

电源

技术领域

本发明涉及具有多种输出的直流到直流转换器(DC-to-DC converter)。

背景技术

已知可以将切换模式电源实施为具有多种输出，并且仅采用一个电感器用作直流到直流转换器。这节省了元件总数，并减少特别是在每个转换器要求外部补偿网络时要求的管脚的数量。

Woo等人在“Load-Independent Control of Switching DC-DC Converterswith Freewheeling Current Feedback”(Young-Jin Woo，IEEE JOURNAL OFSOLID-STATE CIRCUITS，第43卷，第12期，2008年12月，第2798页)中描述了多输出直流到直流转换器。

美国专利申请2008/0231115A1描述了可以以间断传导模式(DCM)和连续传导模式(CCM)工作的多输出直流到直流转换器。

美国专利7,432,614B2描述了以伪连续传导模式(PCCM)采用续流切换(freewheel switching)操作的单电感多输出切换直流到直流转换器。在多输出切换模式电源的周期期间，电流在一个或多个阶段期间从电压源(voltage source)供给至电感器。当电流供给至电感器时，所述多个输出端中的每一个在该周期的不同阶段(其可以是相同相位，也可以是不同相位)期间耦合至电感器。一旦一个输出已经达到要求的电压，则该输出与电感器断开，并将下一个输出切换为连接至电感器。一旦最后一个输出已经达到要求的电压，则可以由可以将电感器的两个端子连接在一起的开关将电感器切换为续流，直到下一个周期开始。由采用传感器的控制器进行供给至电感器的电流的控制，以确定输出负载、开关和电感器中的电流。感测电流的值可以用来修改续流电流的电平。

多输出直流到直流转换器的问题是输出的相互影响。由于所有的输出共享相同的电感器，该电感器具有有限量的电能，如果一个输出具有负载阶跃且突然需要更多的能量，则其它输出将具有较少可用的能量。另一个问题是确定控制器应当使用哪个或哪些参数作为输入和控制什么参数。对于以DCM模式操作的转换器，控制简单，因为允许电感器中的电流在每个周期结束时返回零或过零。然而，在CCM模式中，控制比DCM模式复杂的多，因为必须根据多个输出端的变化负载要求将电流维持在不同的值。因此希望开发用于以CCM模式操作的更简单的直流到直流转换器。

发明内容

本发明的多个方面在随附权利要求中限定。在第一方面中，提供了一种多输出直流到直流转换器，包括：电感器，具有第一电感器端子和第二电感器端子；电流控制器，耦合至电感器；续流开关，可操作为在多输出直流到直流转换器的续流阶段将第一电感器端子耦合至第二电感器端子；控制器，具有耦合至续流开关的第一输出端和耦合至电流控制器的第二输出端；其中控制器可操作为测量续流阶段的持续时间，以根据续流阶段的持续时间修改供给至电感器的电流。

本发明基于下述认识，即当直流到直流转换器正以CCM模式运行时，直流到直流转换器的周期的续流阶段的持续时间可以用来控制供给至电感器的电流的量，因为续流阶段的持续时间越长，系统中存在的能量越多。因此，如果续流阶段很长，则在系统中存在过多的能量，因此电感器电流可能较小。如果续流阶段很短，则系统中存在非常少的能量，没有为正向瞬态(positive transients)留下任何空间，因此电感器电流可能较大。采用续流阶段的持续时间作为控制器的控制参数简化了直流到直流转换器的设计，因为它消除了对负载电流传感器的要求。续流阶段的持续时间的测量可以通过诸如计数器之类的简单数字方案或其它简单的数字设计完成。

在一种实施方式中，提供了一种多输出直流到直流转换器，其中控制器进一步适于，当续流阶段的持续时间小于第一值时通过电流控制机制增加供给至电感器的峰值电流，并且当续流阶段的持续时间大于第二值时通过电流控制机制降低供给至电感器的峰值电流。通过控制供给至电感器的峰值电流值，可以限制供给至电感器的能量的量。

