CN105790582A - 一种单电感多输出直流-直流变换器及其控制方法 - Google Patents

一种单电感多输出直流-直流变换器及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105790582A
CN105790582A CN201610131497.XA CN201610131497A CN105790582A CN 105790582 A CN105790582 A CN 105790582A CN 201610131497 A CN201610131497 A CN 201610131497A CN 105790582 A CN105790582 A CN 105790582A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
duty cycle
cycle signals
converter
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610131497.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105790582B (zh
Inventor
郭建平
陈彪
郑彦祺
祝磊
陈弟虎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tuoer Microelectronics Co ltd
Original Assignee
中山大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 中山大学 filed Critical 中山大学
Priority to CN201610131497.XA priority Critical patent/CN105790582B/zh
Publication of CN105790582A publication Critical patent/CN105790582A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105790582B publication Critical patent/CN105790582B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083Converters characterised by their input or output configuration
    • H02M1/009Converters characterised by their input or output configuration having two or more independently controlled outputs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种单电感多输出直流‑直流变换器及其控制方法,该变换器包括有单电感多输出直流‑直流变换器功率级、电流/电压采样电路、电压ADC模块、误差信号产生模块、多路电压PI模块、占空比再分配模块、多路数字脉冲宽度调制模块、加/减法器、电流PI模块、数字脉冲宽度调制模块、新占空比总和产生模块、开关逻辑、死区控制与驱动电路。本发明通过将旧占空比信号按比例伸缩进而进行控制,减少变换器的交叉调整率;同时,在进行伸缩变换时通过Sigma‑Delta截位在减少信号位宽的同时保证精度、节省硬件计算资源,提高计算速度,节省成本。本发明作为一种单电感多输出直流‑直流变换器及其控制方法可广泛应用于电子技术领域。

