CN103647434A

CN103647434A - 一种双输入、单输出的电源

Info

Publication number: CN103647434A
Application number: CN201310612684.6A
Authority: CN
Inventors: 李志鹏
Original assignee: Suzhou Baker Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Suzhou Baker Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2014-03-19

Abstract

一种双输入、单输出的电源，提供了调节电路和调节技术可以为一个给定的负载提供足够大的功率，即使在系统中没有单一的供电电源可以满足给定负载的需求。本发明中的电路和技术使用了多个开关稳压器，这些稳压器的输入端具有不同的电压并且都有一个单一的联合输出端。一个电流检测电路通过开关稳压器来分配功率，因此每个开关稳压器都会给一部分输出端提供电流，从而为开关稳压器提供功率。

Description

一种双输入、单输出的电源

技术领域：

本发明涉及一种满足一定功率要求的电子系统。更特别的是，本发明涉及一种满足单一的功率要求的电子系统，该系统中没有足够的电源供应。

背景技术：

在近几年，许多数字系统的功率要求显著提高。在一些系统中，可以从任意给定的电源获得的功率，在一定的系统中可能不足以满足给定负载的要求。

这将需要提供足够的功率来满足给定负载的要求，即使在系统中没有足够的单一的电源来满足给定负载的要求。

发明内容：

本发明的目的是为给定负载提供足够的功率，即使在系统中没有足够的单一的电源来满足给定负载的要求。

根据本发明原则的一个调节电路，包含多个开关稳压器，每个开关稳压器包含一个独立的输入端。该调节电路提供了一个调节输出端，其中至少有一个电流检测电路耦合在调节输出端和独立的输入端之间，从而为每个开关稳压器提供一个电流检测信号，跟控制信号一样用来设定每个开关稳压器传送的功率。每个开关稳压器的输出端直接通过一个电阻耦合到调节输出端上。电流检测电路通过每个开关稳压器按照一个较好的预定的比例将功率提供给调节输出端。因此，调节电路使用了多个电源，每个电源连接到每个开关稳压器的一个输入端上，并将开关稳压器的输出端结合起来，这样调节电路就可以提供比系统中任何单电源能够提供的功率更高的输出功率。

本发明还提供了一种用来调节输出电流的方法。该方法使用了一个调节电路。该调节电路包含多个开关稳压器。该方法最好可以检测输出电流，并设定由每个开关稳压器提供的输出电流的份额，从而提供出总的输出电流。上述设定基于一定的比例。一个独立的电源被用于每个开关稳压器的输入端。由于上述方法涉及从多个开关稳压器中提供电源，每个开关都有一个独立的电源，所以上述方法可以比系统中的单电源提供更多的输出功率。

本发明的技术解决方案：

本发明的实施案例中最好包含一个反馈电路，该反馈电路耦合在输出电压和每个开关稳压器之间，从而更好地设定由调节电路提供的总功率。

对比专利文献：CN201166836Y双输入单输出讯号转换器200820009825.X， CN203027013U双输入电源供应器201220600606.5

附图说明：

附图将对本发明的优点作进一步的描述，部分器件的参考字符已在图中标明。

图1是根据本发明原则的一个电流模式的调节电路的电路图。

图2是根据本发明原则的一个电压模式的调节电路的电路图。

具体实施方式：

本发明可根据其描述实行，为了说明起见，本发明的目的不受限制，本发明的权利受权利要求说明书的限制。

在任何特定的电子系统中，给定负载所需的功率可能不可以从一个单电源中获得。有可能从电源系统中获得，但是没有哪个单电源有这样的能力，只有将单个的电源组合起来才有足够的能力满足给定负载的要求。