在另一种实施方式中，提供了一种包括直流到直流转换器的降压(buck)-升压(boost)转换器，其中续流切换机制包括：第一晶体管，具有耦合至电感器的第一端子的第一晶体管端子和耦合至参考地电位的第二晶体管端子；和第二晶体管，具有耦合至电感器的第二端子的第一晶体管端子和耦合至参考地电位的第二晶体管端子；其中第一晶体管可操作为在降压-升压周期的第一阶段期间启动，第二晶体管可操作为在降压-升压周期的第二阶段期间启动，并且第一晶体管和第二晶体管二者可操作为在降压-升压周期的续流阶段期间启动。在降压-升压周期的不同阶段控制两个晶体管消除了对具有单独的续流开关的需求，产生了元件数量减少的设计。

在第二方面中，提供了一种控制具有电感器并能够以连续传导模式运行的多输出直流到直流转换器的方法，该方法包括下述步骤：确定续流阶段的持续时间；根据续流阶段的持续时间修改供给至电感器的电流。通过采用续流阶段的持续时间的值作为控制参数，简化了控制算法，因为不需要测量所述多个输出端中的每一个上的电流负载和开关电流。

附图说明

现在将仅以举例的方式详细描述本发明的由附图说明的实施方式，在附图中：

图1说明根据本发明的实施方式的构造为升压转换器的多输出直流到直流转换器。

图2示出在图1的升压转换器的单个操作周期的阶段期间的电流变化。

图3说明根据本发明的另一种实施方式的构造为降压转换器的多输出直流到直流转换器。

图4示出示出在图3的降压转换器的单个操作周期的阶段期间的电流变化。

图5说明根据本发明的另一种实施方式的构造为降压-升压转换器的多输出直流到直流转换器。

图6示出在图6的降压-升压转换器的单个操作周期的阶段期间的电流变化。

图7说明根据本发明的另一种实施方式的构造为降压-升压转换器的多输出直流到直流转换器。

图8示出控制图7的实施方式的多输出直流到直流转换器的输出的方法。

图9示出控制根据本发明的另一种实施方式的多输出直流到直流转换器中的电流的方法。

图10说明根据本发明的实施方式的比例积分控制器。

具体实施方式

图1示出了实施为多输出升压转换器100的直流到直流转换器。升压转换器100具有连接至电感器12的第一端子的DC电压源10。续流开关14可以连接在电感器12的第一端子和第二端子之间。电感器12的第二端子可以耦合至升压输入开关16的第一端子。升压输入开关16的第二端子可以连接至可以为地电位的参考电位。

二极管18可以具有耦合至电感器12的第一端子的阳极和耦合至第一输出开关20的第一端子、第二输出开关22的第一端子和第三输出开关24的第一端子的阴极。第一输出开关20的第二端子可以耦合至电容器26的第一端子，电容器26的第二端子可以耦合至可以为地电位的参考电位。第二输出电容器28的第一端子耦合至第二输出开关22的第二端子，电容器28的第二端子耦合至参考电位。第三输出开关24的第二端子耦合至电容器30的第一端子，电容器30的第二端子耦合至参考电位。

第一输出开关20、第二输出开关22和第三输出开关24可以操作为用于选择哪个输出端耦合至电感器12的选择器。

升压转换器100的第一输出端32可以耦合至第一输出开关20的第二端子。升压转换器100的第二输出端34可以耦合至第二输出开关22的第二端子。升压转换器100的第三输出端36可以耦合至第三输出开关24的第二端子。控制器40可以耦合至续流开关14、升压输入开关16、以及第一输出开关20、第二输出开关22和第三输出开关24。控制器40可以在升压转换器100的每个操作周期期间控制升压转换器100的续流开关14、升压输入开关16、第一输出开关20、第二输出开关22和第三输出开关24的切换。

续流开关14、升压输入开关16、第一输出开关20、第二输出开关22和第三输出开关24可以实施为晶体管。所述晶体管可以双极晶体管或场效应晶体管(FET)。

图2说明了以连续传导模式操作的升压转换器100的操作周期的示例。在该周期的第一阶段42期间，升压输入开关16可以由控制器40闭合。续流开关14、第一输出开关20、第二输出开关22和第三输出开关24可以由控制器40打开。电流可以由电压源10供给至电感器12，电感器12的第二端子处的电压将稳定地增加。

