用于控制單電感器雙輸出dc/dc轉換器的系統和方法

文檔序號：7330524閱讀：186來源：國知局

專利名稱：用于控制單電感器雙輸出dc/dc轉換器的系統和方法
技術領域：
本發明涉及DC/DC轉換器，且更具體地涉及單電感器雙輸出DC/DC轉換器。背景單電感器雙輸出DC/DC轉換器使得能夠使用單個電感器來獲得雙經調節輸出電壓。與使用雙電感器的轉換器相比，單電感器雙輸出DC/DC轉換器具有高效率、低成本和較小的尺寸。DC/DC轉換器的電感器尺寸可以相當的大。通過在DC/DC轉換器內僅使用單個電感器來生成兩個輸出電壓軌，轉換器的總尺寸可大大減小由此使得電路能夠實現在單個功率模塊中。在一個實施例中，使用總共10安負載電流的系統提供一種穩定結構，且能夠實現93. 5%的總效率峰值。單電感器雙輸出轉換器可用在諸如太陽能應用之類的需要大輸入電壓變化的系統中。太陽能應用與空間有限應用的不同之處在于，在太陽能系統中，需要若干降壓轉換器來向系統提供來自從太陽能電池板的輸出獲取的高變化DC電壓的偏壓。如果僅使用單個電感器來處理這項工作，將大大降低系統的總尺寸和成本。使用80伏輸入電壓和達到50毫安負載電流的太陽能應用實施例具有優于常規線性調節方案的總效率。概述如本文所披露和描述的，本發明包括DC/DC轉換器，其包括響應于輸入電壓生成至少兩個輸出電壓的電壓調節電路。電壓調節電路還包括被連接成接收輸入電壓的多個主開關。連接多個輔助開關以提供至少兩個輸出電壓。單個電感器連接在多個主開關和多個輔助開關之間。雙輸出PWM控制器響應于來自第一輸出電壓的第一反饋電壓利用第一控制回路提供第一 PWM控制信號以控制多個主開關的操作，并且響應于來自第二輸出電壓的第二反饋電壓利用第二控制回路提供第二 PWM控制信號以控制多個輔助開關的操作。

為了更全面地理解，現參考以下結合附圖進行的描述，在附圖中圖1是用于高電流空間有限應用的DC/DC轉換器的示意圖；圖2是示出對于在圖1的DC/DC轉換器的每個軌上達5安負載的系統效率數據的表；圖3是用于諸如太陽能應用之類的高輸入電壓變化系統的DC/DC轉換器的示意圖；圖4是示出圖3的DC/DC轉換器的系統效率的表；圖5示出用于控制圖1和3的DC/DC轉換器的操作的第一控制方案的示意圖；圖6是描述圖5的控制方案的操作的流程圖7示出用于控制圖1和3的DC/DC轉換器的第二控制方案；以及圖8是描述圖7的DC/DC轉換器控制方案的操作的流程圖。
具體實施例方式現在參考附圖，其中在全部附圖中相同的附圖標記用來指代相同的元件，說明和描述了用于控制單電感器雙輸出DC/DC轉換器的系統和方法的多個視圖和實施例，還描述了其它可能的實施例。這些附圖不一定是按比例繪制的，而且僅為說明目的起見，在某些實例中有幾處已將附圖放大和/或簡化。本領域普通技術人員將可理解基于可能實施例的以下示例的許多可能應用和變型。單電感器雙輸出DC/DC轉換器使得能夠使用單個電感器來獲得雙經調節輸出電壓。這提供了一種與利用雙電感器的轉換器相比高效率、較低成本和較小尺寸的DC/DC轉換器。通常，DC/DC轉換器的電感器尺寸可以相當的大。通過在DC/DC轉換器內僅使用單個電感器來生成兩個輸出電壓軌，DC/DC轉換器的總尺寸可大大減小，使得電路能夠實現在單個功率模塊中。在一個實施例中，使用總共10安負載電流(每個輸出處5安)的系統提供一種穩定結構，且能夠實現93. 5%的總效率峰值。單電感器雙輸出轉換器還可用在諸如太陽能應用之類的需要大輸入電壓變化的系統中。太陽能應用與空間有限應用的不同之處在于，在太陽能系統中，需要若干DC/DC降壓轉換器來向系統提供來自從太陽能電池板的輸出獲取的高變化DC電壓的偏壓。如果僅使用單個電感器來處理這項工作，將大大降低系統的總尺寸和成本。在使用80伏輸入電壓和達到50毫安負載電流的太陽能應用實施例中，總效率優于常規線性調節方案。現在參考圖1，示出在高電流空間有限應用中的控制系統的實現。