CN1893246A - 多输出降压转换器 - Google Patents

多输出降压转换器 Download PDF

Info

Publication number
CN1893246A
CN1893246A CNA2006101064909A CN200610106490A CN1893246A CN 1893246 A CN1893246 A CN 1893246A CN A2006101064909 A CNA2006101064909 A CN A2006101064909A CN 200610106490 A CN200610106490 A CN 200610106490A CN 1893246 A CN1893246 A CN 1893246A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
switching
output voltage
switching circuit
switch
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.)
Pending
Application number
CNA2006101064909A
Other languages
English (en)
Inventor
P·库马尔
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.)
Intel Corp
Original Assignee
Intel Corp
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 Intel Corp filed Critical Intel Corp
Publication of CN1893246A publication Critical patent/CN1893246A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion 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
    • H02M3/145—Conversion 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
    • H02M3/155—Conversion 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
    • H02M3/156—Conversion 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
    • H02M3/158—Conversion 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33561—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having more than one ouput with independent control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/0074—Plural converter units whose inputs are connected in series
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083—Converters characterised by their input or output configuration
    • H02M1/009—Converters 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

在一些实施例中，三开关双输出降压转换器包括具有N+1个开关电路的转换器电路，该转换器电路被构造成接收输入电压并且提供N个输出电压，其中N大于等于2；以及控制电路根据N个输出电压在各时间间隔选择性地提供控制信号给N+1个开关电路。还公开和声明了其它实施例。

Description

多输出降压转换器
本发明涉及一种降压转换器(buck converter)，更具体而言涉及一种具有N+1个开关、N个输出的降压转换器，其中N大于等于2。
附图说明
本发明的各种特征将从附图中所示的优选实施例的以下描述中变得更加明显，在整个附图中，相同的参考标记通常表示相同的部件。附图不必被度量，其重点是说明本发明的原理。
图1是根据本发明的一些实施例的框图。
图2是根据本发明的一些实施例的流程图。
图3是根据本发明的一些实施例的示意图。
图4是根据本发明的一些实施例的电流图。
图5是根据本发明的一些实施例的另一个电流图。
图6是根据本发明的一些实施例的另一个电流图。
图7是根据本发明的一些实施例的信号图。
图8是根据本发明的一些实施例的系统的框图。
图9是根据本发明的一些实施例的另一个示意图。
图10是根据本发明的一些实施例的另一个示意图。
图11是仿真结果的曲线图。
图12是仿真结构的另一个曲线图。
图13是根据本发明的一些实施例的另一个电流图。
图14是根据本发明的一些实施例的另一个电流图。
图15是根据本发明的一些实施例的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中，为了解释而不是限制，将阐述特定的细节，例如特定的构造、结构、接口、方法等等，从而提供对本发明的各个方面的完全理解。但是，对于本领域的技术人员很明显的是，利用本发明的公开内容，可以在不同于这些特定细节的其它例子中实践本发明的多个方面。在特定的例子中，众所周知的设备、电路以及方法被省略，从而不会因为不必要的细节而使得本发明的描述变得隐晦。
参考图1，电压转换器10可以包括转换器电路12，该转换器电路可以具有S1到SN+1的N+1个开关电路。转换器电路12可以被构造成接收输入电压VIN并且可以提供V1至VN的N个输出电压，其中N大于等于2，并且控制电路14可以根据N个输出电压V1至VN在各时间间隔选择性地提供控制信号给N+1个开关电路S1至SN+1。通常，每下一个输出电压可以等于或小于在前的输出电压(例如，V1≥V2≥...VN)。例如，两个开关电路(例如，S1和S2)可以用来产生N个输出电压的第一输出电压(例如，V1)，并且其中为N个输出电压的每个附加的输出电压(例如，V2至VN)仅提供一个附加的开关电路(例如，S3至SN+1)。电压转换器10可以被认为具有级联降压转换器拓扑结构，该结构以一种改进的方式利用半导体开关，从而减小开关的数量。
在一些实施例中，转换器电路12可以包括串联在输入电压VIN和地电位之间的第一开关电路S1、第二开关电路S2以及第三开关电路S3。电路12还可以包括连接到第一和第二开关电路S1、S2的结点的第一LC电路(例如，L1和C1)，以及连接到第二和第三开关电路S2、S3的结点的第二LC电路(例如，L2和C2)。第一LC电路可以被构造成提供第一输出电压V1，并且第二LC电路可以被构造成提供第二输出电压V2，该第二输出电压不同于第一输出电压V1。
例如，控制电路14可以被构造成在一个切换周期的第一时间间隔期间导通第一和第二开关电路S1、S2并且断开第三开关电路S3。控制电路14还可以被构造成在相同的切换周期的第二时间间隔期间导通第一和第三开关电路S1、S3并且断开第二开关电路S2。控制电路14还可以被构造成在相同的切换周期的第三时间间隔期间导通第二和第三开关电路S2、S3并且断开第一开关电路S1。在转换间隔期间还可以利用更多的时间间隔以及开关构造，从而为每个级联阶段提供所有所需的输出电压。
传统的降压转换器的每个输出电压通常使用两个以上的开关元件(例如，FET或者MOSFET)。例如，为了提供N个输出电压，传统的降压转换器会需要2N个开关元件。有利的是，本发明的一些实施例可以使用少量的开关元件，从而减小空间和工作台的成本。例如，本发明的一些实施例可以利用N+1个开关元件来提供N个输出电压，其中N大于等于2。
例如，根据本发明的一些实施例，基于降压拓扑结构的具有少量的开关元件的双输出转换器可以被构造成在切换周期的两个部分期间利用空程分部。在这种情况下，开关S2可以根据转换器的操作状态在两个方向运载电流。例如，开关S2可以执行两个功能。在周期的一个时间间隔期间，S2从电压源VIN通过S1将能量传送给输出V2。在相同的周期的另一个时间间隔期间，S2通过与S3串联的路径来维持通过电感器L1的能量流。
通常，本发明的一些实施例可以利用N+1个开关来发送N个输出电压轨。但是，在一些应用中，理论延伸到发送非常多个输出电压会对下部的大多数组的开关的电流处理能力产生负担，尤其对于需要大量的电压轨和高输出电流的应用场合，转换器电路的效率会变低或会变得不能运行。在所需要的轨道数量较多但是输出电流的需求较小的情况下(例如，低电压、低电流的情况)，可以建立更多的具有可忽略或者可接受的设备应力的轨道。在低功率的PC’s和手提设备中通常存在这种需求。
参考图2，本发明的一些实施例可以提供具有N+1个开关电路的转换器电路(例如，步骤21)，接收输入电压至转换器电路(例如，步骤22)，从转换器电路提供N个输出电压，其中N大于等于2(例如，步骤23)，并且根据N个输出电压在各时间间隔选择性地提供控制信号给N+1个开关电路(例如，步骤24)。例如，一些实施例还可以利用两个开关电路来产生N个输出电压的第一输出电压(例如，步骤25)，并且其中为N个输出电压的每个附加的输出电压仅提供一个附加的开关电路(例如，步骤26)。
在一些实施例中，提供转换器电路可以包括提供串联连接在输入电压和地电位之间的第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路(例如，步骤27)，提供连接到第一和第二开关电路的结点的第一LC电路，其中第一LC电路被构造成提供第一输出电压(例如，步骤28)，以及提供连接到第二和第三开关电路的结点的第二LC电路，其中第二LC电路被构造成提供不同于第一输出电压的第二输出电压(例如，步骤29)。
根据本发明的一些实施例，操作的方法可以包括在一个切换周期的第一时间间隔期间导通第一和第二开关电路并且断开第三开关电路(例如，步骤31)，在相同的切换周期的第二时间间隔期间导通第一和第三开关电路并且断开第二开关电路(例如，步骤33)，和/或在相同的切换周期的第三时间间隔期间导通第二和第三开关电路并断开第一开关电路(例如，步骤35)。
参考图3，根据本发明的一些实施例的三开关双输出降压转换器的一个例子包括三个开关S1、S2和S3，以提供两个电压输出V1和V2。三个开关S1、S2和S3串联连接在输入电压VIN和地之间。第一LC电路连接到S1和S2之间的结点。第二LC电路连接到S2和S3之间的结点。第一LC电路在电感器L1和电容器C1的结点处提供第一输出电压V1。第二LC电路在电感器L2和电容器C2的结点处提供第二输出电压V2。通常，V1大于V2。在大多数的应用中，提供两个或更多的不同的输出电压是所期望的特征。
有利的是，本发明的一些实施例会仅利用三个半导体开关(例如，功率FET或MOSFET)来产生两个不同的电压轨。开关S1、S2和S3可以形成网络，该网络选择性地将特定时间间隔的输入电势VIN和接地电势提供给在网络的不同点连接的LC电路。例如，本发明的一些实施例可以利用切换周期内的三个单独的间隔或操作模式(与传统的降压转换器中的一般的两模式相反)。附加的模式允许开关S2在切换周期的不同部分中以相反的方向运载电流。
与利用每个输出电压具有两开关元件的传统的降压转换器相比，本发明的一些实施例可以提供以下的优点：
-利用较少的开关设备来产生多个单独的电压轨，从而提供一种使成本降低的解决办法；
-通过利用多个功率器件的相对紧凑的电路以减小电路面积，从而节省空间；
-例如通过配对或成组地连接低功率输出轨和高功率输出轨来增加效率；
-例如由于可以维持来自两个输出的转换器上的平均负载(这两个输出通常不同时处于高输出状态)，从而增加效率；以及
-简化转换器的控制需要，使得转换器更加小巧并且成本更低。
当然，本发明的不同实施例可能适合于也可能不适合于不同的功率应用场合。本发明的电压转换器的一些实施例尤其非常适于对PC工作台上的许多个通用低功率轨供电。例如，根据本发明的一些实施例，一个或多个N+1个开关，N个输出降压转换器可以取代计算平台上的许多低功率线性调节器。
参考图4，在第一时间间隔中，可以导通(闭合)开关S1和S2并且可以断开(打开)开关S3。在这些条件下，电感器电流IL1和IL2会直接从输入电压源VIN开始线性变化。
参考图5，在第一时间间隔的末端，在第二时间间隔中，可以继续导通开关S1，可以断开(打开)开关S2，并且可以导通(闭合)开关S3。在第二时间间隔中，电感器L1中的电流IL1继续线性上升(由电压源VIN馈电)，但是由于开关S3闭合使得电感器L2两端的电压反向，因此电感器L2中的电流IL2开始线性下降。开关S2可以反向偏置，这样基本上没有电流流过开关S2。
参考图6，在第二时间间隔之后，在第三时间间隔中，可以断开(打开)开关S1，可以导通(闭合)开关S2，并且可以继续导通(闭合)开关S3。在这些条件下，电感器电流IL1和IL2可以继续通过图6所示的接地、S2和S3路径正向流动。
图7示出了会在不同操作时间间隔条件下出现的典型波形的例子。切换周期的部分A对应于第一时间间隔，部分B对应于第二时间间隔，并且部分C对应于第三时间间隔。本领域的那些技术人员将理解，为了正确操作转换器电路，可以提供合适的控制信号(例如，栅极信号)给开关元件。在图表的左手侧，信号G1、G2和G3分别表示将提供给相应开关S1、S2和S3的示例性栅极信号。例如，栅极信号可以源自分别用于V1和V2的传统的占空比D1和D2(例如，S1的导通时间与传统的降压转换器的切换周期的比)。信号IS1、IS2和IS3分别表示S1、S2和S3中的电流。信号IL1和IL2分别表示电感器L1和L2中的电流。由于S2在重要的时间段导通，因此优选利用具有低导通状态阻值的开关来作为开关S2，这类似于开关S3而不同于开关S1。
参考图7(结合图4-6)所示的信号将进一步理解操作的三个模式。最初，假设V1大于V2，并且转换器处于稳态。因此，在切换周期开始之前不久，导通开关S2和S3，断开开关S1，并且电感器L1和L2成为给两个负载供能的空转能量源。操作的第一模式，即时间间隔(A)开始时，开关S3断开并且开关S1导通。开关S2已经导通并且传导电流。开关S1中的电流立即上升到电感器L1中的最小电感器电流的水平。由于S2已经导通，所以在完全相同的瞬间开关S2的电流反向。电感器L2中的电流继续以将功率发送给负载V2的正向流动。图4中示出了第一时间间隔(A)的等效电路。在图4中，电流的方向由IL1和IL2示出。在第一转换时间间隔(A)期间，每个电感器L1和L2中的电流分别线性上升。
当开关S2断开并且开关S3导通的几乎同时，操作的第二模式即时间间隔(B)开始。在实践过程中，可以在S2和S3之间的状态变化之间插入少的死区时间。例如，在开关S3导通之前可以首先断开开关S2。在短的死区时间周期期间，S3的反并联体二极管传导。当开关S2断开时，电感器L2的电流基本上瞬间传送到开关S3，并且存储在电感器L2中的能量通过维持电感器L2的电流的负载空转。由于开关S1仍然导通，所以开关S2的漏极位于输入电位，而开关S2的源极则位于地电位(由于开关S3导通)。因此，开关S2的体二极管反向偏置，因此基本上没有电流流过S2。图5示出了第二时间间隔(B)的一个等效电路。
当开关S1断开并且开关S2导通时，操作的第三模式，即时间间隔(C)开始。当通过开关S2的电流跳到最大电感器电流(通过L1)时，几乎同时流过开关S1的电流以相反的方向下降到零。开关S2的电流开始流过体二极管，并且即使开关S2没有导通也将继续流过体二极管。但是，在一些实施例中，优选利用通过开关S2的通道的较低阻值路径而不是体二极管来减小开关S2的损耗。当开关S3断开时第三时间间隔(C)结束，并且开关S1在切换周期最后开始导通。图6示出了第三时间间隔(C)的等效电路。
参考图8，电子系统80包括电源82，该电源提供能量给N+1个开关、N个输出的降压转换器84(例如，三开关双输出补偿转换器)，其中N大于等于2。例如，电源可以包括被构造成提供输入电压给转换器84的交流/直流适配器或电池。可以将转换器84的输出提供给负载86，其中负载86可以利用来自转换器84的两个输出电压。例如，负载可以包括一个或多个集成电路(例如，处理器和存储器)。
转换器84可以具有一个或多个与图1-9有关的上述特征。例如，转换器84可以包括具有N+1个开关电路的转换器电路，该转换器电路被构造成接收输入电压并且提供N个输出电压，其中N大于等于2，并且控制电路根据N个输出电压在各时间间隔选择性地提供控制信号给N+1个开关电路，其中将N个输出电压之一提供给集成电路。
在系统80的一些实施例中，可以利用两个开关电路来产生N个输出电压的第一输出电压，并且为N个输出电压的每个附加的输出电压仅提供一个附加的开关电路。例如，对于三开关双输出转换器，转换器电路可以包括串联连接在输入电压和地电位之间的第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路。转换器电路还可以包括连接到第一和第二开关电路的结点的第一LC电路，以及连接到第二和第三开关电路的结点的第二LC电路。第一LC电路可以被构造成提供第一输出电压，并且第二LC电路可以被构造成提供与第一输出电压不同的第二输出电压。
在系统80的一些实施例中，控制电路可以被构造成在一个切换周期的第一时间间隔期间导通第一和第二开关电路，并且断开第三开关电路。控制电路还可以被构造成在相同的切换周期的第二时间间隔期间导通第一和第三开关电路，并且断开第二开关电路。控制电路还不可以被构造成在相同的切换周期的第三时间间隔期间导通第二和第三开关电路，并且断开第一开关电路。
本领域的那些技术人员应当理解，许多硬件和/或软件的配置可以被构造成提供合适的控制信号给切换元件。例如，可以容易的对处理器或者微控制器进行编程从而输出。可替换的，具有不同时间常量的分布式硬件电路也可以被配置为提供具有适当定时关系的控制信号。参考图9，根据本发明的一些实施例，控制电路90的一个例子包括被构造成提供栅极信号的比较器和逻辑门。输出电压V1和V2可以维持在调节极限的特定范围内，其中通过采用负反馈控制原理来限定该调节极限。输出电压V1和V2分别与参考电压VREF1和VREF2比较。误差放大器A 1和A2产生适当的补偿信号，该补偿信号然后与振荡器电压VOSC比较。比较器输出生成栅极信号G1以及中间信号X2。附加的逻辑电路(例如，反向器和逻辑OR门的组合)可以分别适当产生其它的开关元件S2和S3的栅极信号G2和G3。
参考图10，所提供的一个示例性仿真电路的结果示出稳态操作并且检验转换器的操作模式。仿真波形示出两个不同输出的调节的输出电压。
通过利用PSpice仿真工具仿真图10所示的转换器电路(具有代表性的元件值)来检验如上所述的转换器的操作。在这个例子中使用了汽车的应用场合中的设计要求。为检验所选择的转换器输入-输出要求在下面被列出：
VIN＝12V；
V1＝5V；
IL1＝5Amps(满载)；
V2＝3.3V；
IL2＝5Amps(满载)；以及
切换频率(Fs)＝200KHz。
作为一个例子，选出的每个输出的满载电流相同以说明稳态操作。在一些应用中，人们希望运行具有不同负载要求的转换器，从而提高效率。
开关S1、S2和S3被模拟为压控电阻器以仿真半导体FETs的特性。转换器由典型的电压模式反馈控制所控制(图中未示出)。为了检验稳态状态操作，反馈控制的控制特征和补偿参数不被优化。但是控制回路被调节以使转换器稳定。
参考图11，仿真所得到的结果证实两个电压都达到它们各自的调节极限5V和3.3V。仿真转换器以稳定方式操作，以使得初始瞬值扰动下降到基本上为零。图12示出每个设备中稳态条件下的电流曲线。可以看出，它们与图7中的电流曲线基本一致。开关S2的电流曲线示出流过它的电流是双向的，从而证实了它在正向将电流发送给输出V2，在反向将电流发送给输出V1。
不把本发明限制于操作的理论，可以考虑一些实践的情况。对于两个输出情况，每个输出的功率都由两个开关处理，这与传统方案中由一个开关元件处理形成对比。因此可以注意看到，没有出现超额的损耗导致转换器的效率降低。当每个负载的输出要求彼此不同时，在损耗降低的情况下转换器可以更好的工作。以下所考虑的事项对于高效率及改进转换器电路很重要。
由于开关S2在切换周期的主要部分导通(闭合)，因此在一些应用中，具有低RDS_ON的FET可以被选择为保持低的传导损耗。开关S2的特性可以与开关S3类似。
由于V2通常低于V1，因此在一些应用中，S2导通的持续时间可以由负载的变化以及V2的线路状态决定。瞬时条件下开关S2可以在整个切换周期导通是可能的。因此要注意确保栅极信号应当使得电源电压在切换周期的任意瞬间都不被短路接地。
在一些应用中，假设输出电压与输入电压相比相当低，则S1的占空比也会很低(在20％或者更低的范围内)。因此，与传统的方案相比，由额外的输出电压V2强加的较高的RMS载流能力是很小的。此外，应当注意到，两个输出不是始终需要全负荷功率。
在一些应用中，V2具有较高满负荷电流要求，而与之配对的V1具有较低的满负荷电流要求，从效率观点来看这是有利的。例如，如果V1要求为1.5V@1A，并且V2要求为1.25V@10A，那么转换器的设计可以具有更高的效率。这是因为S2上的负荷较少，其中S2在切换周期的两个部分中处理功率。在正常操作期间，可以很容易的处理S1和S2上的增量负荷。有利的是，典型的PC工作台为这种配对导电，这是因为具有牵引数百毫安的多种电压(例如，实现为具有十分低的效率的线性调节器)，与此相对的是，一些子系统需要数安培。这种输出可以被配对或成组，并且根据本发明的不同实施例，低成本的转换器可以用于在可行的情况下提高效率并且降低成本。
在一些应用中，电压转换器的每个输出上的平均负载很少始终都是高负荷。组合的转换器拓扑结构可以提供更好的负荷方案，在该方案中转换器在它的峰值效率范围操作。
在一些应用中，转换器的控制电路可以利用N个反馈回路(例如，每个输出电压一个回路)，并且可以利用N个传统控制设备。例如，合适的控制电路可以结合所有需要的反馈，并且在单个控制IC上实施控制。但是，由于每个输出都可以被单独控制，因此应当考虑回路彼此之间的影响。例如，在一些应用中，在任一个输出上的瞬时负荷变化的影响对于最佳设计都是一个重要的考虑因素。
参考图13-15，在一些应用中，负载或连接到输出电压V2的电路有时可以被不定时地断开(例如，在省电模式中)。根据本发明的一些实施例，选择性地提供控制信号给开关S2和S3，转换器电路可以作为一种单输出电压转换器(例如，其中，V2基本上等于0伏)。例如，开关S2和S3可以被控制，以使得它们都同时导通和断开，从而使它们作为一种单级联开关。对于降压转换器操作，开关S2和S3的操作可以与开关S1互补。这种操作导致得到单个输出电压V1的连续有效性，而输出电压V2将减小到零。有利的是，不用利用附加的硬件而简单地重复调节控制信号可以提供这个附加的功能。
参考图13，对于示例性的省电模式，在第一时间间隔中，可以导通(闭合)开关S1并且可以断开(打开)开关S2和S3。在这些条件下，电感器电流IL1可以从输入电压源VIN直接线性变化。
参考图14，对于示例性的省电模式，在第一时间间隔结束时，在第二时间间隔中，可以断开(打开)开关S1并且可以导通(闭合)开关S2和S3。在第二时间间隔中，电感器L1的电流IL1线性下降。
参考图15，本发明的一些实施例可以提供具有N+1个开关电路的转换器电路(例如，步骤151)，在转换器电路接收输入电压(例如，步骤152)，从转换器电路提供N个输出电压，其中N大于等于2(例如，步骤153)，并且根据N个输出电压在各时间间隔选择性地提供控制信号给N+1个开关电路(例如，步骤154)。
在一些实施例中，提供转换器电路可以包括提供串联连接在输入电压和地电位之间的第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路(例如，步骤155)，提供连接到第一和第二开关电路的结点的第一LC电路，此第一LC电路被构造成提供第一输出电压(例如，步骤156)，以及提供连接到第二和第三开关电路的结点的第二LC电路，其中第二LC电路被构造成提供不同于第一输出电压的第二输出电压(例如，步骤157)。
根据本发明的一些实施例，操作的方法可以包括在一个切换周期的第一时间间隔期间导通第一开关电路并且断开第二和第三开关电路(例如，步骤158)，以及在相同的切换周期的第二时间间隔期间断开第一开关电路并且接通第二和第三开关电路(例如，步骤159)。
可以单独并组合的实现本发明的前述和其它方面。本发明不应当被构造为需要两个以上的这些方面，除非特定权利要求明显要求。而且，虽然已经结合当前被认为的优选示例来描述本发明，但是应当理解的是，本发明并不限制于所公开的示例，相反，本发明应当覆盖本发明的精神和范围内所包括的各种改变和等效的结构。

Claims (26)

1、一种装置，包括：
具有N+1个开关电路的转换器电路，该转换器电路被构造成接收输入电压并且提供N个输出电压，其中N大于等于2；以及
控制电路，根据N个输出电压在各时间间隔选择性地提供控制信号给N+1个开关电路。
2、如权利要求1所述的装置，其中利用两个开关电路来产生N个输出电压的第一输出电压，并且其中为N个输出电压的每个附加的输出电压仅提供一个附加的开关电路。
3、如权利要求1所述的装置，其中转换器电路包括：
串联连接在输入电压和地电位之间的第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路；
连接到第一和第二开关电路的结点的第一LC电路，其中第一LC电路被构造成提供第一输出电压；以及
连接到第二和第三开关电路的结点的第二LC电路，其中第二LC电路被构造成提供不同于第一输出电压的第二输出电压。
4、如权利要求3所述的装置，其中控制电路被构造成在一个切换周期的第一时间间隔期间导通第一和第二开关电路并且断开第三开关电路。
5、如权利要求4所述的装置，其中控制电路被构造成在相同的切换周期的第二时间间隔期间导通第一和第三开关电路并且断开第二开关电路。
6、如权利要求5所述的装置，其中控制电路被构造成在相同的切换周期的第三时间间隔期间导通第二和第三开关电路并且断开第一开关电路。
7、如权利要求3所述的装置，其中控制电路被构造成在一个切换周期的第一时间间隔期间导通第一开关电路并且断开第二和第三开关电路。
8、如权利要求7所述的装置，其中控制电路被构造成在相同的切换周期的第二时间间隔期间断开第一开关电路并且导通第二和第三开关电路。
9、一种方法，包括：
提供具有N+1个开关电路的转换器电路；
在转换器电路接收输入电压；
从转换器电路提供N个输出电压，其中N大于等于2；以及
根据N个输出电压在各时间间隔选择性地提供控制信号给N+1个开关电路。
10、如权利要求9所述的方法，还包括：
利用两个开关电路来产生N个输出电压的第一输出电压；以及
为N个输出电压的每个附加的输出电压仅提供一个附加的开关电路。
11、如权利要求9所述的方法，其中提供转换器电路的步骤包括：
提供串联连接在输入电压和地电位之间的第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路；
提供连接到第一和第二开关电路的结点的第一LC电路，其中第一LC电路被构造成提供第一输出电压；以及
提供连接到第二和第三开关电路的结点的第二LC电路，其中第二LC电路被构造成提供不同于第一输出电压的第二输出电压。
12、如权利要求11所述的方法，还包括：
在一个切换周期的第一时间间隔期间导通第一和第二开关电路并且断开第三开关电路。
13、如权利要求12所述的方法，还包括：
在相同的切换周期的第二时间间隔期间导通第一和第三开关电路并且断开第二开关电路。
14、如权利要求13所述的方法，还包括：
在相同的切换周期的第三时间间隔期间导通第二和第三开关电路并且断开第一开关电路。
15、如权利要求11所述的方法，还包括：
在一个切换周期的第一时间间隔期间导通第一开关电路并且断开第二和第三开关电路。
16、如权利要求15所述的方法，还包括：
在相同的切换周期的第二时间间隔期间断开第一开关电路并且导通第二和第三开关电路。
17、一种系统，包括：
集成电路；
具有N+1个开关电路的转换器电路，该转换器电路被构造成接收输入电压并且提供N个输出电压，其中N大于等于2；以及
控制电路，根据N个输出电压在各时间间隔选择性地提供控制信号给N+1个开关电路，
其中N个输出电压之一被提供给集成电路。
18、如权利要求17所述的系统，其中利用两个开关电路来产生N个输出电压的第一输出电压，并且其中为N个输出电压的每个附加的输出电压仅提供一个附加的开关电路。
19、如权利要求17所述的装置，其中转换器电路包括：
串联连接在输入电压和地电位之间的第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路；
连接到第一和第二开关电路的结点的第一LC电路，其中第一LC电路被构造成提供第一输出电压；以及
连接到第二和第三开关电路的结点的第二LC电路，其中第二LC电路被构造成提供不同于第一输出电压的第二输出电压。
20、如权利要求19所述的系统，其中控制电路被构造成在一个切换周期的第一时间间隔期间导通第一和第二开关电路并且断开第三开关电路。
21、如权利要求20所述的系统，其中控制电路被构造成在相同的切换周期的第二时间间隔期间导通第一和第三开关电路并且断开第二开关电路。
22、如权利要求21所述的系统，其中控制电路被构造成在相同的切换周期的第三时间间隔期间导通第二和第三开关电路并且断开第一开关电路。
23、如权利要求19所述的系统，其中控制电路被构造成在一个切换周期的第一时间间隔期间导通第一开关电路并且断开第二和第三开关电路。
24、如权利要求23所述的系统，其中控制电路被构造成在相同的切换周期的第二时间间隔期间断开第一开关电路并且导通第二和第三开关电路。
25、如权利要求17所述的系统，其中集成电路包括处理器。
26、如权利要求17所述的系统，还包括：
被构造成提供输入电压给转换器电路的电池。
CNA2006101064909A 2005-06-21 2006-06-20 多输出降压转换器 Pending CN1893246A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/158,576 2005-06-21
US11/158,576 US7511463B2 (en) 2005-06-21 2005-06-21 Multiple output buck converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1893246A true CN1893246A (zh) 2007-01-10

Family

ID=37572697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2006101064909A Pending CN1893246A (zh) 2005-06-21 2006-06-20 多输出降压转换器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7511463B2 (zh)
EP (1) EP1894290B1 (zh)
CN (1) CN1893246A (zh)
AT (1) ATE529938T1 (zh)
TW (1) TWI331438B (zh)
WO (1) WO2007002428A2 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101924466A (zh) * 2009-06-16 2010-12-22 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 电源控制电路
CN104052249A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 英飞凌科技奥地利有限公司 功率变换器电路
CN105580262A (zh) * 2013-09-11 2016-05-11 高通股份有限公司 具有单个控制回路的多输出升压调节器
CN105610322A (zh) * 2015-12-31 2016-05-25 深圳宝砾微电子有限公司 一种双通道降压变换电路及双通道降压变换器
CN109861531A (zh) * 2019-02-28 2019-06-07 上海芯龙半导体技术股份有限公司 一颗内置双通道直流电压变换器的集成电路
CN110050400A (zh) * 2016-12-01 2019-07-23 集成装置技术公司 电池充电系统

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005005872A1 (de) * 2005-02-09 2006-08-10 Deutsche Thomson-Brandt Gmbh Getaktete Stromversorgung
US7688029B2 (en) 2005-11-08 2010-03-30 Eveready Battery Company, Inc. Portable battery powered appliance and method of operation
US7629779B2 (en) 2006-09-21 2009-12-08 Intel Corporation Multiple output multiple topology voltage converter
TWM336476U (en) * 2008-01-15 2008-07-11 Hipro Electronics Taiwan Co Ltd Power supplier capable of improving efficiency
US20090196764A1 (en) * 2008-02-04 2009-08-06 Fogarty James M High frequency electric-drive with multi-pole motor for gas pipeline and storage compression applications
US7982443B1 (en) * 2008-05-16 2011-07-19 National Semiconductor Corporation DC to DC voltage converter with stacked synchronous buck converters
US8823342B2 (en) 2008-07-07 2014-09-02 Advanced Analogic Technologies Incorporated Multiple-output dual-polarity DC/DC converters and voltage regulators
US8232742B2 (en) 2008-11-27 2012-07-31 Arkalumen Inc. Method, apparatus and computer-readable media for controlling lighting devices
EP2254280A1 (en) * 2009-05-19 2010-11-24 Electrolux Home Products Corporation N.V. Bus control for a domestic appliance
TWI410029B (zh) * 2009-12-31 2013-09-21 Delta Electronics Inc 具可控制能量釋放功能之多組輸出降壓型轉換裝置
US9086435B2 (en) 2011-05-10 2015-07-21 Arkalumen Inc. Circuits for sensing current levels within a lighting apparatus incorporating a voltage converter
US8564214B2 (en) 2010-05-11 2013-10-22 Arkalumen Inc. Circuits for sensing current levels within lighting apparatus
US9089024B2 (en) 2010-05-11 2015-07-21 Arkalumen Inc. Methods and apparatus for changing a DC supply voltage applied to a lighting circuit
CN102545607A (zh) * 2010-12-21 2012-07-04 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 电压调节系统
US9192009B2 (en) 2011-02-14 2015-11-17 Arkalumen Inc. Lighting apparatus and method for detecting reflected light from local objects
CA2867678C (en) 2011-03-16 2016-06-14 Arkalumen Inc. Lighting apparatus and methods for controlling lighting apparatus using ambient light levels
US8939604B2 (en) 2011-03-25 2015-01-27 Arkalumen Inc. Modular LED strip lighting apparatus
US9060400B2 (en) 2011-07-12 2015-06-16 Arkalumen Inc. Control apparatus incorporating a voltage converter for controlling lighting apparatus
US9935544B2 (en) * 2013-04-02 2018-04-03 Arda Power Inc. Method for power transfer between DC circuits
US9564804B2 (en) * 2013-06-28 2017-02-07 Intel Corporation Electronic device having plurality of voltage rails
CN104283417B (zh) 2013-07-12 2017-06-27 华硕电脑股份有限公司 多相降压直流转换器
US9595872B2 (en) * 2014-10-22 2017-03-14 Bose Corporation Adjustment of circuit operations in response to AC line distortion
US9775211B2 (en) 2015-05-05 2017-09-26 Arkalumen Inc. Circuit and apparatus for controlling a constant current DC driver output
US10225904B2 (en) 2015-05-05 2019-03-05 Arkalumen, Inc. Method and apparatus for controlling a lighting module based on a constant current level from a power source
US9992829B2 (en) 2015-05-05 2018-06-05 Arkalumen Inc. Control apparatus and system for coupling a lighting module to a constant current DC driver
US9992836B2 (en) 2015-05-05 2018-06-05 Arkawmen Inc. Method, system and apparatus for activating a lighting module using a buffer load module
US10568180B2 (en) 2015-05-05 2020-02-18 Arkalumen Inc. Method and apparatus for controlling a lighting module having a plurality of LED groups
US9722493B1 (en) * 2016-02-01 2017-08-01 General Electric Company Power converter for ground-referenced system and floating system
US20170373587A1 (en) * 2016-06-28 2017-12-28 Intel Corporation Compact partitioned capacitor for multiple voltage domains with improved decoupling
CN108448924B (zh) * 2018-04-04 2021-05-14 南京航空航天大学 一组双输入双向单元及双输入五电平三相逆变器拓扑族
US10591966B1 (en) * 2019-02-20 2020-03-17 Blockchain Asics Llc Actively controlled series string power supply
CN111106749B (zh) * 2020-01-14 2023-09-12 上海波圆电子科技有限公司 一种多路半桥电源及其控制方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5336985A (en) * 1992-11-09 1994-08-09 Compaq Computer Corp. Tapped inductor slave regulating circuit
EP0741447A3 (en) * 1995-05-04 1997-04-16 At & T Corp Method and device for controlling a synchronous rectifier converter circuit
US5886508A (en) * 1997-08-29 1999-03-23 Computer Products, Inc. Multiple output voltages from a cascaded buck converter topology
US6222352B1 (en) * 1999-05-06 2001-04-24 Fairchild Semiconductor Corporation Multiple voltage output buck converter with a single inductor
US6087817A (en) * 1999-09-14 2000-07-11 Linear Technology Corp. Circuits and methods for developing a regulated auxiliary output with an overwinding on a synchronous buck regulator
JP4651832B2 (ja) * 2001-03-05 2011-03-16 富士通セミコンダクター株式会社 電源システムの過電圧保護装置
US6611435B2 (en) 2002-01-08 2003-08-26 Intel Corporation voltage regulator with voltage droop compensation
US6747855B2 (en) 2002-01-24 2004-06-08 Intel Corporation Innovative regulation characteristics in multiple supply voltages
US6639391B2 (en) 2002-02-25 2003-10-28 Intel Corporation Variable switching frequency voltage regulator to optimize power loss

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101924466A (zh) * 2009-06-16 2010-12-22 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 电源控制电路
CN101924466B (zh) * 2009-06-16 2014-03-19 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 电源控制电路
CN104052249A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 英飞凌科技奥地利有限公司 功率变换器电路
CN104052249B (zh) * 2013-03-15 2017-12-29 英飞凌科技奥地利有限公司 功率变换器电路
CN105580262A (zh) * 2013-09-11 2016-05-11 高通股份有限公司 具有单个控制回路的多输出升压调节器
CN105580262B (zh) * 2013-09-11 2019-05-07 高通股份有限公司 具有单个控制回路的多输出升压调节器
CN105610322A (zh) * 2015-12-31 2016-05-25 深圳宝砾微电子有限公司 一种双通道降压变换电路及双通道降压变换器
CN110050400A (zh) * 2016-12-01 2019-07-23 集成装置技术公司 电池充电系统
CN109861531A (zh) * 2019-02-28 2019-06-07 上海芯龙半导体技术股份有限公司 一颗内置双通道直流电压变换器的集成电路

Also Published As

Publication number Publication date
ATE529938T1 (de) 2011-11-15
US20060284490A1 (en) 2006-12-21
EP1894290A2 (en) 2008-03-05
TWI331438B (en) 2010-10-01
WO2007002428A2 (en) 2007-01-04
WO2007002428A3 (en) 2007-11-15
US7511463B2 (en) 2009-03-31
EP1894290B1 (en) 2011-10-19
TW200713736A (en) 2007-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1893246A (zh) 多输出降压转换器
US7729144B2 (en) DC/DC power conversion device
CN1041984C (zh) 脉宽调制直流-直流升压转换器
US7345463B2 (en) Load compensated switching regulator
US7285941B2 (en) DC-DC converter with load intensity control method
US20100097045A1 (en) Single inductor multiple output power supply
US20160049873A1 (en) Multi-output boost regulator with single control loop
CN1812235A (zh) 用于电源的电子部件和电源装置
KR101036867B1 (ko) Dc-dc 컨버터
US8089254B2 (en) Digital control of power converters
CN1599218A (zh) 优化dc－dc转换器中电源效率的方法和电路
CN1603996A (zh) 多相合成脉动电压稳压器同步法
US7619907B2 (en) DC/DC power conversion device
MX2010005314A (es) Balastro electronico con convertidor dc-dc (corriente directa-corriente directa) para correccion de factor de energia escalonada ascendente/descendente apropiado para aplicaciones de alto voltaje de entrada.
CN1250898A (zh) 用于dc－dc转换器的控制器
CN101458536A (zh) 外置控制模式的开关稳压器集成电路、应用该集成电路的电源系统及该集成电路的控制方法
CN1617432A (zh) 可供给稳定的变换电压的电源装置
CN1717854A (zh) 用于开关变换器快速瞬态响应的分级电感器
US20110115451A1 (en) Driving method of switching element and power supply unit
US20150097507A1 (en) Motor driving apparatus
US9608517B2 (en) System and method to eliminate transition losses in DC/DC converters
CN102570793A (zh) Dc-dc变换器中的功率管工作尺寸切换电路
CN103248221A (zh) 降压转换器
US20080084112A1 (en) Multiple output multiple topology voltage converter
CN109309448B (zh) 一种宽输入宽输出Cuk DC-DC变换器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20070110