FR2793357A1 - Convertisseur abaisseur de tension a sorties multiples et a indicateur unique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un convertisseur abaisseur de tension à sorties multiples et à inducteur unique. Ce convertisseur abaisseur de tension à circuit d'entrée (12) et à sorties multiples utilise un inducteur unique (18), un unique circuit intégré modulateur d'impulsion en durée (26, 34), et deux MOSFET (14, 16), plus un MOSFET supplémentaire (22, 30) et un condensateur (24, 32) pour chaque sortie de courant (28, 36). Application : informatique.
Description
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La présente invention concerne, de manière générale, des convertisseurs abaisseurs de tension, et plus particulièrement des convertisseurs c.c.-c.c. pour ordinateurs de bureau et ordinateurs portables.
Dans le passé, des convertisseurs à courant continu à réduction en escalier non isolés, utilisant une topologie d'abaisseur de tension, ont été utilisés, car ils ne comprenaient qu'un seul inducteur pour leurs circuits magnétiques, et aucun transformateur. Utiliser des systèmes magnétiques les plus simples possibles est important, car le coût des systèmes magnétiques augmente, rapidement quand on ajoute des enroulements supplémentaires. Le coût non seulement augmente en raison du coût de fabrication, mais aussi du coût des essais. De plus, les systèmes magnétiques plus complexes augmentent les risques d'erreur lors de la construction, ce qui peut conduire à des défaillances du convertisseur. Cependant, ces convertisseurs abaisseurs de courant n'étaient capables de produire qu'une seule tension de sortie. Si l'on avait besoin de plusieurs tensions de sortie, il fallait soit un régulateur linéaire à la sortie du convertisseur abaisseur de tension, soit un deuxième convertisseur abaisseur de tension à la sortie du premier convertisseur, soit un convertisseur abaisseur de tension parallèle. L'utilisation d'un régulateur linéaire, bien que de faible coût, ne délivre qu'un faible rendement et s'accompagne de problèmes thermiques. L'utilisation d'un deuxième convertisseur abaisseur de tension ou d'un convertisseur abaisseur parallèle implique d'ajouter un ou plusieurs convertisseurs complets supplémentaires, avec tous leurs systèmes magnétiques, leurs circuits intégrés de commande, etc. De plus, la liaison série de deux convertisseurs de fréquence peut diminuer de moitié le rendement du système.
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De nombreux systèmes nécessitent plusieurs bus d'alimentation basse tension pour leur fonctionnement. En particulier, les cartes mères d'ordinateurs ont besoin de courants élevés à, par exemple, 3,3 et 2,0 volts à la fois. Une approche conventionnelle pour produire ces deux tensions consiste à avoir un convertisseur abaisseur de tension séparé pour chaque sortie. Chaque convertisseur comprend un circuit intégré de commande, deux MOSFET (transistor métal-oxyde à effet de champ) pour une conversion synchrone, un inducteur, un ou plusieurs condensateurs et toute une variété de petits composants de traitement du signal. Ces nombreuses pièces, et les inducteurs en particulier, rendent la conversion de puissance très coûteuse. Une solution simple et moins coûteuse est recherchée depuis longtemps.
La présente invention fournit un convertisseur abaisseur de tension à sorties multiples et de faible coût, utilisant un inducteur unique, un unique circuit intégré modulateur d'impulsion en durée, deux MOSFET plus un MOSFET, supplémentaire, et un ou plusieurs condensateurs pour chaque sortie de courant.
La présente invention fournit, de plus, un convertisseur abaisseur de tension à sorties multiples et de faible coût, qui élimine la nécessité d'un inducteur, d'un unique circuit intégré modulateur d'impulsion en durée, de deux MOSFET, plus un MOSFET supplémentaire pour chaque sortie.
La présente invention fournit, de plus, un convertisseur abaisseur de tension à sorties multiples, qui peut être utilisé à chaque fois qu'on a besoin de tirer plusieurs sorties de courant depuis une unique
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entrée de courant supérieure.
Le but de présente invention est de fournir un unique inducteur mono-enroulement pour générer de multiples sorties abaisseuses de tension, formant un unique convertisseur abaisseur de tension à sorties multiples avec chaque régulateur de sortie.
Selon l'invention, ce but est atteint par un convertisseur abaisseur de tension, comprenant : une entrée de courant ; une première sortie de courant ; une deuxième sortie de courant ; un inducteur unique ; des moyens de commutation d'entrée connectés à l'entrée de courant, pour contrôler le temps pendant lequel la première sortie de courant est connectée à l'inducteur unique ; des moyens de commutation unidirectionnels connectés entre les moyens de commutation d'entrée et l'inducteur unique, pour maintenir un courant à travers l'inducteur unique ; un premier circuit de sortie de courant connecté à l'inducteur unique et à la première sortie de courant ; un modulateur d'impulsion en durée connecté aux moyens de commutation d'entrée, au premier circuit de sortie de courant et à la deuxième sortie de courant ; et
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un deuxième circuit de sortie de courant connecté à l'inducteur unique et à la deuxième sortie de courant, ledit deuxième circuit de sortie de courant étant connecté au modulateur d'impulsion en durée.
