[发明专利]电压转换器与电压转换方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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,SIMO)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 conduction mode,DCM)的控制机制以及虚拟(pseudo)连续导通模式(continuous conduction mode,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。

发明内容

有鉴于此，特提供以下技术方案：

本发明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。

本发明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1为本发明的广义的电压转换器的实施例的方块图。

图2为本发明的直流-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为本发明的电压转换器所包含的多个开关的导通次序示意图。

图4为本发明的电压转换器在第1个操作阶段下的硬件状态的示意图。

图5为本发明的电压转换器在第(N-1)个操作阶段下的硬件状态的示意图。

图6为本发明的电压转换器在第(N+1)个操作阶段下的硬件状态的示意图。

图7为本发明的直流-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为本发明的直流-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1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。