將18伏輸入電壓V輸入(VIN)施加在輸入電壓節點102上。電容器104連接在節點102與地之間。由第一開關晶體管106和第二開關晶體管110構成的主開關連接在節點102和地之間。晶體管 106是N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接在節點102和相節點108之間的漏/源路徑。第二開關晶體管110包括N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接在節點108和地之間的漏/源路徑。電感器112連接在節點108與節點114之間。輔助開關晶體管116和118連接在第一輸出電壓節點120和第二輸出電壓節點 122之間。第一輔助開關晶體管116具有連接在節點120與節點114之間的漏/源路徑。第二輔助開關晶體管118具有連接在節點114與節點122之間的漏/源路徑。輔助開關晶體管116和118中的每一個包括N溝道晶體管。電容器IM連接在第一輸出電壓節點120 與地之間。第二電容器1 連接在第二輸出電壓節點122與地之間。第一負載1 連接至第一輸出電壓節點120，并且在130處生成第一反饋信號FBl。第二負載132連接至第二輸出電壓節點122，并且在134處生成第二反饋FB2。從負載1 提供的FBl反饋信號130和從負載132提供的FB2反饋信號134中的每一個都被提供給雙輸出PWM控制器136。在一個實施例中，雙輸出PWM控制器136可包括由英特塞爾美國股份有限公司提供的英特塞爾 ISL8120控制器。雙通道輸出PWM控制器136包括第一控制回路138和第二控制回路140。第一控制回路138用于生成與主DC/DC轉換器第一開關晶體管106和第二開關晶體管110相關聯的外部驅動器142的PWM控制信號。第二控制回路140響應于FB2控制信號134生成PWM信號。第二控制回路140驅動外部驅動器144，該外部驅動器144驅動輔助開關116和118。響應于18伏輸入電壓Vfi5入，輸出節點的電壓Vfi^ ！ (VOUTl)可等于12伏且電流達5安，而節點122的輸出電壓可等于3. 3V伏且電流達5安。來自節點120的Vfi^1電壓被提供給第一控制回路138以控制轉換器開關晶體管106和110的占空比。感測V_2(V0UT2)電壓并將其提供給第二控制回路140以控制輔助開關116和118的占空比。在控制回路138和控制回路140內生成的兩個PWM信號的相移是0度，因此第一和第二開關晶體管106和110同時關閉。現在參考圖2，示出圖1電路對于每個輸出電壓節點120和122處達5安負載的系統效率。總系統效率達10安(每個輸出5安)。峰值效率約為93. 5%且DC/DC轉換器在整個負載范圍上維持良好效率。DC/DC轉換器的開關頻率接近500kHz。現在參考圖3，示出示意性用于具有高輸入電壓變化的高電壓低電流系統的系統。將20V至80V的輸入電壓V· (VIN)施加在輸入電壓節點302上。電容器304連接在節點 302與地之間。由第一開關晶體管306和第二開關晶體管310構成的主開關連接在節點302 和地之間。晶體管306是N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接在節點302和相節點308 之間的漏/源路徑。第二開關晶體管310包括N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接在節點308和地之間的漏/源路徑。電感器312連接在節點308與節點314之間。輔助開關晶體管316和318連接在第一輸出電壓節點320和第二輸出電壓節點 322之間。第一輔助開關晶體管316具有連接在節點320與節點314之間的漏/源路徑。第二輔助開關晶體管318具有連接在節點314與節點322之間的漏/源路徑。輔助開關晶體管316和318中的每一個包括N溝道晶體管。電容器3M連接在第一輸出電壓節點320 與地之間。