專利名稱：多輸出直流-直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多輸出直流-直流變換器，用于各種電子設(shè)備，輸入蓄電池等的直流電壓，并且將受控制的直流電壓供給多個負載。
背景技術(shù)：
以往，作為多輸出直流-直流變換器，使用圖8所示那樣的電路組成的裝置。圖8所示的已有的多輸出直流-直流變換器中，輸入輸入直流電源1的輸入直流電壓Ei，并且設(shè)置N溝道MOSFET組成的主開關(guān)3、電感器2、二極管4和第1輸出電容器5，構(gòu)成升壓變換器，從第1輸出電容器5對第1負載輸出第1輸出電壓Vo1?？刂齐娐?調(diào)整主開關(guān)3的通斷時間比，以控制第1輸出電壓Vo1。第1輸出電壓Vo1經(jīng)串聯(lián)穩(wěn)壓器8降壓后，從第2輸出電容器9輸出到第2負載10，作為第2輸出電壓Vo2。
下面，簡單說明圖8所示升壓變換器的運作。
首先，主開關(guān)3為導通狀態(tài)時，對電感器2施加輸入直流電壓Ei。這時，電感器2中流通電流，儲存磁能。其次，主開關(guān)3為阻斷狀態(tài)，則電感器2儲存的磁能得到釋放，作為通過二極管4對第1輸出電容器5充電的電流。假設(shè)主開關(guān)3按一定的周期進行開關(guān)動作，則主開關(guān)3的導通周期越長，每一周期經(jīng)電感器2輸出的能量越大，第1輸出電壓Vo1越高。即，控制電路7可通過調(diào)整主開關(guān)3的通斷時間比，控制第1輸出電壓Vo1。另一方面，從第1輸出電壓Vo1經(jīng)串聯(lián)穩(wěn)壓器8輸出第2輸出電壓Vo2。
上述那樣構(gòu)成的已有多輸出直流-直流變換器產(chǎn)生串聯(lián)穩(wěn)壓器8造成的損耗，使變換效率劣化。此外，按多輸出的目的構(gòu)成多個升壓變換器那樣的開關(guān)變換器，使部件數(shù)增大，帶來裝置體積大和造價高。
圖9示出以用數(shù)量少的部件控制多個輸出為目的而構(gòu)成的3輸出升壓變換器的電路圖(例如，參考日本特公平7-40785號公報)。圖9中，授給各組成部件的標號與特公平7-40785號公報中揭示的附圖相同。電感器L在開關(guān)S1連接在接點A的期間，從輸入V11儲存磁能，在開關(guān)S1連接在接點B的期間，對輸出釋放磁能。這時，由開關(guān)S2對各輸出分配磁能。特公平7-40785號公報中揭示的方法為開關(guān)S2控制連接在各接點上的時間，使各輸出電壓穩(wěn)定，同時控制開關(guān)S1，使其全負載饋電得當。
還提出在基于與特公平7-40785號公報相同的技術(shù)思想的組成結(jié)構(gòu)中，采用不同的控制方法的發(fā)明(例如。參考美國專利5400239號說明書)。美國專利5400239號說明書揭示輸出數(shù)為N的絕緣型回掃變換器，通過與圖9所示升壓變換器的開關(guān)S2相當?shù)拈_關(guān)晶體管，在變壓器的1個輸出線圈上連接N個整流平滑電路。美國專利5400239號說明書中，將相當于開關(guān)1的主開關(guān)晶體管的開關(guān)頻率劃分為N個，分配給各輸出控制。即，美國專利5400239號說明書中的相當于開關(guān)S2的開關(guān)晶體管以N分之一的開關(guān)頻率進行切換，并且每一開關(guān)周期調(diào)整相當于開關(guān)S2的主開關(guān)晶體管的導通時間，以控制各輸出電壓。
將美國專利5400239號說明書所揭示的已有控制方法用于圖8所示的已有多輸出變換器，則形成多個升壓變換器共用電感器的結(jié)構(gòu)。作為這樣構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的簡單應用例，圖10示出2輸出的升壓變換器的電路圖，圖11示出其關(guān)鍵部分的工作波形圖，現(xiàn)詳細說明其應用例。
圖10所示的2輸出升壓變換器從輸入直流電源1輸入輸入直流電壓Ei，并且設(shè)置電感器2、主開關(guān)14、輔助開關(guān)15、二極管11、第1輸出電容器5、與輔助開關(guān)15形成串聯(lián)電路的二極管12、第2輸出電容器9和控制電路16。例如由N溝道MOSFET構(gòu)成主開關(guān)14和輔助開關(guān)15?？刂齐娐?6按規(guī)定的導通時間和阻斷時間對主開關(guān)14和輔助開關(guān)15進行驅(qū)動控制。
上述那樣構(gòu)成的圖10的2輸出升壓變換器中，從第2輸出電容器9對第2負載10輸出第2輸出電壓Vo2。輸入輸出條件為Vo1＞Vo2＞Ei。輔助開關(guān)15為阻斷狀態(tài)時，電感器2、主開關(guān)14、二極管11和第1輸出電容器5構(gòu)成升壓變換器。反之，輔助開關(guān)15為導通狀態(tài)時，電感器2、主開關(guān)14、二極管12和第2輸出電容器9構(gòu)成升壓變換器。
控制電路16中，輸出檢測電路17檢測出第1輸出電壓Vo1和第2輸出電壓Vo2，并輸出將檢測出的輸出電壓Vo1、Vo2分別與所需值的誤差加以放大的誤差電壓Ve1和誤差電壓Ve2。振蕩電路18輸出具有規(guī)定的周期T的鋸齒波電壓Vt和時鐘信號Vt1。PWM電路19輸出作為誤差電壓Ve1與鋸齒波電壓Vt的比較結(jié)果的信號V1、作為誤差電壓Ve2與鋸齒波電壓Vt的比較結(jié)果的信號V2。分頻電路20輸入信號Vt1，輸出分頻信號Vt2。驅(qū)動電路21輸入信號V1、信號V2和分頻信號Vt2，輸出主開關(guān)14的驅(qū)動信號Vg14、輔助開關(guān)15的驅(qū)動信號Vg15。驅(qū)動信號Vg15是分頻信號Vt2。來自驅(qū)動電路21的驅(qū)動信號Vg14在分頻信號Vt2為低電平時，選擇信號V1，在分頻信號Vt2為高電平時，選擇信號V2。
圖11是示出圖10所示2輸出升壓變換器中的各信號和流過電感器2的電流IL的波形圖。
下面，用圖10和圖11說明已有的多輸出直流-直流變換器的正常運作。
首先，在圖11的時刻t0，根據(jù)時鐘信號Vt1，分頻信號Vt2為低電平，鋸齒波信號Vt開始上升。這時，分頻信號Vt2為低電平，即驅(qū)動信號Vg15為低電平，因而輔助開關(guān)15為阻斷狀態(tài)。另一方面，作為鋸齒波信號Vt與誤差信號Ve1的比較結(jié)果的信號V1為高電平，并將其作為驅(qū)動信號Vg15輸出。也就是說，主開關(guān)14為導通狀態(tài)，在電感器2上施加輸入直流電壓Ei，把磁能儲存起來。
在時刻t1，信號V1為低電平，則驅(qū)動信號Vg14為低電平，主開關(guān)14為阻斷狀態(tài)。這時，由于輔助開關(guān)15為阻斷狀態(tài)，釋放電感器2上儲存的磁能，作為經(jīng)二極管11對電容器5充電的電流。此電流一直減小，不久就為零。
在時刻t2，根據(jù)時鐘信號Vt1，分頻信號Vt2為高電平，鋸齒波信號Vt劇減后，再次開始上升。這時，驅(qū)動信號Vg15也為高電平，輔助開關(guān)15為導通狀態(tài)。另一方面，作為鋸齒波信號Vt與誤差信號Ve2的比較結(jié)果的信號V2為高電平，并將其作為驅(qū)動信號Vg14輸出。即，主開關(guān)14為導通狀態(tài)。這時，在電感器2上施加輸入直流電壓Ei，把磁能儲存起來。
在時刻t3，信號V2為低電平，則驅(qū)動信號Vg14為低電平，主開關(guān)14為阻斷狀態(tài)。這時，由于輔助開關(guān)15為導通狀態(tài)，釋放電感器2上儲存的磁能，作為經(jīng)二極管12對電容器5充電的電流。此電流一直減小，不久就為零。
在時刻t4，驅(qū)動信號Vg15為低電平，重復進行時刻t0及其后的運作。
設(shè)電感器2的電感為L，輔助開關(guān)15為阻斷狀態(tài)的主開關(guān)14的導通時間為Ton1，輔助開關(guān)15為導通狀態(tài)的主開關(guān)14的導通時間為Ton2，對第1負載6的輸出電流為Io1，對第2負載10的輸出電流為Io2，則下面的式(1)和式(2)成立。
Vo1=Ei+(Ei·Ton1)24L·T·Io1···(1)]]>Vo2=Ei+(Ei·Ton2)24L·T·Io2···(2)]]>上述那樣組成的已有2輸出升壓變換器中，調(diào)整主開關(guān)31的導通時間，分別增大或減小誤差電壓Ve1和Ve2，使第1和第2輸出電壓Vo1和Vo2穩(wěn)定為所要的電壓。即，按振蕩電路18的振蕩頻率之半，時分控制共用主開關(guān)14和電感器2的2個升壓變換器，使第1和第2輸出電壓Vo1和Vo2分別穩(wěn)定為所要的電壓。
如上文所述，圖8所示的已有多輸出直流-直流變換器中，存在產(chǎn)生串聯(lián)穩(wěn)壓器造成的損耗，變換效率劣化的問題。此外，圖8所示的已有多輸出直流-直流變換器為了達到多輸出，構(gòu)成多個開關(guān)變換器，使部件數(shù)增大，帶來裝置體積大和造價高。
反之，取為圖9所示的已有多輸出直流-直流變換器那樣的結(jié)構(gòu)，共用電感器，可抑制部件數(shù)的增加，高效率控制多個輸出。圖9所示的已有多輸出直流-直流變換器的結(jié)構(gòu)中，在特公平7-40785號公報所揭示的方法的情況下，開關(guān)S1連接在接點A的期間，通過切換開關(guān)S2，對各輸出分配電感器上儲存的磁能。然而，例如圖9所示的3輸出的情況下，上述控制方法中，在開關(guān)1的1個周期必須控制4種時間開關(guān)S1連接在接點A上的時間、開關(guān)S1連接在接點B上使開關(guān)S2對第1輸出分配磁能的時間、開關(guān)S1連接在接點B上使開關(guān)S2對第2輸出分配磁能的時間、以及開關(guān)S1連接在接點B上使開關(guān)S2對第3輸出分配磁能的時間。雖然可通過使開關(guān)頻率高頻化，使開關(guān)變換器小型化，但上述那樣控制4個時間的方法中，開關(guān)頻率難以高頻化。此外，開關(guān)S2中還存在各接點切換時的切換損耗和切換噪聲的問題。
如美國專利5400239號說明書中揭示的變換器那樣，具體而言，如作為2輸出升壓變換器的例子用圖10和圖11所說明那樣，應用劃分開關(guān)頻率并分配給各輸出控制的方法，則可解決上述高頻化難的問題。然而，圖10所示那樣構(gòu)成的已有變換器中，流過電感器2的電流在主開關(guān)14阻斷的期間有時不為零。根據(jù)以下的理由，變換器中希望流過電感器2的電流在主開關(guān)14阻斷期間為零。
例如，圖10所示的多輸出直流-直流變換器中，第1輸出電流Io1大，流過二極管11的電流在主開關(guān)14阻斷期間不為零時，流到電感器2的電流IL的波形示于圖12。這種情況下，可用下面的式(3)和式(4)表示各輸出電壓Vo1和Vo2。
Vo1=T+Ton1T-Ton1·Ei-4L·T·Io1(T-Ton1)2···(3)]]>Vo2=Ei+{(T+Ton2)·Ei-(T-Ton1)·Vo1}24L·T·Io2···(4)]]>可通過相對于輸出電流Io1的變化，調(diào)整導通時間Ton1，對第1輸出電壓Vo1進行控制。然而，由于流到二極管11的電流在主開關(guān)14的阻斷期間不為零，存在約束條件Vo1＜Ei T/(T-Ton1)。據(jù)此，即使Ton2＝0，第2輸出電壓Vo2在式(4)的第2項分子也為大于零的值。因而，輸出電流Io2小時，第2輸出電壓Vo2升高，不能進行控制。輸出不充分上升的起動和某一輸出過載而使其輸出電壓下降時，流過電感器2的電流產(chǎn)生圖12所示的在主開關(guān)14的阻斷期間內(nèi)不為零的現(xiàn)象，存在問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為提供一種多輸出直流-直流變換器，其中通過劃分開關(guān)頻率，控制多個輸出，以共用電感器的不多的部件數(shù)構(gòu)成高效的開關(guān)變換器，同時可靠性高，防止在起動時和過載時那樣的情況下，因電感器中殘留的磁能而輸出電壓升高，不能進行控制。
為了達到上述目的，本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器，具有輸入輸入直流電壓并且輸出第1至第n(n為2以上的整數(shù))的輸出直流電壓的第1至第n輸出電路、開關(guān)電路、電感器和控制電路，而且結(jié)構(gòu)上做成所述開關(guān)電路具有對所述電感器施加所述輸入直流電壓以儲存磁能的導通狀態(tài)和將所述磁能釋放到所述第1至第n輸出電路中的某一個的第1至第n阻斷狀態(tài)；所述控制電路將所述開關(guān)電路的開關(guān)周期分給第1至第n輸出控制，檢測所述第1至第n輸出直流電壓，在所述開關(guān)電路的1個開關(guān)周期擔負第k(1≤k≤n)輸出的控制時，調(diào)整所述導通狀態(tài)的時間，使所述第k輸出直流電壓為規(guī)定值后，選擇第k阻斷狀態(tài)，并維持所述第k阻斷狀態(tài)，直到對所述第k輸出電路釋放所述電感器儲存的所述磁能結(jié)束。這樣組成的本發(fā)明多輸出直流-直流變換器通過劃分開關(guān)頻率，控制多個輸出，以共用電感器的不多的部件數(shù)構(gòu)成高效的開關(guān)變換器，同時可靠性高，防止在起動時和過載時那樣的情況下，因電感器中殘留的磁能而輸出電壓升高，不能進行控制。此外，本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器結(jié)構(gòu)上做成電感器中流的電流在1個開關(guān)周期內(nèi)為零后，轉(zhuǎn)移到下一周期，因而能避免1個開關(guān)周期內(nèi)電流不為零所造成的過壓狀態(tài)。
本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器中，結(jié)構(gòu)上也可做成所述控制電路在所述第k阻斷狀態(tài)下，對所述第k輸出電路釋放完所述電感器儲存的所述磁能時，從所述第k阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)移到所述導通狀態(tài)。
本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器中，結(jié)構(gòu)上還做成所述開關(guān)電路的開關(guān)周期，或者所述第1至第n阻斷狀態(tài)的時間，不小于規(guī)定值。
根據(jù)另一觀點，本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器，具有輸入輸入直流電壓并且輸出第1至第n(n為2以上的整數(shù))的輸出直流電壓的第1至第n輸出電路、開關(guān)電路、電感器和控制電路，而且結(jié)構(gòu)上做成所述開關(guān)電路具有對所述電感器施加所述輸入直流電壓以儲存磁能的導通狀態(tài)和將所述磁能釋放到所述第1至第n輸出電路中的某一個的第1至第n阻斷狀態(tài)；所述控制電路將所述開關(guān)電路的開關(guān)周期分給第1至第n輸出控制，檢測所述第1至第n輸出直流電壓，在所述開關(guān)電路的1個開關(guān)周期擔負第k(1≤k≤n)輸出的控制時，調(diào)整所述導通狀態(tài)的時間，使所述第k輸出直流電壓為規(guī)定值后，選擇第k阻斷狀態(tài)，然后在所述第k輸出直流電壓超過規(guī)定的上限值時，選擇所述第k阻斷狀態(tài)的阻斷狀態(tài)。這樣組成的多輸出直流-直流變換器通過劃分開關(guān)頻率，控制多個輸出，以共用電感器的不多的部件數(shù)構(gòu)成高效的開關(guān)變換器，同時可靠性高，防止在起動時和過載時那樣的情況下，因電感器中殘留的磁能而輸出電壓升高，不能進行控制。此外，本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器中，結(jié)構(gòu)上做成通過使開關(guān)周期固定，檢測出過壓狀態(tài)，并且對其它輸出釋放電流，因而能避免過壓狀態(tài)。