Description

一种单电感多输出直流-直流变换器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电子技术领域,尤其是一种单电感多输出直流-直流变换器及其控制方法。
背景技术
单电感多输出(Single-InductorMultiple-output,SIMO)直流—直流变换器是一种新型的开关电源拓扑结构。在该类型的变换器中,各个输出通道共享同一个电感,从而达到节省电感、减少变换器体积、节省成本的目的。
目前,单电感多输出直流—直流变换器的充放电方案主要有两种:一种是时分复用(TimeMultiplexing,TM)控制法,即在一个周期内,对于每一个通道来说,都是先给电感充电,然后电感给该通道放电。对于一个n通道的变换器,电感充电的次数是n,放电的次数也是n。该控制方法的特点是,周期内开关动作次数太多,开关损耗较大。而且在某些情况下,各通道的充放电周期会重叠在一起,各通道之间相互影响,产生交叉调整(CrossRegulation,CR)。
另外一种方法为依序供能控制法(OrderedPower-DistributiveControl,OPDC)。即在一个周期之内,只对电感进行一次充电,然后依照顺序给各路输出放电。对于一个n通道的变换器来说,电感充电的次数是1,放电的次数是n。由于这种方法可以大大减少开关动作次数,减少开关损耗,所以在单电感多输出直流—直流变换器中得到了广泛应用。但是该控制方法也有缺点,由于各个通道共享同一个电感,并且各个通道导通的占空比不是相互独立的,所以当其中一个通道的输出负载电流发生变化的时候,电感电流的平均值以及该通道的占空比也会发生相应的变化,变化的电感电流平均值以及该通道的占空比会对其他通道的输出电压造成影响,因此产生了交叉调整。交叉调整不仅会使其他通道的电压纹波变大,而且在严重的情况下,会使得系统不稳定,影响系统的正常工作。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的目的是:提供一种通过占空比再分配实现抑制交叉调整率的单电感多输出直流-直流变换器。
为了解决上述技术问题,本发明的另一目的是:提供一种通过占空比再分配实现抑制交叉调整率的单电感多输出直流-直流变换方法。
本发明所采用的技术方案是:一种单电感多输出直流-直流变换器,包括有:
单电感多输出直流-直流变换器功率级,用于提供多路输出;
电流采样电路,用于采样电感电流值;
电压采样电路,用于采样变换器中多个输出通道的电压采样值;
电压ADC模块,用于将电压采样值和电压参考值数字化;
误差信号产生模块,用于计算多个输出通道的电压采样值与电压参考值的差值,即误差信号;
多路电压PI模块,用于计算旧占空比信号;
占空比再分配模块,用于根据旧占空比信号计算新占空比信号;
多路数字脉冲宽度调制模块,用于将新占空比信号转换为控制信号;
加法器,用于对旧占空比信号求和;
减法器,用于将旧占空比信号的和与采样的电感电流值作差;
电流PI模块,用于将减法器的输出信号转换为中间信号;
数字脉冲宽度调制模块,用于将中间信号转换为控制信号;
新占空比总和产生模块,用于通过中间信号计算多个输出通道的导通时间总和;
开关逻辑、死区控制与驱动电路,用于接收多路数字脉冲宽度调制模块的控制信号和数字脉冲宽度调制模块的控制信号,并根据控制信号控制单电感多输出直流-直流变换器功率级的多路输出。
进一步,所述占空比再分配模块中,新占空比信号中各输出通道的占空比所占比例与旧占空比信号中对应各输出通道的占空比所占比例偏差小于15%。
进一步,所述占空比再分配模块中,新占空比信号中各输出通道的占空比所占比例与旧占空比信号中对应各输出通道的占空比所占比例偏差小于25%。
进一步,所述占空比再分配模块和新占空比总和产生模块中均采用Sigma-Delta截位模块进行处理。
进一步,所述旧占空比信号由PI控制器或PID控制器对输出通道电压误差进行调制来产生。
本发明所采用的另一技术方案是:一种单电感多输出直流-直流变换控制方法,包括有以下步骤:
A、对单电感多输出直流-直流变换器功率级的多个输出通道的电压值进行采样得到电压采样值;
B、将多个输出通道的电压采样值分别与电压参考值作差得到多个电压误差信号;
C、将上述多个电压误差信号通过多路电压PI模块得到旧占空比信号;
D、对单电感多输出直流-直流变换器功率级的电感电流值进行采样得到电流采样值;
E、将旧占空比信号的和与电流采样值作差,并通过电流PI模块计算得到中间信号;
F、利用中间信号计算得到多个输出通道的导通时间总和;
G、利用多个输出通道的导通时间总和与旧占空比信号计算新占空比信号;
H、将新占空比信号和中间信号分别通过DPWM模块转换为控制信号并通过开关逻辑、死区控制与驱动电路对单电感多输出直流-直流变换器功率级进行控制。
