一种基于比较器控制的单电感多输出DC-DC转换器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于比较器控制的单电感多输出DC‑DC转换器，包括用于产生第一信号vdc<n>的第一PWM发生器和占空比时序控制单元；还包括用于产生第二信号vda<n>的第二PWM发生器、控制模块和电荷泵，所述的第一PWM发生器和第二PWM发生器的信号输出端分别连接控制模块的第一信号输入端和第二信号输入端；所述的控制模块生成占空比受限制的输出信号vd<n>，并将输出信号vd<n>输入到占空比信号时序控制单元；所述的控制模块与电荷泵共同作用生成用于调节第二信号vda<n>的反馈信号va<n>；所述的控制模块根据第一信号vdc<n>生成第三信号Tw，将第三信号Tw转化为电感电流控制信号，所述的电感电流控制信号用于调节电感电流。其优点在于：有效地抑制了通道串扰，具有快速的瞬态响应。

A Single Inductance Multi-Output DC-DC Converter Based on Comparator Control

The invention discloses a single inductance multi-output DC DC converter based on comparator control, including a first PWM generator and a duty cycle timing control unit for generating the first signal vdc< n> a second PWM generator, a control module and a charge pump for generating the second signal vda< n> and the signal output terminals of the first PWM generator and the second PWM generator respectively. Connect the first signal input and the second signal input of the control module; the control module generates the output signal vd< n> whose duty ratio is limited; and inputs the output signal vd< n> into the time sequence control unit of the duty ratio signal; the control module and the charge pump work together to generate the feedback signal va< n> the control described in n> for adjusting the second signal vda< The module generates the third signal Tw according to the first signal vdc< n>, and converts the third signal Tw into an inductance current control signal, which is used to regulate the inductance current. Its advantage is that it can effectively suppress channel crosstalk and has fast transient response.

【技术实现步骤摘要】
一种基于比较器控制的单电感多输出DC-DC转换器
本专利技术涉及直流-直流转换器，具体涉及一种基于比较器控制的单电感多输出DC-DC转换器。
技术介绍
单电感多输出直流转换器中每个通道的性能受瞬态响应速度和通道串扰问题影响。传统的均值电感电流控制方式依赖于电感电流传感器检测精度，当电荷平衡控制方法中的电流传感器不精确，串扰会出现在其余空闲通道。在传统的基于比较器控制的单电感多输出DC-DC变换器中，在使用PLL锁定开关频率的情况下，负载发生变化的通道的占空比突然增加会将引起其他通道占空比的突然减小，也引起交叉调整干扰。此外，当比较器控制方案应用于自动升降压型变换器的设计，它主要受两个问题困扰。一是如果升压子通道负载电流增大，基于比较器的控制方案会迅速增大占空比来提供更多电流给需要能量的通道。但是因为当对通道负载充电时，电感电流在下降，增大占空比不能有效加快瞬态响应。二，电感电流充电时间和对需要能量的通道放电时间增大以增大平均电感电流和需要能量的通道的负载电流，但是这仅留下少量占空比裕度给其余通道，导致其余通道发生串扰。这是系统右半平面零点对包含升压通道的单电感多输出直流转换器的影响。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术目的在于提供一种基于比较器控制的单电感多输出DC-DC转换器。本专利技术有效地抑制了通道串扰，同时还具有快速的瞬态响应。本专利技术所述的一种基于比较器控制的单电感多输出DC-DC转换器，包括用于产生第一信号vdc<n>的第一PWM发生器和占空比时序控制单元；还包括用于产生第二信号vda<n>的第二PWM发生器、控制模块和电荷泵，所述的第一PWM发生器和第二PWM发生器的信号输出端分别连接控制模块的第一信号输入端和第二信号输入端；所述的控制模块生成占空比受限制的输出信号vd<n>，并将输出信号vd<n>输入到占空比信号时序控制单元；所述的控制模块与电荷泵共同作用生成用于调节第二信号vda<n>的反馈信号va<n>；所述的控制模块根据第一信号vdc<n>生成第三信号Tw，将第三信号Tw转化为电感电流控制信号，所述的电感电流控制信号用于调节电感电流。优选地，所述的输出信号vd<n>的占空比为第一信号vdc<n>的占空比和第二信号vda<n>的占空比中的最小值。优选地，所述的电荷泵包括输出电容和用于为输出电容充电的电荷泵电流源，所述的反馈信号va<n>由电荷泵产生并输入到第二PWM信号发生器中；所述的控制模块将第一信号vdc<n>和第二信号vda<n>的占空比差值控制电荷泵进行积分以获得反馈信号va<n>，将反馈信号va<n>进行累加以获得累加值∑va<n>，并根据累加值∑va<n>获得控制信号vofl；所述的控制信号vofl用于控制电荷泵电流源停止对电荷泵的输出电容充电。优选地，还包括PI补偿器、电流采样电路和用于放大误差信号ve<n>的跨导放大器，所述的电流采样电路用于产生电流电感检测信号isen；将第三信号Tw和开关周期Ts的差值积分后与经过跨导放大器放大的误差信号ve<n>累加转化为第四信号vc，分别在PI补偿器的两个输入端输入第四信号vc和电流电感检测信号isen，通过PI补偿器生成第五信号vrf，将第五信号vrf与互补斜坡进行比较，生成电源开关控制信号，所述的电源开关控制信号包括第一电源开关控制信号vdr和第二电源开关控制信号vdf。优选地，所述的第一PWM发生器包括第一比较器和第一补偿斜坡，在所述的第一比较器的第一输入端输入电压误差信号ve<n>，所述的第一补偿斜坡的信号输出端连接第一比较器的第二输入端。优选地，所述的第二PWM发生器包括第二比较器和第二补偿斜坡，所述的第二比较器的第一输入端用于输入反馈信号va<n>，所述的第二补偿斜坡的信号输出端连接第二比较器的第二输入端；所述的第一电源开关控制信号vdr用于调制第二补偿斜坡的斜坡初始值。优选地，所述的第一PWM发生器和第二PWM发生器与电荷泵组成相位单元，所述的相位单元设置两个且独立工作，两个相位单元的时钟信号工作周期为两倍开关周期，相位差为180°。本专利技术所述的一种基于比较器控制的单电感多输出DC-DC转换器，其优点在于：1、通过控制模块对输出信号vd<n>的占空比的限制及再分配，保证了变换器开关频率固定，有效减小通道串扰，使基于比较器的控制方式有效应用于包含升压子变换器的单电感多输出变换器，并且具有快速的瞬态响应。2、使用相位交织技术，将第一PWM发生器产生的第一信号vdc<n>超出工作周期的部分控制信息生成第三信号Tw，将第三信号Tw与开关周期Ts的差值积分用于调整电感电流。3、由第五信号vrf与互补斜坡信号比较产生电源开关控制信号的控制方法适用于自动升降压单电感多输出直流转换器的设计，功率级功率开关S0和S2不会开启在同一周期内，保证了稳态时均值电感电流最小，提高转换效率。附图说明图1是本专利技术一种基于比较器控制的单电感多输出DC-DC转换器的电路原理图；图2是本专利技术一种基于比较器控制的单电感多输出DC-DC转换器的控制算法的状态流程图；图3是本专利技术一种基于比较器控制的单电感多输出DC-DC转换器的触发事件列表；图4是本专利技术一种基于比较器控制的单电感多输出DC-DC转换器的相位交织原理图；图5是本专利技术一种基于比较器控制的单电感多输出DC-DC转换器的电源开关控制信号的独立时序图。附图标记说明：vdc<n>-第一信号，vda<n>-第二信号，vd<n>-输出信号，va<n>-反馈信号，Tw-第三信号，Ts-开关周期，vofl-控制信号，vc-第四信号，isen-电流电感检测信号，vrf-第五信号，ve<n>-电压误差信号。具体实施方式如图1所示，本专利技术所述的一种基于比较器控制的单电感多输出DC-DC转换器，包括用于产生第一信号vdc<n>的第一PWM发生器和占空比时序控制单元；还包括用于产生第二信号vda<n>的第二PWM发生器、控制模块和电荷泵，所述的第一PWM发生器和第二PWM发生器的信号输出端分别连接控制模块的第一信号输入端和第二信号输入端；所述的控制模块生成占空比受限制的输出信号vd<n>，并将输出信号vd<n>输入到占空比信号时序控制单元；所述的控制模块与电荷泵共同作用生成用于调节第二信号vda<n>的反馈信号va<n>；所述的控制模块根据第一信号vdc<n>生成第三信号Tw，将第三信号Tw转化为电感电流控制信号，所述的电感电流控制信号用于调节电感电流。所述的输出信号vd<n>的占空比为第一信号vdc<n>的占空比和第二信号vda<n>的占空比中的最小值。所述的电荷泵包括输出电容和用于为输出电容充电的电荷泵电流源，所述的反馈信号va<n>由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于比较器控制的单电感多输出DC‑DC转换器，包括用于产生第一信号vdc<n>的第一PWM发生器和占空比时序控制单元；其特征在于，还包括用于产生第二信号vda<n>的第二PWM发生器、控制模块和电荷泵，所述的第一PWM发生器和第二PWM发生器的信号输出端分别连接控制模块的第一信号输入端和第二信号输入端；所述的控制模块生成占空比受限制的输出信号vd<n>，并将输出信号vd<n>输入到占空比信号时序控制单元；所述的控制模块与电荷泵共同作用生成用于调节第二信号vda<n>的反馈信号va<n>；所述的控制模块根据第一信号vdc<n>生成第三信号Tw，将第三信号Tw转化为电感电流控制信号，所述的电感电流控制信号用于调节电感电流。

【技术特征摘要】
1.一种基于比较器控制的单电感多输出DC-DC转换器，包括用于产生第一信号vdc<n>的第一PWM发生器和占空比时序控制单元；其特征在于，还包括用于产生第二信号vda<n>的第二PWM发生器、控制模块和电荷泵，所述的第一PWM发生器和第二PWM发生器的信号输出端分别连接控制模块的第一信号输入端和第二信号输入端；所述的控制模块生成占空比受限制的输出信号vd<n>，并将输出信号vd<n>输入到占空比信号时序控制单元；所述的控制模块与电荷泵共同作用生成用于调节第二信号vda<n>的反馈信号va<n>；所述的控制模块根据第一信号vdc<n>生成第三信号Tw，将第三信号Tw转化为电感电流控制信号，所述的电感电流控制信号用于调节电感电流。2.根据权利要求1所述一种基于比较器控制的单电感多输出DC-DC转换器，其特征在于，所述的输出信号vd<n>的占空比为第一信号vdc<n>的占空比和第二信号vda<n>的占空比中的最小值。3.根据权利要求1所述一种基于比较器控制的单电感多输出DC-DC转换器，其特征在于，所述的电荷泵包括输出电容和用于为输出电容充电的电荷泵电流源，所述的反馈信号va<n>由电荷泵产生并输入到第二PWM信号发生器中；所述的控制模块将第一信号vdc<n>和第二信号vda<n>的占空比差值控制电荷泵进行积分以获得反馈信号va<n>，将反馈信号va<n>进行累加以获得累加值∑va<n>，并根据累加值∑va<n>获得控制信号vofl；所述的控制信号vo...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑彦祺，李翠雯，李华艺，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44