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TWI789522B - 多輸出功率轉換器以及用於在多輸出功率轉換器系統中對輸出排列順序的方法 - Google Patents

多輸出功率轉換器以及用於在多輸出功率轉換器系統中對輸出排列順序的方法 Download PDF

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TWI789522B
TWI789522B TW108117714A TW108117714A TWI789522B TW I789522 B TWI789522 B TW I789522B TW 108117714 A TW108117714 A TW 108117714A TW 108117714 A TW108117714 A TW 108117714A TW I789522 B TWI789522 B TW I789522B
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馬修 沃特森
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Abstract

本文公開了一種用於在多輸出功率轉換器系統中對輸出排列順序的裝置和方法。在啟動期間，可以對多個CC/CV輸出排列順序，使得首先將能量提供給最高電壓的次級輸出，然後將能量提供給最低電壓的次級輸出。另外，可以施加控制以在啟動瞬態的至少一部分期間同時且單調地增加電壓；並且可以使用控制電路和可變參考發生器來進一步實現同步控制。在一些實施方案中，可以根據電容器電壓生成可變參考。

Description

多輸出功率轉換器以及用於在多輸出功率轉換器系統中 對輸出排列順序的方法
本發明涉及在多輸出功率轉換器系統中對輸出排列順序，並且更具體地涉及在多輸出開關模式轉換器中對輸出排列順序。
許多電子設備諸如蜂窩電話、膝上型電腦等由源自電源的直流(dc)電供電。傳統的壁式插座通常提供高壓交流(ac)電，所述高壓交流(ac)電需要被轉換為經調節的直流(dc)電以便用作消費電子設備的電源。開關模式功率轉換器，也稱為開關模式電源(SMPS)，由於其高效率、小尺寸和低重量而被普遍用於將高壓交流電轉換為穩壓直流電。
許多電子設備具有多個負載並且需要多於一個直流電源才能運行。例如，音訊電子設備可具有以5伏特操作的系統元件和以12伏特操作的音訊元件。在這些應用中，多輸出功率轉換器將交流電轉換為多個直流電輸出，以向多個負載(即系統元件和音訊元件)中的每一個提供經調節的直流電。在某些應用中，經調節的直流電輸出是調節的恆流(CC)輸出和/或經調節的恆壓(CV)輸出。
一種在多輸出開關模式轉換器系統中對輸出電壓排列順序的方法，包含：向該多輸出開關模式轉換器系統的初級提供電源；將能量從該初級傳輸到最高電壓次級輸出以增加該最高電壓次級輸出的電壓；將能量從該初級傳輸到最低電壓次級輸出以在調節該最高電壓次級輸出的電壓時同時增加該最低電壓次級輸出的電壓，該最高電壓次級輸出的電壓大於該最低電壓次級輸出的電壓；以及將能量從該初級傳輸到該最高電壓次級輸出和該最低電壓次級輸出以同時增加該最高電壓次級輸出的電壓和該最低電壓次級輸出的電壓。
一種多輸出功率轉換器，被配置用於向多個負載提供功率，該多輸出功率轉換器包含：系統控制模組、變壓器及次級開關塊。變壓器包含初級線圈和具有多個堆疊的次級輸出的堆疊次級線圈，該初級線圈電耦合以從第一電源接收能量。次級開關塊電耦合到多個堆疊的次級輸出並且包含多個輸出，該等輸出包含最高電壓輸出和最低電壓輸出。其中，在達到穩態之前的啟動瞬態期間，該系統控制模組被配置用於控制從初級線圈到多個輸出的能量傳輸，使得在初始的軟啟動階段期間，在該最低電壓輸出的電壓增加之前該最高電壓輸出的電壓單調地增加，並且在隨後的斜坡增加階段期間，該最高電壓輸出的電壓與該最低電壓輸出的電壓同時上升。
一種在多輸出功率轉換器系統中對從關斷狀態到操作穩態的多個輸出電壓進行排列順序的方法，其中該等輸出電壓包含最低電壓輸出和最高電壓輸出，該方法包含：向該多輸出功率轉換器系統的初級提供電源；在軟啟動模式下啟動該多輸出功率轉換器系統，其中在該軟啟動模式下啟動該多輸出功率轉換器系統包含：在該軟啟動模式下增加該最高電壓輸出的電壓；在該軟啟動模式下調節該最高電壓輸出的電壓；在該軟啟動模式下增加該最低電壓輸出的 電壓；以及在斜坡增加模式下控制該等輸出電壓，其中在該斜坡增加模式下控制該等輸出電壓包含：同時增加該最低電壓輸出的電壓和該最高電壓輸出的電壓。
在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，此技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之其他目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。
20:應用產品
21:整流器
22:多輸出功率轉換器
24:最高電壓負載
26:中間電壓負載
28:最低電壓負載
100:多輸出功率轉換器系統
101、103:端子
102:變壓器
104:次級開關塊
105:次級開關訊號
106:負載
107:負載回授訊號
108:控制器和/或系統控制模組
110:箝位元器
112、212:初級繞組
114、116、118、214、216、218:次級繞組
172:可變參考發生器
220、221、224、227、230:二極體
222、225、228:開關
222b、225b、228b、252b:場效應電晶體
223、226、229:選通開關
232、236、240:回授網路
238:第二負載
242:第一負載
250:從子系統塊
251:主-從訊號
252:初級開關
253:耦合訊號
254:初級控制塊
256:次級控制塊
260:主子系統塊
262:主控制模塊
264:負載控制電路
270:參考發生器
274、276:開關
278:LED控制塊
280、282:受控電流源
283、284:發光二極體串
285:負載
291、292、293、294:比較器
296:輸出調節器塊
298:參考多工器塊
502、504、506、508:波形
510、512、514、516、517、518、520、522、524:事件
602、604、606、608:波形
702、706、708:波形
802、804、806、808、810、812、814:波形
820、822、824、826、828、830、832、836、838:時間
900:啟動方法
902、903、906、907、908、910、912、916、920、922、924、928、930、932、934、936、942、944、946、1034:步驟
1100、1200:啟動方法
1202、1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216、1218、1220:步驟
PAC:輸入功率
VIN:線路輸入電壓
IIN:線路電流
VO1-VO4:輸出電壓
VSEC1-VSEC4:次級繞組電壓
IS1-IS4:負載電流
IS3A、IS3B:發光二極體串電流
VSW:箝位元電壓
ISW:初級開關電流
Vm1-Vm4:控制訊號
Vfb1-Vfb3:回授訊號
Vr1-Vr4:參考電位
Vref1-Vref3:參考訊號
Vcr、VC1、VC2:控制訊號
Vfwd:前向控制訊號
VCS:控制訊號
Vd1、Vd2:電流源電位
Vctrl:電容器電壓
RTN:次級地
SRTN:次級返回電位
CMUX:控制訊號
CS1、CS2:控制訊號
CSX1、CSX2:控制訊號
Cctrl:控制電容器
GND:系統地
Rw:電阻
D1:齊納二極體
參考以下圖式描述對多輸出功率轉換器系統中的輸出進行排列順序的非限制性和非窮舉性實施方案，其中除非另有說明，否則相同的圖式標記在各個視圖各處中指代相同的部分。
第1圖示出了根據一個實施方案的使用多輸出功率轉換器系統的應用產品。
第2A圖示出了根據本文的教導的包含多個負載的多輸出功率轉換器系統的系統級示意圖。
第2B圖示出了根據本文的教導的包含可變參考發生器的第2B圖的多輸出功率轉換器系統的系統級示意圖。
第3A圖示出了根據一個實施方案的用於向CC和CV輸出提供經調節的功率的多輸出功率轉換器系統的系統框圖。
第3B圖示出了使用場效應電晶體(FET)的第3A圖的系統框圖的實現方式。
第3C圖示出了第3A圖的多輸出功率轉換器系統的詳細框圖。
第4圖示出了根據另一實施方案的用於向CC和CV輸出提供經調節的功率的多輸出功率轉換器系統的詳細框圖。
第5圖示出了根據一個實施方案的用於向CV輸出提供經調節的功率的多輸出功率轉換器系統的詳細框圖。
第6圖示出了根據一個實施方案的系統啟動期間的CC和CV輸出波形。
第7圖示出了根據一個實施方案的系統啟動期間的CV輸出波形。
第8圖示出了根據另一實施方案的系統啟動期間的CC和CV輸出波形。
第9圖示出了根據一個實施方案的系統啟動期間多輸出功率轉換器系統的電壓和電流訊號波形。
第10A圖和第10B圖示出了根據一個實施方案的用於向CC和CV輸出提供經調節的功率的多輸出功率轉換器系統的啟動方法的流程圖。
第11A圖和第11B圖示出了根據一個實施方案的用於向CV輸出提供經調節的功率的多輸出功率轉換器系統的啟動方法的流程圖。
第12A圖和第12B圖示出了根據另一實施方案的用於向CC和CV輸出提供經調節的功率的多輸出功率轉換器系統的啟動方法的流程圖。
第13圖示出了根據本文的教導的用於向CC和/或CV輸出提供經調節的功率的多輸出功率轉換器系統的概括性啟動方法的流程圖。
在圖式的若干視圖中，相應的圖式標記表示相應的元件。技術人員將理解，圖式中的元件是為了簡單和清楚而示出的，並且不一定按比例繪製。例如，圖式中的一些元件的尺寸可能相對於其他元件被誇大，以幫助改進對本文教導的各種實施方案的理解。此外，通常未描繪在商業上可行的實施方案中有用 或必要的常見但易於理解的元件，以便於較不妨礙對多輸出功率轉換器系統中的輸出進行排列順序的這些各種實施方案的觀察。
在以下描述中，闡述了許多具體細節以便提供透徹理解對多輸出功率轉換器系統中的輸出進行排列順序。然而，本領域普通技術人員將明瞭，不必需採用所述具體細節來實施本發明的教導。在其他情況下，沒有詳細描述公知的材料或方法，以避免模糊本公開內容。
本說明書中提到的「一個實施方案(one embodiment)」、「實施方案(an embodiment)」、「一個實施例(one example)」或「實施例(an example)」意味著結合該實施方案或實施例描述的具體特徵、結構或特性包含在對多輸出切換模式轉換器系統中的輸出進行排列順序的至少一個實施方案中。因此，貫穿本說明書在各個地方出現的短語「在一個實施方案中(in one embodiment)」，「在實施方案中(in an embodiment)」，「一個實施例(one example)」或「實施例(an example)」不一定都指代相同的實施方案或實施例。此外，具體特徵、結構或特性可以在一個或多個實施方案或實施例中以任何合適的組合和/或子組合進行組合。具體特徵、結構或特性可以包含在積體電路、電子電路、組合邏輯電路或提供所描述的功能的其他合適的元件中。另外，應當理解的是，此處提供的圖式僅用於向本領域普通技術人員解釋的目的，並且圖式不一定按比例繪製。
在本申請的上下文中，當電晶體處於「斷開狀態」或「斷開」時，電晶體阻斷電流和/或基本上不傳導電流。相反地，當電晶體處於「導通狀態」或「導通」時，電晶體能夠基本上傳導電流。舉例來說，在一個實施方案中，高壓電晶體包含N溝道金屬氧化物半導體(NMOS)場效應電晶體(FET)，其中 高壓被支撐在第一端子(汲極)和第二端子(源極)之間。在一些實施方案中，集成控制器電路可用於在調節提供給負載的能量時驅動功率開關。而且，出於本公開內容的目的，「地(ground，接地)」或「地電位」是指電子電路或積體電路(IC)的所有其他電壓或電位相對於其被定義或測量的參考電壓或電位。
如上所述，多輸出功率轉換器可用於向多個負載提供經調節的直流電。包含多個負載的多輸出功率轉換器可以被稱為多輸出功率轉換器系統。負載可以是無源和/或有源負載，包含分立半導體裝置、微處理器、控制器、混合訊號電路元件等。在提供經調節的dc電時，多輸出功率轉換器系統可將輸出電流調節為恆定電流(CC)輸出和/或將輸出電壓調節為恆定電壓(CV)輸出。另外，可以相對於多輸出功率轉換器系統如何提供功率來定義系統電壓。例如，多輸出功率轉換器系統可以提供在大約四十伏特下操作的CC輸出、調節到十二伏特的CV輸出、在大約七伏特下操作的CC輸出以及調節到三伏特的CV輸出。相對地，在大約四十伏特下操作的CC輸出可以被稱為具有「最高」電壓；並且三伏CV輸出可以被稱為具有「最低」電壓。另外，12伏特CV輸出和在大約7伏特下操作的CC輸出可以各自被稱為具有「中間」電壓。
第1圖示出了根據一個實施方案的使用多輸出功率轉換器系統100的應用產品20。多輸出功率轉換器系統100包含多輸出功率轉換器22、最高電壓負載24、中間電壓負載26和最低電壓負載28。作為示例，應用產品20可以是電視；並且最高電壓負載24、中間電壓負載26和最低電壓負載28可包含分別在40伏特操作下的揚聲器、在12伏特操作下的揚聲器和在5伏特操作下的微處理器。如圖所示，應用產品20還可以接收交流(ac)「主」輸入功率PAC，並且可以使用可選的整流器21將交流電轉換為整流的ac線路輸入電壓VIN和線路電流IIN。多輸 出功率轉換器22可以接收整流的ac線路輸入電壓VIN(和線路電流IIN)並且將多個輸出電壓VO1-VO3和負載電流IS1-IS3傳輸到最高電壓負載24、中間電壓負載26以及最低電壓負載28。另外，在穩態下，多輸出功率轉換器22可以調節多個輸出電壓VO1-VO3和/或負載電流IS1-IS3中的一個或多個。
在本文的教導中，當多輸出功率轉換器系統100將輸出電壓(例如，多個輸出電壓VO1-VO3中的一個或多個)調節為在穩態下恆定時，輸出可以被稱為恆定電壓(CV)輸出。而且，當多輸出功率轉換器系統100將負載電流(例如，負載電流IS1-IS3中的一個或多個)調節為在穩態下恆定時，輸出可以被稱為恆定電流(CC)輸出。另外，儘管多輸出功率轉換器系統100具有三個多個輸出，但是具有更多或更少個多個輸出的配置是可能的。例如，在一些配置中，多輸出轉換器系統100可以具有提供兩個輸出電壓和兩個負載電流的兩個輸出。
而且，如本文所述，多輸出功率轉換器系統100可以最初在具有未知可變負載條件的瞬態條件下操作。當輸入功率PAC被最初施加並且多輸出功率轉換器22變為使能時，多個輸出VO1-VO3可以處於未確定狀態和/或基本上為零狀態。從當多個輸出VO1-VO3輸出最初是零到當它們達到其經調節的(穩態)值時的瞬態時段可以稱為「啟動瞬態」、「啟動時段」或「啟動」。
多輸出功率轉換器系統100可以用開關模式功率轉換器實現，該功率轉換器包含為多個輸出定制的能量傳遞元件(例如變壓器)。例如，開關模式功率轉換器可以在正向轉換器拓撲中和/或在反激式(flyback)轉換器拓撲中用具有多輸出次級的變壓器實現。在啟動時段完成之後的穩態中，可以將功率從初級(primary，初級側)傳輸到次級(secondary，次級側)，並且可以通過控制器和/或系統控制模組108獨立地調節多個次級輸出。在一些配置中，控制器和/或 系統控制模組108可以從多輸出次級的CV輸出接收功率；並且控制器可以使用被配置用於在穩態下調節CC和/或CV(CC/CV)輸出的反饋回路。
此外，在其中多個輸出負載可包含週邊設備、微處理器和壓敏積體電路的許多應用中，對於多輸出開關模式轉換器重要的是不僅控制和獨立地調節CC/CV輸出的穩態值，而且控制在啟動期間遞送功率的方式。例如，微處理器及其相關電路的穩定系統操作可能需要如下電源，該電源不會降低與處理器相關的欠壓或觸發與處理器相關的欠壓(電壓下降)鎖定錯誤。因此，可能需要對CC/CV輸出排列順序，以在啟動期間單調增加而無電壓下降。
然而，在啟動期間，多輸出開關模式功率轉換器系統中的次級的多個輸出的排列順序可能是有問題的。例如，控制器和內部電路可以從一個或多個CC/CV輸出操作，並且因此，在啟動瞬態的至少一部分期間可能沒有調節功率。另外，次級的多個輸出可以具有公共變壓器核心，其中來自初級的能量傳輸由單個初級開關的切換行為確定。因此，在啟動期間，對於啟動瞬態的至少一部分，多個輸出的獨立控制可能不可用。此外，來自多個負載的功率需求可能是可變的，從而導致CC/CV輸出處的電壓的不期望的有害波動。
因此，需要一種控制方法和相應的電路裝置，以對遞送到多輸出開關模式轉換器系統的多個輸出的功率排列順序，並減輕與啟動期間的電壓下降相關的問題。
本文公開了用於對多輸出功率轉換器系統中的輸出排列順序的裝置和方法。在啟動期間，可以對多個CC/CV輸出排列順序，使得首先將能量提供給最高電壓次級輸出，然後將能量提供給低壓次級輸出。另外，可以施加控制以便在啟動瞬態的至少一部分期間同時且單調地增加電壓；並且可以使用控制 電路和可變參考發生器來進一步實現同步控制。在一些實施方案中，可以根據電容器電壓生成可變參考。
第2A圖示出了根據本文的教導的包含多個負載106的多輸出功率轉換器系統100的系統級示意圖；以及第2B圖示出了根據本文的教導的包含可變參考發生器172的系統級示意圖。多輸出功率轉換器系統100還包含變壓器102、次級開關塊104、系統控制模組108和箝位元器110，其可以以反激式配置佈置。變壓器102包含初級繞組112和多個次級繞組114、116、118以提供電流隔離，並且可以稱為能量傳遞元件。變壓器102可用於將經整流的交流電從初級繞組112傳遞到多個次級繞組114、116、118，並且在一些實施方案中，變壓器102也可稱為「耦合電感器」。同樣如第2A圖和第2B圖所示，次級繞組114、116、118可以與次級開關塊104電耦合，以提供相對於次級返回電位SRTN的次級繞組電壓VSEC1-VSEC4。
當在端子101、103處施加經整流的ac線路電壓VIN並且多輸出功率轉換器系統100達到穩態時，開始經調節的功率轉換。在穩態下，多輸出功率轉換器系統100可以使用系統控制模組108來轉換與經整流的ac線路電壓VIN相關聯的輸入功率。輸入功率可以被轉換成相對於次級地RTN的多個輸出電壓VO1-VO4，從而輸出相應的負載電流IS1-IS4。為了實現在穩態下的閉環調節，系統控制模組108可以與次級開關塊104電耦合以發送和接收次級開關訊號105，並且還與多個負載106耦合以發送和接收負載回授訊號107。
在本公開文本的上下文中，施加經整流的ac線路電壓VIN還可以被稱為在多輸出功率轉換器系統100的「初級」處施加功率和/或「主(mains，幹線)」功率。此外，在多輸出功率轉換器系統100中，多個輸出電壓(例如，VO1- VO4)可以被傳輸到「多個輸出」。例如，與輸出電壓VO1相關聯的電路節點可以被稱為多輸出功率轉換器系統100的「輸出」。
在穩態下，系統控制模組108可以控制傳送到系統地GND的初級繞組112中的初級開關電流ISW，並且還通過提供次級開關訊號105調節多個輸出電壓VO1-VO4和/或負載電流IS1-IS4中的一個或多個。如上所述，對輸出電壓的調節(即，VO1-VO4)對應於提供CV輸出，而對輸出(負載)電流(即，IS1-IS4)的調節對應於提供CC輸出。
儘管多輸出功率轉換器系統100示出了用於提供具有相應負載電流IS1-IS4的四個多輸出VO1-VO4的反激配置，但是具有更多或更少的多輸出的其他配置是可能的。例如，本文的教導還可適用於使用具有多個次級繞組的變壓器的正向轉換器和/或其他轉換器拓撲。而且，如本領域普通技術人員可以理解的，具有多個次級輸出的變壓器可以佈置成根據本文的教導的具有用於所有獨立控制和經調節的輸出的共同返回線的串聯(即，堆疊)繞組、並聯繞組或者串聯繞組和並聯繞組二者的任何耦合組合。
如上所述，當多輸出功率轉換器系統100在啟動時操作時，可能在穩態之前會出現問題。根據本文的教導，多輸出功率轉換器系統100可以通過在系統控制模組108和次級開關塊104內應用的電路和控制方法來解決啟動問題。例如，如第2B圖所示，可以在系統控制模組108內使用可變參考發生器172以提供單調增加的參考電壓。如本文所述，單調增加的參考電壓可以有利地用於在啟動期間控制多個輸出電壓VO1-VO4中的一個或多個的瞬態響應。
第3A圖示出了根據一個實施方案的用於向CC和CV輸出提供經調節的功率的多輸出功率轉換器系統100的系統框圖。在第3A圖的實施方案中， 變壓器102包含初級繞組212和多個串聯連接的次級繞組214、216、218，用於將經整流的ac功率傳輸到次級開關塊104。次級開關塊104可以接收相對於次級返回電位SRTN的次級電壓VSEC1-VSEC3，並且可以相對於次級地RTN將多個輸出電壓VO1-VO3和相應的負載電流IS1-IS3提供給多個負載106。
在第3A圖的實施方案中，多個負載106包含多個並聯連接的發光二極體(LED)串283-284、第一負載242和第二負載238。此外，多個負載包含可分別向系統控制模組108提供回授訊號Vfb1、Vfb2、Vfb3的回授網路240、236、232。在穩態下，第3A圖的多輸出功率轉換器系統100可以被配置用於調節遞送到LED串283-284的功率作為CC輸出(即，經調節的ISC3)，調節遞送到第一負載242的功率作為第一CV(CV1)輸出(即，經調節的VO1)，並且調節遞送到第二負載238的功率作為第二CV(CV2)輸出(即，經調節的VO2)。
儘管第3A圖的實施方案被配置用於向LED串283-284提供CC輸出以及提供CV1和CV2輸出，具有大於或小於一個CC輸出和大於或小於兩個CV輸出(CV1，CV2)的其他配置是可能的。
次級開關塊104包含二極體220、221和開關222、225、228。二極體220電耦合在次級繞組218和多個並聯連接的LED串283-284之間，以接收次級電壓VSEC3和提供具有輸出電壓VO3和負載電流IS3的CC輸出。二極體221和開關222電耦合在次級繞組216和第二負載238之間以提供具有輸出電壓VO2和負載電流IS2的CV2輸出；並且開關225電耦合在次級繞組214和第一負載242之間，以提供具有輸出電壓VO1和負載電流IS1的CV1輸出。開關228可以提供從次級地RTN到變壓器次級返回電位SRTN的返回路徑。
系統控制模組108包含從子系統塊(slave subsystem block)250和主子系統塊(master subsystem block)260。該從子系統塊250包含初級開關252、初級控制塊254和次級控制塊256。主子系統塊260包含主控制模組262、可變參考發生器172和負載控制電路264。
從子系統塊250和主子系統塊260可以電耦合以發送和接收主-從訊號251，用於在主子系統塊260和從子系統塊250之間傳輸資訊。在穩態下，主-從訊號251可用於在主子系統塊260和從子系統塊250之間傳輸穩態控制資訊和/或穩態控制訊號。在啟動期間，主-從訊號251還可以用於將啟動條件從主子系統塊260傳輸到從子系統塊250，使得次級控制塊256可以經由耦合訊號253向初級控制塊254發送交握訊號。
在穩態下，初級控制塊254可以提供主控制訊號Vcs，以利用脈衝寬度調變(PWM)訊號向初級開關252提供閘極控制。在PWM訊號切換期間，箝位元器110可用於箝位元電壓VSW的峰值；初級開關252的PWM控制允許能量從初級繞組212傳遞到次級繞組214、216、218。次級控制塊256可以向開關228提供閘極控制訊號Vcr，以控制電流從次級地RTN通過次級線圈214、216、218流動。次級返回電位SRTN可以經由電阻Rw提供給次級控制塊256；這可以有助於提供前向控制訊號Vfwd來確定多輸出功率轉換器系統100的開關狀態。在一些配置中，前向控制訊號Vfwd可以用於監測振盪(例如，空閒振盪測量)以確定如何控制開關228和/或如何將初級控制訊號Vcs提供給初級開關252。例如，次級控制塊256可以回應於前向控制訊號Vfwd相對於閾值提供閘極控制訊號Vcr(例如，負2毫伏(-2mV))；並且可以提供閘極控制訊號Vcr使得當前向控制訊號Vfwd分別小於或大於閾值時，開關228導通(即，在導通狀態下操作)並且斷開(即， 在斷開狀態下操作)。而且，如第3A圖所示，初級控制塊254和次級控制塊256可以磁耦合或光耦合，以經由耦合訊號253向初級開關252提供控制。
在穩態下，主子系統塊260可以回應於負載回授訊號107與次級開關塊104通信，並且可以分別提供控制訊號VC1和VC2以控制開關225和開關222。在一些實施方案中，主控制模組262可以使用包含Vfb1、Vfb2和/或Vfb3的負載回授訊號107來向多個負載106提供調節。例如，控制訊號VC1可以用於向開關225提供選通訊號以調節輸出電壓VO1(CV1輸出)；並且控制訊號VC2可用於向開關222提供選通訊號以調節輸出電壓VO2(CV2輸出)。另外，負載控制電路264可用於通過控制LED串電流IS3A和IS3B來控制負載電流IS3(CC輸出)。
當經整流的ac線路電壓VIN被最初施加時和/或當系統控制模組108被最初啟動時，多個輸出電壓VO1-VO3可以為零和/或基本為零。初級控制塊254可以直接從經整流的ac線路電壓VIN接收功率，以便將主控制訊號Vcs提供給初級開關252；然而，次級控制塊256和主子系統塊260(其可取決於多個輸出電壓VO1-VO3中的一個或多個來供電)可能最初不具有功率。因此，系統控制模組108最初可以具有有限的控制功能和/或最初在「重置」狀態下操作。
如上所述，在啟動期間可能出現問題。在本文的教導中，在次級開關塊104內和在主子系統塊260內的附加電路特徵可以用於解決啟動，使得可以將功率施加到多個負載106而沒有電壓下降。例如，主子系統塊260可以包含可變參考發生器172以提供用於控制多個輸出電壓VO1-VO3的參考；並且負載控制電路264可以配置成使得在啟動期間負載電流IS1-IS3減小到零或基本上為零安培(amps)。
如第3A圖所示，開關222、225、228可以是允許電流在兩個方向上流動的雙向開關。例如，開關228具有由控制訊號Vcr選通的選通開關229，以及具有二極體230。開關225具有由控制訊號VC1選通的選通開關226，以及具有二極體227；並且開關222具有由控制訊號VC2選通的選通開關223，以及具有二極體224。當控制訊號Vcr、VC1和VC2不可用時，二極體224、227、230可以提供導通路徑。例如，當開關228處於斷開狀態時，電流可以經由二極體230從次級地RTN流到次級繞組214。在啟動期間，二極體230可以用於允許來自次級地RTN的電流路徑，使得來自初級繞組212的能量被傳遞到次級繞組214、216、218中的一個或多個。例如，在啟動期間，控制訊號Vcr、VC1、VC2最初可能不可用和/或最初可能使開關228、225、222在關閉狀態下操作。在這些條件下，二極體220和230可以允許來自次級地RTN的傳導路徑，使得來自初級繞組212的能量最初通過次級繞組214、216、218傳輸以增加輸出電壓VO3。同樣如圖所示，二極體220和221可以分別阻擋朝向次級繞組218和216的電流。
第3B圖示出了第3A圖使用場效應電晶體(FET)的系統框圖的實現方式。開關222、225、228可分別用N溝道FETs 222b、225b、228b實現；在FETs 222b、225b、228b內的內部體二極體可以分別作為二極體224、227、230操作。另外，齊納二極體D1可以箝位元次級電壓VSEC1並防止輸出電壓VO1超過齊納電壓。同樣如圖所示，初級開關252可以用N溝道FET 252b實現。次級開關訊號105還可以包含輸出電壓VO1、前向控制訊號Vfwd、控制訊號Vcr、VC1、VC2和次級地RTN；以及負載回授訊號107可以包含次級地RTN、輸出電壓VO1、VO2、VO3、回授訊號Vfb1、Vfb2、Vfb3和LED串電流IS3A、IS3B。如圖所示，次級地RTN和多個輸出電壓VO1、VO2、VO3可以向次級控制塊256和主子系統塊260提供功率。
儘管第3B圖的實施方案示出了使用N溝道FETs 222b、225b、228b和252b以分別實現有源開關222、225、228和初級開關252的多輸出功率轉換器系統100的實現方式，其他配置是可能的。如本領域普通技術人員可以理解的，開關可以使用包含絕緣柵雙極電晶體(IGBT)和/或相反極性FET(例如，P溝道FET)的集成和/或分立半導體元件來實現；可以使用基於矽、矽鍺、砷化鎵等的材料工藝來實現有源裝置。而且，儘管第3A圖中的多個負載106示出為具有兩個LED串283、284，使用大於或少於兩個LED串283、284的負載是可能的。
第3C圖示出了第3A圖的多輸出功率轉換器系統100的詳細框圖。第3C圖示出了具有用於調節CV1、CV2和CC輸出的控制回路的主子系統塊260的一個實施方案。主子系統塊260包含比較器291-294、輸出調節器塊296、參考多工器塊298、參考發生器270、可變參考發生器172、多工器(mux)開關274、276、LED控制塊278和受控電流源280、282。
在穩態期間，比較器291-293可以分別將回授訊號Vfb1-Vfb3與參考訊號Vref1-Vref3進行比較，以將控制訊號Vm1-Vm3提供給輸出調節器塊296。輸出調節器塊296可以部分地基於比較器291-293的狀態提供次級開關控制訊號VC1和VC2。如本領域普通技術人員可以理解的，可以使用其他混合訊號和/或類比電路來實現控制回路，並且主子系統塊260所示的實現方式不被認為是限制性的。例如，在某些配置中，可以使用模數轉換器(ADC)以及將回授訊號Vfb1-Vfb3與數位域中的參考訊號Vref1-Vref3進行比較來實現控制回路。可以數位地創建參考訊號Vref1-Vref3，並將其與回授訊號Vfb1-Vfb3的數位表示進行比較。
同樣在穩態期間，LED控制塊278可以用作負載控制電路264的一部分以控制LED串電流IS3A、IS3B。基於電流源電位Vd1、Vd2，LED控制塊可以通 過分別將控制訊號CS1、CS2發送到受控電流源280、282來調節LED串電流IS3A、IS3B。在一些實施方案中，LED串電流IS3A、IS3B的值可以根據客戶應用和/或規範確定；並且可以調節LED串電流IS3A、IS3B以減少和/或顯著降低功率損耗。在穩態下，控制訊號CSX1、CSX2可以分別打開開關274並且閉合開關276以將控制電容器Cctrl電耦合到LED控制塊278。耦合到LED控制塊278，控制電容器Cctrl可以作為積分器運行。例如，在穩態期間，控制電容器Cctrl可用於對電流源電位Vd1、Vd2進行採樣，隨時間對電流源電位Vd1、Vd2的採樣進行積分，並將電容器電壓Vctrl的穩態值提供給LED控制塊278。電容器電壓Vctrl的穩態值可以是電流源電位Vd1、Vd2隨時間的積分值；並且，電容器電壓Vctrl的穩態值可以作為參考Vref3提供給比較器293。
在啟動期間，LED控制塊278可用於減少和/或防止LED串283、284中的電流流動。此外，控制訊號CSX1、CSX2可分別閉合開關274並打開開關276以將控制電容器Cctrl耦合到可變參考發生器172，使得控制電容器Cctrl提供單調增加的電容器電壓(即，控制電壓)Vctrl。例如，當電耦合到控制電容器Cctrl時，可變參考發生器172可以提供使電容器電壓Vctrl隨著時間變化單調增加的電流。
另外，參考多工器塊298可用於提供可從多個參考電位Vr1-Vr3和電容器電壓Vctrl中選擇的參考訊號Vref1-Vref3。如圖所示，多個參考電位Vr1-Vr3可以由參考發生器270產生；並且儘管第3C圖示出了三個產生的參考電位Vr1-Vr3，可以產生少於或大於三個參考電位，並且可以將參考電位提供給參考多工器塊298。另外，控制訊號CMUX可以用於控制對參考訊號Vref1-Vref3的選擇。例如，在穩態期間，控制訊號CMUX可以選擇參考訊號Vref1-Vref3的穩態值。
儘管第3A圖-3C的多輸出功率轉換器系統100示出了用於提供和控制作為到LED串283、284的CC輸出、作為到負載242的CV1輸出、以及作為到負載238的CV2輸出被遞送到多個負載106的功率的配置，其他配置是可能的。例如，在一些配置中，負載可能不需要調節。或者，另外，一些應用可具有更少或更多的CC和/或CV經調節的負載。
第4圖示出了根據另一實施方案的用於向CC和CV輸出提供經調節的功率的多輸出功率轉換器系統100的詳細框圖。第4圖的多輸出功率轉換器系統100類似於第3C圖的多輸出功率轉換器系統100，除了它沒有向負載238提供經調節的CV2輸出之外。相反，輸出電壓VO2是未調節的並且向主子系統塊260提供未調節的電壓。輸出電壓VO2可以在主子系統塊260內用作沒有控制回路、沒有比較器292並且沒有開關222的輔助未調節電源電壓。
第5圖示出了根據一個實施方案的用於向CV輸出提供經調節的功率的多輸出功率轉換器系統100的詳細框圖。第5圖的多輸出功率轉換器系統100類似於第3C圖的多輸出功率轉換器系統100，除了它沒有向LED串283、284提供CC輸出之外。相反，輸出電壓VO3被調節，使得功率可以遞送給負載285作為CV(CV3)輸出(即，經調節的VO3)。因為傳遞的功率是作為CV3輸出提供的，所以可以在不使用LED控制塊278的情況下實現主子系統塊260。如圖所示，可變參考發生器172可以在沒有開關274的情況下電耦合到控制電容器Cctrl。
第6圖示出了根據一個實施方案的系統啟動期間的CC和CV輸出波形502、504、506、508。參考第3C圖，波形502、504和506分別是CC輸出(即，電壓VO3)、CV2輸出(即，電壓VO2)和CV1輸出(即，電壓VO1)的輸出電壓波形，以及波形508是電容器電壓Vctrl。每個波形502、504、506、508被繪製為按 照系統啟動事件510、512、514、516、517、518、520、522、524的出現隨時間描繪的啟動瞬態的時間的函數。
參考第3A-3C圖所示，最初在事件510之前，可以施加經整流的交流電(即，經整流的交流線路電壓VIN)，也稱為「主功率」。在等待和收聽時間之後，在事件510處，初級可以以軟啟動(低)頻率開始切換。示例軟啟動頻率可以是25千赫茲(kHz)或大約25千赫茲。主子系統塊260可以被配置用於從輸出電壓VO3接收功率並因此處於重定(鎖定)狀態。在此時段期間，由於負載控制電路264呈現的高阻抗狀態，負載電流IS3可以為零或幾乎為零。以這種方式，能量可以從初級線圈212傳遞到CC輸出(即，電壓VO3)，使得CC輸出單調增加而不被LED串283、284載入。同樣，當子系統塊260未處於重定模式時，可以控制開關274、276使得可變參考發生器172電耦合到控制電容器Cctrl。
一旦CC輸出上升到足夠的電壓，主子系統塊260就可以開始操作。主子系統塊260開始操作時的VO3的值可以取決於設備和電路，並且可以稱為「喚醒」電壓。如波形502所示，事件512處的電壓VO3的值可以近似等於10伏(例如9.9伏)；然而，如本領域普通技術人員可以理解的，可以通過設計以及還通過電路參數來設置喚醒電壓。例如，在一些應用中，喚醒電壓可以更大和/或小於10伏。參考第3C圖，可以通過參考Vr4使用包含比較器294的控制回路來設置喚醒電壓。
在事件512處，CC輸出達到喚醒電壓(例如，大約10V)並且可以被啟動，使得主子系統塊260的控制回路和電路可以操作。CC輸出可以繼續上升，直到達到事件514描繪的第一目標百分比。如圖所示，第一目標百分比可以是最大值的20%；然而，如本領域技術人員可以理解的，也可以選擇大於或小於20% 的第一目標百分比。如果事件512處的VO3的值已經大於20%，則事件512和514可以同時發生。
在事件514處，可以將電容器電壓Vctrl控制為等於其最大值的20%並且經由參考多工器塊298多工，使得參考電壓Vref1-Vref3均等於Vctrl。同樣在事件514處，輸出調節器塊296可以利用控制訊號VC2控制開關222，以允許能量被傳遞到CV2輸出(即，電壓VO2)。輸出調節器塊296和包含比較器292的控制回路可以允許來自初級線圈212的能量被傳輸到CV2輸出並且向負載238提供負載電流IS2。隨著CV2輸出上升並且能量被傳輸到CV2輸出，CC輸出可以經由輸出調節器296保持穩定。如果CC輸出開始下降，則輸出調節器296可以暫時將能量傳輸回CC輸出。以這種方式，包含比較器291-294的輸出調節器和控制回路可以允許CV2輸出上升，同時防止CC輸出下降。
在事件516處，輸出調節器塊296可以用控制訊號VC1控制開關225以允許能量被傳遞到CV1輸出(即，電壓VO1)，而CC和CV2輸出均被調節到它們最大值的20%。輸出調節器塊296和包含比較器291的控制回路可以允許來自初級線圈212的能量被遞送到CV1輸出並且向負載242提供負載電流IS1。隨著CV1輸出上升並且能量被傳輸到CV1輸出，CC輸出和CV2輸出可以經由輸出調節器塊296保持穩定。如果CC輸出和/或CV2輸出開始下降，則輸出調節器塊296可以暫時將能量傳輸回CC輸出和/或CV2輸出。以這種方式，輸出調節器和包含比較器291-294的控制回路可以允許CV1輸出上升，同時防止CC輸出和CV2輸出下降。
CV1輸出(即，電壓VO1)可以向負載242和系統控制模組108內的壓敏邏輯電路供電。當CV1輸出達到足夠的電壓電平時，則主-從訊號251可以將指示CV1輸出電壓電平的啟動條件從主子系統塊260傳輸到從子系統塊250。回應 於主-從訊號251，次級控制塊256可以通過發送交握訊號經由耦合訊號253與初級控制塊254執行「交握」。在事件517，CV1輸出達到足夠的電壓(例如，其最大值的10%)，使得初級控制塊254可以在更高的開關頻率處提供主控制訊號Vcs。在事件517處，系統控制模組108可以允許與空閒振盪測量的交握。空閒振盪測量可以指測量其中前向控制訊號Vfwd經歷振盪的時間段。事件517可以更一般地表示允許多輸出功率轉換器系統100從在軟啟動頻率(例如，25kHz)下操作轉換到在更高頻率下操作的系統事件。在大於25kHz的較高頻率下操作有利地允許多輸出功率轉換器系統100調節包含LED串283、284的重負載。
CV1輸出繼續增加直到事件518。當CV1輸出達到第一CV1目標值(例如，其最大值的20%)時，事件518發生。從事件518開始，控制電容器Cctrl和可變參考發生器172可用於單調地增加電容器電壓Vctrl。當CC輸出(即，電壓VO3)、CV2輸出(即，電壓VO2)和CV1輸出(即，電壓VO1)被輸出調節器塊296和比較器291-293調節時，VO1-VO3可同時受單調增加的電容器電壓Vctrl的控制。以這種方式，CC輸出、CV2輸出和CV1輸出可以在事件518處開始隨著電容器電壓Vctrl單調地增加。如本領域普通技術人員可以理解的，即使第3C圖的可變參考發生器172使用電容器Cctrl來產生單調增加的電容器電壓Vctrl，可以使用其他電路方法產生增加的電壓。
在事件520處，主子系統塊260可以經由LED控制塊278確定載入條件。同時，CV2輸出和CV1輸出可以繼續跟隨單調增加的電容器電壓Vctrl，直到每個達到最大值的100%的事件522。在事件522之後，控制電容器Cctrl可以放電到不同的值；並且在事件524處，開關274、276可以切換狀態以允許控制電容 器Cctrl用作積分器。同樣在事件520之後，參考多工器塊298可以為參考訊號Vref1-Vref3提供期望的穩態調節值。
第7圖示出了根據一個實施方案的系統啟動期間的CV輸出波形602、604、606、608。參考第5圖所示，波形602、604和606可以分別對應於CV3輸出、CV2輸出和CV1輸出的輸出電壓波形，並且波形608可以對應於電容器電壓Vctrl的波形。類似於第6圖中的波形502、504、506和508，每個波形602、604、606、608被繪製為按照系統啟動事件510、512、514、516、517、518、522的出現隨時間描繪的啟動瞬態的時間的函數。與第6圖中呈現的時間描繪事件不同，第7圖中的那些沒有包含CC輸出相關事件520和524。
第8圖示出了根據另一實施方案的系統啟動期間的CC和CV輸出波形702、706、708。參考第4圖所示，波形702和706可以分別對應於CC輸出和CV1輸出的輸出電壓波形，並且波形708可以對應於電容器電壓Vctrl的波形。類似於第6圖的波形502、506和508，每個波形702、706和708被繪製為按照系統啟動事件510、512、514、517、518、520、522和524的出現隨時間描繪的啟動瞬態的時間的函數，與第6圖中呈現的時間描繪事件不同，第8圖中的那些沒有包含CV2輸出相關事件516，其對應於調節輸出電壓VO2。
如第6-8圖所示，可以在啟動期間控制多輸出功率轉換器系統100中的輸出，以有利地允許多個輸出VO1-VO3單調地上升。另外，控制方法使CV1輸出同時上升和/或在其他輸出(即，電壓VO2、VO3)達到更高值之後上升；並且即使在初級開關252的開關速率低(例如25kHz)時，在主子系統塊260內的控制環也可以調節輸出電壓VO1-VO3。如下面在第9圖中所述，與交握之前的CC/CV輸出的控制有關的另一個特徵關於經由從子系統塊250的輸出調節。
第9圖示出了根據一個實施方案的系統啟動期間的多輸出功率轉換器系統100的電壓和電流訊號波形802、804、806、808、810、812、814。波形802、804、806、808、810、812、814可以指初級開關電流ISW、負載電流IS1、負載電流IS2、前向控制訊號(電壓)Vfwd、從所述前向控制訊號Vfwd匯出的邏輯訊號FWC、開關控制訊號(電壓)VC1和開關控制訊號(電壓)VC2。從時間820開始繪製波形802、804、806、808、810、812、814，其中切換過渡邊緣在時間822、824、826、828、830、832、836和838處描繪。
參考第6圖，過渡邊緣822和838之間的捕獲時間可以對應於事件514之後和事件517之前的時間段。在事件517之前(即，在「交握」之前)，初級控制塊254可以提供處於固定頻率的主控制訊號Vcs；並且多輸出功率轉換器系統100可以在由初級控制塊254確定的固定頻率下操作(即，可以在固定頻率條件下操作)。在事件517之前的固定頻率條件期間，主子系統塊260還可以提供開關控制訊號VC1和VC2，使得能量被傳輸到多個輸出(例如，第6圖的CV1、CV2和CC輸出)中的一個選擇輸出，同時調節剩餘的輸出。另外，在固定頻率條件期間，可以回應於來自CV1、CV2和CC輸出中的一個選擇輸出的能量請求來提供開關控制訊號VC1和VC2；並且CV1、CV2和CC輸出可以通過開關控制訊號VC1和VC2調節，使得輸出電壓VO1-VO3單調地增加。例如，如第9圖所示，開關控制訊號VC1的波形812在時間820和824之間為高，使得經由負載電流IS1將能量提供給CV1輸出(波形804)；此外，開關控制訊號VC2的波形814在時間826和828之間為高，以便經由負載電流IS2(波形806)向CV2輸出提供能量。
同樣如第9圖所示，邏輯訊號FWC的波形810可以響應於前向控制訊號Vfwd(波形808)改變狀態(即，邏輯狀態之間的轉換)，並且可以用於指 示CV1、CV2和CC輸出中的一個選擇輸出是否有「空閒振盪」。當輸出負載電流(例如，負載電流IS1或IS2)在開關控制訊號(例如，開關控制訊號VC1或VC2)的轉換之前放電時，可以發生空閒振盪(也稱為「空閒振鈴」)。另外，可以相對於時間間隔825(例如，5微秒(μs))比較邏輯訊號FWC(波形810)的轉變，以有利地確定CV1、CV2和CC輸出中的所述一個選擇輸出的能量需求。例如，在時間824，當開關控制訊號VC1(波形812)改變狀態時，邏輯訊號FWC的波形810改變狀態(即，從高轉變為低)。同樣如波形804所示，負載電流IS1具有大於零的幅度並且在時間824處放電到基本為零的電流；反過來，邏輯訊號FWC的波形810回應於前向控制訊號Vfwd(波形808)改變狀態，而在時間824不振盪。同樣通過示例且相比較，負載電流IS2(波形806)在時間828之前基本上放電到零；並且反過來邏輯訊號FWC的波形810回應於前向控制訊號Vfwd(波形808)在時間828、830和832處振盪(即，空閒振盪)而改變狀態。主子系統塊260可以與時間間隔825相關地使用和比較邏輯訊號FWC(波形810)，以確定CV2輸出經歷「空閒振盪」條件。在空閒振盪條件下，主子系統塊260可以在邏輯上忽略FWC訊號。
第10A圖和第10B圖示出了根據一個實施方案的用於向CC和CV輸出提供經調節的功率的多輸出功率轉換器系統的啟動方法900的流程圖。步驟902可以對應於施加功率。然後參考第2A-2C圖和第6圖，判定步驟903可以指比較器294將輸出電壓VO3與參考值Vr4(例如，10V)進行比較之前並且包含事件512的時間。在事件512處，判定步驟進行到步驟906，其可以對應於啟動主子系統塊260(事件512)。下一判定步驟907可以對應於事件512和514之間並包含事件512和514的時段。如果CC輸出大於所選擇的第一電壓(例如，10V)，則該方 法進行到判定步驟908。判定步驟908可以對應於使用主子系統塊260的控制特徵以確定CC輸出(即，電壓VO3)是否已達到最大值的目標百分比(例如，20%)。
在滿足判定步驟908的條件時，該方法可以繼續到步驟910，其可以對應於當電容器電壓Vctrl被設置為期望的第一參考電平(例如，最大值的20%)時的事件514。步驟912還可以對應於事件514，之後CC輸出被調節到第一CC電壓(例如，10V或最大值的20%中的較大者)。下一步驟916還可以對應於當啟動CV2輸出時的事件514，之後CV2輸出單調地增加。接下來，判定步驟920確定CV2輸出是否已達到其第一CV2目標值(例如，其最大值的20%)。當滿足步驟920的條件時，該方法繼續到步驟922。
步驟922可以對應於事件516，其中CV2輸出變得調節到其第一CV2目標值(例如，20%)。下一步驟924也可以對應於事件516；在事件516處，CV1輸出開始單調地增加。下一判定步驟928可以確定CV1輸出何時達到其第一CV1目標值(例如，其最大值的10%)。與交握有關的事件517可以對應於滿足判定步驟928的條件。當滿足條件時，方法前進到步驟930。
在步驟930，控制器可以在較高頻率下操作，由此從子系統塊250和主子系統塊260以較高的主切換頻率提供控制。下一判定步驟932可以判斷CV1輸出是否已達到其第二目標值(例如，其最大值的20%)，並且事件518可以對應於滿足判定步驟932的條件。在滿足判定步驟932的條件時，該方法前進到步驟934。
步驟934可以對應於在當CC輸出(即，電壓VO3)和CV輸出(即，電壓VO1和VO2)相對於電容器電壓Vctrl被調節時的事件518之後的時段。下一步驟936還可以對應於跟隨並包含事件518的時段，同時電容器電壓Vctrl單調增加。 下一判定步驟938確定負載檢測是否完成(即，事件520)。在滿足判定步驟938的條件時，該方法前進到判定步驟942。
判定步驟942可確定電容器電壓Vctrl何時達到其對應於事件522的最大值。下一步驟944對應於當參考訊號Vref1-Vref3可被設定為其穩態值時的事件522之後的條件。最後，步驟946可以對應於事件524，調節CC輸出負載電流(即，負載電流IS3)。
第11A圖和第11B圖示出了根據一個實施方案的用於向CV輸出提供經調節的功率的多輸出功率轉換器系統的啟動方法1000的流程圖。啟動方法1000可以類似於啟動方法900，除了與啟動方法900的CC輸出相關的步驟被替換為對應於經調節的CV3輸出(即，經調節的VO3)的步驟。參考第5圖和第7圖，啟動方法1000的流程圖步驟是類似的，除了步驟907、908和912分別用CV3輸出判定步驟1007、1008和1012代替。步驟934也用對應於調節每個CV輸出(即，經調節的電壓VO1-VO3)的步驟1034代替。另外，啟動方法1000不包含分別對應於CC輸出事件520和524的步驟938和946。
第12A圖和第12B圖示出了根據另一實施方案的用於向CC和CV輸出提供經調節的功率的多輸出功率轉換器系統的啟動方法1100的流程圖。啟動方法1100可以類似於啟動方法900的啟動方法，除了已經去除與CV2輸出有關的步驟(即，電壓VO2)之外。參照第4圖和第8圖，流程圖步驟是類似的，除了已經去除與CV2輸出有關的步驟916、920和922。
第13圖示出了根據本文的教導的用於向CC和/或CV輸出提供經調節的功率的多輸出功率轉換器系統的通用啟動方法1200的流程圖。參照第6-8圖所示，方法步驟1202可以對應於在事件510之前提供經整流的ac電源(例如， 「主」功率和/或經整流的ac線路電壓VIN)。步驟1204可以對應於事件510，使用低軟啟動頻率驅動初級開關252。步驟1206可以對應於增加最高電壓輸出的電壓(例如，電壓VO3)。步驟1208可以對應於將最高電壓輸出調節到電壓電平(例如，10V)。步驟1210可以對應於包含事件514和/或516的事件，在此期間增加較低的電壓輸出(例如，電壓VO1和/或電壓VO2)。判定步驟1212可以對應於系統喚醒事件諸如交握之前的條件。滿足判定步驟1212的條件可以對應於事件517。下一步驟1214可以對應於利用交握控制以較高的頻率操作多輸出控制器系統100。步驟1214還可以對應於使用由可變參考發生器172生成的斜坡增加參考。步驟1216可以對應於在其中多個輸出同時增加(斜坡增加)的事件518之後的時間段。判定步驟1218可以表示描繪穩態的一般條件。例如，判定步驟1218可表示每個輸出(即，電壓VO1-VO3中的每一個)已達到穩態值的條件。一旦滿足判定步驟1218，多輸出轉換器系統100就可以進行到步驟1220並且在穩態下操作。
應當理解，在說明書和示例圖式中，主要利用能量傳遞元件(例如，變壓器)上的次級繞組的串聯耦合來說明獨立控制的CC/CV多輸出的構思。然而，它不應被視為限制，並且應當理解，基於多個輸出中的每一個的應用和負載功率要求，獨立調節的CV/CC輸出可以佈置成根據本文的教導的具有用於所有獨立控制和經調節的輸出的共同的返回線的串聯繞組、並聯繞組或者串聯繞組和並聯繞組二者的任何耦合組合。
所提出的轉換器拓撲是具有多個獨立調節的恆定電壓和/或恆定電流輸出的專門針對單級多輸出反激式轉換器的應用的一個示例。這種產品的示例目標可以包含監視器和電視應用，其包含用於需要穩定的可調節(例如，調光)恆定電流輸出的背光LED的並聯串(例如，陣列)的CC控制輸出，所述CC 控制輸出具有例如40-50V電壓降加上一個或多個CV控制輸出用於為每個輸出應滿足嚴格調節精度要求的邏輯電路、通用序列匯流排(USB)和音訊提供功率。
如本文所示，本教導的一個方面是一種在多輸出開關模式轉換器系統中對輸出電壓排列順序的方法。該方法包含：提供電源；將能量從初級傳輸到最高電壓次級輸出；以及將能量從初級傳輸到最低電壓次級輸出。電源被提供給多輸出開關模式轉換器系統的初級。能量從初級傳輸到最高電壓次級輸出，以便增加最高電壓次級輸出的電壓。而且，能量從初級傳輸到最低電壓次級輸出，以便在調節最高電壓次級輸出的電壓時，同時增加最低電壓次級輸出的電壓。另外，能量從初級傳輸到最高電壓次級輸出和最低電壓次級輸出。傳輸能量以便同時增加最高電壓次級輸出的電壓和最低電壓次級輸出的電壓。
在另一方面，多輸出功率轉換器被配置用於向多個負載提供功率。多輸出功率轉換器包含系統控制模組、變壓器和次級開關塊。變壓器包含初級線圈和堆疊的次級線圈；堆疊的次級線圈具有多個堆疊的次級輸出。而且，初級線圈電耦合以從第一電源接收能量。次級開關塊電耦合到多個堆疊的次級輸出，並包含多個輸出。多個輸出包含最高電壓輸出和最低電壓輸出。在達到穩態之前的啟動瞬態期間，系統控制模組被配置用於控制從初級線圈到多個輸出的能量傳輸。在初始軟啟動階段期間，在最低電壓輸出的電壓增加之前最高電壓輸出的電壓單調增加，並且在隨後的斜坡增加階段期間，最高電壓輸出的電壓與最低電壓輸出的電壓同時上升。
本公開所示的示例的上述描述，包含摘要中描述的內容，並非旨在是窮舉的，也不是對所公開的確切形式的限制。雖然為了說明的目的在本文中描述了對多輸出開關模式轉換器和多輸出開關模式轉換器系統中的輸出排列順 序的具體實施方案和實施例，但是在不脫離本公開內容的更廣泛的精神和範圍的情況下，可以進行各種等同修改。實際上，應當理解，具體示例電壓、電流、頻率、功率範圍值、時間等被提供用於解釋目的，並且根據本文的教導，其他值也可以用於其他實施方案和實施例中。
20:應用產品
21:整流器
22:多輸出功率轉換器
24:最高電壓負載
26:中間電壓負載
28:最低電壓負載
100:多輸出功率轉換器系統
108:控制器和/或系統控制模組
PAC:輸入功率
VIN:線路輸入電壓
IIN:線路電流
VO1-VO3:輸出電壓
IS1-IS3:負載電流

Claims (40)

  1. 一種在多輸出開關模式轉換器系統中對輸出電壓排列順序的方法，包含： 向該多輸出開關模式轉換器系統的一初級提供電源； 將能量從該初級傳輸到一最高電壓次級輸出以增加該最高電壓次級輸出的電壓； 將能量從該初級傳輸到一最低電壓次級輸出以在調節該最高電壓次級輸出的該電壓時同時增加該最低電壓次級輸出的電壓，該最高電壓次級輸出的電壓大於該最低電壓次級輸出的電壓；以及 將能量從該初級傳輸到該最高電壓次級輸出和該最低電壓次級輸出以同時增加該最高電壓次級輸出的電壓和該最低電壓次級輸出的電壓。
  2. 如請求項1所述的方法，其中，將能量從該初級傳輸到該最高電壓次級輸出以增加該最高電壓次級輸出的電壓，包含： 以一第一切換速率將能量從該初級傳輸到該最高電壓次級輸出。
  3. 如請求項2所述的方法，其中，將能量從該初級傳輸到該最高電壓次級輸出和該最低電壓次級輸出以同時增加該最高電壓次級輸出的電壓和該最低電壓次級輸出的電壓，更包含： 以一第二開關速率將能量從該初級傳輸到該最高電壓次級輸出和該最低電壓次級輸出。
  4. 如請求項3所述的方法，其中，該第二切換速率大於該第一切換速率。
  5. 如請求項1所述的方法，其中，將能量從該初級傳輸到該最高電壓次級輸出以增加該最高電壓次級輸出的電壓，包含： 將能量從該初級傳輸到該最高電壓次級輸出以將該最高電壓次級輸出的電壓增加到第一高電壓調節值。
  6. 如請求項5所述的方法，其中，該第一高電壓調節值是該最高電壓次級輸出的電壓的最終目標值的百分之二十。
  7. 如請求項5所述的方法，其中，將能量從該初級傳輸到最低電壓次級輸出以在調節該最高電壓次級輸出的電壓時同時增加該最低電壓次級輸出的該電壓，包含： 將該最高電壓次級輸出的電壓調節到該第一高電壓調節值。
  8. 如請求項1所述的方法，其中，將能量從該初級傳輸到該最高電壓次級輸出和該最低電壓次級輸出以同時增加該最高電壓次級輸出的電壓和該最低電壓次級輸出的電壓，更包含： 相對於一公共參考電壓控制該最高電壓次級輸出的電壓和該最低電壓次級輸出的電壓。
  9. 如請求項8所述的方法，更包含： 以可變開關速率將能量從該初級傳輸到該最高電壓次級輸出和該最低電壓次級輸出，以通過單調地增加該公共參考電壓來同時增加該最高電壓次級輸出的電壓和該最低電壓次級輸出的電壓。
  10. 如請求項8所述的方法，更包含： 使用一電容器提供該公共參考電壓。
  11. 如請求項10所述的方法，更包含： 當該最低電壓次級輸出的該電壓達到一最終目標值時，相對於一低電壓參考調節該最低電壓次級輸出的電壓； 使用該電容器提供一採樣電壓的一積分值；以及 相對於該採樣電壓的該積分值調節該最高電壓次級輸出的一負載電流。
  12. 如請求項10所述的方法，更包含： 當該最低電壓次級輸出的電壓達到一最終目標值時，相對於一低電壓參考調節該最低電壓次級輸出的電壓；以及 相對於一高電壓參考調節該最高電壓次級輸出的電壓。
  13. 如請求項1所述的方法，更包含： 將能量從該初級傳輸到一中間電壓次級輸出，以在調節該最高電壓次級輸出的電壓時同時將該中間電壓次級輸出的電壓增加到一第一中間電壓調節值，該最高電壓次級輸出的電壓大於該中間電壓次級輸出的電壓，以及該中間電壓次級輸出的電壓大於該最低電壓次級輸出的電壓。
  14. 如請求項13所述的方法，其中，將能量從該初級傳輸到該最高電壓次級輸出和該最低電壓次級輸出以同時增加該最高電壓次級輸出的電壓和該最低電壓次級輸出的電壓，更包含： 將能量從該初級傳輸到該最高電壓次級輸出、該中間電壓次級輸出和該最低電壓次級輸出，以同時增加該最高電壓次級輸出的電壓、該中間電壓次級輸出的電壓和該最低電壓次級輸出的電壓。
  15. 如請求項1所述的方法，其中，該多輸出功率轉換器系統被配置為一多輸出反激式轉換器系統。
  16. 一種多輸出功率轉換器，被配置用於向複數負載提供功率，該多輸出功率轉換器包含： 系統控制模組； 一變壓器，包含一初級線圈和具有複數堆疊的次級輸出的堆疊次級線圈，該初級線圈電耦合以從一第一電源接收能量；以及 一次級開關塊，其電耦合到該等堆疊的次級輸出並且包含複數輸出，該等輸出包含一最高電壓輸出和一最低電壓輸出； 其中，在達到穩態之前的啟動瞬態期間，該系統控制模組被配置用於控制從該初級線圈到該等輸出的能量傳輸，使得在初始的軟啟動階段期間，在該最低電壓輸出的電壓增加之前該最高電壓輸出的電壓單調地增加，並且在隨後的斜坡增加階段期間，該最高電壓輸出的電壓與該最低電壓輸出的電壓同時上升。
  17. 如請求項16所述的多輸出功率轉換器，更包含： 一初級開關，其電耦合到該初級線圈， 其中，該系統控制模組被配置用於提供一控制訊號給該初級開關和該次級開關塊，以控制從該初級線圈到該等輸出的能量傳輸；以及 其中，在隨後的斜坡增加階段期間，該系統控制模組被配置用於提供控制訊號以相對於一公共參考電壓調節該最高電壓輸出的電壓和該最低電壓輸出的電壓。
  18. 如請求項17所述的多輸出功率轉換器，其中，一電容器被配置用於提供該公共參考電壓。
  19. 如請求項18所述的多輸出功率轉換器，其中，該電容器被配置用於接收電流以在隨後的斜坡增加階段期間單調地增加該公共參考電壓。
  20. 如請求項19所述的多輸出功率轉換器，其中，在該穩態中，該電容器被配置用於提供一採樣電壓的一積分值，並且該控制訊號與該積分值相關地控制該最高電壓輸出的電流。
  21. 如請求項17所述的多輸出功率轉換器，其中，在該穩態中，該控制訊號相對於一高電壓參考調節該最高電壓輸出的電壓。
  22. 如請求項17所述的多輸出功率轉換器，其中，在該穩態中，該控制訊號相對於一低電壓參考調節該最低電壓輸出的電壓。
  23. 如請求項17所述的多輸出功率轉換器，其中，該初級開關被配置用於在該初始軟啟動階段中以一第一頻率切換，並且在隨後的斜坡增加階段中以一第二頻率切換。
  24. 如請求項23所述的多輸出功率轉換器，其中，該第二頻率大於該第一頻率。
  25. 如請求項23所述的多輸出功率轉換器，其中，該第二頻率被改變以在該隨後的斜坡增加階段期間單調地增加該公共參考電壓。
  26. 如請求項16所述的多輸出功率轉換器，其中，該等輸出更包含一中間電壓輸出。
  27. 如請求項26所述的多輸出功率轉換器，其中，在該初始軟啟動階段期間，在該最低電壓輸出的電壓增加之前，該中間電壓輸出的電壓單調增加，並且在該隨後的斜坡增加階段期間，該最高電壓輸出的電壓與該中間電壓輸出的電壓和該最低電壓輸出的電壓同時上升。
  28. 如請求項26所述的多輸出功率轉換器，其中，該最高電壓輸出的電壓大於該中間電壓輸出的電壓，並且其中，該中間電壓輸出的電壓大於該最低電壓輸出的電壓。
  29. 如請求項28所述的多輸出功率轉換器，其中，該等負載包含： 一發光二極體（LED）串，其被配置用於從該最高電壓輸出接收功率；以及 音訊放大器，其被配置用於從該中間電壓輸出接收功率。
  30. 如請求項29所述的多輸出功率轉換器，其中，該系統控制模組被配置用於從該最高電壓輸出、該中間電壓輸出和該最低電壓輸出中的至少之一接收功率。
  31. 如請求項16所述的多輸出功率轉換器，其中，該多輸出功率轉換器被配置為一多輸出反激式轉換器。
  32. 一種在多輸出功率轉換器系統中對從一關斷狀態到一操作穩態的複數輸出電壓進行排列順序的方法，其中該等輸出電壓包含一最低電壓輸出和一最高電壓輸出，該方法包含： 向該多輸出功率轉換器系統的一初級提供電源； 在軟啟動模式下啟動該多輸出功率轉換器系統，其中在該軟啟動模式下啟動該多輸出功率轉換器系統包含： 在該軟啟動模式下增加該最高電壓輸出的電壓； 在該軟啟動模式下調節該最高電壓輸出的電壓； 在該軟啟動模式下增加該最低電壓輸出的電壓；以及 在斜坡增加模式下控制該等輸出電壓，其中在該斜坡增加模式下控制該等輸出電壓包含： 同時增加該最低電壓輸出的電壓和該最高電壓輸出的電壓。
  33. 如請求項32所述的方法，其中，在該軟啟動模式下調節該最高電壓輸出的電壓包含： 將該最高電壓輸出的電壓調節到一第一高電壓調節值。
  34. 如請求項32所述的方法，其中，該第一高電壓調節值是該最高電壓輸出的電壓的最終目標值的百分之二十。
  35. 如請求項32所述的方法，其中，該最高電壓輸出的電壓大於該最低電壓輸出的電壓。
  36. 如請求項32所述的方法，其中，同時增加該最低電壓輸出的電壓和該最高電壓輸出的電壓包含： 相對於公共參考電壓控制該最高電壓輸出的電壓和該最低電壓輸出的電壓。
  37. 如請求項36所述的方法，其中，該公共參考電壓是電容器電壓，並且該電容器電壓單調地增加。
  38. 如請求項36所述的方法，更包含： 在該操作穩態期間相對於該公共參考電壓調節該最高電壓輸出的電流。
  39. 如請求項36所述的方法，更包含： 在該操作穩態期間相對於高電壓參考調節該最高電壓輸出的電壓。
  40. 如請求項36所述的方法，更包含： 在該操作穩態期間相對於低電壓參考調節該最低電壓輸出的電壓。
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