專利名稱：多輸出直流－直流轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器、包括這種多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器的電子設(shè)備和控制多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器的方法。
背景技術(shù)：
專利WO 02/058220-A1公開了一種單輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中主開關(guān)周期性地將直流輸入電壓耦合到電感器，用以在主開關(guān)的導(dǎo)通周期內(nèi)在電感器中儲(chǔ)存能量。在主開關(guān)的截止周期內(nèi)，二級(jí)開關(guān)將負(fù)載耦合到電感器，用以將能量從電感器傳遞到負(fù)載。主開關(guān)隨后的導(dǎo)通和截止周期被稱作開關(guān)周期或周期。導(dǎo)通時(shí)間與周期持續(xù)時(shí)間的比率被稱作占空度。
通過比較越過負(fù)載的輸出電壓和參考水平來調(diào)節(jié)直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。如果輸出電壓高于參考水平，則表明提供給負(fù)載的能量總數(shù)太高了。在下一個(gè)周期中，占空度將具有預(yù)定的最小值，以使得儲(chǔ)存在電感器中的能量總數(shù)將最小。如果輸出電壓低于參考值，則在下一個(gè)周期中，占空度將具有預(yù)定的最大值。這樣，僅通過利用最小和最大占空度來調(diào)節(jié)輸出電壓。
這種現(xiàn)有技術(shù)的直流-直流轉(zhuǎn)換器不適用于提供多個(gè)單獨(dú)被調(diào)節(jié)的輸出電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可調(diào)節(jié)多個(gè)輸出電壓中的每個(gè)的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器。
本發(fā)明的第一方面提供了一種如權(quán)利要求1所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明的第二方面提供了一種如權(quán)利要求16所述的包括這種多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器的電子設(shè)備。本發(fā)明的第三方面提供了一種如權(quán)利要求17所述的控制多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器的方法。在從屬權(quán)利要求中限定了有利的實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器包括電感器和周期性地將直流輸入電壓耦合給電感器的主開關(guān)。在主開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，能量?jī)?chǔ)存在電感器中。多個(gè)負(fù)載中的每一個(gè)都經(jīng)由多個(gè)輸出開關(guān)中的其中一個(gè)耦合到電感器。越過每個(gè)負(fù)載，提供多個(gè)輸出電壓中的一個(gè)。
控制器在周期序列內(nèi)控制主開關(guān)和輸出開關(guān)。每個(gè)周期都包含由多個(gè)輸出開關(guān)的其中一個(gè)的導(dǎo)通相位跟隨的主開關(guān)的導(dǎo)通相位。周期具有預(yù)定的第一或第二占空度，其中第二占空度大于第一占空度。不產(chǎn)生其它的占空度。第一占空度還稱作最小占空度，第二占空度還稱作最大占空度。
控制器包括多個(gè)比較器，每一個(gè)比較器都比較多個(gè)輸出電壓中的其中一個(gè)輸出電壓與多個(gè)參考電壓中相關(guān)聯(lián)的一個(gè)參考電壓?？刂破鬟M(jìn)一步檢查具有高于它們相關(guān)聯(lián)的參考電壓的值的多個(gè)輸出電壓的數(shù)量是否大于、小于或等于具有低于它們相關(guān)聯(lián)的參考電壓的值的多個(gè)輸出電壓的數(shù)量。依靠由控制器做出的檢查結(jié)果，選擇占空度，以使得具有最小占空度的周期的數(shù)量(該占空度的數(shù)量還稱作第一數(shù)量)分別大于、小于或等于具有最大占空度的周期的數(shù)量(該占空度的數(shù)量還稱作第二數(shù)量)。
以這種方式，儲(chǔ)存在電感器中的總能量將追蹤負(fù)載所需的總能量。例如，如果在具有三個(gè)輸出的直流-直流轉(zhuǎn)換器中，輸出電壓中的一個(gè)高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓(還稱作參考水平，或參考值)，并且輸出電壓中的另兩個(gè)低于它們相關(guān)聯(lián)的參考水平，則提供給第一個(gè)提到的輸出的能量應(yīng)減小，同時(shí)提供給后面提到的輸出的能量應(yīng)增加。因此，儲(chǔ)存在電感器中的總能量應(yīng)增加，且需要更多能量的輸出的數(shù)量大于需要更少能量的輸出的數(shù)量。這樣，在下一個(gè)周期序列中，具有最大占空度的周期的數(shù)量應(yīng)大于具有最小占空度的周期的數(shù)量。
WO 02/058220-A1公開了一種多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中以脈沖寬度調(diào)制(還稱作PWM)模式或脈沖頻率調(diào)制(還稱作PFM)模式獨(dú)立地控制輸出。在PWM模式中，輸出的占空度不同，這是因?yàn)閷?duì)于每個(gè)輸出，輸入電壓和輸出電壓間的比率都是不同的。而且，占空度也與轉(zhuǎn)換器線圈中的電流和提供的總輸出功率有關(guān)。此外，不得不確定需要最高能量數(shù)量的輸出。該輸出必須工作在PWM模式下。然后，確定工作在PWM模式下的任意其它輸出的開關(guān)周期的數(shù)量，將總能量數(shù)量中的一部分提供給其中的一個(gè)特定輸出。這種現(xiàn)有技術(shù)DC-DC轉(zhuǎn)換器是復(fù)雜的，這是因?yàn)椴坏貌淮_定哪個(gè)輸出需要最高能量，以控制它的占空度，使得足夠的能量將儲(chǔ)存在電感器中，還要確定其它輸出的占空度應(yīng)是什么樣的，并且確定在總開關(guān)序列中對(duì)于特定的輸出要提供多少個(gè)開關(guān)周期。
根據(jù)本發(fā)明的直流-直流轉(zhuǎn)換器僅必須選擇在總開關(guān)序列中要必須提供多少個(gè)這兩種預(yù)定的占空度(最小和最大占空度)。
在如權(quán)利要求2中所確定的實(shí)施例中，序列中分配了最小占空度的周期的數(shù)量等于具有高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓的值的輸出電壓的數(shù)量。具有等于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓的值的輸出電壓的數(shù)量被忽略了，或者被任意地分配給具有最小或最大占空度的周期。序列中分配了最大占空度的周期的數(shù)量等于具有低于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓的值的輸出電壓的數(shù)量。
在如權(quán)利要求3中所確定的實(shí)施例中，盡可能地在當(dāng)前的第一數(shù)量和第二數(shù)量的值的基礎(chǔ)上，具有最大占空度的周期的其中一個(gè)先于具有最小占空度的周期的其中一個(gè)。以這種方式，首先，在具有最大占空度的周期內(nèi)，流過電感器的平均電流增加了，然后，在具有最小占空度的周期內(nèi)，流過電感器的平均電流減小了。因此，使流過電感器的電流變?yōu)榱愕臋C(jī)會(huì)被最小化。
在如權(quán)利要求4中所確定的實(shí)施例中，選擇序列中周期的順序，以首先包括所有的具有最大占空度的周期，然后包括所有的具有最小占空度的周期。由于具有最大占空度的周期，首先流過電感器的電流的平均值增加了，然后，由于具有最小占空度的周期，平均值減小了。再次，使流過電感器的電流變?yōu)榱愕臋C(jī)會(huì)被最小化。
在如權(quán)利要求5中所確定的實(shí)施例中，盡可能地將最小占空度分配給對(duì)應(yīng)的輸出電壓具有低于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓的值的周期。在具有最小占空度的周期內(nèi)，輸出開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間的持續(xù)時(shí)間大于具有第二占空度的周期，這樣，提供給相關(guān)聯(lián)的負(fù)載的能量是較大的。這恰好是具有低于其參考值的輸出電壓的輸出所需要的。類似地，盡可能地將最大占空度分配給對(duì)應(yīng)的輸出電壓具有高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓的值的周期。