第二電容器3 連接在第二輸出電壓節點322與地之間。第一負載3 連接至第一輸出電壓負載320，并且在330處生成第一反饋信號FBl。第二負載332連接至第二輸出電壓節點322，并且在334處生成第二反饋FB2。從負載3 提供的FBl反饋信號330和從負載332提供的FB2反饋信號334中的每一個都被提供給雙輸出PWM控制器336。在一個實施例中，雙輸出PWM控制器336可包括由英特塞爾美國股份有限公司提供的英特塞爾 ISL8120控制器。雙通道輸出PWM控制器336包括第一控制回路338和第二控制回路340。第一控制回路338用于生成與主DC/DC轉換器開關306和310相關聯的外部驅動器342的PWM控制信號。第二控制回路340響應于FB2控制信號334生成PWM信號。第二控制回路340驅動外部驅動器344，該外部驅動器344驅動輔助開關316和318。正如所看到的，圖3的電路配置類似于先前參考圖1的高電流空間有限實現描述的電路配置。在高輸入電壓變化應用中，在節點302處的輸入電壓可在20伏至80伏的范圍內。節點320處12伏的輸出電壓Vfi^1 (VOUTl)被感測并饋送至第一電流控制回路 338以控制轉換器開關306和310的占空比。節點322處約3. 3伏的輸出電壓Vfi^2 (V0UT2) 被感測并饋送至控制輔助開關316和318的占空比的第二控制回路340。圖4包括示出對于50毫安輸出電流If俞出JIOUTDJO毫安If俞出2(IOUT2)電流或不同的輸入電壓Vfi^ (VIN)測試的總系統效率的表。在圖3的實現中，輸入電壓Vfi5入可在 20伏至80伏的范圍中。第一輸出電壓Vfi^ JVOUTl)將約為12伏且輸出電流為50毫安。第二輸出電壓Vfi^2 (V0UT2)將約為3伏且輸出電流為20毫安。
現在參考圖5，示出關于雙輸出PWM控制器的控制回路的進一步細節。如前所述，雙輸出DC/DC轉換器包括輸入電壓節點502，輸入電壓(VIN)被施加至該輸入電壓節點 502。電容器504連接在輸入電壓節點502與地之間。主開關晶體管由連接在節點502和地之間的晶體管506和508構成。晶體管506包括N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接在節點502和節點510之間的漏/源路徑。晶體管508包括N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接在節點510和地之間的漏/源路徑。晶體管506和508的柵極從外部驅動器 512接收驅動信號，該外部驅動器512響應于來自雙輸出PWM控制器514的PWM控制信號。電感器516連接在節點510與節點518之間。一對次要晶體管開關522和525連接在第一輸出電壓節點！ (VOUTl) 524和第二輸出電壓節點VfM2 (V0UT2) 526之間。晶體管522包括N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接在節點518和節點5 之間的漏/源路徑。晶體管525包括N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接在節點5M和節點518之間的漏/源路徑。晶體管525包括N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接在節點518和節點5 之間的漏/源路徑。電容器5 連接在節點5 與地之間。電容器530連接在節點5 與地之間。晶體管522和525的柵極被連接成從外部驅動器512和532接收驅動器信號，該外部驅動器512和532響應于從雙輸出PWM控制器514提供的PWM控制信號生成驅動器信號。第一和第二負載534和536分別連接至輸出電壓節點和Vfi^2526。電壓感測電路538監測來自節點524的輸出電壓以生成FB2控制信號。