进一步,所述步骤G中新占空比信号中各输出通道的占空比所占比例与旧占空比信号中对应各输出通道的占空比所占比例偏差小于15%。
进一步,所述步骤G中新占空比信号中各输出通道的占空比所占比例与旧占空比信号中对应各输出通道的占空比所占比例偏差小于25%。
进一步,所述步骤F和步骤G中均通过Sigma-Delta截位模块进行处理。
本发明的有益效果是:本发明变换器通过占空比再分配模块将旧占空比信号按比例伸缩,从而得到新占空比信号进而进行控制,减少单电感多输出直流—直流变换器的交叉调整率,减少各个通道之间的相互影响;同时,在进行伸缩变换时,还通过Sigma-Delta截位模块在减少信号位宽的同时,不至于让系统的精度遭受较大的损失;此外,减少信号位宽也能节省硬件计算资源,提高计算速度,使环路响应速度变快,瞬态响应速度得以提升,减少集成电路的芯片面积,节省成本。
本发明的另一有益效果是:本发明方法通过占空比再分配模块将旧占空比信号按比例伸缩,从而得到新占空比信号进而进行控制,减少单电感多输出直流—直流变换器的交叉调整率,减少各个通道之间的相互影响;同时,在进行伸缩变换时,还通过Sigma-Delta的方法截取信号的最高几位(MostSignificantBits,MSBs),在减少信号位宽的同时,不至于让系统的精度遭受较大的损失;此外,减少信号位宽也能节省硬件计算资源,提高计算速度,使环路响应速度变快,瞬态响应速度得以提升,减少集成电路的芯片面积,节省成本。
附图说明
图1为实施例中的功率级以及电压、电流采样电路;
图2为实施例中的电压ADC模块以及误差信号产生模块;
图3为实施例中的电压PI模块、占空比再分配模块以及DPWM模块;
图4为实施例中的电流PI模块、DPWM模块以及新占空比总和产生模块;
图5为实施例中的开关逻辑、死区控制与驱动电路;
图6为实施例中的Sigma-Delta截位模块;
图7为实施例中的占空比再分配模块的内部结构原理图;
图8为本发明方法的步骤流程图;
图9为图1中输出通道1的负载瞬态时的仿真波形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明:
一种单电感多输出直流-直流变换器,包括有:
单电感多输出直流-直流变换器功率级,用于提供多路输出;
以图1为例,图中包括单电感四输出直流-直流变换器功率级,主要构成与作用如下:输入电压Vin给整个系统提供能量;功率晶体管G1~G7处于导通或者截止状态,起到开关的作用;电感L起到储能和滤波的作用;输出电容C1~C4用来滤波和储能;Ro1~Ro4是负载电阻,输出电压分别为Vo1~Vo4。另外,图1中的电流采样电路对电感电流进行采样,以实现电流模控制方法,采样电流值为isen。在图1的电压采样网络中,电阻Rs1~Rs8分别对输出电压Vo1~Vo4采样,得到相应的值采样值分别为Vs1~Vs4
对于功率级的工作原理,本发明将分为升压模式和降压模式分别简述。
当系统工作在升压模式时,功率管G1总是导通,功率管G2总是截止。
当处于充电状态时,功率管G4~G7截止,功率管G3导通,输入电压Vin给电感充电,电感电流上升。电感电流变化为:
Δ i = V i n L DT s
其中,Δi为电感电流变化量,Vin为输入电压,L为电感量,D为电感充电时间占整个周期的比率,Ts为开关周期。
当处于放电状态时,功率管G3截止,G4~G7依次轮流导通,电感向各个通道依次放电。电感电流变化为:
Δ i = V i n - V o x L d x T s | x = 1 , 2 , 3 , 4
其中,Δi为电感电流变化量,Vin为输入电压,Vox为各个通道的输出电压,L为电感量,dx为通道x导通时间占整个周期的比率,Ts为开关周期。例如,x=1,那么Vox=Vo1是通道1的输出电压,dx=d1是通道1导通时间(即开关管G4导通时间)占整个周期的比率。
当系统工作在降压模式时,功率管G3总是截止。
若不考虑过流保护,电流断续模式(DiscontinuosCurrentMode,DCM)等情况,在整个周期中,四个通道导通的时间总和为Ts,也即G4~G7的导通时间总和为Ts
当G1导通G2截止时,输入电压Vin给电感提供能量。此时电感电流变化为:
Δ i = V i n - V o x L d x T s | x = 1 , 2 , 3 , 4
其中,Δi为电感电流变化量,Vin为输入电压,Vox为各个通道的输出电压,L为电感量,dx为通道x导通时间占整个周期的比率,Ts为开关周期。
当G1截止G2导通时,电感放电。电感电流变化为:
Δ i = 0 - V o x L d x T s | x = 1 , 2 , 3 , 4
其中,Δi为电感电流变化量,Vox为各个通道的输出电压,L为电感量,dx为通道x导通时间占整个周期的比率,Ts为开关周期。
电流采样电路,用于采样电感电流值,如图1中所示,采样电流值为isen