序列中最小和最大占空度的數(shù)量分別是由高于和低于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓的輸出電壓的數(shù)量來確定的。而相反的是，最小占空度被優(yōu)選地分配給與具有低于其參考值的輸出電壓的相對(duì)應(yīng)輸出的輸出開關(guān)，且最大占空度被優(yōu)選地分配給與具有高于其參考值的輸出電壓的相對(duì)應(yīng)輸出的輸出開關(guān)。通常，在所涉及的數(shù)量上不匹配，因此，最大占空度將被分配給具有低于其參考值的值的某些輸出電壓，如權(quán)利要求7中所確定的，或者最小占空度將被分配給高于其參考值的某些輸出電壓，如權(quán)利要求6中所確定的。
在如權(quán)利要求8中所確定的實(shí)施例中，在周期序列中，傳遞最少量能量的周期被分配給輸出電壓高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓的輸出。這導(dǎo)致該電壓的最小量的進(jìn)一步增加，其中該電壓已具有高于其參考值的值。
在如權(quán)利要求9中所確定的實(shí)施例中，序列中的第一周期被分配給電壓高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓并且被分配了最小占空度的輸出。通常，序列中的第一周期從電感器中電流的最小平均值開始。這是由于具有最小占空度的周期是在序列的末端產(chǎn)生的事實(shí)。該最少量的能量應(yīng)被提供給將要接收比所需的能量大的輸出。這點(diǎn)對(duì)于已具有高于其參考值的電壓并且已分配了最小占空度的輸出是特別正確的，這是因?yàn)闆]有留下最大占空度。
在如權(quán)利要求10中所確定的實(shí)施例中，在周期序列中，傳遞最多量能量的周期被分配給電壓低于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓的輸出。這導(dǎo)致該電壓的最小量的進(jìn)一步減小，其中該電壓已具有低于其參考值的值。
在如權(quán)利要求11中所確定的實(shí)施例中，在序列中，已分配了最大占空度的最后一個(gè)周期被選擇為電壓低于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓并且已分配了最大占空度的輸出。通常，在序列中，分配了最大占空度的最后一個(gè)周期具有電感器中電流的最大平均值。這是由于具有最小占空度的周期是在序列的末端產(chǎn)生的事實(shí)。該最高量的能量應(yīng)被提供給將要接收比所需的能量小的輸出。這點(diǎn)對(duì)于已具有低于其參考值的電壓并且已分配了最大占空度的輸出是特別正確的，這是因?yàn)闆]有留下最小占空度。
在如權(quán)利要求12或13中所確定的實(shí)施例中，如果在特定的序列中，最小或最大占空度要被分別分配給電壓高于或低于其參考水平的輸出，則在下一個(gè)序列中，正確的占空度被分配給該輸出。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，占空度錯(cuò)誤的分配將在整個(gè)時(shí)間內(nèi)被平均掉，這樣，其對(duì)所涉及到的輸出電壓調(diào)節(jié)的負(fù)面影響就被最小化了。
在如權(quán)利要求14中所確定的實(shí)施例中，追蹤輸出的模式。
在如權(quán)利要求15中所確定的實(shí)施例中，如果模式表示輸出不必提供電流給負(fù)載，則沒有開關(guān)周期被分配給該輸出，以防止輸出電壓進(jìn)一步升高。
參考下文中所描述的實(shí)施例將說明本發(fā)明的這些和其它方面，并從下文中所描述的實(shí)施例中將使本發(fā)明的這些和其它方面更明顯。


附圖中圖1示出了具有雙占空度控制的現(xiàn)有技術(shù)中的單輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路圖，圖2示出了在圖1現(xiàn)有技術(shù)中的直流-直流轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生的信號(hào)，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路圖，圖4示出了用于說明圖3直流-直流轉(zhuǎn)換器的信號(hào)，圖5示出了具有根據(jù)本發(fā)明的直流-直流轉(zhuǎn)換器的設(shè)備的方框圖，圖6示出了用于說明輸出電壓的模式的狀態(tài)圖，和圖7示出了在根據(jù)本發(fā)明的直流-直流轉(zhuǎn)換器中的控制算法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
各個(gè)圖中相似的標(biāo)記指相似的信號(hào)或執(zhí)行相似功能1的相同元件。
圖1示出了具有雙占空度控制的現(xiàn)有技術(shù)中的單輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖1中作為升壓轉(zhuǎn)換器1的直流-直流轉(zhuǎn)換器包括串聯(lián)設(shè)置的電感器L和設(shè)置在第一輸入端2和第二輸入端3之間的第一開關(guān)S1(主開關(guān))，用以接收輸入電壓Vin。并聯(lián)設(shè)置的二極管D和第二開關(guān)S2(輸出開關(guān))設(shè)置在主開關(guān)S1和電感器L的接點(diǎn)與第一輸出端4之間。第二輸入端3和第二輸出端5互連。平滑電容器C設(shè)置在第一輸出端4和第二輸出端5之間。負(fù)載12連接在第一輸出端4和第二輸出端5之間。比較器9比較在第一輸出端4處的輸出電壓Vout和在端10處的參考電壓VR，用以提供誤差信號(hào)11給控制器6?？刂破?提供控制信號(hào)7和8用以控制主開關(guān)S1和輸出開關(guān)S2的導(dǎo)通和截止周期。通過IL表明流過電感器L的電流。將參考圖2說明現(xiàn)有技術(shù)中的直流-直流轉(zhuǎn)換器的操作。
圖2示出了在圖1現(xiàn)有技術(shù)中的直流-直流轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生的信號(hào)。圖2A示出了輸出電壓Vout和參考電壓VR，圖2B示出了流過電感器L的電流IL。
圖2示出，每個(gè)周期CY具有兩個(gè)相位。在時(shí)刻t0、t2、t4、t6、t8開始的第一相位期間，主開關(guān)S1在導(dǎo)通時(shí)間TON內(nèi)閉合，而輸出開關(guān)S2打開。分別在時(shí)刻t1、t3、t5、t7、t9開始的第二相位期間，主開關(guān)S1在截止時(shí)間TOF內(nèi)打開，而輸出開關(guān)S2閉合。在主開關(guān)S1的導(dǎo)通時(shí)間TON內(nèi)，電感器L中的電流IL增加，能量存儲(chǔ)在電感器L中。在輸出開關(guān)S2的導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，電感器L中的電流IL減少，能量被提供給負(fù)載12。
周期CY的占空度被確定為它的導(dǎo)通時(shí)間TON與周期CY的持續(xù)時(shí)間的比率。通過從第一和第二占空度中選擇占空度來調(diào)節(jié)直流-直流轉(zhuǎn)換器，第一占空度D1小于第二占空度D2。第一占空度D1還指最小的占空度，第二占空度D2進(jìn)一步指最大的占空度。
在時(shí)刻t2、t4、t6、t8、t10處的箭頭表示采樣時(shí)刻，在這些時(shí)刻比較器9比較輸出電壓Vout與參考電壓VR。如果輸出電壓Vout高于參考電壓VR，則隨后的周期CY將具有最小的占空度D1。如果輸出電壓Vout低于參考電壓VR，則隨后的周期將具有最大的占空度D2。
假設(shè)，電容器C的值足夠大，以保持輸出電壓Vout基本上恒定的的平均水平。在時(shí)刻t2，主開關(guān)S1閉合，輸出開關(guān)S2打開，因此，負(fù)載12將吸取通過電容器C的放電電流，由于ESR的原因，這導(dǎo)致在輸出端的電壓中出現(xiàn)向下的跳躍。ESR是電容器C的串聯(lián)阻抗。輸出電壓Vout從時(shí)刻t2到t3的線性減少是由于對(duì)輸出電容器放電的負(fù)載。在時(shí)刻t3，主開關(guān)S1打開，輸出開關(guān)S2閉合充電電流將流進(jìn)電容器C。由于電容器C的ESR，電流的極性改變將導(dǎo)致輸出電壓Vout中的向上跳躍。輸出電壓Vout從時(shí)刻t3到t4的減少是由于線圈電流減少了，導(dǎo)致ESR壓降減少。在時(shí)刻t4或正好在時(shí)刻t4之前，比較器9比較輸出電壓Vout與參考值VR。在圖2的實(shí)例中，輸出電壓Vout水平低于參考水平VR，這樣，將最大的占空度D2分配給在時(shí)刻t4開始的下一個(gè)周期。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路圖。