電壓感測電路540監視節點5 處的輸出電壓以生成第二電壓反饋信號FBI。雙輸出PWM控制器 514從電壓感測電路538和540中的每一個接收反饋控制信號FBl和FB2。FBl信號被提供給第一控制回路M2。第一控制回路542包括誤差放大器M4，該誤差放大器544的反相輸入連接至FBl輸入引腳且其非反相輸入連接成從電壓源546接收基準電壓VKEF。誤差放大器544將反饋電壓與基準電壓進行比較以在節點548處生成誤差電壓信號(COMP)。在輸出 COMPl引腳處提供誤差放大器544的輸出，該輸出被提供給相關聯的比例積分微分(PID)補償網絡550。PID網絡550在誤差放大器M4向輸入FBl引腳提供回路補償的反饋回路中。誤差放大器544的輸出還與比較器552的非反相輸入相連。比較器522將來自誤差放大器544的COMP信號與提供給比較器552的反相輸入的斜率補償斜坡信號進行比較。當COMP信號超過比較器552的輸入處的斜坡信號時，比較器552確定PWMl輸出信號的占空比并將控制輸出提供給PWM調制器554。PWM調制器554生成反相器513的PWM控制信號，該反相器513的輸出連接至外部驅動器512使得外部驅動器512可驅動主開關506和 508。結果，由外部驅動器512提供的柵驅動信號對于開關506和508將是互補的。負反饋回路確保Vfi^1節點524的電壓調節。當Vfi^1電壓增加時，反饋回路將迫使開關506較短的導通時間。這將導致較少的能量通過電感器516傳送，且節點5M處的輸出電壓Vfi^ i將下降到穩定狀態值。第二控制回路556用于控制包括晶體管522和525的輔助開關的導通和截止時間。第二控制回路556以與參考控制回路542描述相同的方式操作。控制回路556內的元件以類似方式操作且因此使用相似的附圖標記。由于控制回路以類似的方式操作，所以晶體管522和525的柵驅動信號也將是互補的。當節點5 處的Vfi^2軌電壓增加時，負反饋控制回路將迫使晶體管525較短的導通時間和晶體管開關522更長的導通時間。這將導致較少的能量傳送至節點5 處的Vfi^2軌，且該電壓將下降到穩定狀態值。因為兩個信道的PWM相移是0度，所以主晶體管開關506和輔助晶體管開關522的截止信號是同步的。現在參考圖6，示出描述多信道PWM控制器的控制回路的操作的流程圖。最初，在步驟602感測輸出電壓Vfi^ (VOUT)。在步驟604，所感測的輸出電壓作為反饋提供給控制 IC。在步驟606，在控制回路的誤差放大器M4內，將輸出電壓Vfi^與基準電壓Vkef進行比較。在步驟608，這用于生成誤差電壓/COMP信號。在步驟610，將COMP信號提供給PID補償網絡以在誤差放大器M4內提供反饋補償。在步驟612，還通過比較器552將COMP信號與斜率補償斜坡信號進行比較。在步驟614，這種比較的結果用于生成提供給PWM調制器 554的PWM控制信號。在步驟616，PWM調制器554生成PWM控制信號，在步驟618，該PWM 控制信號由外部驅動器電路使用以生成驅動信號。在步驟620，提供給各開關晶體管的驅動信號的切換用于生成相關聯的輸出電壓。對于每個輸出電壓軌，每個控制回路以類似的方式操作。現在參考圖7，示出用于多通道PWM控制器的控制回路的交流模式控制方法。如前所述，雙輸出DC/DC轉換器包括輸入電壓節點702，輸入電壓(VIN)被施加至該輸入電壓節點702。電容器704連接在輸入電壓節點702與地之間。主開關晶體管由連接在節點 702和地之間的晶體管706和708構成。晶體管706包括N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接在節點702和節點710之間的漏/源路徑。晶體管708包括N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接在節點710和地之間的漏/源路徑。