多输出转换器及其控制的制作方法

本申请要求具有律师登记号007841.00372并且题为“singleinductormultipleoutput(simo)converterandcontrolthereof”的、于2017年7月21日提交的美国专利申请no.62/535,293的优先权，其公开内容通过其引用合并到本文并且构成其一部分。

单电感器多输出(simo)转换器可以用于提供经由单个电感器从输入电压源转换的多个输出电压等级。单个电感器可以在开关周期的第一时间段期间被电流充电，并且可以在开关周期的第二时间段期间对电流放电以保持多个输出电压等级。由于每个输出可以连接到抽取可变电流的负载，因此可以证明对在多个输出中的每一个处保持适当的输出电压等级是有挑战性的。很多现有解决方案利用可产生对负载变化的缓慢响应的复杂控制电压回路或可能导致实质性损耗的控制方法。需要的是并且将有利的是，得到一种高效simo转换器，其对于输出负载变化控制具有快速、高效的控制方法。

技术实现要素：

以下发明内容可以是仅出于说明性目的的一些本发明构思的简短概述，并且可以并非旨在限制或约束本发明以及具体实施方式中的示例。本领域技术人员从具体实施方式应理解其它新颖组合和特征。

本文中所公开的实施例可以包括单电感器多输出(simo)转换器的布置以及用于其操作的方法。

根据本公开一些方面，基于优先级的控制方法调节simo转换器的每个输出端子处的输出电压。转换器可以在每个输出端子处具有电压控制回路，并且电压控制回路可以使用相似方法或使用不同方法(例如比例控制、比例-积分控制、峰值电流模式等)得以实现。例如，根据一些方面，每个输出端子可以具有调节输出电压的比例-积分-微分(pid)控制回路。根据一些方面，一个输出端子可以具有调节输出电压的比例-积分-微分(pid)控制回路，其中，其它输出端子电压使用滞后控制回路受控。根据一些方面，单个pid控制回路可以依次调节输出电压端子中的每一个。

根据特定实施例的特征，一个或多个电压补偿电路可以连接一个或多个输出端子。可以利用电压补偿电路以将电荷从第一输出传送到第二输出，以第一输出为代价来补偿第二输出，导致由调节第一输出的控制回路触发响应，这可以比由调节第二输出的控制回路进行的响应更有效。

根据特定实施例的特征，可以多样地实现一个或多个电压补偿电路。例如，电压补偿电路可以包括被移动到接通(on)状态的开关，并且可以利用该开关以将电荷从第一输出传送到第二输出，以第一输出为代价来补偿第二输出。根据一些特征，该开关可以具有可控漏极-源极电压降，其受控以基于第一输出端子处的电压而设置第二输出端子处的电压。

根据特定实施例的特征，可以多样地实现一个或多个电压补偿电路。例如，电压补偿电路可以实现为模拟设备电路，例如低压差调节器、降压转换器等。一个或多个电压补偿电路的另一可能实现方式可以是数字受控电路。根据特定实施例的特征，所述一个或多个电压补偿电路可以与其它电路部件同步地受控，而在其它实施例中，所述一个或多个电压补偿电路可以被异步地受控。此外，根据特定实施例的特征，所述一个或多个电压补偿电路可以与其它电路部件一起受控，而在其它实施例中，所述一个或多个电压补偿电路可以具有可以具有独立控制系统。

本文中所公开的特征可以包括封装为单个集成电路的输入电路、输出电路以及控制器。集成电路可以作为通用功率调节电路提供，芯片根据专用设计选项而提供连接用于添加分立式部件(例如电感元件(例如电感器和变压器绕组)、电容器、附加开关等)。

在本文中本公开的一些说明性方面中，一个或多个电感元件(例如电感器、变压器、联接电感器等)可以具有不同绕组比例(第一绕组上的引线匝数与第二绕组上的引线匝数相比(例如1：1、1：4、3：1等))，并且可以包含缠绕在公共铁芯上的多于一组的初级绕组和/或多于一组的次级绕组。

本文所公开的特征可以还包括提供多个输入连接的simo转换器，每个输入连接被配置为可连接到输入电源。simo转换器可以提供开关，以调节输入电源的参数(例如电压、电流、功率、温度等)。例如，simo转换器可以连接到多个光伏发电机，每个光伏发电机连接到对应输入端子，并且simo转换器可以根据最大功率点跟踪(mppt)来控制光伏发电机，以用于增加光伏发电机的功率产额。

如上所述，本发明内容可以仅为本文所描述的一些特征的概述。其可以并非全面的，并且其并非为对权利要求的限制。

附图说明

本公开的这些和其它特征、方面以及优点关于以下描述、权利要求以及附图将变得更好理解。本公开通过示例的方式示出，而不受限于附图。

图1a是根据一个或多个说明性实施例的simo转换器的部分示意性部分框图。

图1b是根据一个或多个说明性实施例的simo转换器的部分示意性部分框图。

图1c是根据一个或多个说明性实施例的simo转换器的部分示意性部分框图。

图1d是根据一个或多个说明性实施例的simo转换器的部分示意性部分框图。

图1e是根据一个或多个说明性实施例的simo转换器的部分示意性部分框图。

图1f是根据一个或多个说明性实施例的simo转换器的部分示意性部分框图。

图2a是根据一个或多个说明性实施例的simo转换器的部分示意性部分框图。

图2b是根据一个或多个说明性实施例的simo转换器的部分示意性部分框图。

图2c是根据一个或多个说明性实施例的simo转换器的部分示意性部分框图。

图2d是根据一个或多个说明性实施例的simo转换器的部分示意性部分框图。

图2e是根据一个或多个说明性实施例的用于simo转换器的集成电路的部分示意性部分框图。

图2f是根据一个或多个说明性实施例的simo转换器的部分示意性部分框图。

图2g是根据一个或多个说明性实施例的simo转换器的部分示意性部分框图。

图3a示出根据一个或多个说明性实施例的用于操作simo转换器的方法。

图3b示出根据一个或多个说明性实施例的用于操作simo转换器的方法。

图3c示出根据一个或多个说明性实施例的用于操作simo转换器的方法。

具体实施方式

在多个说明性实施例的以下描述中，参考附图，附图形成实施例的一部分，并且在附图中通过说明的方式示出可以实践本公开各方面的多个实施例。应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行结构和功能修改。

现参照图1a，图1a示出根据本公开一个或多个方面的单电感器多输出(simo)转换器。转换器100a可以包括输入电路101a和输出电路102a。输入电路101a可以被配置为连接到一个或多个电源in1、in2……inn。电源in1、in2……inn可以是一个或多个光伏(pv)发电机(例如pv电池、pv电池的子串、pv面板、pv面板的串)、风力涡轮机、水力涡轮机、燃料电池、电池和/或超级电容器。输入电路101a可以具有一个或多个输入端子，其中，输入电容器(例如ci1、ci2……cin)联接在每个输入端子与基准端子之间(例如接地端子。根据一些方面，基准端子可以不是接地端子)。输入电路101a可以还包括联接在每个输入端子与第一中心节点x之间的开关(例如si1、si2……sin)。附加开关sgi可以联接在第一中心节点x与地线之间。开关si1……s1n以及开关sgi可以被切换以提供降压转换器功能，以用于将电源in1、in2……inn处可用的输入电压转换为第一中心节点x处的共用电压。

可以使用例如金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、绝缘栅双极型晶体管(igbt)、结型栅场效应晶体管(jfet)或其它合适的开关类型来实现本文中所公开的开关(例如图1a所示的开关si1……sin、开关sgi和sgo以及开关so1……son，还有关于本公开其它方面的其它附图中所公开的开关)。根据系统布置，本文中所公开的开关可以是单向开关或双向开关。例如，在电源in1是光伏发电机的情况下，开关si1可以是单向开关(例如mosfet，其中，体二极管阴极联接到电容器ci1，并且体二极管阳极联接到节点x)，其被配置为允许电流从节点x流到电容器ci1，但阻挡电流沿相反方向流动。在电源in2是电池的情况下，开关si2可以是双向开关(例如背对背连接的两个mosfet)，其被配置为阻挡电流从电容器ci2流向节点x或沿相反方向流动。

输入电容器ci1……cin示出为共用公共基准(接地)端子。每个电容器与公共基准端子的连接可以是经由焊接、以印制电路板(pcb)等级的嵌入、以集成电路的硅等级制造，或可以在制造之后使用跳线得以执行。

输出电路102a可以被配置为与在输出o1、o2……on处所连接的一个或多个负载连接。输出电路102a可以具有一个或多个输出端子，其中，存储设备(例如输出电容器(例如co1、co2……con))联接在每个输出端子与基准(例如接地)端子之间。输出电路102a可以还包括联接在每个输入端子与第二中心节点y之间的开关(例如so1、so2……son)。附加开关sgo可以联接在第二中心节点y与地线之间。开关so1……son和开关sgo可以被切换为提供升压转换器功能，以用于将第二中心节点y处的电压转换为输出o1……on处可用的多个输出电压。根据一些方面，在无需升压功能的情况下，可以不以sgo为特征。根据一些方面，sgo可以是输出电路102a的标准部件，并且在不利用升压的情况下可以保持off。提供多于一个的输出电压对于对可能需要不同操作输入电压等级的多个负载供电可以是有用的。例如，转换器100a可以充当辅助功率转换器，其被配置为将各个电压等级(例如20v、15v、12v、5v、3v、2v等)提供给主功率转换器中所包括的各个设备(例如门驱动器、通信设备、传感器等)。

电感器l1可以联接在第一中心节点x与第二中心节点y之间。电感器l1可以与输入电路101a和输出电路102a组合，以在电源in1……inn与输出o1……on之间提供组合的降压+升压功能。

开关so1……son可以通过交错式方式切换，以调节o1……on处可用的输出电压。当开关so1处于on时，开关so2……son可以处于off，并且电流可以从电感器l流动，并且对电容器co1充电。通过相似方式，输出开关so1……son中的每一个可以处于on达相应时间段，在此期间其它输出开关处于off，并且，在该相应时间段期间，对应输出电容器可以被充电。可以根据对应期望输出电压并且根据输出处所连接的对应负载所抽取的电流来调节用于对每个输出电容器充电的相对时间段。当sgo处于on时，输出开关so1……son可以处于off，并且电感器l可以通过来自输入电路101a的电流被充电。

现参照图1b，图1b示出本文的根据本公开的说明性方面的simo转换器。转换器100b可以包括输入电路101b和输出电路102b。输入电路101b可以与图1a的输入电路101a相似或相同。在图1b所示的示例中，仅一个输入连接到转换器100b，并且因此，输入电路101b包括仅用于一个输入的电路。输出电路102b可以与图1的输出电路102a相同。根据一些方面(未明确示出)，输出电路102b可以单个输出为特征。图1a的电感器l可以由连接在端子x与y之间的第一绕组w1替代或增强。浮置输出电路104b可以包括可以磁联接到第一绕组w1的第二绕组w2(例如，通过使第一绕组w1和第二绕组w2缠绕在公共磁芯周围)，并且可以还包括串联联接到第二绕组w2和电容器cf的二极管d1。电容器cf可以由第二绕组w2所感应的电流充电，其中，二极管d1对通过第二绕组w2的电流进行整流，以防止电容器cf的放电。电容器cf可以提供浮置输出，其可以不以转换器的100b的接地端子为基准。根据一些特征，二极管d1可以由将整流后的充电电流提供给电容器cf的全桥二极管电路替代。根据一些特征，二极管d1可以由启用双向导通和/或提供减少的开关损耗和导通损耗的全桥晶体管电路或单个开关(例如晶体管(例如mosfet、igbt等))替代。

提供一个或多个浮置输出端子(例如，由具有一个或多个浮置输出电路104b的转换器100b)可以提供特定优点。例如，浮置输出电路104b可以用于驱动可以不具有连接到地线的端子的晶体管。例如，在源极端子不连接到地线的情况下，高侧降压转换器开关可以由大约12v的栅极到源极电压打开。跨过电容器cf连接源极端子和栅极端子可以使得高侧降压转换器开关能够容易并且高效地进行切换。浮置输出端子可以被设置到在转换器100b内所包括的电路，或可以被设置到外部部件(例如与输出o1……on处所连接的负载相同或相似的负载)。

现参照图1c，图1c示出本文的根据本公开说明性方面的转换器。转换器100c可以包括输入电路101c和输出电路102c。输出电路102c示出为具有单个连接的负载；根据本文中本公开各方面，可以添加与输出电路102a和102b的输出相似的附加负载。输入电路101c可以被配置为连接到一个或多个电源in1、in2……inn。输入电路101c可以具有一个或多个输入端子，其中，输入电容器(例如ci1、ci2……cin)联接在每个输入端子与基准(例如接地)端子之间。输入电路101c可以一个或多个支路为特征，其在第一端处联接到输入电容器并且在第二端处联接到节点x，并且每个支路可以具有串联联接到输入绕组(例如wi1、wi2……win)的输入开关(例如si1、si2……sin)。输入绕组wi1……win可以通过使输入绕组wi1……win缠绕在磁芯周围而相互磁联接。输出绕组wo可以缠绕在磁芯周围，并且可以经由磁芯磁联接到输入绕组。

输入开关si1……sin可以操作为使通过从所连接的输入电源in1……inn抽取的电流对绕组wi1……win充电和经由公共磁芯由输入绕组wi1……win对输出绕组wo放电进行交替。可以根据输入电压(例如，根据最大功率点跟踪(mppt)考虑)、根据跨过输出绕组wo的电压并且根据每个输入绕组与输出绕组wo之间的绕组比率来选择每个输入开关的占空周期。例如，如果跨过输出绕组wo的电压是40v，输入绕组wi1与输出绕组wo之间的绕组比率是1：2，并且输入电压是10v，则输入开关si1的占空周期可以是大约50％。

开关sgi可以联接在节点x与基准节点(例如地线)之间。当开关si1……sin处于off时，开关sgi可以处于on，以使得能够将电流从绕组wo放电到输出电路102c。

输出电路102c可以与输出电路102b和102a相似或相同。输出电路102c示出为具有单个连接的负载；在其它布置中，可以连接附加负载(如关于输出电路102a和102b所示)。

浮置输出电路104c可以经由绕组wf联接到输入绕组wi1……win和输出绕组wo共用的磁芯，并且可以在结构上和功能上与关于图1b所描述的绕组w2相似。

现参照图1d，图1d示出本文的根据本公开说明性方面的转换器。转换器100d可以与转换器100c相似，其中，转换器100c的输出电路102d与输出电路102c不同在于，输出电路102d示出为具有多个所连接的输出负载。单个转换器可以被设计为用作转换器100c或转换器100d(例如，具有可用的多个输出连接)，其中，用户将如期望的那样多的负载连接到转换器输出电路。

现参照图1e，图1e示出本文的根据本公开说明性方面的转换器。转换器100e可以包括输入电路101e、输出电路102e以及浮置输出电路104e。根据本文中本公开各方面，二极管d2可以由当期望双向导通时可以接通的晶体管替代，这样可以增加转换器100e的效率。输入电路101e可以包括：输入端子，其用于连接到电源；电容器ci1，其联接在输入端子与基准端子(例如地线)之间；以及支路，其与电容器并联联接，支路包括绕组wi1和开关si1。在图1e的说明性示例中，输入电路101e具有包括绕组wi1和开关si1的输入支路，输入支路连接到输入电源in1。根据附加方面，可以以多于一个的输入支路和对应输入电源为特征。输出电路102e可以与图1d的输出电路102d相同或相似。二极管d2可以与输出绕组wo串联连接，以对流过wo的输出电流进行整流，并且输出绕组wo可以连接在二极管d2与节点y之间。输出电路102e和二极管d2的阳极可以被配置以与输入电路101e的基准端子相似或不同的基准端子。浮置输出电路104e可以包括与图1c和图1b的浮置输出电路104相似或相同的多个电路的布置。绕组wf1-wfn中的每一个可以与图2d的绕组wf相似，并且可以(例如，经由共同磁芯)磁联接到绕组wi1和/或绕组wo1。绕组wf1-wfn中的每个绕组可以联接到用于对浮置输出电压进行整流的二极管以及用于保持整流后的浮置输出电压的电容器。提供具有多于一个的浮置电压输出的浮置输出电路可以使得转换器100e能够使用浮置电压将电力(例如辅助电力)提供给多个所连接的负载(例如主转换器中的多个高侧开关)。

现参照图1f，图1f示出根据本文中本公开各方面的包括多个输入电路101和多个输出电路102的simo转换器。转换器100f可以包括输入电路101f1……101fn、输出电路102fn……102fn以及浮置输出电路104f。输入电路101f1……101fn中的每个输入电路可以与图1a-图1e的输入电路101a-101e相似或相同，并且输出电路102f1……102fn中的每个输出电路可以与图1a-图1e的输出电路102a-102e相似或相同。输入电路101f1……101fn、输出电路102f1……102fn以及浮置输出电路104f中所包括的电感元件(例如绕组wif1……wifn、wof1……wofn和wf1……wfn)可以通过缠绕在公共磁芯170周围而磁联接。输出电路102f1……102fn和二极管d2的阳极可以被配置以与输入电路101f1……101fn的基准端子相似或不同的基准端子。其余元件可以在结构上和/或功能上与图1a-图1e所示的元件相似或相同。使用单个磁芯用于联接感应元件可以提供特定优点，例如成本节省、减少的尺寸和/或增加的效率。根据本文中本公开特定方面，特定磁元件可以相互联接，而无需所有电路元件之间的完全磁联接。例如，绕组wif1可以经由第一磁芯磁联接到绕组wof1，并且绕组wif2可以经由第二磁芯磁联接到绕组wifm、wifn、wofn、wf2和wfn。二极管d2可以由当期望双向导通时可以接通的晶体管替代，这可以增加转换器100e的效率。

现参照图2a，图2a示出根据本文中本公开各方面的包括控制器和传感器/传感器接口的simo转换器。转换器200a可以分别与图1a-图1e的任何转换器100a-100e相似或相同。在图2a中，转换器200a示出为与图1a的转换器100a相似，其中，单个输入电源连接到输入电路201a。为了简化，输出电路202a示出为具有三个输出，但在本文中本公开中可以更少的或附加的输出为特征或包括更少的或附加的输出。传感器/传感器接口205a可以测量输出电路202a处的电参数或热参数(例如电压、电流、功率、温度等)。例如，传感器/传感器接口205a可以测量每个输出端子处的电压(例如vo1、vo2、vo3)和/或流到每个输出o1……on处所连接的负载的电流。传感器/传感器接口205a可以将测量提供给控制器210，并且控制器210可以相应地控制开关so1……so3的操作，以保持期望的输出电压vo1……vo3。根据一些方面，并非所有传感器/传感器接口205a都可以是必须的。例如，根据一些方面，电压测量或估计单独可以足以使得控制器210能够调节输出电压vo1……vo3。

可以不同地实现控制器。例如，控制器210可以是被配置为估计或接收从传感器/传感器接口205a获得的测量作为输入并且将控制电压信号输出到开关so1……so3的微控制器、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)和/或模拟控制设备。控制器210可以根据不同要求(例如电压纹波容限、期望的控制响应时间等)对于开关so1……so3中的每一个实现不同的控制方法。以下将关于图3a-图3c公开用于控制开关so1……so3的方法。

附加传感器/传感器接口(未明确示出)可以部署为测量输入电路201a处或其附近的电参数并且将测量提供给控制器210，其中，控制器210被配置为响应于测量并且控制输入电路201a(例如，通过根据例如mppt考虑来控制输入电路201a中所包括的开关的操作和/或控制端子x处可用的电压)。

传感器/传感器接口206a可以部署为测量和/或估计电感器l处或其附近(例如，开关sgo中、输入电路201a中等)的一个或多个电参数(例如电压、电流)，并且将所测量和/或估计的值提供给控制器210(例如足以对电感元件(例如电感器l)充电的最低电流的触发点)。例如，传感器/传感器接口206a可以包括与电感器l串联部署的电流传感器(例如，在节点y处或节点x处)，并且可以测量流过电感器l的电流。根据本文中本公开各方面(附图中未明确示出)，传感器/传感器接口206a可以测量一个或多个节点(例如节点x和y)处的电压，并且控制器210可以使用电压测量(连同在控制器210中所包括的时钟可以提供的时序测量一起)来估计流过电感器l的电流。所测量或估计的流过电感器l的电流可以由控制器210在确定用于操作开关so1-so3以及输入电路201a中所包括的一个或多个开关(未示出)的优选方法中使用。例如，控制器可以从传感器/传感器接口205a接收指示输出电压vo1-vo3正降低并且接近一个或多个最小阈值的电压测量，并且控制器210可以从传感器/传感器接口206a接收指示电感器l可能没有足够的电流以补偿输出电压vo1-vo3的降低的测量。在此情况下，控制器210可以改变(例如，增加)输入电路201a中所包括的一个或多个开关(例如图1a的开关si1)的占空周期，以增加对电感器l的电流供给，并且控制器210可以在一个或多个周期中延迟补偿处理，以用足够的电流对电感器充电。

开关sgo可以处于on达在操作周期期间的第一时间段，电感器l可以通过流过输入电路201a的电流得以充电，开关so1-so3中的每一个可以处于off，并且存储设备(例如电容器co1-co3)可以放电，以将电流提供给输出o1-o3处所连接的负载。根据说明性方面(例如，在图2d所示的转换器200d中)，在输出电路202a中可以不以开关sgo为特征，并且开关so1-so3中之一可以在第一时间段期间处于on，提供从电感器l到输出端子vo1-vo3中之一的电流路径。

在电感器l已经在第一时间段期间被充电之后，在操作周期期间的第二时间段期间，电感器l可以将电流放电到充电电容器co1-co3。在第二时间段的开始时，开关so1-so3可以处于off。第一输出开关(例如开关so3)可以然后接通(例如，通过控制器210施加合适的控制信号)，并且使得能够通过例如从电感器l抽取电流向对应电容器(例如co3)充电。第一输出开关可以然后断开，并且第二输出开关(例如开关so2)可以然后接通，并且使得能够通过从电感器l抽取电流向对应电容器(例如co2)充电。第二输出开关可以然后断开，并且第三输出开关(例如开关so1)可以然后接通，使得能够通过从电感器l抽取电流向对应电容器(例如co1)充电。当所有输出电容器已经足够地(可以是部分地或完全地)被充电或来自电感器l的电流已经耗尽时，第二时间段可以结束。

根据一个或多个说明性实施例，控制器210可以通过测量或估计来估计和/或计算来自电感器l的电流将要减少到预定值之下和/或要耗尽。在此情况下，控制器210可以断开除了端子vo1的(或与可以不联接到负载的用作能量库的电容器联接的不同端子的)输出开关so1之外的所有输出开关(例如so2、so3)。控制器210可以接通输出开关so1，通过电感器中留下的能量向对应电容器(例如co1)充电。

根据一个或多个说明性实施例，库(例如co1)中的能量存储可以提供特定优点，例如，通过基于优先级的方法通过使得反向电流(例如从y流到x的电流)和/或反向能量能够通过以第一输出(例如co1)为代价来补偿第二输出(例如co2)来减少关联开关损耗，这样可以带来转换器效率、鲁棒性和精度的增加。

控制器可以根据各种方法确定电容器co1-co3将被充电的顺序。例如，可以使用预定充电顺序。又例如，可以使用基于优先级的充电顺序，其中，特定电容器总是具有比其它电容器更高的优先级。例如，电容器co3可以联接到对电压波动高度敏感的负载，并且只要敏感负载连接就可以总是首先被充电。

控制器210可以根据各种方法确定用于对每个电容器充电的合适时间段。例如，每个电容器可以接收相等量的充电时间(除非电容器不需要全部充电时间，在此情况下，充电时间可以更短)。又例如，可以使用基于优先级的方案，由此，高优先级电容器可以被充电，直到达到期望的电压，并且然后仅下一优先级电容器被充电。如果电感器l没有足够的电流以对所有电容器充分充电，则高优先级电容器可以被充分充电，并且低优先级电容器可以被部分充电或一点也不被充电，直到下一充电周期。

控制器210可以调节(用于对电感器l充电的)第一时间段的长度、(用于对电感器l放电并且对电容器co1-co3充电的)第二时间段的长度、在第一时间段期间对电感器l可用的充电电流、以及在第二时间段期间对电容器co1-co3可用的充电电流，以使得电感器l能够提供并且保持期望的电压vo1-vo3。控制器210可以使用控制方法(例如补偿技术)根据负载变化在第一时间段和第二时间段期间改变时长和/或电流。

现参照图2b，图2b示出本文的根据本公开说明性方面的simo转换器。转换器200b可以与图2a的转换器200a相似，其中，元件对应于转换器200a的相似地标记的元件。输出电路202b可以包括连接在第一输出端子(例如vo1)与第二输出端子(例如vo2、vo3)之间的一个或一些补偿支路。包括与开关sc1(例如mosfet、igbt、bjt、jfet或其它合适种类的开关)串联连接的电阻器r1的第一补偿支路可以连接在电容器co1和co2的正电压端子之间，并且包括与开关sc2串联连接的电阻器r2的第二补偿支路可以连接在电容器co1和co3的正电压端子之间。开关sc1和sc2可以被控制(例如，由控制器210)，以通过从电容器co1抽取电荷补偿电压vo2和vo3的降低，如以下更详细地解释的那样。

可以与控制器210相似地实现控制器210。实现不同控制方法(比例控制、比例-积分控制等)的控制回路可以应用于调节输出电压vo1-vo3。图2b展现了用于调节输出电压vo1-vo3的比例-积分-微分(pid)控制回路。对控制回路211的输入可以是输出电压vo1-vo3的一个或多个测量(或输出电压vo1-vo3的一个或多个估计)，并且控制回路211的输出可以是被配置为控制输入电路201b的一个或多个开关的开关控制输出。使用pid控制回路的优点可以包括鲁棒性、有效性和精确性。然而，特定可替选控制回路可以提供优于pid控制回路的速度优点，这对于特定类型的负载可能是优选的。根据本文中本公开的说明性特征，输出电压vo2和/或vo3可以由快速控制回路调节，并且第一补偿支路和第二补偿支路可以响应于快速控制回路检测到小于预定阈值的电压vo2和/或电压vo3的降低而得以激活(通过闭合开关sc1和/或sc2)。电容器co1可以提供用于增加电压vo2和/或vo3的电荷，并且归因于电容器co1的放电导致的vo3的随后降低可以由pid控制器在下一控制周期中补偿。

电阻器r1和r2可以被设定大小，以在充分限制充电电流以防止对转换器200b或其部件的损坏的同时响应于小于预定阈值的电压vo2和/或vo3的降低而提供对电容器co2和/或co3的快速充电。例如，电阻器r1和r2可以具有若干欧姆或10或20欧姆的电阻。根据一些方面，开关sc1和sc2可以包括可以足以调节充电的固有寄生电阻。

根据确定，可以(例如，通过断开开关sc1和/或sc2)禁用操作补偿支路。可以根据不同因素进行对禁用补偿支路的确定。例如，可以根据限制补偿支路的操作时间的时钟来进行该确定。计算操作时间，以确保电容器co1中存在足够的电力以补偿对应输出端子。在所补偿的输出端子处的电压(例如电压vo2和/或电压vo3)尚未达到所需值的情况下，补偿可以在后面的周期中继续，并且可以由系统中的不同控制回路固定。又例如，可以在获得所补偿的输出端子处的电压测量(电压vo2和/或电压vo3)并且确定该电压测量大于或等于第二基准值之后进行该确定。

现参照图2c，图2c示出本文的根据本公开说明性方面的simo转换器。转换器200c可以与图2b的转换器200b相似，其中，元件对应于转换器200a和/或转换器200b的相似地标记的元件。输出电路202c可以包括一个或一些补偿支路。第一补偿支路可以包括电阻器r3，并且可以连接在电容器co1和co2的正电压端子之间，包括电阻器r4的第二补偿支路可以连接在电容器co2和co3的正电压端子之间，并且包括电阻器r5的第三补偿支路可以连接在电容器co3的正电压端子与基准端子之间。通过正确选择用于电阻器r3-r5的电阻器值，vo1-vo3当中的单个电压可以被有效地调节，并且电阻器r3-r5可以用于将端子处的电压vo2和vo3固定为端子vo1处的电压的百分比。

控制器210可以包括控制回路211(例如pid控制回路)，其被配置为根据值调节输出端子处的电压vo1，并且还被配置为将输出端子vo2和vo3处的电压调节为从vo1处的电压推导的电压。作为数值示例，控制器210可以将输出端子vo1处的电压控制为12v。端子vo2处的期望电压可以是5v，并且端子vo3处的期望电压可以是3v。在一个非限定性示例中，可以如下选择电阻器：r5＝3ω，r4＝2ω，r3＝7ω。在该示例中，如果在端子vo1处电压是12v，则vo2处的电压将是：

并且端子vo3处的电压将是：

如果端子vo2处的电压或端子vo3处的电压降低(例如归因于输出o2处的负载或输出o3处的负载从电容器co2或电容器co3抽取电流)，则可以通过从电容器co1抽取电流部分地补偿电压，并且控制器210可以在下一开关周期期间补偿端子vo1处的电压降低。对端子vo1、vo2和vo3处的电压控制的这种实现方式的优点可以是简单的并且减少了电压控制回路的计数。根据本文中的本公开的说明性方面，图2c的电阻器r3-r5可以由开关替代。现参照图2d，图2d示出本文的根据本公开说明性方面的simo转换器。转换器200d可以与图2b的转换器200b相似，其中，元件对应于转换器200b的相似地标记的元件。输出电路202d可以包括一个或一些补偿支路。第一补偿支路可以包括可以连接在电容器co1和co2的正电压端子之间的开关sc3(其示出为mosfet，但也可以是igbt、bjt、jfet或其它合适种类的开关)，并且包括开关sc4的第二补偿支路可以连接在电容器co1与co3的正电压端子之间。开关sc3和sc4可以被控制(例如，由控制器210)，以通过提供跨过每个开关的端子的可控制的电压降来调节电压vo2和vo3。例如，控制器210可以(例如，使用pid控制回路)将端子vo1处的电压保持在大约12v，并且开关sc3可以包括具有连接到端子vo1的漏极端子和连接到端子vo2的源极的mosfet。控制器210可以控制开关sc3的栅极端子电压，以生成通过开关sc3的导通通道，产生跨过开关sc3的漏极到源极电压，使得端子vo2处的电压是大约3v。响应于确定(例如通过从传感器/传感器接口205d获得的测量)端子vo2处的电压小于3v，控制器210可以改变(例如，如果开关sc3是n型mosfet，则增加)开关sc3的栅极端子电压，以减少开关sc3的漏极到源极电压并且增加端子vo2的电压。这种控制端子vo2和vo3处的电压的方法可以提供简单性和快速的优点。

根据本文中的本公开的说明性实施例，端子vo1(或与用作能量库以用于补偿其它端子处的电压的电容器联接的不同端子)可以不联接到负载。例如，可以移除输出o1处所联接的负载，并且可以控制(例如，通过pi或pid控制回路)电容器co1处的电压，以保持电压(例如12v)，并且可以激活补偿电路以从电容器co1抽取电流以补偿端子vo2和vo3处的电压。这种布置可以提供特定益处，例如，当将补偿提供给特定电路端子时不影响负载电流。

根据本文中的本公开的说明性实施例，在开关周期的一个或一些时间段中，端子vo1(或与用作能量库以用于补偿其它端子处的电压的电容器联接的不同端子)可以通过流过对应开关(例如开关so1)的电流对电感器l充电，对应开关于是可以接通，并且其余输出开关可以断开(并且可能需要输入电路201d中的部件的特定操作模式)。使得电流能够从库流到电感器可以提供特定优点，例如，降低关联开关损耗，这可以带来转换器效率的增加。

现参照图2e，图2e示出本文的根据本公开说明性方面的用于simo转换器的电路。电路220可以提供本文中本公开的各个方面和实施例通用的电路，并且可以提供用于根据特定期望特征连接附加分立式部件的连接端子。电路220可以被设计并且制造为提供用于实现多种转换器技术的功能的集成电路(ic)。

输入电路201e可以包括一个或多个开关。例如，输入电路201e可以包括如图1a-图1b所示的互连的开关sgi和si1。可以提供至少一个端子，以用于连接到一个或多个基准端子(例如地线)。例如，端子252可以对应于图1a的接地端子。可以提供一个或多个输入端子，以用于连接到电源。在图2e的说明性示例中，提供单个输入端子250。根据附加特征，可以提供附加输入端子，并且可以提供附加对应开关(例如与图1a的开关si2……sin相似或相同的)。可以提供用于与磁设备(例如电感器(例如图1a的电感器l或图1b的绕组(例如w1)))连接的端子x。连接到输入端子的电容器(例如图1a的电容器ci1……cin)可以集成为输入电路201e的部分(例如，当所需的电容器大小是预先已知的或通用的时)，或可以在外部连接到电路。

输出电路202e可以包括一个或多个开关。例如，根据图2e的说明性示例，输出电路202e示出为具有三个输出端子255、256和257，对应的输出电容器co1、co2和co3以及将每个输出端子连接到节点y的开关(分别地，开关so1、so2和so3)。附加开关sgo可以连接在节点y与公共端子254之间。此外，输出电路202e可以包括连接在第一输出端子(例如255)与第二输出端子(例如256)之间的一个或一些补偿支路。在一些说明性实施例中，补偿支路可以包括不同部件或以不同形式的相同部件。例如，图2e中的每个补偿支路包括被配置为与电阻器串连的第一输出端子的开关，而在一些实施例中，电阻器可以被配置为第一输出端子。

控制器210e可以可操作地附接到输入电路201e和输出电路202e，并且可以控制它们所包括的开关。可以与上述控制器210a-210d相似地实现控制器210e。控制器210e可以是例如微控制器、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)和/或模拟控制设备。

控制器210e可以被配置为通过根据用户可配置选项和电路220的特定应用所选择的方法来执行用于操作输入电路201e和输出电路202e的开关的一个或多个控制方法。

电路220的优点可以是提供灵活的控制和开关框架以用于实现多个转换器拓扑结构中的任一个。例如，输入电路201e可以用作例如图1a-图1d的输入电路101a-101d部分，并且输出电路202e可以用作图1a-图1d的输出电路102a-102d以及图2a-图2c的输出电路202a-202c的部分。操作参数和控制有关参数可以使得电路220能够实现本文所公开的各种电路特征。例如，开关sc1和sc2可以可控制地进行开关以实现图2b的输出电路202b，并且开关sc1和sc2可以保持在on状态下，以实现图2c的输出电路202c。又例如，开关sgo可以保持在off状态下以实现图2d的输出电路202d的无sgo实现方式，并且附加开关(未明确描述)可以与电阻器r1和r2并联联接，并且可以保持on以将电阻器r1和r2短路，以实现图2d的输出电路202d的无电阻器实现方式。

现参照图2f，图2f示出本文的根据本公开说明性方面的用于simo转换器的电路。电路220可以提供对本文中本公开的各个方面和实施例通用的电路，并且可以提供用于根据特定期望特征连接附加分立式部件的连接端子。电路320可以被设计并且制造为提供用于实现广泛各种转换器技术的功能的集成电路(ic)。

输入电路201f可以包括一个或多个开关。例如，输入电路201f可以包括如图1a-图1b所示的互连的开关sgi和si1。可以提供至少一个端子，以用于连接到一个或多个基准端子(例如地线)。例如，端子252可以对应于图1a的接地端子。可以提供一个或多个输入端子，以用于连接到电源。在图2f的说明性示例中，提供单个输入端子250。根据附加特征，可以提供附加输入端子，并且可以提供附加对应开关(例如与图1a的开关si2……sin相似或相同的)。可以提供用于与磁设备(例如电感器(例如图1a的电感器l或图1b的绕组(例如w1)))连接的端子x。连接到输入端子的电容器(例如图1a的电容器ci1……cin)可以集成为输入电路201f的部分(例如，当所需的电容器大小是预先已知的或通用的时)，或可以在外部连接到电路。

输出电路202f可以包括一个或多个开关。例如，根据图2f的说明性示例，输出电路202f示出为具有三个输出端子255、256和257、对应输出电容器co1、co2和co3以及将每个输出端子连接到节点y的开关(分别地，开关so1、so2和so3)。附加开关sgo可以连接在节点y与公共端子254之间。端子252和端子254可以处于大约相同的基准电压(例如接地)或彼此不同。此外，输出电路202e可以包括连接在第一输出端子(例如255)与第二输出端子(例如256)之间的一个或一些补偿支路。在一些说明性实施例中，补偿支路可以包括不同部件或不同形式的相同部件。例如，图2f中的每个补偿支路包括被配置为与电阻器串连的第一输出端子，而在一些实施例中，电阻器可以被配置为第一输出端子。

控制器210f可以可操作地附接到输入电路201f和输出电路202f，并且可以由此控制所包括的开关。可以与上述控制器210a-210d相似地实现控制器210f。控制器210f可以是例如微控制器、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)和/或模拟控制设备。

控制器210f可以被配置为通过根据用户可配置选项和电路320的特定应用所选择的方法来执行用于操作输入电路201f和输出电路202f的开关的一个或多个控制方法。

电路320的优点可以是提供灵活的控制和开关框架以用于实现多个转换器拓扑结构中的任一个。例如，输入电路201f可以用作例如图1a-图1d的输入电路101a-101d部分，并且输出电路202f可以用作图1a-图1d的输出电路102a-102d以及图2a-图2c的输出电路202a-202c的部分。操作和控制有关参数可以使得电路320能够实现本文所公开的各种电路特征。例如，cl1是被配置在第一输出端子(例如255)与第二输出端子(例如256)之间的补偿支路，并且cl2是被配置在第一输出端子(例如255)与第三输出端子(例如257)之间的补偿支路。

现参照图2g，除了电路420中的电压补偿支路的配置方面的差别之外，图2g包括与图2f相同的特征。并非如图2f所示在第一输出端子(例如255)与第三输出端子(例如257)之间连接第二补偿支路(例如cl2)，图2g中的补偿支路cl3连接在第二输出端子(例如256)与第三输出端子(例如257)之间，与补偿支路cl1串联。根据特定实施例的特征，电路420可以包括多个输出端子以及对应补偿支路。在一些说明性实施例中，电路420可以包括附加辅助支路aux，以通过补偿支路抽取电流。

图2a-图2d的传感器/传感器接口205a-205d可以对应地集成在图2e、图2f和图2g的一个或多个电路220、320和420中(尽管未明确示出)，或在外部得以提供，并且当将电路220连接到附加部件时得以连接，以形成可操作的转换器。

现参照图3a，图3a示出根据本文中本公开一个或多个特征的用于调节输出电压的方法的流程图。方法300可以由控制器(例如图2a-图2d的控制器210或图2e的控制器210e)执行，并且可以应用于具有有源补偿电路的转换器(例如转换器200b、200d和200e)。在步骤301，执行方法300的控制器可以(例如，通过从传感器/传感器接口205b接收测量，或基于从传感器/传感器接口205b接收到的一个或多个测量而估计)测量或确定输出端子(例如端子vo2或vo3)处的所调节的电压。控制器可以然后继续到步骤303，并且比较所调节的电压与对应基准电压。如果所调节的电压为基准电压或大于基准电压，则控制器可以循环回到步骤301，并且在一时间段之后，重复步骤301。如果所调节的电压被确定为小于基准电压，则控制器可以继续到步骤305，并且激活电压补偿电路。

电压补偿电路的激活可以取决于方法300正控制的特定转换器拓扑结构。例如，关于转换器200b，激活电压补偿电路可以包括：闭合一个或多个开关(例如sc1)，这使得联接到所调节的电压端子(例如vo2)的电容器(例如co2)开始从co1抽取电流，并且由此可增加端子vo2处的所调节的电压。又例如，关于转换器200d，激活电压补偿电路可以包括：调整施加到开关(例如sc3)栅极的电压，由此调整跨过开关(例如sc3)的电压降，这样可以使得联接到所调节的电压端子(例如vo2)的电容器(例如co2)开始从co1抽取电流，并且由此可增加端子vo2处的所调节的电压。如果当到达步骤305时电压补偿电路已经是有效的，则电压补偿电路可以保持在有效状态下。

在激活电压补偿电路之后，控制器可以循环回到步骤303，并且在一时间段之后，比较所调节的电压与相关基准电压。

方法300可以由控制器中所包括的第一控制回路执行，其中，控制器中所包括的第二控制回路调节不同输出电压。例如，控制器可以使用实现方法300的控制回路(例如滞后控制)调节端子vo2处的电压，并且控制器可以使用pid控制回路调节端子vo1处的电压。方法300可以比pid控制回路更快，这样可能带来端子vo2处的电压的降低，该降低通过从端子vo1抽取电流得以补偿，并且pid控制回路可以然后调节到端子vo1处的电压。这种分程控制回路设计的优点可以包括敏感输出电压端子处的电压的快速调节，其中，鲁棒性的并且精确的控制器调节较不敏感输出电压端子以补偿敏感端子，并且在较不敏感端子处仍保持期望的输出电压。

现参照图3b，图3b示出根据本文中本公开一个或多个特征的用于调节输出电压的方法的流程图。方法310可以由控制器(例如图2a-图2d的控制器210或图2e的控制器210e)执行，并且可以应用于转换器200a-200e。在步骤311，控制器可以测量和/或确定(例如端子vo1或vo2处的)所调节的电压。在步骤313，控制器可以将所调节的电压与第一基准电压进行比较。如果所调节的电压小于第一基准电压，则控制器可以继续到步骤315，并且增加所调节的电压。增加所调节的电压可以得以多样地实现，并且可以取决于转换器拓扑结构。例如，关于图2a的转换器200a，增加端子vo2处的电压可以包括：增加开关so2的占空周期。又例如，关于图2e的电路220，增加端子257处的电压可以包括：增加开关so3的占空周期，和/或接通开关sc2达一时间段。在增加所调节的电压之后，控制器可以循环回到步骤311。

如果在步骤313，控制器确定所调节的电压不小于第一基准电压，则控制器可以继续到步骤317，并且将所调节的电压与第二基准电压进行比较。如果在步骤317，控制器确定所调节的电压大于第二基准电压，则控制器可以继续到步骤319，并且停止增加所调节的电压(当在方法310的更早迭代时到达步骤315时，在可以已经开始增加所调节的电压的情况下)。例如，控制器可以通过保持与所调节的电压端子连接的开关的占空周期或禁用电压补偿电路(例如，但断开图2b的开关sc2)来停止增加所调节的电压。

要注意，取决于控制器架构，步骤313和317的顺序可以相反，或步骤313和317可以是并行的(例如在软件中或硬件中并行地执行)。

参照图3c，图3c示出根据本文中本公开一个或多个特征的用于控制一组所调节的电压的方法。方法340可以由控制器(例如图2a-图2d的控制器210或图2e的控制器210e)执行，并且可以应用于转换器200a-200e。为了简明，将关于图2a的转换器200a描述方法340。在步骤341，控制器210可以例如通过断开开关so1-so3并且接通开关sgo来对电感器l充电。控制器210可以保持在步骤341达预定时间段。预定时间段可以与在方法340的前一迭代的步骤349所确定的占空周期对应。在步骤343，控制器210可以估计或获得所调节的电压的测量(例如，通过从传感器/传感器接口205a接收测量，所述测量对应于或指示电压vo1-vo3)，并且可以确定所调节的电压是否设置为期望的值。如果控制器确定所调节的电压设置在期望的值，则控制器可以继续到步骤349，并且调整在下一充电周期期间用于对电感器l充电的时间段(步骤341)。例如，如果无需电感器l将电流放电以保持所调节的电压等级，则可以期望降低下一充电时间段的持续时间。

如果在步骤343，如果控制器确定并非所有所调节的电压处于期望的值，则控制器可以继续到步骤345，并且选择要补偿的所调节的电压端子。根据方法340的一些方面，该选择可以根据优先级等级。根据其它方面，该选择可以根据不同准则(例如随机选择、根据预定顺序的选择等)。控制器可以将所选择的电压端子(例如vo3)处的电压值设置为期望的值。控制器可以例如通过打开第一开关(例如sgo)、闭合第二开关(例如so3)并且引导电流从电感器l流过对应电容器(例如co3)来设置电压值。当所选择的电压端子处的电压已经达到期望的值时，控制器可以打开开关(例如so3)，并且对应电容器可以停止接收电流。

在步骤345之后，控制器可以继续到步骤347，并且估计流过电感器l的电流(例如，通过接收传感器/传感器接口206a所提供的测量，或基于传感器/传感器接口206a所提供的测量而估计电流)。如果控制器确定电感器l电流不足以进一步将附加电容器充电到期望的电压等级，则控制器可以继续于步骤349，并且增加充电周期时间段以允许电感器l增加用于对附加电容器充电的电感器电流。例如，在步骤349，控制器可以增加开关sgo的接通时间，以增加用于在下一周期期间对电感器l充电的时间段。

如果在步骤347，控制器确定电感器仍充足地充有电流以允许补偿至少一个附加输出电压，则控制器可以返回步骤343(如上所述)。

根据本公开各个方面所示的二极管可以由晶体管替代，并且由控制器根据期望的导通时间来有效地开关。用晶体管替代二极管可以提供特定优点(例如关联导通损耗和开关损耗的双向减少，和/或使得从y流到x的反向电流成为可能，这样可以带来转换器效率的增加)。

本文所描述的“控制器”可以指代单个数字控制器或模拟控制器，并且控制器可以包括与实现控制功能结合而操作的一个或多个控制电路或设备。

根据本文中本公开一个或多个说明性实施例，可以通过各种方式(例如直接比较、基于预定值的比例比较等)实现输出电压测量(例如输出电压vo1-vo3)中的一个或一些与基准值之间的比较。

本文所公开的各种转换器已经示出为具有连接到电源的一个或多个输入端子以及可连接到负载的一个或多个输出端子。各种排布和布置可以产生具有单个输入和多个输出、多个输入和单个输出、多个输入和多个输出或单个输入和单个输出的转换器。提供多个输出的转换器可以连接到单个负载，并且提供多个输入的转换器可以连接到单个电源。本文在本公开中包括所有组合和布置。

注意，在本文各元件之间阐述各种连接。这些连接是一般地描述的，并且除非另外指定，否则可以是直接的或间接的；该说明书并非旨在受限于该方面。此外，一个实施例的要素可以在适当的组合或亚组合中与来自其它实施例的要素组合。例如，图2a-图2d的电感器l可以由具有经由绕组wf联接的图1d的一个或多个浮置输出电路104的绕组wo替代。