单电感器多输出调节器制造技术

本公开涉及单电感器多输出调节器。一种电子装置具有多个电力输出电路，其个别地包含开关控制输入、旁路控制输入、输出晶体管及包含具有耦合到输出晶体管栅极的电阻器及电容器的RC电路及与RC电路电阻器并联的旁路开关的输出控制电路。电子装置包含控制器，其针对给定电力传送周期选择电力输出电路中的一者，闭合旁路开关以绕过选定电力输出电路的电阻器且接通选定电力输出电路的输出晶体管以将电流从电感器传送到选定电力输出电路的负载。流从电感器传送到选定电力输出电路的负载。流从电感器传送到选定电力输出电路的负载。

【技术实现步骤摘要】
单电感器多输出调节器


[0001]本公开涉及电路技术，且更特定来说涉及单电感器多输出调节器。

技术介绍

[0002]多输出电力转换器可用于包含需要不同供应电压的多个组件或模块的小型低电力系统。这些系统通常由单个电源，例如电池来供电。单电感器、多输出(SIMO)电力转换器使用开关及电感器来将输出电力递送到多个输出负载，这是因为通过输出晶体管开关传导的电荷包每次接通一个输出。场效应晶体管(FET)可用于输出切换，例如n沟道(例如，NFET)或p沟道(例如，PFET)晶体管。n沟道晶体管可用作输出晶体管开关，但必须在高于输出电压的电压下产生栅极控制信号。添加电荷泵或专用自举电路会增加电路大小、成本及复杂性。非选定输出晶体管开关在电荷传送到不同的选定输出通道期间具有低泄漏电流是合意的。为了避免由于反向偏压所致的泄漏，输出FET可切换衬底连接以在传导时连接到共享电力节点而在不传导时连接到相关联输出。然而，许多技术不允许对n沟道晶体管进行衬底偏压切换。使用p沟道输出晶体管避免了对电荷泵或自举电路的需要，例如，从而允许栅极由最高输出驱动或每一沟道栅极由其自身输出电压驱动。而且，n沟道输出晶体管开关对晶体管可靠性没有额外限制且许多p沟道工艺允许衬底连接切换以减少或减轻反向偏置。
[0003]然而，在升压型SIMO转换器中，p沟道输出晶体管开关的使用在相对于接通选定输出晶体管开关控制低侧共享充电开关(通常是n沟道晶体管)的关断时带来时序问题。这个配置在低侧充电开关及选定输出晶体管开关两者导通时不允许重叠以避免将选定输出短接到接地或其它低侧开关参考。相反，在切断低侧开关充电开关与接通选定输出晶体管开关之间提供间隙使转换器电感器在时间间隙期间断开连接，这会引起共享输出节点(例如，n沟道低侧开关的漏极)的电压过冲。共享输出节点处的电压上升可能引起通过相对于栅极的上升PFET源极电压而意外接通非选定输出晶体管开关。这个意外接通导致输出电压的交叉调节或可能引起非选定输出超出调节范围且甚至上升到超过相关联负载的最大规格的电压。这种状况可能不会影响输出电压调节，其中每一输出上的负载电流是连续的且高于注入电流，但那种情况并不常见，特别是对于超低电力系统，例如其中负载可具有高占空比的物联网智能传感器。

技术实现思路

[0004]所描述实例提供具有多个输出及输出控制电路的电力转换系统及电子装置(例如，集成电路)，所述输出控制电路包含具有耦合到输出晶体管栅极的电阻器及电容器的RC电路以及与所述RC电路电阻器并联的旁路开关。控制器针对给定电力传送周期选择所述电力输出电路中的一者，闭合所述旁路开关以绕过所述选定电力输出电路的所述电阻器，且接通所述选定电力输出电路的所述输出晶体管以将电流从电感器传送到所述选定电力输出电路的负载。所述RC电路促进非重叠控制以在接通选定输出晶体管之前切断充电晶体管以避免将选定输出短接到接地或其它低侧开关参考，同时使用共同或共享节点电压的自定
时上升来升高非选定输出晶体管的栅极电压以减轻或防止多输出转换器中的意外接通以及由此所致的泄漏及交叉调节。
[0005]一方面，一种电子装置包含：第一及第二输出，其经调适以耦合到相应的第一及第二负载；晶体管；第一及第二输出电路；及控制器。所述晶体管具有耦合到参考电压的源极及漏极。所述相应输出电路包含开关控制输入、旁路控制输入、输出晶体管及输出控制电路。所述相应输出电路的所述输出晶体管的所述源极经耦合到所述晶体管的所述漏极。所述第一及第二输出晶体管的所述漏极经耦合到所述相应的第一及第二输出。所述相应输出控制电路具有电阻器、开关及电容器。所述电阻器及所述开关彼此并联耦合在相应开关控制输入与所述相应输出晶体管的所述栅极之间。所述电容器经耦合在所述相应输出晶体管的所述源极与所述相应输出晶体管的所述栅极之间。所述控制器具有第一及第二开关控制输出，以及第一及第二旁路控制输出。所述第一开关控制输出经耦合到所述第一开关控制输入，所述第一旁路控制输出经耦合到所述第一旁路控制输入，所述第二开关控制输出经耦合到所述第二开关控制输入且所述第二旁路控制输出经耦合到所述第二旁路控制输入。
[0006]在某些实例中，所述相应输出晶体管是p沟道场效应晶体管，且所述晶体管是n沟道场效应晶体管。在某些实例中，所述相应输出电路包含串联耦合在所述相应输出与所述晶体管的所述漏极处的共享或共同节点之间的两个或更多个输出晶体管，其中栅极经耦合在一起。
[0007]在某些实例中，所述控制器经配置以针对将电流从电感器传送到所述第一输出的电力传送周期：在所述第一旁路控制输出处产生闭合所述第一开关的第一旁路控制信号；在所述第二旁路控制输出处产生保持所述第二开关断开的第二旁路控制信号；在所述第一开关控制输出处产生接通所述第一输出晶体管的第一开关控制信号；及在所述第二开关控制输出处产生保持所述第二输出晶体管关断的第二开关控制信号。对于将所述电流从所述电感器传送到所述第二输出的第二电力传送周期，所述控制器经配置以在所述第一旁路控制输出处产生保持所述第一开关断开的所述第一旁路控制信号；在所述第二旁路控制输出处产生闭合所述第二开关的所述第二旁路控制信号；在所述第一开关控制输出处产生保持所述第一输出晶体管关断的所述第一开关控制信号；及在所述第二开关控制输出处产生接通所述第二输出晶体管的所述第二开关控制信号。
[0008]在某些实施方案中，所述控制器包括耦合到所述晶体管的所述栅极的充电开关控制输出。所述控制器经配置以针对所述相应电力传送周期，在所述充电开关控制输出处产生响应于所述电感器的检测到的峰值电流而接通所述晶体管达非零时间且接着切断所述晶体管的充电控制信号。在将所述电流从所述电感器传送到选定输出通道及所述输出中的一者的电力传送周期中，所述控制器经配置以：在所述选定通道的所述旁路控制输出处产生在从期间所述充电控制信号接通所述晶体管的时间直到期间所述开关控制信号接通所述选定通道的所述输出晶体管的时间的所述电力传送周期期间闭合所述选定通道的所述开关的所述旁路控制信号；在所述非选定通道的所述旁路控制输出处产生保持所述非选定通道的所述开关断开的所述旁路控制信号；在所述选定通道的所述开关控制输出处产生在所述充电控制信号切断所述晶体管之后的非零延迟时间接通所述选定通道的所述输出晶体管的所述开关控制信号；及在所述非选定通道的所述开关控制输出处产生保持所述非选定通道的所述输出晶体管断开的所述开关控制信号。
[0009]另一方面，一种电力转换系统包括：输入；电感器，其经耦合到所述输入；第一及第二输出；晶体管；第一及第二输出电路；及控制器。所述晶体管具有耦合到参考电压的源极及漏极。所述相应输出电路包含开关控制输入、旁路控制输入、输出晶体管及输出控制电路。所述相应输出电路的所述输出晶体管的所述源极经耦合到所述晶体管的所述漏极。所述第一及第二输出晶体管的所述漏极经耦合到所述相应的第一及第二输出。所述相应输出控制电路具有电阻器、开关及电容器。所述电阻器及所述开关彼此并联耦合在相应开关控制输入与所述相应输出晶体管的所述栅极之间。所述电容器经耦合在所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子装置，其包括：晶体管，其具有源极、漏极及栅极，所述源极经耦合到参考电压，所述漏极经调适以耦合到电感器；第一输出电路，其具有第一开关控制输入、第一旁路控制输入、第一输出晶体管及第一输出控制电路，所述第一输出晶体管具有源极、漏极及栅极，所述第一输出晶体管的所述源极经耦合到所述晶体管的所述漏极且所述第一输出晶体管的所述漏极经耦合到第一输出，所述第一输出控制电路具有第一电阻器、第一开关及第一电容器，所述第一电阻器及所述第一开关彼此并联耦合在第一开关控制输入与所述第一输出晶体管的所述栅极之间且所述第一电容器经耦合在所述第一输出晶体管的所述源极与所述第一输出晶体管的所述栅极之间；第二输出电路，其具有第二开关控制输入、第二旁路控制输入、第二输出晶体管及第二输出控制电路，所述第二输出晶体管具有源极、漏极及栅极，所述第二输出晶体管的所述源极经耦合到所述晶体管的所述漏极，且所述第二输出晶体管的所述漏极经耦合到第二输出，所述第二输出控制电路具有第二电阻器、第二开关及第二电容器，所述第二电阻器及所述第二开关彼此并联耦合在所述第二开关控制输入与所述第二输出晶体管的所述栅极之间，且所述第二电容器经耦合在所述第二输出晶体管的所述源极与所述第二输出晶体管的所述栅极之间；及控制器，其具有第一开关控制输出、第一旁路控制输出、第二开关控制输出及第二旁路控制输出，所述第一开关控制输出经耦合到所述第一开关控制输入，所述第一旁路控制输出经耦合到所述第一旁路控制输入，所述第二开关控制输出经耦合到所述第二开关控制输入，且所述第二旁路控制输出经耦合到所述第二旁路控制输入。2.根据权利要求1所述的电子装置，其中：所述第一电阻器具有第一端子及第二端子，所述第一电阻器的所述第一端子经耦合到所述第一开关控制输入，所述第一电阻器的所述第二端子经耦合到所述第一输出晶体管的所述栅极；所述第一开关具有第一端子、第二端子及控制端子，所述第一开关的所述第一端子经耦合到所述第一电阻器的所述第一端子，所述第一开关的所述第二端子经耦合到所述第一电阻器的所述第二端子，且所述第一开关的所述控制端子经耦合到所述第一旁路控制输入；所述第一电容器具有第一端子及第二端子，所述第一电容器的所述第一端子经耦合到所述第一电阻器的所述第二端子，且所述第一电容器的所述第二端子经耦合到所述第一输出晶体管的所述源极；且所述第二电阻器具有第一端子及第二端子，所述第二电阻器的所述第一端子经耦合到所述第二开关控制输入，所述第二电阻器的所述第二端子经耦合到所述第二输出晶体管的所述栅极；所述第二开关具有第一端子、第二端子及控制端子，所述第二开关的所述第一端子经耦合到所述第二电阻器的所述第一端子，所述第二开关的所述第二端子经耦合到所述第二电阻器的所述第二端子，且所述第二开关的所述控制端子经耦合到所述第二旁路控制输入；所述第二电容器具有第一端子及第二端子，所述第二电容器的所述第一端子经耦合到所述第二电阻器的所述第二端子，且所述第二电容器的所述第二端子经耦合到所述第二输出晶体管的所述源极。3.根据权利要求2所述的电子装置，其中：所述第一输出晶体管是p沟道场效应晶体管；
且所述第二输出晶体管是p沟道场效应晶体管。4.根据权利要求3所述的电子装置，其中所述晶体管是n沟道场效应晶体管。5.根据权利要求3所述的电子装置，其中：所述第一输出电路进一步包括耦合在所述第一输出晶体管与所述第一输出之间的第三输出晶体管，所述第三输出晶体管是p沟道场效应晶体管且具有源极、漏极及栅极，所述第三输出晶体管的所述源极经耦合到所述第一输出晶体管的所述漏极，所述第三输出晶体管的所述漏极经耦合到所述第一输出，且所述第三输出晶体管的所述栅极经耦合到所述第一输出晶体管的所述栅极；且所述第二输出电路进一步包括耦合在所述第二输出晶体管与所述第二输出之间的第四输出晶体管，所述第四输出晶体管是p沟道场效应晶体管且具有源极、漏极及栅极，所述第四输出晶体管的所述源极经耦合到所述第二输出晶体管的所述漏极，所述第四输出晶体管的所述漏极经耦合到所述第二输出，且所述第四输出晶体管的所述栅极经耦合到所述第二输出晶体管的所述栅极。6.根据权利要求2所述的电子装置，其中：所述第一输出电路进一步包括耦合在所述第一输出晶体管与所述第一输出之间的第三输出晶体管，所述第三输出晶体管具有源极、漏极及栅极，所述第三输出晶体管的所述源极经耦合到所述第一输出晶体管的所述漏极，所述第三输出晶体管的所述漏极经耦合到所述第一输出，且所述第三输出晶体管的所述栅极经耦合到所述第一输出晶体管的所述栅极；且所述第二输出电路进一步包括耦合在所述第二输出晶体管与所述第二输出之间的第四输出晶体管，所述第四输出晶体管具有源极、漏极及栅极，所述第四输出晶体管的所述源极经耦合到所述第二输出晶体管的所述漏极，所述第四输出晶体管的所述漏极经耦合到所述第二输出，且所述第四输出晶体管的所述栅极经耦合到所述第二输出晶体管的所述栅极。7.根据权利要求1所述的电子装置，其中：所述第一输出电路进一步包括耦合在所述第一输出晶体管与所述第一输出之间的第三输出晶体管，所述第三输出晶体管具有耦合到所述第一输出晶体管的所述栅极的栅极；且所述第二输出电路进一步包括耦合在所述第二输出晶体管与所述第二输出之间的第四输出晶体管，所述第四输出晶体管具有耦合到所述第二输出晶体管的所述栅极的栅极。8.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述控制器经配置以在将电流从所述电感器传送到所述第一输出的电力传送周期中：在所述第一旁路控制输出处产生闭合所述第一开关的第一旁路控制信号；在所述第二旁路控制输出处产生保持所述第二开关断开的第二旁路控制信号；在所述第一开关控制输出处产生接通所述第一输出晶体管的第一开关控制信号；及在所述第二开关控制输出处产生保持所述第二输出晶体管关断的第二开关控制信号。9.根据权利要求8所述的电子装置，其中所述控制器经配置以在将所述电流从所述电感器传送到所述第二输出的第二电力传送周期中：在所述第一旁路控制输出处产生保持所述第一开关断开的所述第一旁路控制信号；
在所述第二旁路控制输出处产生闭合所述第二开关的所述第二旁路控制信号；在所述第一开关控制输出处产生保持所述第一输出晶体管关断的所述第一开关控制信号；及在所述第二开关控制输出处产生接通所述第二输出晶体管的所述第二开关控制信号。10.根据权利要求9所述的电子装置，其中：所述控制器包括耦合到所述晶体管的所述栅极的充电开关控制输出；所述控制器经配置以在将所述电流从所述电感器传送到所述第一输出的所述电力传送周期中：在所述充电开关控制输出处产生响应于所述电感器的检测到的峰值电流而接通所述晶体管达非零时间且接着切断所述晶体管的充电控制信号；在所述第一旁路控制输出处产生在从期间所述充电控制信号接通所述晶体管的时间直到期间所述第一开关控制信号接通所述第一输出晶体管的时间的所述电力传送周期期间闭合所述第一开关的所述第一旁路控制信号；在所述第二旁路控制输出处产生保持所述第二开关断开的所述第二旁路控制信号；在所述第一开关控制输出处产生在所述充电控制信号切断所述晶体管之后的非零延迟时间接通所述第一输出晶体管的所述第一开关控制信号；及在所述第二开关控制输出处产生保持所述第二输出晶体管关断的所述第二开关控制信号；且所述控制器经配置以在将所述电流从所述电感器传送到所述第二输出的所述第二电力传送周期中：在所述充电开关控制输出处产生响应于所述电感器的所述检测到的峰值电流而接通所述晶体管达所述非零时间且接着切断所述晶体管的所述充电控制信号；在所述第一旁路控制输出处产生保持所述第一开关断开的所述第一旁路控制信号；在所述第二旁路控制输出处产生在从期间所述充电控制信号接通所述晶体管的时间直到期间所述第二开关控制信号接通所述第二输出晶体管的时间的所述第二电力传送周期期间闭合所述第二开关的所述第二旁路控制信号；在所述第一开关控制输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：