本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器中，結(jié)構(gòu)上還可做成所述n為2(n＝2)，并且所述第k輸出直流電壓超過所述上限值時，返回1個開關(guān)周期前的阻斷狀態(tài)。
本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器中，結(jié)構(gòu)上也可做成所述第1至第n的輸出直流電壓全部超過分別設(shè)定的上限值時，停止運作。
發(fā)明的新穎特征即是所附權(quán)利要求書具體記載的，但通過對組成和內(nèi)容兩方面，與附圖一起閱讀下面的詳細說明，會結(jié)合其它目的和特征，更好地理解并評價本發(fā)明。
圖1是示出本發(fā)明實施方式1的多輸出直流-直流變換器的組成的電路圖。
圖2是示出本發(fā)明實施方式1的多輸出直流-直流變換器的運作的波形圖。
圖3是示出本發(fā)明實施方式1的多輸出直流-直流變換器的運作的波形圖。
圖4是示出本發(fā)明實施方式2的多輸出直流-直流變換器的組成的電路圖。
圖5是示出本發(fā)明實施方式2的多輸出直流-直流變換器的運作的波形圖。
圖6是示出本發(fā)明實施方式3的多輸出直流-直流變換器的組成的電路圖。
圖7A是示出本發(fā)明實施方式3的多輸出直流-直流變換器正常時的運作的波形圖。
圖7B是本發(fā)明實施方式3的多輸出直流-直流變換器在過壓狀態(tài)下的各信號的狀態(tài)圖。
圖8是示出已有的多輸出直流-直流變換器的組成的電路圖。
圖9是示出已有的多輸出直流-直流變換器的組成的電路圖。
圖10是示出已有的多輸出直流-直流變換器的組成的電路圖。
圖11是示出已有的多輸出直流-直流變換器的運作的波形圖。
圖12是示出已有的多輸出直流-直流變換器的輸出電流的波形圖。
請考慮部分或全部附圖按照圖示為目的的梗概表現(xiàn)畫出，未必限于忠實描繪該處所示要素的實際相對尺寸和位置。
具體實施例方式
下面，參照
本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器的較佳實施方式。
實施方式1圖1是示出本發(fā)明實施方式1的多輸出直流-直流變換器的組成的電路圖。如圖1所示，本發(fā)明實施方式1的多輸出直流-直流變換器從輸入直流電源輸入輸入直流電壓Ei，并且設(shè)置電感器2、開關(guān)電路30、二極管41、二極管42、第1輸出電容51、第2輸出電容52和控制電路80。
開關(guān)電路30由主開關(guān)31和輔助開關(guān)32組成，這些開關(guān)分別由例如MOSFET構(gòu)成。二極管42與輔助開關(guān)32形成串聯(lián)電路?？刂齐娐?0對主開關(guān)31和輔助開關(guān)32按其各自的規(guī)定導通時間和阻斷時間進行驅(qū)動控制。
實施方式1的多輸出直流—直流變換器將第1輸出電壓Vo1從第1輸出電容器51輸出到第1負載6，將第2輸出電壓VO2從第2輸出電容器52輸出到第2負載10。輸入輸出條件為Vo1＞Vo2＞Ei。
由主開關(guān)31和輔助開關(guān)32組成的開關(guān)電路30的導通狀態(tài)是指主開關(guān)為導通狀態(tài)且對電感器2施加輸入直流電壓的狀態(tài)。這時，不考慮輔助開關(guān)32的通斷狀態(tài)。開關(guān)電路30的第1阻斷狀態(tài)是指主開關(guān)31為阻斷狀態(tài)且輔助開關(guān)32也阻斷的狀態(tài)。這樣使輔助開關(guān)32為阻斷狀態(tài)的情況下，電感器2、主開關(guān)31、二極管41和電容器51構(gòu)成升壓變換器。開關(guān)電路30的第2阻斷狀態(tài)是指主開關(guān)31為阻斷狀態(tài)且輔助開關(guān)32為導通的狀態(tài)。這樣使輔助開關(guān)32為通道狀態(tài)的情況下，電感器2、主開關(guān)31、二極管42和電容器52構(gòu)成升壓變換器。
如圖1所示，實施方式1的控制電路80由輸出檢測電路81、振蕩電路82、脈寬調(diào)制電路(下文稱為PWM電路)83、分頻電路84和驅(qū)動電路85組成。
控制電路80中，輸出檢測電路81由檢測第1輸出電壓Vo1的電阻811和電阻812、檢測第2輸出電壓Vo2的電阻813和電阻814、基準電壓源815、對第1輸出電壓Vo1的檢測電壓與基準電壓源815的電壓的誤差進行放大的誤差放大器816、以及對第2輸出電壓Vo2的檢測電壓與基準電壓源815的電壓的誤差進行放大的誤差放大器817組成。輸出檢測電路81從誤差放大器816輸出誤差電壓Ve1，從誤差放大器817輸出誤差電壓Ve2。
控制電路80中，振蕩電路82的組成部分包括輸出振蕩電壓Vt的振蕩電容器820、對振蕩電容器820進行充電的恒流源821、輸出電壓E1的電壓源822、連接在振蕩電容器820與電壓源822之間的晶體管823、輸出電壓E2的電壓源824、對振蕩電壓Vt和電壓E2進行比較的比較器825、輸入電感器2的兩端電壓VL的比較器826、輸入比較器825的輸出和比較器826的輸出的與門827、以及輸入與門827的輸出和輸入該與門的輸出的反相器828的輸出的與門829。與門829在與門827的輸出為高電平時，輸出單穩(wěn)態(tài)脈沖，即時鐘信號Vt1。時鐘信號Vt1使晶體管823僅短時間為導通狀態(tài)，將振蕩電容器820短路，從而進行放電，直到形成電壓E1。晶體管823為阻斷狀態(tài)時，恒流源821對振蕩電容器820進行恒流充電。在將振蕩電容器820充電到電壓E2以上且電感器2的電壓VL為零以下的情況下，產(chǎn)生時鐘信號Vt1。比較器825具有遲滯特性，在振蕩電壓Vt為電壓E2以上且輸出高電平后，如果振蕩電壓Vt不變成低于電壓E2的電壓，就不形成低電平。即，振蕩電壓Vt為鋸齒波狀的波形，一產(chǎn)生時鐘信號Vt1，就劇減到電壓E1后，直線上升。
控制電路80中，PWM電路83的組成部分包括對誤差電壓Ve1和振蕩電壓Vt進行比較并且輸出信號V1的比較器831以及對誤差信號Ve2和振蕩電壓Vt進行比較并且輸出信號V2的比較器832。信號V1在振蕩電壓Vt為誤差電壓Ve1以下時，形成高電平；在振蕩電壓Vt為誤差電壓Ve2以下時，形成高電平。
控制電路80中，分頻電路84輸入時鐘信號Vt1，輸出分頻信號Vt2。驅(qū)動電路85的組成部分包括輸入信號V1和分頻信號Vt2的與門851、輸入信號V2和分頻信號Vt2的反相信號的與門852以及輸入與門851的輸出和與門852的輸出的或門853?；蜷T853輸出主開關(guān)31的驅(qū)動信號Vg31。將分頻信號Vt2作為輔助開關(guān)32的驅(qū)動信號Vg32輸出。因此，作為驅(qū)動信號Vg31，在分頻信號Vt2為低電平時，選擇信號V1；在分頻信號Vt2為高電平時，選擇信號V2。
圖2是示出上述那樣組成的實施方式1的控制電路80中形成的各信號、流過電感器2的電流IL以及電感器2的兩端電壓VL的波形圖。
下面，用圖1和圖2說明本發(fā)明實施方式的多輸出直流-直流變換器的運作。
首先，在圖2的時刻t0，根據(jù)時鐘信號Vt1，分頻信號Vt2(即驅(qū)動信號Vg32)為低電平，輔助開關(guān)32為阻斷狀態(tài)，同時振蕩電壓Vt開始上升。驅(qū)動信號Vg31選擇作為振蕩電壓Vt與誤差電壓Ve1的比較結(jié)果的信號V1。由驅(qū)動信號Vg31的高電平使主開關(guān)31為導通狀態(tài)(開關(guān)電路30為導通狀態(tài))，從而對電感器2施加輸入直流電壓Ei，儲存磁能。
