一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC‑DC变换器，包含第一通道和第二通道，包括功率级，所述的功率级包括第六MOS管S1和第七MOS管S2，电感电流通过第六MOS管S1给第一通道的输出Vo1供电，电感电流通过第七MOS管S2给第二通道的输出Vo2供电；还包括用于控制第一通道的第一电荷泵电路和用于控制第二通道的第二电荷泵电路；还包括滞回窗口产生电路和状态机，所述的滞回窗口产生电路和状态机用于调制电感电流。其优点在于：瞬态响应速度快、输入输出电压范围大及通道之间的串扰小。

A Single Inductor Double Output Boost/Buck DC-DC Converter with Hysteretic Current Control

The invention discloses a hysteretic current controlled single inductance double output boost/buck DC DC converter, which comprises a first channel and a second channel, including a power stage. The power stage includes a sixth MOS transistor S1 and a seventh MOS transistor S2. The inductance current supplies the output Vo1 of the first channel through the sixth MOS transistor S1, and the inductance current supplies the output Vo2 of the second channel through the seventh MOS transistor S2. The first charge pump circuit for controlling the first channel and the second charge pump circuit for controlling the second channel are also included. The hysteresis window generation circuit and the state machine are used to modulate the inductance current. Its advantages are: fast transient response, wide range of input and output voltage, and small crosstalk between channels.