结合不同的电源来形成一个单一的调节电压的困难之一就是，怎样确保从每个贡献电源获得功率的正确比例。另外一个问题就是，怎样将每个电源的输出结合成一个单一的调节输出。

根据本发明原则的一个调节电路，通过提供至少两个用来调节输出电压的开关稳压器，来解决这些问题。每个调节器的输入端连接到独立的电源电压上。这些电源电压可能和其他的电源电压具有相同的或不同的电位。调节电路将每个开关稳压器的输出端结合成一个单一的输出端。上述调节电路也包含一个电流检测电路，该检测电路最好耦合到输出端上或是每个稳压器不同的输入端上，这些稳压器可以提供多个电流检测信号。每个电流检测信号最好为每个稳压器提供一个输入控制信号。上述电流检测电路，最好能够将每个开关稳压器提供的功率按照一个固定的比例分配到输出端上。该电路结构可以比电路中的任何单电源提供更大的输出功率。

下面的示例演示了一个典型的电路的工作情况。该电路包含一个5V（伏特）、2A（安培）的电源和一个12V、1A的电源。然而，电路中的一个负载需要一个1.6V、10A的电源。因此，最大的输入电压只能达到12W（瓦特）的功率，不足以提供负载所需要的功率，16W（P=I*V=16W）。

而一个单一的电源供应系统，在输出端只提供电源，该电源由单电源提供，本发明中的调节电路能够比传统系统中的任何单电源提供更多的输出功率。本发明中的调节电路同时使用多个电源供应器来提供一个总输出功率，比每个单独的电源供应器的容量更大。在本例中，负载将从12V的电源中获得10W的功率，并在5V的电源中保持6W的功率，从而提供16W的总的输出功率。

本发明中的调节电路使用了一个电流检测电路，来控制每个稳压器在输出端提供的功率，并固定输出功率的比例，在这种情况下，比例为10比6，由每个独立的稳压器提供。电流检测电路最好包含两个不同的电流检测电阻，作为从调节电路的输出端（或是输入端）到各个开关稳压器的电流检测路径的一部分。

此外，每个开关稳压器可被认为是一个跨导功率级——即，提供一个输出电流，其值与误差信号（来自调节电压与参考电压的比较）成正比，并且与每个检测电阻的值成反比。在工作过程中，误差信号控制总的负载功率，最好通过一个耦合到输出端和每个开关稳压器之间的独立的反馈电路，其中，由检测电阻决定每个开关稳压器之间负载功率的分配。

下列叙述说明了怎样确定每个开关稳压器的输出功率和所有稳压器总的输出功率。

首先，占空因数——即，在一次循环中开关稳压器的近似工作时间——每个开关稳压器都是不同的，因为占空比是输出电压与输入电压比值的一个函数。对于1.6V的输出电压，在一个典型的占空比内，5V的电源的占空因数约为1.6V/5V=0.32，12V的电源的占空因数约为1.6V/12V=0.13。

在一个典型的周期内，在每个开关稳压器的占空比中的瞬时输入电流等于开关稳压器的输出电流。因此，每个开关稳压器的平均输入电流等于那些稳压器的输出电流乘以稳压器的占空因数。

因此，按照目前的说明，由5V的电源提供的I_out（总的输出电流）部分为：I_out*（6W/16W）=0.38*I_out。

由12V的电源提供的I_out部分为：I_out*（10W/16W）=0.63*I_out。

各自的输入电流（为简化，假设100%的转换率）为：从5V的电源中获得6W/5V=1.20A的输入电流，从12V的电源中获得10W/12V=0.83A的输入电流。

应该指出的是，每个电流检测电阻的电阻值与每个电源提供的功率都是成比例的。因此，在这个特例中，电阻使用12V的电源与使用5V的电源将会得到6比10的功率比。此外，相应值的检测电阻通过相应的轻微地调整每个开关稳压器的占空比来分配总功率。

此外，通过正确的求出两个开关稳压器的电源供应器，其中的电流检测电路里的两个电流检测电阻的比值，那两个不同的电源供应器可以用来提供一个单一的组合式的或扩展式的电源供应器。这些电源供应器最好能提供一个总的输出功率，超过每个独立的电源供应器的最大输出功率。通过调整检测电阻的相对值，由两个开关稳压器中的每个稳压器提供的相对功率都可以扩展成特定的实施所需求的值——即，从每个开关稳压器中可以获得或多或少的功率，并且由每个开关稳压器提供的功率不一定必须是相等的。

