CN103701307B - 单电感多输出降压变换器及其控制电路和控制方法 - Google Patents
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Abstract
公开了单电感多输出降压变换器及其控制电路和控制方法。该控制方法包括：将第一反馈信号与第一参考信号进行比较，产生第一比较信号；将第二反馈信号与第二参考信号进行比较，产生第二比较信号；若第一比较信号的出现早于第二比较信号，则将第一开关管导通，第二开关管关断，第三开关管导通，第四开关管关断，并在第一开关管的导通时间达到第一时间阈值时，将第一开关管关断，第二开关管导通；若第二比较信号的出现早于第一比较信号，则将第一开关管导通，第二开关管关断，第三开关管关断，第四开关管导通，并在第一开关管的导通时间达到第二时间阈值时，将第一开关管关断，第二开关管导通。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及电子电路，尤其涉及单电感多输出降压变换器及其控制电路和控制方法。
背景技术
许多系统，例如电脑主板，需要多个母线电压，譬如3.3V和2V。传统的做法是对每个母线电压均使用单独的降压变换器，每个降压变换器均包括集成控制电路、两个开关管、电感器、输出电容器和其他辅助元器件。这些元件，尤其是电感器，需要耗费大量成本。为此，人们一直在需求一种结构更简单、成本更低廉的多输出解决方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供结构简单、成本低廉的单电感多输出降压变换器及其控制器和控制方法。
根据本发明实施例的一种单电感多输出降压变换器的控制方法，该单电感多输出降压变换器包括具有第一端和第二端的电感器、耦接在输入电压与电感器第一端之间的第一开关管、耦接在电感器第一端与参考地之间的第二开关管、耦接在电感器第二端与第一输出电压之间的第三开关管、耦接在电感器第二端与第二输出电压之间的第四开关管、耦接在第一输出电压与参考地之间的第一电容器、以及耦接在第二输出电压与参考地之间的第二电容器，该控制方法包括：基于第一输出电压，产生第一反馈信号；基于第二输出电压，产生第二反馈信号；将第一反馈信号与第一参考信号进行比较，产生第一比较信号；将第二反馈信号与第二参考信号进行比较，产生第二比较信号；判断第一比较信号和第二比较信号中何者较先出现；若第一比较信号的出现早于第二比较信号，将第一开关管导通，第二开关管关断，第三开关管导通，第四开关管关断，并在第一开关管的导通时间达到第一时间阈值时，将第一开关管关断，第二开关管导通；若第二比较信号的出现早于第一比较信号，将第一开关管导通，第二开关管关断，第三开关管关断，第四开关管导通，并在第一开关管的导通时间达到第二时间阈值时，将第一开关管关断，第二开关管导通。
根据本发明实施例的一种单电感多输出降压变换器的控制电路，该单电感多输出降压变换器包括具有第一端和第二端的电感器、耦接在输入电压与电感器第一端之间的第一开关管、耦接在电感器第一端与参考地之间的第二开关管、耦接在电感器第二端与第一输出电压之间的第三开关管、耦接在电感器第二端与第二输出电压之间的第四开关管、耦接在第一输出电压与参考地之间的第一电容器、以及耦接在第二输出电压与参考地之间的第二电容器，该控制电路包括：第一比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收代表第一输出电压的第一反馈信号，第二输入端接收第一参考信号，第一比较电路将第一反馈信号与第一参考信号进行比较，在输出端产生第一比较信号；第二比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收代表第二输出电压的第一反馈信号，第二输入端接收第二参考信号，第二比较电路将第二反馈信号与第二参考信号进行比较，在输出端产生第二比较信号；逻辑电路，耦接至第一比较电路和第二比较电路的输出端，基于第一比较信号和第二比较信号产生第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号以分别控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；其中逻辑电路判断第一比较信号和第二比较信号中何者较先出现，若第一比较信号的出现早于第二比较信号，则逻辑电路将第一开关管导通，第二开关管关断，第三开关管导通，第四开关管关断，并在第一开关管的导通时间达到第一时间阈值时，将第一开关管关断，第二开关管导通；若第二比较信号的出现早于第一比较信号，则逻辑电路将第一开关管导通，第二开关管关断，第三开关管关断，第四开关管导通，并在第一开关管的导通时间达到第二时间阈值时，将第一开关管关断，第二开关管导通。
