[发明专利]一种混合架构单电感多输出升降压型DC-DC电源管理电路

权利要求书

1.一种混合架构单电感多输出升降压型DC-DC电源管理电路，其特征在于，由功率级模块、反馈及补偿模块、数字逻辑模块和模式选择模块组成；其中：

所述功率级模块包括：4个PMOS功率管M2、M4、M6、M7，3个NMOS功率管M1、M3、M5，功率电感L、混合架构电容C_H，三个滤波电容C1、C2、C3，以及三路输出端负载电阻R1、R2、R3；该功率级模块根据功率管与功率电感的位置分为两部分，即电感左侧为能量输入模块，右侧为能量输出模块；其中能量输入模块由四个功率管即M1、M2、M3、M4组成；能量输入模块可工作在降压、升降压和升压这三种不同的模式中；能量输出模块主要包括3个功率管M5、M6、M7，以及三个滤波电容C1、C2、C3；功率管M5、M6、M7交替导通，将电感电流输送给三路负载；

所述反馈及补偿模块主要包括反馈矩阵模块、电感电流采样模块、PI补偿模块；其中反馈矩阵模块通过对三路输出进行采样与信号处理后得到输出电压的差模信号与共模信号，并传递给PI补偿模块；电感电流采样模块根据能量输入模块的工作模式不同而选择采样不同的功率管，当工作在降压模式时，采样功率管M4流过电流，当工作在升降压和升压模式时，采样功率管M2流过电流；采样电流与斜坡补偿电流相加后送入PI补偿模块；PI补偿模块的输出经数字逻辑电路中的控制逻辑与驱动送往功率级；

所述数字逻辑模块主要包括抗振荡电路，控制逻辑、驱动；其中抗振荡电路主要用来防止功率级在不同模式之间频繁切换导致振荡，控制逻辑与驱动负责将PI补偿模块的输出转换为功率管的驱动信号；

所述模式选择模块主要包括一个加法器和两个比较器，加法器通过计算电感右端的平均电压值，并与输入电池电压的倍数进行比较得到模式控制信号，以此来决定功率级的工作模式；

所述功率级模块中，功率管M1与功率管M2接成反相器结构，功率管M3与功率管M4也接成反相器结构，混合架构电容C_H跨接在两个反相器输出端即V_X、V_Y节点之间；功率电感L两端分别连接节点V_X与V_OX；V_OX节点右端为三个功率管开关M5、M6、M7，并分别连至三路输出V_O1、V_O2和V_O3；且每路输出均连接各自的滤波电容C1、C2、C3和负载电阻R1、R2、R3。

2.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，所述功率级模块中，功率级能量输入模块具有4种不同相位，具体状态为：相位时，功率管M4导通，功率管M1、M2、M3截止，将V_X节点电压拉至电池电压VBAT，电流通过功率管M4流经电感至输出级；相位时，功率管M3导通，功率管M1、M2、M4截止，V_X节点电压被下拉至地，电流经功率管M3流经电感至输出级；相位时，功率管M1、M4导通，功率管M2、M3截止，同样将V_X节点电压拉升至电池电压VBAT，同时对C_H电容进行充电使其两端电压为VBAT；此时电流经功率管M4流至电感和电容C_H；相位时，功率管M2导通，V_X节点电压由于电容C_H的作用被抬升至2*VBAT，此时电流经功率管M2流经电容C_H和电感至输出级。

3.根据权利要求2所述的电源管理电路，其特征在于，所述功率级模块中，根据功率管在不同相位切换的顺序，功率级可工作在三种不同的模式：降压模式，升降压模式，升压模式；工作于降压模式时，功率级在相位和相位之间进行切换，V_X节点电压在VBAT与0之间进行切换；工作于升降压模式时，功率级在相位相位相位之间进行切换，V_X节点电压在2*VBAT，VBAT，0之间进行切换；工作于升压模式时，功率级在相位相位之间进行切换，V_X节点电压在2*VABT和VBAT之间进行切换。