电压源10和输入开关16可以用作电流控制器，因为阶段42的持续时间确定供给至电感器的电流的量。

在升压转换器100的周期的第二阶段44期间，升压输入开关16可以打开，第一输出开关20可以闭合，第二输出开关22可以打开，第三输出开关24可以打开，续流开关14可以打开。在第二阶段44期间，存储在电感器12中的能量可以供给至第一输出端32。输出端32处的电压可以稳定地增加至预定值。一旦已经达到预定值，则控制器40可以使第一输出开关20断路。

在升压转换器100的该周期的第三阶段46期间，续流开关14可以打开，升压输入开关16可以打开，第一输出开关20可以打开，第二输出开关22可以闭合，第三输出开关24可以打开。在升压转换器100的该周期的第三阶段46期间，能量可以从电感器12供给至第二输出端34，第二输出端34上的电压可以增加至期望值。一旦已经达到期望值，则控制器40可以使第二输出开关22断路，这将电感器12从第二输出端34上断开。

在升压转换器100的该周期的另一阶段48期间，输入开关16可以打开，续流开关14可以打开，第一输出开关20可以打开，第二输出开关22可以打开，第三输出开关24可以闭合。在升压转换器100的操作周期的另一阶段48期间，第三输出端36耦合至电感器12。存储在电感器12中的能量可以传递至第三输出端36，输出端36处的电压将上升至预定值。一旦已经达到预定值，则控制器40可以使第三输出开关24断路。

升压转换器100的操作周期的续流阶段50可以使续流开关14闭合，输入开关16打开，第一输出开关20打开，第二输出开关22打开，第三输出开关24打开。在续流阶段50期间，在多输出升压转换器100的所有输出端已经达到他们的要求的电压电平之后存储在电感器12中的任何能量可以在包括电感器12的电流回路中循环，直到多输出升压转换器100的下一个操作周期开始。

图3示出了实施为多输出降压转换器200的直流到直流转换器。降压转换器200具有连接至降压输入开关38的第一端子的DC电压源10。电感器12的第一端子可以耦合至降压输入开关38的第二端子。二极管42可以具有耦合至电感器12的第一端子的阴极和耦合至可以为地电位的参考电位的阳极。

续流开关14可以连接在电感器12的第一端子和第二端子之间。电感器12的第二端子可以连接至第一输出开关20的第一端子、第二输出开关22的第一端子和第三输出开关24的第一端子。第一输出开关20的第二端子可以耦合至电容器26的第一端子，电容器26的第二端子可以耦合至可以为地电位的参考电位。第二输出电容器28的第一端子可以耦合至第二输出开关22的第二端子，电容器28的第二端子可以耦合至参考电位。第三输出开关24的第二端子可以耦合至电容器30的第一端子，电容器30的第二端子耦合至参考电位。

降压转换器200的第一输出端32可以耦合至第一输出开关20的第二端子。降压转换器200的第二输出端34可以耦合至第二输出开关22的第二端子。降压转换器200的第三输出端36可以耦合至第三输出开关24的第二端子。控制器40可以耦合至续流开关14、降压输入开关38、第一输出开关20、第二输出开关22和第三输出开关24。控制器40可以在降压转换器200的每个操作周期期间控制降压转换器200的续流开关14、降压输入开关16、第一输出开关20、第二输出开关22和第三输出开关24的切换。

续流开关14、输入开关38、第一输出开关20、第二输出开关22和第三输出开关24可以采用晶体管或者晶体管或二极管的组合实现。晶体管可以为双极晶体管或FET。FET可以实现为MOSFET晶体管。第一输出开关20、第二输出开关22和第三输出开关24可以包括用于反向阻断以防止所述输出端之间的短路的二极管。该二极管可以单独形成，或者形成为MOSFET晶体管结构的一部分。可以采用多于一个的晶体管实现开关。

图4说明了降压转换器200的操作周期的示例。在该周期的第一阶段62期间，降压输入开关38和第一输出开关20可以由控制器40闭合。续流开关14、第二输出开关22和第三输出开关24可以由控制器打开。电流可以由可以电压源10供给至电感器12，电感器12的第二端子处的电压可以增加，直到达到第一输出端32处的电压的参考值，此时控制器40可以打开第一输出开关20。