根据本发明实施例的一种单电感多输出降压变换器,包括:电感器，具有第一端和第二端；第一开关管，耦接在输入电压与电感器第一端之间；第二开关管，耦接在电感器第一端与参考地之间；第三开关管，耦接在电感器第二端与第一输出电压之间；第四开关管，耦接在电感器第二端与第二输出电压之间；第一电容器，耦接在第一输出电压与参考地之间；第二电容器，耦接在第二输出电压与参考地之间；第一反馈电路，具有输入端和输出端，其中输入端接收第一输出电压，第一反馈电路基于第一输出电压，在输出端产生代表第一输出电压的第一反馈信号；第二反馈电路，具有输入端和输出端，其中输入端接收第二输出电压，第二反馈电路基于第二输出电压，在输出端产生代表第二输出电压的第二反馈信号；以及如前所述的控制电路。
根据本发明实施例的一种单电感多输出降压变换器的控制电路，该单电感多输出降压变换器包括具有第一端和第二端的电感器、耦接在输入电压与电感器第一端之间的第一开关管、耦接在电感器第一端与参考地之间的第二开关管、分别耦接在电感器第二端与多个输出电压之间的多个输出开关管、以及分别耦接在多个输出电压与参考地之间的多个电容器，该控制电路包括：多个比较电路，产生多个比较信号，其中每个比较电路将代表相应输出电压的反馈信号与相应参考信号进行比较，以产生相应比较信号；逻辑电路，耦接至多个比较电路，基于多个比较信号控制第一开关管、第二开关管和多个输出开关管；其中逻辑电路判断多个比较信号中何者较先出现，若某个比较信号的出现早于其余比较信号，则逻辑电路将与该较早出现的比较信号对应的输出开关管导通，将其余输出开关管关断，并将第一开关管导通，第二开关管关断，在第一开关管的导通时间达到相应时间阈值时，逻辑电路将第一开关管关断，第二开关管导通。
根据本发明的实施例的一种单电感多输出降压变换器,包括:电感器，具有第一端和第二端；第一开关管，耦接在输入电压与电感器第一端之间；第二开关管，耦接在电感器第一端与参考地之间；多个输出开关管，分别耦接在电感器第二端与多个输出电压之间；多个电容器，分别耦接在多个输出电压与参考地之间；多个反馈电路，分别基于多个输出电压，产生多个反馈信号；以及如前所述的控制电路。
根据本发明的实施例的单电感多输出降压变换器与现有技术相比，仅需一个电感器和一个控制电路，极大地减少了元器件数量，降低了成本。此外，直接基于反馈信号与参考信号的比较结果来控制开关管，使得该单电感多输出降压变换器在任一输出电压发生变化时均能给出及时有效的响应。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的单电感多输出降压变换器100的框图；
图2为根据本发明一实施例的图1所示单电感多输出降压变换器100的工作状态图；
图3为根据本发明一实施例的图1所示逻辑电路113的框图；
图4为根据本发明一实施例的单电感多输出降压变换器400的电路原理图；
图5为根据本发明一实施例的图4所示逻辑电路413的电路原理图；
图6为根据本发明一实施例的单电感多输出降压变换器400的工作波形图；
图7为根据本发明一实施例的单电感多输出降压变换器700的框图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图1为根据本发明一实施例的单电感多输出降压变换器100的框图。该单电感多输出降压变换器100包括电感器L1、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第一电容器C1、第二电容器C2、控制电路101、第一反馈电路102和第二反馈电路103。电感器L1具有第一端和第二端。第一开关管S1耦接在输入电压Vin与电感器L1的第一端之间。第二开关管S2耦接在电感器L1的第一端与参考地之间。第三开关管S3耦接在电感器L1的第二端与第一输出电压Vout1之间。第四开关管S4耦接在电感器L1的第二端与第二输出电压Vout2之间。第一电容器C1耦接在第一输出电压Vout1和参考地之间，第二电容器C2耦接在第二输出电压Vout2和参考地之间。根据图1可知，当第三开关管S3导通、第四开关管S4关断时，第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、电感器L1和第一电容器C1一起构成第一降压变换器（BUCK1），对第一输出电压Vout1进行调节。当第三开关管S3关断、第四开关管S4导通时，第一开关管S1、第二开关管S2、第四开关管S4、电感器L1和第二电容器C2一起构成第二降压变换器（BUCK2），对第二输出电压Vout2进行调节。
