具有占空比调节比较器控制的稳健的交叉调节抑制单电感多输出DC-DC转换器

在现代电子设备中，由于多种不同供电需求的增加，单电感多输出（SIMO）DC-DC转换器成为了研究热点。SIMO转换器能够在一块芯片上提供多个不同的输出电压和功率，满足多变的应用需求。然而，SIMO转换器面临的一个主要挑战是输出通道间的交叉调节问题，这可能会导致输出电压在负载变化时的波动。 针对这一挑战，本研究提出了一种具有占空比调节比较器控制的稳健的交叉调节抑制单电感多输出DC-DC转换器。该转换器通过控制算法有效结合了基于比较器的控制器和基于线性补偿器的控制器，以实现快速的负载瞬态响应，同时保持对其他输出通道的低交叉调节。这种控制方法不依赖于电感电流前馈，因而对电感电流传感器的准确性不敏感，从而能够在较宽的负载范围内提供稳健的交叉调节抑制。 研究指出，当SIMO转换器具有自动升降压（auto-buck-boost）特性时，该控制算法特别适用。这样的特性使得SIMO转换器能够适用于动态电压调整（Dynamic Voltage Scaling, DVS）的应用场景。 文章详细介绍了该转换器的工作原理，其中包括了SIMO DC-DC转换器中交叉调节产生的原因。交叉调节主要来自于单个电感器上负载变化时电流的重新分配。随着负载电流的增加或减少，电感器中的电流平均值增加或减少，这直接影响到其他输出通道，从而造成交叉调节效应。 为了解决这个问题，研究者设计了一个基于占空比调节的比较器控制方法。这种控制方法能够通过精确的反馈机制快速调整占空比，从而调整输出电压，以保持稳定，同时减少与其他输出通道的交叉干扰。此外，该控制算法也适用于具有自动升降压特性的子转换器，这是通过平均电感电流控制实现的。这项研究为SIMO DC-DC转换器的设计和应用提供了新的思路，特别是在电源管理单元(Power Management Unit, PMU)的设计中，对于降低系统复杂度和成本具有重要的应用价值。 该研究提出的稳健交叉调节抑制单电感多输出DC-DC转换器具有以下特点： 1. 利用占空比调节的比较器控制，实现对负载变化的快速响应。 2. 提供对交叉调节效应的抑制，增强了输出电压的稳定性。 3. 适用于自动升降压特性，使得转换器能够适应动态电压变化。 4. 可以在较宽的负载范围内保证其性能，提高了SIMO DC-DC转换器的适用性和鲁棒性。 文章强调了对于输出电压和功率差异较大的多供应应用，SIMO DC-DC转换器是一个潜在的解决方案。与单输出DC-DC转换器类似，基于补偿器的控制方法瞬态速度较低，而基于比较器的控制容易受到开关噪声和电压纹波的影响。但是，通过这项研究提出的控制策略，这些缺点可以得到一定程度的缓解。 关键词中提到的自动升降压、基于比较器的控制、电流模式控制、交叉调节以及单电感多输出DC-DC转换器，都是该领域内的核心概念。本项研究为今后类似转换器的设计和应用提供了重要的理论和技术支持，同时也为电源集成电路设计者提供了新的视角和解决方案。