CN107666241A - 一种数字dc‑dc电源转换芯片及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种数字DC‑DC电源转换芯片，其包括数字逻辑模块、模数转换器ADC、PWM控制模块和两个并行设置用于输出直流电压的第1路、第2路功率级。其中所述数字逻辑模块连接所述模数转换器ADC，用于将所述模数转换器ADC采集的所述直流输出电压的采样值与其设置值进行相减并进行补偿处理，再将产生的PWM波，输出给所述PWM控制模块。所述PWM控制模块在所述数字逻辑模块控制下将所述接收到的PWM波输出到所述第1路功率级，同时保持所述第2路功率级输入的PWM波的占空比不变。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路领域，尤其是，其中涉及的一种数字DC-DC电源转换芯片及控制方法。
背景技术
数字DC-DC电源转换是指直流输入电压转换成直流输出电压的过程，使直流输出电压的纹波在直流输入电压及输出端负载变化的情况下尽量小，并尽量维持直流输出电压的恒定。
随着电子技术的高速发展，电子系统越来越复杂，所需要的供电电源数量也越来越多。请参阅图3所示，其为现有技术实现的一种四路数字DC-DC电源转换芯片，其包括了四路功率级1′、四个模数转换器ADC2′、数字逻辑模块3′、接口4′和存储器5′。其中所述数字逻辑模块又包括四个加法器6′、可编程配置单元7′、四个数字比例积分微分器DPID8′和四个数字脉冲宽度调制器DPWM9′。
四个所述功率级1′分别输出第一～四路直流输出电压，四个所述模数转换器ADC2′分别对第1～4路直流输出电压进行采样。采样值分别送入到所述数字逻辑模块3′的四个加法器6′的负输入端，所述可编程配置单元7′将所述第1～4路直流输出电压的设定值分别提供给所述加法器6′的正输入端，直流输出电压的采样值与直流输出电压的设定值相减后得到的四个误差值。
所述误差值分别送入到四个所述数字比例积分微分器DPID8′，进行补偿后的值又分别送入到四个所述数字脉冲宽度调制器DPWM9′，根据补偿后的误差值分别产生四路占空比不相同的PWM波，四路占空比不相同的PWM波分别作用于四路功率级1′以控制第1～4路直流输出电压。
现有技术中的多路数字DC-DC电源转换缺点在于，各路直流输出并联设置，每路输出都需要同样的功能器件布局，这就使得其总体所需的功能器件数量较多，进而导致其所在芯片所需面积较大以布置这些器件；同时由于功能器件的总数量多，则必然导致其整体功耗较高；并且难以实现超多路(大于4路)的直流输出电压。
另外，所需功能器件数量较多，也必然使得其所在芯片的制造成本较高，从而竞争力较低。
因此，确有必要来开发一种新型的数字DC-DC电源转换芯片，来克服现有技术中的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的数字DC-DC电源转换芯片，其能够以较少的功能器件，较低的功耗，实现多路直流输出电压。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种数字DC-DC电源转换芯片，其包括数字逻辑模块、模数转换器ADC、PWM控制模块和两个并行设置用于输出直流电压的第1路功率级、第2路功率级。其中所述数字逻辑模块连接所述模数转换器ADC，用于将所述模数转换器ADC采集的所述直流输出电压的采样值与其设置值进行相减并进行补偿处理，再将产生的PWM波，输出给所述PWM控制模块。所述PWM控制模块在所述数字逻辑模块控制下将所述接收到的PWM波输出到所述第1路功率级，同时保持所述第2路功率级输入的PWM波的占空比不变。