电压采样电路,用于采样变换器中多个输出通道的电压采样值,如图1中所示,采样电压值分别为Vs1~Vs4
参照图2,包括电压ADC模块和误差信号产生模块。其中,电压ADC模块用于将电压采样值和电压参考值数字化;Vs1~Vs4分别是对图1中的输出电压Vo1~Vo4采样到的值;Vref为参考电压。
误差信号产生模块,用于计算多个输出通道的电压采样值与电压参考值的差值,即误差信号;误差信号产生模块通过减法器实现,产生的误差信号即图中所示的Ve1、Ve2、Ve3、Ve4
参照图3,包括多路电压PI模块、占空比再分配模块以及多路数字脉冲宽度调制模块。
所述旧占空比信号由PI控制器或PID(比例、积分、微分)控制器对输出通道电压误差进行调制来产生。多路电压PI模块,用于计算旧占空比信号ic1_old~ic4_old;误差信号Ve1~Ve4分别进入不同的PI(Propotional比例、Integral积分)模块,得到旧的占空比信号分别为ic1_old~ic4_old
占空比再分配模块,用于根据旧占空比信号计算新占空比信号;
以图1中输出通道1(Vs1所对应的通道)为例,新占空比信号的计算过程可以用如下式子表示:
i c 1 _ n e w = i c 1 _ o l d i c x _ o l d _ s u m * T a r S u m = T a r S u m i c x _ o l d _ s u m * i c 1 _ o l d
其中TarSum为新占空比总和产生模块计算得到的信号,具体计算方法详见下文对新占空比总和产生模块的说明。
进一步作为优选的实施方式,所述占空比再分配模块中,新占空比信号中各输出通道的占空比所占比例与旧占空比信号中对应各输出通道的占空比所占比例偏差小于15%。
进一步作为优选的实施方式,所述占空比再分配模块中,新占空比信号中各输出通道的占空比所占比例与旧占空比信号中对应各输出通道的占空比所占比例偏差小于25%。
多路数字脉冲宽度调制模块,用于将新占空比信号转换为控制信号;对应图1实施例中的四路输出通道,如图3所示,其采用四路数字脉冲宽度调制模块(DPWM,DigitalPulseWidthModulator),每一个输出通道对应的新占空比信号ic1_new~ic4_new分别通过四路数字脉冲宽度调制模块得到相应的控制信号d1~d4
加法器,如图4所示,用于对旧占空比信号ic1_old~ic4_old求和;
减法器,如图4所示,用于将旧占空比信号的和与采样的电感电流值isen作差;
电流PI模块,用于将减法器的输出信号转换为中间信号vrf
数字脉冲宽度调制模块,用于将中间信号vrf转换为控制信号drf
新占空比总和产生模块,用于通过中间信号vrf计算多个输出通道的导通时间总和TarSum;TarSum信号即最终四个通道导通的总时间之和,其计算过程为,首先通过判断vrf的符号来决定系统处于升压还是降压状态;vrf>0时,系统处于升压模型,则TarSum=1000-vrf,1000表示1000ns=1μs;vrf<0时,系统处于降压模型,TarSum=1000。
由于TarSum信号即最终四个通道导通的总时间之和,因此有如下等式成立:
TarSum=ic1_new+ic2_new+ic3_new+ic4_new
四个输出通道旧的占空比为是ic1_old~ic4_old,所以实际上占空比再分配模块就是通过将ic1_old~ic4_old同时放大或者缩小相同的倍数,使得它们的总和等于TarSum。
参照上述新占空比信号的计算公式可知,对于每一个输出通道,其新占空比信号计算公式为:
其中x=1,2,3,4。
由于计算公式中都存在一个共同的因子因此对应多路输出通路的新占空比信号计算时只需要计算一次上述共同的因子,因此可减少变换器中的除法次数。
参照图5,开关逻辑、死区控制与驱动电路,用于接收多路数字脉冲宽度调制模块的控制信号d1~d4和数字脉冲宽度调制模块的控制信号drf,并根据控制信号驱动单电感多输出直流-直流变换器功率级的多路输出,如图5所示的驱动信号用于驱动图1中的功率管G1-G7。
进一步作为优选的实施方式,所述占空比再分配模块和新占空比总和产生模块中均采用Sigma-Delta截位模块进行处理。
占空比再分配模块中的旧占空比信号ic1_old~ic4_old和新占空比总和产生模块中的信号TarSum均为11位的符号数,若直接对它进行上面所说的乘除法运算,也需要大量的计算资源。所以,可以对ic1_old~ic4_old以及TarSum进行Sigma-Delta截位(Sigma-DeltaTruncation),保留最高几位(MostSignificantBits,MSBs)。在保证精度损失不大的同时减少位宽,以节省计算资源。
以下参照图6说明Sigma-Delta截位的实现过程:
首先,输出信号trun经过延时之后,再左移k位,也即相当于乘以2k,反馈回去与输入信号ic1_old作差,得到del信号。这个就是作差(Delta)的过程。接着,del信号进行累加操作,得到sgm信号,这个就是求和(Sigma)的过程。在连续系统中该过程对应积分操作。通过将sgm信号右移k位,也即除以2k,得到位宽变小的信号trun,它既是Sigma-Delta模块的输出信号,又是用来作反馈的信号。至此,ic1_old信号完成了截取的过程。
图7所示结构为图3中占空比再分配模块的内部结构原理图,以下具体介绍该模块。如图7所示,ic1_old~ic4_old经过Sigma-Delta截取高几位之后,分别得到trun1~trun4信号,位宽得以减少。本发明在这里采用了自适应截取的方法实现,即m的大小根据的大小进行自适应截取。自适应截取是为了保证itrun_sum=trun1+trun2+trun3+trun4保持在128~256之间;这是为了便于后面子模块计算时位宽的选取,也是为了节省后面计算所用的位宽。被截取之后的旧占空比信号trun1~trun4进入加法求和器,和为itrun_sum,也即itrun_sum=trun1+trun2+trun3+trun4。同时,TarSum信号也通过Sigma-Delta截位,得到位宽减少之后的Tar_trun信号。在位宽减少的同时,精度损失比较少。这是因为Sigma—Delta截取其实相当于在时间上做了平均化处理,截取前后的直流量是不变的。接着,Tar_trun还需要左移k位,也即乘以2k。这是因为在采用数字集成电路实现后面的除法(也即为得到factor信号而使用的除法)时,为了避免做浮点数运算,采用整数相除的方法实现,以加快计算速度并且减少资源消耗。但是,在整数相除时,小数点后面的数字会直接忽略掉。例如在进行整除运算时,硬件会直接将小数部分忽略,得到的结果是1。这会大大减少系统的精度,甚至会出现错误。所以,为了避免出现这种情况,先让Tar_trun左移k位,而在最后再通过Sigma-Delta的方法实现右移k位,恢复原来的大小。在做完除法之后,得到了factor信号,它其实就对应于这个信号。然后,factor会与各个截取之后的旧占空比信号trun1~trun4相乘;接着该乘积通过Sigma-Delta的方法实现右移k,得到真正用来控制四个通道导通时间的信号ic1_new~ic4_new。要注意的是,此处右移的位数k和和前面左移的位数k是一致的。至此,“占空比再分配”模块完成了对旧占空比信号ic1_old~ic4_old的再分配,得到新的占空比信号ic1_new~ic4_new
参照图8,一种单电感多输出直流-直流变换控制方法,包括有以下步骤:
A、对单电感多输出直流-直流变换器功率级的多个输出通道的电压值进行采样得到电压采样值;
B、将多个输出通道的电压采样值分别与电压参考值作差得到多个电压误差信号;
C、将上述多个电压误差信号通过多路电压PI模块得到旧占空比信号;
D、对单电感多输出直流-直流变换器功率级的电感电流值进行采样得到电流采样值;
E、将旧占空比信号的和与电流采样值作差,并通过电流PI模块计算得到中间信号;
F、利用中间信号计算得到多个输出通道的导通时间总和;
G、利用多个输出通道的导通时间总和与旧占空比信号计算新占空比信号;
H、将新占空比信号和中间信号分别通过DPWM模块转换为控制信号并通过开关逻辑、死区控制与驱动电路对单电感多输出直流-直流变换器功率级进行控制。
进一步作为优选的实施方式,所述步骤G中新占空比信号中各输出通道的占空比所占比例与旧占空比信号中对应各输出通道的占空比所占比例偏差小于15%。
进一步作为优选的实施方式,所述步骤G中新占空比信号中各输出通道的占空比所占比例与旧占空比信号中对应各输出通道的占空比所占比例偏差小于25%。
进一步作为优选的实施方式,所述步骤F和步骤G中均通过Sigma-Delta截位模块进行处理。
参照图9,对图1中输出通道1做负载瞬态时的仿真波形。仿真中,本发明采用了都是窗口型ADC。五个电压ADC(四个输出电压ADC以及一个参考电压ADC)的精度都为6.5mV。电流ADC的精度是31.2mA。通道2以及通道3的负载电流都为50mA,通道4的负载电流为100mA。当通道1的负载电流在300mA与50mA之间来回跳变时,相应的波形如图8所示。其中,iL为电感电流波形,vo1~vo4分别为通道1至通道4的电压波形。从图中可以看出,当通道1负载电流在300mA与50mA直接来回跳变时,其余三个通道的电压只是在跳变瞬间发生变化,并且除了通道4之外,变化范围都在20mV之内。然后通道2到4的电压很快又得以恢复。在通道1进行负载瞬态的时候,通道4之所以纹波会比其他通道2和3大,是因为前三个通道的误差都累积到通道4中去了。本发明之所以让前三个通道的误差累积到通道4而不是让通道4独立于其他三个通道,是为了防止在周期末尾出现闲暇时间(IdleTime)。
由以上仿真结果可知,本发明通过占空比再分配模块,各个输出通道之间的相互影响比较小,达到了减少交叉调整率的目的。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的等同变换或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种单电感多输出直流-直流变换器,其特征在于:包括有:
单电感多输出直流-直流变换器功率级,用于提供多路输出;
电流采样电路,用于采样电感电流值;
电压采样电路,用于采样变换器中多个输出通道的电压采样值;
电压ADC模块,用于将电压采样值和电压参考值数字化;
误差信号产生模块,用于计算多个输出通道的电压采样值与电压参考值的差值,即误差信号;
多路电压PI模块,用于计算旧占空比信号;
占空比再分配模块,用于根据旧占空比信号计算新占空比信号;
多路数字脉冲宽度调制模块,用于将新占空比信号转换为控制信号;
加法器,用于对旧占空比信号求和;
减法器,用于将旧占空比信号的和与采样的电感电流值作差;
电流PI模块,用于将减法器的输出信号转换为中间信号;
数字脉冲宽度调制模块,用于将中间信号转换为控制信号;
新占空比总和产生模块,用于通过中间信号计算多个输出通道的导通时间总和;
开关逻辑、死区控制与驱动电路,用于接收多路数字脉冲宽度调制模块的控制信号和数字脉冲宽度调制模块的控制信号,并根据控制信号控制单电感多输出直流-直流变换器功率级的多路输出。
2.根据权利要求1所述的一种单电感多输出直流-直流变换器,其特征在于:所述占空比再分配模块中,新占空比信号中各输出通道的占空比所占比例与旧占空比信号中对应各输出通道的占空比所占比例偏差小于15%。
3.根据权利要求1所述的一种单电感多输出直流-直流变换器,其特征在于:所述占空比再分配模块中,新占空比信号中各输出通道的占空比所占比例与旧占空比信号中对应各输出通道的占空比所占比例偏差小于25%。
4.根据权利要求1所述的一种单电感多输出直流-直流变换器,其特征在于:所述占空比再分配模块和新占空比总和产生模块均采用Sigma-Delta截位模块进行处理。
5.根据权利要求1所述的一种单电感多输出直流-直流变换器,其特征在于:所述旧占空比信号由PI控制器或PID控制器对输出通道电压误差进行调制来产生。
6.一种单电感多输出直流-直流变换控制方法,其特征在于:包括有以下步骤:
A.对单电感多输出直流-直流变换器功率级的多个输出通道的电压值进行采样得到电压采样值;
B.将多个输出通道的电压采样值分别与电压参考值作差得到多个电压误差信号;
C.将上述多个电压误差信号通过多路电压PI模块得到旧占空比信号;
D.对单电感多输出直流-直流变换器功率级的电感电流值进行采样得到电流采样值;
E.将旧占空比信号的和与电流采样值作差,并通过电流PI模块计算得到中间信号;
F.利用中间信号计算得到多个输出通道的导通时间总和;
G.利用多个输出通道的导通时间总和与旧占空比信号计算新占空比信号;
H.将新占空比信号和中间信号分别通过DPWM模块转换为控制信号并通过开关逻辑、死区控制与驱动电路对单电感多输出直流-直流变换器功率级进行控制。
7.根据权利要求6所述的一种单电感多输出直流-直流变换控制方法,其特征在于:所述步骤G中新占空比信号中各输出通道的占空比所占比例与旧占空比信号中对应各输出通道的占空比所占比例偏差小于15%。
8.根据权利要求6所述的一种单电感多输出直流-直流变换控制方法,其特征在于:所述步骤G中新占空比信号中各输出通道的占空比所占比例与旧占空比信号中对应各输出通道的占空比所占比例偏差小于25%。
9.根据权利要求6所述的一种单电感多输出直流-直流变换控制方法,其特征在于:所述步骤F和步骤G中均通过Sigma-Delta截位模块进行处理。
CN201610131497.XA 2016-03-08 2016-03-08 一种单电感多输出直流-直流变换器及其控制方法 Active CN105790582B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610131497.XA CN105790582B (zh) 2016-03-08 2016-03-08 一种单电感多输出直流-直流变换器及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610131497.XA CN105790582B (zh) 2016-03-08 2016-03-08 一种单电感多输出直流-直流变换器及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105790582A true CN105790582A (zh) 2016-07-20
CN105790582B CN105790582B (zh) 2019-01-15

