專利名稱：一種具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源管理領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電源管理系統(tǒng)通常應(yīng)用于各類電子系統(tǒng)中，用于如何將電源有效分配給電子系統(tǒng)的不同組件。如圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中一具有兩路輸出的電源管理系統(tǒng)，其將輸入電壓Vin 轉(zhuǎn)換成兩路輸出電壓V。utl和v。ut2輸出。所示電源管理系統(tǒng)包括驅(qū)動控制芯片和功率級電路，驅(qū)動控制芯片101通常集成多路驅(qū)動器和與每路驅(qū)動器對應(yīng)的PWM控制電路，PWM控制電路通過接收輸出端的反饋信號進而輸出PWM信號以提供給驅(qū)動器，調(diào)整輸出占空比信號以調(diào)整輸出電壓。圖1示出了其集成的兩路P麗控制電路，分別為P麗104-1和P麗104-2 和兩路驅(qū)動器，分別為驅(qū)動器102-1和驅(qū)動器102-2，每套驅(qū)動器通過輸出信號線與其對應(yīng)的功率級電路的功率開關(guān)管的控制端互連。以一采用N型MOSFET管作為主管和同步管的同步降壓功率級電路為例，功率級電路116包括主管114、同步管106，主管114的一功率端接收輸入電壓Vin，另一功率端與同步管106的一功率端串聯(lián)，同步管106的另一功率端接地，主管114和同步管106的公共連接端連接電感108的一端，電感108的另一端連接輸出電容110的一端，輸出電容的另一端接地，電感108和輸出電容110的公共連接端為電壓輸出端，驅(qū)動器102-1輸出TGl和BGl控制信號以提供主管114和同步管106的門極驅(qū)動信號，并提供一輸出端PGNDl供同步管接地使用，最后提供一輸出信號LXl以供功率級給負載端供電。同時輸出端為PWM104-1提供一路輸出反饋信號FBl以供系統(tǒng)調(diào)節(jié)驅(qū)動信號從而調(diào)整輸出電壓。由此可知控制驅(qū)動芯片101為一路功率級提供驅(qū)動信號至少需要提供TG1， BGl，PGNDl，LXl，F(xiàn)Bl這5根輸出信號線，則一具有N路輸出的電管管理系統(tǒng)至少需要多達 5N根輸出信號線，如此多的輸出信號線使得現(xiàn)有電源管理系統(tǒng)存在以下缺點(1)大量信號線不僅占用PCB板面積，而且主管驅(qū)動信號有較高的dv/dt可能對系統(tǒng)其他信號產(chǎn)生干擾；(2)由于驅(qū)動器和MOSFET管距離較遠，驅(qū)動信號線線上產(chǎn)生的寄生阻抗和感抗可能造成主管和同步管驅(qū)動信號時序控制上的誤差；(3)為了避免主管和同步管的誤直通，現(xiàn)有技術(shù)一般采用較大的死區(qū)時間，即主管和同步管都截止的時間，這樣不僅造成大的因寄生二極管導通壓降產(chǎn)生的損耗，而且主管開通瞬間同步管體二極管的反向恢復損耗也較大，導致系統(tǒng)效率降低；同時，最高開關(guān)頻率被限制在300-500KHZ左右，較大的輸出電感和電容必須被使用，不僅增加了成本，而且增大了電路體積。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)，其通過將驅(qū)動器和功率級集成為一芯片并將多路反饋電路和多路PWM控制電路集成為一芯片，從而解決了具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)的輸出信號線過多的問題。
依據(jù)本發(fā)明一實施例實現(xiàn)的一種具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)，其具有N路輸出，N彡2，包括，一個反饋/控制芯片，N個驅(qū)動/功率級芯片和N組輸出/反饋電路，其中，所述反饋/控制芯片分別與N個驅(qū)動/功率級芯片和N組輸出/反饋電路連接， 用以接收所述N組輸出/反饋電路輸出的N個反饋信號，并根據(jù)所述N個反饋信號產(chǎn)生相應(yīng)的N個控制信號，所述N個控制信號一一對應(yīng)的輸入至所述N個驅(qū)動/功率級芯片；每一所述驅(qū)動/功率級芯片分別接收所述N個控制信號中相應(yīng)的一個控制信號， 以進行相應(yīng)的開關(guān)動作，從而控制與其連接的相應(yīng)的一組輸出/反饋電路輸出相應(yīng)的輸出信號。