专利名称：多通道dc/dc变换器的制作方法
技术领域：
本发明关于一种装置以及一种方法用以从一单一DC电压产生一些DC电压。
背景技术：
一些供应电压一般上必须被提供于电路以及装置中，其中其系想要最小化功率消耗。这些供应电压系从一DC输入电压而被产生。
所谓的DC/DC转换器系被了解为DC电压之有效的转换。一DC/DC转换器可被使用以从一DC输入电压产生任何想要的DC输出电压。
一些DC/DC转换器可能被平行操作，为了产生一些DC输出电压。因为大量的组件需求，此方法系高成本，且亦具有在个别的DC/DC转换器中开关损失的缺点而不利地对整体效率产生影响。产生一些DC输出电压之另外的可能方式为藉由一DC/DC转换器产生最高的所需DC输出电压，且使用串联的调节器来从最高的供应电压产生更多DC输出电压。此方法不像使用一些DC/DC转换器一般高成本，但是，因为电压损失于串联调节器中，一可想象的降低整体效率必须被接受。
再者，其系已经了解对于变压器具有一些线圈而被使用于DC/DC转换器中具有一些输出电压。此具有缺点，尤其，此类型的DC/DC转换器有大量的空间需求。
发明内容
本发明的目的系因此具体说明一改良的装置以及一改良的方法用以从一DC输入电压产生一些DC输出电压。此案中一特定的目标为降低组件成本。
本发明的目的系藉由独立权利要求之特征而被达成。
本发明系基于不同组件可被使用于多于一目的的构想，藉由有利的控制一DC/DC转换器中之电流流量。
根据本发明的装置包含一第一级，其包含一输入电路具有一电感组件，且因此一DC输入电压系可使用。一第二级包含一些输出电路，其产生DC输出电压且供应一些负载。根据本发明装置之第一以及第二级系经由一开关装置被连接，其系被设计用以提供一放电电流，系从电感组件被供应，到不同的的输出电路为了供给不同的负载。
不同的DC电压可被产生于不同的输出电路中，藉由开关装置的协助适当的控制电路的输入与输出之间的电流流量。
根据本发明之装置系藉由一降低数量的组件使用而被区分。输入电路之多重使用表示仅有一电感组件被需要，因此降低组件成本以及空间需求。开关损失可藉由有利地控制电流流量而被降低。
在输出电流上的负载正常具有电容特性。在本发明之一有利的改进中，在一些输出电路上之负载具有电容组件。这些可藉由放电电流的协助而被充电，且稳定特定DC输出电压。在一特别佳的实施例中，在全部输出电路上的负载具有电容组件。
本发明一另外有利的改进系特征在于开关装置被设计用以选择性的电连接以及切断在不同输出电路上具有第一级之电感组件的负载。这表示，尽管输入电路之多重使用，一高度的程序变化性可被确认于输出电路之连接到以及从输入电路切断，因此可能满足关于藉由输出电路供应之负载之不同需求。
开关装置可能包含一或多多通道开关以及/或一通道开关或者隔离开关。在一较佳实施例中，开关装置系藉由一些隔离开关来形成，每一被配置在电感组件之一连接以及输出电路上之负载之一之连接之间。隔离开关之使用确认开关装置系以足够的同步性被开关，那就是说，电流流过电感组件在任何时间系不被输出电路或输入电路中的开关程序阻断。否则，电流的阻断将造成一破坏的电压冲击。
在一特定较佳实施例中，开关装置包含一些平行连接的隔离开关，具有每一隔离开关连接一输出电路到输入电路，且包含一隔离开关在输入电路中。此开关装置之实施例可以一特定简单方法被驱动。
在根据本发明装置之一较佳实施例中，开关装置系藉由一控制装置来驱动，其测量输出电路中之电压且控制从输入电路到输出电路之电流流量作为这些测量数值之一函数，藉由发射控制信号以驱动开关装置。从输出电路之DC输出电压可能被A/D转换器测量。亦可能使用比较器。其它适合的测量装置用以决定输出电路中之电压，以及不同测量装置之结合亦可被使用。
在本发明一另外有利的改良中，电流从输入电路到输出电路之时间周期系被设定。其可能亦为有利的去改变顺序其中输出电路系被供应。再者，不同的方法可能被结合以确实地提供DC输出电路中之电压。
根据本发明一另外的较佳改进，一控制装置系被提供，其控制至少一的DC输出电压。此可被达成，举例来说，藉由控制电流流经电感组件，因此影响电感组件被充电的范围。控制程序确定所需要的DC输出电压永远被达到，且不被超过。