第一反馈电路102具有输入端和输出端，其中输入端接收第一输出电压Vout1。第一反馈电路102基于第一输出电压Vout1，在输出端产生代表第一输出电压Vout1的第一反馈信号FB1。第二反馈电路103具有输入端和输出端，其中输入端接收第二输出电压Vout2。第二反馈电路103基于第二输出电压Vout2，在输出端产生代表第二输出电压Vout2的第二反馈信号FB2。第一反馈电路102和第二反馈电路103均可以用电阻分压器实现，也可以仅包括用于反馈的导线。在后一种情况下，第一反馈信号FB1等于第一输出电压Vout1，第二反馈信号FB2等于第二输出电压Vout2。
控制电路101包括第一比较电路111、第二比较电路112以及逻辑电路113。第一比较电路111具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至第一反馈电路102以接收第一反馈信号FB1，第二输入端接收第一参考信号Ref1。第一比较电路111将第一反馈信号FB与第一参考信号Ref1进行比较，在输出端产生第一比较信号Buck1_Set。第二比较电路112具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至第二反馈电路103以接收第二反馈信号FB2，第二输入端接收第二参考信号Ref2。第二比较电路112将第二反馈信号FB与第二参考信号Ref2进行比较，在输出端产生第二比较信号Buck2_Set。
逻辑电路113耦接至第一比较电路111和第二比较电路112的输出端，基于第一比较信号Buck1_Set和第二比较信号Buck2_Set产生第一驱动信号DRV1、第二驱动信号DRV2、第三驱动信号DRV3和第四驱动信号DRV4，以分别控制第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4。
若第一比较信号Buck1_Set的出现早于第二比较信号Buck2_Set，即第一反馈信号FB1减小至第一参考信号Ref1的时刻早于第二反馈信号FB2减小至第二参考信号Ref2的时刻,则第一降压变换器工作而第二降压变换器不工作。逻辑电路113将第一开关管S1导通，第二开关管S2关断，第三开关管S3导通，第四开关管S4关断，并在第一开关管S1的导通时间达到第一时间阈值TON1时，将第一开关管S2关断，第二开关管S3导通。第一时间阈值TON1可被设置为恒定值，也可被设置为与输入电压Vin和/或第一输出电压Vout1有关的可变值。
若第二比较信号Buck2_Set的出现早于第一比较信号Buck1_Set，即第二反馈信号FB2减小至第二参考信号Ref2的时刻早于第一反馈信号FB1减小至第一参考信号Ref1的时刻,则第一降压变换器不工作而第二降压变换器工作。逻辑电路113将第一开关管S1导通，第二开关管S2关断，第三开关管S3关断，第四开关管S4导通，并在第一开关管S1的导通时间达到第二时间阈值TON2时，将第一开关管S2关断，第二开关管S3导通。第二时间阈值TON2可被设置为恒定值，也可被设置为与输入电压Vin和/或第二输出电压Vout2有关的可变值。
以下结合图2对图1所示单电感多输出降压变换器100的工作过程作进一步说明。图2为根据本发明一实施例的图1所示单电感多输出降压变换器100的工作状态图，包括状态S201～S205。
在状态S201，单电感多输出降压变换器100启动，开关管S1～S4均关断，第一降压变换器和第二降压变换器均不工作。此时，若检测到第一比较信号Buck1_Set的出现早于第二比较信号Buck2_Set，则进入状态S202。若检测到第二比较信号Buck2_Set的出现早于第一比较信号Buck1_Set，则进入状态S204。
在状态S202，第一降压变换器工作而第二降压变换器不工作，第一开关管S1和第三开关管S3被导通，第二开关管S2和第四开关管S4被关断。此外，第一开关管S1的导通时间被计时。当第一开关管S1的导通时间达到第一时间阈值TON1时，单电感多输出降压变换器100进入状态S203。
在状态S203，第一降压变换器工作而第二降压变换器不工作，第一开关管S2被关断，第二开关管S3被导通，第三开关管S3维持导通，第四开关管S4维持关断。在状态S203下，若检测到第一比较信号Buck1_Set的出现早于第二比较信号Buck2_Set，则重新进入状态S202。若检测到第二比较信号Buck2_Set的出现早于第一比较信号Buck1_Set，则进入状态S204。
在状态S204，第一降压变换器不工作而第二降压变换器工作，第一开关管S1和第四开关管S4被导通，第二开关管S2和第三开关管S3被关断。此外，第一开关管S1的导通时间被计时。当第一开关管S1的导通时间达到第二时间阈值TON2时，单电感多输出降压变换器100进入状态S205。
