阅读说明：本技术 用于在多输出功率转换器系统中对输出排列顺序的方法和装置 (Method and apparatus for sequencing outputs in a multiple output power converter system ) 是由 K·摩尔 A·J·J·沃纳 M·沃特森 于 2019-05-30 设计创作，主要内容包括：本文公开了一种用于在多输出功率转换器系统中对输出排列顺序的装置和方法。在启动期间,可以对多个CC/CV输出排列顺序,使得首先将能量提供给最高电压的次级输出,然后将能量提供给最低电压的次级输出。另外,可以施加控制以在启动瞬态的至少一部分期间同时且单调地增加电压；并且可以使用控制电路和可变参考发生器来进一步实现同步控制。在一些实施方案中,可以根据电容器电压生成可变参考。(an apparatus and method for sequencing outputs in a multiple output power converter system is disclosed. During start-up, the plurality of CC/CV outputs may be sequenced such that energy is provided first to the highest voltage secondary output and then to the lowest voltage secondary output. In addition, control may be applied to simultaneously and monotonically increase the voltage during at least a portion of the startup transient; and may further implement synchronous control using a control circuit and a variable reference generator. In some embodiments, a variable reference may be generated from a capacitor voltage.)

用于在多输出功率转换器系统中对输出排列顺序的方法和 装置

技术领域

本发明涉及在多输出功率转换器系统中对输出排列顺序，并且更具 体地涉及在多输出开关模式转换器中对输出排列顺序。

背景技术

许多电子设备诸如蜂窝电话、膝上型电脑等由源自电源的直流(dc) 电供电。传统的壁式插座通常提供高压交流(ac)电，所述高压交流 (ac)电需要被转换为经调节的直流(dc)电以便用作消费电子设备的 电源。开关模式功率转换器，也称为开关模式电源(SMPS)，由于其 高效率、小尺寸和低重量而被普遍用于将高压交流电转换为稳压直流 电。

许多电子设备具有多个负载并且需要多于一个直流电源才能运行。 例如，音频电子设备可具有以5伏特操作的系统组件和以12伏特操作 的音频组件。在这些应用中，多输出功率转换器将交流电转换为多个 直流电输出，以向多个负载(即系统组件和音频组件)中的每一个提 供经调节的直流电。在某些应用中，经调节的直流电输出是调节的恒 流(CC)输出和/或经调节的恒压(CV)输出。

附图说明

参考以下附图描述对多输出功率转换器系统中的输出进行排列顺 序的非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另有说明，否则相同的 附图标记在各个视图各处中指代相同的部分。

图1示出了根据一个实施方案的使用多输出功率转换器系统的应用 产品。

图2A示出了根据本文的教导的包括多个负载的多输出功率转换器 系统的系统级示意图。

图2B示出了根据本文的教导的包括可变参考发生器的图2B的多输 出功率转换器系统的系统级示意图。

图3A示出了根据一个实施方案的用于向CC和CV输出提供经调 节的功率的多输出功率转换器系统的系统框图。

图3B示出了使用场效应晶体管(FET)的图3A的系统框图的实现 方式。

图3C示出了图3A的多输出功率转换器系统的详细框图。

图4示出了根据另一实施方案的用于向CC和CV输出提供经调节 的功率的多输出功率转换器系统的详细框图。

图5示出了根据一个实施方案的用于向CV输出提供经调节的功率 的多输出功率转换器系统的详细框图。

图6示出了根据一个实施方案的系统启动期间的CC和CV输出波 形。

图7示出了根据一个实施方案的系统启动期间的CV输出波形。

图8示出了根据另一实施方案的系统启动期间的CC和CV输出波 形。

图9示出了根据一个实施方案的系统启动期间多输出功率转换器系 统的电压和电流信号波形。

图10A和10B示出了根据一个实施方案的用于向CC和CV输出提 供经调节的功率的多输出功率转换器系统的启动方法的流程图。

图11A和11B示出了根据一个实施方案的用于向CV输出提供经调 节的功率的多输出功率转换器系统的启动方法的流程图。

图12A和12B示出了根据另一实施方案的用于向CC和CV输出提 供经调节的功率的多输出功率转换器系统的启动方法的流程图。

图13示出了根据本文的教导的用于向CC和/或CV输出提供经调节 的功率的多输出功率转换器系统的概括性启动方法的流程图。

在附图的若干视图中，相应的附图标记表示相应的部件。技术人员 将理解，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并且不一定按比 例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大， 以帮助改进对本文教导的各种实施方案的理解。此外，通常未描绘在 商业上可行的实施方案中有用或必要的常见但易于理解的元件，以便于较不妨碍对多输出功率转换器系统中的输出进行排列顺序的这些各 种实施方案的观察。

在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供透彻理解对多输出功 率转换器系统中的输出进行排列顺序。然而，本领域普通技术人员将 明了，不必需采用所述具体细节来实施本发明的教导。在其他情况下， 没有详细描述公知的材料或方法，以避免模糊本公开内容。

本说明书中提到的“一个实施方案(one embodiment)”、“实施方 案(anembodiment)”、“一个实施例(one example)”或“实施例(an example)”意味着结合该实施方案或实施例描述的具体特征、结构或 特性包括在对多输出切换模式转换器系统中的输出进行排列顺序的至 少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施方案中(in one embodiment)”，“在实施方案中(in an embodiment)”，“一个实施例(one example)”或“实施例(an example)” 不一定都指代相同的实施方案或实施例。此外，具体特征、结构或特 性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组 合进行组合。具体特征、结构或特性可以包括在集成电路、电子电路、 组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适的部件中。另外，应当 理解的是，此处提供的附图仅用于向本领域普通技术人员解释的目的， 并且附图不一定按比例绘制。

在本申请的上下文中，当晶体管处于“断开状态”或“断开”时， 晶体管阻断电流和/或基本上不传导电流。相反地，当晶体管处于“导 通状态”或“导通”时，晶体管能够基本上传导电流。举例来说，在 一个实施方案中，高压晶体管包括N沟道金属氧化物半导体(NMOS) 场效应晶体管(FET)，其中高压被支撑在第一端子(漏极)和第二端 子(源极)之间。在一些实施方案中，集成控制器电路可用于在调节 提供给负载的能量时驱动功率开关。而且，出于本公开内容的目的，“地(ground，接地)”或“地电位”是指电子电路或集成电路(IC)的所 有其他电压或电位相对于其被定义或测量的参考电压或电位。

如上所述，多输出功率转换器可用于向多个负载提供经调节的直流 电。包括多个负载的多输出功率转换器可以被称为多输出功率转换器 系统。负载可以是无源和/或有源负载，包括分立半导体器件、微处理 器、控制器、混合信号电路部件等。在提供经调节的dc电时，多输出 功率转换器系统可将输出电流调节为恒定电流(CC)输出和/或将输出 电压调节为恒定电压(CV)输出。另外，可以相对于多输出功率转换 器系统如何提供功率来定义系统电压。例如，多输出功率转换器系统 可以提供在大约四十伏特下操作的CC输出、调节到十二伏特的CV输 出、在大约七伏特下操作的CC输出以及调节到三伏特的CV输出。相 对地，在大约四十伏特下操作的CC输出可以被称为具有“最高”电压； 并且三伏CV输出可以被称为具有“最低”电压。另外，12伏特CV 输出和在大约7伏特下操作的CC输出可以各自被称为具有“中间”电 压。

图1示出了根据一个实施方案的使用多输出功率转换器系统100的 应用产品20。多输出功率转换器系统100包括多输出功率转换器22、 最高电压负载24、中间电压负载26和最低电压负载28。作为示例， 应用产品20可以是电视；并且最高电压负载24、中间电压负载26和 最低电压负载28可包括分别在40伏特操作下的扬声器、在12伏特操 作下的扬声器和在5伏特操作下的微处理器。如图所示，应用产品20 还可以接收交流(ac)“主”输入功率P_AC，并且可以使用可选的整流 器21将交流电转换为整流的ac线路输入电压V_IN和线路电流I_IN。多输 出功率转换器22可以接收整流的ac线路输入电压V_IN(和线路电流I_IN) 并且将多个输出电压V_O1-V_O3和负载电流I_S1-I_S3传输到最高电压负载 24、中间电压负载26以及最低电压负载28。另外，在稳态下，多输出 功率转换器22可以调节多个输出电压V_O1-V_O3和/或负载电流I_S1-I_S3中 的一个或多个。

在本文的教导中，当多输出功率转换器系统100将输出电压(例如， 多个输出电压V_O1-V_O3中的一个或多个)调节为在稳态下恒定时，输出 可以被称为恒定电压(CV)输出。而且，当多输出功率转换器系统100 将负载电流(例如，负载电流I_S1-I_S3中的一个或多个)调节为在稳态下 恒定时，输出可以被称为恒定电流(CC)输出。另外，尽管多输出功 率转换器系统100具有三个多个输出，但是具有更多或更少个多个输 出的配置是可能的。例如，在一些配置中，多输出转换器系统100可 以具有提供两个输出电压和两个负载电流的两个输出。

而且，如本文所述，多输出功率转换器系统100可以最初在具有未 知可变负载条件的瞬态条件下操作。当输入功率P_AC被最初施加并且多 输出开关模式转换器22变为使能时，多个输出V_O1-V_O3可以处于未确 定状态和/或基本上为零状态。从当多个输出V_O1-V_O3输出最初是零到 当它们达到其经调节的(稳态)值时的瞬态时段可以称为“启动瞬态”、 “启动时段”或“启动”。

多输出功率转换器系统100可以用开关模式功率转换器实现，该功 率转换器包括为多个输出定制的能量传递元件(例如变压器)。例如， 开关模式功率转换器可以在正向转换器拓扑中和/或在反激式(flyback) 转换器拓扑中用具有多输出次级的变压器实现。在启动时段完成之后 的稳态中，可以将功率从初级(primary，初级侧)传输到次级(secondary， 次级侧)，并且可以通过控制器和/或系统控制模块108独立地调节多个 次级输出。在一些配置中，控制器和/或系统控制模块108可以从多输 出次级的CV输出接收功率；并且控制器可以使用被配置用于在稳态下 调节CC和/或CV(CC/CV)输出的反馈回路。

此外，在其中多个输出负载可包括***设备、微处理器和压敏集成 电路的许多应用中，对于多输出开关模式转换器重要的是不仅控制和 独立地调节CC/CV输出的稳态值，而且控制在启动期间递送功率的方 式。例如，微处理器及其相关电路的稳定系统操作可能需要如下电源， 该电源不会降低与处理器相关的欠压或触发与处理器相关的欠压(电 压下降)锁定错误。因此，可能需要对CC/CV输出排列顺序，以在启 动期间单调增加而无电压下降。

然而，在启动期间，多输出开关模式功率转换器系统中的次级的多 个输出的排列顺序可能是有问题的。例如，控制器和内部电路可以从 一个或多个CC/CV输出操作，并且因此，在启动瞬态的至少一部分期 间可能没有调节功率。另外，次级的多个输出可以具有公共变压器核 心，其中来自初级的能量传输由单个初级开关的切换行为确定。因此， 在启动期间，对于启动瞬态的至少一部分，多个输出的独立控制可能 不可用。此外，来自多个负载的功率需求可能是可变的，从而导致 CC/CV输出处的电压的不期望的有害波动。

因此，需要一种控制方法和相应的电路装置，以对递送到多输出开 关模式转换器系统的多个输出的功率排列顺序，并减轻与启动期间的 电压下降相关的问题。

本文公开了用于对多输出功率转换器系统中的输出排列顺序的装 置和方法。在启动期间，可以对多个CC/CV输出排列顺序，使得首先 将能量提供给最高电压次级输出，然后将能量提供给低压次级输出。 另外，可以施加控制以便在启动瞬态的至少一部分期间同时且单调地 增加电压；并且可以使用控制电路和可变参考发生器来进一步实现同 步控制。在一些实施方案中，可以根据电容器电压生成可变参考。

图2A示出了根据本文的教导的包括多个负载106的多输出功率转 换器系统100的系统级示意图；以及图2B示出了根据本文的教导的包 括可变参考发生器172的系统级示意图。多输出功率转换器系统100 还包括变压器102、次级开关块104、系统控制模块108和箝位110， 其可以以反激式配置布置。变压器102包括初级绕组112和多个次级 绕组114、116、118以提供电流隔离，并且可以称为能量传递元件。变 压器102可用于将经整流的交流电从初级绕组112传递到多个次级绕 组114、116、118，并且在一些实施方案中，变压器102也可称为“耦 合电感器”。同样如图2A和图2B所示，次级绕组114、116、118可以 与次级开关块104电耦合，以提供相对于次级返回电位SRTN的次级 绕组电压V_SEC1-V_SEC4。

当在端子101、103处施加经整流的ac线路电压V_IN并且多输出功 率转换器系统100达到稳态时，开始经调节的功率转换。在稳态下， 多输出功率转换器系统100可以使用系统控制模块108来转换与经整 流的ac线路电压V_IN相关联的输入功率。输入功率可以被转换成相对 于次级地RTN的多个输出电压V_O1-V_O4，从而输出相应的负载电流 I_S1-I_S4。为了实现在稳态下的闭环调节，系统控制模块108可以与次级 开关块104电耦合以发送和接收次级开关信号105，并且还与多个负载 106耦合以发送和接收负载反馈信号107。

在本公开文本的上下文中，施加经整流的ac线路电压V_IN还可以被 称为在多输出功率转换器系统100的“初级”处施加功率和/或“主 (mains，干线)”功率。此外，在多输出功率转换器系统100中，多个 输出电压(例如，V_O1-V_O4)可以被传输到“多个输出”。例如，与输出 电压V_O1相关联的电路节点可以被称为多输出功率转换器系统100的 “输出”。

在稳态下，系统控制模块108可以控制传送到系统地GND的初级 绕组112中的初级开关电流I_SW，并且还通过提供次级开关信号105调 节多个输出电压V_O1-V_O4和/或负载电流I_S1-I_S4中的一个或多个。如上所 述，对输出电压的调节(即，V_O1-V_O4)对应于提供CV输出，而对输 出(负载)电流(即，I_S1-I_S4)的调节对应于提供CC输出。

尽管多输出功率转换器系统100示出了用于提供具有相应负载电流 I_S1-I_S4的四个多输出V_O1-V_O4的反激配置，但是具有更多或更少的多输 出的其他配置是可能的。例如，本文的教导还可适用于使用具有多个 次级绕组的变压器的正向转换器和/或其他转换器拓扑。而且，如本领 域普通技术人员可以理解的，具有多个次级输出的变压器可以布置成根据本文的教导的具有用于所有独立控制和经调节的输出的共同返回 线的串联(即，堆叠)绕组、并联绕组或者串联绕组和并联绕组二者 的任何耦合组合。

如上所述，当多输出功率转换器系统100在启动时操作时，可能在 稳态之前会出现问题。根据本文的教导，多输出功率转换器系统100 可以通过在系统控制模块108和次级开关块104内应用的电路和控制 方法来解决启动问题。例如，如图2B所示，可以在系统控制模块108 内使用可变参考发生器172以提供单调增加的参考电压。如本文所述， 单调增加的参考电压可以有利地用于在启动期间控制多个输出电压 V_O1-V_O4中的一个或多个的瞬态响应。

图3A示出了根据一个实施方案的用于向CC和CV输出提供经调节 的功率的多输出功率转换器系统100的系统框图。在图3A的实施方案 中，变压器102包括初级绕组212和多个串联连接的次级绕组214、216、 218，用于将经整流的ac功率传输到次级开关块104。次级开关块104 可以接收相对于次级返回电位SRTN的次级电压V_SEC1-V_SEC3，并且可 以相对于次级地RTN将多个输出电压V_O1-V_O3和相应的负载电流I_S1-I_S3提供给多个负载106。

在图3A的实施方案中，多个负载106包括多个并联连接的发光二 极管(LED)串283-284、第一负载242和第二负载238。此外，多个 负载包括可分别向系统控制模块108提供反馈信号Vfb1、Vfb2、Vfb3 的反馈网络240、236、232。在稳态下，图3A的多输出功率转换器系 统100可以被配置用于调节递送到LED串283-284的功率作为CC输 出(即，经调节的I_SC3)，调节递送到第一负载242的功率作为第一CV (CV1)输出(即，经调节的V_O1)，并且调节递送到第二负载238的 功率作为第二CV(CV2)输出(即，经调节的V_O2)。

尽管图3A的实施方案被配置用于向LED串283-284提供CC输出 以及提供CV1和CV2输出，具有大于或小于一个CC输出和大于或小 于两个CV输出(CV1，CV2)的其他配置是可能的。

次级开关块104包括二极管220、221和开关222、225、228。二极 管220电耦合在次级绕组218和多个并联连接的LED串283-284之间， 以接收次级电压V_SEC3和提供具有输出电压V_O3和负载电流I_S3的CC输 出。二极管221和开关222电耦合在次级绕组216和第二负载238之间 以提供具有输出电压V_O2和负载电流I_S2的CV2输出；并且开关225电 耦合在次级绕组214和第一负载242之间，以提供具有输出电压V_O1和负载电流I_S1的CV1输出。开关228可以提供从次级地RTN到变压 器次级返回电位SRTN的返回路径。

系统控制模块108包括从子系统块(slave subsystem block)250和 主子系统块(master subsystem block)260。该从子系统块250包括初 级开关252、初级控制块254和次级控制块256。主子系统块260包括 主控制模块262、可变参考发生器172和负载控制电路264。

从子系统块250和主子系统块260可以电耦合以发送和接收主-从信 号251，用于在主子系统块260和从子系统块250之间传输信息。在稳 态下，主-从信号251可用于在主子系统块260和从子系统块250之间 传输稳态控制信息和/或稳态控制信号。在启动期间，主-从信号251还 可以用于将启动条件从主子系统块260传输到从子系统块250，使得次 级控制块256可以经由耦合信号253向初级控制块254发送握手信号。

在稳态下，初级控制块254可以提供主控制信号Vcs，以利用脉冲 宽度调制(PWM)信号向初级开关252提供栅极控制。在PWM信号 切换期间，箝位器110可用于箝位电压VSW的峰值；初级开关252的 PWM控制允许能量从初级绕组212传递到次级绕组214、216、218。 次级控制块256可以向开关228提供栅极控制信号Vcr，以控制电流从 次级地RTN通过次级线圈214、216、218流动。次级返回电位SRTN 可以经由电阻Rw提供给次级控制块256；这可以有助于提供前向控制 信号Vfwd来确定多输出功率转换器系统100的开关状态。在一些配置中，前向控制信号Vfwd可以用于监测振荡(例如，空闲振荡测量)以 确定如何控制开关228和/或如何将初级控制信号Vcs提供给初级开关 252。例如，次级控制块256可以响应于前向控制信号Vfwd相对于阈 值提供栅极控制信号Vcr(例如，负2毫伏(-2mV))；并且可以提供栅极控制信号Vcr使得当前向控制信号Vfwd分别小于或大于阈值时， 开关228导通(即，在导通状态下操作)并且断开(即，在断开状态 下操作)。而且，如图3A所示，初级控制块254和次级控制块256可 以磁耦合或光耦合，以经由耦合信号253向初级开关252提供控制。

在稳态下，主子系统块260可以响应于负载反馈信号107与次级开 关块104通信，并且可以分别提供控制信号V_C1和V_C2以控制开关225 和开关222。在一些实施方案中，主控制模块262可以使用包括Vfb1、 Vfb2和/或Vfb3的负载反馈信号107来向多个负载106提供调节。例 如，控制信号V_C1可以用于向开关225提供选通信号以调节输出电压 V_O1(CV1输出)；并且控制信号V_C2可用于向开关222提供选通信号 以调节输出电压V_O2(CV2输出)。另外，负载控制电路264可用于通 过控制LED串电流I_S3A和I_S3B来控制负载电流I_S3(CC输出)。

当经整流的ac线路电压V_IN被最初施加时和/或当系统控制模块108 被最初启动时，多个输出电压V_O1-V_O3可以为零和/或基本为零。初级 控制块254可以直接从经整流的ac线路电压V_IN接收功率，以便将主 控制信号Vcs提供给初级开关252；然而，次级控制块256和主子系统 块260(其可取决于多个输出电压V_O1-V_O3中的一个或多个来供电)可 能最初不具有功率。因此，系统控制模块108最初可以具有有限的控 制功能和/或最初在“重置”状态下操作。

如上所述，在启动期间可能出现问题。在本文的教导中，在次级开 关块104内和在主子系统块260内的附加电路特征可以用于解决启动， 使得可以将功率施加到多个负载106而没有电压下降。例如，主子系 统块260可以包括可变参考发生器172以提供用于控制多个输出电压 V_O1-V_O3的参考；并且负载控制电路264可以配置成使得在启动期间负 载电流I_S1-I_S3减小到零或基本上为零安培(amps)。

如图3A所示，开关222、225、228可以是允许电流在两个方向上 流动的双向开关。例如，开关228具有由控制信号Vcr选通的选通开 关229，以及具有二极管230。开关225具有由控制信号V_C1选通的选 通开关226，以及具有二极管227；并且开关222具有由控制信号V_C2选通的选通开关223，以及具有二极管224。当控制信号Vcr、V_C1和 V_C2不可用时，二极管224、227、230可以提供导通路径。例如，当开 关228处于断开状态时，电流可以经由二极管230从次级地RTN流到 次级绕组214。在启动期间，二极管230可以用于允许来自次级地RTN 的电流路径，使得来自初级绕组212的能量被传递到次级绕组214、216、 218中的一个或多个。例如，在启动期间，控制信号Vcr、V_C1、V_C2最 初可能不可用和/或最初可能使开关228、225、222在关闭状态下操作。 在这些条件下，二极管220和230可以允许来自次级地RTN的传导路径，使得来自初级绕组212的能量最初通过次级绕组214、216、218 传输以增加输出电压V_O3。同样如图所示，二极管220和221可以分别 阻挡朝向次级绕组218和216的电流。

图3B示出了图3A使用场效应晶体管(FET)的系统框图的实现方 式。开关222、225、228可分别用N沟道FETs 222b、225b、228b实 现；在FETs 222b、225b、228b内的内部体二极管可以分别作为二极管 224、227、230操作。另外，齐纳二极管D1可以箝位次级电压V_SEC1并防止输出电压V_O1超过齐纳电压。同样如图所示，初级开关252可以 用N沟道FET 252b实现。次级开关信号105还可以包括输出电压V_O1、 前向控制信号Vfwd、控制信号Vcr、V_C1、V_C2和次级地RTN；以及负 载反馈信号107可以包括次级地RTN、输出电压V_O1、V_O2、V_O3、反 馈信号Vfb1、Vfb2、Vfb3和LED串电流I_S3A、I_S3B。如图所示，次级 地RTN和多个输出电压V_O1、V_O2、V_O3可以向次级控制块256和主子 系统块260提供功率。

尽管图3B的实施方案示出了使用N沟道FETs 222b、225b、228b 和252b以分别实现有源开关222、225、228和初级开关252的多输出 功率转换器系统100的实现方式，其他配置是可能的。如本领域普通 技术人员可以理解的，开关可以使用包括绝缘栅双极晶体管(IGBT) 和/或相反极性FET(例如，P沟道FET)的集成和/或分立半导体组件 来实现；可以使用基于硅、硅锗、砷化镓等的材料工艺来实现有源器 件。而且，尽管图3A中的多个负载106示出为具有两个LED串283、 284，使用大于或少于两个LED串283、284的负载是可能的。

图3C示出了图3A的多输出功率转换器系统100的详细框图。图 3C示出了具有用于调节CV1、CV2和CC输出的控制回路的主子系统 块260的一个实施方案。主子系统块260包括比较器291-294、输出调 节器块296、参考多路复用器块298、参考发生器270、可变参考发生器172、多路复用器(mux)开关274、276、LED控制块278和受控 电流源280、282。

在稳态期间，比较器291-293可以分别将反馈信号Vfb1-Vfb3与参 考信号Vref1-Vref3进行比较，以将控制信号Vm1-Vm3提供给输出调 节器块296。输出调节器块296可以部分地基于比较器291-293的状态 提供次级开关控制信号V_C1和V_C2。如本领域普通技术人员可以理解的， 可以使用其他混合信号和/或模拟电路来实现控制回路，并且主子系统 块260所示的实现方式不被认为是限制性的。例如，在某些配置中， 可以使用模数转换器(ADC)以及将反馈信号Vfb1-Vfb3与数字域中 的参考信号Vref1-Vref3进行比较来实现控制回路。可以数字地创建参 考信号Vref1-Vref3，并将其与反馈信号Vfb1-Vfb3的数字表示进行比 较。

同样在稳态期间，LED控制块278可以用作负载控制电路264的一 部分以控制LED串电流I_S3A、I_S3B。基于电流源电位Vd1、Vd2，LED 控制块可以通过分别将控制信号CS1、CS2发送到受控电流源280、282 来调节LED串电流I_S3A、I_S3B。在一些实施方案中，LED串电流I_S3A、I_S3B的值可以根据客户应用和/或规范确定；并且可以调节LED串电流 I_S3A、I_S3B以减少和/或显著降低功率损耗。在稳态下，控制信号CSX1、 CSX2可以分别打开开关274并且闭合开关276以将控制电容器Cctrl 电耦合到LED控制块278。耦合到LED控制块278，控制电容器Cctrl 可以作为积分器运行。例如，在稳态期间，控制电容器Cctrl可用于对 电流源电位Vd1、Vd2进行采样，随时间对电流源电位Vd1、Vd2的采 样进行积分，并将电容器电压Vctrl的稳态值提供给LED控制块278。 电容器电压Vctrl的稳态值可以是电流源电位Vd1、Vd2随时间的积分 值；并且，电容器电压Vctrl的稳态值可以作为参考Vref3提供给比较 器293。

在启动期间，LED控制块278可用于减少和/或防止LED串283、 284中的电流流动。此外，控制信号CSX1、CSX2可分别闭合开关274 并打开开关276以将控制电容器Cctrl耦合到可变参考发生器172，使 得控制电容器Cctrl提供单调增加的电容器电压(即，控制电压)Vctrl。 例如，当电耦合到控制电容器Cctrl时，可变参考发生器172可以提供 使电容器电压Vctrl随着时间变化单调增加的电流。

另外，参考多路复用器块298可用于提供可从多个参考电位Vr1-Vr3 和电容器电压Vctrl中选择的参考信号Vref1-Vref3。如图所示，多个参 考电位Vr1-Vr3可以由参考发生器270产生；并且尽管图3C示出了三 个产生的参考电位Vr1-Vr3，可以产生少于或大于三个参考电位，并且 可以将参考电位提供给参考多路复用器块298。另外，控制信号CMUX 可以用于控制对参考信号Vref1-Vref3的选择。例如，在稳态期间，控 制信号CMUX可以选择参考信号Vref1-Vref3的稳态值。

尽管图3A-3C的多输出功率转换器系统100示出了用于提供和控制 作为到LED串283、284的CC输出、作为到负载242的CV1输出、 以及作为到负载238的CV2输出被递送到多个负载106的功率的配置， 其他配置是可能的。例如，在一些配置中，负载可能不需要调节。或 者，另外，一些应用可具有更少或更多的CC和/或CV经调节的负载。

图4示出了根据另一实施方案的用于向CC和CV输出提供经调节 的功率的多输出功率转换器系统100的详细框图。图4的多输出功率 转换器系统100类似于图3C的多输出功率转换器系统100，除了它没 有向负载238提供经调节的CV2输出之外。相反，输出电压V_O2是未 调节的并且向主子系统块260提供未调节的电压。输出电压V_O2可以在 主子系统块260内用作没有控制回路、没有比较器292并且没有开关 222的辅助未调节电源电压。

图5示出了根据一个实施方案的用于向CV输出提供经调节的功率 的多输出功率转换器系统100的详细框图。图5的多输出功率转换器 系统100类似于图3C的多输出功率转换器系统100，除了它没有向LED 串283、284提供CC输出之外。相反，输出电压V_O3被调节，使得功 率可以递送给负载285作为CV(CV3)输出(即，经调节的V_O3)。因 为传递的功率是作为CV3输出提供的，所以可以在不使用LED控制块 278的情况下实现主子系统块260。如图所示，可变参考发生器172可 以在没有开关274的情况下电耦合到控制电容器Cctrl。

图6示出了根据一个实施方案的系统启动期间的CC和CV输出波 形502、504、506、508。参考图3C，波形502、504和506分别是CC 输出(即，电压V_O3)、CV2输出(即，电压V_O2)和CV1输出(即， 电压V_O1)的输出电压波形，以及波形508是电容器电压Vctrl。每个 波形502、504、506、508被绘制为按照系统启动事件510、512、514、 516、517、518、520、522、524的出现随时间描绘的启动瞬态的时间 的函数。

参考图3A-C所示，最初在事件510之前，可以施加经整流的交流 电(即，经整流的交流线路电压V_IN)，也称为“主功率”。在等待和收 听时间之后，在事件510处，初级可以以软启动(低)频率开始切换。 示例软启动频率可以是25千赫兹(kHz)或大约25千赫兹。主子系统 块260可以被配置用于从输出电压V_O3接收功率并因此处于复位(锁 定)状态。在此时段期间，由于负载控制电路264呈现的高阻抗状态， 负载电流I_S3可以为零或几乎为零。以这种方式，能量可以从初级线圈 212传递到CC输出(即，电压V_O3)，使得CC输出单调增加而不被LED串283、284加载。同样，当子系统块260未处于复位状态时，可 以控制开关274、276使得可变参考发生器172电耦合到控制电容器 Cctrl。

一旦CC输出上升到足够的电压，主子系统块260就可以开始操作。 主子系统块260开始操作时的V_O3的值可以取决于设备和电路，并且可 以称为“唤醒”电压。如波形502所示，事件512处的电压V_O3的值可 以近似等于10伏(例如9.9伏)；然而，如本领域普通技术人员可以理 解的，可以通过设计以及还通过电路参数来设置唤醒电压。例如，在 一些应用中，唤醒电压可以更大和/或小于10伏。参考图3C，可以通 过参考Vr4使用包括比较器294的控制回路来设置唤醒电压。

在事件512处，CC输出达到唤醒电压(例如，大约10V)并且可 以被启动，使得主子系统块260的控制回路和电路可以操作。CC输出 可以继续上升，直到达到事件514描绘的第一目标百分比。如图所示， 第一目标百分比可以是最大值的20％；然而，如本领域技术人员可以 理解的，也可以选择大于或小于20％的第一目标百分比。如果事件512 处的V_O3的值已经大于20％，则事件512和514可以同时发生。

在事件514处，可以将电容器电压Vctrl控制为等于其最大值的20％ 并且经由参考多路复用器块298多路复用，使得参考电压Vref1-Vref3 均等于Vctrl。同样在事件514处，输出调节器块296可以利用控制信 号V_C2控制开关222，以允许能量被传递到CV2输出(即，电压V_O2)。 输出调节器块296和包括比较器292的控制回路可以允许来自初级线 圈212的能量被传输到CV2输出并且向负载238提供负载电流I_S2。随 着CV2输出上升并且能量被传输到CV2输出，CC输出可以经由输出 调节器296保持稳定。如果CC输出开始下降，则输出调节器296可以 暂时将能量传输回CC输出。以这种方式，包括比较器291-294的输出 调节器和控制回路可以允许CV2输出上升，同时防止CC输出下降。

在事件516处，输出调节器块296可以用控制信号V_C1控制开关225 以允许能量被传递到CV1输出(即，电压V_O1)，而CC和CV2输出均 被调节到它们最大值的20％。输出调节器块296和包括比较器291的 控制回路可以允许来自初级线圈212的能量被递送到CV1输出并且向 负载242提供负载电流I_S1。随着CV1输出上升并且能量被传输到CV1 输出，CC输出和CV2输出可以经由输出调节器块296保持稳定。如果 CC输出和/或CV2输出开始下降，则输出调节器块296可以暂时将能 量传输回CC输出和/或CV2输出。以这种方式，输出调节器和包括比 较器291-294的控制回路可以允许CV1输出上升，同时防止CC输出 和CV2输出下降。

CV1输出(即，电压V_O1)可以向负载242和系统控制模块108内 的压敏逻辑电路供电。当CV1输出达到足够的电压电平时，则主-从信 号251可以将指示CV1输出电压电平的启动条件从主子系统块260传 输到从子系统块250。响应于主-从信号251，次级控制块256可以通过 发送握手信号经由耦合信号253与初级控制块254执行“握手”。在事 件517，CV1输出达到足够的电压(例如，其最大值的10％)，使得初 级控制块254可以在更高的开关频率处提供主控制信号Vcs。在事件 517处，系统控制模块108可以允许与空闲振荡测量的握手。空闲振荡 测量可以指测量其中前向控制信号Vfwd经历振荡的时间段。事件517 可以更一般地表示允许多输出功率转换器系统100从在软启动频率(例 如，25kHz)下操作转换到在更高频率下操作的系统事件。在大于25kHz 的较高频率下操作有利地允许多输出功率转换器系统100调节包括 LED串283、284的重负载。

CV1输出继续增加直到事件518。当CV1输出达到第一CV1目标 值(例如，其最大值的20％)时，事件518发生。从事件518开始， 控制电容器Cctrl和可变参考发生器172可用于单调地增加电容器电压 Vctrl。当CC输出(即，电压V_O3)、CV2输出(即，电压V_O2)和CV1 输出(即，电压V_O1)被输出调节器块296和比较器291-293调节时， V_O1-V_O3可同时受单调增加的电容器电压Vctrl的控制。以这种方式，CC输出、CV2输出和CV1输出可以在事件518处开始随着电容器电 压Vctrl单调地增加。如本领域普通技术人员可以理解的，即使图3C 的可变参考发生器172使用电容器Cctrl来产生单调增加的电容器电压 Vctrl，可以使用其他电路方法产生增加的电压。

在事件520处，主子系统块260可以经由LED控制块278确定加载 条件。同时，CV2输出和CV1输出可以继续跟随单调增加的电容器电 压Vctrl，直到每个达到最大值的100％的事件522。在事件522之后， 控制电容器Cctrl可以放电到不同的值；并且在事件524处，开关274、 276可以切换状态以允许控制电容器Cctrl用作积分器。同样在事件520 之后，参考多路复用器块298可以为参考信号Vref1-Vref3提供期望的 稳态调节值。

图7示出了根据一个实施方案的系统启动期间的CV输出波形602、 604、606、608。参考图5所示，波形602、604和606可以分别对应于 CV3输出、CV2输出和CV1输出的输出电压波形，并且波形608可以 对应于电容器电压Vctrl的波形。类似于图6中的波形502、504、506和508，每个波形602、604、606、608被绘制为按照系统启动事件510、 512、514、516、517、518、522的出现随时间描绘的启动瞬态的时间 的函数。与图6中呈现的时间描绘事件不同，图7中的那些没有包括 CC输出相关事件520和524。

图8示出了根据另一实施方案的系统启动期间的CC和CV输出波 形702、706、708。参考图4所示，波形702和706可以分别对应于 CC输出和CV1输出的输出电压波形，并且波形708可以对应于电容器 电压Vctrl的波形。类似于图6的波形502、506和508，每个波形702、706和708被绘制为按照系统启动事件510、512、514、517、518、520、 522和524的出现随时间描绘的启动瞬态的时间的函数，与图6中呈现 的时间描绘事件不同，图8中的那些没有包括CV2输出相关事件516， 其对应于调节输出电压V_O2。

如图6-8所示，可以在启动期间控制多输出功率转换器系统100中 的输出，以有利地允许多个输出V_O1-V_O3单调地上升。另外，控制方法 使CV1输出同时上升和/或在其他输出(即，电压V_O2、V_O3)达到更 高值之后上升；并且即使在初级开关252的开关速率低(例如25kHz) 时，在主子系统块260内的控制环也可以调节输出电压V_O1-V_O3。如下 面在图9中所述，与握手之前的CC/CV输出的控制有关的另一个特征 关于经由从子系统块250的输出调节。

图9示出了根据一个实施方案的系统启动期间的多输出功率转换器 系统100的电压和电流信号波形802、804、806、808、810、812、814。 波形802、804、806、808、810、812、814可以指初级开关电流I_SW、 负载电流I_S1、负载电流I_S2、前向控制信号(电压)Vfwd、从所述前向 控制信号Vfwd导出的逻辑信号FWC、开关控制信号(电压)V_C1和开 关控制信号(电压)V_C2。从时间820开始绘制波形802、804、806、 808、810、812、814，其中切换过渡边缘在时间822、824、826、828、 830、832、836和838处描绘。

参考图6，过渡边缘822和838之间的捕获时间可以对应于事件514 之后和事件517之前的时间段。在事件517之前(即，在“握手”之 前)，初级控制块254可以提供处于固定频率的主控制信号Vcs；并且 多输出功率转换器系统100可以在由初级控制块254确定的固定频率 下操作(即，可以在固定频率条件下操作)。在事件517之前的固定频 率条件期间，主子系统块260还可以提供开关控制信号V_C1和V_C2，使 得能量被传输到多个输出(例如，图6的CV1、CV2和CC输出)中 的一个选择输出，同时调节剩余的输出。另外，在固定频率条件期间，可以响应于来自CV1、CV2和CC输出中的一个选择输出的能量请求 来提供开关控制信号V_C1和V_C2；并且CV1、CV2和CC输出可以通过 开关控制信号V_C1和V_C2调节，使得输出电压V_O1-V_O3单调地增加。例 如，如图9所示，开关控制信号V_C1的波形812在时间820和824之间 为高，使得经由负载电流I_S1将能量提供给CV1输出(波形804)；此 外，开关控制信号V_C2的波形814在时间826和828之间为高，以便经 由负载电流I_S2(波形806)向CV2输出提供能量。

同样如图9所示，逻辑信号FWC的波形810可以响应于前向控制 信号Vfwd(波形808)改变状态(即，逻辑状态之间的转换)，并且可 以用于指示CV1、CV2和CC输出中的一个选择输出是否有“空闲振 荡”。当输出负载电流(例如，负载电流I_S1或I_S2)在开关控制信号(例 如，开关控制信号V_C1或V_C2)的转换之前放电时，可以发生空闲振荡 (也称为“空闲振铃”)。另外，可以相对于时间间隔825(例如，5毫 秒(μs))比较逻辑信号FWC(波形810)的转变，以有利地确定CV1、 CV2和CC输出中的所述一个选择输出的能量需求。例如，在时间824，当开关控制信号V_C1(波形812)改变状态时，逻辑信号FWC的波形 810改变状态(即，从高转变为低)。同样如波形804所示，负载电流 I_S1具有大于零的幅度并且在时间824处放电到基本为零的电流；反过 来，逻辑信号FWC的波形810响应于前向控制信号Vfwd(波形808) 改变状态，而在时间824不振荡。同样通过示例且相比较，负载电流 I_S2(波形806)在时间828之前基本上放电到零；并且反过来逻辑信号 FWC的波形810响应于前向控制信号Vfwd(波形808)在时间828、 830和832处振荡(即，空闲振荡)而改变状态。主子系统块260可以 与时间间隔825相关地使用和比较逻辑信号FWC(波形810)，以确定 CV2输出经历“空闲振荡”条件。在空闲振荡条件下，主子系统块260 可以在逻辑上忽略FWC信号。

图10A和10B示出了根据一个实施方案的用于向CC和CV输出提 供经调节的功率的多输出功率转换器系统的启动方法900的流程图。 步骤902可以对应于施加功率。然后参考图2A-2B和图6，判定步骤 903可以指比较器294将输出电压V_O3与参考值Vr4(例如10V)进行比较之前并且包括事件512的时间。在事件512处，判定步骤进行到 步骤906，其可以对应于启动主子系统块260(事件512)。下一判定步 骤907可以对应于事件512和514之间并包括事件512和514的时段。 如果CC输出大于所选择的第一电压(例如，10V)，则该方法进行到 判定步骤908。判定步骤908可以对应于使用主子系统块260的控制特 征以确定CC输出(即，电压V_O3)是否已达到最大值的目标百分比(例 如，20％)。

在满足判定步骤908的条件时，该方法可以继续到步骤910，其可 以对应于当电容器电压Vctrl被设置为期望的第一参考电平(例如，最 大值的20％)时的事件514。步骤912还可以对应于事件514，之后 CC输出被调节到第一CC电压(例如，10V或最大值的20％中的较大 者)。下一步骤916还可以对应于当启动CV2输出时的事件514，之后 CV2输出单调地增加。接下来，判定步骤920确定CV2输出是否已达 到其第一CV2目标值(例如，其最大值的20％)。当满足步骤920的 条件时，该方法继续到步骤922。

步骤922可以对应于事件516，其中CV2输出变得调节到其第一 CV2目标值(例如，20％)。下一步骤924也可以对应于事件516；在 事件516处，CV1输出开始单调地增加。下一判定步骤928可以确定 CV1输出何时达到其第一CV1目标值(例如，其最大值的10％)。与 握手有关的事件517可以对应于满足判定步骤928的条件。当满足条 件时，方法前进到步骤930。

在步骤930，控制器可以在较高频率下操作，由此从子系统块250 和主子系统块260以较高的主切换频率提供控制。下一判定步骤932 可以判断CV1输出是否已达到其第二目标值(例如，其最大值的20％)， 并且事件518可以对应于满足判定步骤932的条件。在满足判定步骤 932的条件时，该方法前进到步骤934。

步骤934可以对应于在当CC输出(即，电压V_O3)和CV输出(即， 电压V_O1和V_O2)相对于电容器电压Vctrl被调节时的事件518之后的 时段。下一步骤936还可以对应于跟随并包括事件518的时段，同时 电容器电压Vctrl单调增加。下一判定步骤938确定负载检测是否完成 (即，事件520)。在满足判定步骤938的条件时，该方法前进到判定 步骤942。