进一步的，在不同实施方式中，其还包括模拟选通模块，其输入端连接两路所述功率级的各自直流输出电压，输出端连接所述模数转换器ADC；在所述数字逻辑模块控制下，所述模拟选通模块依次选通所述两路直流输出电压中的一路进入所述模数转换器ADC进行采样和数字化。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述模数转换器ADC设置数量为一个，其一端连接所述数字逻辑模块，另一端连接所述模拟选通模块。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述数字逻辑模块包括加法器、数字比例积分微分器DPID、数字脉冲宽度调制器DPWM和控制单元；所述加法器将所述功率级的直流输出电压采样值与其设定值进行相减得到误差值，所述数字比例积分微分器DPID对所述误差值进行补偿处理，所述数字脉冲宽度调制器DPWM根据补偿后的误差值产生PWM波，所述控制单元产生控制所述模拟选通模块和PWM控制模块的信号。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述数字逻辑模块内依次连接的所述加法器、数字比例积分微分器DPID和数字脉冲宽度调制器DPWM，各自的设置数量均为一个。
进一步的，在不同实施方式中，其还包括第3路功率级，其与其他两路所述功率级并行设置，所述PWM控制模块接收所述数字逻辑模块输出的PWM波，并在所述数字逻辑模块控制下将所述接收到的PWM波输出到对应的功率级，同时保持其它两路所述功率级输入的PWM波的占空比不变。
进一步的，在不同实施方式中，其还包括接口，与所述数字逻辑模块连接，用于实现对各路所述直流输出电压的编程配置。
进一步的，在不同实施方式中，其还包括存储器，与所述数字逻辑模块连接，用于存储各路所述直流输出电压的编程配置信息。
进一步的，在不同实施方式中，本发明还提供了一种用于上述本发明涉及的一种数字DC-DC电源转换芯片的控制方法，其包括以下步骤：
所述数字DC-DC电源转换芯片上电复位，所述数字逻辑模块根据第1路功率级的第1路直流输出电压的设置值产生对应占空比的PWM波，并通过所述PWM控制模块作用于所述第1路功率级，生成第1路直流输出电压；
所述PWM控制模块维持第1路功率级的PWM波不变，同时所述数字逻辑模块根据第2路直流输出电压的设置值产生对应占空比的PWM波，并通过PWM控制模块作用于第2路功率级，生成第2路直流输出电压；
所述模拟选通模块将所述第1路直流输出电压送入到所述模数转换器ADC进行采样，然后所述数字逻辑模块根据所述第1路直流输出电压的采样值和设置值相减后的误差值产生对应占空比的PWM波，并通过所述PWM控制模块作用于所述第1路功率级，对其所述第1路直流输出电压进行微调，使其纹波尽量小，同时所述PWM控制模块维持所述第2路功率级的PWM波不变；
所述模拟选通模块将所述第2路直流输出电压送入到所述模数转换器ADC进行采样，然后所述数字逻辑模块根据所述第2路直流输出电压的采样值和设置值相减后的误差值产生对应占空比的PWM波，并通过所述PWM控制模块作用于所述第2路功率级，对所述第2路直流输出电压进行微调，使其纹波尽量小，同时所述PWM控制模块维持所述第1路功率级的PWM波不变。
相比于现有技术，本发明的优势在于，本发明涉及的一种数字DC-DC电源转换芯片，其采用全新的功能器件布局，从而能够使用较少的功能器件，实现多路直流输出电压，从而可以省去多个模数转换器ADC以及多个数字脉冲宽度调制器DPWM，使得所述芯片的功耗更低、芯片面积更小并且成本更低。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式提供的一种数字DC-DC电源转换芯片的逻辑结构图；
图2是图1所示的数字DC-DC电源转换芯片控制方法的流程图；
图3现有技术中涉及的一种多路数字DC-DC电源转换芯片的逻辑结构图。附图1、3中的标号说明：