設(shè)置串聯(lián)設(shè)置的電感器L和主開關(guān)S0，用以接收輸入直流電壓Vin。該輸入直流電壓可以來自電池，或者可以是整流后的主電壓。用N1標(biāo)記電感器L和主開關(guān)S0的接點(diǎn)。主開關(guān)S0沒有耦合到節(jié)點(diǎn)N1的一側(cè)接地。第一輸出開關(guān)S1設(shè)置在節(jié)點(diǎn)N1和節(jié)點(diǎn)O1之間。第二輸出開關(guān)S2設(shè)置在節(jié)點(diǎn)N1和節(jié)點(diǎn)O2之間。第三輸出開關(guān)S3設(shè)置在節(jié)點(diǎn)N1和節(jié)點(diǎn)O3之間。并聯(lián)設(shè)置的第一電容器C1和第一負(fù)載L1耦合在節(jié)點(diǎn)O1和地之間。并聯(lián)設(shè)置的第二電容器C2和第二負(fù)載L2耦合在節(jié)點(diǎn)O2和地之間。并聯(lián)設(shè)置的第三電容器C3和第三負(fù)載L3耦合在節(jié)點(diǎn)O3和地之間。第一輸出電壓V1出現(xiàn)在第一節(jié)點(diǎn)O1和地之間。第二輸出電壓V2出現(xiàn)在第二節(jié)點(diǎn)O2和地之間。第三輸出電壓V3出現(xiàn)在第三節(jié)點(diǎn)O3和地之間。
第一比較器12比較第一輸出電壓V1與第一參考電壓VR1，用以提供第一輸出信號(hào)。第二比較器11比較第二輸出電壓V2與第二參考電壓VR2，用以提供第二輸出信號(hào)。第三比較器10比較第三輸出電壓V3與第三參考電壓VR3，用以提供第三輸出信號(hào)。
基于第一、第二和第三輸出信號(hào)，邏輯電路13確定具有高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3的值的輸出電壓V1、V2、V3的數(shù)量是否大于、小于或等于具有低于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3的值的多個(gè)輸出電壓V1、V2、V3的數(shù)量。周期發(fā)生器14在周期CY1、CY2、CY3的序列SE(參見圖4)中產(chǎn)生分配了最小占空度D1的周期的第一數(shù)量N1和分配了最大占空度D2的周期的第二數(shù)量N2，其相當(dāng)于具有高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3的值的輸出電壓V1、V2、V3的數(shù)量，其大于、小于或等于具有低于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3的值的多個(gè)輸出電壓V1、V2、V3的數(shù)量。這樣，如果具有高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3的值的輸出電壓V1、V2、V3的數(shù)量大于具有低于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3的值的多個(gè)輸出電壓V1、V2、V3的數(shù)量，則第一數(shù)量N1將大于第二數(shù)量N2。
控制器C0包括比較器10、11和12、邏輯電路13和周期發(fā)生器14。
在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，如圖3中所示，邏輯電路13確定具有高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3的值的輸出電壓V1、V2、V3的數(shù)量N1和具有低于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3的值的輸出電壓V1、V2、V3的數(shù)量N2。
現(xiàn)在，周期發(fā)生器14接收數(shù)量N1和N2，并分別提供開關(guān)信號(hào)CS0、CS1、CS2和CS3給主開關(guān)S0、第一輸出開關(guān)S1、第二輸出開關(guān)S2和第三輸出開關(guān)S3。周期發(fā)生器14產(chǎn)生具有最小占空度D1或具有大于最小占空度D1的最大占空度D2的周期CY1、CY2、CY3(參見圖4)，用以得到具有最小占空度D1的周期CY1、CY2、CY3的第一數(shù)量N1和具有最大占空度D2的周期CY1、CY2、CY3的第二數(shù)量N2。
在根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，周期發(fā)生器14包括序列發(fā)生器140，其控制序列SE中周期CY1、CY2、CY3的順序，以使得盡可能地在第一數(shù)量N1和第二數(shù)量N2的當(dāng)前值上，使具有最大占空度D2的周期CY1、CY2、CY3的其中一個(gè)超前于具有最小占空度D1的周期CY1、CY2、CY3的其中一個(gè)。以這種方式，首先，在具有最大占空度D2的其中一個(gè)周期內(nèi)，流過電感器L的電流IL的平均值增加，然后，在隨后的具有最小占空度D1的周期內(nèi)，流過電感器L的電流IL的平均值減小。因此，流過電感器L的電流IL變?yōu)榱愕臋C(jī)會(huì)最小了。
可供替換地，序列發(fā)生器140可控制序列SE中周期CY1、CY2、CY3的順序，用以首先包括所有具有最大占空度D2的周期CY1、CY2、CY3，然后包括所有具有最小占空度D1的周期CY1、CY2、CY3。再一次，流過電感器L的電流IL變?yōu)榱愕臋C(jī)會(huì)最小了。
周期發(fā)生器14可進(jìn)一步包括分配器141，其將最小占空度D1的第一數(shù)量N1盡可能地分配給與具有低于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3的值的輸出電壓V1、V2、V3相關(guān)聯(lián)的周期CY1、CY2、CY3，并且將最大占空度D2的第二數(shù)量N2盡可能地分配給與具有高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3的值的輸出電壓V1、V2、V3相關(guān)聯(lián)的周期CY1、CY2、CY3。在具有最小占空度D1的周期CY1、CY2、CY3中，輸出開關(guān)(第一、第二或第三開關(guān)S1、S2、S3中之一)的導(dǎo)通時(shí)間TON的持續(xù)時(shí)間比具有最大占空度D2的周期中的大，因此，是提供給相關(guān)聯(lián)的負(fù)載L1、L2、L3的較高的能量。這正好是輸出端O1、O2、O3所需要的，其中輸出端O1、O2、O3具有低于其參考值VR1、VR2、VR3的輸出電壓V1、V2、V3。以同樣的方式，將最大占空度D2盡可能地分配給與具有高于其相對(duì)應(yīng)的參考電壓VR1、VR2、VR3的值的輸出電壓V1、V2、V3相關(guān)聯(lián)的周期CY1、CY2、CY3。
在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，如果第一數(shù)量N1大于具有低于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR 3的值的輸出電壓V1、V2、V3的數(shù)量，則分配器141進(jìn)一步將最小占空度D1分配給與具有高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3的值的輸出電壓V1、V2、V3相關(guān)聯(lián)的周期CY1、CY2、CY3?；蛘?，從相反方面，如果第二數(shù)量N2大于具有高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3的值的輸出電壓V1、V2、V3的數(shù)量，則進(jìn)一步將最大占空度D2分配給與具有低于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3的值的輸出電壓V1、V2、V3相關(guān)聯(lián)的周期CY1、CY2、CY3。
在根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，分配器141分配了序列SE中一個(gè)預(yù)定的周期CY1、CY2、CY3的其中一個(gè)，其中，最少量的能量被傳遞給了其值高于相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3的輸出電壓V1、V2、V3中之一。這導(dǎo)致輸出電壓V1、V2、V3最小的增加，該輸出電壓的值已經(jīng)高于其參考值VR1、VR2、VR3。以同樣的方式，分配器141可分配序列SE中一個(gè)預(yù)定的周期CY1、CY2、CY3中之一，其中，最高量的能量被傳遞給了其值低于相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3的輸出電壓V1、V2、V3中之一。