【技术实现步骤摘要】
一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器
本专利技术涉及直流-直流变换器，具体涉及一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器。
技术介绍
对于那些需要有多个供电电压的便携式设备来讲，单电感多输出的DC-DC即具有多个交换通道的直流交换器，是一个很好的选择，又由于便携式设备的电池电压会随着使用的时间而发生变化，因此变换器需要有自动升降压的功能。瞬态响应速度和转换效率是衡量DC-DC变换器性能的重要指标，传统的PWM控制方式需要等下一个时钟才能对负载变化做出响应；之前已有的电荷泵控制的变换器存在最后一个通道串扰大的问题；恒定导通时间或恒定关闭时间的控制方式需要有一段固定的给电感充电或者放电的时间，在这段时间内变换器无法响应负载的变化；尾电流控制的变换器存在电感电流波动大的问题。
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滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器。本专利技术具有瞬态响应速度快、输入输出电压范围大及通道之间的串扰小的优点。本专利技术所述的一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器，包含第一通道和第二通道，包括功率级，所述的功率级包括第六MOS管S1和第七MOS管S2，电感电流通过第六MOS管S1给第一通道的输出Vo1供电，电感电流通过第七MOS管S2给第二通道的输出Vo2供电；还包括用于控制第一通道的第一电荷泵电路和用于控制第二通道的第二电荷泵电路；还包括滞回窗口产生电路和状态机，所述的滞回窗口产生电路和状态机用于调制电感电流。优选地，还包括电感电流传感电路、滞回窗口产生电路、补偿电路、状态机和驱动电路，所述的电感电流传感电路用于采样电感电流，将电感电流输入到第一电荷泵电路和第二电荷泵电路中，并将电感电流转化为电压信号VS输入到滞回窗口产生电路；所述的补偿电路生成第一补偿信号VC1输入到第一电荷泵电路，生成第二补偿信号VC2输入到第二电荷泵电路，将第一补偿信号VC1和第二补偿信号VC2累加后输入到滞回窗口产生电路；所述的第一电荷泵电路生成第一电荷泵信号DC1输入到第二电荷泵电路和状态机中，所述的第二电荷泵电路生成第二电荷泵信号DC2输入到状态机中，所述的滞回窗口产生电路的信号输出端连接状态机的信号输入端，所述的状态机的信号输出端连接驱动电路的信号输入端。优选地，所述的功率级还包括第八MOS管SA、第九MOS管SB、第十MOS管SC和电感；在所述的第八MOS管SA的源极输入信号Vg，栅极连接驱动电路的输出信号Dm_p，漏极连接节点VX1；第九MOS管SB的源极接地，栅极接驱动电路的输出信号Dm_n，漏极连接节点VX1；第十MOS管SC的源极接地，栅极接驱动电路的输出信号Dc_d，漏极连接节点VX2；第六MOS管S1的源极接节点VX2，栅极连接驱动电路的输出信号D1_d，漏极接第一通道的输出Vo1；第七MOS管S2的源极连接节点VX2，栅极连接驱动电路的输出信号D2_d，漏极连接第二通道的输出Vo2，所述的电感接入在节点VX1和节点VX2之间。优选地，还包括频率补偿电路，所述的频率补偿电路生成第一补偿电流Ia1输入到第一电荷泵电路中，生成第二补偿电流Ia2输入到第二电荷泵电路中。优选地，所述的频率补偿电路包括控制逻辑单元、第一MOS管Mc1、第二MOS管Mc2、第三MOS管Mc3、第四MOS管Mc4、、第五MOS管Mc5、电容C和电压控制电流源VCCS；所述的第一MOS管Mc1的漏极连接第二MOS管Mc2的漏极，在所述的第一MOS管Mc1的源极接入一个电流源Ib；所述的控制逻辑单元的第一输出端经过一个非门后连接第一MOS管Mc1的栅极，所述的控制逻辑单元的第二输出端经过一个同相门后连接第二MOS管Mc2的栅极，所述的电容C接入在第二MOS管Mc2的漏极与源极之间；所述的第二MOS管Mc2的漏极和源极连接电压控制电流源VCCS，所述的电压控制电流源VCCS连接第三MOS管Mc3的源极和栅极，所述的第三MOS管Mc3的栅极、第四MOS管Mc4的栅极和第五MOS管Mc5的栅极相连接，在所述的第三MOS管Mc3、第四MOS管Mc4和第五MOS管Mc5的漏极输入电压，所述的第四MOS管Mc4的源极输出第一补偿电流Ia1，所述的第五MOS管Mc5的源极输出第二补偿电流Ia2。优选地，还包括斜坡信号产生电路，所述的斜坡信号产生电路生成斜坡信号Vramp并输入到滞回窗口产生电路中。优选地，所述的滞回窗口产生电路根据第一补偿信号VC1和第二补偿信号VC2生成三个参考电压，并将电压信号VS与参考电压进行比较，根据比较结果生成第一控制信号输入到状态机中。优选地，所述的参考电压包括最大电压Vmax、中点电压Vmid和最小电压Vmin；所述的状态机根据输入信号的不同将在状态SASn、SASC以及SBSn之间切换，当变换器工作在降压主导模式时状态机将在状态SASn与状态SBSn之间循环，当变换器工作在升压主导模式时状态机将在状态SASn与状态SASC之间循环；当发生负载变化时如果电压信号VS大于最大电压Vmax，状态机进入状态SBSn；如果电压信号VS小于最小电压Vmin，状态机进入状态SASC。本专利技术所述的一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器，其优点在于：1、本专利技术的每个通道都由一个电荷泵电路控制，每个通道都有独立的充电时间，有效降低了通道之间的串扰。本专利技术的电感电流由滞回窗口产生电路和状态机进行调制，滞回窗口产生电路生成参考电压，即边界电流。在稳态时电感电流不会与最大或最小的边界电流相交，使本专利技术只工作在升压主导模式或降压主导模式下，在一个周期内不会同时出现单独给电感充电和放电的情况，保证了最低的平均电感电流以提升转换效率。2、当发生负载变化时状态机会马上对电感电流进行调制，即如果VS大于Vmax则状态机马上进入状态SBSn，如果VS小于Vmin则状态机马上进入状态SASC，使本专利技术具有快的瞬态响应速度。3、由于电感电流的控制环路的带宽远大于电压控制环路的带宽，当本专利技术工作在降压主导模式时电感电流可能会不稳定，因此设置斜坡信号产生电路进行斜坡补偿，稳定电感电流。4、当本专利技术工作在升压主导模式时，由于需要一段给电感单独充电的时间，导致在升压主导模式下的开关频率要比降压主导模式下的开关频率低很多。因此设置频率补偿电路减小两种工作模式的频率差、减小升压主导模式时的电感电流纹波。附图说明图1是本专利技术所述一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器的电路结构示意图；图2是本专利技术所述一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器的第一电荷泵电路的电路示意图；图3是本专利技术所述一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器的第二电荷泵电路的电路示意图；图4是本专利技术所述一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器的滞回窗口产生电路的电路示意图；图5是本专利技术所述一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器的状态机的状态转移图；图6是本专利技术所述一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器的两种工作模式下的电感电流和相关信号的波形示意图；图7是本专利技术所述一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC‑DC变换器，包含第一通道和第二通道，其特征在于，包括功率级，所述的功率级包括第六MOS管S1和第七MOS管S2，电感电流通过第六MOS管S1给第一通道的输出Vo1供电，电感电流通过第七MOS管S2给第二通道的输出Vo2供电；还包括用于控制第一通道的第一电荷泵电路(21)和用于控制第二通道的第二电荷泵电路(22)；还包括滞回窗口产生电路(3)和状态机(4)，所述的滞回窗口产生电路(3)和状态机(4)用于调制电感电流。