Ledit premier circuit de sortie de courant comprend : des premiers moyens de commutation connectés au modulateur d'impulsion en durée, pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique est connecté à la première sortie de courant ; et des premiers moyens de stockage de charge connectés entre les premiers moyens de commutation et la première sortie de courant, pour stocker de la charge entre eux.
Ledit deuxième circuit de sortie de courant comprend : des deuxièmes moyens de stockage de charge connectés entre l'inducteur unique et la deuxième sortie de courant, pour stocker de la charge entre eux ; et des deuxièmes moyens de commutation unidirectionnels placés entre l'inducteur unique et les deuxièmes moyens de stockage de charge, pour maintenir la charge sur les deuxièmes moyens de stockage de charge.
Ledit deuxième circuit de sortie de courant comprend : une deuxième modulateur d'impulsion en durée ; des deuxièmes moyens de commutation connectés au deuxième modulateur d'impulsion en durée, pour contrôler
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le temps pendant lequel l'inducteur unique est connecté à la deuxième sortie de courant ; et des deuxièmes moyens de stockage de charge connectés entre les deuxièmes moyens de commutation et la deuxième sortie de courant, pour contrôler la charge entre eux.
Ledit premier circuit de sortie de courant comprend : des premiers moyens de commutation connectés au modulateur d'impulsion en durée, pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique est connecté à la première sortie de courant, des premiers moyens de commutation comprenant des premiers moyens de commutation unidirectionnels, pour permettre l'établissement d'un courant à travers les premiers moyens de commutation, et des deuxièmes moyens de commutation comprenant des deuxièmes moyens de commutation unidirectionnels, pour permettre l'établissement d'un courant à travers les deuxièmes moyens de commutation.
Un modulateur d'impulsion en durée conduit les moyens de commutation d'entrée à opérer de manière synchrone avec le premier circuit de sortie de courant.
Un modulateur d'impulsion en durée conduit les moyens de commutation d'entrée à opérer de manière asynchrone avec le premier circuit de sortie de courant.
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Selon un second mode de réalisation de l'invention, ledit convertisseur abaisseur de tension, comprend : une entrée de courant ; une première sortie de courant ; une deuxième sortie de courant ; un inducteur unique ; un transistor d'entrée connecté à l'entrée de courant, pour contrôler le temps pendant lequel la première entrée de courant est connectée à l'inducteur unique ; une diode connectée entre le transistor d'entrée et l'inducteur unique, pour réguler le courant à travers l'inducteur unique ; un premier circuit de sortie de courant connecté à l'inducteur unique et à la première sortie de courant ; un modulateur d'impulsion en durée, connecté au transistor d'entrée, au premier circuit de sortie de courant et à la deuxième sortie de courant ; et un deuxième circuit de sortie de courant connecté à l'inducteur unique et à la deuxième sortie de courant, ledit deuxième circuit de sortie de courant étant connecté au modulateur d'impulsion en durée.
Ledit premier circuit de sortie de courant comprend :
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un premier transistor connecté au modulateur d'impulsion en durée, pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique est connecté à la première sortie de courant ; et des premiers moyens de stockage de charge connectés entre le premier transistor et la première sortie de courant, pour stocker de la charge entre eux.
Ledit deuxième circuit de sortie de courant comprend : un deuxième condensateur connecté entre l'inducteur unique et la deuxième sortie de courant, pour stocker de la charge entre eux ; et une deuxième diode placée entre l'inducteur unique et le deuxième condensateur, pour réguler la charge sur le deuxième condensateur.
Ledit deuxième circuit de sortie de courant comprend : un deuxième modulateur d'impulsion en durée ; un deuxième transistor connecté au deuxième modulateur d'impulsion en durée, pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique est connecté à la deuxième sortie de courant ; et un deuxième condensateur connecté entre le deuxième transistor et la deuxième sortie de courant, pour contrôler la charge entre eux.
Ledit premier circuit de sortie de courant comprend :
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un premier transistor connecté au modulateur d'impulsion en durée, pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique est connecté à la première sortie de courant, le premier transistor comprenant une première diode, pour réguler le courant traversant le premier transistor, et le deuxième transistor comprenant une deuxième diode, pour réguler le courant traversant le deuxième transistor.
Ledit modulateur d'impulsion en durée conduit le transistor d'entrée à opérer de manière synchrone avec le premier circuit de sortie de courant.
Ledit modulateur d'impulsion en durée conduit le transistor d'entrée à opérer de manière asynchrone avec le premier circuit de sortie de courant.
Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, ledit convertisseur abaisseur de tension, comprend : une entrée de courant ; une première sortie de courant ; une terre ; une deuxième sortie de courant ; un inducteur unique ;
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un MOSFET d'entrée connecté à l'entrée de courant pour contrôler le temps pendant lequel la première entrée de courant est connectée à l'inducteur unique ; un modulateur d'impulsion en durée connecté au MOSFET d'entrée et à la deuxième sortie de courant ; des moyens de commutation unidirectionnels connectés entre le MOSFET d'entrée et l'inducteur unique, les moyens de commutation unidirectionnels étant connectés à la terre pour maintenir un courant à travers l'inducteur unique ; un premier circuit de sortie de courant connecté à l'inducteur unique, à la première sortie de courant et à la terre ; et un deuxième circuit de sortie de courant connecté à l'inducteur unique, à la deuxième sortie de courant et à la terre, ledit deuxième circuit de sortie de courant étant connecté au modulateur d'impulsion en durée.
