基於單電感多輸出的電壓轉換電路的製作方法
2023-05-28 18:31:46 1
基於單電感多輸出的電壓轉換電路的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於單電感多輸出的電壓轉換電路，包括第一開關管、第二開關管、電感、第一路正壓輸出模塊和第二路正壓輸出模塊，所述第一開關管的第一端接收輸入電壓信號，第一開關管的第二端與電感一端連接，電感一端與所述第二開關管的第一端連接；所述的第一路正壓輸出模塊和第二路正壓輸出模塊的輸入端均連接在電感與第二開關管的公共端，第一路正壓輸出模塊和第二路正壓輸出模塊的輸出端作為相應路的輸出電壓端；所述的第一路正壓輸出模塊包括第三開關管和第四開關管，所述的第三開關管和第四開關管反向串聯，所述的第二路正壓輸出模塊包括第五開關管。本發明具有兩路以上的輸出，適用範圍更廣，各路之間相互影響小，能量利用率高。
【專利說明】基於單電感多輸出的電壓轉換電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力電子【技術領域】，具體涉及一種基於單電感多輸出的電壓轉換電路。
【背景技術】
[0002]電壓轉換電路(電源變換器)被廣泛應用於電子產品中，實現電壓調節和功率轉換。由於不同用電單元所需的供電電壓不同，因此需要多路輸出電壓以滿足使用需求，通常情況下，多路輸出需要包含多個電感的功率級電路才能實現。
[0003]為了減少外圍器件的使用，有人提出了單電感多輸出的電壓轉換電路，即在功率級電路中僅包含一個電感，可實現兩路不同電壓的輸出。然而，現有技術的單電感多輸出電路一般僅有兩路輸出，且兩路輸出相互關聯，缺乏獨立性，往往輸出相反方向的電壓。
[0004]由於現有技術的單電感多輸出電路僅能實現兩路相互關聯的正負電壓輸出，兩路輸出之間存在相互影響，限制了電路的適用範圍，難以滿足使用需求。
【發明內容】
[0005]有鑑於此，本發明的目的在於提供一種基於單電感多輸出的電壓轉換電路，以解決現有技術中存在的僅具有兩路輸出，且兩路輸出相互影響的技術問題。
[0006]本發明的技術解決方案是，提供一種以下結構的基於單電感多輸出的電壓轉換電路，包括第一開關管、第二開關管、電感、第一路正壓輸出模塊和第二路正壓輸出模塊，所述第一開關管的第一端接收輸入電壓信號，第一開關管的第二端與電感一端連接，電感一端與所述第二開關管的第一端連接，所述第二開關管的第二端接地；所述的第一路正壓輸出模塊和第二路正壓輸出模塊的輸入端均連接在電感與第二開關管的公共端，第一路正壓輸出模塊和第二路正壓輸出模塊的輸出端作為相應路的輸出電壓端；所述的第一路正壓輸出模塊包括第三開關管和第四開關管，所述的第三開關管和第四開關管反向串聯，所述的第二路正壓輸出模塊包括第五開關管。
[0007]優選地，所述的第一路正壓輸出模塊的輸出電壓小於第二路正壓輸出模塊的輸出電壓。
[0008]優選地，所述的電壓轉換電路還包括負壓輸出模塊，所述的負壓輸出模塊的輸入端與第一開關管與電感的公共端連接，所述的負壓輸出模塊的輸出端作為該路的輸出電壓端，負壓輸出模塊包括第六開關管。
[0009]優選地,根據第一路正壓輸出模塊、第二路正壓輸出模塊和負壓輸出模塊的輸出電壓，分別得到第一米樣電壓、第二米樣電壓和第三米樣電壓，第一米樣電壓、第二米樣電壓和第三採樣電壓分別與相應的基準電壓進行比較，分別得到第一補償電壓、第二補償電壓和第三補償電壓，所述的第一補償電壓、第二補償電壓和第三補償電壓分別與電感電流進行比較，以產生控制相應開關管通斷的時序信號。
[0010]優選地，在一個工作周期中，第一路正壓輸出模塊、第二路正壓輸出模塊和負壓輸出模塊循環工作，電感電流過零時循環至下一輸出模塊工作。
[0011]優選地，第一路正壓輸出模塊工作時，電感電流過零，第一開關管和第二開關管導通，電感電流上升，第四開關管導通，當電感電流峰值達到第一補償電壓時，再使第三開關管導通續流，第二開關管截止。
[0012]優選地，第二路正壓輸出模塊工作時，電感電流過零，第一開關管和第二開關管導通，電感電流上升，當電感電流峰值達到第二補償電壓時，再使第五開關管導通續流，第二開關管截止。
[0013]優選地，負壓輸出模塊工作時，電感電流過零，第一開關管和第二開關管導通，電感電流上升，當電感電流峰值達到第三補償電壓時，再使第六開關管導通，第一開關管截止。
[0014]優選地，電壓轉換電路還包括通道選擇模塊，所述通道選擇模塊接收過零信號，產生第一通道信號、第二通道信號和第三通道信號，所述的第一通道信號、第二通道信號和第三通道信號有且只有一個有效；在第一通道信號有效時，第一路正壓輸出模塊工作；在第二通道信號有效時，第二路正壓輸出模塊工作；在第三通道信號有效時，負壓輸出模塊工作。
[0015]優選地,所述的第一路正壓輸出模塊、第二路正壓輸出模塊和負壓輸出模塊的輸出端均設有相應的輸出電容。
[0016]採用本發明的結構和方法，與現有技術相比，具有以下優點:在第一路正壓輸出模塊上設置了兩個反向串聯的開關管，從而減少了第一路正壓輸出模塊和第二路正壓輸出模塊的相互影響，提高了二路工作的獨立性，只需滿足第一路正壓輸出模塊的輸出電壓小於第二路正壓輸出模塊的輸出電壓即可；同時，負壓輸出模塊輸出負向電壓，能夠滿足相應場合的使用需求，三路輸出模塊通過通道選擇模塊循環工作，輸出模塊的輸出端的輸出電容在該路不工作的情況下起到了穩壓的作用；本發明具有兩路以上的輸出，適用範圍更廣，並且各路之間相互影響小，單路續流後將電感能量釋放完全，能量利用率高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明基於單電感多輸出的電壓轉換電路的結構示意圖；
[0018]圖2為第一反饋補償電路的結構示意圖。
[0019]圖3為第二反饋補償電路的結構示意圖。
[0020]圖4為第三反饋補償電路的結構示意圖。
[0021]圖5為過零比較電路的示意圖。
[0022]圖6為通道選擇電路的示意圖。
[0023]圖7為開關管的控制電路。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合示意圖對本發明的電源變換器的輸出電流採樣電路及輸出電壓補償電路作更詳細的描述，其中表示了本發明的優選實施例，應該理解本領域技術人員可以在此描述基礎上，在權利要求的範圍內對本發明具體電路進行變換和替換，而仍然實現本發明的有利效果。下列描述並不作為對本發明的限制。
[0025]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發明。需說明的是，附圖均採用較為簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[0026]本發明的基本解決方案在於，提供一種基於單電感多輸出的電壓轉換電路，包括第一開關管、第二開關管、電感、第一路正壓輸出模塊和第二路正壓輸出模塊，所述第一開關管的第一端接收輸入電壓信號，第一開關管的第二端與電感一端連接，電感一端與所述第二開關管的第一端連接，所述第二開關管的第二端接地；所述的第一路正壓輸出模塊和第二路正壓輸出模塊的輸入端均連接在電感與第二開關管的公共端，第一路正壓輸出模塊和第二路正壓輸出模塊的輸出端作為相應路的輸出電壓端；所述的第一路正壓輸出模塊包括第三開關管和第四開關管，所述的第三開關管和第四開關管反向串聯，所述的第二路正壓輸出模塊包括第五開關管。
[0027]參考圖1所示，示意了基於單電感多輸出的電壓轉換電路的具體結構。輸入電壓信號Vin為直流電壓(也可由交流電壓轉換得到)，在輸入端設有輸入電容Cin,第一開關管Ml接收輸入電壓信號Vin，其另一端與電感L連接，第二開關管M2的第一端與電感L的另一端連接，第二開關管M2的第二端接地。第一路正壓輸出模塊包括第三開關管M3和第四開關管M4, 二者反向串聯,在第一路正壓輸出模塊的輸出端設有輸出電容Cl,並通過由電阻Rl和電阻R2組成的分壓電路對第一輸出電壓Voutl進行米樣,形成第一米樣電壓FBI。第二路正壓輸出模塊包括第五開關管M5,其輸入端與電感L連接,第二路正壓輸出模塊的輸出端設有輸出電容C2，並通過由電阻R3和電阻R4組成的分壓電路對第二輸出電壓Vout2進行米樣，形成第二米樣電壓FB2。負壓輸出模塊包括第六開關管M6, M6的第一端連接在Ml與電感L的公共端，M6的第二端作為該路的輸出端，並設有輸出電容C3，通過由電阻R5和電阻R6組成的分壓電路對第三輸出電壓Vout3進行採樣，形成第三採樣電壓FB3，由電阻R5和電阻R6組成的分壓電路接收供電電壓Vcc。
[0028]以上三路(第一路正壓輸出模塊、第二路正壓輸出模塊和負壓輸出模塊)依次循環工作，可以根據三者的工作順序可以進行調整，同時，當其中一路工作時，其他路在輸出電容的作用下能夠保持相應的輸出電壓穩定，且多路切換的時間較快，不會影響各路的正常工作。
[0029]第一路正壓輸出模塊工作時，電感電流込過零(採用過零比較實現)，第一開關管Ml和第二開關管M2導通，電感電流k上升，第四開關管M4導通(此時，第三開關管M3是截止的，電流通過第三開關管M3的體二極體流入第四開關管M4)，當電感電流L峰值達到第一補償電壓時，再使第三開關管M3導通續流，第二開關管M2截止。該路工作過程中，第一開關管Ml僅起到了普通開關的作用，第二開關管M2與M3、M4構成了一個升壓型的拓撲結構,之所以未讓M3、M4同時導通續流，是為了防止同時導通時，M3和M4的電壓被衝高而影響電路的正常工作。
[0030]第二路正壓輸出模塊工作時，電感電流L過零，第一開關管Ml和第二開關管M2導通，電感電流k上升，當電感電流k峰值達到第二補償電壓時，再使第五開關管M5導通續流，第二開關管M2截止。該路工作過程中，第一開關管Ml也僅起到了普通開關的作用，第二開關管M2與M5構成了一個升壓型的拓撲結構。
[0031]負壓輸出模塊工作時，電感電流L過零，第一開關管Ml和第二開關管M2導通，電感電流L上升，當電感電流L峰值達到第三補償電壓時，再使第六開關管M6導通，第一開關管Ml截止。該路工作過程中，第一開關管Ml和第六開關管M6及M2構成了一個Buck-Boost的拓撲結構。
[0032]參考圖2所示，示意了第一採樣信號FBl與第一基準電壓Vrefl進行比較(誤差放大器gml)以產生第一補償信號Vcompl，同時採樣電感電流的峰值Ipk與第一補償信號Vcompl進行比較以產生相應的時序信號RST1。在同時滿足通道選擇(即該通道為有效)和電感電流的峰值Ipk達到第一補償信號Vcompl兩種情況下，時序信號RSTl和過零比較信號ZCS (見圖5)控制該通道工作下的相應開關管導通和截止，同理，圖3和4的相應部分也如此。
[0033]參考圖3所示，示意了第二採樣信號FB2與第二基準電壓Vref2進行比較(誤差放大器gm2)以產生第二補償信號Vcomp2，同時採樣電感電流的峰值Ipk與第二補償信號Vcomp2進行比較以產生相應的時序信號RST2。
[0034]參考圖4所示，示意了第三採樣信號FB3與第三基準電壓Vref 3進行比較(誤差放大器gm3)以產生第三補償信號Vcomp3,同時米樣電感電流的峰值Ipk與第三補償信號Vcomp3進行比較以產生相應的時序信號RST3。
[0035]參考圖5所示，示意了過零比較，採樣電感電流Iy將其與零電壓進行比較以產生過零比較信號ZCS，即將電感電流k達到零的時候，比較器翻轉，過零比較信號ZCS為I。過零比較信號ZCS與相應時序信號一起控制相應工作狀態下的開關管的通斷。
[0036]參考圖6所示，示意了具體的通道選擇電路。所述的通道選擇電路由三個D觸發器組成，三個D觸發器依次首尾串聯，相鄰兩個D觸發器的連接信號為相應的通道信號，因此分別形成第一通道信號CHl_on、第二通道信號CH2_on和第三通道信號CH3_on，三者有且只有一個有效。第一通道信號CHl_on有效時，第一路正壓輸出模塊工作；第二通道信號CH2_on有效時，第二路正壓輸出模塊工作；第三通道信號CH3_on有效時，負壓輸出模塊工作。
[0037]參考圖7所示，示意了各個開關管的控制信號。由第一通道信號CHl_on通過驅動器產生控制第四開關管的開關信號TG2。時序信號RST3和過零比較信號ZCS分別輸入RS觸發器，產生控制第一開關管的開關信號Buck_TG，產生控制第六開關管的開關信號Buck_BG0時序信號RSTl和時序信號RST2經或門輸入一 RS觸發器，該RS觸發器另一輸入端接收過零比較信號ZCS，產生控制第二開關管的開關信號Boost_BG，同時產生一控制信號Boost_TG。控制信號Boost_TG和第一通道信號CHl_on經與門，產生第三開關管的開關信號TGl。控制信號Boost_TG和第二通道信號CH2_on經與門，產生第三開關管的開關信號TG3。以上信號的命名，僅為區別需要，並不完全與具體的工作拓撲相一致，在此予以說明。
[0038]以上所述的實施方式，並不構成對該技術方案保護範圍的限定。任何在上述實施方式的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在該技術方案的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於單電感多輸出的電壓轉換電路，包括第一開關管、第二開關管、電感、第一路正壓輸出模塊和第二路正壓輸出模塊，所述第一開關管的第一端接收輸入電壓信號，第一開關管的第二端與電感一端連接，電感一端與所述第二開關管的第一端連接，所述第二開關管的第二端接地； 其特徵在於:所述的第一路正壓輸出模塊和第二路正壓輸出模塊的輸入端均連接在電感與第二開關管的公共端，第一路正壓輸出模塊和第二路正壓輸出模塊的輸出端作為相應路的輸出電壓端；所述的第一路正壓輸出模塊包括第三開關管和第四開關管，所述的第三開關管和第四開關管反向串聯，所述的第二路正壓輸出模塊包括第五開關管。
2.根據權利要求1所述的基於單電感多輸出的電壓轉換電路，其特徵在於:所述的第一路正壓輸出模塊的輸出電壓小於第二路正壓輸出模塊的輸出電壓。
3.根據權利要求1所述的基於單電感多輸出的電壓轉換電路，其特徵在於:所述的電壓轉換電路還包括負壓輸出模塊，所述的負壓輸出模塊的輸入端與第一開關管與電感的公共端連接，所述的負壓輸出模塊的輸出端作為該路的輸出電壓端，負壓輸出模塊包括第六開關管。
4.根據權利要求3所述的基於單電感多輸出的電壓轉換電路,其特徵在於:根據第一路正壓輸出模塊、第二路正壓輸出模塊和負壓輸出模塊的輸出電壓，分別得到第一米樣電壓、第二米樣電壓和第三米樣電壓，第一米樣電壓、第二米樣電壓和第三米樣電壓分別與相應的基準電壓進行比較，分別得到第一補償電壓、第二補償電壓和第三補償電壓，所述的第一補償電壓、第二補償電壓和第三補償電壓分別與電感電流進行比較，以產生控制相應開關管通斷的時序信號。
5.根據權利要求3所述的基於單電感多輸出的電壓轉換電路,其特徵在於:在一個工作周期中，第一路正壓輸出模塊、第二路正壓輸出模塊和負壓輸出模塊循環工作，電感電流過零時循環至下一輸出模塊工作。
6.根據權利要求1或3所述的基於單電感多輸出的電壓轉換電路,其特徵在於:第一路正壓輸出模塊工作時，電感電流過零，第一開關管和第二開關管導通，電感電流上升，第四開關管導通，當電感電流峰值達到第一補償電壓時，再使第三開關管導通續流，第二開關管截止。
7.根據權利要求1或3所述的基於單電感多輸出的電壓轉換電路，其特徵在於:第二路正壓輸出模塊工作時，電感電流過零，第一開關管和第二開關管導通，電感電流上升，當電感電流峰值達到第二補償電壓時，再使第五開關管導通續流，第二開關管截止。
8.根據權利要求3所述的基於單電感多輸出的電壓轉換電路,其特徵在於:負壓輸出模塊工作時，電感電流過零，第一開關管和第二開關管導通，電感電流上升，當電感電流峰值達到第三補償電壓時，再使第六開關管導通，第一開關管截止。
9.根據權利要求3所述的基於單電感多輸出的電壓轉換電路，其特徵在於:電壓轉換電路還包括通道選擇模塊，所述通道選擇模塊接收過零信號，產生第一通道信號、第二通道信號和第三通道信號，所述的第一通道信號、第二通道信號和第三通道信號有且只有一個有效；在第一通道信號有效時，第一路正壓輸出模塊工作；在第二通道信號有效時，第二路正壓輸出模塊工作；在第三通道信號有效時，負壓輸出模塊工作。
10.根據權利要求3所述的基於單電感多輸出的電壓轉換電路，其特徵在於:所述的第一路正壓輸出模塊、第二路正壓輸出模塊和負壓輸出模塊的輸出端均設有相應的輸出電容。
【文檔編號】H02M3/156GK104410276SQ201410787219
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月17日 優先權日:2014年12月17日
【發明者】吳孟澤, 範洪峰 申請人:矽力傑半導體技術(杭州)有限公司