晶體管706和708的柵極從外部驅動器712接收驅動信號，該外部驅動器712響應于來自雙輸出PWM控制器714的PWM控制信號。電感器716連接在節點710與節點718之間。一對次要晶體管開關722和725連接在第一輸出電壓節點！ (VOUTl) 724和第二輸出電壓節點VfM2 (V0UT2) 726之間。晶體管722包括N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接在節點718和節點7 之間的漏/源路徑。晶體管725包括N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接在節點7M和節點718之間的漏/源路徑。晶體管725包括N溝道晶體管，該N溝道晶體管具有連接在節點718和節點7 之間的漏/源路徑。電容器7 連接在節點7M與地之間。電容器730連接在節點7 與地之間。晶體管722和725的柵極被連接成從外部驅動器712和732接收驅動器信號，該外部驅動器712和732響應于從雙輸出PWM控制器714提供的PWM控制信號生成驅動器信號。第一和第二負載734和736分別連接至輸出電壓節點Vfi^ JM和Vf_2726。電壓感測電路738監測來自節點7 的輸出電壓以生成FB2控制信號。電壓感測電路740監視節點7 處的輸出電壓以生成第二電壓反饋信號FBI。多信道PWM控制器 714從電壓感測電路738和740中的每一個接收反饋控制信號FBl和FB2。FBl信號被提供給第一控制回路742。第一控制回路742包括誤差放大器744，該誤差放大器744的反相輸入連接至FBl輸入引腳且其非反相輸入連接成從電壓源746接收基準電壓VKEF。誤差放大器744將反饋電壓與基準電壓進行比較以在節點748處生成誤差電壓信號(COMP)。在輸出 COMPl引腳處提供誤差放大器744的輸出，該輸出被提供給相關聯的比例積分微分(PID)補償網絡750。PID網絡750在誤差放大器744向輸入FBl引腳提供回路補償的反饋回路中。誤差放大器744的輸出還與比較器752的非反相輸入相連。比較器752將來自誤差放大器744的COMP信號與提供給比較器752的反相輸入的經修改的斜率補償斜坡信號進行比較。圖5中描述的方法和圖7中描述的電流模式控制方法之間的差別在于具有附加的電感器電流感測網絡760，它直接感測穿過電感器716的電感器電流波形。在加法器762 處，所感測的電感器波形與內部的斜率補償斜坡信號相加。當COMP信號超過比較器752的輸入處的斜坡信號時，比較器752確定PWMl輸出信號的占空比并將控制輸出提供給PWM調制器754。PWM調制器7M生成反相器713的PWM控制信號，該反相器713的輸出連接至外部驅動器712使得外部驅動器712可驅動主晶體管開關706和708。結果，由外部驅動器 712提供的柵驅動信號對于開關706和508將是互補的。負反饋回路確保Vfi^工節點7M 的電壓調節。當Vfi^1電壓增加時，反饋回路將迫使開關706較短的導通時間。這將導致較少的能量通過電感器716傳送，且節點7M處的輸出電壓Vfi^1將下降到穩定狀態值。第二控制回路756用于控制包括晶體管722和725的輔助開關的導通和截止時間。第二控制回路756以與參考控制回路742描述相同的方式操作。控制回路756內的元件以類似方式操作且因此使用相似的附圖標記。由于控制回路以類似的方式操作，所以晶體管722和725的柵驅動信號也將是互補的。當節點7 處的Vfi^2軌電壓增加時，負反饋控制回路將迫使開關725較短的導通時間和晶體管開關722更長的導通時間。這將導致較少的能量傳送至節點7 處的Vfi^2軌，且該電壓將下降到穩定狀態值。因為兩個信道的 PWM相移是0度，所以主開關706和輔助開關722的截止信號是同步的。現在參考圖8，示出描述DC/DC轉換器的每個信道的控制回路的操作的流程圖。通過使用電流模式控制，將減少第一信道輸出電流變化至第二信道輸出變化的影響，因此可最小化交叉調制問題。