Family

ID=56387178

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610131497.XA Active CN105790582B (zh) 2016-03-08 2016-03-08 一种单电感多输出直流-直流变换器及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105790582B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106953521A (zh) * 2016-09-08 2017-07-14 湘潭大学 一种基于双载波调制的h桥双向dc‑dc调制策略
CN107070220A (zh) * 2017-04-05 2017-08-18 中山大学 单电感多输出直流‑直流变换器及其电荷恒定控制方法
CN107154733A (zh) * 2017-06-28 2017-09-12 南京理工大学 一种数字单电感双输出开关变换器及控制方法
CN107579726A (zh) * 2017-10-16 2018-01-12 山东大学 一种提高计数器型数字脉宽调制器输出精度的方法
CN109698607A (zh) * 2017-10-20 2019-04-30 群光电能科技股份有限公司 多输出控制系统
JP2020533938A (ja) * 2017-10-13 2020-11-19 ヴィテスコ テクノロジーズ ジャーマニー ゲー・エム・ベー・ハーVitesco Technologies Germany GmbH 直流電圧変換器のトポロジ
CN112117901A (zh) * 2019-06-20 2020-12-22 博发电子股份有限公司 一种单电感多输出直流/直流转换器
US11038422B2 (en) * 2016-12-23 2021-06-15 U-Blox Ag Single inductor multiple output regulators
CN113098523A (zh) * 2021-03-25 2021-07-09 华中科技大学 数字式delta-sigma控制方法、双环控制方法及高精度交流电流源
CN116505631A (zh) * 2023-06-29 2023-07-28 深圳市微源半导体股份有限公司 单输入多输出的充电电路和可穿戴设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202183892U (zh) * 2010-10-12 2012-04-04 技领半导体(上海)有限公司 单电感器多led灯串的驱动器
CN102780399A (zh) * 2011-05-09 2012-11-14 香港科技大学 带同步电流模式滞环控制的单电感多输出调整器
CN103701307A (zh) * 2013-12-31 2014-04-02 成都芯源系统有限公司 单电感多输出降压变换器及其控制电路和控制方法
CN104410276A (zh) * 2014-12-17 2015-03-11 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 基于单电感多输出的电压转换电路
CN104467423A (zh) * 2014-12-29 2015-03-25 东南大学 一种单电感多输出开关电源变换器次级开关占空比信号时序控制电路
CN105119482A (zh) * 2015-07-22 2015-12-02 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 单电感多输出的升降压型电路及其控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202183892U (zh) * 2010-10-12 2012-04-04 技领半导体(上海)有限公司 单电感器多led灯串的驱动器
CN102780399A (zh) * 2011-05-09 2012-11-14 香港科技大学 带同步电流模式滞环控制的单电感多输出调整器
CN103701307A (zh) * 2013-12-31 2014-04-02 成都芯源系统有限公司 单电感多输出降压变换器及其控制电路和控制方法
CN104410276A (zh) * 2014-12-17 2015-03-11 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 基于单电感多输出的电压转换电路
CN104467423A (zh) * 2014-12-29 2015-03-25 东南大学 一种单电感多输出开关电源变换器次级开关占空比信号时序控制电路
CN105119482A (zh) * 2015-07-22 2015-12-02 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 单电感多输出的升降压型电路及其控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YANQI ZHENG,ET.AL.: "A Fixed-Frequency Auto-Buck-Boost SIMO DC-DC Converter with Duty-Cycle Redistribution and Duty-Predicted Current Control", 《CIRCUITS AND SYSTEMS (ISCAS), 2015 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106953521A (zh) * 2016-09-08 2017-07-14 湘潭大学 一种基于双载波调制的h桥双向dc‑dc调制策略
US11038422B2 (en) * 2016-12-23 2021-06-15 U-Blox Ag Single inductor multiple output regulators
CN107070220A (zh) * 2017-04-05 2017-08-18 中山大学 单电感多输出直流‑直流变换器及其电荷恒定控制方法
CN107154733A (zh) * 2017-06-28 2017-09-12 南京理工大学 一种数字单电感双输出开关变换器及控制方法
JP2020533938A (ja) * 2017-10-13 2020-11-19 ヴィテスコ テクノロジーズ ジャーマニー ゲー・エム・ベー・ハーVitesco Technologies Germany GmbH 直流電圧変換器のトポロジ
CN107579726A (zh) * 2017-10-16 2018-01-12 山东大学 一种提高计数器型数字脉宽调制器输出精度的方法
CN109698607A (zh) * 2017-10-20 2019-04-30 群光电能科技股份有限公司 多输出控制系统