分配器141可將其值高于相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3并分配了最小占空度D1的輸出電壓V1、V2、V3分配為序列SE中的第一個(gè)周期CY1。通常，序列中的第一周期CY1從電感器L中電流IL的最低平均值開始。這是由于具有最小占空度D1的周期CY1、CY2、CY3是在序列SE的末端產(chǎn)生的事實(shí)。該最低量的能量應(yīng)該提供給輸出O1、O2、O3，其將要接收比所需的多得多的能量。這對(duì)于已經(jīng)具有高于其參考值VR1、VR2、VR3的電壓V1、V2、V3并已分配了最小占空度D1的輸出O1、O2、O3是特別正確的，這是因?yàn)闆]有留下最大占空度D2。
分配器141可將序列SE中分配了最大占空度D2的最后一個(gè)周期CY1分配給其值低于相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3并分配了最大占空度D2的輸出電壓V1、V2、V3。通常，序列SE中，分配了最大占空度D2的最后一個(gè)周期CY1、CY2、CY3具有電感器L中電流IL的最高平均值。這是由于具有最小占空度D1的周期CY1、CY2、CY3是在序列SE的末端產(chǎn)生的事實(shí)。該最高量的能量應(yīng)該提供給輸出O1、02、O3，其將要接收比所需的少得多的能量。這對(duì)于已經(jīng)具有低于其參考值VR1、VR2、VR3的電壓V1、V2、V3并已分配了最大占空度D2的輸出O1、O2、O3是特別正確的，這是因?yàn)闆]有留下最小占空度D1。
如果在前一個(gè)序列SE中，最小占空度D1被分配給了特定的輸出電壓V1、V2、V3之一，同時(shí)相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3是較低的，則分配器141可在下一個(gè)序列SE中將最大占空度D2分配給該特定的輸出電壓V1、V2、V3之一?；蛘撸愃频?，如果在前一個(gè)序列SE中，最大占空度D2被分配給了特定的輸出電壓V1、V2、V3之一，同時(shí)相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3是較高的，則分配器141可在下一個(gè)序列SE中將最小占空度D1分配給該特定的輸出電壓V1、V2、V3之一。這樣，如果在特定的序列SE中，最小D1或最大D2占空度必須被分別分配給了其電壓V1、V2、V3高于或低于其參考值VR1、VR2、VR 3的輸出O1、O2、O3，則在下一個(gè)序列SE中，將合適的占空度分配給該輸出O1、O2、O3。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，占空度錯(cuò)誤的分配將在整個(gè)時(shí)間內(nèi)被平均掉，這樣，其對(duì)所涉及到的輸出電壓V1、V2、V3調(diào)節(jié)的負(fù)面影響就被最小化了。
在根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，該直流-直流轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括模式檢測(cè)器15，其保持輸出O1、O2、O3的模式軌跡。組合在由15所標(biāo)記的方框中的模式檢測(cè)器基于比較器10、11、12的輸出信號(hào)以及輸出O1、O2、O3的前一種模式來確定每個(gè)輸出O1、O2、O3的新模式，如參考圖6所說明的，用以提供控制信號(hào)給周期發(fā)生器14的序列控制器142。序列控制器142控制序列SE中所需的周期CY的數(shù)量，以使得僅對(duì)處于表示電流不得不被提供給相關(guān)聯(lián)的負(fù)載L1、L2、L3的狀態(tài)的輸出O1、O2、O3產(chǎn)生周期CY，而不對(duì)處于表示不用不得不將電流提供給相關(guān)聯(lián)的負(fù)載L1、L2、L3的狀態(tài)的輸出O1、O2、O3產(chǎn)生周期CY。
圖4示出了用于說明圖3直流-直流轉(zhuǎn)換器的工作的信號(hào)。圖4A、4B、4C分別示出了第一、第二和第三輸出電壓V1、V2、V3以及它們相關(guān)聯(lián)的參考水平VR1、VR2和VR3。圖4D示出了電感器L中的電流IL。
在時(shí)刻t15，如通過箭頭SV1、SV2、SV3所指明的，比較器12、11、10分別比較輸出電壓V1、V2、V3與參考水平VR1、VR2、VR3。輸出電壓V1和V2都具有低于其相關(guān)聯(lián)的參考水平VR1和VR2的值。輸出電壓V3具有高于其相關(guān)聯(lián)的參考水平VR3的值。因此，在從時(shí)刻t15到時(shí)刻t21的下一個(gè)序列SE中，周期CY1、CY2、CY3中的其中兩個(gè)將具有最大占空度D2，且周期CY1、CY2、CY3中的其中一個(gè)將具有最小占空度D1。
可以用幾種方式執(zhí)行序列SE中一個(gè)最小占空度D1和兩個(gè)最大占空度D2的分配。優(yōu)選地，首先，試著將最小占空度D1分配給周期CY1、CY2、CY3，其中輸出電壓V1、V2、V3低于相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3，并將最大占空度D2分配給周期CY1、CY2、CY3，其中輸出電壓V1、V2、V3高于相關(guān)聯(lián)的參考電壓VR1、VR2、VR3。因此，如果可行的話，不得不將最大占空度D2分配給了第三開關(guān)S3，這是因?yàn)榈谌敵鲭妷篤3比它的參考值VR3高，并且不得不將最小占空度D1分配給了第一和第二開關(guān)S1和S2。
但是，如圖4D中所示，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，由于僅分配了一個(gè)單獨(dú)最小占空度D1，因此不得不將最大占空比度D2分配給了第一V1或第二V2。這樣，在序列SE中將單一最小占空度D1和兩個(gè)最大占空度D2分配給三個(gè)可用的周期CY1、CY2、CY3的過程中，已決定了將最大占空度D2之一分配給第三開關(guān)S3(第三輸出電壓V3具有高于其參考值VR1的值)。另一個(gè)最大占空度D2和單一最小占空度D1被分配給開關(guān)S1和S2。對(duì)于開關(guān)S1、S2中的其中一個(gè)這樣做是正確的，這是因?yàn)樽钚≌伎斩菵1應(yīng)該被分配給具有高于它們的參考值VR1和VR2的值的輸出電壓V1和V2。對(duì)于開關(guān)S1、S2中的另一個(gè)這樣做就是不正確的。
有利的是，以下述順序選擇占空度的分配首先分配兩個(gè)最大占空度D2，然后分配最小占空度D1。以這種方式，首先，流過電感器L的平均電流IL增加了，這樣防止了在最小占空度D1產(chǎn)生的周期內(nèi)電流IL過零。
在下一個(gè)步驟中，不得不要選擇以什么樣的順序?qū)⒐β蕚鬟f給輸出O1、O2、O3。清楚的是，開關(guān)S3應(yīng)該以最大占空度D2進(jìn)行工作，這樣，應(yīng)該與第一或第二周期CY1或CY2有聯(lián)系。由于第三輸出電壓V3已具有高于其參考值VR3的值，所以有利的是，將提供盡可能小的功率給第三輸出O3。因此，該第三開關(guān)S3應(yīng)該與第一周期CY1有聯(lián)系，這是因?yàn)殡姼衅鱈中的平均電流IL是最小的。第一和第二開關(guān)S1、S2與第二和第三周期CY2、CY3的聯(lián)系并不重要，將正確地控制開關(guān)S2、S3中的一個(gè)，另一個(gè)將不正確。優(yōu)選地，如果可能，在下一個(gè)序列SE中，對(duì)開關(guān)S2和S3的分配被反過來，以得到平均的效果。
接下來更詳細(xì)地說明了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例。討論的是首先，是雙輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，其次，是三輸出升壓轉(zhuǎn)換器，第三，是雙輸出降壓轉(zhuǎn)換器。
參考圖3描述雙輸出升壓轉(zhuǎn)換器，從該圖中省略掉第三輸出O3和相關(guān)聯(lián)的元件S3、C3、L3和10。對(duì)于具有兩個(gè)輸出O1和O2的雙輸出升壓轉(zhuǎn)換器，有四種輸出負(fù)載選擇-輸出O1和O2都需要流入負(fù)載L1和L2的負(fù)載電流，以保持輸出電壓V1和V2足夠高，-一個(gè)輸出O1需要流入其相關(guān)聯(lián)的負(fù)載L1的負(fù)載電流，-另一個(gè)輸出O2需要負(fù)載電流，-兩個(gè)輸出O1和O2都不需要流入負(fù)載L1和L2的負(fù)載電流，以防止輸出電壓V1和V2升得太高。