图1显示了本发明中调节电路100的优选的具体化实现。

在一种实施案例中，调节电路100可以使用一个降压（或升压）调节控制器来实现，图1所示的元件101。这是一个多相的同步降压调节控制器，其作用是用输入信号来驱动输出信号，其中至少有两个开关稳压器并联连接到一个反相配置上，该反相配置中的每个开关稳压器基本上都与其他的开关稳压器工作于不同的相位。

在本发明的这个特定的实施案例中，调节电路至少使用了两个电流模式的降压开关稳压器，它们各自的输出端连接在一起，并且它们的输入端连接到一个独特的输入电源供应器上。

误差放大器作用是控制至少两个降压稳压器的反馈信号。该误差放大器通过流经每个电流检测电阻的周期电压来控制占空比，从而迫使在两个降压调节器之间共享的电流与检测电阻器的值成反比。

通常，利用一个单电源来提供一个调节输出。根据本发明的原则修正的多开关稳压器、多相电路，提供了一个调节电路，通过将两个不同的供电电源结合成一个单一的输出功率，从而可以满足上述典型电路中16W的负载需求

在图1中，L说明使用两个电流检测电阻110和120的发明，这两个电阻都有一个预定的值。图1还显示了各种运算电路，这些电路可以用来驱动芯片，但是在本发明的实施案例中不需要。

输出端TG1和TG2都是N沟道MOS晶体管的高电流栅极驱动。该MOS晶体管的栅极连接到一些引脚上，这些引脚由它们的输出信号驱动。

引脚SW1和SW2为连接到电感上的开关节点提供电源。

引脚BOOST1和BOOST2为顶部隔离开的驱动器提供自举电源。电容器可以连接在升压引脚和开关引脚之间，肖特基二极管可以连接在升压引脚和引脚INTVCC之间。

在引脚V_in处连接到主电源引脚。一个旁路电容器最好连接到该引脚和接地信号引脚之间。

引脚EXTVCC是连接到INTVCC上的内部开关的一个外部电源的输入。

引脚INTVCC是一个内部的5V线性低压降调节器和EXTVCC开关的输出。驱动器和控制电路都是从这个电压源获得驱动。该引脚最好通过一个最小值为4.7μF的钽片或其他的低ESR电容器与电源地线解耦。

引脚PGND是驱动器的电源地线。它可以连接到N沟道MOS晶体管的底部电源和肖特基整流器的阳极。

引脚AMPMD是一个逻辑输入端，用来控制内部精密电阻器的连接，从而将芯片内的一个运算放大器配置成一个单位增益差分放大器。

引脚SENSE1+和SENSE2+是在差分电流比较器的正输入端。

引脚SENSE1-和SENSE2-是在差分电流比较器的负输入端。

引脚VOS+和VOS-是芯片内的运算放大器的输入端。内部精密电阻器可以通过电子切换将其配置成一个差分放大器或一个未被授权的运算放大器。

引脚VDIFFOUT是差分放大器的输出端，它的作用是提供真实的远程输出电压检测。该引脚通常用来驱动一个外部的电阻分压器，从而设定输出电压。

引脚SGND是在两种控制器中都常见的接地小信号。

引脚Ith是差分放大器的输出和开关稳压器的补偿点。两种通道的电流比较器的触发点都随着该控制电压的上升而上升。

引脚PLLIN是芯片内的一个相位检测器的外部同步输入端。

引脚PLLFLTR用来连接锁相环路的低通滤波器。该引脚可以通过AC或DC电压源来驱动，从而改变内部振荡器的频率。

引脚EAIN是差分放大器的输入端，将反馈电压与内部的0.8V的参考电压做比较。

引脚RUN/SS结合了软启动、运行的控制输入端和短路检测计时。迫使该引脚的电压低于0.8V会使IC关闭所有的内部电路。

引脚NC显示了没有在特定的实施案例中连接的引脚。

下面的表格显示出了图1中元件的示范值，但并不限制本发明。

电路100包含电感器102和104；电容器106，108，112，114，116，118，126，128，130，132，134，136，140，142，148，150，152和154；电压源107/109（12V的电源）和113/115（15V的电源）；输出端117/119和131/133（输出端131/133是可调整的输出端，反映出了电路在117/119的输出电压）；电阻器122，124，128，130，138和144；二极管146；和MOS晶体管156，158，160和162。