優(yōu)選地，每一所述驅(qū)動/功率級芯片包括一驅(qū)動電路和與所述驅(qū)動電路連接的一組功率開關(guān)管，所述驅(qū)動電路接收所述控制信號，產(chǎn)生一定的驅(qū)動信號，從而控制所述一組功率開關(guān)管的開關(guān)動作。優(yōu)選地，每一所述輸出/反饋電路包括由輸出電感和輸出電容組成的輸出電路和與所述輸出電路連接的反饋電路；所述輸出電路和所述一組功率開關(guān)管組成一電源拓撲結(jié)構(gòu)，根據(jù)所述驅(qū)動信號以在輸出端輸出一定的輸出信號；反饋電路與輸出端連接，獲得一表征所述輸出信號的反饋信號，并輸入至所述反饋和控制芯片。優(yōu)選地，所述電源拓撲結(jié)構(gòu)為降壓、升壓、升-降壓、反激或者半橋拓撲結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述控制信號為低電平觸發(fā)PWM控制信號。優(yōu)選地，所述驅(qū)動/功率級芯片采用驅(qū)動器和功率開關(guān)管共封的封裝方式，每一所述驅(qū)動/功率芯片包括一主管、一同步管和分別與所述主管和同步管對應(yīng)的獨立的驅(qū)動
ο優(yōu)選地，所述驅(qū)動/功率級芯片采用分布式封裝，每一所述驅(qū)動/功率級芯片包括由m個小功率開關(guān)管集成的一主管、由m個小功率開關(guān)管集成的一同步管和與所述每一小功率開關(guān)管對應(yīng)的獨立的驅(qū)動器，其中，m為大于1的自然數(shù)。優(yōu)選地，所述驅(qū)動/功率級芯片進一步包括保護邏輯電路和電平移位電路。依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案實現(xiàn)的具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(1)通過上述實施例實現(xiàn)的具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)，反饋/控制芯片只需發(fā)送1個低電平觸發(fā)PWM控制信號至驅(qū)動/功率級芯片，同時接收1個來自于輸出/反饋電路的輸出反饋電壓信號即可實現(xiàn)對輸出的控制，反饋/控制芯片驅(qū)動一路驅(qū)動/功率級芯片只需需2個信號引腳，則對于一個具有N路輸出的電源管理系統(tǒng)，反饋/控制芯片只需要2N個信號引腳即可實現(xiàn)對輸出的控制，相比較現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)需5N個信號引腳實現(xiàn)對輸出的控制，大大的減少了多輸出電源管理系統(tǒng)信號引腳數(shù)，減小了布線面積；(2)由于驅(qū)動器和功率級的集成，可以更嚴格地控制開關(guān)時序，從而減小死區(qū)時間，降低因死區(qū)時間而引起的功耗，并允許比300-500KHZ更高的開關(guān)頻率，從而可以使用較小的輸出電容和電感，可減小PCB板面積，降低電路成本；(3)通過(1)和O)，從而使得相同面積的PCB板上可集成更多路輸出，從而提高功率密度，降低成本；(4)每路驅(qū)動/功率級芯片集成了驅(qū)動器和開關(guān)管，此種實現(xiàn)方式允許功率級遠離反饋/控制芯片，靠近負載端，可降低輸出電流在布線上的損耗，提高輸出調(diào)制精度；(5)采用低電平觸發(fā)PWM控制信號，可降低主管驅(qū)動信號的dv/dt對系統(tǒng)其他信號產(chǎn)生的干擾?？梢姴捎帽景l(fā)明技術(shù)方案，通過將驅(qū)動器和功率級集成為一芯片并將多路反饋電路和多路PWM控制電路集成為一芯片而實現(xiàn)的多路輸出電源管理系統(tǒng)，使得系統(tǒng)性能和可擴展性能都得到提高。


圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中一種具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)的原理框圖；圖2所示為依據(jù)本發(fā)明的一種具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)一實施例的原理框圖；圖3A所示為依據(jù)本發(fā)明的一種具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)中功率級芯片的一實施例的原理框圖；圖IBB所示為依據(jù)本發(fā)明的一種具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)中功率級芯片的另一實施例的原理框圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例進行詳細描述，但本發(fā)明并不僅僅限于這些實施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細說明了具體的細節(jié)，而對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。參考圖2，所示為依據(jù)本發(fā)明的一種具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)一實施例的原理框圖，其具有N路輸出，包括一個反饋/控制芯片201，N個驅(qū)動/功率級芯片202-1， 202-2，...，202-N和對應(yīng)的N組輸出/反饋電路203-1，203-2，...，203-N，其中反饋/控制芯片201分別與N個驅(qū)動/功率級芯片202-1,202-2，. . .，202-N和N組輸出/反饋電路203-1,203-2，...，203-N連接，通過接收N組輸出/反饋電路輸出的N個相應(yīng)的反饋信號FBI，F(xiàn)B2，. . .，F(xiàn)BN,并根據(jù)N個反饋信號產(chǎn)生相應(yīng)的N個控制信號PWMl，PWM2，...， PWMN,——對應(yīng)的輸入至N個驅(qū)動/功率級芯片202-1，202-2，. . .，202-N ；進而每一驅(qū)動/ 功率級芯片202-1,202-2，. . .，202-N分別接收N個控制信號中相應(yīng)的一個控制信號PWM1， PWM2,...，或PWMN，以進行相應(yīng)的開關(guān)動作，從而控制與其連接的相應(yīng)的一組輸出/反饋電路203-1，203-2，...，203-N輸出相應(yīng)的輸出信號。本實施例中，所述控制信號為低電平觸發(fā)PWM控制信號。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)該可以得知，根據(jù)不同的應(yīng)用場合，控制信號也可為高電平觸發(fā)PWM控制信號或PFM控制信號。每一所述驅(qū)動/功率級芯片202-1， 202-2，. . .，202-N包括一驅(qū)動電路和與驅(qū)動電路連接的一組功率開關(guān)管，驅(qū)動電路接收控制信號，產(chǎn)生一定的驅(qū)動信號，從而控制所述一組功率開關(guān)管的開關(guān)動作；每一輸出/反饋電路203-1，203-2，· · ·，203-N包括由輸出電感L1, L2, ... , Ln和輸出電容C1, C2, ... , Cn組成的輸出電路和與輸出電路連接的反饋電路；輸出電路和一組功率開關(guān)管組成一電源拓撲結(jié)構(gòu)，根據(jù)所述驅(qū)動信號以在輸出端輸出一定的輸出信號；反饋電路與輸出端連接，獲得一表征所述輸出信號的反饋信號，并輸入至所述反饋和控制芯片，通過調(diào)節(jié)控制信號以獲得
5穩(wěn)定輸出的電信號。其中，電源拓撲結(jié)構(gòu)為降壓、升壓、升-降壓、反激或者半橋拓撲結(jié)構(gòu)。通過集成驅(qū)動器和功率級電路為一驅(qū)動/功率級芯片，集成反饋電路和PWM控制電路為一反饋/控制芯片，使得反饋/控制芯片只需為每路驅(qū)動/功率級芯片提供一個PWM 控制信號即可實現(xiàn)其對輸出電壓的調(diào)節(jié)控制功能，大大減少了電源管理系統(tǒng)集成時的信號引腳數(shù)，減小了布線面積；驅(qū)動器和功率級電路采用集成封裝，可更好的控制功率開關(guān)管的開關(guān)時序，減少開關(guān)死區(qū)時間，降低因死區(qū)時間而引起的功耗，提高系統(tǒng)效率，同時可增大開關(guān)頻率，進而采用較小的電感和輸出電容，可減小PCB板面積；采用驅(qū)動器和功率級集成實現(xiàn)的方式，可實現(xiàn)功率級遠離反饋/控制芯片，靠近負載端從而降低輸出電流在布線上的損耗，提高輸出調(diào)制精度；采用低電平觸發(fā)PWM控制信號，可降低主管驅(qū)動信號dv/dt對系統(tǒng)其他信號產(chǎn)生的干擾?？梢姴捎帽景l(fā)明技術(shù)方案實現(xiàn)的多路輸出電源管理系統(tǒng)，通過將驅(qū)動器和功率級集成為一芯片并將多路反饋電路和多路PWM控制電路集成為一芯片，使得系統(tǒng)性能和可擴展性能都得到提高。