CN109698607B (zh) * 2017-10-20 2020-06-12 群光电能科技(苏州)有限公司 多输出控制系统
CN112117901A (zh) * 2019-06-20 2020-12-22 博发电子股份有限公司 一种单电感多输出直流/直流转换器
CN113098523A (zh) * 2021-03-25 2021-07-09 华中科技大学 数字式delta-sigma控制方法、双环控制方法及高精度交流电流源
CN116505631A (zh) * 2023-06-29 2023-07-28 深圳市微源半导体股份有限公司 单输入多输出的充电电路和可穿戴设备
CN116505631B (zh) * 2023-06-29 2024-02-09 深圳市微源半导体股份有限公司 单输入多输出的充电电路和可穿戴设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN105790582B (zh) 2019-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105790582A (zh) 一种单电感多输出直流-直流变换器及其控制方法
CN111092549B (zh) 四管Buck-Boost变换器的三模式变频软开关控制方法
CN105634279B (zh) 一种提高单电感多输出电源变换器负载瞬态响应的方法
CN103051186B (zh) 一种快速瞬态响应的数字开关变换器及其控制方法
CN103887972B (zh) Dvs系统开关dc‑dc变换器的混合控制电路及其控制方法
CN109378881B (zh) 一种动力电池组双向自适应均衡控制方法
CN109995228A (zh) 原边反馈反激式电源ccm模式下的死区时间自动优化系统
CN107332332B (zh) 一种简化升压型电动汽车复合电源结构及其控制方法
CN102136797A (zh) 一种用于非反相Buck-Boost功率变换器的调制方法
CN107154733A (zh) 一种数字单电感双输出开关变换器及控制方法
CN107070220B (zh) 单电感多输出直流-直流变换器及其电荷恒定控制方法
CN111049381A (zh) 一种应用于直流三电平变换器的多目标协同优化控制方法
CN107370375A (zh) Dc‑dc变换电路电流采样、均流控制方法及电路
CN106253666B (zh) 单电感双输出开关变换器变频控制方法及其控制装置
CN105141133A (zh) 双管型升降压变换器的mit模型参考自适应控制方法
Khasim et al. A single inductor multi-port power converter for electric vehicle applications
Chakraborty et al. Combination of buck and boost modes to minimize transients in the output of a positive buck-boost converter
CN206759312U (zh) Dcdc模块自动切换的直流电能变换系统
Kumar et al. Closed loop PI control of DC-DC Cascode Buck-Boost converter
CN108258914B (zh) 交错谐振变换电路及其控制方法
CN104410276A (zh) 基于单电感多输出的电压转换电路
CN111030454B (zh) 一种SIDO Buck开关变换器及数字控制方法
TWI525974B (zh) 基於分切合整之直流/直流轉換器電流補償控制方法
CN106921294A (zh) 一种脉冲波调制和脉冲跳周期调制的切换电路和切换方法
CN102299623A (zh) Dc-dc同步管的控制方法和装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211228

Address after: B201, zero one square, Xi'an Software Park, 72 Keji 2nd Road, high tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province, 710000

Patentee after: XI'AN TUOER MICROELECTRONICS Co.,Ltd.

Address before: 510275 No. 135 West Xingang Road, Guangzhou, Guangdong, Haizhuqu District

Patentee before: SUN YAT-SEN University

TR01 Transfer of patent right
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: B201, zero one square, Xi'an Software Park, 72 Keji 2nd Road, high tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province, 710000

Patentee after: Xi'an Tuoer Microelectronics Co.,Ltd.

Address before: B201, zero one square, Xi'an Software Park, 72 Keji 2nd Road, high tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province, 710000

Patentee before: XI'AN TUOER MICROELECTRONICS Co.,Ltd.

Address after: B201, zero one square, Xi'an Software Park, 72 Keji 2nd Road, high tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province, 710000

Patentee after: Tuoer Microelectronics Co.,Ltd.

Address before: B201, zero one square, Xi'an Software Park, 72 Keji 2nd Road, high tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province, 710000

Patentee before: Xi'an Tuoer Microelectronics Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder