專(zhuān)利名稱(chēng)：?jiǎn)坞姼卸嗦份敵錾龎弘娐返闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈沖頻率調(diào)制型(PFM)DC/DC轉(zhuǎn)換器，尤其是涉及在電路中采用單個(gè)電感線圈，通過(guò)開(kāi)關(guān)陣列對(duì)功率開(kāi)關(guān)管的充/放電控制策略，實(shí)現(xiàn)多路電壓輸出結(jié)果的DC/DC升壓電路。
背景技術(shù)：
DC/DC轉(zhuǎn)換器因其體積小巧，價(jià)格低廉，能源轉(zhuǎn)換效率高等突出特點(diǎn)，在高效節(jié)能開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)中一直處于核心地位，被廣泛應(yīng)用于各種電源管理系統(tǒng)。許多國(guó)際領(lǐng)先的微電子技術(shù)公司如Linear Technology、Maxim、Analog Devices、NationalSemiconductor等，都在DC/DC領(lǐng)域投入了大量的人力物力，開(kāi)發(fā)出許多種類(lèi)繁多、功能各異的變換芯片，特別是在便攜式設(shè)備飛速發(fā)展的今天，電源系統(tǒng)越來(lái)越趨向于小型化、高效化、智能化，使得各大廠商紛紛加大了對(duì)于低電壓大電流高效DC/DC變換芯片的研發(fā)。伴隨著業(yè)界不斷發(fā)展的需求，DC/DC變換技術(shù)以及相應(yīng)的芯片設(shè)計(jì)方法也不斷更新?lián)Q代，各種巧妙的控制策略層出不窮。PFM(脈沖頻率調(diào)制)工作方式的升壓型DC/DC變換器中，其輸入端通過(guò)一只線圈與N溝道功率開(kāi)關(guān)晶體管的漏極相連，從該連接點(diǎn)通過(guò)一只二極管與連接負(fù)載的輸出端子連接。在負(fù)載的兩端，并聯(lián)了一個(gè)濾波電容。與所述PWM工作方式變換器不同的是，去掉了誤差放大器，增加了AND電路，并用振蕩器代替了三角波發(fā)生器，再將該振蕩器的輸出和比較器的輸出一起輸入AND電路，由其輸出的脈沖數(shù)控制所述功率開(kāi)關(guān)晶體管，從而控制輸出電壓。
其中，以單路輸入/單路輸出的模式最為常見(jiàn)。而如果能夠在一個(gè)DC/DC電路中利用單路輸入信號(hào)同時(shí)獲得多個(gè)輸出結(jié)果，則可大大提高該類(lèi)型電路的使用效率。這是本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的提出了一種單電感多輸出升壓電路，利用關(guān)斷電流產(chǎn)生模塊來(lái)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)陣列的調(diào)制控制信號(hào)，用以控制開(kāi)關(guān)陣列中多路功率開(kāi)關(guān)晶體管的開(kāi)啟和關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)多路輸入到輸出的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的單電感多輸出升壓電路，包括時(shí)序控制邏輯模塊(Timing controllogic)、頻道選擇開(kāi)關(guān)(Channel select switch)、誤差放大器(Error SignalComparator)、關(guān)斷電流產(chǎn)生電路(off-current-setup)和開(kāi)關(guān)陣列(Switch Array)。其中，第一頻道選擇開(kāi)關(guān)與第二頻道選擇開(kāi)關(guān)的輸出電壓作為差分放大器的兩路差分輸入信號(hào)，經(jīng)差分放大器處理后的輸出結(jié)果反饋傳送給時(shí)序控制邏輯模塊。時(shí)序控制邏輯模塊的輸出a4，b4，c4作為影響關(guān)斷電流產(chǎn)生電路時(shí)序控制邏輯的輸入信號(hào)，對(duì)關(guān)斷電流的產(chǎn)生時(shí)序完成邏輯控制。在該關(guān)斷電流產(chǎn)生電路中，根據(jù)加載于該電路上的參考電壓Vref，計(jì)算多路參考電流Iref。
該開(kāi)關(guān)陣列包括電源(Input Power Supply)，用于提供該開(kāi)關(guān)陣列所需的電壓，該電源正極串聯(lián)一電感(Inductor)，用于產(chǎn)生該開(kāi)關(guān)陣列所需電流，電源負(fù)極接地；電源正極通過(guò)電感與一N管功率開(kāi)關(guān)并聯(lián)，并使N管功率開(kāi)關(guān)漏極(Drain)與電感一端相連，N管功率開(kāi)關(guān)源極(Source)接地。開(kāi)關(guān)陣列中還包括多路升壓輸出電路，每一路升壓電路包括一個(gè)P管功率開(kāi)關(guān)(P-Switch)、一個(gè)電流傳感器(Out-current-sensor)，每個(gè)P管功率開(kāi)關(guān)從高電壓到低電壓逐點(diǎn)打開(kāi)，當(dāng)P管功率開(kāi)關(guān)的輸入電流與Iref相等時(shí)，關(guān)斷P管。它的源極(Source)與電感輸出端并聯(lián)，并且分別連接到每路升壓電路所對(duì)應(yīng)的電流傳感器的信號(hào)輸入端，電流傳感器的輸出端分別接關(guān)斷電流產(chǎn)生電路的輸入a1、b1、c1，用于檢測(cè)每路的關(guān)斷電流，以決定何時(shí)關(guān)斷對(duì)應(yīng)的P管功率開(kāi)關(guān)。時(shí)序控制邏輯電路的輸入信號(hào)a3、b3、c3，分別連接到每一路升壓電路的p管功率開(kāi)關(guān)的柵極，當(dāng)柵極CNT為″0V″，源極與漏極接通；當(dāng)柵極CNT為″高″，源極與漏極斷開(kāi)，將襯底接到高于源極的電位。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠利用更少的元器件所組成的電路，獲得多個(gè)直流升壓輸出，能夠提高電路的集成度，提高了電路的效率，節(jié)省了制造成本。


圖1為本發(fā)明所涉及的單電感多路輸出升壓電路的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明所涉及的開(kāi)關(guān)數(shù)組的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述實(shí)施例本發(fā)明的單電感多輸出升壓電路，包括時(shí)序控制邏輯模塊(Timing control logic)、頻道選擇開(kāi)關(guān)(Channel select switch)、誤差放大器(Error Signal Comparator)、關(guān)斷電流產(chǎn)生電路(off-current-setup)和開(kāi)關(guān)陣列(Switch Array)。其中，第一頻道選擇開(kāi)關(guān)與第二頻道選擇開(kāi)關(guān)的輸出電壓作為差分放大器的兩路差分輸入信號(hào)，差分放大器的作用是抑制兩個(gè)頻道選擇開(kāi)關(guān)的共模反饋電壓。因此，這里的差分放大器所起的作用是降低信號(hào)誤差。經(jīng)差分放大器處理后的輸出結(jié)果反饋傳送給時(shí)序控制邏輯模塊，用于調(diào)整時(shí)序控制邏輯時(shí)發(fā)生的時(shí)序調(diào)整錯(cuò)誤。
時(shí)序控制邏輯模塊的輸出a4，b4，c4作為影響關(guān)斷電流產(chǎn)生電路時(shí)序控制邏輯的輸入信號(hào)，對(duì)關(guān)斷電流的產(chǎn)生時(shí)序完成邏輯控制。在該關(guān)斷電流產(chǎn)生電路中，根據(jù)加載于該電路上的參考電壓Vref，并且利用以下公式，計(jì)算多路參考電流Iref。
Iref計(jì)算Iref(d)＝Iref(d)+Iref(b)·Kb+Iref(c)·Kc+Iref(a)·KaKa、Kb、Kc與輸出電壓差有關(guān)，當(dāng)輸出電壓高于參考電壓Kx為0，否則為1。
Iref(d)=Rd·ΔVNd(Vd-Vi)]]>Iref(d)=Rd·ΔVd·KdNd(Vd-Vi)+Rc·ΔVc·KcNc(Vd-Vi)+Rb·ΔVb·KbNb(Vd-Vi)+Ra·ΔVa·KaNa(Vd-Vi)]]>Ka、Kb、Kc、Kd＝[1，0]Iref(c)=Rc·ΔVc·KcNc(Vc-Vi)+Rb·ΔVb·KbNb(Vc-Vi)+Rb·ΔVb·KbNa(Vc-Vi)+Ra·ΔVa·KaNc(Vd-Vi)]]>Iref(b)=Rb·ΔVb·KbNb(Vb-Vi)+Ra·ΔVa·KaNa(Vb-Vi)]]>Iref(a)=Ra·ΔVa·KaNa(Va-Vi)]]>Ka、Kb、Kc、Kd分別為各路(a、b、c、d)需充電輸出的調(diào)制因數(shù)，其值為1或0；ΔVa、ΔVb、ΔVc、ΔVd分別是A至D點(diǎn)輸出電壓誤差；Na、Nb、Nc、Nd分別是A至D點(diǎn)的設(shè)計(jì)電流比；(Va-Vi)、(Vb-Vi)、(Vc-Vi)、(Vd-Vi)分別是A至D點(diǎn)輸入-輸出電壓差本發(fā)明的單電感多路升壓電路，該電路的核心是開(kāi)關(guān)陣列，該開(kāi)關(guān)陣列包括電源(Input Power Supply)，用于提供該開(kāi)關(guān)陣列所需的電壓，該電源正極串聯(lián)一電感(Inductor)，用于產(chǎn)生該開(kāi)關(guān)陣列所需電流，電源負(fù)極接地；電源正極通過(guò)電感與一N管功率開(kāi)關(guān)并聯(lián)，并使N管功率開(kāi)關(guān)漏極(Drain)與電感一端相連，N管功率開(kāi)關(guān)源極(Source)接地，高電平打開(kāi)，作為整個(gè)開(kāi)關(guān)陣列開(kāi)啟/關(guān)斷的總開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)陣列中還包括多路升壓輸出電路，每一路升壓電路包括一個(gè)P管功率開(kāi)關(guān)(P-Switch)、一個(gè)電流傳感器(Out-current-sensor)，每個(gè)P管功率開(kāi)關(guān)從高電壓到低電壓逐點(diǎn)打開(kāi)，當(dāng)P管功率開(kāi)關(guān)的輸入電流與Iref相等時(shí)，關(guān)斷P管。它的源極(S)與電感輸出端并聯(lián)，并且分別連接到每路升壓電路所對(duì)應(yīng)的電流傳感器的信號(hào)輸入端，電流傳感器的輸出端分別接關(guān)斷電流產(chǎn)生電路的輸入a1、b1、c1，用于檢測(cè)每路的關(guān)斷電流，以決定何時(shí)關(guān)斷對(duì)應(yīng)的P管功率開(kāi)關(guān)。P管功率開(kāi)關(guān)，其工作過(guò)程依靠它的四個(gè)極來(lái)完成，即源極(Source)、襯底(Bulk)、漏極(Drain)、柵極(Cnt)。該P(yáng)管功率開(kāi)關(guān)為低電平打開(kāi)的柵極MOS組件。時(shí)序控制邏輯電路的輸入信號(hào)a3、b3、c3，分別連接到每一路升壓電路的p管功率開(kāi)關(guān)的柵極，當(dāng)柵極CNT為″0V″，源極與漏極接通；當(dāng)柵極CNT為″高″，源極與漏極斷開(kāi)。當(dāng)源極與漏極接通時(shí)，P管功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻會(huì)受到襯底電壓的影響，當(dāng)襯底電壓高于源極電壓時(shí)，導(dǎo)通電阻升高，電壓越高，導(dǎo)通電阻越高。將BULK接該輸出點(diǎn)可降低導(dǎo)通電阻。此時(shí)對(duì)每一個(gè)P管功率開(kāi)關(guān)漏極連接的每一個(gè)充電電容充電，得到多路輸出電壓Va、Vb、Vc、Vd。而當(dāng)源極與漏極斷開(kāi)時(shí)，如果源極輸出電壓高于漏極輸出電壓，將有漏電流通過(guò)襯底流到漏極。為將P管關(guān)斷，須將襯底接到高于源極的電位。當(dāng)某一點(diǎn)不開(kāi)時(shí)，該點(diǎn)襯底接最高電壓點(diǎn)(A點(diǎn))。當(dāng)該點(diǎn)P開(kāi)關(guān)管打開(kāi)時(shí)，其襯底接該輸出點(diǎn)。各點(diǎn)開(kāi)關(guān)管開(kāi)啟時(shí)間由所設(shè)定參考電流控制，當(dāng)通過(guò)開(kāi)關(guān)的電流小于等于參考電流時(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷。
權(quán)利要求
1.一種單電感多輸出升壓電路，包括時(shí)序控制邏輯模塊、頻道選擇開(kāi)關(guān)、誤差放大器、關(guān)斷電流產(chǎn)生電路和開(kāi)關(guān)陣列，其中第一頻道選擇開(kāi)關(guān)與第二頻道選擇開(kāi)關(guān)的輸出電壓作為差分放大器的兩路差分輸入信號(hào)，經(jīng)差分放大器處理后的輸出結(jié)果反饋傳送給時(shí)序控制邏輯模塊，時(shí)序控制邏輯模塊的輸出a4，b4，c4作為影響關(guān)斷電流產(chǎn)生電路時(shí)序控制邏輯的輸入信號(hào)，對(duì)關(guān)斷電流的產(chǎn)生時(shí)序完成邏輯控制。在該關(guān)斷電流產(chǎn)生電路中，根據(jù)加載于該電路上的參考電壓Vref，計(jì)算多路參考電流Iref；該開(kāi)關(guān)陣列包括電源(Input Power Supply)，用于提供該開(kāi)關(guān)陣列所需的電壓，該電源正極串聯(lián)一電感(Inductor)，用于產(chǎn)生該開(kāi)關(guān)陣列所需電流，電源負(fù)極接地；電源正極通過(guò)電感與一N管功率開(kāi)關(guān)并聯(lián)，并使N管功率開(kāi)關(guān)漏極(Drain)與電感一端相連，N管功率開(kāi)關(guān)源極(Source)接地。開(kāi)關(guān)陣列中還包括多路升壓輸出電路，每一路升壓電路包括一個(gè)P管功率開(kāi)關(guān)(P-Switch)、一個(gè)電流傳感器(Out-current-sensor)，每個(gè)P管功率開(kāi)關(guān)從高電壓到低電壓逐點(diǎn)打開(kāi)，當(dāng)P管功率開(kāi)關(guān)的輸入電流與Iref相等時(shí)，關(guān)斷P管。它的源極(Source)與電感輸出端并聯(lián)，并且分別連接到每路升壓電路所對(duì)應(yīng)的電流傳感器的信號(hào)輸入端，電流傳感器的輸出端分別接關(guān)斷電流產(chǎn)生電路的輸入a1、b1、c1，用于檢測(cè)每路的關(guān)斷電流，以決定何時(shí)關(guān)斷對(duì)應(yīng)的P管功率開(kāi)關(guān)。時(shí)序控制邏輯電路的輸入信號(hào)a3、b3、c3，分別連接到每一路升壓電路的p管功率開(kāi)關(guān)的柵極，當(dāng)柵極CNT為″0V″，源極與漏極接通；當(dāng)柵極CNT為″高″，源極與漏極斷開(kāi)，將襯底接到高于源極的電位。
2.如權(quán)利要求1所述的單電感多輸出升壓電路，其特征在于，所述參考電流的計(jì)算公式為Iref(d)＝Iref(d)+Iref(b)·Kb+Iref(c)·Kc+Iref(a)·KaIref(d)=Rd·ΔVNd(Vd-Vi)]]>Iref(d)=Rd·ΔVd·KdNd(Vd-Vi)+Rc·ΔVc·KcNc(Vd-Vi)+Rb·ΔVb·KbNb(Vd-Vi)+Ra·ΔVa·KaNa(Vd-Vi)]]>Iref(c)=Rc·ΔVc·KcNc(Vc-Vi)+Rb·ΔVb·KbNb(Vc-Vi)+Rb·ΔVb·KbNa(Vc-Vi)+Ra·Va·KaNa(Vd-Vi)]]>Iref(b)=Rb·ΔVb·KbNb(Vb-Vi)+Ra·ΔVa·KaNa(Vb-Vi)]]>Iref(a)=Ra·ΔVa·KaNa(Va-Vi)]]>Ka、Kb、Kc、Kd分別為各路(a、b、c、d)需充電輸出的調(diào)制因數(shù)，其值為1或0；ΔVa、ΔVb、ΔVc、ΔVd分別是A至D點(diǎn)輸出電壓誤差；Na、Nb、Nc、Nd分別是A至D點(diǎn)的設(shè)計(jì)電流比；(Va-Vi)、(Vb-Vi)、(Vc-Vi)、(Vd-Vi)分別是A至D點(diǎn)輸入-輸出電壓差。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種單電感多輸出升壓電路，利用關(guān)斷電流產(chǎn)生模塊來(lái)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)陣列的調(diào)制控制信號(hào)，用以控制開(kāi)關(guān)陣列中多路功率開(kāi)關(guān)晶體管的開(kāi)啟和關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)多路輸入到輸出的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠利用更少的元器件所組成的電路，獲得多個(gè)直流升壓輸出，能夠提高電路的集成度，提高了電路的效率，節(jié)省了制造成本。
文檔編號(hào)H02M3/10GK101083432SQ20071005785
公開(kāi)日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者褚以人, 喻敏毅 申請(qǐng)人:天津英諾華微電子技術(shù)有限公司