被控制的电压数量可藉由适当的控制从输入电路到输出电路之电流流量而被降低。在一特定实施例中，仅有一DC输出电压被控制。此允许一物理简单的控制回路形成。
在一特定的较佳实施例中，电感组件之充电持续时间，那就是说电流形成经过电感组件期间之时间间隔，系被使用作为控制装置之一操作变量。例如需要增加电感组件上的充电等级由于一输出电路上之一增加的功率需求，此即可藉由拉长电感组件之充电持续时间而被达成。然而，亦可能去使用其它适当的操作变量，其可被使用以控制电感组件被充电的范围。再者，从输入电路到不同输出电路之电流流量之期间可能被使用作为一操作变量以控制DC输出电压。
在一另外的较佳实施例中，根据本发明之装置系被装置具有预防电流流量从输出电路到输入电路的装置，其将降低本发明DC/DC转换器的效率。
在一有利的改进中，具有一二极管功能之装置系被放置在一些输出电路中。使用此被动装置使设计一简单形式的开放式回路以及封闭式回路控制装置为可能，因为从输出电路回到电感组件之电流流量在输入电路中需要不被主动抑制。此问题发生特别是当输出电路上的负载具有电容特性时。此保存测量装置，例如决定零通量的电流。
在一特定较佳的改进中，一种具有一二极管功能的装置系被放置在一，且仅在一，的输出电路中，如此更降低在整个装置中的组件数量。
根据本发明之一第一方法经过一些循环的步骤组件，具有一步骤组件包含两子步骤。在第一步骤组件之第一子步骤中，一电流系被产生于电感组件中，且电感组件被充电。在第一步骤组件之第二子步骤中，流经电感组件的电流系被通过到一第一输出电路，以第一输出电路上之负载藉由放电电感组件而被提供。第一输出电路之电压以此方式被产生。
在随后的步骤组件中，电感组件首先在第一子步骤中以第一步骤组件相同的方法被充电。在第二子步骤中，电流被通过到一第二输出电路，且在第二输出电路上的负载系被提供。第二输出电路之输出电压系以次方式被产生。
一步骤组件基于上述模式系被执行于每一输出电路中，其中一电压系意图被产生。根据本发明之第一方法之优点为可能去彼此独立地产生两或多DC输出电压。由于范例，在一输出电路上的负载改变在其它输出电路中不具有效应在电压上。
在根据本发明方法之一有利的改进中，DC输出电压系被控制。控制程序确认需要用以供应个别负载的电荷的数量在每一步骤组件中系被通到输出电路。电荷的数量在电感组件上，其系在下一循环中在对应的步骤组件之第一子步骤之终点被达成，系适合作为电压之一函数，其系被产生于输出电路中在考虑下于一已知步骤组件之第二子步骤之终点。其系可能去反应负载电荷在一循环期间之间于输出电路上。
在根据本发明之方法之一较佳的改进中，电流在每一步骤组件之终点掉到零。每一步骤组件因此以一完全放电的电感组件开始，那就是说电荷的数量在一已知步骤组件之第一子的开始是为零。在电感组件上的电荷数量在第一子之终点因此仅仅依赖于电能累积在第一子期间。为了达成一预期的电荷数量，因此仅需要控制沉积的能量。在此较佳改进中，控制程序使用电感组件之充电时间持续期间作为一操作变量。
根据本发明之一第二方法系基于电感组件之一充电步骤且至少两不同的输出电路之充电步骤连续被执行，藉由放电电感组件。
因为一些输出电路以一电感组件之充电相的协助被充电，电感组件在一循环之中的充电步骤数目被降低。因此，另一方面来说，开关程序之数目也被缩减，因此降低开关损失且增加根据本发明DC/DC转换器的效率。第二，仅有那些在电感组件之一重新充电步骤之前立即被充电的输出电路需要具有一二极管功能的装置，因为此为一零通过的电流可以发生的唯一的场合。
DC输出电压系较佳地被监控于输出电路中。输出电路之充电步骤在与特定输出电路连结之一名义上的电压被达成时系被终止。经由输出电路之充电步骤期间控制DC输出电压亦为可行。
在一有利的改进中，在电感组件之第一充电步骤中增强之电流系被控制作为输出电路上全部负载之一函数。在此案中操作变量为电感组件之充电步骤期间。有利地，(仅有)输出电压在最近充电的输出电路中为了此目的而被控制。因此可能产生一些DC电压仅以一单一，或者至少仅一降低的数目，之DC输出电压被控制。那些不易遭受封闭回路控制的DC输出电压系易遭受开放回路的控制。
在本方法之一较佳实施例中，跟随电感组件之一充电步骤之输出电路充电步骤之顺序系不以一固定方法预先决定。顺序系有利地被改变以确实地产生输出电压。特别是，此使其可能去灵活地对一负载改变反应。
在一输出电路充电步骤开始之前，一决定系有利地被作出关于是否此输出电路需要根本地被重新充电。如果联合的DC输出电压仍在一最小值之上，则此充电步骤被省略。此更降低开关程序的数目，且更降低开关损失。
在根据本发明之方法之一有利的改进中，一循环具有一，且仅有一，电感组件之充电步骤。此系随后为输出电路之充电步骤。电流落到的数值在输出电路充电步骤之终点在此案中可能被选择而无任何限制。特别是，数值可能为零以外的数字。根据本发明之DC/DC转换器可因此被操作于一已知DC/DC转换器之符合CCM模式(连续传导模式)的模式中，且具有已知的特性，例如一较高的输出功率等级。
在根据本发明的方法之一有利的改进中，仅电压在最近充电的输出电路中被控制，那就是说，一，且仅有一，DC输出电压被控制。再者，一具有一二极管功能的装置系被提供仅在此输出电路中。
在本发明一更加有利的改进中，一循环被分成一半，其剩余相同的时间。第一半角成电感组件之充电步骤。在输出电路上的负载系供给到第二半中。
本发明不仅关于所述之改进，且亦延伸到所有可能的改进组合。特别是，根据本发明两方法之循环可能被彼此结合。
不同的实施例系被描述于下列文中参考图示说明，其中第1图显示已知DC/DC转换器之线圈电流之时间反应于CCM以及DCM模式中(连续以及不连续传导模式)；第2图显示根据本发明之DC/DC转换器之一实施例；以及第3a图以及第3b图显示开关装置之反应，基于本发明之方法之两实施例。
具体实施例方式
已知DC/DC转换器(第1图)之时间反应特征系在于一感应器或者线圈之充电以及放电相。线圈电流I增加于充电相，且掉落于放电相。如果线圈电流I于任何时间不为零，则此系被参考如所谓的CCM模式。如果线圈电流掉到零(t＝t2)，则DC/DC转换器系被操作于所谓的DCM模式。循环持续时间由一充电相以及一放电相来定义，且系以T作批注。
第2图左手部分显示根据本发明装置之第一级，具有输入电路包含一线圈1为电感组件，以及一电压源2以提供DC输入电压Vin。根据本发明之装置第二级系被图标于右手区域中，且包含三个输出电路，其产生三个DC输出电压V1，V2，V3。在此案中，三个输出电路中之每一具有以一电容3，4，5的形式之一联合负载。开关装置连接两级。此包含一些开关S0，S1，S2，S3，其系从开关晶体管被形成。在此案中，每一输出电路具有一连结的开关S1，S2以及S3。一额外的开关S0与输入电路连结，且连接线圈1到地表。电压V1，V2，V3在每一输出电路中系被测量且系被供应到一监视装置K。监视装置K包含一开放回路控制电路，其控制开关S1，S2，S3于输出电路中。监视装置K亦具有一封闭回路控制电路，其操作开关S0于输入电路中作为一或多输出电压V1，V2，V3之一函数，且将其同步化至开放回路控制电路。再者，具有一二极管功能之装置(未显示)系被提供于一或多的输出电路中用以预防电流从输出电路回流到输入电路。
开关S0，S1，S2，S3在一循环期间之时间反应，基于根据本发明装置之实施例如图标于第2图中，系被说明于根据本发明方法之两实施例之第3a图以及第3b图。一，且只有一，开关在两实施例中(状态1)任何已知时间被关闭，而全部其它为开启(状态0)。如果，在一已知时间，关闭的开关被打开，则其它开关之一在同时被关闭。开关系被同步地关闭以及打开，以不阻断正在流动之线圈电流。在第3a图以及第3b图中，一已知开关之一状态0表示一开启的开关，而状态1表示一关闭的开关。
第3a图中所描述的循环系再被细分成三个步骤组件。第一步骤组件开始于t＝0。他的第一子步骤终止于t＝t1。在此子步骤期间，开关S0系被关闭，且线圈系被充电。在t＝t1，第一步骤组件之第二子步骤开始。开关S1被关闭，且线圈1经由在第一输出电路中的电容5被放电。结果，电压V1在第一输出电路中升高。DC/DC转换器系被操作于一相似于DCM之模式中，那就是说线圈电流再每一线圈放电相期间掉到零。在第一步骤组件之第一子步骤期间之线圈1之充电时间在下一循环中系被控制作为电压V1在时间t＝t2之一函数。此确认一线圈电流被产生于第一子步骤期间，在第一输出电路中其转移一充足量的电荷到电容5，且因此维持输出电压V1。
第二步骤组件开始于t＝t2。在一相等于第一步骤组件之方法中，此包含一第一子步骤，在其间线圈再次被充电(开关S0被关闭)，且一第二子步骤(从t＝t3到t＝t4)，其中线圈电流流到第二输出电路中的电容4中(开关S2被关闭)。控制程序以相等于第一步骤组件之方法发生。再次，第三步骤组件类似于两之前的步骤组件。
此方法导致三个输出电压V1，V2，V3，其系彼此独立，具有一具备二极管功能之装置，其预防任何电流从输出电路流到输入电路，被放置在每一输出电路中。
开关S0，S1，S2，S3之开关作用在一循环期间根据本发明方法之第二实施例系说明于第3b图中。第一步骤为充电线圈1之步骤，期间开关S0被关闭。电容5之充电相在第一输出电路中开始于t＝t1。开关S1系被关闭，且输出电压V1升高。在t＝t2，V1已经到达一名义上的数值。控制电路因此开启开关S1，且关闭开关S2。电容4之充电相在第二输出电路中开始。输出电压V2升高，且再t＝t3时到达一名义上的数值。在此瞬间，控制电路开启开关S2且关闭开关S3。电容3在第三输出电路中系现在被充电。在本实施例中，最后的输出电路之充电相持续直到县圈1已经被完全地放电(t＝T)。当t＝T，一检查被执行以决定是否V3不同于一名义上的数值，且线圈充电步骤之持续期间在下一循环中系被控制以使一正确的电压V3被产生甚至在最近充电的输出电路中。在此方法中，仅有最近被充电的(第三)输出电路具有一具备二极管功能的装置(未显示)，因为此系为一零通量的线圈电流发生的唯一地点。再者，此实施例在每一循环中具有仅一线圈充电相，且仅有DC输出电压在最近充电的输出电路中被控制。
在此实施例中，负载系以开关负载的形式，那就是说负载随时间变化，且一基本的负载，那就是说一负载连续吸取电流。被控制的输出电路必须供给一基本负载，否则，控制机制不能运行。基本负载系因此被连接到最近充电的输出电路，且开关负载系被连接到之前充电的输出电路。
对于监控装置K决定不仅在DC输出电路之电压且其它变量，例如DC输入电压或者线圈电流(例如藉由电压偶然碰到开关S0的方式)可能亦为有利的。这些变量可能被包含在开放回路或封闭回路控制方法之过程控制中。
权利要求
1.一DC输入电压(Vin)之转变到一些DC输出电压(V1，V2，V3)之装置，具有-一第一级，其具有一电感组件(1)可被一由DC输入电压(Vin)产生之电流充电，-一第二级，具有一些分别产生DC输出电压(V1，V2，V3)之输出电路且每一具有至少一负载(3，4，5)，以及-一开关装置，其系被设计用以供应一放电电流，系从该电感组件(1)提供，到不同的输出电路以提供不同的负载(3，4，5)。
2.根据权利要求第1项所述之装置，其特征在于该负载(3，4，5)在至少一的输出电路中具有电容特性。
3.根据权利要求第1或第2项所述之装置，其特征在于该开关装置系被设计用以选择性的电连接以及切断负载(3，4，5)于具有该第一级之该电感组件(1)之不同的输出电路上。
4.根据权利要求第3项所述之装置，其特征在于该开关装置具有一些平行连接的隔离开关(S1，S2，S3)，每一系配置于该电感组件(1)之一连接以及负载(3，4，5)之一之一连接之间。
5.根据权利要求第4项所述之装置，其特征在于该隔离开关(S1，S2，S3)系藉由开关晶体管来形成。
6.根据前述权利要求其中之一项所述之装置，其特征在于一控制装置(K)，其监控从输出电路之DC输出电压(V1，V2，V3)，且发射控制信号用以驱动开关装置作为该被监控的DC输出电压(V1，V2，V3)之一函数。
7.根据权利要求第6项所述之装置，其特征在于该控制装置(K)具有一或多比较器以监控一或多DC输出电压(V1，V2，V3)。
8.根据权利要求第6或第7项所述之装置，其特征在于该控制装置(K)具有一或多A/D转换器以决定一或多DC输出电压(V1，V2，V3)。
9.根据前述权利要求之一或多项所述之装置，其特征在于一控制装置(K)，其控制至少一该DC输出电压(V1，V2，V3)藉由影响该电感组件(1)之该充电电流。