检测电阻110和120形成了电路100中的电流检测部分。检测电阻110将由电感器102传送的输出电流传导到输出端117，检测电阻110还将由电感器104传送的输出电流传导到输出端117。由输出电流产生的通过每个检测电阻的电压被传递到独立的开关稳压器上。传送到输出端的总功率与输出电压（输出端117和119给反馈电路提供输出电压，该反馈电路耦合到引脚131和133上的VOS+和VOS-，从而控制开关稳压器组合所需的总的输出电压）成正比，通过检测电阻的相对电压，通常要求是相等的，决定了相对电流，以及由每个开关稳压器传送的功率。通过调整检测电阻的相对值，由两个稳压器中的每个稳压器提供的相对功率也可以扩展成具体实施中所需要的值。因此，可以从每个开关稳压器获得或多或少的功率。

在本发明的一个实施案例中，一个调节电路可以使用上述的反相配置来帮助抵消电感输出的纹波电流。本发明可以进一步实现反相技术，通过调整检测电阻的值，从而更好地抵消每个开关稳压器的输出纹波电流。这种抵消可以通过将输出纹波电流与每个开关稳压器相匹配来实现，从而使开关稳压器工作于不同的相位。这种方法最大限度地减少了输出纹波电流。然而，当稳压器工作于不同的相位时就不需要了，从而在不同的输入源之间分享功率。尽管输出纹波电流抵消的好处会丢失，该系统的功能不变。

在另一可选的实施案例中，电流检测电路可以监控每个开关稳压器的输入电流，并根据输入电流来分配每个开关稳压器的功率，反之，则根据输出电流来监测和分配功率。

在另一实施案例中，本发明可以用电压模式的开关稳压器来实现。在该实施案例中，电感电流不被作为一个周期循环控制参数，误差电压直接控制占空因数。

图2显示了一个电压模式的调节电路200的原理图。电路200包含开关稳压器300和400，如虚线框中所示。电路200还包含以下各个元件：电压源201和203；电流检测电阻202和230；电流检测差分放大器204和228；电流误差放大器226；驱动器208和242；MOS晶体管210，212，244和246；电感器214和248；脉冲宽度调制器220和236；振荡器218和234；电流检测误差放大器222和235；电阻器221，223，232，252和254；和电容器206，216，240和250.这些独立的元件构成了独立的开关稳压器和一个额外的反馈回路，该回路最好包含在电路200之中，下面将会解释。

电路200的工作情况如下所述。在输出端V_o检测的输出电压被反馈到误差放大器222和235。脉冲宽度调制电路220、236将振荡器218、234的输入端和误差放大器222、235的电流检测信号结合起来，来控制驱动电路208和242。驱动电路208和242控制MOS晶体管210、244、212和246的占空比。（处于占空比中的打开状态时，MOS晶体管210和244将电流传送到电感214和248上，处于占空比中的闭合状态时，MOS晶体管212和246将电感器接地。）

在电路200中，缩放每个开关稳压器的电流检测路径，从而设定由每个开关稳压器提供的功率，可以通过缩放电阻器221，223，252和254来实现。

通过电流检测电阻器202和230电流检测差分放大器204和228，电流误差放大器226和电阻器232提供了额外的反馈回路。该回路通过比较每个开关稳压器的输入电流，提供了一个额外的监管层，并增加了从一个开关稳压器的输出电压反馈信号所获得的误差信号。这基本上可以将稳压器400的电流与稳压器300的电流按照一定的比例来匹配，该比例是电阻器202、203相对值的函数。

该电路的工作原则基本上与电流模式的电路相同。因此，电路200可以比任何独立的电源供应器提供更多的功率。应当指出的是，图2中所示电路中的额外的反馈回路，在开关稳压器的输入端实现，也可以在电路的输出端实现，通过在输出路径上使用电流检测电阻器，或用其他任何方式来迫使在沟道之间共享电流。

在本发明的另一实施案例中，开关稳压器可以用作多开关稳压器升压调节器或多开关稳压器SEPIC（单端并联电感器电流），通过控制集成电路和相关的应用电路来设计。本发明还可用于变压器耦合的设计中，如逆向和正向转换器。本发明中的基本电路的设计都是一样的。

在另一实施案例中，本发明中的一个调节电路可以用作需要冗余的输入电源的电源供应器。如果两个输入电源中的一个没用了，输出信号可以由剩下的输入电源来保持。

尽管上面讨论了两个输入的设计例子，本发明可以实现多个电源（多于一个）同时工作，因此，对于该技术没有电源数量的限制。

因此，可以看出，本发明提供的调节电路和调节技术可以用来满足给定负载的需求，通过在不同的输入电源之间分配功率来实现。本发明可根据其描述实行，为了说明起见，本发明的目的不受限制，本发明的权利受权利要求说明书的限制。

Claims

1.一种双输入、单输出的电源，其特征是：一种用来提供一个调节输出端的调节电路，该电路包含：多个开关稳压器，每个开关稳压器包含一个独立的输入端，一个耦合到调节输出端上的输出端和一个独立的脉冲宽度调节电路；多个电流检测电路，每个电流检测电路耦合到调节输出端和相应的开关调节器之间，利用每个开关调节器的脉冲宽度调节电路按照一比一的比例来分配从每个开关调节器提供给调节输出端的电流，因此，不止一个开关稳压器会提供一部分的调节输出端；每个开关稳压器的输入端都具有不同的电压；每个开关稳压器的输入端也可以有相同的电压；上述的比例是固定的；多个电流检测电路中的每个电流检测电路都包含一个固定的电阻器和一个电流检测电阻；每个开关稳压器都是电流模式开关稳压器或都是电压模式稳压器；每个开关稳压器都是降压调节器或都是升压调节器；每个开关稳压器都与另一个开关稳压器工作于不同的相位或相同的相位。

2.根据权利要求1所述的一种双输入、单输出的电源，其特征是：一种用调节电路来调节输出电压的方法，该调节电路包含多个开关稳压器，该方法包含：检测输出电流；通过独立控制每个开关稳压器的占空比，来分配一部分由上述每个开关稳压器提供的输出电流，上述分配要基于一定的比例；为每个开关稳压器提供一个单独的电源输入。

3.根据权利要求2所述的一种双输入、单输出的电源，其特征是：上述为每个开关稳压器提供一个独立的输入源，包含使用一个独立的输入源，每个输入源可能有不同的电压；上述分配包含分配一部分输出电流，该输出电流由每个开关稳压器提供，每个部分的电流都是不同的；上述分配要依据一个固定的比例或预定的比例；一种用调节电路来调节输出电压的方法，该调节电路包含多个开关稳压器，该方法包含：检测输出电压；根据输入电压和输出电压来独立控制每个开关稳压器的占空比；进一步控制每个占空比，目的是保持由每个开关稳压器提供的电流之间的比例；每个开关稳压器使用单独的输入电源。

4.根据权利要求3所述的一种双输入、单输出的电源，其特征是：上述每个开关稳压器使用单独的输入电源，包含使用一个单独的输入电源，其中每个输入端具有不同的电压；上述的进一步控制包含分配一部分由每个开关稳压器提供的输出电流，每个部分都是不同的；上述分配包含按固定比例分配；上述分配包含按预定比例分配；一种用来提供调节输出的调节电路，该调节电路包含：多个开关稳压器，每个开关稳压器包含一个独立的输入，每个开关稳压器包含一个耦合到调节输出端上的输出端，每个开关稳压器包含一个独立的脉冲宽度调制器电路；一个反馈电路，耦合在调节输出端和相应的开关稳压器之间，作用是来设定由调节电路提供的总电流；多个电流检测电路，每个电流检测电路耦合在调节输出端和相应的开关稳压器之间，在每个开关稳压器中利用脉冲宽度调制电路来分配电流，该电流由调节输出端从每个开关稳压器中按照一定比例来提供，因此不止一个开关稳压器会提供一部分调节输出端。

