[发明专利]一种基于比较器控制的单电感多输出升压DC-DC变换器的能量分配方法和电路实现

说明书

本发明公开了一种基于比较器控制的单电感多输出升压DC‑DC变换器的能量分配方法和电路实现，包括具有最大导通时间限制的输出支路占空比信号发生器和能量再分配逻辑电路。本发明的能量分配电路能够实现能量在各个输出端的按序分配，并能够在负载不需要能量的情况下实现跳过，在发生负载和输出电压跳变的时候的对多余能量实现再分配，从而提高系统的瞬态响应速度，并通过限制各个支路一次性放电的最大时间抑制支路间的交调干扰。

技术领域

本发明涉及直流-直流变换器，具体涉及一种基于比较器控制的单电感多输出升压DC-DC变换器的能量分配方法和电路实现。

背景技术

电路系统中，通常不同的模块需要不同的供电电压。单电感多输出直流-直流变换器利用单个电感存储的能量，形成多个稳定直流输出电压，可以减少电源管理芯片外围元件数量和引脚数目，从而降低成本。

基于比较器控制的单电感多输出升压DC-DC变换器，通过比较器来对输出电压和参考电压进行比较，从而根据比较器的输出控制支路功率管的开启和关断，调整占空比，实现能量在输出端的分配。相比基于误差放大器的电压和电流环控制方法，基于比较器的控制方法具有响应速度快的优点。然而，为了调整电感总体能量，传统基于比较器控制的单电感多输出变换器，最后一路的输出电压不是通过比较器控制，而是通过误差放大器组成电压和电流环控制电感充电的占空比以，即前面N-1路输出的负载变化是通过最后一路的输出误差体现的。这导致前面支路对最后一路的输出有较大的交叉调制效应，以及最后一路输出较慢的负载响应速度。

具体基于比较器信号的能量分配电路实现方法目前主要有以下几种：其一，采用状态机为基础的数字电路控制，该方法需要给状态机设置较高的时钟频率以不断对比较器的输出信号进行扫描和判断，会消耗较多的能量；其二，简单采用与支路数目相同的D触发器级联，该方法需要在各个支路引入最小导通时间，不利于快速瞬态响应并且增加了额外的损耗；其三，采用译码器，根据比较器信号对各个支路占空比信号进行简单编译，该方法会出现一个预设周期内同一个支路反复开启的情况，无法控制开关频率。

根据比较器的输出信号控制输出端的能量分配，实现能量在输出端的按序传输。实际设计中需要考虑输出端的负载变换或者电压变化，即同一个周期内某路输出可能不需要充电，因而需要跳过的情况。以三路输出为例，可能存在的充电情况有：

1)电感充电，第一路充电，第二路充电，第三路充电；

2)电感充电，第一路跳过，第二路充电，第三路充电；

3)电感充电，第一路充电，第二路跳过，第三路充电；

4)电感充电，第一路跳过，第二路跳过，第三路充电；

5)电感充电，第一路充电，第二路充电，周期结束第三路被跳过；

等。简单的触发器级联或者译码器电路无法很好地应对上述情况。

发明内容

本发明提出一种全部支路都基于比较器控制的单电感多输出升压DC-DC变换器的能量分配方法和电路实现，能根据输出端的情况灵活判断是否跳过该路，具有较快的负载响应速度，并且具有最大导通时间限制和能量再分配功能，能够应对各种情况的负载变换或者输电压变化，有效减小支路间的串扰并提高效率。

本发明提出的一种基于比较器控制的单电感多输出升压DC-DC变换器的能量分配方法，其对所有输出支路的放电都由比较器控制。电感充电完成后，从第一路输出开始依次顺序对输出电压不满足参考电压要求的支路放电，当支路i的输出满足参考电压V_refi的要求，直接跳过该支路。

另外，设置电感对于每个支路单次放电时间的上限，如果在放电过程中输出达到参考电压要求或到达放电时间上限，则跳转到下一输出支路。设置电感对于每个支路i单次放电时间的上限的目的是当该支路的负载发生由轻载跳变到重载的跳变时，可以避免该支路耗尽电感中存储的能量，减小该负载跳变对后面输出支路的影响。