CN206472021U - 具有多路输出的电压变换装置 - Google Patents

Abstract

一种具有多路输出的电压变换装置，包括多个电压变换电路和控制电路，所述多个电压变换电路接收输入电压，每一电压变换电路响应于各自的开关控制信号，将所述输入电压变换为各自的输出电压；所述控制电路适于按照预设时序产生所述多个电压变换电路各自的开关控制信号。本实用新型方案的电压变换装置可以控制多路输出电压的上电时序，并且功率损耗较小。

Description

具有多路输出的电压变换装置

技术领域

本实用新型涉及电源设计领域，特别涉及一种具有多路输出的电压变换装置。

背景技术

为了满足电子系统的多电源供电需求，电压变换装置成为了电子系统中必要的组成部分。所述电压变换装置可以是开关电源、直流/直流(DC/DC)电源等等。所述电压变换装置可以根据同一输入电压而变换出多路输出电压。所述电子系统除了要求所述电压变换装置输出的多路输出电压互相独立外，一般对所述多路输出电压的上电时序也有明确的要求。例如，对于一个可输出+3.3V、+5V以及±12V四路输出电压的电压变换装置而言，电子系统可以要求其内部的+3.3V输出电压最先启动，随后依次是-12V输出电压和+5V输出电压，+12V输出电压最后启动。

在现有技术中，专利文献CN201410551335.2公开了一种上电时序可控的多路输出直流-直流变换器，图1为其示意性结构框图。参照图1所示，所述多路输出直流-直流变换器100包括级联的前级DC/DC变换器拓扑10、时序控制电路202至20n以及后级稳压电路302至30n。其中，所述前级DC/DC变换器拓扑10将输入电压转化为前级电压1至前级电压n。所述前级电压1也是主输出电压1；所述后级稳压电路2至n起到稳压作用。而所述时序控制电路202至20n分别串联于所述前级DC/DC变换器拓扑10与对应的后级稳压电路之间，可以通过电路参数的设定使经过时序控制电路之后的各路输出电压分别滞后于前级电压一定的时间，以实现对前级电压2至前级电压n的上电时序的控制。

然而，在此方案中，所述前级电压2至前级电压n分别需要经过对应的时序控制电路，这将会带来一定程度的功率损耗。一般而言，各路输出电压的幅度可以高达几十伏到几百伏，使得上述功率损耗更加无法忽略。

因此，现有技术中的具有多路输出的电压变换装置面临着功率损耗较大的问题。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是如何在控制电压变换装置的多路输出电压的上电时序的同时，降低电路的功率损耗。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种具有多路输出的电压变换装置，所述电压变换装置包括：多个电压变换电路，所述多个电压变换电路接收输入电压，每一电压变换电路响应于各自的开关控制信号，将所述输入电压变换为各自的输出电压；控制电路，适于按照预设时序产生所述多个电压变换电路各自的开关控制信号。

可选地，所述控制电路包括：多个驱动电路，适于在上电后产生所述多个电压变换电路各自的开关控制信号；多个上电时序控制电路，与所述多个驱动电路一一对应耦接，每一上电时序控制电路适于控制对应的驱动电路的上电时序，以使得所述多个驱动电路按照所述预设时序上电。

可选地，所述上电时序控制电路包括：上电延迟电路，所述上电延迟电路的输入端接收所述输入电压，适于对所述输入电压进行延迟以得到延迟触发电压，所述延迟触发电压用于触发对应的驱动电路产生对应的开关控制信号。

可选地，所述驱动电路具有直接或间接耦接的供电端口和触发端口，所述上电延迟电路包括：电阻，所述电阻的第一端接收所述输入电压，所述电阻的第二端耦接所述供电端口；电容，所述电容的第一端耦接所述触发端口并输出所述延迟触发电压，所述电容的第二端接地。

可选地，所述电阻是可调电阻和/或所述电容是可调电容。

可选地，所述上电延迟电路还包括：稳压管，所述稳压管的负极耦接所述上电延迟电路输入端，所述稳压管的正极耦接所述电阻的第一端，或者，所述稳压管的负极耦接所述电阻的第二端，所述稳压管的正极耦接所述供电端口。

可选地，所述上电延迟电路还包括：瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的负极耦接所述上电延迟电路输入端，所述瞬态抑制二极管的正极耦接所述电阻的第一端，或者，所述瞬态抑制二极管的负极耦接所述电阻的第二端，所述瞬态抑制二极管的正极耦接所述供电端口。

可选地，所述多个电压变换电路均为直流-直流变换电路。

可选地，所述输入电压为直流电压，所述电压变换装置还包括：交流-直流变换电路，适于将交流电压变换为所述输入电压。

与现有技术相比，本实用新型实施例的技术方案具有以下有益效果：

本实用新型实施例的具有多路输出的电压变换装置可以包括控制电路和多个电压变换电路。一方面，所述多个电压变换电路接收输入电压，每一电压变换电路响应于各自的开关控制信号，将所述输入电压变换为各自的输出电压，所述控制电路通过按照预设时序产生所述多个电压变换电路各自的开关控制信号，以控制所述电压变换装置所输出的多路输出电压的上电时序。另一方面，由于所述输入电压经由所述多个电压变换电路直接在不同时刻输出多路输出电压，无需经过所述控制电路，此外，所述电压变换装置的功率损耗完全取决于所述多个电压变换电路，因此，与现有技术相比，本实用新型实施例的电压变换装置具有较低的功率损耗。

进一步而言，所述控制电路可以包括多个驱动电路和多个上电时序控制电路；所述上电时序控制电路可以包括上电延迟电路。具体地，所述上电延迟电路可以采用电阻和电容组成的延迟网络。所述输入电压依次经由所述电阻、所述驱动电路中的供电端口和触发端口向所述电容充电，所述电阻和电容用于限制向所述电容充电的速度，进而限制所述驱动电路中的触发端口的电压幅度，以控制在何时触发所述驱动电路产生所述开关控制信号。所述电阻可以是可调电阻和/或所述电容可以是可调电容。通过调整各个电阻和/或电容的电参数即可调整所述电压变换装置输出的多路输出电压的上电时序，易于实施。

进一步而言，所述上电延迟电路在包括所述电阻和电容的基础上，还可以包括稳压管(或瞬态抑制二极管)，可以进一步通过调整各个电阻、电容和稳压管(或瞬态抑制二极管)中的一个或多个的电参数，调整所述电压变换装置输出的多路输出电压的上电时序，进一步增加可调整因素，从而增加电路设计的灵活度。

附图说明

图1是现有技术中的一种具有多路输出的电压变换装置的示意性结构框图。

图2是本实用新型第一实施例具有多路输出的电压变换装置的一种示意性结构框图。

图3是本实用新型第一实施例具有多路输出的电压变换装置的另一种示意性结构框图。

图4是本实用新型第一实施例具有多路输出的电压变换装置的再一种示意性结构框图。

图5是本实用新型第二实施例和第三实施例具有多路输出的电压变换装置的示意性结构框图。

图6(a)是本实用新型第二实施例具有多路输出的电压变换装置的一种仿真效果图。

图6(b)是本实用新型第二实施例具有多路输出的电压变换装置的另一种仿真效果图。

图7是本实用新型第四实施例具有多路输出的电压变换装置的示意性结构框图。

图8是本实用新型第五实施例具有多路输出的电压变换装置的示意性结构框图。

具体实施方式

如背景技术部分所述，电子系统在要求电压变换装置具有相互独立的多路输出外，还要求其输出的多路输出电压满足预设的上电时序。尽管现有技术中的一种上电时序可控的多路输出直流-直流变换器可以满足上述要求，但是却具有较大的功率损耗。

本实用新型提出一种具有多路输出的电压变换装置，在控制其输出的多路输出电压的上电时序的同时，降低电路的功率损耗。

为使本实用新型的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

图2示出了本实用新型第一实施例的具有多路输出的电压变换装置200。参照图2所示，所述电压变换装置200可以包括控制电路20和多个电压变换电路。具体地，所述多个电压变换电路可以包括图2中的电压变换电路101、电压变换电路102、……和电压变换电路10n，n为大于1的整数。

所述电压变换电路101、电压变换电路102、……和电压变换电路10n均接收输入电压Bus_Voltage，每一电压变换电路响应于各自的开关控制信号，将所述输入电压Bus_Voltage变换为各自的输出电压。其中，所述电压变换电路101响应于开关控制信号PWM1，将所述输入电压Bus_Voltage变换为输出电压Output1；所述电压变换电路102响应于开关控制信号PWM2，将所述输入电压Bus_Voltage变换为输出电压Output2；……；所述电压变换电路10n响应于开关控制信号PWMn，将所述输入电压Bus_Voltage变换为输出电压Outputn。

所述输入电压Bus_Voltage可以由外界直接输入，也可以是由其他类型的变换器对所述输入电压Bus_Voltage以外的电压进行变换得到的。

所述控制电路20适于按照预设时序产生所述多个电压变换电路各自的开关控制信号，也即上述开关控制信号PWM1至PWMn。

作为一个非限制性的例子，所述电压变换装置200可以是开关电源，进一步地，所述电压变换装置200可以包括降压(Buck)电路、升压(Boost)电路或者升降压(Buck-Boost)电路。所述开关控制信号可以采用脉冲宽度调制的方式控制所述多个电压变换电路在所述输入电压Bus_Voltage的基础上进行电压变换。

在本实用新型第一实施例中，所述控制电路20通过按照预设时序产生所述多个电压变换电路各自的开关控制信号，以控制所述电压变换装置200所输出的多路输出电压的上电时序，能够满足电子系统对所述电压变换装置200输出的多路输出电压的上电时序可控的需求。此外，由于所述输入电压Bus_Voltage经由所述多个电压变换电路直接在不同时刻输出多路输出电压，无需经过所述控制电路20，此外，所述电压变换装置200的功率损耗完全取决于所述多个电压变换电路，因此，与图1所示的现有技术方案相比，所述电压变换装置200具有较低的功率损耗，也即意味着具有较高的电源效率。

参照图3所示，在本实用新型第一实施例中，所述控制电路20可以包括多个驱动电路和多个上电时序控制电路。具体地，所述多个驱动电路可以包括图3中的驱动电路201、驱动电路202、……和驱动电路20n；所述多个上电时序控制电路可以包括图3中的上电时序控制电路301、上电时序控制电路302……和上电时序控制电路30n。

其中，所述多个驱动电路适于在上电后产生所述多个电压变换电路各自的开关控制信号，也即所述驱动电路201产生用于控制所述电压变换电路101的开关控制信号PWM1，所述驱动电路202产生用于控制所述电压变换电路102的开关控制信号PWM2，…….，所述驱动电路20n产生用于控制所述电压变换电路10n的开关控制信号PWMn。

所述多个上电时序控制电路与所述多个驱动电路一一对应耦接，也即所述驱动电路201与所述上电时序控制电路301耦接，所述驱动电路202与所述上电时序控制电路302耦接，……，所述驱动电路20n与所述上电时序控制电路30n耦接；进一步地，每一上电时序控制电路适于控制对应的驱动电路的上电时序，以使得所述多个驱动电路按照所述预设时序上电。

进一步地，所述上电时序控制电路301至30n可以对应地包括上电延迟电路401至上电延迟电路40n。其中，所述上电延迟电路401至上电延迟电路40n中的每一个的输入端均接收所述输入电压Bus_Voltage，所述上电延迟电路401至上电延迟电路40n适于对所述输入电压Bus_Voltage分别进行延迟以对应地得到延迟触发电压DTV1、DTV2至DTVn，所述延迟触发电压DTV1、DTV2至DTVn用于触发对应的驱动电路产生对应的开关控制信号。也即所述多个驱动电路可采用所述输入电压Bus_Voltage作为产生对应的开关控制信号的触发源，但是，经由多个上电延迟电路对所述输入电压Bus_Voltage进行不同程度的延时，使得所述多个驱动电路在不同时刻产生对应的开关控制信号，以控制所述电压变换装置200所输出的多路输出电压的上电时序。

参照图4所示，所述驱动电路201至驱动电路20n可以是脉宽调制(Pulse WidthModulation，简称PWM)信号产生电路，但不限于此。所述驱动电路201至驱动电路20n中的每一个均可以具有直接或间接耦接的供电端口HV和触发端口Vcc。在各个驱动电路中，所述供电端口HV可以接收供电电压，所述供电电压可以是由外界直接输入，也可以是根据感性元件(例如电感)感应得到的。所述各个驱动电路中还可以包括触发电路(图未示)，所述触发电路配置为检测所述触发端口Vcc的电压幅度，当其超过预设值时，经由所述各个驱动电路的输出端输出对应的开关控制信号。所述供电端口HV和触发端口Vcc可以经由启动回路间接地耦接，其中，所述启动回路适于在所述供电端口HV和触发端口Vcc之间提供启动电流。

在本实用新型第一实施例中，所述上电延迟电路401可以包括电阻R1和电容C1。其中，所述电阻R1的第一端接收所述输入电压Bus_Voltage，所述电阻R1的第二端耦接所述供电端口HV；所述电容C1的第一端耦接所述触发端口Vcc并输出所述延迟触发电压DTV1，所述电容C1的第二端接地。

进一步而言，所述上电延迟电路401可以采用电阻R1和电容C1组成的延迟网络。所述输入电压Bus_Voltage依次经由所述电阻R1、所述供电端口HV和触发端口Vcc向所述电容C1充电，所述电阻R1和电容C1用于限制向所述电容C1充电的速度，进而限制所述触发端口Vcc的电压幅度，以控制在何时触发所述驱动电路201产生所述开关控制信号PWM1，进而控制何时输出所述输出电压Output1。所述电阻R1可以是可调电阻和/或所述电容C1可以是可调电容。同理，所述上电延迟电路402可以包括电阻R2和电容C2，…….，所述上电延迟电路40n可以包括电阻Rn和电容Cn，此处不再一一赘述。因此，所述电压变换装置200可以通过调整各个电阻、电容的电参数(例如阻值和/或容值)，调整所述电压变换装置400输出的多路输出电压的上电时序，且易于实施。

参照图5，图5示出了本实用新型第二实施例的具有多路输出的电压变换装置300，其结构与图2至图4所示的第一实施例基本相同，主要区别在于，所述上电延迟电路还可以包括稳压管(也称齐纳二极管)。

具体地，稳压管D1可串联于所述输入电压Bus_Voltage、所述电阻R1至所述供电端口HV之间的通路上。当所述输入电压Bus_Voltage刚刚建立时，所述输入电压Bus_Voltage从零开始上升，当其上升至稳压管的反向击穿电压时，稳压管导通，不同电参数的稳压管可以具有不同的反向击穿电压和击穿电流，可以对所述输入电压Bus_Voltage进行不同程度的延迟。

可选地，所述稳压管D1的负极耦接所述上电延迟电路401输入端，所述稳压管D1的正极耦接所述电阻R1的第一端；或者可选地，所述稳压管D1的负极耦接所述电阻R1的第二端，所述稳压管D1的正极耦接所述供电端口HV。

同理，所述上电延迟电路402可以包括稳压管D2，…….，所述上电延迟电路40n可以包括稳压管Dn，此处不再一一赘述。

进一步而言，所述上电延迟电路在包括所述电阻和电容的基础上，还可以包括稳压管，可以进一步通过调整电阻、电容和稳压管中的一个或多个的电参数，调整所述电压变换装置300输出的多路输出电压的上电时序，进一步增加的可调整因素，可增加电路设计的灵活度。

图6(a)和图6(b)分别示出了所述电压变换装置300的仿真效果图，分别示出了在将上电延迟电路401中的电阻R1、电容C1和稳压管D1，以及上电延迟电路402中的电阻R2、电容C2和稳压管D2的电参数进行不同设置时，驱动电路201的触发端口(表示为Vcc1)、驱动电路202的触发端口(表示为Vcc2)、输出电压Output1和输出电压Output2的波形。

参照图6(a)，所述电压变换装置300通过对所述电阻R1、电容C1、稳压管D1、电阻R2、电容C2和稳压管D2的组合设置，使得所述上电延迟电路401和402对所述输入电压Bus_Voltage进行了相等的延迟，使得所述输出电压Output1和输出电压Output2受控几乎在同一时刻对外输出。

参照图6(b)，所述电压变换装置300通过对所述电阻R1、电容C1、稳压管D1、电阻R2、电容C2和稳压管D2的组合设置，使得所述上电延迟电路402对所述输入电压Bus_Voltage进行的延迟大于所述上电延迟电路401对所述输入电压Bus_Voltage进行的延迟，所述驱动电路202先产生开关控制信号PWM1，所述驱动电路201后产生开关控制信号PWM2，使得所述输出电压Output1先于所述输出电压Output2对外输出。

同理，本实用新型第二实施例电压变换装置300中的可以通过调整其他上电延迟电路中的电阻、电容和稳压管中的一个或多个的电参数，调整所述电压变换装置300输出的多路输出电压的上电时序。

本实用新型还提供了第三实施例的具有多路输出的电压变换装置，其结构与图2至图4所示的第一实施例基本相同，主要区别在于，所述上电延迟电路还可以包括瞬态抑制(Transient Voltage Suppressor，简称TVS)二极管。

在本实施例中，所述TVS二极管的电路结构可以参照图5中对所述稳压管D1的详细描述。

可继续参照图5，并且为了简化，所述TVS二极管继续用D1至Dn表示。在具体实施中，所述TVS二极管D1的负极耦接所述上电延迟电路401输入端，所述TVS二极管D1的正极耦接所述电阻的第一端，或者，所述TVS D1的负极耦接所述电阻的第二端，所述TVS D1的正极耦接所述供电端口。

同理，所述上电延迟电路402可以包括TVS二极管D2，…….，所述上电延迟电路40n可以包括TVS二极管Dn，此处不再一一赘述。

进一步而言，所述上电延迟电路在包括所述电阻和电容的基础上，还可以包括TVS二极管，可以进一步通过调整电阻、电容和TVS二极管中的一个或多个的电参数，调整所述电压变换装置输出的多路输出电压的上电时序，进一步增加可调整因素，从而增加电路设计的灵活度。此外，所述TVS二极管比上述稳压管具有更大的击穿电流，使得其具有响应速度快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制等优点，更有利于改善本实施例电压变换装置的性能。

需要说明的是，本实用新型第三实施例的更多信息请参考前述实施例的相关描述，此处不再赘述。

参照图7，图7示出了本实用新型第四实施例的具有多路输出的电压变换装置400，其结构与图5所示第二实施例基本相同，主要区别在于，所述驱动电路201至20n中的每一个均可以具有直接耦接的供电端口HV和触发端口Vcc。为了简化，图7示出了所述驱动电路201至20n中的每一个仅具有触发端口Vcc的情况。所述触发端口Vcc可以接收供电电压。所述各个驱动电路中还可以包括触发电路(图未示)，所述触发电路配置为检测所述触发端口Vcc的电压幅度，当其超过预设值时，经由所述各个驱动电路的输出端输出对应的开关控制信号。

在本实用新型第四实施例中，所述上电延迟电路401可以包括电阻R1、电容C1和稳压管D1。

可选地，所述稳压管D1的负极接收所述输入电压Bus_Voltage，所述稳压管D1的正极耦接所述电阻R1的第一端，所述电阻R1的第二端耦接所述触发端口Vcc，所述电容C1的第一端耦接所述触发端口Vcc并输出所述延迟触发电压DTV1，所述电容C1的第二端接地。

或者可选地，所述电阻R1的第一端接收所述输入电压Bus_Voltage，所述电阻R1的第二端耦接所述稳压管D1的负极，所述稳压管D1的正极耦接所述触发端口Vcc，所述电容C1的第一端耦接所述触发端口Vcc并输出所述延迟触发电压DTV1，所述电容C1的第二端接地。

进一步而言，所述输入电压Bus_Voltage可以依次经由所述稳压管D1、电阻R1向所述电容C1充电，以提高所述触发端口Vcc的电压幅度，所述电阻R1和电容C1用于限制向所述电容C1充电的速度，以控制在何时触发所述驱动电路201产生所述开关控制信号PWM1，进而控制何时输出所述输出电压Output1。同理，上电延迟电路402至上电延迟电路40n的结构与所述上电延迟电路401基本相同，此处不再赘述。因此，所述电压变换装置200可以通过调整各个电阻、电容和稳压管中的一种或多种的电参数，调整所述电压变换装置400输出的多路输出电压的上电时序，且易于实施。

需要说明的是，本实用新型第四实施例的方案也可以适用于图4所示的电压变换装置200和本实用新型第三实施例，此处不再赘述。

进一步地，本实用新型第四实施例的更多信息请参考前述实施例的相关描述，此处也不再赘述。

参照图8，图8示出了本实用新型第五实施例的具有多路输出的电压变换装置500，其结构与图5所示第二实施例基本相同，主要区别在于，界定所述输入电压Bus_Voltage为直流电压，所述电压变换装置500还可以包括交流-直流变换电路50，适于将交流电压Input变换为所述输入电压Bus_Voltage。

在本实用新型第五实施例中，所述电压变换电路101至电压变换电路10n均为直流-直流变换电路。

需要说明的是，本实用新型第五实施例的方案同样适用于本实用新型第一、第三和第四实施例。

还需要说明的是，本实用新型第一至第五实施例具有多路输出的电压变换装置可以是承载于印制电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)的电路模块，也可以被封装于芯片内部，本实用新型不进行特殊限制。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种具有多路输出的电压变换装置，其特征在于，包括：

多个电压变换电路，所述多个电压变换电路接收输入电压，每一电压变换电路响应于各自的开关控制信号，将所述输入电压变换为各自的输出电压；

控制电路，适于按照预设时序产生所述多个电压变换电路各自的开关控制信号。

2.根据权利要求1所述的电压变换装置，其特征在于，所述控制电路包括：

多个驱动电路，适于在上电后产生所述多个电压变换电路各自的开关控制信号；

多个上电时序控制电路，与所述多个驱动电路一一对应耦接，每一上电时序控制电路适于控制对应的驱动电路的上电时序，以使得所述多个驱动电路按照所述预设时序上电。

3.根据权利要求2所述的电压变换装置，其特征在于，所述上电时序控制电路包括：

上电延迟电路，所述上电延迟电路的输入端接收所述输入电压，适于对所述输入电压进行延迟以得到延迟触发电压，所述延迟触发电压用于触发对应的驱动电路产生对应的开关控制信号。

4.根据权利要求3所述的电压变换装置，其特征在于，所述驱动电路具有直接或间接耦接的供电端口和触发端口，所述上电延迟电路包括：

电阻，所述电阻的第一端接收所述输入电压，所述电阻的第二端耦接所述供电端口；

电容，所述电容的第一端耦接所述触发端口并输出所述延迟触发电压，所述电容的第二端接地。

5.根据权利要求4所述的电压变换装置，其特征在于，所述电阻是可调电阻和/或所述电容是可调电容。

6.根据权利要求4所述的电压变换装置，其特征在于，所述上电延迟电路还包括：

稳压管，所述稳压管的负极耦接所述上电延迟电路输入端，所述稳压管的正极耦接所述电阻的第一端，或者，所述稳压管的负极耦接所述电阻的第二端，所述稳压管的正极耦接所述供电端口。

7.根据权利要求4所述的电压变换装置，其特征在于，所述上电延迟电路还包括：

瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的负极耦接所述上电延迟电路输入端，所述瞬态抑制二极管的正极耦接所述电阻的第一端，或者，所述瞬态抑制二极管的负极耦接所述电阻的第二端，所述瞬态抑制二极管的正极耦接所述供电端口。

8.根据权利要求1至7任一项所述的电压变换装置，其特征在于，所述多个电压变换电路均为直流-直流变换电路。

9.根据权利要求1至7任一项所述的电压变换装置，其特征在于，所述输入电压为直流电压，所述电压变换装置还包括：交流-直流变换电路，适于将交流电压变换为所述输入电压。