状态S205，第一降压变换器不工作而第二降压变换器工作，第一开关管S1被关断，第二开关管S2被导通，第三开关管S3维持关断，第四开关管S4维持导通。在状态S205下，若检测到第一比较信号Buck1_Set的出现早于第二比较信号Buck2_Set，则进入状态S202。若检测到第二比较信号Buck2_Set的出现早于第一比较信号Buck1_Set，则重新进入状态S204。
在一个实施例中，为了避免噪声干扰导致第一开关管S1刚被关断，立刻又被导通，第一开关管S1的关断时间被计时。只有在第一开关管S1的关断时间达到最小关断时间阈值后，第一开关管S1方可被导通。在一个实施例中，为了防止电感电流过流，流过电感器L1的电流IL被用于与电流限值Ilim进行比较，只有在电流IL小于电流限值Ilim时，第一开关管S1方可被导通。
如图2所示，基于第一比较信号Buck1_Set和第二比较信号Buck2_Set，第一降压变换器和第二降压变换器分时工作，从而实现对第一输出电压Vout1和第二输出电压Vout2的调节。
图3为根据本发明一实施例的图1所示逻辑电路113的框图。逻辑电路113包括选择电路1131、导通时间控制电路1132、逻辑门电路1133、触发电路1134、第一驱动电路1135、判断电路1136和第二驱动电路1137。
判断电路1136具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至第一比较电路的输出端以接收第一比较信号Buck1_Set，第二输入端耦接至第二比较电路的输出端以接收第二比较信号Buck2_Set。判断电路1136判断第一比较信号Buck1_Set和第二比较信号Buck2_Set中何者较先出现，在输出端产生判断信号JDG。在一个实施例中，判断电路1136还耦接至触发电路1134的输出端以接收开关控制信号PWM，并基于开关控制信号PWM，在第一开关管S1关断时，方对第一比较信号Buck1_Set和第二比较信号Buck2_Set中何者较先出现进行判断。
选择电路1131具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端接收第一时间阈值TON1，第二输入端接收第二时间阈值TON2，第三输入端耦接至判断电路1136的输出端以接收判断信号JDG。选择电路1131基于判断信号JDG，将第一时间阈值TON1或者第二时间阈值TON2作为导通时间阈值TON提供至输出端。
导通时间控制电路1132具有输入端和输出端，其中输入端耦接至选择电路1131的输出端以接收导通时间阈值TON。导通时间控制电路1132基于导通时间阈值TON，在输出端产生导通时间控制信号COT。
逻辑门电路1133具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至第一比较电路的输出端以接收第一比较信号Buck1_Set，第二输入端耦接至第二比较电路的输出端以接收第二比较信号Buck2_Set。逻辑门电路1133基于第一比较信号Buck1_Set和第二比较信号Buck2_Set，在输出端产生门输出信号SET。
触发电路1134具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至导通时间控制电路1132的输出端以接收导通时间控制信号COT，第二输入端耦接至逻辑门电路1133的输出端以接收门输出信号SET。触发电路1134基于导通时间控制信号COT和门输出信号SET，在输出端产生开关控制信号PWM。
第一驱动电路1135具有输入端、第一输出端和第二输出端，其中输入端耦接至触发电路1134的输出端以接收开关控制信号PWM。第一驱动电路1135基于开关控制信号PWM，在第一输出端和第二输出端分别产生第一驱动信号DRV1和第二驱动信号DRV2。
第二驱动电路1137具有输入端、第一输出端和第二输出端，其中输入端耦接至判断电路1136的输出端以接收判断信号JDG。第二驱动电路1137基于判断信号JDG，在第一输出端和第二输出端分别产生第三驱动信号DRV3和第四驱动信号DRV4。
当判断电路1136检测到第一比较信号Buck1_Set的出现早于第二比较信号Buck2_Set时,在判断信号JDG的作用下，选择电路1131选择第一时间阈值TON1作为导通时间阈值TON，第二驱动电路1137将第三开关管S3导通，第四开关管S4关断。同时，触发电路1134被触发，第一驱动电路1135将第一开关管S1导通，第二开关管S2关断，直至第一开关管S1的导通时间达到第一时间阈值TON1。
