电压转换器与电压转换方法技术

本发明专利技术提供一种电压转换器及电压转换方法。所述电压转换器具有接收参考输入电压的一个输入端以及分别输出多个调节过的输出电压的N个输出端。电压转换器包含直流-直流电源供应区块与(N+1)个开关，直流-直流电源供应区块具有输入端点以及输出端点，(N+1)个开关包含N个主要输出开关与一个辅助开关，其中每一开关均具有第一端以及第二端，N个主要输出开关的多个第一端耦接至输出端点，N个主要输出开关的多个第二端分别耦接至N个输出端，以及N为正整数。在一个预定时段中，(N+1)个开关交替地导通。以上所述的电压转换器及电压转换方法可适当地调节输出电压，从而能够解决交互调节的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于产生调节过的输出电压(regulated output voltage),且特别有关于一种辅助开关(auxiliary switch)设置于其中的电压转换器(voltage converter)与相关的电压转换方法。
技术介绍
直流-直流切换式转换器(DC-DC switching converter)为许多电源管理系统中一个不可缺少的必要组件，由于所有的设计者均努力要降低电路尺寸，因此电压转换器的设计便无法违反此趋势，设计者因而不断探索缩小芯片内(on-chip)电路实施与芯片外(off-chip)电路实施的尺寸的方法，而在所有可能的方案中，单电感多输出(single-inductor multiple-output, SI MO)转换器便普遍地被采用。由于仅有一个电感被用来调节一个以上的输出电压，此电路便可避免传统电压转换器类型所发生的问题(例如 使用太多体积庞大的功率装置(其包括电感、电容与控制芯片))，从而使得大规模制造的成本可明显地大幅降低。对于直流-直流转换器而言，单电感多输出的设计便成为最适合且最具有成本效益的解决方案。针对基于降压型电压转换器拓朴(bulk topology)的单电感多输出转换器的许多控制机制已被提出。举例来说，这些控制机制可包含电压模式(voltage mode)的控制机制、电流模式(current mode)的控制机制、非连续导通模式(discontinuous conductionmode, DCM)的控制机制以及虚拟(pseudo)连续导通模式(continuous conductionmode, CCM)的控制机制,然而，由于任何一个转换器输出上的负载变化(load transient)都会影响到其他转换器输出的电压调节(voltage regulation),从而导致不想要的现象产生，这对于直流-直流转换器的设计者而言仍然是一个极大的挑战。从转换效率的观点来看，连续导通模式的控制机制是比较有吸引力的，且针对单电感多输出转换器的一些基于连续导通模式的解决方案已经被提出。然而，基于连续导通模式的解决方案总是会遭遇到单电感多输出转换器的不同的调节过的输出电压之间的交互调节(cross regulation)问题。
技术实现思路
有鉴于此，特提供以下技术方案本专利技术的实施方式提供一种电压转换器，其具有接收参考输入电压的一个输入端以及分别输出多个调节过的输出电压的N个输出端。所述电压转换器包含直流-直流电源供应区块以及(N+1)个开关，直流-直流电源供应区块具有输入端点以及输出端点，该(N+1)个开关包含N个主要输出开关以及一个辅助开关，其中N个主要输出开关与辅助开关中的每一开关均具有第一端以及第二端，N个主要输出开关的多个第一端耦接至输出端点，N个主要输出开关的多个第二端分别耦接至N个输出端，且N为正整数。此外，在一个预定时段中，(N+1)个开关交替地导通。本专利技术的实施方式另提供一种电压转换方法，包含以下步骤提供电压转换器以接收参考输入电压并输出N个调节过的输出电压，其中电压转换器具有N个输出操作阶段以及一个辅助操作阶段，N个输出操作阶段分别提供N个调节过的输出电压，辅助操作阶段不提供调节过的输出电压，且N为正整数；以及在一个预定时段中，交替地启用N个输出操作阶段与辅助操作阶段。以上所述的电压转换器及电压转换方法，可适当地调节电压转换器的输出端所提供予负载装置的输出电压，从而能够解决交互调节的问题。附图说明图I为本专利技术的广义的电压转换器的实施例的方块图。图2为本专利技术的直流-直流电源供应区块、主要输出开关以及辅助开关的第一实施范例的示意图。 图3为本专利技术的电压转换器所包含的多个开关的导通次序示意图。图4为本专利技术的电压转换器在第I个操作阶段下的硬件状态的示意图。图5为本专利技术的电压转换器在第(N-I)个操作阶段下的硬件状态的示意图。图6为本专利技术的电压转换器在第(N+1)个操作阶段下的硬件状态的示意图。图7为本专利技术的直流-直流电源供应区块、主要输出开关以及辅助开关的第二实施范例的示意图。图8为本专利技术的直流-直流电源供应区块、主要输出开关以及辅助开关的第三实施范例的示意图。图9为图I所示的开关控制电路所采用的内部环路控制电路的示意图。图10为图I所示的开关控制电路所采用的外部环路控制电路的示意图。图11为通过复用器的使用来将电感电流提供予图9所示的内部环路控制电路与图10所示的外部环路控制电路的示意图。具体实施例方式在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属
的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的准贝U。在通篇说明书及权利要求项中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。此外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或透过其他装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。本专利技术的主要概念在于增加一个辅助开关至电压转换器(例如单电感多输出转换器)，如此一来，由电压转换器的输出端所提供予负载装置的输出电压便可透过在一个预定时段中会交替地(alternately)导通的个别的主要输出开关(main output switch)的可控制的(controllable)非重迭工作周期(non-overlapped duty cycle)而被适当地调节，换句话说，由于辅助开关(其并未用来控制输出电压)可允许主要输出开关(其用来控制输出电压)的工作周期得以受到妥善的控制，从而交互调节的问题便得以解决。进一步的细节将在下面描述详述。图I为本专利技术的广义的电压转换器(voltage converter)的实施例的方块图。示范性的电压转换器100具有输入端IN以 及多个输出端0UT_1、0UT_2、…、0UT_N。举例来说(但并非本专利技术的限制)，电压转换器100是操作在连续导通模式。输入端IN可耦接至用以提供参考输入电压V1的电压源(voltage source)(图未示)，此外，输出端0UT_1 0UT_N分别耦接至多个负载装置(图未示)以分别输出多个调节过的输出电压νι2、…、V0_N(其用来作为该多个负载装置所需的供应电压)。如图I所示，电压转换器100包含(但不局限于)直流-直流电源供应区块(DC-DC power supply block) 102、多个输出开关(其包括主要输出开关(main output switch) 104_1、104_2、...、104_N以及一个辅助开关(auxiliary switch) 104_N+1)以及开关控制电路106。直流-直流电源供应区块102具有输入端AN_IN以及输出端点N_0UT，并包含电感112与开关模块114。对于电感112来说，其用来透过耦接至输入端IN的输入端点N_IN来储存能量，并透过输出端点N_0UT来释放所储存的能量，而对于开关模块11来说，其耦接至电感112，并且用来在一个预定时段中在至少第一连接组态(interconnection configuration)与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压转换器，具有接收参考输入电压的一个输入端以及分别输出多个调节过的输出电压的N个输出端，该电压转换器包含：直流？直流电源供应区块，具有输入端点以及输出端点；以及(N+1)个开关，包含N个主要输出开关以及一个辅助开关，其中该N个主要输出开关与该辅助开关中的每一开关均具有第一端以及第二端，该(N+1)个开关的多个第一端耦接至该输出端点，该N个主要输出开关的多个第二端分别耦接至该N个输出端，以及N为正整数；其中在一个预定时段中，该(N+1)个开关交替地导通。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：管建葳，徐研训，
申请(专利权)人：联发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：