在步驟802，感測輸出電壓Vfi^ (VOUT)并在步驟804將其作為反饋提供給控制IC。在步驟806，反饋控制回路742或756將輸出電壓與基準電壓Vkef進行比較。在步驟808，這被用于誤差放大器744來生成比較器電壓。在步驟810，響應于比較器電壓，通過PID網絡750提供PID補償回路。另外，在步驟812，通過電流感測網絡760感測穿過電感器716的電感器電流。在步驟814，在加法器762中將感測的電流與斜率補償信號斜坡相加。在步驟816，在比較器752中將相加所得的信號與COMP信號進行比較。在步驟818，比較器752的輸出用于生成PWM控制信號，在步驟820該PWM控制信號被提供給 PWM調制器754以生成PWM信號。在步驟822，通過外部驅動器使用所生成的PWM信號來生成驅動信號，且在步驟擬4輔助和主開關于是可響應于驅動信號生成各種輸出電壓。利用上述系統，提供用于控制單電感器雙輸出DC/DC轉換器的簡單控制方案。系統展示出高電流和高電壓能力，同時超越兩個電感器方案減少電路的尺寸和成本，因為僅需要單個電感器。系統提供良好的總效率且可利用僅包括簡單邏輯電路的PWM控制器。本文描述的單電感器雙輸出轉換器結構可用在諸如功率模塊應用之類需要系統集成的空間有限應用中。該結構尤其用于低電流應用，其中單個電感器的尺寸將小于兩個電感器，且在對于(Vin)、Vfi^ (Vout)、切換頻率等相同的穩定狀態條件下提供相同的峰值電流。所述單電感器雙輸出轉換器結構的另一個優點是輔助輸出(圖5中的Vf_2(VOUt2))不受輸出線電壓變化的影響，因為輸出僅由電流源饋送。同樣通過使用圖7中示出的電流模式控制方案，可減少交叉調節問題(由于負載1電流變化引起的Vs^2(VouU)變化)。本領域的技術人員在得益于本公開內容之后將意識到用于控制單電感器雙輸出 DC/DC轉換器的這種系統和方法提供對單電感器轉換器的改進控制。應當理解的是，本文中的附圖和詳細描述應被認為是說明性而不是限制方式的，而且不旨在受限于所公開的特定形式和示例。反之，如所附權利要求所限定地，在不背離本發明的精神和范圍的情況下，所包括的是對本領域的普通技術人員而言明顯的任何進一步修改、變化、重新排列、替換、替代物、設計選擇以及實施例。因此，旨在使所附權利要求被解釋為包含所有這些進一步修改、變化、重新排列、替換、替代物、設計選擇以及實施例。
權利要求
1.一種DC至DC轉換器，包括電壓調節電路，用于響應于輸入電壓生成至少兩個輸出電壓，其中所述電壓調節電路還包括連接成接收所述輸入電壓的多個主開關；連接成提供所述至少兩個輸出電壓的多個輔助開關；連接在所述多個主開關和所述多個輔助開關之間的單個電感器；雙輸出PWM控制器，所述雙輸出PWM控制器響應于來自第一輸出電壓的第一反饋電壓利用第一控制回路提供第一 PWM控制信號以控制所述多個主開關的操作，并且響應于來自第二輸出電壓的第二反饋電壓利用第二控制回路提供第二 PWM控制信號以控制所述多個輔助開關的操作。
2.如權利要求1所述的DC至DC轉換器，還包括第一驅動器電路，用于響應于所述第一 PWM信號驅動所述多個主開關；以及第二驅動器電路，用于響應于所述第二 PWM信號驅動所述多個輔助開關。
3.如權利要求2所述的DC至DC轉換器，其特征在于，用于驅動所述多個主開關的第一和第二控制信號是互補的，且用于驅動所述多個輔助開關的第一和第二控制信號是互補的。
4.如權利要求2所述的DC至DC轉換器，其特征在于，所述第一控制回路還包括第一誤差放大器，用于將所述第一反饋電壓與基準電壓進行比較并且響應于此生成第一誤差電壓信號；第一比較器，用于將所述第一誤差電壓信號與斜率補償信號進行比較并且響應于此生成第一 PWM控制信號；以及第一 PWM調制器，用于響應于所述第一 PWM控制信號生成第一 PWM信號以驅動所述多個主開關。