在降压转换器200的该周期的第二阶段64期间，降压输入开关38可以闭合，第一输出开关20可以打开，第二输出开关22可以闭合，第三输出开关24可以打开，续流开关14可以打开。在第二阶段64期间，存储在电感器12中或由电压源10供给的能量可以供给至第二输出端34。第二输出端34处的电压可以增加。

电压源10和降压输入开关38可以用作电流控制器，因为阶段62和64的持续时间决定在降压转换器200的周期中供给至电感器12的电流的量。

在降压转换器200的该周期的第三阶段66期间，续流开关14可以打开，输入开关38可以打开，第一输出开关20可以打开，第二输出开关22可以闭合，第三输出开关24可以打开。在降压转换器200的该周期的第三阶段66期间，能量可以从电感器12供给至第二输出端34，第二输出端34上的电压可以增加至期望值。一旦已经达到期望值，则控制器40可以使第二输出开关22断路，这将电感器12从第二输出端34上断开。

在降压转换器200的该周期的另一阶段68期间，降压输入开关38可以打开，续流开关14可以打开，第一输出开关20可以打开，第二输出开关22可以打开，第三输出开关24可以闭合。在降压转换器200的操作周期的另一阶段48期间，第三输出端36耦合至电感器12。存储在电感器12中的能量可以传递至第三输出端36，输出端36处的电压将上升至预定值。一旦已经达到预定值，则控制器40可以使第三输出开关24断路。

降压转换器200的多输出的操作周期的续流阶段50可以使续流开关14闭合，降压输入开关38打开，第一输出开关20打开，第二输出开关22打开，第三输出开关24打开。在续流阶段50期间，在多输出降压转换器200的所有输出端已经达到它们的要求的电压电平之后存储在电感器12中的能量可以在包括电感器12的电流回路中循环，直到降压转换器200的下一个操作周期开始。

图5示出了实施为多输出降压-升压转换器300的直流到直流转换器。降压-升压转换器300具有可以连接至降压输入开关38的第一端子的DC电压源10。电感器12的第一端子可以连接至降压输入开关38的第二端子。电感器12的第二端子可以连接至升压输入开关16的第一端子。升压输入开关16的第二端子可以连接至可以为地电位的参考电位。降压-升压输入开关70可以具有耦合至电感器12的第一端子的第一端子和耦合至可以为地电位的参考电位的第二端子。

电感器12的第二端子可以连接至第一输出开关20的第一端子，第二输出开关22的第一端子和第三输出开关24的第一端子。第一输出开关20的第二端子可以耦合至电容器26的第一端子，电容器26的第二端子可以耦合至可以为地电位的参考电位。第二输出电容器28的第一端子可以耦合至第二输出开关22的第二端子，电容器28的第二端子可以耦合至参考电位。第三输出开关24的第二端子可以耦合至电容器30的第一端子，电容器30的第二端子耦合至参考电位。

降压-升压转换器300的第一输出端32可以耦合至第一输出开关20的第二端子。降压-升压转换器300的第二输出端34可以耦合至第二输出开关22的第二端子。降压-升压转换器300的第三输出端36可以耦合至第三输出开关24的第二端子。控制器40可以耦合至降压输入开关38、第一输出开关20、第二输出开关22和第三输出开关24。控制器40可以在每个操作周期期间控制降压-升压转换器300的升压输入开关16、降压输入开关38、降压-升压输入开关70、第一输出开关20、第二输出开关22和第三输出开关24。

升压输入开关16、降压输入开关38、降压-升压输入开关70、第一输出开关20、第二输出开关22和第三输出开关24可以采用晶体管或者晶体管或二极管的组合实现。晶体管可以为双极晶体管或FET。FET可以实现为MOSFET晶体管。第一输出开关20、第二输出开关22和第三输出开关24可以包括用于反向阻断以防止所述输出端之间的短路的二极管。该二极管可以单独形成，或者形成为MOSFET晶体管结构的一部分。可以采用多于一个的晶体管实现开关。

图6说明了降压-升压转换器300的操作周期的示例。在周期的第一阶段82期间，降压输入开关38和升压输入开关16可以由控制器40闭合。降压-升压输入开关70、第一输出开关20、第二输出开关22、第三输出开关24可以由控制器打开。电流可以由电压源10供给至电感器12，电感器12的第二端子出的电压可以增加。

在降压-升压转换器300的周期的第二阶段84期间，降压输入开关38可以闭合，第一输出开关20可以闭合，第二输出开关22可以打开，第三输出开关24可以打开，降压-升压输入开关70可以打开。在第二阶段84期间，存储在电感器12中或由电压源10供给的能量可以供给至第一输出端32。第二输出32处的电压可以增加直到预定参考值，在该预定参考值控制器40可以打开第一输出开关20。

在降压-升压转换器300的周期的第三阶段86期间，降压输入开关38可以闭合，升压输入开关16可以打开，第一输出开关20可以打开，第二输出开关22可以闭合，第三输出开关24可以打开。在降压-升压转换器300的该周期的第三阶段86期间，能量可以从电感器12或电压源10供给至第二输出端34，第二输出端34上的电压可以增加至期望值。一旦已经达到期望值，则控制器40可以使第二输出开关22断路，这将电感器12从第二输出端34上断开。

电压源10、升压输入开关16和降压输入开关38可以用作电流控制器，因为阶段62和64的持续时间决定在降压-升压转换器300的周期中供给至电感器12的电流的量。

在降压-升压转换器300的周期的第四阶段88期间，升压输入开关16可以打开，降压输入开关38可以打开，降压-升压输入开关70可以闭合，第一输出开关20可以打开，第二输出开关22可以闭合，第三输出开关24可以打开。在降压-升压转换器300的操作周期的第四阶段88期间，第二输出端34耦合至电感器12。存储在电感器12中的能量可以传递至第二输出端34，输出端34处的电压可以上升至预定值。一旦已经达到预定值，则控制器40可以使第二输出开关22断路。

在降压-升压转换器300的周期的第五阶段90期间，升压输入开关16可以打开，降压输入开关38可以打开，降压-升压输入开关70可以闭合，第一输出开关20可以打开，第二输出开关22可以打开，第三输出开关24可以闭合。在降压-升压转换器300的操作周期的第五阶段90期间，第三输出端36可以耦合至电感器12。存储在电感器12中的能量可以传递至第三输出端36，第三输出端36处的电压可以上升至预定值。一旦已经达到预定值，控制器40可以使第三输出开关24断路。

在降压转换器200的多输出的操作周期的续流阶段50期间，升压输入开关16可以闭合，降压输入开关38可以打开，降压-升压输入开关70可以闭合，第一输出开关20可以打开，第二输出开关22可以打开，第三输出开关24可以打开。在续流阶段50期间，在多输出降压-升压转换器300的所有输出端已经达到它们的要求的电压电平之后存储在电感器12中的能量可以在包括电感器12的电流回路中周期，直到降压-升压转换器300的下一个操作周期开始。在续流阶段50中，升压输入开关16和降压-升压开关70用作将电感器12的端子连接在一起的续流开关。

图7示出了实现直流到直流转换器的功能的多输出降压-升压转换器700。电压源10可以耦合至PMOS晶体管72的源极。PMOS晶体管72的漏极可以耦合至NMOS晶体管74的漏极。NMOS晶体管74的源极可以耦合至地参考电位。NMOS晶体管72的漏极可以耦合至二极管76的阴极。二极管76的阳极可以耦合至地参考电位。电感器12的第一端子可以连接至NMOS晶体管72的漏极。电感器12的第二端子可以连接至NMOS晶体管78的漏极。

第一PMOS输出晶体管80可以具有耦合至电感器12的第二端子的源极和耦合至第一输出端32的漏极。第二PMOS输出晶体管82可以具有耦合至电感器12的第二输入端子的源极和耦合至第二输出端34的漏极。第三PMOS输出晶体管84可以具有耦合至电感器12的第二端子的漏极和耦合至降压-升压转换器700的第三输出端36的源极。第一输出电容器可以连接在第一输出端32和地参考电位之间。第二输出电容器28可以连接在第二输出端34和地参考电位之间。第三输出电容器30可以连接在第三输出端36和地参考电位之间。

第一输出比较器90可以具有耦合至第一输出端32的输入端和耦合至等于第一输出端32的期望输出电压的参考电压的第二输入端。第二比较器92可以具有耦合至第二输出端34的第一输入端和耦合至等于第二输出端34的期望输出电压的参考电压的第二输入端。第三比较器94可以具有耦合至降压-升压转换器700的第三输出端36的第一输入端和和耦合至等于第三输出端36的期望输出电压的参考电压的第二输出端。电流限制比较器96可以具有耦合至电感器12的第一端子的输入端和耦合至将比较器设定为峰值电流的期望值的数字控制器的输出端的第二输入端。

控制器40可以具有耦合至时钟参考源98的输入端、耦合至比较器90的输出端的第二输入端、耦合至比较器92的输出端的第三输入端和耦合至比较器94的输出端的第四输入端。控制器40还耦合至电流限制比较器96的输出端的另一个输入端。另外的实施方式可以具有在1MHz和100MHz之间的频率可以操作的时钟参考源98。

控制器40可以具有耦合至PMOS晶体管72的栅极输入端的第一输出端、可以连接至NMOS晶体管74的栅极输入端的第二输出端、可以连接至NMOS晶体管78的栅极输入端的第三输出端、可以连接至第一PMOS输出晶体管80的第四输出端、可以连接至第二PMOS输出晶体管82的栅极输入端的第五输出端、和可以连接至第三输出PMOS晶体管84的栅极输入端的第六输出端。PMOS输出晶体管80、PMOS输出晶体管82和PMOS输出晶体管84可以结合用于反向阻断以避免多个输出端之间的短路的二极管。数字控制器40的另一个输出端可以连接至电流限制比较器96。

该降压-升压转换器中的PMOS和NMOS晶体管可以由控制器40控制并用作开关。在操作中，控制器40可以首先接通PMOS晶体管72以及NMOS晶体管78；这通过将线圈连接至电压源10的电压供给而激励线圈。

接下来，NMOS晶体管78切断，且PMOS晶体管32接通，这将线圈12的第二端子耦合至降压-升压转换器700的第一输出端。比较器90可以将第一输出端32的输出电压30与期望参考电压进行比较。一旦已经达到第一输出端32的期望参考电压，则比较器90的输出将变为逻辑1，且数字控制器可以切断第一PMOS输出晶体管32并接通第二PMOS晶体管34。这可以将电感器12的第二端子耦合至第二输出端34。第二输出端34的电压输出随后将增加至由第二比较器92的参考输入决定的电平。一旦该电压稍微大于第二比较器92的参考电压输入，则比较器的输出将变高，且数字控制器随后可以切断第二输出PMOS晶体管34和PMOS晶体管72。

可以启动NMOS晶体管74，这将线圈电感器12的第一端子耦合至地参考电位，并且如果需要可以从电感器12上去除一些多余的能量。

一旦已经达到第二输出端34的期望电压，则比较器输出92变为逻辑高，且数字控制器40可以禁用第二PMOS输出晶体管82并启动第三PMOS输出晶体管84。第三输出端36可以耦合至电感器12的第二端子，且第三输出端处的电压可以上升至至由第三比较器94的参考电压输入决定的期望电平。一旦已经达到第三输出端36处的期望电压，则比较器输出94将变高，且数字控制器40可以切断第三PMOS晶体管84。如果在系统中仍然存在能量，控制器可以接通NMOS晶体管78，使得NMOS晶体管74和NMOS晶体管78将电感器的第一端子和电感器的第二端子耦合在一起。降压-升压转换器700随后处于续流模式，并且任何多余的电流在电感器12中循环。在续流阶段期间，在进行续流切换功能的同时，启动NMOS晶体管74和NMOS晶体管78的组合。

可以在控制器中采用标准数字逻辑技术实现控制机制，例如，通过实现为有限状态机(finite stage machines)。可替换地，可以通过在处理器上运行指令序列实现控制算法。供给至电感器12的电流的量可以由控制器通过改变电感器12耦合至电源10的时间量而控制。电感器12可以在启动PMOS晶体管72时耦合至电压源(voltage supply)10。可以通过监测电感器12的耦合至电流限制比较器96的输入端的第一端子处的电压电平改变供给至电感器12的电流的量。数字控制器40可以设置耦合至电流限制比较器96的参考输入端的参考值。当超过该参考值时，则比较器输出变高，这指示限制太高。随后数字控制器40可以切断PMOS晶体管72，使得在特定周期期间无更多的电流可以由电压源10供给至电感器12。

图8说明了用于控制多输出直流到直流转换器的输出的算法。在周期810开始后的某点处，第一输出端可以在步骤820中耦合至能量源。能量源可以为电感器或者可以为电感器和电压源或电流源的组合。当第一输出端达到预定电压值时，可以断开第一输出端，且第二输出端在步骤830耦合至能量源。当第二输出端已经达到期望值时，第三输出端可以在步骤840耦合至可以为电压源和/或存储在电感器中的能量的能量源。

当所有的输出端都已经达到期望参考值时，则系统在步骤850中进入续流阶段，直到周期结束。在周期结束之后，重复所述顺序。

图9示出了在直流到直流控制器的多输出的操作周期期间控制供给至电感器的电流的量的示例方法。在系统在910中初始化之后，系统进入连续操作模式920。在连续模式920中，在每个周期中由电压源供给至电感器的电流的量处于恒定水平。系统可以检查任何给定周期中续流阶段的持续时间。如果续流阶段等于零，则控制进入上升模式930。在上升模式中，由电压源供给至电感器的电流的量在每个后续周期中都增加。一旦续流阶段的持续时间已经增加为大于某个期望水平，则系统可以变回连续模式920。在连续模式中，如果续流阶段时间或持续时间大于某个值，则这意味着在系统中存在过多的能量，因此控制器变为下降模式940。在下降模式940中，与在前的周期相比，在每个周期中供给至电感器的电流的量降低。一旦续流阶段时间小于或等于期望值，则系统变回连续模式，从而在每个周期中供给至电感器的能量的量与在前的周期相同。

图10示出了采用比例积分控制技术的控制方法，其在脉冲开关调制处于多输出直流到直流转换器的控制中时使用。在脉冲开关调制技术中，维持恒定的开关频率，但充电周期与放电周期之比可以改变。因此，比例积分控制用来调节充电周期。在充电周期中，电感器通过连接至电压源而被充电。调节器的p值可以实现为逻辑值。这是为了简化需要控制的因素。在上升模式中可以将p值设置为增益参数。在连续模式中可以将p值设为零。在下降模式中可以将p值设为负的增益值。i值为表示上升模式的每个周期的i增益因子的增加的值。在连续模式中i值保持恒定。在下降模式中将i值设为减小。

在图10中，在周期的开始1010，系统首先检查续流阶段的值并在102中将它与零进行比较。

如果该值大于零，则控制系统在1030中将续流阶段的值与窗口值进行比较。窗口值可以为两个值之间的范围或者可以为单个值。

如果续流阶段大于窗口值，则系统进入下降模式1050，将p值设为等于负增益参数值，与在前的周期相比i值递减。

如果续流阶段持续时间小于或等于窗口值，则控制器处于连续模式1040，p值设为零，且i值保持不变。在连续模式1040中，每个周期中充电阶段和放电阶段之比在一个周期和下一个周期之间将保持相同。

在1020中，如果续流阶段小于或等于零，则控制器处于上升模式1060。在上升模式中，在每个周期中，p值设为正增益，i值设为增加。

从连续模式1040、下降模式1050和上升模式1060中的任一种开始，下一个步骤是在1070中计算等于p值和i值之和的峰值电流值。这在下一个周期中为系统设定该峰值电流值。控制器随后在步骤1080中返回下一个周期的开始，随后为多输出直流到直流转换器的每个后续周期重复所述顺序。

多输出直流到直流转换器的示例性的另一实施方式可以通过减少或增加输出开关和输出电容器的数量而具有两个输出或多于三个的输出。

在其它实施方式中，续流阶段的持续时间可以在直流到直流转换器的周期时间的0和30％之间，典型的持续时间在周期时间的10％至15％之间。窗口值可以具有为周期时间的10％的第一值和为周期时间的15％的第二值。

本发明的其它实施方式可以具有以在500KHZ和2MHz之间的工作周期(duty cycle frequency)频率按照脉冲宽度调制模式操作的控制器。其它实施方式可以具有为脉冲宽度调制频率的4～16倍的时钟参考频率。

本发明的一些实施方式可以将直流电压从1V～48V范围的电压转换为1V～48V范围内的多输出电压。本发明的其它实施方式可以具有比输入电压高的输出电压。其它实施方式可以供给100uA～1A范围内的负载电流。