10.根据权利要求第9项所述之装置，其特征在于该控制装置(K)控制一，且仅有一，之DC输出电压(V1，V2，V3)。
11.根据权利要求第9以及第10项其中一项所述之装置，其特征在于该控制装置(K)设定电感组件(1)之充电持续时间。
12.根据前述权利要求其中之一或多项所述之装置，其特征在于一电路组件其防止任何电流流量从输出电路中之一电容组件(3，4，5)到该电感组件(1)系被提供于至少一输出电路中。
13.一种转变一DC输入电压(Vin)到一些的DC输出电压(V1，V2，V3)之方法，该方法具有一循环，其中一些步骤组件系被执行且一步骤组件包含两子步骤，具有第一步骤之两子步骤为a1)以一DC输入电压(Vin)所产生之充电电流充电一电感组件(1)；b2)经由一第一负载(3)放电该电感组件(1)，其系与一产生一第一DC输出电压(V1)之第一输出电路联结；以及第二步骤组件之两子步骤为；a2)重新以一DC输入电压(Vin)所产生之充电电流充电该电感组件(1)；以及b2)经由至少一第二负载(4)放电该电感组件(1)，其系与一产生一第二DC输出电压(V2)之第二输出电路连结。
14.根据权利要求第13项所述之方法，其特征在于下列步骤-控制该DC输出电压(V1，V2)，其系被产生于该第一输出电路以及该第二输出电路中。
15.根据权利要求第14项所述之方法，其特征在于下列步骤-决定该DC输出电压(V1，V2)，其系被产生于该第一输出电路以及该第二输出电路中；以及-设定充电持续时间于步骤a1)中作为该DC输出电压(V1)之一函数，其系被决定于该第一输出电路中，且无关于此，设定充电持续时间于步骤a2)中作为DC输出电压(V2)之一函数，其系被决定于该第二输出电路中。
16.一种转变一DC输入电压(Vin)成为一些DC输出电压(V1，V3)之方法，该方法具有一循环，其包含下列步骤组件A)以一藉由该DC输入电压(Vin)产生之充电电流充电一电感组件(1)；B1)部分放电该电感组件(1)经由一第一负载(3)，其系与一产生一第一DC输出电压(V1)之第一输出电路连结；B2)再次放电该电感组件(1)经由至少一第二负载(5)，其系与一产生一第二DC输出电压(V3)之第二输出电路连结。
17.根据权利要求第16项所述之方法，其特征在于下列步骤-监控该DC输出电压于该输出电路中。
18.根据权利要求第16或第17项所述之方法，其特征在于一放电电流具有一数值大于0流动在步骤A的开始。
19.根据权利要求第17或第18项所述之方法，其特征在于下列步骤-控制该DC输出电压(V3)于输出电路中，其系为最后输出电路而藉由该电感组件(1)在重新充电该电感组件(1)之前被充电。
20.根据权利要求第19项所述之方法，其特征在于下列步骤-决定该DC输出电压(V3)于输出电路中，其系为最后输出电路而藉由该电感组件(1)在重新充电该电感组件(1)之前被充电；且-设定充电持续时间于步骤A)中仅仅作为DC输出电压(V3)之一函数，其系被决定于此输出电路中。
21.根据权利要求第16到第20项其中一项所述之方法，其特征在于该步骤组件B1)以及B2)之顺序关于输出电路系于连续循环中被改变。
22.根据权利要求第16至第21项其中一项所述之方法，其特征在于下列步骤-监控从一输出电路之一DC输出电压；-决定是否在此输出电路上之负载应该以步骤B1)或者B2)为基础藉由该电感组件之放电而被供给，作为被监控的DC输出电压之一函数。
全文摘要
一装置，其具有一第一级具有一输入电路具有一电感组件(1)，一第二级具有一些输出电路具有负载(3，4，5)以及一开关装置(S1，S2，S3)用以控制从输入电路到输出电路之电流系被使用以从一DC输入电压(Vin)产生一些独立的DC输出电压(V1，V2，V3)。根据本发明之装置可被操作于不同的模式中。
文档编号H02M3/158GK1578081SQ200410058749
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月28日 优先权日2003年7月29日
发明者C·克兰滋 申请人:因芬尼昂技术股份公司