[发明专利]具有脉冲省略模式的单电感多输出直流/直流转换器

说明书

一种单电感器多输出直流‑直流转换器，包括耦合到第一输入开关和第二输入开关的电感器用于存储来自电源的能量，其中第一输入开关耦合到输入电源节点，第二输入开关耦合到接地点，第一和第二开关控制通过电感器的电流；多个输出开关，每个输出开关耦合到一个共接电感器节点和相应的输出电源节点，每个输出电源节点具有从输入电源节点接收的输入电压转换的电压；一个飞轮开关，耦合在这个共接电感器节点和地之间；控制电路接收感测的电感器电流和代表输出电压与其对应的参考电压之间的误差信号的多个反馈信号，该控制电路被配置为控制电感器的时序和充电电流，并通过激活一个或多个输出开关来放电电感器的电流到相应的输出电源节点。

技术领域

本发明涉及一种直流/直流转换器，特别是一种具有脉冲省略模式的直流/直流转换器。

背景技术

当今的许多电子系统都需要能够在更高系统电压下工作的电源，例子包括为汽车、工业和通信设备设计的系统，其操作输入电压可以是12V、24V或48V，并且可以在很大范围内变化且具有传输尖峰，因此可能容易对设备造成损坏。

汽车电子设备由汽车电池供电，汽车电池经历瞬态负载，如冷曲柄和负载突降，范围可以从5V到40V以上。此外，启动-停止等技术在某些情况下会使瞬态范围降至3V。这需要电池外电力集成电路(off-battery power IC)以承受恶劣条件并可靠地为整个辆车提供电力。

在先进的驾驶员辅助系统中使用的一些电子设备(例如汽车摄像机)正在快速增长。为了支援汽车摄像头的运行，典型的汽车摄像头电源解决方案包括：同轴电源滤波器网络、中-输入电压降压直流-直流转换器(mid-VIN step-down DC-DC converter)和低-输入电压电源管理集成电路(low-VIN PMIC)，通常用于高效成像器及其伴随的串行器的电源电压。为了满足小尺寸易于安装以及图像传感器的低热波动解决方案的要求，整合一个多输出降压直流-直流转换器(buck DC-DC converter)作为一个电源管理集成电路(powermanagement IC；PMIC)适用于此应用。多个并联直流-直流降压转换器最常用于产生多个输出电压或电流。传统多输出降压转换器使用由两级功率转换组成，图1显示传统多输出降压转换器。由于直流-直流降压转换器的固有特性，它可以通过分布电压/电流位准实现高功率效率。但是，这种拓扑需要四个电感(L1，L21，L22和L23)用于三个输出(VOUT1，VOUT2和VOUT3)，因此会产生更大的形状因子(form factor)，不利于电子器件微型化。

单电感器多输出(SIMO)架构通过将功能集成到需要多个分立组件的较小器件中，为需要良好热性能的微型器件提供了更好的解决方案。如图2中所示。单电感器多输出(SIMO)降压转换器可以支持多个输出级(VOUT1，VOUT2和VOUT3)，同时仅使用一个电感(L1)，其转换效率为一级效率，如果必要的话利用低压差稳压器(low dropout regulator；LDO)可以降低更大的输出电压纹波。单电感器多输出(SIMO)降压转换器与传统的两级多输出转换器相比具有许多优点，例如它们具有体积小、重量轻以及显著的整体成本节省的优点。此外，低压差稳压器(LDO)的压差电压可以分别设置为足够低(例如50mV～100mV)以优化功率效率，并且其最终总功率效率于许多应用条件下可以与图1中的传统两级配置竞争。

单电感器多输出(SIMO)直流-直流转换器的概念的出现是为了克服传统转换器的缺点，例如，其需要多个电感器和控制器，复杂且具有高成本。单电感器多输出(SIMO)拓扑结构能够同时产生独立控制的降压、升压和降压-升压输出。于是，一种用于减少单电感器多输出(SIMO)直流-直流转换器中的交叉调节(cross regulation)的控制方案被开发。