功率级 1、1′ 模数转换器ADC 2、2′
数字逻辑模块 3、3′ 接口 4、4′
存储器 5、5′ 加法器 6、6′
可编程配置单元 7、7′
数字比例积分微分器 DPID 8、8′
数字脉冲宽度调制器 DPWM 9、9′
模拟选通模块 10 PWM控制模块 11
控制单元 12
具体实施方式
以下结合较佳实施例及其附图对本发明涉及的一种数字DC-DC电源转换芯片的技术方案作进一步非限制性的详细说明。
请参阅图1所示，本发明的一个实施方式提供了一种数字DC-DC电源转换芯片，其包括4路并行设置的功率级1、模数转换器ADC2、数字逻辑模块3、接口4、存储器5、模拟选通模块10和PWM控制模块11。数字逻辑模块3又包括加法器6、可编程配置单元7、数字比例积分微分器DPID8、数字脉冲宽度调制器DPWM9和控制单元12。
具体地，其中所述各路功率级1均为相同元件，因此使用同一标号指代，图中分为各路功率级，只是为描述清楚，并对应其后的各路直流电压输出。所述功率级1在一定占空比的PWM波控制下实现直流输出电压，具体方式可以采用BUCK降压型或者BOOST升压型来实现。所述模数转换器ADC2用于将直流输出电压进行采样和数字化，其中由于本发明采用了全新的器件功能布局设计，因而所述模数转换器ADC2的设置数量只需一个。
所述数字逻辑模块3，与所述模数转换器ADC2连接。用于将所述模数转换器ADC2采集的所述功率级1的直流输出电压的采样值与其设置值进行相减并进行补偿处理，再产生一定占空比的PWM波。另外，还用于接收对所述功率级1的直流输出电压进行编程配置的信息以及生成一些控制信号。其包括加法器6、可编程配置单元7、数字比例积分微分器DPID8、数字脉冲宽度调制器DPWM9和控制单元12。
其中所述加法器6的正和负输入数据，分为所述可编程配置单元7中直流输出电压的设置值，和直流输出电压通过模数转换器ADC2的采样值，所述加法器6的输出数据为所述直流输出电压误差值。
所述可编程配置单元7通过所述接口4从外部或者通过所述存储器5接收对所述直流输出电压的设置值等信号。所述接口4可为I2C、SPI和USB等接口类型；所述存储器5可为EPROM、EEPROM和FLASH等存储器类型。
所述数字比例积分微分器DPID8对所述直流输出电压误差值进行比例、积分和微分运算，得到补偿后的直流输出电压误差值；所述数字脉冲宽度调制器DPWM9根据所述补偿后的直流输出电压误差值产生一定占空比的PWM波；所述数字逻辑模块3中的控制单元12可以为两个，分别用于控制所述模拟选通模块10和所述PWM控制模块11。
其中由于本发明采用了全新的数字逻辑模块的功能器件布局设计，使得其内依次连接的所述加法器6、数字比例积分微分器DPID8和数字脉冲宽度调制器DPWM9只需各设置一个，结合其内的所述控制单元12对外部所述PWM控制模块11的控制，即可实现多路PWM波输出。
所述模拟选通模块10用于依次选通所述4路功率级的第一～4路直流输出电压进入所述模数转换器ADC2进行采样和数字化；所述PWM控制模块11用于接收所述数字脉冲宽度调制器DPWM9产生的一定占空比的PWM波，并将该占空比的PWM波输出到对应的功率级1，同时保持其它3个输出的控制功率级的PWM波的占空比不变。
其中本发明通过设置模拟选通模块以及相应的新型控制方法，使得所述模数转换器ADC的设置数量也可大幅减少，相对于现有技术中，每路功率级的输出都需要设置一个，本发明只需设置一个，但同时还能实现相同的功能。
请结合图2所示，本发明涉及的一种数字DC-DC电源转换芯片的控制方法以如下步骤进行：
步骤201：芯片上电复位，所述数字逻辑模块3根据第1路直流输出电压的设置值产生对应占空比的PWM波，并通过PWM控制模块作用于第1路功率级1，生成第1路直流输出电压；
