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【摘 要】根据电源管理系统多负载以及负载轻重程度不同等实际应用情况，提出一单电感双输出（Single Inductor Dual Output， SIDO）Buck控制器作为探测器系统的能量分配单元，由于两个负载共用一个电感，其中一个负载的变化很可能对另外一个负载造成影响（交叉干扰），且考虑降低系统噪声，折衷考虑后采用电感电流伪连续导通模式 （Psuedo Continuous Conduction Mode， PCCM）。
该系统设计方法为在主拓扑电感上设置一个开关，在每个负载周期内，当电感电流下降至设置的直流量时，开关导通，电感电流保持，待下一个负载周期到来时，电感电流从此直流量开始上升。PCCM模式保证了两独立负载不相互干扰，且每个周期电感电流并不下降到零，增大了负载驱动能力，减小了电流纹波。同时考虑到两负载的不同轻重程度，将电感电流直流量设计成能够根据负载轻重程度可调，提高了电路的适应能力。
1 传统单电感双输出Buck控制电路
图1所示为单电感双输出（SIDO）Buck控制器功率级电路和时序波形。负载RO1和RO2共用同一个主电路拓扑，S1和S2分别为负载RO1和RO2与主电路拓扑的连接开关，在T1时段，S1导通，S2断开，系统向负载RO1传递能量，当功率开关Sp导通时，电感L上的电流IL上升直到Sp关断，续流二极管导通，电感电流IL开始下降。T2时段，开关S2导通，S1断开，系统向负载RO2传递能量，系统的工作方式和T1时段相类似。
电感电流连续模式（CCM）时序波形的优点是驱动电流较大且纹波较小，缺点为两负载之间存在交叉干扰（Cross Regulation）且环路补偿设计比较复杂。故引入电感电流断续模式（DCM），由于每负载周期电感电流下降至零，故负载之间的交叉干扰可以消除，且该模式环路补偿设计比较容易；而其缺点为当负载较重时，驱动电流较大，电流的纹波会很大，其产生的噪声会对电路正常工作造成影响。
2 电感电流伪连续模式（PCCM）Buck控制电路
电感电流伪连续模式（PCCM）设计一直流量Idc，将该值作为电感电流上升或下降的基准，其保持了电感电流断续模式（DCM）的优点，且克服了当负载较重时电流纹波大的缺点。然而对于两负载轻重程度不一致，设计不同电感电流直流量，其中周期T1对应重载，周期T2对应轻载，故电感电流上升基准Idc1比Idc2要高。在实际应用中，负载往往会发生变化，对于变化了的负载能够对电感电流基准进行自动调整的自适应伪连续模式（Self-adapted PCCM）时序波形如图2所示。
3 电路设计框图和信号波形
图3所示为自适应伪连续导通模式控制的单电感双输出Buck控制器电路框图，其信号波形如图4所示。S1，S2，Sp和SL为功率开关管，两负载输出VO1和VO2分别经分压采样至相应的误差放大器，后与三角波信号比较后得到相应的占空比信号。当DM1为高电平，DM2为低电平时，开关S1导通，开关S2关断，反馈支路1工作；当DM2为高电平，DM1为低电平时，开关S2导通，开关S1关断，反馈支路2工作。采樣电阻RS1，RS2及相应电流检测放大器分别采样两负载支路的电感电流，Level_Decide模块根据负载轻重情况，自适应调整直流电流值，当电感电流下降低于相应直流电流值时，开关SL导通，电感电流被保持在相应直流值上。
参考文献：
[1] Ma D. S.， Ki W. H.， Tsui C. Y.， et al. Single-inductor multiple-output switching converters with time-multiplexing control in discontinuous conduction mode [J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2003， 38（1）： 89-100.
[2] Ma D. S.， Ki W. H.， Tsui C. Y.. A pseudo-CCM/DCM SIMO switching converter with freewheel switching [C].IEEE Int. Solid-State Circuits Conference Dig. Tech.. 2002，2 ：390-391.
作者简介：
杨旸（1983- ），男，浙江杭州人，浙江大学城市学院 信电分院讲师，研究方向：集成化信息处理与控制。
基金项目：
浙江大学城市学院教师科研基金资助项目（项目编号：J-13009）
该系统设计方法为在主拓扑电感上设置一个开关，在每个负载周期内，当电感电流下降至设置的直流量时，开关导通，电感电流保持，待下一个负载周期到来时，电感电流从此直流量开始上升。PCCM模式保证了两独立负载不相互干扰，且每个周期电感电流并不下降到零，增大了负载驱动能力，减小了电流纹波。同时考虑到两负载的不同轻重程度，将电感电流直流量设计成能够根据负载轻重程度可调，提高了电路的适应能力。
1 传统单电感双输出Buck控制电路
图1所示为单电感双输出（SIDO）Buck控制器功率级电路和时序波形。负载RO1和RO2共用同一个主电路拓扑，S1和S2分别为负载RO1和RO2与主电路拓扑的连接开关，在T1时段，S1导通，S2断开，系统向负载RO1传递能量，当功率开关Sp导通时，电感L上的电流IL上升直到Sp关断，续流二极管导通，电感电流IL开始下降。T2时段，开关S2导通，S1断开，系统向负载RO2传递能量，系统的工作方式和T1时段相类似。
电感电流连续模式（CCM）时序波形的优点是驱动电流较大且纹波较小，缺点为两负载之间存在交叉干扰（Cross Regulation）且环路补偿设计比较复杂。故引入电感电流断续模式（DCM），由于每负载周期电感电流下降至零，故负载之间的交叉干扰可以消除，且该模式环路补偿设计比较容易；而其缺点为当负载较重时，驱动电流较大，电流的纹波会很大，其产生的噪声会对电路正常工作造成影响。
2 电感电流伪连续模式（PCCM）Buck控制电路
电感电流伪连续模式（PCCM）设计一直流量Idc，将该值作为电感电流上升或下降的基准，其保持了电感电流断续模式（DCM）的优点，且克服了当负载较重时电流纹波大的缺点。然而对于两负载轻重程度不一致，设计不同电感电流直流量，其中周期T1对应重载，周期T2对应轻载，故电感电流上升基准Idc1比Idc2要高。在实际应用中，负载往往会发生变化，对于变化了的负载能够对电感电流基准进行自动调整的自适应伪连续模式（Self-adapted PCCM）时序波形如图2所示。
3 电路设计框图和信号波形
图3所示为自适应伪连续导通模式控制的单电感双输出Buck控制器电路框图，其信号波形如图4所示。S1，S2，Sp和SL为功率开关管，两负载输出VO1和VO2分别经分压采样至相应的误差放大器，后与三角波信号比较后得到相应的占空比信号。当DM1为高电平，DM2为低电平时，开关S1导通，开关S2关断，反馈支路1工作；当DM2为高电平，DM1为低电平时，开关S2导通，开关S1关断，反馈支路2工作。采樣电阻RS1，RS2及相应电流检测放大器分别采样两负载支路的电感电流，Level_Decide模块根据负载轻重情况，自适应调整直流电流值，当电感电流下降低于相应直流电流值时，开关SL导通，电感电流被保持在相应直流值上。
参考文献：
[1] Ma D. S.， Ki W. H.， Tsui C. Y.， et al. Single-inductor multiple-output switching converters with time-multiplexing control in discontinuous conduction mode [J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2003， 38（1）： 89-100.
[2] Ma D. S.， Ki W. H.， Tsui C. Y.. A pseudo-CCM/DCM SIMO switching converter with freewheel switching [C].IEEE Int. Solid-State Circuits Conference Dig. Tech.. 2002，2 ：390-391.
作者简介：
杨旸（1983- ），男，浙江杭州人，浙江大学城市学院 信电分院讲师，研究方向：集成化信息处理与控制。
基金项目：
浙江大学城市学院教师科研基金资助项目（项目编号：J-13009）