判定步骤942可确定电容器电压Vctrl何时达到其对应于事件522 的最大值。下一步骤944对应于当参考信号Vref1-Vref3可被设定为其 稳态值时的事件522之后的条件。最后，步骤946可以对应于事件524， 调节CC输出负载电流(即，负载电流I_S3)。

图11A和11B示出了根据一个实施方案的用于向CV输出提供经调 节的功率的多输出功率转换器系统的启动方法1000的流程图。启动方 法1000可以类似于启动方法900，除了与启动方法900的CC输出相 关的步骤被替换为对应于经调节的CV3输出(即，经调节的V_O3)的 步骤。参考图5和图7，启动方法1000的流程图步骤是类似的，除了 步骤907、908和912分别用CV3输出判定步骤1007、1008和1012代 替。步骤934也用对应于调节每个CV输出(即，经调节的电压V_O1-V_O3) 的步骤1034代替。另外，启动方法1000不包括分别对应于CC输出事 件520和524的步骤938和946。

图12A和12B示出了根据另一实施方案的用于向CC和CV输出提 供经调节的功率的多输出功率转换器系统的启动方法1100的流程图。 启动方法1100可以类似于启动方法900的启动方法，除了已经去除与 CV2输出有关的步骤(即，电压V_O2)之外。参照图4和图8，流程图 步骤是类似的，除了已经去除与CV2输出有关的步骤916、920和922。

图13示出了根据本文的教导的用于向CC和/或CV输出提供经调节 的功率的多输出功率转换器系统的通用启动方法1200的流程图。参照 图6-8所示，方法步骤1202可以对应于在事件510之前提供经整流的 ac电源(例如，“主”功率和/或经整流的ac线路电压V_IN)。步骤1204 可以对应于事件510，使用低软启动频率驱动初级开关252。步骤1206 可以对应于增加最高电压输出的电压(例如，电压V_O3)。步骤1208可 以对应于将最高电压输出调节到电压电平(例如，10V)。步骤1210可 以对应于包括事件514和/或516的事件，在此期间增加较低的电压输 出(例如，电压V_O1和/或电压V_O2)。判定步骤1212可以对应于系统唤 醒事件诸如握手之前的条件。满足判定步骤1212的条件可以对应于事 件517。下一步骤1214可以对应于利用握手控制以较高的频率操作多 输出控制器系统100。步骤1214还可以对应于使用由可变参考发生器 172生成的斜坡增加参考。步骤1216可以对应于在其中多个输出同时增加(斜坡增加)的事件518之后的时间段。判定步骤1218可以表示 描绘稳态的一般条件。例如，判定步骤1218可表示每个输出(即，电 压V_O1-V_O3中的每一个)已达到稳态值的条件。一旦满足判定步骤1218， 多输出转换器系统100就可以进行到步骤1220并且在稳态下操作。

应当理解，在说明书和示例附图中，主要利用能量传递元件(例如， 变压器)上的次级绕组的串联耦合来说明独立控制的CC/CV多输出的 构思。然而，它不应被视为限制，并且应当理解，基于多个输出中的 每一个的应用和负载功率要求，独立调节的CV/CC输出可以布置成根 据本文的教导的具有用于所有独立控制和经调节的输出的共同的返回 线的串联绕组、并联绕组或者串联绕组和并联绕组二者的任何耦合组 合。

所提出的转换器拓扑是具有多个独立调节的恒定电压和/或恒定电 流输出的专门针对单级多输出反激式转换器的应用的一个示例。这种 产品的示例目标可以包括监视器和电视应用，其包括用于需要稳定的 可调节(例如，调光)恒定电流输出的背光LED的并联串(例如，阵 列)的CC控制输出，所述CC控制输出具有例如40-50V电压降加上 一个或多个CV控制输出用于为每个输出应满足严格调节精度要求的 逻辑电路、通用串行总线(USB)和音频提供功率。

如本文所示，本教导的一个方面是一种在多输出开关模式转换器系 统中对输出电压排列顺序的方法。该方法包括：提供电源；将能量从 初级传输到最高电压次级输出；以及将能量从初级传输到最低电压次 级输出。电源被提供给多输出开关模式转换器系统的初级。能量从初 级传输到最高电压次级输出，以便增加最高电压次级输出的电压。而 且，能量从初级传输到最低电压次级输出，以便在调节最高电压次级 输出的电压时，同时增加最低电压次级输出的电压。另外，能量从初 级传输到最高电压次级输出和最低电压次级输出。传输能量以便同时 增加最高电压次级输出的电压和最低电压次级输出的电压。

在另一方面，多输出功率转换器被配置用于向多个负载提供功率。 多输出功率转换器包括系统控制模块、变压器和次级开关块。变压器 包括初级线圈和堆叠的次级线圈；堆叠的次级线圈具有多个堆叠的次 级输出。而且，初级线圈电耦合以从第一电源接收能量。次级开关块 电耦合到多个堆叠的次级输出，并包括多个输出。多个输出包括最高 电压输出和最低电压输出。在达到稳态之前的启动瞬态期间，系统控 制模块被配置用于控制从初级线圈到多个输出的能量传输。在初始软 启动阶段期间，在最低电压输出的电压增加之前最高电压输出的电压 单调增加，并且在随后的斜坡增加阶段期间，最高电压输出的电压与 最低电压输出的电压同时上升。

本公开所示的示例的上述描述，包括摘要中描述的内容，并非旨在 是穷举的，也不是对所公开的确切形式的限制。虽然为了说明的目的 在本文中描述了对多输出开关模式转换器和多输出开关模式转换器系 统中的输出排列顺序的具体实施方案和实施例，但是在不脱离本公开 内容的更广泛的精神和范围的情况下，可以进行各种等同修改。实际上，应当理解，具体示例电压、电流、频率、功率范围值、时间等被 提供用于解释目的，并且根据本文的教导，其他值也可以用于其他实 施方案和实施例中。