在時刻t1，上升起來的振蕩電壓Vt與誤差信號Ve1相交時，信號V1和驅(qū)動信號Vg31為低電平，主開關(guān)31為阻斷狀態(tài)。這時，由于輔助開關(guān)32為阻斷狀態(tài)(開關(guān)電路30的第1阻斷狀態(tài))，釋放電感器2儲存的磁能，作為經(jīng)二極管41對電容器51充電的電流。這時，忽略二極管41的正向電壓降，則電感器2的電壓VL上施加第1輸出電壓Vo1與輸入直流電壓Ei之差的電壓(Vo1-Ei)。此后，振蕩電壓Vt繼續(xù)上升，超過電壓E2后，恒流源821不久降飽和，停止上升。
另一方面，電感器2的電流IL減小下去，不久就在時刻t2變成零。這時，電感器2的電壓VL開始自由振蕩，從電壓(Vo1-Ei)上降低下去。
在時刻t3，電感器2的電壓VL為零時，產(chǎn)生時鐘信號Vt1，使分頻信號Vt2為高電平，從而振蕩電壓Vt劇減到電壓E1后，再次上升。這時，驅(qū)動信號Vg32也為高電平，輔助開關(guān)32為導通狀態(tài)。另一方面，作為振蕩信號Vt與誤差信號Ve2的比較結(jié)果的信號V2變成高電平，選擇并輸出此信號V2，作為驅(qū)動信號Vg31。由此，主開關(guān)31為導通狀態(tài)(開關(guān)電路30為導通狀態(tài))，對電感器2施加輸入直流電壓E1，儲存磁能。
在時刻t4，上升起來的振蕩電壓Vt與誤差信號Ve2相交時，信號V2和驅(qū)動信號Vg31為低電平，主開關(guān)31為阻斷狀態(tài)。這時，由于輔助開關(guān)32為阻斷狀態(tài)(開關(guān)電路30為第2阻斷狀態(tài))，釋放電感器2儲存的磁能，作為經(jīng)二極管42對電容器52充電的電流。這時，忽略二極管42的正向電壓降，則電感器2的電壓VL上施加第2輸出電壓Vo2與輸入直流電壓Ei之差的電壓(Vo2-Ei)。此后，振蕩電壓Vt繼續(xù)上升，超過電壓E2。
另一方面，電感器2的電流IL減小下去，不久就在時刻t5變成零。這時，電感器2的電壓VL開始自由振蕩，從電壓(Vo2-Ei)上降低下去。因而，電壓VL減小下去，最終變成零。
在時刻t6，電感器2的電壓VL為零時，產(chǎn)生時鐘信號Vt1，使分頻信號Vt2為低電平，從而振蕩電壓Vt劇減到電壓E1后，再次上升。即，時刻t6后，重復時刻t0及其后的運作。
使電感器2的電感為L，輔助開關(guān)32阻斷狀態(tài)下的主開關(guān)31的導通時間為Ton1，輔助開關(guān)32阻斷狀態(tài)下的主開關(guān)31的阻斷時間為Toff1，輔助開關(guān)32導通狀態(tài)下的主開關(guān)31的導通時間為Ton2，輔助開關(guān)32導通狀態(tài)下的主開關(guān)31的阻斷時間為Toff2。又使對第1負載6的輸出電流為Io1，對第2負載10的輸出電流為Io2。忽略二極管41和二極管42的正向電壓降，并且時刻t2～t3和時刻t5～t6的過渡時間比其它時間短，也忽略，則下面的式(5)和式(6)成立。
Vo1=Ei+Ton1Ton1+Ton2·EiIo1·(Ei·Ton12L-Io1-Ton1Ton2·Io2)···(5)]]>Vo2=Ei+Ton2Ton1+Ton2·EiIo2·(Ei·Ton22L-Io2-Ton2Ton1·Io1)···(6)]]>調(diào)整主開關(guān)31的導通時間，分別增大或減小誤差電壓Ve1和Ve2，使第1輸出電壓Vo1和第2輸出電壓Vo2各自穩(wěn)定為所要的電壓。也就是說，實施方式1的多輸出直流-直流變換器中，通過時分控制共用主開關(guān)31和電感器2的2個升壓變換器，使第1輸出電壓Vo1和第2輸出電壓各自穩(wěn)定為所要的電壓。
實施方式1的多輸出直流-直流變換器中，產(chǎn)生時鐘信號Vt1的情況，限于電感器2的電壓VL為零電壓以下時。這表示將電感器2儲存的磁能作為電流釋放盡后，才產(chǎn)生時鐘信號Vt1。即使在起動時和過載時那樣的情況下，電感器2上也不殘留磁能。因此，根據(jù)實施方式1的多輸出直流-直流變換器，確實能避免輸出電壓升高而不能控制。
實施方式1中，例如第2負載10變輕時，第2輸出電流Io2減小，并且隨著此第2輸出電流Io2的減小，分給此輸出控制的開關(guān)周期縮短。圖3是示出這種第2負載輕時的運作的各部信號波形圖。圖3中，除圖2所示的各部的工作波形外，還示出比較器825和比較器826各自的輸出波形。
下面，用圖1和圖3說明第2負載10輕時的運作。
時刻t0至時刻t3的各部運作與上述圖2所示的運作相同，因而省略。在時刻t4，上升起來的振蕩電壓Vt與誤差信號Ve2相交，則主開關(guān)31為阻斷狀態(tài)，使電感器2儲存的磁能釋放，作為經(jīng)二極管42對電容器52充電的電流。
另一方面，電感器2的電流減小下去，不久就在時刻t5變?yōu)榱恪ｋ姼衅?的電流為零時，電感器2的兩端電壓VL開始自由振蕩。該兩端電壓VL從電壓(Vo2-Ei)上降低下來，最終變?yōu)榱悖⑶冶容^器826的輸出為高電平。然而，這時振蕩電壓Vt未達到電壓E2，因而比較器825的輸出為低電平，時鐘信號Vt1仍舊保持低電平。電壓VL的自由振蕩使比較器862的輸出重復高電平、低電平。
在時刻t6，振蕩電壓Vt達到電壓E2，比較器825的輸出為高電平，其后在比較器826的輸出為高電平的時間點，產(chǎn)生時鐘信號Vt1，作為單穩(wěn)態(tài)脈沖。在時刻t7，分頻信號Vt2為低電平，振蕩電壓Vt劇減到電壓E1后，再次開始上升。即，時刻t7及其后，重復時刻t0及其后的運作。
本發(fā)明實施方式1的多輸出直流-直流變換器中，隨著例如第2負載10變輕，且第2輸出電流Io2減小，縮短分給此輸出控制的開關(guān)周期。然而，如上文所說明，實施方式1的多輸出直流-直流變換器中，結(jié)構(gòu)上做成在振蕩電容器820從電壓E1充電到電壓E2的期間，不產(chǎn)生用于起動下一開關(guān)周期的時鐘信號Vt1。即，實施方式1的多輸出直流-直流變換器中，對開關(guān)周期設(shè)定最短時間。
實施方式2下面，參照圖4和圖5說明本發(fā)明實施方式2的多輸出直流-直流變換器。
圖4是示出本發(fā)明實施方式2的多輸出直流-直流變換器的組成的電路圖。實施方式2中，實施方式1中說明的輸入直流電源1、電感器2、主開關(guān)31和輔助開關(guān)32組成的開關(guān)電路30、二極管41、第1輸出電容器51、輔助開關(guān)32、二極管42和第2輸出電容器52具有實質(zhì)上相同的功能和結(jié)構(gòu)，因而授給相同的符號，省略其詳細說明。實施方式2的多輸出直流-直流變換器與實施方式1的組成結(jié)構(gòu)的不同點是以規(guī)定的導通時間和阻斷時間分別對主開關(guān)31和輔助開關(guān)32減小驅(qū)動控制的控制電路90的組成及其運作。
控制電路90中，輸出檢測電路81、PWM電路83和分頻電路84具有與圖1所示的實施方式1的多輸出直流-直流變換器中的這些電路相同的功能和組成，因而授給相同的符號，省略其詳細說明?？刂齐娐?0中，與實施方式1的控制電路80不同的是添加過壓保護電路91以及振蕩電路92和驅(qū)動電路95的組成。
控制電路90中，過壓保護電路91具有檢測第1輸出電壓Vo1的2個電阻911和912、檢測第2輸出電壓Vo2的2個電阻913和914、電壓源915、對第1輸出電壓Vo1的檢測電壓與電壓源915的電壓進行比較的比較器916、以及對第2輸出電壓Vo2的檢測電壓與電壓源915的電壓進行比較的比較器917。從一個比較器916輸出信號Vx1，從另一比較器917輸出信號Vx2。過壓保護電路91還具有輸入信號Vx1和信號Vx2的或非(NOR)門918以及輸入此或非門918的輸出的關(guān)斷電路919。第1輸出電壓Vo1為過壓狀態(tài)時，信號Vx1為低電平，而第1輸出電壓Vo2為過壓狀態(tài)時，信號Vx2為低電平。第1輸出電壓Vo1和第2輸出電壓Vo2都是過壓狀態(tài)時，或非門918的輸出為高電平，關(guān)斷電路919運作。結(jié)構(gòu)上做成關(guān)斷電路919一運作，控制電路90就停止工作，輸入直流電壓Ei必須充分降低，才恢復工作。
振蕩電路92結(jié)構(gòu)上做成包含產(chǎn)生具有規(guī)定周期T的時鐘信號Vt1的信號源920，并且一面用恒流源821對振蕩電容器820進行恒流充電，一面由按時鐘信號Vt1作通斷的晶體管823進行放電。晶體管823使振蕩電容器820中充電的能量放電為直流電源822的電壓E1。也就是說，振蕩電路結(jié)構(gòu)上做成輸出時鐘信號Vt1和與該時鐘信號Vt1同步且具有鋸齒波狀振蕩波形的振蕩電壓Vt。
驅(qū)動電路95中，與門851、與門852以及或門853與實施方式1的多輸出直流—直流變換器的控制電路80的驅(qū)動電路85組成相同。因此，作為驅(qū)動信號Vg31，在分頻信號Vt2為低電平時，選擇并輸出信號V1，而在分頻信號Vt2為高電平時，選擇并輸出信號V2。如此進行選擇和輸出，這點與實施方式的多輸出直流-直流變換器時相同。
實施方式2的驅(qū)動電路95中，與實施方式1的不同點是添加輸入信號Vx1的反相信號和信號Vx的與門951、輸入信號Vx2和信號Vt2的一面952、以及輸入與門951的輸出和與門952的輸出的或門953。而且，實施方式2中，將或門953的輸出作為輔助開關(guān)32的驅(qū)動信號Vg32輸出。
下面，說明本發(fā)明實施方式2的多輸出直流—直流變換器的運作。
首先，說明第1輸出電壓Vo1和第2輸出電壓Vo2都不是過壓狀態(tài)的正常時的運作。此正常時運作的情況下，信號Vx1和信號Vx2均為高電平。因而，驅(qū)動電路95中，與門951的輸出為低電平，與門952的輸出為分頻信號Vt2，作為這些邏輯和的驅(qū)動信號Vg32為分頻信號Vt2。因此，除了將時鐘信號Vt1設(shè)定為規(guī)定周期T外，控制電路90的運作與上述實施方式1的多輸出直流-直流變換器的控制電路80相同。即，實施方式2的多輸出直流-直流變換器的正常時運作僅將開關(guān)周期設(shè)定為T，其余的基本運作與實施方式1的多輸出直流-直流變換器相同。
接著，說明例如第1負載6加重，使第1輸出電流Io1為過流狀態(tài)時的運作。
這種情況下，在分配給第1輸出電壓Vo1的控制的開關(guān)周期內(nèi)，發(fā)生流過電感器2的電流不為零的現(xiàn)象。未釋放而殘留在電感器2的磁能在下一開關(guān)周期的第2阻斷狀態(tài)下，得以釋放為對電容器52充電的電流。此釋放電流的平均值大于第2負載10中的消耗電流時，第2輸出電壓Vo2升高，不能控制，從而第2輸出電壓Vo2成為過壓狀態(tài)。
第2輸出電壓Vo2為過壓狀態(tài)時，比較器917翻轉(zhuǎn)，信號Vx2成為低電平。另一方面，這時的信號Vx1仍舊保持高電平。驅(qū)動電路95中，與門951和與門952都輸出低電平，因而作為該邏輯和的驅(qū)動信號Vg32輸出低電平。也就是說，輔助開關(guān)32成為阻斷狀態(tài)(開關(guān)電路30的第1阻斷狀態(tài))，與分頻信號Vt2的狀態(tài)無關(guān)。流過電感器2的電流變成對處于過流狀態(tài)的第1輸出電流Io1流通的電路釋放，以免第2輸出電壓Vo2為過壓狀態(tài)。
接著，說明第2負載加重，使第2輸出電流Io2為過流狀態(tài)時的運作。
這種情況下，在分配給第2輸出電壓Vo2控制的開關(guān)周期內(nèi)，發(fā)生流過電感器2的電流不為零的現(xiàn)象。未釋放而殘留在電感器2的磁能在下一開關(guān)周期的第1阻斷狀態(tài)下，得以釋放為對電容器51充電的電流。此釋放電流的平均值大于第1負載6中的消耗電流時，第1輸出電壓Vo1升高，不能控制，從而第1輸出電壓Vo1成為過壓狀態(tài)。
第1輸出電壓Vo1為過壓狀態(tài)時，比較器916翻轉(zhuǎn)，信號Vx1成為低電平。另一方面，這時的信號Vx2仍舊保持高電平。驅(qū)動電路95中，與門951輸出高電平，因而驅(qū)動信號Vg32也輸出高電平。也就是說，輔助開關(guān)32成為導通狀態(tài)(開關(guān)電路30的第2阻斷狀態(tài))，與分頻信號Vt2的狀態(tài)無關(guān)。流過電感器2的電流變成對處于過流狀態(tài)的第2輸出電流Io2流通的電路釋放，以免第1輸出電壓Vo1為過壓狀態(tài)。
圖5是示出第1輸出電壓Vo1為過壓狀態(tài)并避免該狀態(tài)的狀況的波形圖。每次第1輸出電壓Vo1達到使信號Vx1為低電平的上限值，開關(guān)電路30都從第1阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第2阻斷狀態(tài)。通過開關(guān)電路30這樣進行運作，使第1輸出電壓Vo1不超過上限值，避免過壓狀態(tài)。
綜上所述，實施方式2的多輸出直流-直流變換器中，結(jié)構(gòu)上做成即使在起動時和過載時之類的情況下，1個開關(guān)周期內(nèi)電感器2中電流不為零，造成輸出電壓升高，不能控制，也檢測該過壓狀態(tài)，使電感器2中殘留的釋放到別的輸出。如此組成的實施方式2的多輸出直流-直流變換器，確實能避免起動時和過載時之類的情況下的過壓狀態(tài)。
再者，輸出電壓升高而不能控制的原因在于例如控制電路90的輸出檢測電路81中斷線。因此，如圖4所示，結(jié)構(gòu)上做成即使檢測相同的輸出電壓的電路，輸出檢測電路81和過壓保護電路91也分別設(shè)置獨自的檢測線。而且，在因上述那樣的控制電路90異常而不能控制的狀態(tài)下，全部輸出為過壓狀態(tài)，使過壓保護電路91的或非門918輸出高電平。因此，關(guān)斷電路919工作，使變換器本身的運作停止，謀求安全。
實施方式3下面，參照圖6和圖7說明本發(fā)明實施方式3的多輸出直流-直流變換器。
圖6是示出本發(fā)明實施方式3的多輸出直流-直流變換器的組成的電路圖。上述實施方式1和實施方式2中說明了2個升壓輸出的情況。實施方式3的多輸出直流—直流變換器中，說明2個升壓輸出和1個反相輸出的情況。
如圖6所示，實施方式3的多輸出直流-直流變換器從輸入直流電源1輸入輸入直流電壓Ei，并且具有電感器2、開關(guān)電路30A、二極管41、二極管42、二極管43、第1輸出電容器51、第2輸出電容器52、第3輸出電容器53以及控制電路100。開關(guān)電路30A由第1主開關(guān)31、輔助開關(guān)31和第2主開關(guān)33組成，各開關(guān)例如由N溝道MOSFET構(gòu)成?？刂齐娐?00分別以規(guī)定的導通時間和阻斷時間對第1主開關(guān)31、輔助開關(guān)31和第2主開關(guān)33進行驅(qū)動控制。二極管42與輔助開關(guān)32形成串聯(lián)電路。
實施方式3的多輸出直流-直流變換器中，將第1輸出電壓Vo1從第1輸出電容器51輸出到第1電阻6，將第2輸出電壓Vo2從第2輸出電容器52輸出到第2電阻10，將第3輸出電壓Vo3從第3輸出電容器53輸出到第3電阻63。輸入輸出條件為Vo1＞Vo2＞Ei＞0＞Vo3。
開關(guān)電路30A的導通狀態(tài)是指第1主開關(guān)31和第2主開關(guān)33均為導通狀態(tài)且對電感器2施加輸入直流電壓Ei的狀態(tài)。這時，不考慮輔助開關(guān)32的通斷狀態(tài)。開關(guān)電路30A的第1阻斷狀態(tài)是指第1主開關(guān)31為阻斷狀態(tài)，第2主開關(guān)33為導通狀態(tài)，并且輔助開關(guān)32為阻斷狀態(tài)。第2主開關(guān)33為導通狀態(tài)，并且輔助開關(guān)32為阻斷狀態(tài)時，電感器2、第1主開關(guān)31、二極管41和電容器51構(gòu)成升壓變換器。開關(guān)電路30A的第2阻斷狀態(tài)是指第1主開關(guān)31為阻斷狀態(tài)，第2主開關(guān)33為導通狀態(tài)，并且輔助開關(guān)32為導通狀態(tài)。第2主開關(guān)33為導通狀態(tài)，并且輔助開關(guān)32為導通狀態(tài)時，電感器2、第1主開關(guān)31、二極管42和電容器52構(gòu)成升壓變換器。開關(guān)電路30A的第3阻斷狀態(tài)是指第1主開關(guān)31為導通狀態(tài)，而且第2主開關(guān)33為阻斷狀態(tài)。不考慮輔助開關(guān)32的通斷。第1主開關(guān)31為導通狀態(tài)時，第2主開關(guān)33、電感器2、第1主開關(guān)31、二極管43和電容器53構(gòu)成反相變換器。
圖6所示的控制電路100中，輸出檢測電路110檢測出第1輸出電壓Vo1、第2輸出電壓Vo2和第3輸出電壓Vo3，求各輸出電壓與所需值的誤差，并放大各誤差后，輸出誤差電壓Ve1、誤差電壓Ve2和誤差電壓Ve3。實施方式3的輸出檢測電路110相對于所述實施方式1和實施方式2的輸出檢測電路81，僅增加1個反相輸出，其基本運作相同。因此，省略輸出檢測電路110的詳細說明。
PWM電路130輸出作為誤差電壓Ve1與鋸齒波電壓Vt的比較結(jié)果的信號V1、作為誤差電壓Ve2與鋸齒波電壓Vt的比較結(jié)果的信號V2和作為誤差電壓Ve3與鋸齒波電壓Vt的比較結(jié)果的信號V3。實施方式3中，相對于上述實施方式1和實施方式2的PWM電路83，僅增加用于控制反相輸出的電路，其基本運作相同，因而省略PWM電路130的詳細說明。
控制電路100中，過壓保護電路111具有過壓檢測電路112，檢測出第1輸出電壓Vo1、第2輸出電壓Vo2和第3輸出電壓Vo3，并且輸出作為其各自的絕對值與最大設(shè)定值的比較結(jié)果的信號Vx1。信號Vx2和信號Vx3。第1輸出電壓Vo1為過壓狀態(tài)時，信號Vx1為低電平；第2輸出電壓Vo2為過壓狀態(tài)時，信號Vx2為低電平；第3輸出電壓Vo3為過壓狀態(tài)時，信號Vx3為低電平。過壓保護電路111還具有輸入信號Vx1、信號Vx2和信號Vx3的或非門118，在全部輸出為過壓狀態(tài)時，輸出高電平的信號，使關(guān)斷電路119工作。也就是說，第1輸出電壓Vo1、第2輸出電壓Vo2和第3輸出電壓Vo3均為過壓狀態(tài)時，關(guān)斷電路119工作。而且，結(jié)構(gòu)上做成關(guān)斷電路119一工作，控制電路100就停止其工作，必須輸入直流電壓Ei充分降低，才恢復工作。
振蕩電路92與上述實施方式2所示的圖4的振蕩電路92組成相同，輸出具有規(guī)定周期T的鋸齒波電壓Vt、以及時鐘信號Vt1。
實施方式3中，設(shè)置2個分頻電路84和140。分頻電路84輸入時鐘信號Vt1，輸出分頻信號Vt2。分頻電路140輸入分頻信號Vt2，輸出分頻信號Vt3。
驅(qū)動電路150具有輸入分頻信號Vt2和分頻信號Vt3的與門151、輸入此與門151的輸出V32和信號V2的與門152、輸入分頻信號Vt2和放浪形骸Vt3的反相信號的與門153、輸入信號V1和分頻信號Vt2的反相信號的與門154、輸出與門152和與門153和與門154的各輸出的邏輯和的信號V31的或非門155、以及輸出信號V3和分頻信號Vt2的反相信號和分頻信號Vt3的邏輯和的信號V33的或非門156。驅(qū)動電路150還具有輸入信號Vx1和信號Vx2的或非門161、輸入此或非門161的輸出和信號V31的或門162、輸入此或門162的輸出和信號Vx3的與門163、輸入信號Vx1的反相信號和信號V32的或門164、輸入或門154的輸出和信號Vx3的與門165、輸入信號Vx1和信號Vx2的或門166、輸入或門166的輸出和信號V33的與門167、以及輸入與門167的輸出和信號Vx3的反相信號的或門168。與門163輸出第1主開關(guān)31的驅(qū)動信號Vg31，與門165輸出輔助開關(guān)32的驅(qū)動信號Vg32，或門168輸出第2主開關(guān)33的驅(qū)動信號Vg33。
在正常運作時，來自過壓保護電路111的信號Vx1、Vx2和Vx3均為高電平，因而或非門161輸出低電平的信號，或門162輸出信號V31，使與門163輸出信號V31，作為驅(qū)動信號Vg31?；蜷T164輸出信號V32，使與門165輸出信號V32，作為驅(qū)動信號Vg32?；蜷T166輸出高電平的信號，使與門167輸出信號V33，從而或門168輸出信號V33，作為驅(qū)動信號Vg33。
圖7A是示出實施方式3的多輸出直流-直流變換器在正常時的各信號和流過電感器2的電流IL的波形圖。下面，用圖6、圖7A和圖7B說明本發(fā)明實施方式3的多輸出直流-直流變換器在正常時的運作。
首先，在圖7A的時刻t0，根據(jù)時鐘信號Vt1，分頻信號Vt1為低電平，但假設(shè)分頻信號Vt3仍舊保持低電平。這時，由于與門151的輸出(即信號V32)為低電平，驅(qū)動信號Vg32也為低電平，輔助開關(guān)32為阻斷狀態(tài)。與門152和153都輸出低電平的信號，與門154輸出的信號V1經(jīng)或門155，作為信號V31輸出。即，使驅(qū)動信號Vg31選擇作為振蕩電壓Vt與誤差電壓Ve1的比較結(jié)果的信號V1。利用信號V1(即驅(qū)動信號Vg31)的高電平使第1主開關(guān)31為導通狀態(tài)。又由于或門156的輸出(即信號V33)為高電平，使驅(qū)動信號Vg33也為高電平，第2主開關(guān)33為導通狀態(tài)。第1主開關(guān)31和第2主開關(guān)33均為導通狀態(tài)(開關(guān)電路30A為導通狀態(tài))，因而對電感器2施加輸入直流電壓Ei，儲存磁能。
在時刻t1，上升起來的振蕩信號Vt與誤差信號Ve1相交，則信號V1和驅(qū)動信號Vg31為低電平，主開關(guān)31為阻斷狀態(tài)。這時，由于輔助開關(guān)32為阻斷狀態(tài)(開關(guān)電路30A為第1阻斷狀態(tài))，釋放電感器2中儲存的磁能，作為經(jīng)二極管41對電容器51充電的電流。因此，電感器2的電流減小下去，最終為零。
在時刻t2，根據(jù)時鐘信號Vt1，分頻信號Vt2和分頻信號Vt3均為高電平，振蕩電壓Vt劇減后，開始升高。與門151的輸出(即信號V32)為高電平，驅(qū)動信號Vg32也為高電平，輔助開關(guān)32為導通狀態(tài)。與門152輸出信號V2，與門153和154都輸出低電平，因而信號V2經(jīng)或門155，作為信號V31輸出。即，使驅(qū)動信號Vg31選擇作為振蕩電壓Vt與誤差電壓Ve2的比較結(jié)果的信號V2。利用信號V2(即驅(qū)動信號Vg31)的高電平使第1主開關(guān)31為導通狀態(tài)。又由于或門156的輸出(即信號V33)為高電平，使驅(qū)動信號Vg33也為高電平，第2主開關(guān)33為導通狀態(tài)。這時，開關(guān)電路30A為導通狀態(tài)，因而對電感器2施加輸入直流電壓Ei，儲存磁能。
在時刻t3，上升起來的振蕩信號Vt與誤差信號Ve2相交，則信號V2和驅(qū)動信號Vg31為低電平，第1主開關(guān)31為阻斷狀態(tài)。這時，由于輔助開關(guān)32為導通狀態(tài)(開關(guān)電路30A為第2阻斷狀態(tài))，釋放電感器2中儲存的磁能，作為經(jīng)二極管42對電容器52充電的電流。因此，電感器2的電流減小下去，最終為零。
在時刻t4，根據(jù)時鐘信號Vt1，分頻信號Vt2為低電平，但分頻信號Vt3仍舊保持高電平，振蕩電壓Vt劇減后，再次開始升高。與門151的輸出為低電平，因而驅(qū)動信號Vg32為低電平，輔助開關(guān)32為阻斷狀態(tài)。與門152和153都輸出低電平，與門154的輸出信號V1作為信號V31輸出。即，使驅(qū)動信號Vg31選擇信號V1，利用信號V1(即驅(qū)動信號Vg31)的高電平使第1主開關(guān)31為導通狀態(tài)。又由于或門156的輸出(即信號V33)為高電平，使驅(qū)動信號Vg33也為高電平，第2主開關(guān)33為導通狀態(tài)。由于第1主開關(guān)31和第2主開關(guān)33均為導通狀態(tài)(開關(guān)電路30A為導通狀態(tài))，對電感器2施加輸入直流電壓Ei，儲存磁能。
在時刻t5，信號V1和驅(qū)動信號Vg31為低電平，主開關(guān)31為阻斷狀態(tài)。這時，由于輔助開關(guān)32為阻斷狀態(tài)(開關(guān)電路30A為第1阻斷狀態(tài))，電感器2的電流經(jīng)二極管41對電容器51充電。于是，電感器2的電流減小下去，最終為零。時刻t4和時刻t5的運作與時刻t0和時刻t1的運作形態(tài)。
在時刻t6，根據(jù)時鐘信號Vt1，分頻信號Vt2為高電平，分頻信號Vt3為低電平，振蕩電壓Vt劇減后，開始升高。與門151的輸出(即信號V32)為低電平，因而驅(qū)動信號Vg32為低電平，輔助開關(guān)32為阻斷狀態(tài)。與門152和154都輸出低電平信號，與門153的輸出高電平的信號。因此，通過或門155輸出的信號V31(即驅(qū)動信號Vg31)為高電平，使第1主開關(guān)31為導通狀態(tài)。或門156的輸出(即信號V33)選擇信號V3。信號V3(即驅(qū)動信號Vg33)也為高電平，使第2主開關(guān)33為導通狀態(tài)。又由于或門156的輸出(即信號V33)為高電平，使驅(qū)動信號Vg33也為高電平，第2主開關(guān)33為導通狀態(tài)。開關(guān)電路30A為導通狀態(tài)，對電感器2施加輸入直流電壓Ei，儲存磁能。
在時刻t7，上升起來的振蕩信號Vt與誤差信號Ve2相交，則信號V3和驅(qū)動信號Vg33為低電平，第2主開關(guān)33為阻斷狀態(tài)。這時，由于第1主開關(guān)31為導通狀態(tài)(開關(guān)電路30A為第3阻斷狀態(tài))，釋放電感器2中儲存的磁能，作為經(jīng)二極管43對電容器53充電的電流。因此，電感器2的電流減小下去，最終為零。
在時刻t8，根據(jù)時鐘信號Vt1，分頻信號Vt2為低電平，但分頻信號Vt3仍舊保持高電平。開關(guān)電路30A再次為導通狀態(tài)，時刻t8以后的運作重復時刻t0以后的運作。
使電感器2的電感為L，開關(guān)周期為T，開關(guān)電路30A為第1阻斷狀態(tài)前的導通狀態(tài)的時間為Ton1，開關(guān)電路30A為第2阻斷狀態(tài)前的導通狀態(tài)的時間為Ton2，開關(guān)電路30A為第3阻斷狀態(tài)前的導通狀態(tài)的時間為Ton3。又使對第1負載6的輸出電流為Io1，對第2負載10的輸出電流為Io2，對第3負載63的輸出電流為Io3。忽略二極管41、二極管42和二極管43的正向電壓降，第1輸出電壓Vo1、第2輸出電壓Vo2和第3輸出電壓Vo3各自在下列式(7)、式(8)和式(9)所示的關(guān)系成立。
Vo1=Ei+(Ei·Ton1)24L·T·Io1···(7)]]>Vo2=Ei+(Ei·Ton2)28L·T·Io2···(8)]]>Vo3=-(Ei·Ton3)28L·T·Io3···(9)]]>
實施方式3的多輸出直流-直流變換器中，調(diào)整開關(guān)電路30A的各導通狀態(tài)的時間，分別增大或減小誤差電壓Ve1、Ve2和Ve3，使第1、第2和第3輸出電壓Vo1、Vo2和Vo3穩(wěn)定在所要的電壓。也就是說，實施方式3的多輸出直流-直流變換器中，通過時分控制共用電感器2的2個升壓變換器和1個反相變換器，使第1、第2和第3輸出電壓Vo1、Vo2和Vo3穩(wěn)定在所要的電壓。上述實施方式3中，所示的例子給第1輸出電壓Vo1的控制分配2分之1的開關(guān)頻率，給第2輸出電壓分配4分之1的開關(guān)頻率，給第3輸出電壓Vo3分配4分之點開關(guān)頻率。本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器中，按適當?shù)妮^佳比率決定對各輸出功率控制的開關(guān)頻率分配。
圖7B對信號Vx1、Vx2和Vx3各自的高電平、低電平狀態(tài)分別示出或門161、162和與門163的驅(qū)動信號Vg31的狀態(tài)、或門164和與門165的驅(qū)動信號Vg32的狀態(tài)、以及或門166、168和與門167的驅(qū)動信號Vg33的狀態(tài)。
圖7B中，狀態(tài)I為信號Vx1、Vx2和Vx3都是高電平的正常工作狀態(tài)。狀態(tài)VIII為信號Vx1、Vx2和Vx3都是低電平的異常工作狀態(tài)，這時或非門118輸出高電平，使關(guān)斷電路119工作。
下面，說明起動時和過載時之類的狀況下，某一輸出電壓從形成過壓狀態(tài)II到狀態(tài)VII的運作。
圖7B中，狀態(tài)II至狀態(tài)IV，其情況為例如第1分組6加重，使第1輸出電流Io1形成過流狀態(tài)。這時，分配給第1輸出電壓控制的開關(guān)周期中，產(chǎn)生流過電感器2的電流不為零的現(xiàn)象。
未釋放而殘留的電感器磁能在下一開關(guān)周期的第3阻斷狀態(tài)(第1主開關(guān)31為導通狀態(tài)，輔助開關(guān)32為阻斷狀態(tài)，第2主開關(guān)33為阻斷狀態(tài))，作為對電容器53充電的電流，得以釋放。此釋放電流的平均值大于第3負載63中的消耗電流時，第3輸出電壓為過壓狀態(tài)，信號Vx3為低電平。狀態(tài)II是以上那樣的狀態(tài)，信號Vx1和信號Vx2為高電平，信號Vx3為低電平。這時，驅(qū)動信號Vg31為低電平，驅(qū)動信號Vg32為信號V32，但繼續(xù)為第3阻斷狀態(tài)，實施方式3的電路結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動信號Vg32為低電平。然后，驅(qū)動信號Vg33為高電平，使開關(guān)電路30A為第1阻斷狀態(tài)(第1主開關(guān)31為阻斷狀態(tài)，輔助開關(guān)32為阻斷狀態(tài)，第2主開關(guān)33為導通狀態(tài))。因此，電感器2的磁能釋放從第3輸出轉(zhuǎn)移到第1輸出，使第3輸出電壓Vo3避免過壓狀態(tài)。
狀態(tài)III的情況下，未釋放而殘留的電感器磁能在下一開關(guān)周期的第2阻斷狀態(tài)(第1主開關(guān)31為阻斷狀態(tài)，第2主開關(guān)33為導通狀態(tài)，而且輔助開關(guān)32為導通狀態(tài))，作為對電容器52充電的電流，得以釋放。此釋放電流的平均值大于第2負載10中的消耗電流時，第2輸出電壓Vo2為過壓狀態(tài)，信號Vx2為低電平。這時，驅(qū)動信號Vg31為信號V31，但繼續(xù)是第2阻斷狀態(tài)，為低電平。驅(qū)動信號Vg32為低電平；驅(qū)動信號Vg33為V33，但繼續(xù)是第2阻斷狀態(tài)，為高電平。即，開關(guān)電路30A為第1阻斷狀態(tài)。因此，電感器2的磁能釋放從第2輸出轉(zhuǎn)移到第1輸出，使第2輸出電壓Vo2避免過壓狀態(tài)。
狀態(tài)IV的情況下，第2輸出電壓Vo2和第3輸出電壓Vo3均為過壓狀態(tài)，信號Vx2和信號Vx3為低電平。這時，驅(qū)動信號Vg31為低電平，驅(qū)動信號Vg32為低電平，驅(qū)動信號Vg33為高電平。即，開關(guān)電路30A為第1阻斷狀態(tài)。電感器2的磁能釋放轉(zhuǎn)移到第1輸出，使第2輸出電壓Vo2和第3輸出電壓Vo3避免過壓狀態(tài)。
接著，狀態(tài)V的情況下，例如第2輸出電流Io2或第3輸出電流Io3為過流狀態(tài)。在分配給第2輸出電壓Vo2或第3輸出電壓Vo3的控制的時鐘周期內(nèi)，產(chǎn)生流過電感器2的電流不為零的現(xiàn)象。未釋放而殘留的電感器2的磁能在下一周期的第1阻斷狀態(tài)，作為對電容器51充電的電流，得以釋放。此釋放電流的平均值大于第1負載6中的消耗電流時，第1輸出電壓Vo1為過壓狀態(tài)，信號Vx1為低電平。這時，驅(qū)動信號Vg31為信號V31，但繼續(xù)是第1阻斷狀態(tài)，為低電平。驅(qū)動信號Vg33為V33，但繼續(xù)是第1阻斷狀態(tài)，為高電平。即，開關(guān)電路30A為第2阻斷狀態(tài)。因此，電感器2的磁能釋放從第1輸出轉(zhuǎn)移到第2輸出，使第1輸出電壓Vo1避免過壓狀態(tài)。
狀態(tài)VI的情況下，例如第2輸出電流Io2為過流狀態(tài)，其它輸出電流非常小。在分配給第2輸出電壓Vo2的控制的開關(guān)周期內(nèi)，未釋放而殘留的電感器2的磁能在下一開關(guān)周期的第1阻斷狀態(tài)，使第1輸出電壓Vo1為過壓狀態(tài)，同時在再下一開關(guān)周期的第3阻斷狀態(tài)，使第3輸出電壓Vo3為過壓狀態(tài)。于是，信號Vx1和信號Vx3為低電平。這時，驅(qū)動信號Vg31為低電平，驅(qū)動信號Vg32為高電平，驅(qū)動信號Vg33為高電平。即，開關(guān)電路30A為第2阻斷狀態(tài)。電感器2的磁能釋放轉(zhuǎn)移到第2輸出，避免第1輸出電壓Vo1的過壓狀態(tài)和第3輸出電壓Vo3的過壓狀態(tài)。
狀態(tài)VII的情況下，例如第3輸出電流Io3為過流狀態(tài)，其它輸出電流非常小。在分配給第3輸出電壓Vo3的控制的開關(guān)周期內(nèi)，未釋放而殘留的電感器2的磁能在下一開關(guān)周期的第1阻斷狀態(tài)，使第1輸出電壓Vo1為過壓狀態(tài)，同時在再下一開關(guān)周期的第2阻斷狀態(tài)，使第2輸出電壓Vo2為過壓狀態(tài)。于是，信號Vx1和信號Vx2為低電平。這時，驅(qū)動信號Vg31為高電平，驅(qū)動信號Vg32為低電平，驅(qū)動信號Vg33為低電平。即，開關(guān)電路30A為第3阻斷狀態(tài)。電感器2的磁能釋放轉(zhuǎn)移到第3輸出，避免第1輸出電壓Vo1的過壓狀態(tài)和第2輸出電壓Vo2的過壓狀態(tài)。
綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的上述實施方式3，即使在起動時和過載時之類的情況下，1個開關(guān)周期內(nèi)流過電感器2的電流不為零，使輸出電壓升高，不能控制，也可檢測出該過壓狀態(tài)，使電感器2殘留的磁能釋放到別的輸出，從而避免過壓狀態(tài)。
至此，已詳細說明了實施方式。從這些說明可知，本發(fā)明具有以下的效果。
本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器具有的優(yōu)良效果為共用主開關(guān)和電感器帶來部件數(shù)量少，用該數(shù)量不多的部件能高效率控制多個且任意的輸出。
此外，即使在起動時和過載等非正常狀態(tài)的情況下，本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器，例如，如實施方式1所示那樣，結(jié)構(gòu)上做成電感器中流的電流在1個開關(guān)周期內(nèi)為零后，轉(zhuǎn)移到下一周期，因而也能避免1個開關(guān)周期內(nèi)電流達不到零引起的過壓狀態(tài)。
本發(fā)明的多輸出直流-直流變換器中，例如，如實施方式2和實施方式3所示那樣，結(jié)構(gòu)上還做成通過使開關(guān)周期固定，產(chǎn)生1個開關(guān)周期內(nèi)電流達不到零的情況，但檢測出過壓狀態(tài)，把電流釋放到其它輸出，從而收到能避免過壓狀態(tài)的優(yōu)良效果。
以某種詳細程度對較佳實施方式說明了發(fā)明，但該較佳方式當前揭示的內(nèi)容，其組成細節(jié)中理應變化，并能實現(xiàn)各要素的組合和順序的變化，而不脫離所要求的發(fā)明范圍和思想。
權(quán)利要求
1.一種多輸出直流-直流變換器，具有輸入輸入直流電壓并且輸出第1至第n(n為2以上的整數(shù))的輸出直流電壓的第1至第n輸出電路、開關(guān)電路、電感器和控制電路，其特征在于，結(jié)構(gòu)上做成所述開關(guān)電路具有對所述電感器施加所述輸入直流電壓以儲存磁能的導通狀態(tài)和將所述磁能釋放到所述第1至第n輸出電路中的某一個的第1至第n阻斷狀態(tài)；所述控制電路將所述開關(guān)電路的開關(guān)周期分給第1至第n輸出控制，檢測所述第1至第n輸出直流電壓，在所述開關(guān)電路的1個開關(guān)周期擔負第k(1≤k≤n)輸出的控制時，調(diào)整所述導通狀態(tài)的時間，使所述第k輸出直流電壓為規(guī)定值后，選擇第k阻斷狀態(tài)，并維持所述第k阻斷狀態(tài)，直到對所述第k輸出電路釋放所述電感器儲存的所述磁能結(jié)束。
2.如權(quán)利要求1所述的多輸出直流-直流變換器，其特征在于，結(jié)構(gòu)上做成所述控制電路在所述第k阻斷狀態(tài)下，對所述第k輸出電路釋放完所述電感器儲存的所述磁能時，從所述第k阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)移到所述導通狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的多輸出直流-直流變換器，其特征在于，結(jié)構(gòu)上做成所述開關(guān)電路的開關(guān)周期，或者所述第1至第n阻斷狀態(tài)的時間，不小于規(guī)定值。
4.一種多輸出直流-直流變換器，具有輸入輸入直流電壓并且輸出第1至第n(n為2以上的整數(shù))的輸出直流電壓的第1至第n輸出電路、開關(guān)電路、電感器和控制電路，其特征在于，結(jié)構(gòu)上做成所述開關(guān)電路具有對所述電感器施加所述輸入直流電壓以儲存磁能的導通狀態(tài)和將所述磁能釋放到所述第1至第n輸出電路中的某一個的第1至第n阻斷狀態(tài)；所述控制電路將所述開關(guān)電路的開關(guān)周期分給第1至第n輸出控制，檢測所述第1至第n輸出直流電壓，在所述開關(guān)電路的1個開關(guān)周期擔負第k(1≤k≤n)輸出的控制時，調(diào)整所述導通狀態(tài)的時間，使所述第k輸出直流電壓為規(guī)定值后，選擇第k阻斷狀態(tài)，然后在所述第k輸出直流電壓超過規(guī)定的上限值時，選擇所述第k阻斷狀態(tài)以外的阻斷狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的多輸出直流-直流變換器，其特征在于，結(jié)構(gòu)上做成所述第1至第n的輸出直流電壓全部超過分別設(shè)定的上限值時，停止運作。
全文摘要
本發(fā)明的多輸出直流－直流變換器，結(jié)構(gòu)上做成共用電感器(2)和主開關(guān)(31)，從二極管(41)和第1輸出電容器(51)輸出第1輸出電壓(Vo1)，從輔助開關(guān)(32)、二極管(42)和第2輸出電容器(52)輸出第2輸出電壓(Vo2)，并且控制電路(80)具有輸出檢測電路(81)、振蕩電路(82)、PWM電路(83)、分頻電路(84)和驅(qū)動電路(85)，以高效率且高可靠地控制多個輸出。
文檔編號H02M3/335GK1534854SQ20041003244
公開日2004年10月6日 申請日期2004年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月1日
發(fā)明者石井卓也, 齊藤浩, 長岡一彥, 彥 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社