5.如權利要求4所述的DC至DC轉換器，其特征在于，所述第二控制回路還包括第二誤差放大器，用于將所述第二反饋電壓與所述基準電壓進行比較并且響應于此生成第二誤差電壓信號；第二比較器，用于將所述第二誤差電壓信號與所述斜率補償信號進行比較并且響應于此生成第二 PWM控制信號；以及第二 PWM調制器，用于響應于所述第二 PWM控制信號生成第二 PWM信號以驅動所述多個輔助開關。
6.如權利要求5所述的DC至DC轉換器，還包括在第一反饋回路中連接在所述第一誤差放大器的輸出和所述第一誤差放大器的第一反饋輸入之間的第一成比例積分微分補償網絡；以及在第二反饋回路中連接在所述第二誤差放大器的輸出和所述第二誤差放大器的第一反饋輸入之間的第二成比例積分微分補償網絡。
7.如權利要求5所述的DC至DC轉換器，還包括電流感測網絡，用于監測穿過所述電感器的電流并生成感測電感器電流波形；以及至少一個加法器電路，用于通過將所述感測電感器電流波形與斜坡信號相加來生成所述斜率補償信號。
8.一種用于單電感器雙輸出DC至DC轉換器的雙輸出PWM控制器，包括多個反饋輸入，每個都來自用于監測所述雙輸出單電感器DC至DC轉換器的輸出電壓的網絡的輸出；第一控制回路，其響應于來自第一反饋輸入的第一反饋電壓提供第一 PWM信號以控制所述DC至DC轉換器的多個主開關的操作；第二控制回路，其響應于來自第二反饋輸入的第二反饋電壓提供第二 PWM信號以控制所述DC至DC轉換器的多個輔助開關的操作；與提供所述第一和第二 PWM信號的所述第一和第二控制回路中的每一個相關聯的輸出ο
9.如權利要求8所述的雙輸出PWM控制器，其特征在于，所述第一和第二PWM信號實現第一和第二控制信號的生成，用于驅動所述第一和第二主開關的第一和第二控制信號是互補的，且用于驅動所述第一和第二輔助開關的第一和第二控制信號是互補的。
10.如權利要求8所述的雙輸出PWM控制器，其特征在于，所述第一控制回路還包括第一誤差放大器，用于將所述第一反饋電壓與基準電壓進行比較并且響應于此生成第一誤差電壓信號；第一比較器，用于將所述第一誤差電壓信號與補償信號進行比較并且響應于此生成第一 PWM控制信號；以及第一 PWM調制器，用于響應于所述第一 PWM控制信號生成第一 PWM信號以驅動所述第一和第二主開關。
11.如權利要求10所述的雙輸出PWM控制器，其特征在于，所述第二控制回路還包括第二誤差放大器，用于將所述第二反饋電壓與所述基準電壓進行比較并且響應于此生成第二誤差電壓信號；第二比較器，用于將所述第二誤差電壓信號與所述補償信號進行比較并且響應于此生成第二 PWM控制信號；以及第二 PWM調制器，用于響應于所述第二 PWM控制信號生成第二 PWM信號以驅動所述第一和第二輔助開關。
12.如權利要求11所述的雙輸出PWM控制器，還包括在第一反饋回路中連接在所述第一誤差放大器的輸出和所述第一誤差放大器的第一反饋輸入之間的第一成比例積分微分補償網絡；以及在第二反饋回路中連接在所述第二誤差放大器的輸出和所述第二誤差放大器的第一反饋輸入之間的第二成比例積分微分補償網絡。
13.如權利要求11所述的雙輸出PWM控制器，還包括在所述第一控制回路中的第一加法器電路，用于通過將與所述DC至DC轉換器的電感器相關聯的感測的電感器電流波形與斜坡信號相加來生成第一斜率補償信號；以及在所述第二控制回路中的第二加法器電路，用于通過將與所述DC至DC轉換器的電感器相關聯的感測的電感器電流波形與斜坡信號相加來生成第二斜率補償信號。
14.一種在雙輸出單電感器DC至DC電壓調節器中提供DC至DC電壓調節的方法，包括以下步驟接收輸入電壓；監測來自所述電壓調節器的多個輸出的反饋電壓；響應于來自第一輸出的第一反饋電壓利用第一控制回路提供第一 PWM信號以控制所述電壓調節器的多個主開關的操作；響應于來自第二輸出的第二反饋電壓利用第二控制回路提供第二 PWM信號以控制多個輔助開關的操作；響應于所述第一 PWM信號對所述多個主開關進行切換；響應于所述第二 PWM信號對所述多個輔助開關進行切換；以及響應于所述輸入電壓和所述主開關和所述輔助開關的切換生成至少兩個輸出電壓。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟響應于所述第一 PWM信號驅動所述多個主開關；以及響應于所述第二 PWM信號驅動所述多個輔助開關。