当判断电路1136检测到第二比较信号Buck2_Set的出现早于第一比较信号Buck1_Set时,在判断信号JDG的作用下，选择电路1131选择第二时间阈值TON2作为导通时间阈值TON，第二驱动电路1137将第三开关管S3关断，第四开关管S4导通。同时，触发电路1134被触发，第一驱动电路1135将第一开关管S1导通，第二开关管S2关断，直至第一开关管S1的导通时间达到第二时间阈值TON2。
在一个实施例中，逻辑电路113还包括最小关断时间控制电路1139，最小关断时间控制电路1139产生控制第一开关管S1最小关断时间的最小关断时间控制信号MOT。触发电路1134接收最小关断时间控制信号MOT，并基于门输出信号SET、导通时长控制信号COT和最小关断时间控制信号MOT产生开关控制信号PWM。
在一个实施例中，逻辑电路113还包括限流电路1138，以限制流过电感器L1的电流。限流电路1138具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端接收流过电感器的电流IL，第二输入端接收电流限值Ilim。限流电路1138将电流IL与电流限值Ilim进行比较，在输出端产生限流信号LMT。触发电路1134接收限流信号LMT，并基于门输出信号SET、导通时长控制信号COT、最小关断时间控制信号MOT和限流信号LMT产生开关控制信号PWM。
图4为根据本发明一实施例的单电感多输出降压变换器400的电路原理图。与图1所示变换器100相比，单电感多输出降压变换器400还包括耦接在电感器L1的第二端与参考地之间的第三电容器C3。在图4所示的实施例中，开关管S1～S4为N型MOSFET，第一比较电路411和第二比较电路412分别包括比较器COM1和COM2，第一反馈电路402和第二反馈电路403均包括电阻分压器。为了防止两输出电压短路，开关管S3和S4均包括与其体二极管串联反向串联的二极管。
图5为根据本发明一实施例的图4所示逻辑电路413的电路原理图。其中选择电路4131包括开关管S6和S7。开关管S6和S7均具有第一端、第二端和控制端。开关管S6第一端耦接至第一输出电压Vout1，开关管S7的第一端耦接至第二输出电压Vout2。开关管S6和S7的控制端接收判断信号JDG。导通时间控制电路4132包括电流源IS1、开关管S5、电容器C4和比较器COM3。电流源IS1具有输入端和输出端，其中输入端耦接至输入电压Vin。开关管S5具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电流源IS1的输出端，第二端耦接至参考地，控制端接收开关控制信号PWM。电容器C4具有第一端和第二端，其中第一端耦接至电流源IS1的输出端，第二端耦接至参考地。比较器COM3具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端耦接至电容器C4的第一端，反相输入端耦接至开关管S6和S7的第二端，输出端提供导通时间控制信号COT。
判断电路4136包括与门AND2、AND3、非门NOT1以及触发器FF2。非门NOT1具有输入端和输出端，其中输入端接收开关控制信号PWM。与门AND2具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收第一比较信号Buck1_Set，第二输入端耦接至非门NOT1的输出端。与门AND3具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至非门NOT1的输出端，第二输入端接收第二比较信号Buck2_Set。触发器FF2具有置位端、复位端和输出端，其中置位端耦接至与门AND2的输出端，复位端耦接至与门AND3的输出端，输出端提供判断信号JDG。逻辑门电路4133包括或门OR1。或门OR1具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至与门AND2的输出端，第二输入端耦接至与门AND3的输出端，输出端提供门输出信号SET。
限流电路4138包括比较器COM4。比较器COM4具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端接收阈值电压Vth，反相输入端接收代表流过电感器电流IL的电流采样信号Isense，输出端提供限流信号LMT。触发电路4134包括触发器FF1以及与门AND1。与门AND1具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端耦接至限流电路4138以接收限流信号LMT，第二输入端耦接至逻辑门电路4133以接收门输出信号SET，第三输入端耦接至最小关断时间控制电路4139以接收最小关断时间控制信号MOT。触发器FF1具有置位端、复位端和输出端，其中置位端耦接至与门AND1的输出端，复位端耦接至导通时间控制电路4132以接收导通时间控制信号COT，输出端提供开关控制信号PWM。