Ledit premier circuit de sortie de courant comprend : un premier MOSFET connecté au modulateur d'impulsion en durée, pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique est connecté à la première sortie de courant ; et un premier condensateur connecté entre le premier MOSFET, la première sortie de courant pour stocker de la charge entre eux, et la terre.
Ledit deuxième circuit de sortie de courant comprend :
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un deuxième condensateur connecté entre l'inducteur unique, la deuxième sortie de courant pour stocker de la charge entre eux, et la terre ; et une deuxième diode placée entre l'inducteur unique et le deuxième condensateur, pour réguler la charge sur le deuxième condensateur.
Ledit deuxième circuit de sortie de courant comprend : un deuxième modulateur d'impulsion en durée ; un deuxième MOSFET connecté au deuxième modulateur d'impulsion en durée, pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique est connecté à la deuxième sortie de courant ; et un deuxième condensateur connecté entre le deuxième MOSFET, la deuxième sortie de courant pour contrôler la charge entre eux, et à la terre.
Ledit premier circuit de sortie de courant comprend : un premier MOSFET connecté au modulateur d'impulsion en durée, pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique est connecté à la première sortie de courant, ledit premier MOSFET comprend une première diode pour réguler le courant traversant le premier MOSFET, et ledit deuxième MOSFET comprend une deuxième diode pour réguler le courant traversant le deuxième MOSFET.
Ledit modulateur d'impulsion en durée conduit le
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transistor d'entrée à opérer de manière synchrone avec le premier circuit de sortie de courant.
Ledit modulateur d'impulsion en durée conduit le transistor d'entrée à opérer de manière asynchrone avec le premier circuit de sortie de courant.
Les avantages ci-dessus, ainsi que d'autres, de la présente invention, apparaîtront clairement aux hommes de l'art à la lecture de la description détaillée qui suit, en liaison avec les dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 représente un convertisseur abaisseur de tension à sorties multiples de base selon la présente invention, dans une configuration à deux sorties ;
La figure 2 représente un convertisseur abaisseur de tension à sorties multiples selon la présente invention, dans une configuration à deux sorties ;
La figure 3 représente un convertisseur abaisseur de tension à deux sorties selon la présente invention, simplifié pour montrer sa commande et son fonctionnement;
La figure 4 représente le convertisseur abaisseur de tension de la figure 3, montrant les composants opérationnels dans un premier état ;
La figure 5 représente le convertisseur abaisseur de tension de la figure 3, montrant les composants opérationnels dans un deuxième état ;
La figure 6 représente le convertisseur abaisseur de tension de la figure 3, montrant les composants opérationnels dans un troisième état ;
La figure 1 représente un convertisseur abaisseur de tension à sorties multiples de base selon la présente invention, dans une configuration à deux sorties ;
La figure 2 représente un convertisseur abaisseur de tension à sorties multiples selon la présente invention, dans une configuration à deux sorties ;
La figure 3 représente un convertisseur abaisseur de tension à deux sorties selon la présente invention, simplifié pour montrer sa commande et son fonctionnement;
La figure 4 représente le convertisseur abaisseur de tension de la figure 3, montrant les composants opérationnels dans un premier état ;
La figure 5 représente le convertisseur abaisseur de tension de la figure 3, montrant les composants opérationnels dans un deuxième état ;
La figure 6 représente le convertisseur abaisseur de tension de la figure 3, montrant les composants opérationnels dans un troisième état ;
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La figure 7 représente une simulation de commutation montrant une sortie du convertisseur abaisseur de tension selon la présente invention ; et
La figure 8 représente une autre sortie du convertisseur abaisseur de tension selon la présente invention.
La figure 8 représente une autre sortie du convertisseur abaisseur de tension selon la présente invention.
Se référant maintenant à la figure 1, il est montré un convertisseur abaisseur de tension à sorties multiples, et inducteur unique de base 10 selon la présente invention, dans une configuration à deux sorties 28,36. Le convertisseur 10 a une entrée 12 connectée à un MOSFET d'entrée 14, qui est connecté à un MOSFET de régulation 16 et à un inducteur 18.
Le MOSFET 16 est connecté à une terre 20 et l'inducteur 18 est connecté à un premier MOSFET 22. LE MOSFET 22 est connecté par un dispositif de stockage de charge, tel qu'un condensateur 24, à la terre 20. Le MOSFET 22 est connecté, de plus, à une première sortie de courant 28. La grille du MOSFET 22 est connectée à un modulateur d'impulsion en durée 26, qui est connecté, de plus, aux grilles des MOSFET 14 et 16.
Pour obtenir une deuxième tension de sortie, un deuxième MOSFET 30 est connecté entre l'inducteur 18 et le MOSFET 22. Le MOSFET 30 est connecté par le biais d'un condensateur 32 à la terre 20 et à une deuxième sortie de courant 36. La deuxième sortie de courant 36 est connectée à un modulateur d'impulsion en durée 34, qui commande le MOSFET 30. Bien que des modulateurs d'impulsion en durée différents soient représentés, il va de soi, pour l'homme de métier, qu'il pourrait s'agir
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d'un seul circuit intégré, placé sur une seule puce semiconductrice.
Se référant maintenant à la figure 2, il est montré un convertisseur abaisseur de tension à sorties multiples et inducteur unique 50 selon la présente invention, dans une configuration à deux sorties. Le convertisseur abaisseur de tension 50 a une entrée de courant 52 connectée à un MOSFET d'entrée 54. Le MOSFET d'entrée 54 est connecté à un MOSFET de régulation 5 6 qui est connecté à une terre 58. Les MOSFET 54 et 56 sont connectés à un inducteur 60 qui est connecté par le biais d'un premier MOSFET 62 ayant une diode 63, qui est connecté par le biais d'un premier condensateur 64 à la terre 58. Le MOSFET 62 est connecté, de plus, à un modulateur d'impulsion en durée 66, qui est connecté aux grilles de MOSFET 54 et 56. La sortie du premier MOSFET 62 est connectée de plus à une première sortie de courant 68.
Pour la deuxième sortie, l'inducteur 60 est connecté à un deuxième MOSFET 70 ayant une diode body 69 et ayant sa sortie connectée par le biais d'un deuxième condensateur 72 à la terre 58 et à une deuxième sortie de courant 74. La deuxième sortie de courant 74 est connectée à un modulateur d'impulsion en durée 71, qui est connecté à la grille du MOSFET 70.
Se référant maintenant à la figure 3, il est montré une représentation simplifiée d'un convertisseur abaisseur de tension 100, à inducteur unique et sortie double. Une entrée de courant 110 est connectée à un MOSFET d'entrée 112 qui est connecté à une diode 114 qui est connectée à une terre 116. Le MOSFET 112 est connecté, de plus, à un inducteur 118 qui est connecté à
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une diode 120 qui est connectée, par un condensateur 122, à la terre 116 et à une première sortie de courant 124.
Pour la deuxième sortie, l'inducteur 118 est connecté à un MOSFET 126, qui est connecté par un condensateur 128 à la terre 116, et à une deuxième sortie de courant 132. La deuxième sortie de courant 132 est connectée à un modulateur d'impulsion en durée 130, qui est connecté aux grilles des MOSFET 112 et 126. Le convertisseur abaisseur de tension 100 est configuré pour délivrer une sortie de courant supérieure sur la première sortie de courant 124 que sur la deuxième sortie de courant 132.
Se référant maintenant à la figure 4, sont montrés les composants opérationnels du convertisseur abaisseur de tension 100 dans un premier état I. Les mêmes numéros que ceux de la figure 3 sont utilisés sur la figure 4. Il est donc montré l'entrée de courant 110, le MOSFET 112, l'inducteur 118, la diode 120 et la première sortie de courant 124.
Se référant maintenant à la figure 5, il est montré le convertisseur abaisseur de tension 100 dans un deuxième état de fonctionnement. Les numéros sont les mêmes que ceux utilisés sur la figure 3 et comprennent la diode 114 connectée à la terre 116, l'inducteur 118, la diode 120 et la première sortie de courant 124.
Se référant maintenant à la figure 6, il est montré le convertisseur abaisseur de tension 100 dans un troisième état de fonctionnement. Les numéros sont les mêmes que ceux utilisés sur la figure 3 et comprennent la diode 114 connectée à la terre 116, l'inducteur 118, le MOSFET 126 et la deuxième sortie de courant 132.
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Se référant maintenant à la figure 7, il est montré une simulation de commutation montrant un signal de sortie 150 de deux volts.
Se référant maintenant à la figure 8, il est montré une simulation de commutation montrant un signal de sortie 152 de trois volts.
En service, les convertisseurs abaisseurs de tension à sorties multiples 10,50 et 100 fonctionnent comme des convertisseurs abaisseurs de tension normaux, à entrée unique pour l'une des sorties de courant.
Dans la configuration de la figure 1, le modulateur d'impulsion en durée 26 met les MOSFET 14 et 16 en marche et à l'arrêt, selon un cycle de charge déterminé afin d'effectuer une rectification synchrone. Le MOSFET 16 agit comme un commutateur unidirectionnel pour maintenir le courant à travers l'inducteur 18. L'entrée de l'inducteur 18, qui est supposée, pour l'instant, présenter un courant continu, est envoyée dans les divers condensateurs de sortie 24 et 32, selon l'état des MOSFET 22 et 30 placés, respectivement, entre l'inducteur 18 et les condensateurs de sortie 24 et 32. La première sortie de courant 28 utilise le MOSFET 22 pour contrôler le passage du courant de l'inducteur 18 au condensateur de sortie 24. La deuxième sortie de courant 36 utilise le modulateur d'impulsion en durée 26 et le MOSFET 30 pour contrôler le passage du courant de l'inducteur 18 au condensateur de sortie 32.
L'action du convertisseur abaisseur de tension 10 est la suivante. Premièrement, le MOSFET 22 se met en marche, permettant au courant de l'inducteur de passer
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vers la première sortie de courant 28. Le MOSFET 22 se met alors à l'arrêt et le MOSFET 30 se met en route, ce qui permet au courant de passer jusqu'à la deuxième sortie de courant 36 sous le contrôle du modulateur d'impulsion en durée 34.
Pour la configuration de la figure 2, le modulateur d'impulsion en durée 66 met en marche et à l'arrêt les MOSFET 54 et 56, selon un cycle de charge déterminé afin d'effectuer une rectification synchrone. Le MOSFET 56 agit comme un commutateur unidirectionnel pour maintenir le courant à travers l'inducteur 60. L'entrée de l'inducteur 60, qui est supposée, pour l'instant, présenter un courant continu, est envoyée dans les divers condensateurs de sortie 64 et 72, selon l'état des MOSFET 62 et 70 placés, respectivement, entre l'inducteur 60 et les condensateurs de sortie 64 et 72. La première sortie de courant 68 a la tension la plus forte. Cette sortie de courant 68 utilise le MOSFET 62 pour contrôler le passage du courant de l'inducteur 60 au condensateur de sortie 64. Quand le MOSFET 62 est en marche, le courant passe en direction de la sortie 68. Quand le MOSFET 62 est arrêté, le courant de l'inducteur ne passe pas vers la première sortie de courant 68, sauf si la tension sur le n#ud de l'inducteur est supérieure à la tension sur la sortie 68, plus la chute de tension de la diode body 63 dans le MOSFET 62.
L'action du convertisseur abaisseur de tension 50 est la suivante. Premièrement, le MOSFET 62 est mis en marche par le modulateur d'impulsion en durée 66, permettant au courant de passer vers la première sortie de courant 68. Le MOSFET 62 se met alors à l'arrêt et la diode body 63 du MOSFET 62 conduit. Le MOSFET 70, fixé à la deuxième sortie de courant 74, se met alors en route
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et dévie le courant de l'inducteur 60 de la première sortie de courant 68 pour l'envoyer dans la deuxième sortie de courant 74. Le MOSFET 70 est mis à l'arrêt par le modulateur d'impulsion en durée 71, ce qui termine un cycle.
Les MOSFET frontaux 54 et 56 régulent la première sortie de courant 68, en contrôlant son cycle de charge. La deuxième sortie de courant 74 est contrôlée en contrôlant le temps de mise en marche au niveau de son MOSFET 70. Tout courant qui n'est pas nécessaire pour réguler la deuxième sortie de courant en 74 est envoyé dans la première sortie de courant 68, en raison de la chute de tension de la diode.
Il faut noter d'abord qu'avec l'ajout des MOSFET supplémentaires, il est possible de concevoir un unique circuit pour commander plusieurs sorties avec un seul MOSFET supplémentaire par sortie supplémentaire. Deuxièmement, on n'utilise qu'un seul inducteur monoenroulement. Troisièmement, le rendement est comparable ou supérieur à celui de convertisseurs multiples, car les MOSFET secondaires sont alimentés depuis une source de courant.
Dans un premier mode de réalisation alternatif, les MOSFET à diode, tels que les MOSFET 62 et 70, auraient des diodes Schottky discrètes, en parallèle avec leurs diodes body, afin d'éviter des problèmes de temps de reprise.
Dans un deuxième mode de réalisation alternatif, le MOSFET 62, qui est à canal (n) comme montré, serait remplacé par un MOSFET à canal (p) et une diode.
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Dans un troisième mode de réalisation alternatif, des sorties supplémentaires pourraient être produites en utilisant des MOSFET supplémentaires et des condensateurs, comme cela a été fait avec le MOSFET 70 et le condensateur 72.
Dans un quatrième mode de réalisation alternatif, le convertisseur d'entrée n'a pas besoin d'être synchrone.
Dans un cinquième mode de réalisation alternatif, les tensions de sortie commutent de manière synchrone ou asynchrone avec les MOSFET frontaux.
Sur la figure 3, est représenté un convertisseur abaisseur de tension à double sortie 100, selon la présente invention, qui est simplifié pour montrer sa commande et son fonctionnement.
Dans le premier état, comme montré sur la figure 4, le MOSFET 112 est en marche et le MOSFET 126 est arrêté.
Dans cet état I, la tension dans l'entrée 110 passe à travers le MOSFET 112, dans l'inducteur 118, à travers la diode 120, en direction de la sortie 124.
Dans le deuxième état, comme le montre la figure 5, le MOSFET 112 est arrêté et le MOSFET 126 est arrêté.
Dans ce deuxième état IIA, la diode 114 maintient le courant à travers l'inducteur 118 et à travers la diode 120, en direction de la sortie 124.
Dans le troisième état IIB, comme le montre la figure 6, le MOSFET 112 est arrêté et le MOSFET 126 est en marche. Cela coupe la diode 120 et instaure une configuration dans laquelle la diode 114 agit comme un commutateur unidirectionnel pour maintenir le courant à
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travers l'inducteur 118 et à travers le MOSFET 126, en direction de la sortie 132.
Le cycle de charge pour les divers modulateurs d'impulsion en durée est calculé à partir des états ci- dessus et est basé sur l'équilibrage des volts-secondes sur l'inducteur 118. En supposant que les MOSFET et l'inducteur 118 n'ont aucune résistance et que la diode
120 a la tension avant Vf qui est dépendante du courant: [Vin-(VoutI=Vf)] tI= (VoutI + 2Vf)tIIA + (VoutII+Vf)tIIB Eq. 1 où Vin = tension d'entrée ; VoutI = première tension de sortie ; VoutII deuxième tension de sortie ; Vf = tension avant de la diode ; outll = deuxième tension de sortie ; tI = temps de mise en marche de l'état I ; tIIA = temps de mise en marche de l'état IIA ; tIIB = temps de mise en marche de l'état IIB ;
La deuxième équation exprime le fait qu'il y a, au total, trois états qui constituent la période T. tI + tIIa + tIIB = T Eq. 2
L'équation 3 est basée sur le passage du courant d'inducteur vers Vouti ou VoutII ; et, avec l'approximation selon laquelle l'inducteur est très grand, le courant de l'inducteur est constant sur une période, de sorte que le courant moyen que reçoit chaque sortie dépend du temps de l'état.
120 a la tension avant Vf qui est dépendante du courant: [Vin-(VoutI=Vf)] tI= (VoutI + 2Vf)tIIA + (VoutII+Vf)tIIB Eq. 1 où Vin = tension d'entrée ; VoutI = première tension de sortie ; VoutII deuxième tension de sortie ; Vf = tension avant de la diode ; outll = deuxième tension de sortie ; tI = temps de mise en marche de l'état I ; tIIA = temps de mise en marche de l'état IIA ; tIIB = temps de mise en marche de l'état IIB ;
La deuxième équation exprime le fait qu'il y a, au total, trois états qui constituent la période T. tI + tIIa + tIIB = T Eq. 2
L'équation 3 est basée sur le passage du courant d'inducteur vers Vouti ou VoutII ; et, avec l'approximation selon laquelle l'inducteur est très grand, le courant de l'inducteur est constant sur une période, de sorte que le courant moyen que reçoit chaque sortie dépend du temps de l'état.
Conservation de la charge : tIIB * IL III * T ; (tI + tIIA)IL = IIT Eq. 3 où
IL = courant d'inducteur ;
IL = courant d'inducteur ;
<Desc/Clms Page number 20>
II = courant de sortie continu de Vout(I) III = courant de sortie continu de Vout(II) En manipulant l'équation 3 comme suit :
1 Ili; il ~Z/ Eq. 4 (II +(114)11 liT tma ~ ~In Eq. 5 II + 1114 Il. tj-+ tjj ,A T - tlre Eq. 6 1 Ir ~I rr T -trnr j Eq. 7 T -1118 =!.L = I--I tilt; III t III1 Eq.
1 Ili; il ~Z/ Eq. 4 (II +(114)11 liT tma ~ ~In Eq. 5 II + 1114 Il. tj-+ tjj ,A T - tlre Eq. 6 1 Ir ~I rr T -trnr j Eq. 7 T -1118 =!.L = I--I tilt; III t III1 Eq.
T 1+ il truc In Eq. 9 On obtient l'équation :
nr ln = 1 ~ lu Eq. 10 DC,m = T 1+ il il +Il, In où DCIIB = cycle de charge de l'état IIB.
nr ln = 1 ~ lu Eq. 10 DC,m = T 1+ il il +Il, In où DCIIB = cycle de charge de l'état IIB.
Cette équation peut alors servir à éliminer tIIB des équations 1 et 2 :
[V m -I' ovll +V )] 1, ( V oulj +2I' f 1 liA +V nulll +T J l l I I 1l + I 11 T Eq. 11 21,' ) il + Ili '#+' <+J7;T"T Eq . 12 L'équation 12 peut se résoudre en :
[V m -I' ovll +V )] 1, ( V oulj +2I' f 1 liA +V nulll +T J l l I I 1l + I 11 T Eq. 11 21,' ) il + Ili '#+' <+J7;T"T Eq . 12 L'équation 12 peut se résoudre en :
<Desc/Clms Page number 21>
11+1/1 11+//1 Et par substitution dans l'équation 11 :
[TII-(T"II,+VJ)Jt,=UI/II+2T)[1 1'1 T-f,]+(TI/I'ff+V/)1 Ifll T ll'+I" + Eq. 14 La solution pour le cycle de charge est :
DC - { 1 - (J//'1+2VI)II+(T/:""II+ VI)J" ll! =Il T = - (il I,,) +1,,) ( J )(TT TT)
Il faut noter que, quand III approche de 0 (zéro), DCIIB approche de 0 et DCI approche du cycle de charge normal d'un convertisseur abaisseur à sortie unique :
DCI --) V,lIill + 2Vj Eq . 16 v,,, + V qui est le cycle de charge normal d'un convertisseur abaisseur de tension à sortie unique.
Une autre limite intéressante est obtenue quand Vf approche de 0 (zéro) :
DCI V /I/lr' 1 , +V /I/lIll 1 " = p Eq. 17 (l, + 1,,) v,/I If)ttlvetl
Ce qui précède est une généralisation de l'équation suivante pour un convertisseur abaisseur de tension ayant une seule sortie :
DC = v'"' V",
DCI V /I/lr' 1 , +V /I/lIll 1 " = p Eq. 17 (l, + 1,,) v,/I If)ttlvetl
Ce qui précède est une généralisation de l'équation suivante pour un convertisseur abaisseur de tension ayant une seule sortie :
DC = v'"' V",
<Desc/Clms Page number 22>
Le cycle de charge pour un convertisseur abaisseur de tension à sorties multiples selon la présente invention aura un cycle de charge du courant de sortie divisé par le courant de sortie total, soit :
D('y - E 1'l I""( x Et le cycle de charge vaudra :
Eq. 20
Comme le montrent les figures 7 et 8, pour respectivement les deux et trois volts, il est possible d'obtenir des tensions de sortie permanentes.
D('y - E 1'l I""( x Et le cycle de charge vaudra :
Eq. 20
Comme le montrent les figures 7 et 8, pour respectivement les deux et trois volts, il est possible d'obtenir des tensions de sortie permanentes.
Alors que l'invention a été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il va de soi que de nombreuses alternatives, modifications et variantes apparaîtront aux experts dans l'art, à la lumière de la description qui précède. En conséquence, il est prévu d'englober toutes les alternatives, modifications et variantes qui entrent dans le cadre et l'esprit de l'invention. Tous les détails décrits ici ou représentés sur les croquis joints doivent être interprétés dans un sens illustratif et non restrictif.
Claims (21)
- REVENDICATIONS 1. Convertisseur abaisseur de tension, comprenant : une entrée de courant ; une première sortie de courant ; une deuxième sortie de courant ; un inducteur unique ; des moyens de commutation d'entrée connectés à l'entrée de courant, pour contrôler le temps pendant lequel la première sortie de courant est connectée à l'inducteur unique ; des moyens de commutation unidirectionnels connectés entre les moyens de commutation d'entrée et l'inducteur unique (18), pour maintenir un courant à travers ledit inducteur unique (18) ; un premier circuit de sortie de courant connecté à l'inducteur unique (18) et à la première sortie de courant (28) ; un modulateur d'impulsion en durée (26) connecté aux moyens de commutation d'entrée, au premier circuit de sortie de courant (28) et à la deuxième sortie de courant (36) ; et un deuxième circuit de sortie de courant connecté à l'inducteur unique (18) et à la deuxième sortie de courant (36), ledit deuxième circuit de sortie de courant étant connecté au modulateur d'impulsion en durée (26).<Desc/Clms Page number 24>
- 2. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 1, dans lequel le premier circuit de sortie de courant comprend : des premiers moyens de commutation connectés au modulateur d'impulsion en durée (26), pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique (18) est connecté à la première sortie de courant (28) ; et des premiers moyens de stockage de charge connectés entre les premiers moyens de commutation et la première sortie de courant (28), pour stocker de la charge entre eux.
- 3. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 1, dans lequel le deuxième circuit de sortie de courant comprend : des deuxièmes moyens de stockage de charge connectés entre l'inducteur unique (18) et la deuxième sortie de courant (36), pour stocker de la charge entre eux ; et des deuxièmes moyens de commutation unidirectionnels placés entre l'inducteur unique (18) et les deuxièmes moyens de stockage de charge, pour maintenir la charge sur lesdits deuxièmes moyens de stockage de charge.
- 4. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 1, dans lequel le deuxième circuit de sortie de courant comprend : un deuxième modulateur d'impulsion en durée (34) ; des deuxièmes moyens de commutation connectés au<Desc/Clms Page number 25>deuxième modulateur d'impulsion en durée (34), pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique (18) est connecté à la deuxième sortie de courant (36) ; et des deuxièmes moyens de stockage de charge connectés entre les deuxièmes moyens de commutation et la deuxième sortie de courant (36), pour contrôler la charge entre eux.
- 5. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 4, dans lequel le premier circuit de sortie de courant comprend : des premiers moyens de commutation connectés au modulateur d'impulsion en durée (26), pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique (18) est connecté à la première sortie de courant (28), les premiers moyens de commutation comprenant des premiers moyens de commutation unidirectionnels, pour permettre l'établissement d'un courant à travers les premiers moyens de commutation, et les deuxièmes moyens de commutation comprenant des deuxièmes moyens de commutation unidirectionnels, pour permettre l'établissement d'un courant à travers les deuxièmes moyens de commutation.
- 6. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 1, dans lequel le modulateur d'impulsion en durée (26) conduit les moyens de commutation d'entrée à opérer de manière synchrone avec le premier circuit de sortie de courant (28).
- 7. Convertisseur abaisseur de tension selon la<Desc/Clms Page number 26>revendication 1, dans lequel le modulateur d'impulsion en durée (26) conduit les moyens de commutation d'entrée à opérer de manière asynchrone avec le premier circuit de sortie de courant (28).
- 8. Convertisseur abaisseur de tension, comprenant : une entrée de courant (110); une première sortie de courant (124) ; une deuxième sortie de courant (132); un inducteur unique (118) ; un transistor d'entrée (112) connecté à l'entrée de courant (110), pour contrôler le temps pendant lequel la première entrée de courant (110) est connectée à l'inducteur unique (118); une diode (114) connectée entre le transistor d'entrée (112) et l'inducteur unique (118), pour réguler le courant à travers ledit inducteur unique (118) ; un premier circuit de sortie de courant connecté à l'inducteur unique et à la première sortie de courant (124) ; un modulateur d'impulsion en durée (130), connecté au transistor d'entrée (112), au premier circuit de sortie de courant (124) et à la deuxième sortie de courant (132) ; et un deuxième circuit de sortie de courant connecté à l'inducteur unique (118) et à la deuxième sortie de<Desc/Clms Page number 27>courant (132), ledit deuxième circuit de sortie de courant (132) étant connecté au modulateur d'impulsion en durée (130).
- 9. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 8, dans lequel le premier circuit de sortie de courant comprend : un premier transistor (112) connecté au modulateur d'impulsion en durée (130), pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique (118) est connecté à la première sortie de courant (124) ; et des premiers moyens de stockage de charge connectés entre le premier transistor et la première sortie de courant (124), pour stocker de la charge entre eux.
- 10. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 8, dans lequel le deuxième circuit de sortie de courant comprend : un deuxième condensateur (128) connecté entre l'inducteur unique (118) et la deuxième sortie de courant (132), pour stocker de la charge entre eux ; et une deuxième diode (120) placée entre l'inducteur unique (118) et le deuxième condensateur (128), pour réguler la charge sur ledit deuxième condensateur (128).
- 11. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 8, dans lequel le deuxième circuit de sortie de courant comprend : un deuxième modulateur d'impulsion en durée (71) ;<Desc/Clms Page number 28>un deuxième transistor (70) connecté au deuxième modulateur d'impulsion en durée (71), pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique (60) est connecté à la deuxième sortie de courant (74) ; et un deuxième condensateur (72) connecté entre le deuxième transistor (70) et la deuxième sortie de courant (74), pour contrôler la charge entre eux.
- 12. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 11, dans lequel le premier circuit de sortie de courant comprend : un premier transistor (62) connecté au modulateur d'impulsion en durée (66), pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique (60) est connecté à la première sortie de courant (68), le premier transistor (62) comprenant une première diode (63), pour réguler le courant traversant ledit premier transistor (62), et le deuxième transistor (70) comprenant une deuxième diode (69), pour réguler le courant traversant ledit deuxième transistor (70).
- 13. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 8, dans lequel le modulateur d'impulsion en durée (130) conduit le transistor d'entrée (112) à opérer de manière synchrone avec le premier circuit de sortie de courant.
- 14. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 8, dans lequel le modulateur d'impulsion en durée (130) conduit le transistor d'entrée (112) à opérer<Desc/Clms Page number 29>de manière asynchrone avec le premier circuit de sortie de courant.
- 15. Convertisseur abaisseur de tension (100), comprenant: une entrée de courant (110) ; une première sortie de courant (124) ; une terre (116) ; une deuxième sortie de courant (132) ; un inducteur unique (118) ; un transistor métal-oxyde à effet de champ (MOSFET) (112) d'entrée connecté à l'entrée de courant (110) pour contrôler le temps pendant lequel la première entrée de courant est connectée à l'inducteur unique (118) ; un modulateur d'impulsion en durée (130) connecté au MOSFET d'entrée (112) et à la deuxième sortie de courant (132) ; des moyens de commutation unidirectionnels (114) connectés entre le MOSFET d'entrée (112) et l'inducteur unique (118). Ces moyens de commutation unidirectionnels (114) étant connectés à la terre (116) pour maintenir un courant à travers l'inducteur unique (118) ; un premier circuit de sortie de courant connecté à l'inducteur unique (118), à la première sortie de courant (124) et à la terre (116) ; et un deuxième circuit de sortie de courant connecté à<Desc/Clms Page number 30>l'inducteur unique (118), à la deuxième sortie de courant (132) et à la terre (116), ledit deuxième circuit de sortie de courant étant connecté au modulateur d'impulsion en durée (130).
- 16. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 15, dans lequel le premier circuit de sortie de courant comprend : un premier MOSFET (112) connecté au modulateur d'impulsion en durée (130), pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique (118) est connecté à la première sortie de courant (124) ; et un premier condensateur (122) connecté entre le premier MOSFET (112) et la première sortie de courant (124) pour stocker de la charge entre eux, et la terre (116).
- 17. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 15, dans lequel le deuxième circuit de sortie de courant comprend : un deuxième condensateur (128) connecté entre l'inducteur unique (118) et la deuxième sortie de courant (132) pour stocker de la charge entre eux, et la terre (116) ; et une deuxième diode (120) placée entre l'inducteur unique (118) et le deuxième condensateur (122), pour réguler la charge sur ledit deuxième condensateur (122).
- 18. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 15, dans lequel le deuxième circuit de sortie de courant comprend :<Desc/Clms Page number 31>un deuxième modulateur d'impulsion en durée (66) ; un deuxième MOSFET (70) connecté au deuxième modulateur d'impulsion en durée (71), pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique (60) est connecté à la deuxième sortie de courant (74) ; et un deuxième condensateur (128) connecté entre le deuxième MOSFET (126), la deuxième sortie de courant (132) pour contrôler la charge entre eux, et à la terre (116).
- 19. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 18, dans lequel le premier circuit de sortie de courant comprend : un premier MOSFET (112) connecté au modulateur d'impulsion en durée (130), pour contrôler le temps pendant lequel l'inducteur unique (118) est connecté à la première sortie de courant (124), le premier MOSFET (112) comprenant une première diode (114) pour réguler le courant traversant ledit premier MOSFET (112), et le deuxième MOSFET (126) comprenant une deuxième diode (120) pour réguler le courant traversant le deuxième MOSFET (126).
- 20. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 15, dans lequel le modulateur d'impulsion en durée (130) conduit le transistor d'entrée (112) à opérer de manière synchrone avec le premier circuit de sortie de courant (124).<Desc/Clms Page number 32>
- 21. Convertisseur abaisseur de tension selon la revendication 15, dans lequel le modulateur d'impulsion en durée (130) conduit le transistor d'entrée (112) à opérer de manière asynchrone avec le premier circuit de sortie de courant (124).
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