步骤202：所述PWM控制模块11维持第1路功率级的PWM波不变，同时所述数字逻辑模块3根据第2路直流输出电压的设置值产生对应占空比的PWM波，并通过PWM控制模块11作用于第2路功率级，生成第2路直流输出电压；
步骤203：所述PWM控制模块11分别维持第1路和第2路功率级的PWM波不变，同时所述数字逻辑模块3根据第3路直流输出电压的设置值产生对应占空比的PWM波，并通过PWM控制模块11作用于第3路功率级，生成第3路直流输出电压；
步骤204：所述PWM控制模块11分别维持第1路、第2路和第3路功率级的PWM波不变，同时所述数字逻辑模块3根据第4路直流输出电压的设置值产生对应占空比的PWM波，并通过PWM控制模块11作用于第4路功率级，生成第4路直流输出电压；
步骤205：所述模拟选通模块10将第1路直流输出电压送入到所述模数转换器ADC2进行采样，然后所述数字逻辑模块3根据第1路直流输出电压的采样值和设置值相减后的误差值产生对应占空比的PWM波，并通过PWM控制模块11作用于第1路功率级，对第1路直流输出电压进行微调，使其纹波尽量小，同时PWM控制模块11分别维持第2路、第3路和第4路功率级的PWM波不变；
步骤206：所述模拟选通模块10将第2路直流输出电压送入到所述模数转换器ADC2进行采样，然后所述数字逻辑模块3根据第2路直流输出电压的采样值和设置值相减后的误差值产生对应占空比的PWM波，并通过PWM控制模块11作用于第2路功率级，对第2路直流输出电压进行微调，使其纹波尽量小，同时PWM控制模块11分别维持第1路、第3路和第4路功率级的PWM波不变；
步骤207：所述模拟选通模块10将第3路直流输出电压送入到所述模数转换器ADC2进行采样，然后所述数字逻辑模块3根据第3路直流输出电压的采样值和设置值相减后的误差值产生对应占空比的PWM波，并通过PWM控制模块11作用于第3路功率级，对第3路直流输出电压进行微调，使其纹波尽量小，同时PWM控制模块11分别维持第1路、第2路和第4路功率级的PWM波不变；
步骤208：所述模拟选通模块10将第4路直流输出电压送入到所述模数转换器ADC2进行采样，然后所述数字逻辑模块3根据第4路直流输出电压的采样值和设置值相减后的误差值产生对应占空比的PWM波，并通过PWM控制模块11作用于第4路功率级，对第4路直流输出电压进行微调，使其纹波尽量小，同时PWM控制模块11分别维持第1路、第2路和第3路功率级的PWM波不变；
步骤209：重复步骤5～步骤8以实现对第一～四路直流输出电压循环进行微调。
进一步的，在其他不同实施方式中，本发明涉及的数字DC-DC电源转换芯片，其内设置的功率级的数量，具体可以是2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个…N个等等，其具体数量可根据需要而定。以上给出的4路输出说明，只是举例性的说明，并不限于。
本发明涉及的一种数字DC-DC电源转换芯片，其采用全新的功能器件布局，从而能够使用较少的功能器件，实现多路直流输出电压，从而可以省去现有技术中需要的多个模数转换器ADC以及多个数字脉冲宽度调制器DPWM，使得所述芯片的功耗更低、芯片面积更小并且成本更低。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种数字DC-DC电源转换芯片；其特征在于，其包括数字逻辑模块、模数转换器ADC、PWM控制模块和两个并行设置用于输出直流电压的第1路功率级、第2路功率级；其中所述数字逻辑模块连接所述模数转换器ADC，用于将所述模数转换器ADC采集的所述直流输出电压的采样值与其设置值进行相减并进行补偿处理，再将产生的PWM波，输出给所述PWM控制模块；所述PWM控制模块在所述数字逻辑模块控制下将所述接收到的PWM波输出到所述第1路功率级，同时保持所述第2路功率级输入的PWM波的占空比不变。