5.根据权利要求4所述的一种双输入、单输出的电源，其特征是：每个开关稳压器的每个输入端都可以具有不同的电压；每个开关稳压器的每个输入端都可以具有相同的电压；上述比例是个固定值；每个电流检测电路都包含一个定值电阻器；每个电流检测电路都包含一个电流检测电阻；每个开关稳压器都是一个电流模式的开关稳压器；每个开关稳压器也都可以是一个电压模式的开关稳压器；每个开关稳压器可以是一个降压稳压器；每个开关稳压器也可以是一个升压稳压器；每个开关稳压器与其他的开关稳压器可以工作于不同的相位；每个开关稳压器也可以与其他的开关稳压器工作于相同的相位；一种用来提供调节输出端的调节电路，该调节电路包含：多个开关稳压器，每个开关稳压器包含一个独立的输入，每个开关稳压器包含一个耦合到调节输出端上的输出端，每个开关稳压器包含一个独立的脉冲宽度调制器电路；一个反馈电路，耦合在调节输出端和相应的开关稳压器之间，作用是来设定由调节电路提供的总电流；多个电流检测电路，每个电流检测电路耦合在调节输出端和相应的开关稳压器之间，在每个开关稳压器中利用脉冲宽度调制电路来分配电流，该电流由调节输出端从每个开关稳压器中按照一定比例来提供，因此不止一个开关稳压器会提供一部分调节输出端。

6.根据权利要求5所述的一种双输入、单输出的电源，其特征是：每个开关稳压器的每个输入端都可以具有不同的电压；每个开关稳压器的每个输入端都可以具有相同的电压；上述比例是个固定值；每个电流检测电路都包含一个定值电阻器；每个电流检测电路都包含一个电流检测电阻；每个开关稳压器都是一个电流模式的开关稳压器；每个开关稳压器也都可以是一个电压模式的开关稳压器；每个开关稳压器可以是一个降压稳压器；每个开关稳压器也可以是一个升压稳压器；每个开关稳压器与其他的开关稳压器可以工作于不同的相位；每个开关稳压器也可以与其他的开关稳压器工作于相同的相位；调节电路包含：一个调节输出端；多个开关稳压器，每个开关稳压器包含：一个独立的输入端；一个耦合到调节输出端上的输出端；一个独立的脉冲宽度调制电路；一个电流检测电路，耦合到调节输出端和脉冲宽度调制电路上，利用脉冲宽度调制电路来分配电流，该电流从每个开关稳压器中按照一定比例来提供给调节输出端，因此不止一个开关稳压器会提供一部分调节输出端。

7.根据权利要求6所述的一种双输入、单输出的电源，其特征是：一种用来提供调节输出端的调节电路，该调节电路包含：一个调节输出端；多个开关稳压器，每个开关稳压器包含：一个独立的输入端；一个耦合到调节输出端上的输出端；一个独立的脉冲宽度调制电路；一个电流检测电路，耦合到输入端和脉冲宽度调制电路上，利用脉冲宽度调制电路来分配电流，该电流从每个开关稳压器中按照一定比例来提供给调节输出端，因此不止一个开关稳压器会提供一部分调节输出端。

8.根据权利要求7所述的一种双输入、单输出的电源，其特征是：一种用来提供一个调节输出端的调节电路，该电路包含：多个开关稳压器，每个开关稳压器包含：一个独立的输入端，一个耦合到调节输出端上的输出端；一个独立的脉冲宽度调制电路；一个电流检测电路，耦合到输入端和脉冲宽度调制电路上，利用脉冲宽度调制电路来分配电流，该电流从每个开关稳压器中按照一定比例来提供给调节输出端，因此不止一个开关稳压器会提供一部分调节输出端；一个反馈电路，耦合在调节输出端和相应的开关稳压器之间，作用是来设定由调节电路提供的总电流。