DCDC模块自动切换的直流电能变换系统技术方案

一种DCDC模块自动切换的直流电能变换方法和系统包括并联设置的N个DCDC模块，输出电压检测反馈模块和提供工作时钟信号的时钟信号模块；控制模块检测输出到外部负载的电流，并根据负载电流大小计算出需要开启的DCDC模块数量为Q，并输出Q个DCDC模块的使能和开启控制信号；Q个DCDC模块的工作时钟信号CLKN的周期相同，各工作时钟信号CLKN相位差为360度除以Q。多路DCDC模块并联，可输出较大的电流，也降低了系统的功耗；多路DCDC模块均设置在同一芯片上，具有很好的参数一致性特征，各路电流均衡特性好；分时软启动及移相分时控制，避免了过冲，降低了电源输出电压的纹波，输出特性更稳定。

DC power conversion system with automatic switching of DCDC module

A DCDC module automatic switching DC power conversion method and system including the N DCDC modules are arranged in parallel, the output voltage detection module and feedback module provides the clock signal clock signal; current control module detection output to the external load, and according to the size of the load current is calculated the number of DCDC modules need to open for Q. And the output of Q DCDC module to enable and open the control signal; cycle clock signal CLKN Q DCDC module is the same as that of the CLKN clock signal phase difference of 360 degrees divided by Q. Multiple parallel DCDC module, which can output large current, but also reduces the power consumption of the system; multiple DCDC modules are mounted on the same chip, with parameter consistency features very good, the current equilibrium characteristics; when the soft start and shift time control, avoid overshoot, reduces the ripple of output power the voltage of the output characteristics of more stable.

【技术实现步骤摘要】
DCDC模块自动切换的直流电能变换系统
本技术属于直流电能变换电路和系统；尤其涉及电流模式的具有多个直流电能变换单元的直流电能变换方法和系统。
技术介绍
现有技术常用于直流电源转换的开关调整器包括BUCK模式开关调整器、BOOST模式开关调整器和BUCK-BOOST模式开关调整器，无论那种模式的开关调整器，通常只有一路DCDC变换电路，当输出电流较大时，其效率较低、发热较大、输出纹波也较大，对电感的饱和电流要求较大。现有技术在一个电能变换系统中仅只有一个DCDC模块，在需要输出电流大的时候，需要电感饱和电流大，电感的体积要求也大；在便携式的应用中显然不再适合，由于空间的限制，需要采用小的电感，小电感的峰值电流较小，在大负载时候发热比较严重，因此限制了单个DCDC模块的输出功率比。为了提高带载能力，在本技术中采用多个DCDC变换模块并联的方式，提高系统整体的带载能力，使得系统具备输出大电流的能力，也通过这样的并联多个DCDC的方式降低了系统的功耗；并且多路DCDC模块均设置在同一芯片上，具有很好的参数一致性特征，在稳定工作状态时候，各路DCDC模块的电流均衡特性好；并且通过各DCDC模块的分时软启动，以及移相分时控制，避免了在开启或关闭多路DCDC时候输出电压或电流的过冲，并且降低了电源输出电压的纹波，输出特性更稳定。由于设置了控制模块，使得系统能根据负载的情况自动调整开启的DCDC模块的数量，且在开启多个DCDC模块后，各DCDC模块之间的电流能获得很好的平衡，各相之间的电流偏差小，一致性好，也提高了整体的电源变换效率，发热小，整个系统的稳定性可靠性好。名词解释：DCDC是英文DirectcurrentDirectcurrent的缩写，中文含义为直流电压变换为直流电压；Current_modeswitchingDCDC的含义为电流模式的直流开关电源转换器；本文中所指的DCDC均为电流模式的直流开关电源转换器，即采用电压和电流同时进行双闭环控制，既采用了反馈电压也采用了反馈电流进行系统控制；EA为erroramplifier的简写，即误差放大器；OSC为oscillator的简写，即振荡器；MCU为MicroControllerUnit的缩写，中文含义是微控制器；BUCK模式开关调整器在本申请中的含义为采用BUCKREGULATOR方式的降压DC/DC变换电路；BOOST模式开关调整器在本申请中的含义为采用BOOSTREGULATOR方式的降压DC/DC变换电路；BUCK-BOOST模式开关调整器在本申请中的含义为采用BUCK-BOOST拓扑结构的升降压DC/DC变换电路；是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。PWM是英文PulseWidthModulation的缩写，中文含义为脉冲宽度调制；脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种多相自动切换的直流电能变换系统，在需要大负载电流时，自动依据负载电流大小启动必要数量的DCDC模块，降低电能变换系统的功耗减少发热，并且使得系统更稳定，输出纹波更小。解决上述技术问题采用的技术方案是一种DCDC模块自动切换的直流电能变换方法，包括以下步骤：A：并联方式设置N个用于将输入直流电压Vin变换为输出电压Vout的DCDC模块，N为所述DCDC模块的数量，N取值范围为1至M的自然数；设置用于输出电压Vout检测和反馈的输出电压检测反馈模块和用于同时为N个DCDC模块提供工作时钟信号CLKN的时钟信号模块；B：所述输出电压检测反馈模块采样输出电压并与设定的输出电压参考值Vref0比较，输出峰值电流控制信号VC到各DCDC模块；所述DCDC模块依据峰值电流控制信号VC调整输出峰值电流从而改变输出电压Vout；C:N个DCDC模块分别接受来自于所述时钟信号模块输出的工作时钟信号CLKN；D:设置用于N个DCDC模块使能和开启控制的控制模块；所述控制模块检测输出到外部负载的电流ILoadsen，并根据检测到的负载电流ILoadsen大小计算出需要开启的DCDC模块数量为Q，并输出相应Q个DCDC模块的使能和开启控制信号；即所述控制模块根据负载电流ILoadsen大小，控制不同数量的DCDC模块的开启或关闭；使Q个DCDC模块输出电流大小和外部负载电流需求相适应；F：所述时钟信号模块输出的Q个DCDC模块的工作时钟信号CLKN的周期相同，各工作时钟信号CLKN相位差为360度除以Q。解决上述技术问题采用的技术方案还可以是一种DCDC模块自动切换的直流电能变换系统，包括：N个并联设置的用于将输入直流电压Vin变换为输出电压Vout的DCDC模块，N为所述DCDC模块的数量，N取值范围为1至M的自然数；用于输出电压Vout检测和反馈的输出电压检测反馈模块；其特征在于，所述直流电能变换系统还包括，用于同时为N个DCDC模块提供工作时钟信号CLKN的时钟信号模块；用于N个DCDC模块使能和开启控制的控制模块；N个DCDC模块分别接受来自于所述时钟信号模块输出的工作时钟信号CLKN；所述控制模块检测输出到外部负载的电流ILoadsen，并根据检测到的负载电流ILoadsen大小计算出需要开启的DCDC模块数量为Q，并输出相应Q个DCDC模块的使能和开启控制信号；即所述控制模块根据负载电流ILoadsen大小，控制不同数量的DCDC模块的开启或关闭；使Q个DCDC模块输出电流大小和外部负载电流需求相适应；所述时钟信号模块输出的Q个DCDC模块的工作时钟信号CLKN的周期相同，各工作时钟信号CLKN的相位差为360度除以Q。所述DCDC模块的SW管脚和地之间连接有外部电感，所述DCDC模块和外部电感组成完整的BUCK-BOOST变换器，即升降压式变换器，该升降压式变换器是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。当然所述DCDC模块还可以是包括其他实现方式的电源变换电路，如BUCK模式开关调整器或者是BOOST模式开关调整器，若采用不同模式的电源变换电路，相关电子元件的连接方式也会有相应的调整，相应信号的时序关系也会有相应的变化，该部分为现有技术，不在本技术中赘述。所述直流电能变换系统开启的初始状态，只有第一DCDC模块工作；当所述控制模块检测到的负载电流ILoadsen大于等于负载电流第一门限值，所述控制模块输出使能控制信号和开启控制信号到第二DCDC模块，使第二DCDC模块开启；所述第一DCDC模块和所述第二DCDC模块从所述时钟信号模块获得各自的工作时钟信号CLK1和CLK2；所述第一DCDC模块的工作时钟信号CLK1和所述第二DCDC模块的工作时钟信号CLK2的相位差为180度；当所述控制模块检测到的负载电流小于负载电流第一门限值，所述控制模块输出使能控制信号和开启控制信号到第二DCDC模块，使第二DCDC模块关闭。所述第一DCDC模块和所述第二DCDC模块都工作时，当所述控制模块检测到的负载电流IL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DCDC模块自动切换的直流电能变换系统，包括：N个并联设置的用于将输入直流电压Vin变换为输出电压Vout的DCDC模块（800），N为所述DCDC模块（800）的数量，N取值范围为1至M的自然数；用于输出电压Vout检测和反馈的输出电压检测反馈模块（700）；其特征在于，所述直流电能变换系统还包括，用于同时为N个DCDC模块（800）提供工作时钟信号CLKN的时钟信号模块（300）；用于N个DCDC模块（800）使能和开启控制的控制模块（900）；N个DCDC模块（800）分别接受来自于所述时钟信号模块（300）输出的工作时钟信号CLKN；所述控制模块（900）检测输出到外部负载的电流ILoadsen，并根据检测到的负载电流ILoadsen大小计算出需要开启的DCDC模块（800）数量为Q，并输出相应Q个DCDC模块（800）的使能和开启控制信号；即所述控制模块（900）根据负载电流ILoadsen大小，控制不同数量的DCDC模块（800）的开启或关闭；使Q个DCDC模块（800）输出电流大小和外部负载电流需求相适应；所述时钟信号模块（300）输出的Q个DCDC模块（800）的工作时钟信号CLKN的周期相同，各工作时钟信号CLKN的相位差为360度除以Q。...

【技术特征摘要】
1.一种DCDC模块自动切换的直流电能变换系统，包括：N个并联设置的用于将输入直流电压Vin变换为输出电压Vout的DCDC模块（800），N为所述DCDC模块（800）的数量，N取值范围为1至M的自然数；用于输出电压Vout检测和反馈的输出电压检测反馈模块（700）；其特征在于，所述直流电能变换系统还包括，用于同时为N个DCDC模块（800）提供工作时钟信号CLKN的时钟信号模块（300）；用于N个DCDC模块（800）使能和开启控制的控制模块（900）；N个DCDC模块（800）分别接受来自于所述时钟信号模块（300）输出的工作时钟信号CLKN；所述控制模块（900）检测输出到外部负载的电流ILoadsen，并根据检测到的负载电流ILoadsen大小计算出需要开启的DCDC模块（800）数量为Q，并输出相应Q个DCDC模块（800）的使能和开启控制信号；即所述控制模块（900）根据负载电流ILoadsen大小，控制不同数量的DCDC模块（800）的开启或关闭；使Q个DCDC模块（800）输出电流大小和外部负载电流需求相适应；所述时钟信号模块（300）输出的Q个DCDC模块（800）的工作时钟信号CLKN的周期相同，各工作时钟信号CLKN的相位差为360度除以Q。2.根据权利要求1所述DCDC模块自动切换的直流电能变换系统，其特征在于：所述DCDC模块（800）的SW管脚和地之间连接有外部电感，所述DCDC模块（800）和外部电感组成完整的BUCK-BOOST变换器，即升降压式变换器，该升降压式变换器是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。3.根据权利要求2所述DCDC模块自动切换的直流电能变换系统，其特征在于：所述直流电能变换系统开启的初始状态，只有第一DCDC模块（801）工作；当所述控制模块（900）检测到的负载电流ILoadsen大于等于负载电流第一门限值，所述控制模块（900）输出使能控制信号和开启控制信号到第二DCDC模块（802），使第二DCDC模块（802）开启；所述第一DCDC模块（801）和所述第二DCDC模块（802）从所述时钟信号模块（300）获得各自的工作时钟信号CLK1和CLK2；所述第一DCDC模块（801）的工作时钟信号CLK1和所述第二DCDC模块（802）的工作时钟信号CLK2的相位差为180度；当所述控制模块（900）检测到的负载电流小于负载电流第一门限值，所述控制模块（900）输出使能控制信号和开启控制信号到第二DCDC模块（802），使第二DCDC模块（802）关闭。4.根据权利要求3所述DCDC模块自动切换的直流电能变换系统，其特征在于：所述第一DCDC模块（801）和所述第二DCDC模块（802）都工作时，当所述控制模块（900）检测到的负载电流ILoadsen大于等于负载电流第二门限值，所述控制模块（900）输出使能控制信号和开启控制信号到第三直流电源转换模块，使第三直流电源转换模块开启；所述第一DCDC模块（801）、所述第二DCDC模块（802）和第三直流电源转换模块从所述时钟信号模块（300）获得各自的工作时钟信号CLK1、CLK2和CLK3；所述第一DCDC模块（801）的工作时钟信号CLK1和所述第二DCDC模块（802）工作时钟信号CLK2的相位差为120度；所述第二DCDC模块（802）工作时钟信号CLK2和第三直流电源转换模块获得的时钟信号CLK3的相位差为120度；当所述控制模块（900）检测到的负载电流ILoadsen小于负载电流第二门限值，所述控制模块（900）输出使能控制信号和开启控制信号到第三直流电源转换模块，使第三直流电源转换模块关闭。5.根据权利要求4所述DCDC模块自动切换的直流电能变换系统，其特征在于：所述第一DCDC模块（801）和所述第二DCDC模块（802）都工作时，当所述控制模块（900）检测到的负载电流ILoadsen大于等于负载电流第三门限值，所述控制模块（900）输出使能控制信号和开启控制信号到第三直流电源转换模块和第四直流电源转换模块，使第三直流电源转换模块和第四直流电源转换模块开启；所述第一DCDC模块（801）、所述第二DCDC模块（802）、第三直流电源转换模块和第四直流电源转换模块从所述时钟信号模块（300）获得各自的工作时钟信号CLK1、CLK2、CLK3和CLK4；所述第一DCDC模块（801）的工作时钟信号CLK1和所述第二DCDC模块（802）的工作时钟信号CLK2的相位差为90度；所述第二DCDC模块（802）的工作时钟信号CLK2和第三直流电源转换模块的工作时钟信号CLK3的相位差为90度；所述第三直流电源转换模块的工作时钟信号CLK3和第四直流电源转换模块获得的时钟信号CLK4的相位差为90度；当所述控制模块（900）检测到的负载电流小于负载电流第三门限值，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海波，麦凯，李盛峰，柏志彬，
申请(专利权)人：深圳市华芯邦科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44