在其它实施方式中，多输出直流到直流转换器可以用来在机动车辆中供电。机动车辆可以包括但不限于小汽车、运货车、载重汽车、卡车、公共汽车、长途汽车和摩托车中的任一种。

在其它实施方式中，直流到直流转换器可以用作移动便携装置中的电源。移动便携装置可以包括但不限于移动电话、PDA、MP3播放器、照相机或移动计算机中的任一种。

描述了一种多输出直流到直流转换器，具有单个线圈或电感器和续流开关。控制器测量续流阶段的持续时间。如果持续时间小于第一值，则控制器在接下来的工作周期中增加供给至直流到直流转换器的电流，并且如果持续时间大于第二值，则控制器在接下来的工作周期中降低供给至电感器的电流。

Claims

1.一种多输出直流到直流转换器，包括：

电感器，具有第一电感器端子和第二电感器端子；

电流控制器，耦合至电感器；

续流开关，可操作为在多输出直流到直流转换器的续流阶段将第一电感器端子耦合至第二电感器端子；

控制器，具有耦合至续流开关的第一输出端和耦合至电流控制器的第二输出端；

其中控制器可操作为测量续流阶段的持续时间，以根据续流阶段的持续时间修改供给至电感器的电流。

2.根据权利要求1所述的多输出直流到直流转换器，其中控制器进一步可操作为当续流阶段的持续时间小于第一值时通过电流控制器增加供给至电感器的峰值电流，并且当续流阶段的持续时间大于第二值时通过电流控制器降低供给至电感器的峰值电流。

3.根据前述权利要求中任一项所述的多输出直流到直流转换器，还包括配置为将每一个输出端选择性地耦合至第二电感器端子的选择器，其中控制器还包括耦合至选择器的至少一个另外的控制器输出端。

4.根据前述权利要求中任一项所述的多输出直流到直流转换器，其中控制器包括多个输入端，其中所述多个输入端中的每一个耦合至直流到直流转换器的一个输出端。

5.根据前述权利要求中任一项所述的多输出直流到直流转换器，其中控制器包括比例积分控制器。

6.根据前述权利要求中任一项所述的多输出直流到直流转换器，其中续流开关包括耦合在第一电感器端子和第二电感器端子之间的晶体管。

7.一种降压转换器，包括前述权利要求中任一项所述的多输出直流到直流转换器。

8.根据权利要求7所述的降压转换器，其中电流控制器包括：

电压源；

晶体管，具有

耦合至电压源的第一晶体管端子，

耦合至第一电感器端子的第二晶体管端子，和

耦合至第二控制器输出端的第三晶体管端子。

9.一种升压转换器，包括权利要求1-6中任一项所述的多输出直流到直流转换器。

10.根据权利要求9所述的升压转换器，其中电流控制器包括：

耦合至第一电感器端子的电压源；

晶体管，具有

耦合至第二电感器端子的第一晶体管端子，

耦合至参考电位的第二晶体管端子，和

耦合至第二控制器输出端的第三晶体管端子。

11.一种降压-升压转换器，包括权利要求1-5中任一项所述的多输出直流到直流转换器。

12.根据权利要求11所述的多输出直流到直流转换器，其中续流开关包括：

第一晶体管，具有耦合至电感器的第一端子的第一晶体管端子和耦合至参考电位的第二晶体管端子；和

第二晶体管，具有耦合至电感器的第二端子的第一晶体管端子和耦合至参考电位的第二晶体管端子；其中

第一晶体管可操作为在降压-升压周期的第一阶段期间启动，第二晶体管可操作为在降压-升压周期的第二阶段期间启动，并且第一晶体管和第二晶体管二者可操作为在降压-升压周期的续流阶段期间启动。

13.一种机动车辆，包括前述权利要求中任一项中的多输出直流到直流转换器。

14.一种移动便携装置，包括权利要求1-12中任一项中的多输出直流到直流转换器。

15.一种控制多输出直流到直流转换器的方法，所述多输出直流到直流转换器具有电感器并能够以连续传导模式运行，该方法包括下述步骤：

确定续流阶段的持续时间；

根据续流阶段的持续时间修改供给至电感器的电流。