16.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述提供第一PWM信號的步驟還包括以下步驟將第一反饋電壓與基準電壓進行比較；響應于所述第一反饋電壓和所述基準電壓的比較生成第一誤差電壓信號；將所述第一誤差電壓信號與斜率補償信號進行比較；響應于所述第一誤差電壓信號與斜率補償信號的比較生成第一 PWM控制信號；以及響應于所述第一 PWM控制信號生成第一 PWM信號以驅動所述多個主開關。
17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述提供第二PWM信號的步驟還包括以下步驟將第二反饋電壓與基準電壓進行比較；響應于所述第二反饋電壓和所述基準電壓的比較生成第二誤差電壓信號；將所述第二誤差電壓信號與斜率補償信號進行比較；響應于所述第二誤差電壓信號與斜率補償信號的比較生成第二 PWM控制信號；以及響應于所述第二 PWM控制信號生成第二 PWM信號以驅動所述多個主開關。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟提供在第一反饋回路中連接在所述第一誤差放大器的輸出和所述第一誤差放大器的第一反饋輸入之間的第一成比例積分微分補償網絡；提供在第二反饋回路中連接在所述第二誤差放大器的輸出和所述第二誤差放大器的第一反饋輸入之間的第二成比例積分微分補償網絡；響應于所述第一成比例積分微分補償網絡改變第一反饋電壓；以及響應于所述第二成比例積分微分補償網絡改變第二反饋電壓。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟監測穿過所述電壓調節器的電感器的電流；生成關于所述電壓調節器的電感器的感測的電感器電流波形；以及通過將所述感測的電感器電流波形與斜坡信號相加來生成斜率補償信號。
20.一種太陽能系統，包括至少一個太陽能電池板；連接至所述至少一個太陽能電池板中的每一個的輸出的DC至DC轉換器，所述DC至DC轉換器包括電壓調節電路，用于響應于輸入電壓生成至少兩個輸出電壓，其中所述電壓調節電路還包括連接成接收所述輸入電壓的多個主開關；連接成提供所述至少兩個輸出電壓的多個輔助開關；連接在所述多個主開關和所述多個輔助開關之間的單個電感器；雙輸出PWM控制器，所述雙輸出PWM控制器響應于來自第一輸出電壓的第一反饋電壓利用第一控制回路提供第一 PWM控制信號以控制所述多個主開關的操作，并且響應于來自第二輸出電壓的第二反饋電壓利用第二控制回路提供第二 PWM控制信號以控制所述多個輔助開關的操作。
全文摘要
用于控制單電感器雙輸出DC/DC轉換器的系統和方法。一種DC至DC轉換器包括響應于輸入電壓生成至少兩個輸出電壓的電壓調節電路。電壓調節電路還包括被連接成接收輸入電壓的多個主開關。連接多個輔助開關以提供至少兩個輸出電壓。單個電感器連接在多個主開關和多個輔助開關之間。雙輸出PWM控制器響應于來自第一輸出電壓的第一反饋電壓利用第一控制回路提供第一PWM控制信號以控制多個主開關的操作，并且響應于來自第二輸出電壓的第二反饋電壓利用第二控制回路提供第二PWM控制信號以控制多個輔助開關的操作。可將電流模式控制用于每個控制回路以減少交叉調節問題。
文檔編號H02M3/158GK102142772SQ201110037370
公開日2011年8月3日申請日期2011年1月31日優先權日2010年2月2日
發明者Z·摩蘇伊, 秦繼峰申請人:英特賽爾美國股份有限公司

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