參考圖3A，所示為依據(jù)本發(fā)明的具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)的驅(qū)動/功率級芯片的一實施例的原理框圖，驅(qū)動/功率級芯片采用驅(qū)動器和功率開關(guān)管共封的封裝方式， 每一驅(qū)動/功率芯片包括一主管304、一同步管306和分別與主管和同步管對應(yīng)的獨立的驅(qū)動器。主管304連接至相應(yīng)的一個獨立的驅(qū)動器303，同步管306連接至相應(yīng)的一個獨立的驅(qū)動器305。驅(qū)動/功率級芯片進一步包括保護邏輯電路301和電平移位電路302，用于主管304和同步管306之間的時序控制。保護邏輯電路301接收驅(qū)動/控制芯片輸出的控制信號PWM并產(chǎn)生兩個輸出信號，其中一個輸出信號輸入至電平移位電路302，另一輸出信號輸入至驅(qū)動器305，電平移位電路302的輸出信號通過驅(qū)動器303控制主管304的開關(guān)動作，驅(qū)動器305的輸出信號用以控制同步管306的開關(guān)動作，主管304的一功率端接收輸入電壓IN，另一功率端和同步管306的一功率端連接，同步管306的另一功率端接收接地信號GND，主管304和同步管 306的公共連接端輸出信號LX以提供負載端所需電壓。采用共封封裝方式實現(xiàn)的驅(qū)動/功率級芯片，可改進開關(guān)時序控制，減小死區(qū)時間，降低電源管理系統(tǒng)功耗，提高效率。參考圖3B，所示為依據(jù)本發(fā)明的具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)的驅(qū)動/功率級芯片的另一實施例的原理框圖，驅(qū)動/功率級芯片采用分布式封裝，每一驅(qū)動/功率級芯片包括由m個小功率開關(guān)管集成的一主管、由m個小功率開關(guān)管集成的一同步管和與所述每一小功率開關(guān)管對應(yīng)的獨立的驅(qū)動器，其中，m為大于1的整數(shù)。保護邏輯電路301接收驅(qū)動/控制芯片輸出的控制信號PWM并產(chǎn)生兩個輸出信號，其中一個輸出信號輸入至電平移位電路302，電平移位電路302的輸出信號輸入至與組成主管的m個小功率管308-1,308-2，...，308_m對應(yīng)的m個驅(qū)動器307-1，307-2，...，
307-m，保護邏輯電路301的另一輸出信號輸入至與組成同步管的m個小功率管310-1， 310-2，...，310-m對應(yīng)的m個驅(qū)動器309-1，309-2，...，309_m，主管對應(yīng)的小功率管組
308-1，308-2，.. . , 308-m的一功率端接收輸入電壓IN，另一功率端和同步管對應(yīng)的小功率管組310-1，310-2，... , 310-m 一功率端連接，同步管對應(yīng)的小功率管組310-1，310-2，..., 310-m的另一功率端接收接地信號GND，主管對應(yīng)的小功率管組308-1，308-2，... , 308_m和同步管對應(yīng)的小功率管組310-1,310-2，. . .，310-m的公共連接端輸出信號LX以提供負載端所需電壓。通過采用獨立的小面積驅(qū)動器控制小面積的小功率開關(guān)管，可精確的控制各小開關(guān)管的開關(guān)時序。在本實施例中，m為大于1的自然數(shù)。采用分布式封裝方式實現(xiàn)的驅(qū)動/功率級芯片，可實現(xiàn)面積更小的獨立的驅(qū)動器控制面積更小的小功率開關(guān)管，從而精確的實現(xiàn)開關(guān)時序控制，減小死區(qū)時間，且能降低封裝成本。依照本發(fā)明的實施例如上文所述，這些實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施例。顯然，根據(jù)以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本發(fā)明以及在本發(fā)明基礎(chǔ)上的修改使用。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
權(quán)利要求
1.一種具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)，其具有N路輸出，N > 2，其特征在于，包括，一個反饋/控制芯片，N個驅(qū)動/功率級芯片和N組輸出/反饋電路，其中，所述反饋/控制芯片分別與N個驅(qū)動/功率級芯片和N組輸出/反饋電路連接，用以接收所述N組輸出/反饋電路輸出的N個反饋信號，并根據(jù)所述N個反饋信號產(chǎn)生相應(yīng)的 N個控制信號，所述N個控制信號一一對應(yīng)的輸入至所述N個驅(qū)動/功率級芯片；每一所述驅(qū)動/功率級芯片分別接收所述N個控制信號中相應(yīng)的一個控制信號，以進行相應(yīng)的開關(guān)動作，從而控制與其連接的相應(yīng)的一組輸出/反饋電路輸出相應(yīng)的輸出信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，每一所述驅(qū)動/功率級芯片包括一驅(qū)動電路和與所述驅(qū)動電路連接的一組功率開關(guān)管，所述驅(qū)動電路接收所述控制信號，產(chǎn)生一定的驅(qū)動信號，從而控制所述一組功率開關(guān)管的開關(guān)動作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，每一所述輸出/反饋電路包括由輸出電感和輸出電容組成的輸出電路和與所述輸出電路連接的反饋電路；所述輸出電路和所述一組功率開關(guān)管組成一電源拓撲結(jié)構(gòu)，根據(jù)所述驅(qū)動信號以在輸出端輸出一定的輸出信號；反饋電路與輸出端連接，獲得一表征所述輸出信號的反饋信號，并輸入至所述反饋和控制芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電源拓撲結(jié)構(gòu)為降壓、升壓、升-降壓、反激或者半橋拓撲結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述控制信號為為低電平觸發(fā) PWM控制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動/功率級芯片采用驅(qū)動器和功率開關(guān)管共封的封裝方式，每一所述驅(qū)動/功率芯片包括一主管、 一同步管和分別與所述主管和同步管對應(yīng)的獨立的驅(qū)動器，所述同步管的接收其對應(yīng)的驅(qū)動器輸出作為門極驅(qū)動信號，一功率端接收輸入電壓信號，另一功率端與所述同步管一功率端連接，所述同步管的另一功率端接地，所述主管和同步管的公共連接端提供一輸出信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動/功率級芯片采用分布式封裝，每一所述驅(qū)動/功率級芯片包括由m個小功率開關(guān)管集成的一主管、由m個小功率開關(guān)管集成的一同步管和與所述每一小功率開關(guān)管對應(yīng)的獨立的驅(qū)動器，其中，m為大于1的整數(shù)，組成所述主管的m個小功率管的一功率端接收輸入電壓，另一功率端和組成所述同步管m個小功率管的一功率端連接，另一功率端接收接地信號，主管對應(yīng)的小功率管組308-1，308-2，· · ·，308-m和同步管對應(yīng)的小功率管組310-1， 310-2，. . .，310-m的公共連接端輸出信號LX以提供負載端所需電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動/ 功率級芯片進一步包括保護邏輯電路和電平移位電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及電源管理領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)。具體公開了一種具有多路輸出的電源管理系統(tǒng)，其具有N路輸出，N≥2，包括一個反饋/控制芯片，N個驅(qū)動/功率級芯片和N組輸出/反饋電路，其中，所述反饋/控制芯片分別與N個驅(qū)動/功率級芯片和N組輸出/反饋電路連接，用以接收所述N組輸出/反饋電路輸出的N個反饋信號，并根據(jù)所述N個反饋信號產(chǎn)生相應(yīng)的N個控制信號，所述N個控制信號一一對應(yīng)的輸入至所述N個驅(qū)動/功率級芯片；每一所述驅(qū)動/功率級芯片分別接收所述N個控制信號中相應(yīng)的一個控制信號，以進行相應(yīng)的開關(guān)動作，從而控制與其連接的相應(yīng)的一組輸出/反饋電路輸出相應(yīng)的輸出信號。
文檔編號H02M3/158GK102158082SQ20111009136
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者陳偉 申請人:杭州矽力杰半導體技術(shù)有限公司