當(dāng)輸出O1和O2都不需要輸出負(fù)載電流時(shí)，輸出O1和O2的輸出電壓V1和V2都將高于其相關(guān)聯(lián)的參考值VR1和VR2，并且如下面的表中所示，不需要下一個(gè)周期CY。

輸出電壓V1或V2中的其中一個(gè)一下降到低于其相關(guān)聯(lián)的參考水平VR1、VR2，控制器C0就應(yīng)該轉(zhuǎn)換到需要負(fù)載電流的一個(gè)輸出的狀態(tài)。具有負(fù)載電流的一個(gè)輸出O1、O2最大，工作原理與在專利WO 02/058220-A1中公開的單輸出控制相同。這意味著，如果輸出電壓V1、V2低于其參考值VR1、VR2，則下一個(gè)轉(zhuǎn)換周期CY就應(yīng)該具有最大占空度，當(dāng)輸出電壓V1、V2高于其參考值VR1、VR2時(shí)，下一個(gè)轉(zhuǎn)換周期CY應(yīng)該是最小占空度D1。這樣，只有具有負(fù)載電流的輸出O1、O2將得到轉(zhuǎn)換周期CY和輸出功率。如接下來的表中所示，另一個(gè)輸出O1、O2保持在高于其參考水平VR1、VR2的水平上，并且不會(huì)得到轉(zhuǎn)換周期CY，其中，Di，j中的i指的是，如果i＝1則指最小占空度，如果i＝2則指最大占空度，并且其中，j指的是，如果j＝1則指輸出O1(電壓V1)，如果j＝2則指輸出O2(電壓V2)。

另一個(gè)輸出O1、O2一下降到低于其參考電壓VR1、VR2，控制器C0就應(yīng)該轉(zhuǎn)換到雙輸出狀態(tài)。當(dāng)在有效輸出O1、O2處的負(fù)載L1、L2關(guān)斷，并且輸出電壓V1、V2得到并保持高于其參考值MR1、VR2時(shí)，控制器C0應(yīng)該轉(zhuǎn)換返回在兩個(gè)輸出O1、O2都沒有負(fù)載的狀態(tài)。
對(duì)于具有負(fù)載電流的兩個(gè)輸出O1、O2，要正確地調(diào)整電感器電流IL，并要根據(jù)輸出O1和O2的需要分配功率。對(duì)于兩個(gè)輸出O1、O2有四種選擇-兩個(gè)輸出O1、O2都具有高于它們的參考水平VR1、VR2的輸出電壓V1、V2，-第一輸出O1具有高于其參考水平VR1的輸出電壓V1，第二輸出O2具有低于其參考水平VR2的輸出電壓V2，-第一輸出O1具有低于其參考水平VR1的輸出電壓V1，第二輸出O2具有高于其參考水平VR2的輸出電壓V2，-兩個(gè)輸出O1、O2都具有低于它們的參考水平VR1、VR2的輸出電壓V1、V2。
當(dāng)兩個(gè)輸出電壓V1和V2都具有低于它們的參考值VR1、VR2的值時(shí)，電感器電流IL應(yīng)該增加。當(dāng)兩個(gè)輸出電壓V1和V2都具有高于它們的參考值VR1、VR2的值時(shí)，電感器電流IL應(yīng)該減小。并且，當(dāng)輸出電壓O1和O2中的一個(gè)具有高于其相關(guān)聯(lián)的參考水平VR1、VR2的值，而輸出電壓O1和O2中的一個(gè)具有低于其相關(guān)聯(lián)的參考值VR1、VR2的值時(shí)，電感器電流IL要保持在相同的水平上。這樣導(dǎo)致當(dāng)電感器電流IL應(yīng)該增加時(shí)產(chǎn)生具有兩個(gè)最大占空度D2的序列SE，當(dāng)電感器電流IL不得不減小時(shí)產(chǎn)生具有兩個(gè)最小占空度D1的序列SE，并且當(dāng)電感器電流IL必須要保持在相同的水平上時(shí)產(chǎn)生具有一個(gè)最小占空度D1和一個(gè)最大占空度D2的序列SE。
這樣，當(dāng)輸出O1、O2都具有高于它們的參考水平VR1、VR2的電壓V1、V2時(shí)，它們將都得到最小占空度D1。以相同的方式，當(dāng)兩個(gè)輸出都具有低于它們的參考水平VR1、VR2的電壓時(shí)，它們都將得到第二占空度D2。當(dāng)輸出O1、O2中的一個(gè)高于其參考水平VR1、VR2，而一個(gè)O1、O2低于其參考水平VR1、VR2時(shí)，狀態(tài)是不同的。由于最大占空度D2具有短的第二相位(在該第二相位期間，設(shè)置在電感器和負(fù)載L1、L2之間的開關(guān)S1、S2被關(guān)閉)，傳遞給輸出O1、O2的能量小于在最小占空度D1期間傳遞的能量，其中最小占空度D1具有較長(zhǎng)的第二相位。這意味著，具有輸出電壓V1、V2高于其參考水平VR1、VR2的輸出O1、O2將得到最大占空度D2，具有輸出電壓V1、V2低于其參考水平VR1、VR2的輸出O1、O2將得到最小占空度D1。為了使輸出功率最大，并防止在這種狀態(tài)下的零電流，首先最大占空度D2將產(chǎn)生，然后是最小占空度D1。
接下來的表格示出了用于兩個(gè)有效輸出的這些控制法則。再次，Di，j中的i指的是，如果i＝1則指最小占空度，如果i＝2則指最大占空度，并且j指的是，如果j＝1則指輸出O1(電壓V1)，如果j＝2則指輸出O2(電壓V2)。每個(gè)序列都包括兩個(gè)連續(xù)的下一個(gè)周期。

當(dāng)輸出O1、O2中之一的負(fù)載L1、L2被切斷，且輸出電壓V1、V2得到并保持高于其參考水平VR1、VR2時(shí)，控制器C0應(yīng)轉(zhuǎn)換為回到單輸出狀態(tài)。當(dāng)兩個(gè)輸出O1、O2的負(fù)載L1、L2都被切斷，且輸出電壓V1、V2得到并保持高于它們的參考水平VR1、VR2時(shí)，控制器C0應(yīng)轉(zhuǎn)換為回到?jīng)]有負(fù)載狀態(tài)。
如圖3中所示，如果升壓轉(zhuǎn)換器具有三個(gè)輸出O1、O2、O3，則有八種輸出負(fù)載選擇-所有的輸出O1、O2、O3都具有負(fù)載電流，-輸出O1、O2、O3其中兩個(gè)具有負(fù)載電流，輸出O1、O2、O3其中的一個(gè)沒有(共3種選擇)，-輸出O1、O2、O3中的其中一個(gè)具有負(fù)載電流，輸出O1、O2、O3其中兩個(gè)沒有(共3種選擇)，-所有的輸出O1、O2、O3都沒有負(fù)載電流。
當(dāng)沒有、一個(gè)或兩個(gè)輸出O1、O2、O3具有負(fù)載電流時(shí)，對(duì)于兩輸出控制器如上面所描述的方式執(zhí)行控制。對(duì)于三個(gè)輸出O1、O2、O3，輸出電壓測(cè)量的結(jié)果有八種選擇-所有的輸出O1、O2、O3都具有高于它們參考水平VR1、VR2、VR3的電壓V1、V2、V3，-輸出O1、O2、O3中的兩個(gè)具有高于它們參考水平VR1、VR2、VR3的電壓V1、V2、V3，另一個(gè)具有低于它們參考水平VR1、VR2、VR3的電壓V1、V2、V3(共3種選擇)，-輸出O1、O2、O3中的一個(gè)具有高于它們參考水平VR1、VR2、VR3的電壓V1、V2、V3，另兩個(gè)具有低于它們參考水平VR1、VR2、VR3的電壓V1、V2、V3(共3種選擇)，-所有的輸出O1、O2、O3都具有低于它們參考水平VR1、VR2、VR3的電壓V1、V2、V3。
當(dāng)所有的輸出O1、O2、O3都低于它們的參考水平VR1、VR2、VR3時(shí)，電感器電流IL應(yīng)具有大幅度的增加，這導(dǎo)致有三個(gè)最大占空度D2，每個(gè)輸出各一個(gè)。
當(dāng)所有的輸出O1、O2、O3都高于它們的參考水平VR1、VR2、VR3時(shí)，電感器電流IL應(yīng)具有大幅度的減小，這導(dǎo)致有三個(gè)最小占空度D1，每個(gè)輸出各一個(gè)。當(dāng)輸出O1、O2、O3中的兩個(gè)高于它們的參考水平VR1、VR2、VR3，另一個(gè)輸出低于它的參考水平VR1、VR2、VR3時(shí)，電感器電流IL應(yīng)減小，這導(dǎo)致有一個(gè)最大占空度D2和兩個(gè)最小占空度D1，其中最大占空度D2被分配給高于其參考水平VR1、VR2、VR3的輸出O1、O2、O3的其中一個(gè)，最小占空度D1中的第一個(gè)被分配給低于其參考值VR1、VR2、VR3中的輸出O1、O2、O3的其中一個(gè)，這是由于較大的電感器電流IL，該周期具有最高的能量傳遞。
當(dāng)輸出O1、O2、O3中的其中一個(gè)高于它們的參考水平VR1、VR2、VR3，輸出O1、O2、O3中的其中兩個(gè)輸出低于它們的參考水平VR1、VR2、VR3時(shí)，電感器電流IL應(yīng)增加，這導(dǎo)致有兩個(gè)最大占空度D2和一個(gè)最小占空度D1，其中最小占空度D1被分配給低于其參考水平VR1、VR2、VR3的輸出O1、O2、O3中的其中一個(gè)，第二最大占空度D2被分配給低于其參考值VR1、VR2、VR3中的輸出O1、O2、O3的另一個(gè)，這是由于較大的電感器電流IL，該周期具有最高的能量傳遞。在下面的表格中示出了用于三個(gè)有效輸出的控制法則。Di，j中的i指的是，如果i＝1則指最小占空度，如果i＝2則指最大占空度，并且其中j指的是，如果j＝1則指輸出O1(電壓V1)，如果j＝2則指輸出O2(電壓V2)，并且如果j＝3則指輸出O3(電壓V3)。每個(gè)序列都包括三個(gè)連續(xù)的下一個(gè)周期。

當(dāng)輸出O1、O2、O3中的一個(gè)或兩個(gè)的負(fù)載L1、L2、L3被切斷，且輸出電壓V1、V2、V3得到并保持高于其參考值VR1、VR2、VR3時(shí)，控制器C0應(yīng)轉(zhuǎn)換回到雙或單輸出狀態(tài)。當(dāng)所有輸出O1、O2、O3的負(fù)載L1、L2、L3都被切斷，且輸出電壓V1、V2、V3得到并保持高于它們的參考值VR1、VR2、VR3時(shí)，控制器C0應(yīng)轉(zhuǎn)換回到?jīng)]有負(fù)載狀態(tài)。
對(duì)于降壓轉(zhuǎn)換器，狀態(tài)是不同的。在降壓轉(zhuǎn)換中，電感器電流IL在整個(gè)開關(guān)周期CY內(nèi)而不是僅在第二相內(nèi)流到輸出O1、O2、O3。這意味著，在整個(gè)開關(guān)周期CY內(nèi)都傳遞能量，這導(dǎo)致在最小D1和最大D2占空度之間在能量傳遞上沒有顯著的差異。與升壓轉(zhuǎn)換相似的是，下面將說明用于兩個(gè)輸出O1和O2的不同選擇。
在兩個(gè)輸出O1、O2上都沒有輸出負(fù)載電流時(shí)，兩個(gè)輸出O1、O2的輸出電壓V1、V2將高于它們的參考水平VR1、VR2，如接下來的表格中所示，并不再需要周期。

當(dāng)具有負(fù)載電流的輸出O1、O2中的其中一個(gè)最大時(shí)，工作原理與前面描述的單輸出控制的相同。這意味著，如果輸出電壓V1、V2低于它的參考水平VR1、VR2，則下一個(gè)開關(guān)周期CY應(yīng)具有最大的占空度D2，當(dāng)輸出電壓V1、V2高于其參考水平VR1、VR2時(shí)，下一個(gè)開關(guān)周期CY應(yīng)具有最小的占空度D1。只有具有負(fù)載電流的輸出O1、O2才會(huì)得到開關(guān)周期CY并輸出功率。其它的輸出O1、O2保持在高于其參考水平VR1、VR2的水平上，且得不到開關(guān)周期CY。接下來的表格列出了用于一個(gè)有效輸出的控制法則。

對(duì)于具有負(fù)載電流的兩個(gè)輸出O1、O2，不得不正確地調(diào)整電感器電流IL，并根據(jù)輸出O1、O2的需要分配功率。與升壓轉(zhuǎn)換主要的不同是，在整個(gè)開關(guān)周期CY內(nèi)傳遞能量。因此，傳遞的能量值不取決于占空度，這樣，最小D1和最大D2占空度的選擇不是很嚴(yán)格的。下面的表格示出了用于兩個(gè)有效輸出的控制法則，在序列SE中始終有兩個(gè)周期CY。

對(duì)于降壓轉(zhuǎn)換的結(jié)論是，至少與用于升壓轉(zhuǎn)換的相同的法則是有效的。還有其它可供替換的，這是由于對(duì)于輸出O1、O2選擇最小D1還是最大D2占空度不再是嚴(yán)格的了，而僅與電感器電流IL有關(guān)。
圖5示出了具有根據(jù)本發(fā)明的直流-直流轉(zhuǎn)換器的裝置的方框圖。用100標(biāo)記的根據(jù)本發(fā)明的直流-直流轉(zhuǎn)換器接收輸入電壓Vin，并分別提供第一輸出電壓V1給第一電路101、提供第二輸出電壓V2給第二電路102以及提供第三輸出電壓V3給第三電路103。第一、第二和第三電路101、102、103可以是視聽?wèi)?yīng)用中的內(nèi)電路(例如移動(dòng)電話中的接收器、發(fā)送器和顯示器，或者電視機(jī)或計(jì)算機(jī)顯示器中的信號(hào)處理電路和顯示器)，或者可以是外部裝置。
圖6示出了用于說明輸出電壓模式的狀態(tài)圖。對(duì)于轉(zhuǎn)換器的控制，不需要測(cè)量輸出Oi是否需要負(fù)載電流。用狀態(tài)圖說明的運(yùn)算法則追蹤輸出Oi的模式。下標(biāo)i是與轉(zhuǎn)換器所具有的輸出Oi的數(shù)量有關(guān)的整數(shù)，表示多個(gè)輸出中的一個(gè)。
如下定義各種模式模式0輸出電壓Vi大于其參考電壓VRi，不需要功率，輸出Oi不是有效的，模式1輸出電壓Vi大于其參考電壓VRi，需要最小的功率，輸出Oi是有效的，模式2輸出電壓Vi小于其參考電壓VRi，需要最大的功率，輸出Oi是有效的，通過前一種模式和新采樣的輸出電壓Vi確定模式值。如果采樣的輸出電壓Vi小于其參考值VRi，則始終達(dá)到模式2。如果采樣的輸出電壓Vi大于其參考值VRi，則模式2改變?yōu)槟Ｊ?，模式1改變?yōu)槟Ｊ?。如果輸出電壓Vi大于其參考值VRi，則模式1將變?yōu)槟Ｊ?，模式0將保持為模式0，且輸出Oi不是有效的。這樣，在有效操作中，對(duì)于每個(gè)輸出Oi，模式都將根據(jù)輸出電壓Vi的測(cè)量值在序列中在模式1和模式2之間替換。如果輸出Oi中的其中一個(gè)具有零負(fù)載，則它的輸出電壓Vi將保持為高于其參考水平VRi，其中高于其參考值VRi的結(jié)果是模式0。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的直流-直流轉(zhuǎn)換器中控制運(yùn)算法則的流程圖。該流程圖說明了雙輸出升壓轉(zhuǎn)換器的操作。
在步驟100中，測(cè)量輸出電壓V1和V2的值。
在步驟101中，檢查輸出電壓V1的值是否小于其參考值VR1，并檢查輸出電壓V2的值是否小于其參考值VR2。如果是，則在步驟102中，輸出O1(在輸出O1處有電壓V1)和輸出O2(在輸出O2處有電壓V2)的模式都將改變?yōu)槟Ｊ?，如果模式是2，則將保持為2。在步驟103中，在周期CY的序列SE中，將第一最大占空度D2提供給與第一輸出電壓V1相關(guān)聯(lián)的第一開關(guān)S1，然后將第二最大占空度D2提供給與第二輸出電壓V2相關(guān)聯(lián)的第二開關(guān)S2，或者用相反的方式。
如果不是，則在步驟104中將檢查輸出電壓V1的值是否大于其參考值VR1，并且檢查輸出電壓V2的值是否小于其參考值VR2。如果是，則在步驟105中將檢查輸出O1的模式是否低于模式2。如果是，則在步驟106中，輸出1的模式將改變?yōu)槟Ｊ?，輸出2的模式將變?yōu)槟Ｊ?，且僅將最大占空度D2提供給開關(guān)S2。將不給開關(guān)S1分配開關(guān)周期。如果輸出O1的模式不低于模式2，則在步驟108中，輸出O1的模式將變?yōu)?，輸出2的模式將為2，且首先將最大占空度D2提供給第一開關(guān)S1，然后將最小占空度D1提供給第二開關(guān)S2。
如果步驟104的結(jié)果是否，則在步驟110中將檢查輸出電壓V1的值是否小于其參考值VR1，且檢查輸出電壓V2的值是否大于其參考值VR2。如果是，則在步驟111中將檢查輸出O2的模式是否小于2，如果是，則在步驟112中，將輸出O1的模式改變?yōu)槟Ｊ?，且輸出O2的模式將為模式0，并且僅將最大占空度D2提供給開關(guān)S1。將不給開關(guān)S2分配開關(guān)周期。如果輸出O2的模式不低于2，則在步驟114中，輸出O1的模式將為模式2，輸出O2的模式將為模式1，且首先將最大占空度D2提供給第二開關(guān)S2，然后將最小占空度提供給第一開關(guān)S1。
如果到達(dá)步驟116，則輸出電壓V1的值將大于其參考值VR1，且輸出電壓V2的值將大于其參考值VR2。在步驟117中檢測(cè)第一輸出O1的模式和第二輸出O2的模式是否低于模式2。如果是，則在步驟119中，輸出O1和O2的模式都將變?yōu)槟Ｊ?，且在步驟119中將開始等待周期，直到輸出電壓V1、V2中的至少一個(gè)下降到低于其參考值VR1、VR2為止。如果不是，則將執(zhí)行步驟120。
在步驟120中，檢查輸出O1的模式是否小于模式2，如果是，則在步驟121中，輸出O1的模式將為模式0，輸出O2的模式將為模式1，并且在步驟122中，序列SE將包含單個(gè)的提供給開關(guān)S2的最小占空度D1。如果不是則執(zhí)行步驟123。
在步驟123中檢查輸出O2的模式是否小于模式2，如果是，則在步驟124中，輸出O1的模式將為模式1，輸出O2的模式將為模式0，并且在步驟125中，序列SE將包含單個(gè)的提供給開關(guān)S1的最小占空度D1。如果輸出O2具有模式2，則在步驟126中輸出O1和O2的模式都將變?yōu)?，且在步驟127中，序列SE將包括提供給第一開關(guān)S1的最小占空度D1和提供給第二開關(guān)S2的最小占空度D1。
應(yīng)當(dāng)指出，上面提到的實(shí)施例說明而不是限定了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下將能夠設(shè)計(jì)出許多種可供替換的實(shí)施例。
在權(quán)利要求中，置于括號(hào)內(nèi)的任何附圖標(biāo)記都不構(gòu)成對(duì)權(quán)利要求的限定。詞語“包括”不排除存在除權(quán)利要求中所列出的以外的元件或步驟。本發(fā)明可以通過包括幾個(gè)分立元件的硬件和通過適合的可編程序計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在列舉了幾個(gè)裝置的產(chǎn)品權(quán)利要求中，這些裝置中的幾個(gè)可以通過硬件的一個(gè)且相同的零件來具體化。在互不相同的從屬權(quán)利要求中列舉出特定的測(cè)量?jī)H這事實(shí)沒有指明不能有利地利用這些測(cè)量的組合。
權(quán)利要求
1.一種多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，包括電感器(L)，主開關(guān)(S0)，用于周期性地將直流輸入電壓(Vin)耦合到電感器(L)，耦合到電感器(L)的多個(gè)輸出開關(guān)(S1、S2、S3)，每個(gè)開關(guān)都用于產(chǎn)生多個(gè)輸出電壓(V1、V2、V3)中相關(guān)聯(lián)的一個(gè)輸出電壓，并提供給多個(gè)負(fù)載(L1、L2、L3)中相關(guān)聯(lián)的一個(gè)，和控制器(1)，用于在周期(CY1、CY2、CY3)的序列(SE)中控制主開關(guān)(S0)和輸出開關(guān)(S1、S2、S3)，每一個(gè)周期(CY1、CY2、CY3)都包括由多個(gè)輸出開關(guān)(S1、S2、S3)的其中一個(gè)的導(dǎo)通相位(T1、T2、T3)跟隨的主開關(guān)(S0)的導(dǎo)通相位(TO1、TO2、TO3)，控制器(1)包括多個(gè)比較器(10、11、12)，每一個(gè)比較器都用于比較多個(gè)輸出電壓(V1、V2、V3)中相關(guān)聯(lián)的一個(gè)輸出電壓與多個(gè)參考電壓(VR1、VR2、VR3)中相關(guān)聯(lián)的一個(gè)參考電壓，用于確定(13)具有高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的值的輸出電壓(V1、V2、V3)的數(shù)量是否大于、小于或等于具有低于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的值的多個(gè)輸出電壓(V1、V2、V3)的數(shù)量的裝置，用于產(chǎn)生(14)具有第一占空度(D1)或大于第一占空度(D1)的第二占空度(D2)的周期(CY1、CY2、CY3)，用以分別得到具有第一占空度(D1)的周期(CY1、CY2、CY3)的第一數(shù)量(N1)和具有第二占空度(D2)的周期(CY1、CY2、CY3)的第二數(shù)量(N2)的裝置，第一數(shù)量(N1)大于、小于或等于第二數(shù)量(N2)。
2.如權(quán)利要求1所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中，第一數(shù)量(N1)等于具有高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的值的輸出電壓(V1、V2、V3)的數(shù)量，并且其中，第二數(shù)量(N2)等于具有低于相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的值的輸出電壓(V1、V2、V3)的數(shù)量。
3.如權(quán)利要求2所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中，用于產(chǎn)生(14)周期的裝置包括序列發(fā)生器(140)，用于控制序列(SE)中周期(CY1、CY2、CY3)的順序，其中，盡可能在第一數(shù)量(N1)和第二數(shù)量(N2)的當(dāng)前值上，具有第二占空度(D2)的其中一個(gè)周期(CY1、CY2、CY3)超前于具有第一占空度(D1)的其中一個(gè)周期(CY1、CY2、CY3)。
4.如權(quán)利要求2所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中，用于產(chǎn)生(14)周期的裝置包括序列發(fā)生器(140)，用于控制序列(SE)中周期(CY1、CY2、CY3)的順序，用以首先包括所有具有第二占空度(D2)的周期(CY1、CY2、CY3)然后包括所有具有第一占空度(D1)的周期(CY1、CY2、CY3)。
5.如權(quán)利要求2所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中，用于產(chǎn)生(14)周期的裝置包括用于分配(141)的裝置，該用于分配的裝置用于將第一占空度(D1)的第一數(shù)量(N1)盡可能地分配給與具有低于其相對(duì)應(yīng)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的值的輸出電壓(V1、V2、V3)相關(guān)聯(lián)的周期(CY1、CY2、CY3)，并且將第二占空度(D2)的第二數(shù)量(N2)盡可能地分配給與具有高于其相對(duì)應(yīng)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的值的輸出電壓(V1、V2、V3)相關(guān)聯(lián)的周期(CY1、CY2、CY3)。
6.如權(quán)利要求5所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中，如果第一數(shù)量(N1)大于具有低于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的值的輸出電壓(V1、V2、V3)的數(shù)量，則用于分配(141)占空度數(shù)量的裝置適用于進(jìn)一步將第一占空度(D1)分配給與具有高于其相對(duì)應(yīng)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的值的輸出電壓(V1、V2、V3)相關(guān)聯(lián)的周期(CY1、CY2、CY3)。
7.如權(quán)利要求5所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中，如果第二數(shù)量(N2)大于具有高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的值的輸出電壓(V1、V2、V3)的數(shù)量，則用于分配(141)的裝置適用于進(jìn)一步將第二占空度(D2)分配給與具有低于其相對(duì)應(yīng)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的值的輸出電壓(V1、V2、V3)相關(guān)聯(lián)的周期(CY1、CY2、CY3)。
8.如權(quán)利要求5所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中，用于分配(141)的裝置適用于分配給序列(SE)中的預(yù)定周期(CY1、CY2、CY3)的其中一個(gè)，其中，最少量的能量被傳遞給輸出電壓(V1、V2、V3)的值高于相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的一個(gè)輸出電壓(V1、V2、V3)。
9.如權(quán)利要求5所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中，用于分配(141)的裝置適用于將輸出電壓(V1、V2、V3)的值高于相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)并分配了第一占空度(D1)的輸出電壓(V1、V2、V3)分配為序列(SE)中的第一個(gè)周期(CY1、CY2、CY3)。
10.如權(quán)利要求5所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中，用于分配(141)的裝置適用于分配給序列(SE)中的預(yù)定周期(CY1、CY2、CY3)的其中一個(gè)，其中，最高量的能量被傳遞給輸出電壓(V1、V2、V3)的值低于相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的一個(gè)輸出電壓(V1、V2、V3)。
11.如權(quán)利要求5所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中，用于分配(141)的裝置適用于將序列(SE)中分配了第二占空度的最后一個(gè)周期(CY1)分配給輸出電壓(V1、V2、V3)的值低于相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)并分配了第二占空度(D2)的輸出電壓(V1、V2、V3)。
12.如權(quán)利要求5所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中，如果在前一個(gè)序列(SE)中第一占空比(D1)被分配給了一個(gè)特定的輸出電壓(V1、V2、V3)，同時(shí)相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)是較低的，則用于分配(141)的裝置適用于在下一個(gè)序列(SE)中將第二占空比(D2)分配給該特定的輸出電壓(V1、V2、V3)的其中一個(gè)。
13.如權(quán)利要求5所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中，如果在前一個(gè)序列(SE)中第二占空比(D2)被分配給了該特定的輸出電壓(V1、V2、V3)的其中一個(gè)，同時(shí)相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)是較高的，則用于分配(141)的裝置適用于在下一個(gè)序列(SE)中將第一占空度(D1)分配給該特定的輸出電壓(V1、V2、V3)的其中一個(gè)。
14.如權(quán)利要求1所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，該多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括模式檢測(cè)器(15)，每一個(gè)模式檢測(cè)器都與多個(gè)輸出電壓(V1、V2、V3)中之一相關(guān)聯(lián)，且每一個(gè)模式檢測(cè)器都用于保持對(duì)多輸出(O1、O2、O3)中每一個(gè)的模式的追蹤，每個(gè)模式檢測(cè)器都具有三種狀態(tài)(0、1、2)，分別是指示是否沒有從來自相關(guān)聯(lián)的輸出(O1、O2、O3)吸取負(fù)載電流的第一狀態(tài)(0)、第二狀態(tài)(1)和從來自相關(guān)聯(lián)的輸出(O1、O2、O3)吸取負(fù)載電流的第三狀態(tài)(2)，如果相關(guān)聯(lián)的輸出(O1、O2、O3)處于第一狀態(tài)(0)且相關(guān)聯(lián)的輸出電壓(V1、V2、V3)小于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)，則進(jìn)入第三狀態(tài)(2)，如果相關(guān)聯(lián)的輸出(O1、O2、O3)處于第一狀態(tài)(0)且相關(guān)聯(lián)的輸出電壓(V1、V2、V3)大于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)，則將維持第一狀態(tài)(0)，如果相關(guān)聯(lián)的輸出(O1、O2、O3)處于第二狀態(tài)(1)且相關(guān)聯(lián)的輸出電壓(V1、V2、V3)大于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)，則進(jìn)入第一狀態(tài)(0)，如果相關(guān)聯(lián)的輸出(O1、O2、O3)處于第二狀態(tài)(1)且相關(guān)聯(lián)的輸出電壓(V1、V2、V3)小于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)，則進(jìn)入第三狀態(tài)(2)，如果相關(guān)聯(lián)的輸出(O1、O2、O3)處于第三狀態(tài)(2)且相關(guān)聯(lián)的輸出電壓(V1、V2、V3)小于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)，則維持第三狀態(tài)(2)，如果相關(guān)聯(lián)的輸出(O1、O2、O3)處于第三狀態(tài)(2)且相關(guān)聯(lián)的輸出電壓(V1、V2、V3)大于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)，則進(jìn)入第二狀態(tài)(1)。
15.如權(quán)利要求14所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器，用于產(chǎn)生周期的裝置(14)進(jìn)一步包括序列控制器(142)，用于控制序列(SE)中所需的周期(CY)數(shù)量，以使得僅為處于第二狀態(tài)(1)或第三狀態(tài)(2)的輸出(O1、O2、O3)產(chǎn)生周期(CY)。
16.包括如權(quán)利要求1所述的多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器的一種設(shè)備。
17.一種控制多輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器的方法，該轉(zhuǎn)換器包括電感器(L)，主開關(guān)(S0)，用于周期性地將直流輸入電壓(Vin)耦合到電感器(L)，耦合到電感器(L)的多個(gè)輸出開關(guān)(S1、S2、S3)，每個(gè)開關(guān)都用于提供多個(gè)輸出電壓(V1、V2、V3)中相關(guān)聯(lián)的一個(gè)輸出電壓給多個(gè)負(fù)載(L1、L2、L3)中相關(guān)聯(lián)的一個(gè)，該方法包括在周期(CY1、CY2、CY3)的序列(SE)中控制(1)主開關(guān)(S0)和輸出開關(guān)(S1、S2、S3)，每一個(gè)周期(CY1、CY2、CY3)都包括由多個(gè)輸出開關(guān)(S1、S2、S3)的其中一個(gè)的導(dǎo)通相位(T1、T2、T3)跟隨的主開關(guān)(S0)的導(dǎo)通相位(TO1、TO2、TO3)，該控制(1)包括比較(10、11、12)多個(gè)輸出電壓(V1、V2、V3)中相對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸出電壓與多個(gè)參考電壓(VR1、VR2、VR3)中相關(guān)聯(lián)的一個(gè)參考電壓，確定(13)具有高于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的值的輸出電壓(V1、V2、V3)的數(shù)量是否大于、小于或等于具有低于其相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的值的輸出電壓(V1、V2、V3)的數(shù)量，用于產(chǎn)生(14)僅具有第一占空度(D1)或大于第一占空度(D1)的第二占空度(D2)的周期(CY1、CY2、CY3)，用以分別得到具有第一占空度(D1)的周期(CY1、CY2、CY3)的第一數(shù)量(N1)和具有第二占空度(D2)的周期(CY1、CY2、CY3)的第二數(shù)量(N2)的裝置，第一數(shù)量(N1)大于、小于或等于第二數(shù)量(N2)。
全文摘要
多輸出直流－直流轉(zhuǎn)換器包括電感器(L)和周期性地將直流輸入電壓(Vin)耦合到電感器(L)的主開關(guān)(S0)。多個(gè)負(fù)載(L1、L2、L3)中的每一個(gè)都經(jīng)由多個(gè)輸出開關(guān)(S1、S2、S3)中的其中一個(gè)耦合到電感器(L)。跨接每個(gè)負(fù)載(L1、L2、L3)存在的多個(gè)輸出電壓(V1、V2、V3)中的其中一個(gè)。在周期(CY)序列(SE)中控制器(CO)控制主開關(guān)(S0)和輸出開關(guān)(S1、S2、S3)。每一個(gè)周期(CY1、CY2、CY3)都包括由多個(gè)輸出開關(guān)(S1、S2、S3)的其中一個(gè)的導(dǎo)通相位跟隨的主開關(guān)(S0)的導(dǎo)通相位。周期(CY1、CY2、CY3)具有預(yù)定的第一(最小)占空度(D1)或大于第一占空度(D1)的第二(最大)占空度(D2)?？刂破?CO)包括多個(gè)比較器(10、11、12)，其中的每個(gè)都比較多個(gè)輸出電壓(V1、V2、V3)中之一與多個(gè)參考電壓(VR1、VR2、VR3)中相關(guān)聯(lián)的一個(gè)。控制器(CO)進(jìn)一步檢查具有高于它們相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的值的多個(gè)輸出電壓(V1、V2、V3)的數(shù)量是否大于、小于或等于具有低于它們相關(guān)聯(lián)的參考電壓(VR1、VR2、VR3)的值的多個(gè)輸出電壓(V1、V2、V3)的數(shù)量。選擇占空度以使得具有最小占空度(D1)的周期(CY1、CY2、CY3)的數(shù)量分別大于、小于或等于具有最大占空度(D2)的周期的數(shù)量。
文檔編號(hào)H02M3/335GK1720654SQ200380105082
公開日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2003年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月5日
發(fā)明者F·J·斯魯伊斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司