2.根据权利要求1所述的一种数字DC-DC电源转换芯片；其特征在于，其还包括模拟选通模块，其输入端连接两路所述功率级的各自直流输出电压，输出端连接所述模数转换器ADC；在所述数字逻辑模块控制下，所述模拟选通模块依次选通所述两路直流输出电压中的一路进入所述模数转换器ADC进行采样和数字化。
3.根据权利要求2所述的一种数字DC-DC电源转换芯片；其特征在于，其中所述模数转换器ADC设置数量为一个，其一端连接所述数字逻辑模块，另一端连接所述模拟选通模块。
4.根据权利要求1所述的一种数字DC-DC电源转换芯片；其特征在于，其中所述数字逻辑模块包括加法器、数字比例积分微分器DPID、数字脉冲宽度调制器DPWM和控制单元；所述加法器将所述功率级的直流输出电压采样值与其设定值进行相减得到误差值，所述数字比例积分微分器DPID对所述误差值进行补偿处理，所述数字脉冲宽度调制器DPWM根据补偿后的误差值产生PWM波，所述控制单元产生控制所述模拟选通模块和PWM控制模块的信号。
5.根据权利要求4所述的一种数字DC-DC电源转换芯片；其特征在于，其中所述数字逻辑模块内依次连接的所述加法器、数字比例积分微分器DPID和数字脉冲宽度调制器DPWM，各自的设置数量均为一个。
6.根据权利要求1所述的一种数字DC-DC电源转换芯片；其特征在于，其还包括第3路功率级，其与其他两路所述功率级并行设置，所述PWM控制模块接收所述数字逻辑模块输出的PWM波，并在所述数字逻辑模块控制下将所述接收到的PWM波输出到对应的功率级，同时保持其它两路所述功率级输入的PWM波的占空比不变。
7.根据权利要求1所述的一种数字DC-DC电源转换芯片；其特征在于，其还包括接口，与所述数字逻辑模块连接，用于实现对各路所述直流输出电压的编程配置。
8.根据权利要求1所述的一种数字DC-DC电源转换芯片；其特征在于，其还包括存储器，与所述数字逻辑模块连接，用于存储各路所述直流输出电压的编程配置信息。
9.一种用于权利要求1所述的一种数字DC-DC电源转换芯片的控制方法；其特征在于，其包括以下步骤：
所述数字DC-DC电源转换芯片上电复位，所述数字逻辑模块根据第1路功率级的第1路直流输出电压的设置值产生对应占空比的PWM波，并通过所述PWM控制模块作用于所述第1路功率级，生成第1路直流输出电压；
所述PWM控制模块维持第1路功率级的PWM波不变，同时所述数字逻辑模块根据第2路直流输出电压的设置值产生对应占空比的PWM波，并通过PWM控制模块作用于第2路功率级，生成第2路直流输出电压；
所述模拟选通模块将所述第1路直流输出电压送入到所述模数转换器ADC进行采样，然后所述数字逻辑模块根据所述第1路直流输出电压的采样值和设置值相减后的误差值产生对应占空比的PWM波，并通过所述PWM控制模块作用于所述第1路功率级，对其所述第1路直流输出电压进行微调，使其纹波尽量小，同时所述PWM控制模块维持所述第2路功率级的PWM波不变；
所述模拟选通模块将所述第2路直流输出电压送入到所述模数转换器ADC进行采样，然后所述数字逻辑模块根据所述第2路直流输出电压的采样值和设置值相减后的误差值产生对应占空比的PWM波，并通过所述PWM控制模块作用于所述第2路功率级，对所述第2路直流输出电压进行微调，使其纹波尽量小，同时所述PWM控制模块维持所述第1路功率级的PWM波不变。
10.根据权利要求9所述的一种数字DC-DC电源转换芯片的控制方法；其特征在于，其中所述数字DC-DC电源转换芯片还包括第3路功率级，其中在对所述第1路功率级的直流输出电压进行微调时，所述PWM控制模块维持所述第2路和第3路功率级的PWM波不变。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180206 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |