TWI842459B

TWI842459B - 一種單電感多輸出直流對直流降壓轉換器

Info

Publication number: TWI842459B
Application number: TW112111964A
Authority: TW
Inventors: 楊文豪; 林晏霆; 駱椿昱; 陳世杰; 鄭閎軒
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Filing date: 2023-03-29
Publication date: 2024-05-11

Abstract

一種單電感多輸出直流對直流降壓轉換器，包含：第一開關、第二開關、第三開關、第四開關、電感器、誤差放大電路、電感電流漣波模擬電路、比較電路以及控制電路。誤差放大電路用來根據單電感多輸出直流對直流降壓轉換器的輸出電壓產生第一誤差訊號及第二誤差訊號。電感電流漣波模擬電路用來根據該電感器之第一端電壓及第二端電壓產生偵測電壓。比較電路用來根據該第一誤差訊號、該第二誤差訊號與該偵測電壓以產生第一比較結果及第二比較結果。控制電路用來根據該第一比較結果及該第二比較結果產生分別用來控制該第一～第四開關之第一～第四控制訊號。

Description

一種單電感多輸出直流對直流降壓轉換器

本發明是關於單電感多輸出（Single-Inductor Multiple-Output, SIMO）直流對直流降壓轉換器（DC-DC buck converter）。

圖1是習知單電感多輸出直流對直流降壓轉換器的波形圖。這裡假設習知單電感多輸出直流對直流降壓轉換器100有兩個輸出端：輸出端OUTa與輸出端OUTb。單電感多輸出直流對直流降壓轉換器100包含脈衝寬度調變（Pulse Width Modulation, PWM）控制邏輯110、電感電流偵測（inductor current sensing）電路120、鋸齒波產生器130（saw-tooth generator）、加法電路135、加法電路140、誤差放大器（error amplifier，簡稱「EA」）150、誤差放大器155、比較器（comparator，簡稱「COMP」）160、比較器165、電感器L0、開關M1、開關M2、開關Ma、開關Mb、電容器Ca1、電容器Cb1、電容器Ca2、電容器Cb2、電阻器Ra1、電阻器Ra2、電阻器Ra3、電阻器Rb1、電阻器Rb2及電阻器Rb3。

電感電流偵測電路120用來偵測流經電感器L0的電流以產生偵測訊號Vsen1。鋸齒波產生器130用來產生鋸齒波訊號Vst及時脈Vclk。加法電路135用來將偵測訊號Vsen1與鋸齒波訊號Vst相加以產生中間電壓Vsum。誤差放大器150將輸出電壓VOa的分壓與參考電壓Vrefa做比較以產生誤差訊號VEa。誤差放大器155將輸出電壓VOb的分壓與參考電壓Vrefb做比較以產生誤差訊號VEb。加法電路140將誤差訊號VEa與誤差訊號VEb相加以產生電壓VEab。比較器160將中間電壓Vsum與誤差訊號VEa做比較以產生比較結果Vcpa。比較器165將中間電壓Vsum與電壓VEab做比較以產生比較結果Vcpb。脈衝寬度調變控制邏輯110根據時脈Vclk、比較結果Vcpa及比較結果Vcpb產生控制訊號VG1、控制訊號VG2、控制訊號VGa及控制訊號VGb。控制訊號VG1、控制訊號VG2、控制訊號VGa及控制訊號VGb分別用來控制開關M1、開關M2、開關Ma及開關Mb。

請參閱圖2，圖2是圖1之單電感多輸出直流對直流降壓轉換器100的能量分配路徑（energy distribution path）的示意圖。中間電壓Vsum與流經電感器L0的電流成比例；誤差訊號（error signal）VEa是對應到輸出端OUTa的輸出電壓VOa的誤差訊號；誤差訊號VEb是對應到輸出端OUTb的輸出電壓VOb的誤差訊號；電壓VEab是誤差訊號VEa與誤差訊號VEb的和。如圖2所示，在一個週期Tp中，單電感多輸出直流對直流降壓轉換器100依序執行以下操作：對輸出端OUTa充電（時間點T0與時間點T1之間）、對輸出端OUTb充電（時間點T1與時間點T2之間）、對輸出端OUTb放電（時間點T2與時間點T3之間）以及對輸出端OUTa放電（時間點T3與時間點T4之間）。

誤差訊號VEa及電壓VEab分別反應輸出端OUTa與輸出端OUTb的能量需求。更明確地說，當中間電壓Vsum小於誤差訊號VEa時（例如，時間點T0與時間點T1之間），單電感多輸出直流對直流降壓轉換器100對輸出端OUTa充電。當中間電壓Vsum大於誤差訊號VEa但小於電壓VEab時（例如，時間點T1與時間點T2之間），單電感多輸出直流對直流降壓轉換器100對輸出端OUTb充電。也就是說，單電感多輸出直流對直流降壓轉換器100是在固定週期下，根據誤差訊號VEa與電壓VEab的大小來調整輸出端OUTa與輸出端OUTb的佔空比（Duty Ratio）。換言之，透過輸出端OUTa及輸出端OUTb所輸出之能量的多寡是由相對應的誤差訊號（即，分別為誤差訊號VEa與電壓VEab）之大小決定。

然而，在輸出負載快速變化之應用情境下，誤差訊號VEa與電壓VEab之大小需隨著負載不同而大幅地變化，導致單電感多輸出直流對直流降壓轉換器100之輸出電壓會受到嚴重的互穩壓調節（cross regulation）。也就是說，輸出端OUTa在負載快速變化時，所有誤差訊號需重新穩定在不同之電壓值，造成輸出端OUTb受到嚴重干擾，使輸出端OUTb的輸出電壓過衝（overshoot）或下衝（undershoot），嚴重時將導致後端電路觸發重置甚至損壞。

再者，由於習知的單電感多輸出直流對直流降壓轉換器100的控制方式是採用PWM，所以週期Tp是固定的。然而，在受到低頻寬限制下，習知的單電感多輸出直流對直流降壓轉換器100的暫態反應（transient response）速度緩慢。

鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種單電感多輸出直流對直流降壓轉換器，以改善先前技術的不足。

本發明之一實施例提供一種單電感多輸出直流對直流降壓轉換器，包含：一第一開關、一第二開關、一第三開關、一第四開關、一電感器、一誤差放大電路、一電感電流漣波模擬電路、一比較電路以及一控制電路。第一開關具有一第一端及一第二端，該第一端接收一輸入訊號。第二開關具有一第三端及一第四端，該第三端耦接該第二端，該第四端耦接一參考電壓。第三開關具有一第五端及一第六端，該第六端輸出一第一電壓。第四開關具有一第七端及一第八端，該第八端輸出一第二電壓。電感器具有一第九端及一第十端，該第九端耦接該第二端及該第三端，該第十端耦接該第五端及該第七端。誤差放大電路用來根據該第一電壓及該第二電壓分別產生一第一誤差訊號及一第二誤差訊號。電感電流漣波模擬電路耦接該電感器，用來根據該電感器之該第九端之一第一端電壓及該第十端之一第二端電壓產生一偵測電壓。比較電路耦接該誤差放大電路及該電感電流漣波模擬電路，用來根據該第一誤差訊號、該第二誤差訊號與該偵測電壓以產生一第一比較結果及一第二比較結果。控制電路耦接該比較電路，用來根據該第一比較結果及該第二比較結果產生分別用來控制該第一開關、該第二開關、該第三開關及該第四開關之一第一控制訊號、一第二控制訊號、一第三控制訊號及一第四控制訊號。

本發明之另一實施例提供一種單電感多輸出直流對直流降壓轉換器，包含：一第一開關、一第二開關、一第三開關、一第四開關、一電感器、一誤差放大電路、一電感電流漣波模擬電路以及一控制電路。第一開關具有一第一端及一第二端，該第一端接收一輸入訊號。第二開關具有一第三端及一第四端，該第三端耦接該第二端，該第四端耦接一參考電壓。第三開關具有一第五端及一第六端，該第六端輸出一第一電壓。第四開關具有一第七端及一第八端，該第八端輸出一第二電壓。電感器具有一第九端及一第十端，該第九端耦接該第二端及該第三端，該第十端耦接該第五端及該第七端。誤差放大電路用來根據該第一電壓及該第二電壓分別產生一第一誤差訊號及一第二誤差訊號。電感電流漣波模擬電路耦接該電感器，用來根據該電感器之該第九端之一第一端電壓及該第十端之一第二端電壓產生一偵測電壓。控制電路用來根據該偵測電壓、該第一誤差訊號及該第二誤差訊號產生分別用來控制該第一開關、該第二開關、該第三開關及該第四開關之一第一控制訊號、一第二控制訊號、一第三控制訊號及一第四控制訊號。每當該第一誤差訊號大於等於該偵測電壓時，該控制電路控制該第一開關於一固定時間內導通，並且控制該第二開關於該固定時間內不導通。

本發明之實施例所體現的技術手段可以改善先前技術之缺點的至少其中之一，因此本發明相較於先前技術可以降低互穩壓調節表現及/或提升暫態反應速度。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。

以下說明內容之技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。

本發明之揭露內容包含單電感多輸出直流對直流降壓轉換器。由於本發明之單電感多輸出直流對直流降壓轉換器所包含之部分元件單獨而言可能為已知元件，因此在不影響該裝置發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下說明對於已知元件的細節將予以節略。

在以下的說明中，每個電晶體具有第一端、第二端以及控制端。當電晶體作為開關使用時，電晶體的第一端及第二端是該開關的兩端，而控制端控制該開關導通（電晶體開啟）或不導通（電晶體關閉）。對金氧半場效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）而言，第一端可以是源極（source）及汲極（drain）的其中一者，第二端是源極及汲極的另一者，而控制端是閘極（gate）。對雙極性接面型電晶體（bipolar junction transistor, BJT）而言，第一端可以是集極（collector）及射極（emitter）的其中一者，第二端是集極及射極的另一者，而控制端是基極（base）。

圖3是本發明單電感多輸出直流對直流降壓轉換器之一實施例的功能方塊圖。單電感多輸出直流對直流降壓轉換器300包含電感器L0、開關M1、開關M2、開關Ma、開關Mb、電容器Ca1、電容器Ca2、電容器Cb1、電容器Cb2、分壓電路Rga、分壓電路Rgb、電阻器Ra3、電阻器Rb3、控制電路310、電感電流漣波模擬（inductor current ripple emulator）電路320、誤差放大電路350及比較電路360。

在圖3的實施例中，開關M1是以P型金氧半場效電晶體（P-channel Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，以下簡稱PMOS電晶體）實作，而開關M2、開關Ma及開關Mb皆以N型金氧半場效電晶體（N-channel Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，以下簡稱NMOS電晶體）實作。然而，這只是用於示例，非用以限定本發明。

電感器L0的第一端具有端電壓VLX1，電感器L0的第二端具有端電壓VLX2。電感電流漣波模擬電路320根據端電壓VLX1及端電壓VLX2產生偵測電壓Vsen2。電感電流漣波模擬電路320將於下方配合圖4詳述。

開關M1的第一端（例如，源極）接收輸入訊號Vin；開關M1的第二端（例如，汲極）耦接或電連接電感器L0的第一端；開關M1的控制端（例如，閘極）接收控制訊號VG1。

開關M2的第一端（例如，源極）耦接或電連接參考電壓GND（例如，接地準位）；開關M2的第二端（例如，汲極）耦接或電連接電感器L0的第一端；開關M2的控制端（例如，閘極）接收控制訊號VG2。

開關Ma的第一端（例如，汲極）耦接或電連接電感器L0的第二端；開關Ma的第二端（例如，源極）耦接或電連接輸出端OUTa；開關Ma的控制端（例如，閘極）接收控制訊號VGa。

開關Mb的第一端（例如，汲極）耦接或電連接電感器L0的第二端；開關Mb的第二端（例如，源極）耦接或電連接輸出端OUTb；開關Mb的控制端（例如，閘極）接收控制訊號VGb。

電容器Ca1耦接於輸出端OUTa與參考電壓GND之間。電容器Cb1耦接於輸出端OUTb與參考電壓GND之間。

分壓電路Rga耦接於輸出端OUTa與參考電壓GND之間，並且包含電阻器Ra1與電阻器Ra2。分壓電路Rga用來分壓輸出端OUTa上的輸出電壓VOa，以產生分壓VOa'。換言之，分壓VOa'與輸出電壓VOa成比例。

分壓電路Rgb耦接於輸出端OUTb與參考電壓GND之間，並且包含電阻器Rb1與電阻器Rb2。分壓電路Rgb用來分壓輸出端OUTb上的輸出電壓VOb，以產生分壓VOb'。換言之，分壓VOb'與輸出電壓VOb成比例。

誤差放大電路350用來根據分壓VOa'（即，等效於根據輸出電壓VOa）產生誤差訊號VEa，以及根據分壓VOb'（即，等效於根據輸出電壓VOb）產生誤差訊號VEb。更明確地說，誤差放大電路350包含誤差放大器352及誤差放大器354。誤差放大器352比較分壓VOa'與參考電壓Vrefa以產生誤差訊號VEa。誤差放大器354比較分壓VOb'與參考電壓Vrefb以產生誤差訊號VEb。

誤差放大電路350更包含電容器Ca2、電容器Cb2、電阻器Ra3與電阻器Rb3。電容器Ca2與電阻器Ra3串聯於誤差放大器352的輸出端與參考電壓GND之間。電容器Cb2與電阻器Rb3串聯於誤差放大器354的輸出端與參考電壓GND之間。

比較電路360用來根據誤差訊號VEa、誤差訊號VEb及偵測電壓Vsen2產生比較結果Vcpa及比較結果Vcpb。更明確地說，比較電路360包含比較器362及比較器364。比較器362比較偵測電壓Vsen2與誤差訊號VEa以產生比較結果Vcpa。比較器364比較偵測電壓Vsen2與誤差訊號VEb以產生比較結果Vcpb。

控制電路310根據比較結果Vcpa及比較結果Vcpb產生控制訊號VG1、控制訊號VG2、控制訊號VGa及控制訊號VGb。控制電路310的操作細節將於下方配合圖5詳述。

請參閱圖4，圖4是本發明電感電流漣波模擬電路之一實施例的功能方塊圖。電感電流漣波模擬電路320包含低通濾波器322、轉導電路（transconductance circuit）324、電阻器Rsen及直流電源Vdc。低通濾波器322用來對端電壓VLX1及端電壓VLX2進行低通濾波操作，以產生濾波電壓VLP。轉導電路324根據方程式（1）將濾波電壓VLP與端電壓VLX2的差值轉換成偵測電流Isen，其中，gm為轉導係數。因此，偵測電流Isen可流過電阻器Rsen以形成偵測電壓Vsen2。低通濾波器322及轉導電路324的操作原理為本技術領域具有通常知識者所熟知，故不再贅述。

Isen=gm*(VLP-VLX2) (1)

Vsen2=Isen*Rsen+Vdc (2)

電感電流漣波模擬電路320的目的在於產生一個模仿電感器L0之電流漣波（current ripple）的訊號（即，偵測電壓Vsen2，如方程式（2）所示）。也就是說，偵測電壓Vsen2可以反應電感器L0的電流漣波，但不包含直流成分。藉此，單電感多輸出直流對直流降壓轉換器300可以穩定地操作在連續導通模式（Continuous Conduction Mode, CCM）與非連續電流導通模式（Discontinuous Conduction Mode, DCM）。

偵測電壓Vsen2的直流準位由直流電源Vdc決定。在一些實施例中，Vdc可以為0伏。由於偵測電壓Vsen2之直流準位不受電感器L0的電流的直流成份所改變，所以誤差訊號VEb與誤差訊號VEb之大小不會隨負載不同而大幅變化，使得單電感多輸出直流對直流降壓轉換器300能夠具有良好的互穩壓調節表現。

請參閱圖5，圖5是本發明偵測電壓Vsen2、誤差訊號VEa與誤差訊號VEb之一實施例的波形圖，以及比較結果（Vcpa、Vcpb）與多個控制訊號（VG1、VG2、VGa、VGb）之一實施例的時序圖。

當控制電路310偵測到比較結果Vcpa指示誤差訊號VEa大於等於偵測電壓Vsen2時（例如，比較器362產生一個脈衝（pulse），對應到時間點T0或時間點T4），單電感多輸出直流對直流降壓轉換器300對輸出端OUTa充電持續一個固定時間Tona。更明確地說，在固定時間Tona之內，開關M1導通（例如，控制電路310控制控制訊號VG1由高準位變為低準位）、開關M2不導通（例如，控制電路310控制控制訊號VG2由高準位變為低準位）、開關Ma導通（例如，控制電路310控制控制訊號VGa由低準位變為高準位）以及開關Mb不導通（例如，控制電路310控制控制訊號VGb由高準位變為低準位）。

承上段。當固定時間Tona結束時（對應到時間點T1或時間點T5），開關M1不導通（例如，控制電路310控制控制訊號VG1為高準位）、開關M2導通（例如，控制電路310控制控制訊號VG2為高準位）、開關Ma保持導通（例如，控制電路310維持控制訊號VGa為高準位）及開關Mb保持不導通（例如，控制電路310維持控制訊號VGb為低準位），使得輸出端OUTa透過開關M2放電（因此，輸出電壓VOa與分壓VOa'變小）。此放電過程將持續直到誤差訊號VEb大於等於偵測電壓Vsen2（對應到時間點T2或時間點T6）或誤差訊號VEa再次大於等於偵測電壓Vsen2。需注意的是，此放電過程的時長（即，T2-T1或T6-T5）不是定值。

當控制電路310偵測到比較結果Vcpb指示誤差訊號VEb大於等於偵測電壓Vsen2時（例如，比較器364產生一個脈衝，對應到時間點T2或時間點T6），單電感多輸出直流對直流降壓轉換器300對輸出端OUTb充電持續一個固定時間Tonb。更明確地說，在固定時間Tonb之內，開關M1導通、開關M2不導通、開關Ma不導通（例如，控制電路310控制控制訊號VGa由高準位變為低準位）以及開關Mb導通（例如，控制電路310控制控制訊號VGb由低準位變為高準位）。

承上段。當固定時間Tonb結束時（對應到時間點T3或時間點T7），開關M1不導通、開關M2導通、開關Ma保持不導通（例如，控制電路310維持控制訊號VGa為低準位）及開關Mb保持導通（例如，控制電路310維持控制訊號VGb為高準位），使得輸出端OUTb透過開關M2放電（因此，輸出電壓VOb與分壓VOb'變小）。此放電過程將持續直到誤差訊號VEa大於等於偵測電壓Vsen2（對應到時間點T4或時間點T8）或誤差訊號VEb再次大於等於偵測電壓Vsen2。需注意的是，此放電過程的時長（即，T4-T3或T8-T7）不是定值。

由於固定時間Tona及固定時間Tonb為定值，所以控制電路310也可以被稱為固定導通時間（Constant On Time, COT）控制電路。

在一些實施例中，固定時間Tona（或固定時間Tonb）可以正比於輸入訊號Vin的倒數，或是正比於輸入訊號Vin與輸出電壓VOa（或輸出電壓VOb）的差值的倒數（即，正比於1/(Vin-VOa)或1/(Vin-VOb)）。

請參閱圖6，圖6是本發明電感電流IL、電感器L0之端電壓VLX2、濾波電壓VLP、偵測電壓Vsen2以及誤差訊號（VEa、VEb）之一實施例的波形圖。如圖6所示，當電感電流IL（即，流過電感器L0的電流）不為0時（例如，時間點T0與時間點T1之間、時間點T2與時間點T3之間，或時間點T4與時間點T5之間），端電壓VLX2、濾波電壓VLP及偵測電壓Vsen2對應地發生變化。濾波電壓VLP與端電壓VLX2的差值可以反應電感電流IL的電流漣波。由方程式（1）及方程式（2）可知，由於直流電源Vdc、電阻器Rsen及轉導係數gm為定值，所以偵測電壓Vsen2也可反應電感電流IL的電流漣波。

相較於圖1的定時觸發的（clock-triggered）單電感多輸出直流對直流降壓轉換器100（即，基於PWM控制的單電感多輸出直流對直流降壓轉換器），本發明所提出的單電感多輸出直流對直流降壓轉換器300是一個事件觸發的（event-triggered）單電感多輸出直流對直流降壓轉換器。也就是說，單電感多輸出直流對直流降壓轉換器300只在輸出端OUTa或輸出端OUTb有能量需求時（即，誤差訊號VEa或誤差訊號VEb大於等於偵測電壓Vsen2），才對該輸出端充電。因此，本發明之單電感多輸出直流對直流降壓轉換器300可達成更快的暫態反應速度。

再者，因為偵測電壓Vsen2可以反應電感器L0的電流漣波但不包含直流成分，所以在負載快速變化時，誤差訊號VEa與誤差訊號VEb的大小不會隨負載不同而大幅變化，使得單電感多輸出直流對直流降壓轉換器300具有良好的互穩壓調節表現。

在一些實施例中，控制電路310可以以邏輯電路實作。本技術領域具有通常知識者可以基於以上的說明來實作控制電路310。

請參閱圖7，圖7是本發明單電感多輸出直流對直流降壓轉換器之另一實施例的功能方塊圖。單電感多輸出直流對直流降壓轉換器700與單電感多輸出直流對直流降壓轉換器300相似，差別在於控制電路710包含邏輯電路705與比較電路360。邏輯電路705與控制電路310相似或相同。也就是說，控制電路710可以直接根據偵測電壓Vsen2、誤差訊號VEa及誤差訊號VEb控制開關M1、開關M2、開關Ma及開關Mb。

前揭實施例雖以2個輸出端為例，然此並非對本發明之限制，本技術領域人士可依本發明之揭露適當地將本發明應用於具有更多輸出端的單電感多輸出直流對直流降壓轉換器。

請注意，前揭圖示中，元件之形狀、尺寸及比例僅為示意，係供本技術領域具有通常知識者瞭解本發明之用，非用以限制本發明。

雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可根據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

100,300,700:單電感多輸出直流對直流降壓轉換器 OUTa,OUTb:輸出端 110:脈衝寬度調變控制邏輯 120:電感電流偵測電路 130:鋸齒波產生器 135,140:加法電路 150,155,352,354:誤差放大器（EA） 160,165,362,364:比較器（COMP） L0:電感器 M1,M2,Ma,Mb:開關 Ca1,Cb1,Ca2,Cb2:電容器 Ra1,Ra2,Ra3,Rb1,Rb2,Rb3,Rsen:電阻器 Vsen1:偵測訊號 Vst:鋸齒波訊號 Vclk:時脈 Vrefa,Vrefb,GND:參考電壓 Vcpa,Vcpb:比較結果 VG1,VG2,VGa,VGb:控制訊號 Tp:週期 T0,T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8:時間點 Vsum:中間電壓 VEa,VEb:誤差訊號 VOa,VOb:輸出電壓 VEab:電壓 Rga,Rgb:分壓電路 310,710:控制電路 320:電感電流漣波模擬電路 350:誤差放大電路 360:比較電路 VLX1,VLX2:端電壓 Vsen2:偵測電壓 Vin:輸入訊號 VOa',VOb':分壓 322:低通濾波器 324:轉導電路 Vdc:直流電源 VLP:濾波電壓 Isen:偵測電流 Tona,Tonb:固定時間 IL:電感電流 705:邏輯電路

圖1是習知單電感多輸出直流對直流降壓轉換器的波形圖；圖2是圖1之單電感多輸出直流對直流降壓轉換器100的能量分配路徑的示意圖；圖3是本發明單電感多輸出直流對直流降壓轉換器之一實施例的功能方塊圖；圖4是本發明電感電流漣波模擬電路之一實施例的功能方塊圖；圖5是本發明偵測電壓及誤差訊號之一實施例的波形圖，以及比較結果與多個控制訊號之一實施例的時序圖；圖6是本發明電感電流、電感器之端電壓、濾波電壓、偵測電壓以及誤差訊號之一實施例的波形圖；以及圖7是本發明單電感多輸出直流對直流降壓轉換器之另一實施例的功能方塊圖。

300:單電感多輸出直流對直流降壓轉換器

OUTa,OUTb:輸出端

L0:電感器

M1,M2,Ma,Mb:開關

Ca1,Cb1,Ca2,Cb2:電容器

Ra1,Ra2,Ra3,Rb1,Rb2,Rb3,Rsen:電阻器

Vrefa,Vrefb,GND:參考電壓

Vcpa,Vcpb:比較結果

VG1,VG2,VGa,VGb:控制訊號

VEa,VEb:誤差訊號

VOa,VOb:輸出電壓

Rga,Rgb:分壓電路

310:控制電路

320:電感電流漣波模擬電路

350:誤差放大電路

352,354:誤差放大器(EA)

360:比較電路

362,364:比較器(COMP)

VLX1,VLX2:端電壓

Vsen2:偵測電壓

Vin:輸入訊號

VOa',VOb':分壓

Claims

一種單電感多輸出直流對直流降壓轉換器，包含：一第一開關，具有一第一端及一第二端，該第一端接收一輸入訊號；一第二開關，具有一第三端及一第四端，該第三端耦接該第二端，該第四端耦接一參考電壓；一第三開關，具有一第五端及一第六端，該第六端輸出一第一電壓；一第四開關，具有一第七端及一第八端，該第八端輸出一第二電壓；一電感器，具有一第九端及一第十端，該第九端耦接該第二端及該第三端，該第十端耦接該第五端及該第七端；一誤差放大電路，用來根據該第一電壓及該第二電壓分別產生一第一誤差訊號及一第二誤差訊號；一電感電流漣波模擬電路，耦接該電感器，用來根據該電感器之該第九端之一第一端電壓及該第十端之一第二端電壓產生一偵測電壓；一比較電路，耦接該誤差放大電路及該電感電流漣波模擬電路，用來根據該第一誤差訊號、該第二誤差訊號與該偵測電壓以產生一第一比較結果及一第二比較結果；以及一控制電路，耦接該比較電路，用來根據該第一比較結果及該第二比較結果產生分別用來控制該第一開關、該第二開關、該第三開關及該第四開關之一第一控制訊號、一第二控制訊號、一第三控制訊號及一第四控制訊號。
如請求項1之單電感多輸出直流對直流降壓轉換器，其中，當該第一誤差訊號大於等於該偵測電壓時，該控制電路控制該第一開關及該第三開關由不導通變為導通，以提高該第一電壓。
如請求項1之單電感多輸出直流對直流降壓轉換器，其中，該電感電流漣波模擬電路包含：一低通濾波器，耦接該電感器，用來低通濾波該第一端電壓及該第二端電壓，以產生一濾波電壓；一電阻器；以及一轉導電路，耦接該低通濾波器與該電阻器，用來根據該濾波電壓及該第二端電壓產生一偵測電流；其中，該偵測電流流過該電阻器以形成該偵測電壓。
如請求項1之單電感多輸出直流對直流降壓轉換器，其中，該誤差放大電路包含：一第一誤差放大器，用來根據該第一電壓及一第一參考電壓產生該第一誤差訊號；以及一第二誤差放大器，用來根據該第二電壓及一第二參考電壓產生該第二誤差訊號。
如請求項1之單電感多輸出直流對直流降壓轉換器，其中，該比較電路包含：一第一比較器，用來比較該偵測電壓與該第一誤差訊號以產生該第一比較結果；以及一第二比較器，用來比較該偵測電壓與該第二誤差訊號以產生該第二比較結果。
一種單電感多輸出直流對直流降壓轉換器，包含：一第一開關，具有一第一端及一第二端，該第一端接收一輸入訊號；一第二開關，具有一第三端及一第四端，該第三端耦接該第二端，該第四端耦接一參考電壓；一第三開關，具有一第五端及一第六端，該第六端輸出一第一電壓；一第四開關，具有一第七端及一第八端，該第八端輸出一第二電壓；一電感器，具有一第九端及一第十端，該第九端耦接該第二端及該第三端，該第十端耦接該第五端及該第七端；一誤差放大電路，用來根據該第一電壓及該第二電壓分別產生一第一誤差訊號及一第二誤差訊號；一電感電流漣波模擬電路，耦接該電感器，用來根據該電感器之該第九端之一第一端電壓及該第十端之一第二端電壓產生一偵測電壓；以及一控制電路，用來根據該偵測電壓、該第一誤差訊號及該第二誤差訊號產生分別用來控制該第一開關、該第二開關、該第三開關及該第四開關之一第一控制訊號、一第二控制訊號、一第三控制訊號及一第四控制訊號；其中，每當該第一誤差訊號大於等於該偵測電壓時，該控制電路控制該第一開關於一固定時間內導通，並且控制該第二開關於該固定時間內不導通。
如請求項6之單電感多輸出直流對直流降壓轉換器，其中，每當該第一誤差訊號大於等於該偵測電壓時，該控制電路更控制該第三開關於該固定時間內導通，並且控制該第四開關於該固定時間內不導通，並且於該固定時間到達後，該控制電路更控制該第一開關不導通、該第二開關導通、該第三開關導通，以及該第四開關不導通。
如請求項6之單電感多輸出直流對直流降壓轉換器，其中，當該第一誤差訊號等於該偵測電壓時，該控制電路控制該第一開關及該第三開關由不導通變為導通，以提高該第一電壓。
如請求項8之單電感多輸出直流對直流降壓轉換器，其中，該電感電流漣波模擬電路包含：一低通濾波器，耦接該電感器，用來低通濾波該第一端電壓及該第二端電壓，以產生一濾波電壓；一電阻器；以及一轉導電路，耦接該低通濾波器與該電阻器，用來根據該濾波電壓及該第二端電壓產生一偵測電流；其中，該偵測電流流過該電阻器以形成該偵測電壓。
如請求項8之單電感多輸出直流對直流降壓轉換器，其中，該控制電路包含：一第一比較器，用來比較該偵測電壓與該第一誤差訊號以產生一第一比較結果；以及一第二比較器，用來比較該偵測電壓與該第二誤差訊號以產生一第二比較結果；其中，該控制電路係根據該第一比較結果、該第二比較結果及該固定時間控制該第一控制訊號、該第二控制訊號、該第三控制訊號及該第四控制訊號的準位。