第一驱动电路4135具有输入端、第一输出端和第二输出端，其中输入端耦接至触发电路4134的输出端以接收开关控制信号PWM。第一驱动电路4135基于开关控制信号PWM，在第一输出端和第二输出端分别产生第一驱动信号DRV1和第二驱动信号DRV2。
第二驱动电路4137具有输入端、第一输出端和第二输出端，其中输入端耦接至判断电路4136的输出端以接收判断信号JDG。第二驱动电路4137基于判断信号JDG，在第一输出端和第二输出端分别产生第三驱动信号DRV3和第四驱动信号DRV4。
当判断电路4136检测到第一比较信号Buck1_Set的出现早于第二比较信号Buck2_Set时,触发器FF2被置位，判断信号JDG为高电平。第二驱动电路4137将第三开关管S3导通，第四开关管S4关断。同时，开关管S6被导通，开关管S7被关断，第一输出电压Vout1被送入比较器COM3的反相输入端。导通时间控制电路4132基于输入电压Vin和第一输出电压Vout1产生具有第一时间阈值TON1的导通时间控制信号COT。此外，触发器FF1被置位，开关控制信号PWM为高电平，第一驱动电路4135将第一开关管S1导通，第二开关管S2关断，直至第一开关管S1的导通时间达到第一时间阈值TON1。
当判断电路4136检测到第二比较信号Buck2_Set的出现早于第一比较信号Buck1_Set时，触发器FF2被复位，判断信号JDG为低电平。第二驱动电路4137将第三开关管S3关断，第四开关管S4导通。同时，开关管S6被关断，开关管S7被导通，第二输出电压Vout2被送入比较器COM3的反相输入端。导通时间控制电路4132基于输入电压Vin和第二输出电压Vout2产生具有第二时间阈值TON2的导通时间控制信号COT。此外，触发器FF1被置位，开关控制信号PWM为高电平，第一驱动电路4135将第一开关管S1导通，第二开关管S2关断，直至第一开关管S1的导通时间达到第二时间阈值TON2。
图6为根据本发明一实施例的单电感多输出降压变换器400的工作波形图，其中Vsw表示电感器L1第一端的电压。如图6所示，第一降压变换器和第二降压变换器分时工作，从而实现对第一输出电压Vout1和第二输出电压Vout2的调节。
图7为根据本发明一实施例的单电感多输出降压变换器700的框图，其中二极管D1被用于代替第二开关管S2。
前述实施例中均以双输出为例，然而，通过在电感器的第二端耦接更多的开关管和电容器，可提供更多的输出。在一个实施例中，单电感多输出降压变换器包括具有第一端和第二端的电感器、耦接在输入电压与电感器第一端之间的第一开关管、耦接在电感器第一端与参考地之间的第二开关管、分别耦接在电感器第二端与多个输出电压之间的多个输出开关管、分别耦接在多个输出电压与参考地之间的多个电容器以及控制电路。控制电路包括多个比较电路和逻辑电路。多个比较电路产生多个比较信号，其中每个比较电路将代表相应输出电压的反馈信号与相应参考信号进行比较，以产生相应比较信号。逻辑电路耦接至多个比较电路，基于多个比较信号控制第一开关管、第二开关管和多个输出开关管。若某个比较信号的出现早于其余比较信号，则逻辑电路将与该较早出现的比较信号对应的输出开关管导通，将其余输出开关管关断，并将第一开关管导通，第二开关管关断，在第一开关管的导通时间达到相应时间阈值时，逻辑电路将第一开关管关断，第二开关管导通。本实施例中的第二开关管也可用二极管代替。
在一些实施例中，为了消除次谐波振荡，斜坡补偿信号被叠加至反馈信号或从参考信号中被减去，比较电路将反馈信号与斜坡补偿信号之和与参考信号进行比较，以产生比较信号。本领域技术人员应当理解，这样的解决方案也未脱离本发明的保护范围。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (16)
1.一种单电感多输出降压变换器的控制方法，该单电感多输出降压变换器包括具有第一端和第二端的电感器、耦接在输入电压与电感器第一端之间的第一开关管、耦接在电感器第一端与参考地之间的第二开关管、耦接在电感器第二端与第一输出电压之间的第三开关管、耦接在电感器第二端与第二输出电压之间的第四开关管、耦接在第一输出电压与参考地之间的第一电容器、以及耦接在第二输出电压与参考地之间的第二电容器，该控制方法包括：
基于第一输出电压，产生第一反馈信号；
基于第二输出电压，产生第二反馈信号；
将第一反馈信号与第一参考信号进行比较，产生第一比较信号；
将第二反馈信号与第二参考信号进行比较，产生第二比较信号；
基于第一比较信号和第二比较信号判断第一反馈信号减小至第一参考信号的时刻与第二反馈信号减小至第二参考信号的时刻中何者较先出现；
若第一反馈信号减小至第一参考信号的时刻早于第二反馈信号减小至第二参考信号的时刻，将第一开关管导通，第二开关管关断，第三开关管导通，第四开关管关断，并在第一开关管的导通时间达到第一时间阈值时，将第一开关管关断，第二开关管导通；
若第二反馈信号减小至第二参考信号的时刻早于第一反馈信号减小至第一参考信号的时刻，将第一开关管导通，第二开关管关断，第三开关管关断，第四开关管导通，并在第一开关管的导通时间达到第二时间阈值时，将第一开关管关断，第二开关管导通。
2.如权利要求1所述的控制方法，其中在第一开关管关断时，方基于第一比较信号和第二比较信号进行判断。
3.如权利要求1所述的控制方法，还包括：
对第一开关管的关断时间进行计时，在第一开关管的关断时间达到最小关断时间阈值后方可将第一开关管导通。
4.如权利要求1所述的控制方法，还包括：
将流过电感器的电流与电流限值进行比较，在流过电感器的电流小于电流限值时方可将第一开关管导通。
5.如权利要求1所述的控制方法，其中单电感多输出降压变换器中的第二开关管被二极管代替。
6.一种单电感多输出降压变换器的控制电路，该单电感多输出降压变换器包括具有第一端和第二端的电感器、耦接在输入电压与电感器第一端之间的第一开关管、耦接在电感器第一端与参考地之间的第二开关管、耦接在电感器第二端与第一输出电压之间的第三开关管、耦接在电感器第二端与第二输出电压之间的第四开关管、耦接在第一输出电压与参考地之间的第一电容器、以及耦接在第二输出电压与参考地之间的第二电容器，该控制电路包括：
第一比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收代表第一输出电压的第一反馈信号，第二输入端接收第一参考信号，第一比较电路将第一反馈信号与第一参考信号进行比较，在输出端产生第一比较信号；
第二比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收代表第二输出电压的第一反馈信号，第二输入端接收第二参考信号，第二比较电路将第二反馈信号与第二参考信号进行比较，在输出端产生第二比较信号；
逻辑电路，耦接至第一比较电路和第二比较电路的输出端，基于第一比较信号和第二比较信号产生第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号以分别控制第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；
其中逻辑电路基于第一比较信号和第二比较信号判断第一反馈信号减小至第一参考信号的时刻与第二反馈信号减小至第二参考信号的时刻中何者较先出现，若第一反馈信号减小至第一参考信号的时刻早于第二反馈信号减小至第二参考信号的时刻，则逻辑电路将第一开关管导通，第二开关管关断，第三开关管导通，第四开关管关断，并在第一开关管的导通时间达到第一时间阈值时，将第一开关管关断，第二开关管导通；若第二反馈信号减小至第二参考信号的时刻早于第一反馈信号减小至第一参考信号的时刻，则逻辑电路将第一开关管导通，第二开关管关断，第三开关管关断，第四开关管导通，并在第一开关管的导通时间达到第二时间阈值时，将第一开关管关断，第二开关管导通。
7.如权利要求6所述的控制电路，其中所述逻辑电路包括：
判断电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至第一比较电路的输出端以接收第一比较信号，第二输入端耦接至第二比较电路的输出端以接收第二比较信号，判断电路基于第一比较信号和第二比较信号判断第一反馈信号减小至第一参考信号的时刻与第二反馈信号减小至第二参考信号的时刻中何者较先出现，在输出端产生判断信号；
选择电路，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端接收第一时间阈值，第二输入端接收第二时间阈值，第三输入端耦接至判断电路的输出端以接收判断信号，选择电路基于判断信号，将第一时间阈值或者第二时间阈值作为导通时间阈值提供至输出端；
导通时间控制电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至选择电路的输出端以接收导通时间阈值，导通时间控制电路基于导通时间阈值，在输出端产生导通时间控制信号；