【技术特征摘要】
1.一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器，包含第一通道和第二通道，其特征在于，包括功率级，所述的功率级包括第六MOS管S1和第七MOS管S2，电感电流通过第六MOS管S1给第一通道的输出Vo1供电，电感电流通过第七MOS管S2给第二通道的输出Vo2供电；还包括用于控制第一通道的第一电荷泵电路(21)和用于控制第二通道的第二电荷泵电路(22)；还包括滞回窗口产生电路(3)和状态机(4)，所述的滞回窗口产生电路(3)和状态机(4)用于调制电感电流。2.根据权利要求1所述一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器，其特征在于，还包括电感电流传感电路(1)、补偿电路和驱动电路(5)，所述的电感电流传感电路(1)用于采样电感电流，将电感电流输入到第一电荷泵电路(21)和第二电荷泵电路(22)中，并将电感电流转化为电压信号VS输入到滞回窗口产生电路(3)；所述的补偿电路生成第一补偿信号VC1输入到第一电荷泵电路(21)，生成第二补偿信号VC2输入到第二电荷泵电路(22)，将第一补偿信号VC1和第二补偿信号VC2累加后输入到滞回窗口产生电路(3)；所述的第一电荷泵电路(21)生成第一电荷泵信号DC1输入到第二电荷泵电路(22)和状态机中，所述的第二电荷泵电路(22)生成第二电荷泵信号DC2输入到状态机(4)中，所述的滞回窗口产生电路(3)的信号输出端连接状态机(4)的信号输入端，所述的状态机(4)的信号输出端连接驱动电路(5)的信号输入端。3.根据权利要求2所述一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器，所述的功率级还包括第八MOS管SA、第九MOS管SB、第十MOS管SC和电感；在所述的第八MOS管SA的源极输入信号Vg，栅极连接驱动电路(5)的输出信号Dm_p，漏极连接节点VX1；第九MOS管SB的源极接地，栅极接驱动电路(5)的输出信号Dm_n，漏极连接节点VX1；第十MOS管SC的源极接地，栅极接驱动电路(5)的输出信号Dc_d，漏极连接节点VX2；第六MOS管S1的源极接节点VX2，栅极连接驱动电路(5)的输出信号D1_d，漏极接第一通道的输出Vo1；第七MOS管S2的源极连接节点VX2，栅极连接驱动电路(5)的输出信号D2_d，漏极连接第二通道的输出Vo2，所述的电感接入在节点VX1和节点VX2之间。4.根据权利要求2所述一种滞回电流控制的单电感双输出升/降压DC-DC变换器，其特征在于，还包括频率补偿电路(6)，所述的频率补偿电路(6)生成...

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