[发明专利]一种混合工作模式的多输入多输出异步DC-DC转换器

说明书

本发明涉及一种混合工作模式的多输入多输出异步DC‑DC转换器，包括多输入多输出电路和混合工作模式异步DC‑DC转换控制电路；所述混合工作模式异步DC‑DC转换控制电路包括异步信号发生模块和异步控制逻辑模块，所述异步控制逻辑模块根据异步信号发生模块的输入信号，利用有限状态机循环周期作为所述异步控制逻辑模块工作周期，异步控制SH1、SH2、SH3、...SHn，SHG、SHB，SL1、SL2、SL3、...SLm，和SLG、SLB开关使得所述多输入多输出电路在三种工作模式间切换，实现输出纹波小、对负载充分供能的异步DC‑DC转换，所述三种工作模式包括模式1能量源对电感充能，模式2电感对负载供能，模式3能量源经电感对负载供能。有益效果是能量采集与供给充分。

【技术领域】

本发明涉及模拟集成电路技术领域，具体涉及一种混合工作模式的多输入多输出异步DC-DC转换器。

【背景技术】

物联网是继云计算和移动互联网之后的战略级应用，通过和5G通信技术融合，物联网核心芯片有望催生新的战略级市场。实现信号的感知和无线通信的传感节点是物联网关键核心。体积小、成本低、长时间工作的传感节点依赖于充分和可靠的能量供给。受限于节点的体积和成本，电池只能提供极其有限的能量，无法满足长时间工作的要求。因此解决传感节点能量供需之间的矛盾是制约传感节点大规模部署和应用的关键瓶颈，也是物联网技术的关键核心技术之一。

近年来多种泛在能源采集技术得以发展，将诸如光能、温差能、机械能、电磁能等能量转化为电能，利用泛在能源采集技术为传感节点持续提供能量并构建自供能节点成为可能。但泛在能源易受环境影响的不稳定特性使得仅仅依靠单一能源的能量采集电路难以提供充分稳定的能量供给，只能作为节点能源的补充。因此自供能节点的实现必须基于多种泛在能源采集技术。

DC-DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器，DC-DC转换器就是重复通断开关，把直流电压或电流转换成高频方波电压或电流，再经整流平滑变为直流电压输出。DC-DC转换器分为三类：升压型DC-DC转换器、降压型DC-DC转换器以及升降压型DC-DC转换器。BUCK-BOOST DC-DC变换器，也称升降压变换器，输入电压既能高出输出电压，又能低于输出电压，其实就是将升压转换器和降压转换器进行了合并操作。

现有的单电感多输入多输出异步DC-DC转换器采用升降压(Buck-Boost)工作模式，传输功率受限。图1是现有多输入多输出异步Buck-Boost DC-DC转换器工作周期示意图。如图1所示，当能量源1的电压升高到迟滞比较器的迟滞窗口上界，能量源1的状态信号变为1，DC-DC转换器进入能量源1的工作周期。在此工作周期内，若能量源2的状态信号变为1，也必须等到能量源1的工作周期结束以后才能开始采集能量源2，如此能量源2的电压进一步偏离了最大功率点电压，因此能源供给充足时存在能量采集不充分的问题，无法精确追踪最大功率点。类似的，当前负载的工作周期结束以后才能给其他负载供能，因此多个输出之间存在交叉调节，无法充分供给能量，增大了输出的纹波。

有限状态机(Finite-State Machine，FSM)，又称为有限状态自动机，简称状态机，是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型，由寄存器组和组合逻辑构成的硬件时序电路，其状态(即由寄存器组的1和0的组合状态所构成的有限个状态)只可能在同一时钟跳变沿的情况下才能从一个状态转向另一个状态，究竟转向哪一状态还是留在原状态不但取决于各个输入值，还取决于当前所在状态。状态机的本质是对具有逻辑顺序或时序规律事件的一种描述方法，所有具有逻辑顺序和时序规律的事情都适合用状态机描述。

同一侧开关若同时导通就会造成不同通道之间联通，产生电荷再分布损耗，或者产生通道到地之间的通路，造成功率元件烧毁。为避免同一侧开关同时导通，需要在一个开关关断后延迟一段时间再打开其他开关，这段延迟时间就是死区。死区时间是为了使同一侧开关管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时间段。

【发明内容】