逻辑门电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至第一比较电路的输出端以接收第一比较信号，第二输入端耦接至第二比较电路的输出端以接收第二比较信号，逻辑门电路基于第一比较信号和第二比较信号，在输出端产生门输出信号；
触发电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至导通时间控制电路的输出端以接收导通时间控制信号，第二输入端耦接至逻辑门电路的输出端以接收门输出信号，触发电路基于导通时间控制信号和门输出信号，在输出端产生开关控制信号；
第一驱动电路，具有输入端、第一输出端和第二输出端，其中输入端耦接至触发电路的输出端以接收开关控制信号，第一驱动电路基于开关控制信号，在第一输出端和第二输出端分别产生第一驱动信号和第二驱动信号；
第二驱动电路，具有输入端、第一输出端和第二输出端，其中输入端耦接至判断电路的输出端以接收判断信号，第二驱动电路基于判断信号，在第一输出端和第二输出端分别产生第三驱动信号和第四驱动信号。
8.如权利要求7所述的控制电路，其中判断电路还耦接至触发电路的输出端以接收开关控制信号，并基于开关控制信号，在第一开关管关断时，方基于第一比较信号和第二比较信号进行判断。
9.如权利要求7所述的控制电路，还包括：
最小关断时间控制电路，产生控制第一开关管最小关断时间的最小关断时间控制信号；
其中触发电路还耦接至最小关断时间控制电路以接收最小关断时间控制信号，并基于门输出信号、最小关断时间控制信号和导通时长控制信号产生开关控制信号。
10.如权利要求7所述的控制电路，还包括：
限流电路，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端接收流过电感器的电流，第二输入端接收电流限值，限流电路将流过电感器的电流与电流限值进行比较，在输出端产生限流信号；
其中触发电路还耦接至限流电路以接收限流信号，并基于门输出信号、限流信号和导通时长控制信号产生开关控制信号。
11.如权利要求6所述的控制电路，其中单电感多输出降压变换器中的第二开关管被二极管代替。
12.一种单电感多输出降压变换器,包括:
电感器，具有第一端和第二端；
第一开关管，耦接在输入电压与电感器第一端之间；
第二开关管，耦接在电感器第一端与参考地之间；
第三开关管，耦接在电感器第二端与第一输出电压之间；
第四开关管，耦接在电感器第二端与第二输出电压之间；
第一电容器，耦接在第一输出电压与参考地之间；
第二电容器，耦接在第二输出电压与参考地之间；
第一反馈电路，具有输入端和输出端，其中输入端接收第一输出电压，第一反馈电路基于第一输出电压，在输出端产生代表第一输出电压的第一反馈信号；
第二反馈电路，具有输入端和输出端，其中输入端接收第二输出电压，第二反馈电路基于第二输出电压，在输出端产生代表第二输出电压的第二反馈信号；以及
如权利要求6至11中任一项所述的控制电路。
13.如权利要求12所述的单电感多输出降压变换器,还包括:
第三电容器，耦接电感器的第二端与参考地之间。
14.一种单电感多输出降压变换器的控制电路，该单电感多输出降压变换器包括具有第一端和第二端的电感器、耦接在输入电压与电感器第一端之间的第一开关管、耦接在电感器第一端与参考地之间的第二开关管、分别耦接在电感器第二端与多个输出电压之间的多个输出开关管、以及分别耦接在多个输出电压与参考地之间的多个电容器，该控制电路包括：
多个比较电路，产生多个比较信号，其中每个比较电路将代表相应输出电压的反馈信号与相应参考信号进行比较，以产生相应比较信号；
逻辑电路，耦接至多个比较电路，基于多个比较信号控制第一开关管、第二开关管和多个输出开关管；
其中逻辑电路基于多个比较信号判断各反馈信号减小至相应参考信号的时刻中何者较先出现，若某个反馈信号减小至相应参考信号的时刻的出现早于其余反馈信号减小至相应参考信号的时刻，则逻辑电路将与该反馈信号对应的输出开关管导通，将其余输出开关管关断，并将第一开关管导通，第二开关管关断，在第一开关管的导通时间达到相应时间阈值时，逻辑电路将第一开关管关断，第二开关管导通。
15.如权利要求14所述的控制电路，其中单电感多输出降压变换器中的第二开关管被二极管代替。
16.一种单电感多输出降压变换器,包括:
电感器，具有第一端和第二端；
第一开关管，耦接在输入电压与电感器第一端之间；
第二开关管，耦接在电感器第一端与参考地之间；
多个输出开关管，分别耦接在电感器第二端与多个输出电压之间；
多个电容器，分别耦接在多个输出电压与参考地之间；
多个反馈电路，分别基于多个输出电压，产生多个反馈信号；以及
如权利要求14或15所述的控制电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |