DE102005056338B4

DE102005056338B4 - Spannungskonverter und Verfahren zur Spannungskonversion

Info

Publication number: DE102005056338B4
Application number: DE102005056338.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Trattler
Original assignee: Ams AG
Current assignee: Ams Osram AG
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2025-11-26
Also published as: DE102005056338A1

Abstract

Spannungskonverter für eine Anzeige- oder Beleuchtungseinrichtung, umfassend eine Schaltungsanordnung und eine Induktivität (3), die zwischen eine Versorgungsquelle (5) und einen Eingang (2) der Schaltungsanordnung geschaltet ist, wobei die Schaltungsanordnung umfasst: – einen Steuertransistor (10), der zwischen dem Eingang (2) und einem Bezugspotentialanschluss (8) angeordnet ist, – einen ersten Längstransistor (40), der zwischen dem Eingang (2) und einem ersten Ausgang (45) angeordnet ist, – eine erste elektrische Last (46), die zwischen den ersten Ausgang (45) und den Bezugspotenzialanschluss (8) geschaltet ist und mindestens eine Leuchtdiode (51) und eine erste Stromquelle (47) umfasst, – einen ersten Steuereingang (50), dem eine erste Eingangsspannung (Uin1) zuführbar ist, die an einem Abgriff zwischen der mindestens einen Leuchtdiode (51) und der ersten Stromquelle (47) der ersten elektrischen Last (46) abgreifbar ist, – mindestens einen zweiten Längstransistor (60, 80), der zwischen dem Eingang (2) und mindestens einem zweiten Ausgang (65, 85) angeordnet ist, – mindestens eine zweite elektrischen Last (66, 86), die zwischenden mindestens einen zweiten Ausgang (65, 85) und den Bezugspotenzialanschluss (8) geschaltet ist und mindestens eine Leuchtdiode (71, 72, 91, 92, 93) und eine zweite Stromquelle (67, 87) umfasst, – mindestens einen zweiten Steuereingang (70), dem mindestens eine zweite Eingangsspannung (Uin2, Uin3) zuführbar ist, die an einem Abgriff zwischen der mindestens einen Leuchtdiode (71, 72) und der zweiten Stromquelle (67, 87) der mindestens einen zweiten elektrischen Last (66, 86) abgreifbar ist, und – eine Steuerunsanordnung (14), eingerichtet zur Abgabe eines Einstellsignals (S0) an einen Steueranschluss (13) des Steuertransistors (10) und umfassend – einen Multiplexer (16), der ausgangsseitig mit einem Steueranschluss (43) des ersten Längstransistors (40) und einem Steueranschluss (63, 83) des mindestens einen zweiten Längstransistors (60, 80) verbunden ist, so dass wahlweise der erste oder der mindestens eine zweite Längstransistor (40, 60, 80) angesteuert wird, ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spannungskonverter mit einer Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zur Spannungskonversion.
Derartige Schaltungsanordnungen können bei der Versorgung von Leuchtdioden, englisch light emitting diodes, abgekürzt LEDs, wie sie beispielsweise bei tragbaren Telefonen und Digitalkameras verwendet werden, eingesetzt werden. Insbesondere können solche Anordnungen für Anzeigeeinrichtungen wie eine Rot-Grün-Blau-Hintergrundsbeleuchtung, abgekürzt RGB-Hintergrundsbeleuchtung, verwendet werden. Auch bei LEDs mit verschiedenen Flussspannungen können derartige Ansteuerungen eingesetzt werden.
Spannungskonverter, im englischen als direct current/direct current converter, abgekürzt DC/DC-Converter bezeichnet, dienen üblicherweise dazu, eine niedrige in eine höhere Gleichspannung oder umgekehrt eine höhere in eine niedrige Gleichspannung umzuwandeln. Werden mehrere LEDs verwendet, so werden diese üblicherweise hintereinander geschaltet. Aufgrund dieser Hintereinanderschaltung ist eine Aufwärtskonversion einer Batteriespannung in vielen Geräten nötig.
In dem Datenblatt ”Constant-Current DC/DC LED Driver in Thin-SOT”, LT1932, Linear Technology, USA, ist ein Bauelement beschrieben, das für den Betrieb mehrerer seriell geschalteter LEDs einsetzbar ist. Gemäß dem Schaltplan ist ein Spannungseingang über eine Induktivität mit einem Eingang des Bauelements verbunden. Das Bauelement umfasst einen Transistor, über den der Eingang mit einem Bezugspotenzialanschluss verbindbar ist. Der Eingang des Bauelements ist darüber hinaus über eine Diode und die anzuschließenden LEDs mit dem Bezugspotenzialanschluss verbunden. Ist der Transistor leitend geschaltet, so steigt ein Strom durch die Induktivität an. Beim Ausschalten des Transistors entsteht eine Spannung, die zur Versorgung der LED eingesetzt wird.
Dokument US 2004/0017111 A1 beschreibt eine Anordnung zur Regelung mehrerer Ausgänge eines Spannungswandlers. Eine integrierte Schaltung umfasst einen Prozessorkern, einen Speicher, mehrere Schaltungsmodule und einen Gleichspannungswandler. Der Gleichspannungswandler erzeugt eine erste und eine zweite Ausgangsspannung, mit denen der Prozessorkern, der Speicher und die Schaltungsmodule versorgt werden. Die beiden Ausgangsspannungen werden einem Lastenauswahlmodul und einem Rückkoppelmodul zugeleitet. Das Rückkoppelmodul generiert eine Rückkoppelspannung auf Basis der ersten und der zweiten Ausgangsspannung derart, dass eine gemeinsame repräsentative Spannung bereitgestellt wird. Ein Steuermodul ist mit den Ausgängen des Lastenauswahlmoduls und des Rückkoppelmoduls verbunden und steuert die Transistoren des Spannungswandlers.
Die Dokumente US 2005/0088207 A1 , EP 1499165 A2 und DE 10318780 A1 befassen sich mit Anordnungen zum Treiben von mehreren Pfaden, die jeweils eine Leuchtdiode und eine Stromquelle aufweisen. Die Pfade sind parallel geschaltet und werden mit einer gemeinsamen Versorgungsspannung beaufschlagt. Die Versorgungsspannung wird in Abhängigkeit von dem Wert der niedrigsten über den Stromquellen abfallenden Spannung gesteuert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Spannungskonverter mit einer Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Spannungskonversion bereitzustellen, das eine hohe Flexibilität und Effizienz bezüglich der Versorgung einer elektrischen Last aufweist.
Diese Aufgaben werden mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie dem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 9 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Spannungskonverter umfasst eine Schaltungsanordnung sowie eine Induktivität, die zwischen eine Versorgungsquelle und einen Eingang der Schaltungsanordnung geschaltet ist.
Die Schaltungsanordnung umfasst einen Steuertransistor, einen ersten und mindestens einen zweiten Längstransistor, einen ersten und mindestens einen zweiten Ausgang, eine erste und mindestens eine zweite elektrische Last, einen ersten und mindestens einen zweiten Steuereingang sowie eine Steuerungsanordnung. Die Schaltungsanordnung ist für einen Spannungskonverter für eine Anzeige- oder Beleuchtungseinrichtung geeignet.
Der Eingang der Schaltungsanordnung ist zum Koppeln mit einer Versorgungsquelle ausgelegt. Der Steuertransistor ist an einem ersten Anschluss mit dem Eingang und an einem zweiten Anschluss mit einem Bezugspotenzialanschluss verbunden. Der erste Längstransistor ist an einem ersten Anschluss mit dem Eingang und an einem zweiten Anschluss mit dem ersten Ausgang verbunden. Die erste elektrische Last ist zwischen den ersten Ausgang und den Bezugspotenzialanschluss geschaltet und umfasst mindestens eine Leuchtdiode und eine erste Stromquelle. Dem ersten Steuereingang ist eine erste Eingangsspannung zuführbar, die an einem Abgriff zwischen der mindestens einen Leuchtdiode und der ersten Stromquelle der ersten elektrischen Last abgreifbar ist. Der mindestens eine zweite Längstransistor ist zwischen dem Eingang und dem mindestens einen zweiten Ausgang angeordnet. Die mindestens eine zweite elektrische Last ist zwischen den mindestens einen zweiten Ausgang und den Bezugspotenzialanschluss geschaltet und umfasst mindestens eine Leuchtdiode und mindestens eine zweite Stromquelle. Dem mindestens einen zweiten Steuereingang ist mindestens eine zweite Eingangsspannung zuführbar, die an einem Abgriff zwischen der mindestens einen Leuchtdiode und der mindestens einen zweiten Stromquelle der mindestens einen zweiten elektrischen Last abgreifbar ist.
Die Steuerungsanordnung ist eingerichtet zur Abgabe eines Einstellsignals an einen Steueranschluss des Steuertransistors und umfasst einen Multiplexer, eine Messeinrichtung, eine Treiberschaltung und eine Erfassungsschaltung. Der Multiplexer ist ausgangsseitig mit dem Steueranschluss des ersten Längstransistors und dem Steueranschluss des mindestens einen zweiten Längstransistors verbunden, so dass wahlweise der erste oder der mindestens eine zweite Längstransistors angesteuert wird. Die Messeinrichtung ist mit dem ersten und dem mindestens einen zweiten Steuereingang verbunden, zur Bestimmung der Höhe der geringsten Eingangsspannung ausgebildet und ausgangsseitig über eine Treiberschaltung mit einem Eingang des Multiplexers gekoppelt. Die Treiberschaltung ist ausgebildet, entsprechend der Höhe der geringsten Eingangsspannung die Zeitdauer für den geschlossenen Betriebszustand des Steuertransistors und die Zeitdauer für den geschlossenen Betriebszustand des ersten beziehungsweise des mindestens einen zweiten Längstransistors einzustellen. An die Erfassungsschaltung ist der erste und der mindestens eine zweite Steuereingang angeschlossen. Die Erfassungsschaltung ist ausgangsseitig mit einem Steuereingang des Multiplexers verbunden und eingerichtet zu ermitteln, an welchem der Steuereingänge die geringste Eingangsspannung vorhanden ist, sowie den Multiplexer so einzustellen, dass die elektrische Last mit der geringsten Eingangsspannung als nächste mit elektrischer Energie versorgt wird.
Die Steuerungsanordnung ist eingangsseitig mit dem ersten Steuereingang sowie ausgangsseitig mit einem Steueranschluss des Steuertransistors und mit einem Steueranschluss des ersten Längstransistors und mit einem Steueranschluss des mindestens einen zweiten Längstransistors verbunden.
Der Eingang der Schaltungsanordnung dient zur Zuführung von elektrischer Energie. Über den Steuertransistor kann ein Strom von dem Eingang zu dem Bezugspotenzialanschluss fließen. Ebenso kann ein Strom von dem Eingang über den ersten Längstransistor zu dem ersten Ausgang der Schaltungsanordnung fließen. Der Ausgang dient damit zur Abgabe des ersten Ausgangsstroms an die erste elektrische Last. An der ersten elektrischen Last ist die erste Eingangsspannung abgreifbar, welche dem ersten Steuereingang der Schaltungsanordnung und in der Schaltungsanordnung der Steuerungsanordnung zuführbar ist. Die Steuerungsanordnung ist eingerichtet, ausgangsseitig ein erstes Steuersignal an den Steueranschluss des ersten Längstransistors abzugeben.
Mit Vorteil kann mittels des ersten Längstransistors und des mindestens einen zweiten Längstransistors elektrische Energie der elektrischen Last zeitlich und in der Höhe einstellbar zugeführt sein. Es ist ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung, dass die elektrische Last mit der Schaltungsanordnung über den ersten und den mindestens einen zweiten Steuereingang der Schaltungsanordnung und damit der Steuerungsanordnung rückkoppelbar ist.
In einer Ausführungsform ist der Steuertransistor und/oder der erste Längstransistor als selbstleitende Feldeffekttransistoren, englisch depletion field effect transistors, ausgebildet. Bevorzugt sind der Steuertransistor und/oder der erste Längstransistor als selbstsperrende Feldeffekttransistoren, englisch enhancement field effect transitors, ausgebildet.
In einer Ausführungsform ist der Steuertransistor als ein p-Kanal-Feldeffekttransistor ausgebildet. Bevorzugt ist der Steuertransistor als n-Kanal-Feldeffekttransistor ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Stromtragefähigkeit eines n-Kanal-Feldeffekttransistors bei den gleichen Geometriedaten größer als die Stromtragefähigkeit eines p-Kanal-Feldeffekttransistors ist.
In einer Ausführungsform ist der erste Längstransistor als n-Kanal-Feldeffekttransistor ausgebildet. Bevorzugt ist der erste Längstransistor als p-Kanal-Feldeffekttransistor ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass zur Ansteuerung eines p-Kanal-Feldeffekttransistors Spannungen zwischen dem Bezugspotenzial und der Spannung an dem Eingang der Schaltungsanordnung benötigt sind, während für einen selbstsperrenden n-Kanal-Feldeffekttransistors Spannungen benötigt sind, die über einer Spannung an dem ersten und dem zweiten Anschluss des Längstransistor sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Steuertransistor als selbstsperrender n-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistor und der erste Längstransistor als selbstsperrender p-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistor ausgebildet.
In einer Ausführungsform kann die Schaltungsanordnung beispielsweise ein Mittel zum Erfassen der Stromrichtung des ersten Ausgangsstroms umfassen, das mit der Steuerungsanordnung gekoppelt ist. Vorteilhafterweise ist dadurch ein Verlust von elektrischer Energie der ersten elektrischen Last zu dem Eingang der Schaltungsanordnung oder über den Steuertransistor zu dem Bezugspotentialanschluss verhinderbar.
In einer Ausführungsform kann beispielsweise das Mittel zum Erfassen der Stromrichtung einen Widerstand aufweisen, der zwischen den ersten Anschluss des ersten Längstransistors und den Eingang der Schaltungsanordnung geschaltet ist. Alternativ kann der Widerstand zwischen den zweiten Anschluss des ersten Längstransistors und den ersten Ausgang geschaltet sein. Die beiden Anschlüsse des Widerstandes können mit der Steuerungsanordnung zur Zuführung einer Information über die Potentiale an den beiden Widerstandsanschlüssen verbunden sein. In der Steuerungsanordnung kann somit der erste Ausgangsstrom nach Betrag und Richtung erfasst werden.
Die Schaltungsanordnung kann in einer Weiterbildung ein Mittel zum Erfassen der Potenzialdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des ersten Längstransistors umfassen. Das Mittel zum Erfassen der Potenzialdifferenz weist Verbindungsleitungen von dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des ersten Längstransistors zur Steuerungsanordnung auf. Es ist ein Vorteil dieser Weiterbildung, dass kein zusätzliches Bauelement wie ein Widerstand benötigt wird und dass auch bei einem ersten Längstransistor in einem sperrenden Betriebszustand ermittelbar ist, in welche Richtung der erste Ausgangsstrom nach einem Schalten des ersten Längstransistor in einen leitenden Betriebszustand fließen würde.
Die Steuerungsanordnung ist ausgangsseitig mit dem Steueranschluss des mindestens einen zweiten Längstransistors verbunden. Der zweite Ausgang ist dazu ausgelegt, den mindestens einen zweiten Ausgangsstrom an die mindestens eine zweite elektrische Last abzugeben. Die Steuerungsanordnung ist zur Abgabe mindestens eines zweiten Steuersignals an den Steueranschluss des mindestens einen zweiten Längstransistors eingerichtet. Somit kann die Schaltungsanordnung mit Vorteil die erste elektrische Last sowie die mindestens eine zweite elektrische Last getrennt voneinander mit elektrischer Energie versorgen.
Die erste elektrische Last und die mindestens eine zweite elektrische Last können verschieden sein. Eine zum Betreiben der ersten elektrischen Last benötigte Spannung und eine zum Betreiben der mindestens einen zweiten elektrischen Last benötigte Spannung können unterschiedlich sein. Der Strom- oder der Leistungsbedarf der ersten und der mindestens einen zweiten elektrischen Last können verschieden sein.
Der mindestens eine zweite Längstransistor kann in entsprechender Weise wie der erste Längstransistor ausgebildet sein.
Mit Vorteil ist somit die Steuerungsanordnung dazu ausgelegt, das Steuersignal und das mindestens eine zweite Einstellsignal in Abhängigkeit von der mindestens einen zweiten Eingangsspannung zu bilden.
In einer Weiterbildung kann beispielsweise das Mittel zum Erfassen der Stromrichtung des mindestens einen zweiten Ausgangsstroms entsprechend dem Mittel zum Erfassen der Stromrichtung des ersten Ausgangsstroms realisiert sein.
In einer Weiterbildung kann die Schaltungsanordnung ein Mittel zum Erfassen der Potenzialdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des mindestens einen zweiten Längstransistors aufweisen. Die Steuerangsanordnung ist dazu entsprechend wie beim ersten Längstransistor mit dem ersten und dem zweiten Anschluss des mindestens einen zweiten Längstransistors verbunden.
In einer Weiterbildung sind der Steueranschluss des ersten Längstransistors und der Steueranschluss des mindestens einen zweiten Längstransistors jeweils einzeln hochohmig mit einem Potenzialanschluss verbunden, dessen Potenzial den ersten Längstransistor und den mindestens einen zweiten Längstransistor in einen sperrenden Betriebszustand versetzt, so lange der erste Längstransistor oder der mindestens eine zweite Längstransistor nicht mittels des Multiplexers angesteuert ist. Somit sind mit Vorteil die verschiedenen Längstransistoren, auch wenn sie in einer Phase nicht vom Multiplexer angesteuert sind, in einem definierten Betriebszustand.
Es ist ein Vorteil, dass aufgrund der Erfassungsschaltung elektrische Energie gezielt derjenigen elektrischen Last zuführbar ist, bei der die Eingangsspannung den geringsten Wert annimmt. Somit kann derjenigen elektrischen Last Energie zugeleitet werden, deren Bedarf aktuell am höchsten ist.
In einer Ausführungsform der Weiterbildung kann die Erfassungsschaltung bei zwei elektrischen Lasten einen Komparator zum Vergleich der ersten Eingangsspannung mit der zweiten Eingangsspannung aufweisen. In einer Ausführungsform der Weiterbildung für dreielektrische Lasten kann die Erfassungsschaltung drei Komparatoren zum Vergleich der drei Eingangsspannungen aufweisen.
In einer alternativen Form der Weiterbildung kann die Erfassungsschaltung dazu ausgelegt sein, zu ermitteln, an welchem der Steuereingänge die geringste Eingangsspannung verglichen mit einem einstellbaren Sollwert vorhanden ist. Der einstellbare Sollwert für die Eingangsspannung kann für den ersten Steuereingang und für den mindestens einen zweiten Steuereingang verschieden sein.
Die Messeinrichtung ist eingerichtet, die Größe der geringsten Eingangsspannung zu ermitteln. Dadurch ist es möglich, dass das Steuersignal und das erste Einstellsignal beziehungsweise das mindestens eine zweite Einstellsignal in Abhängigkeit von der Größe der geringsten Eingangsspannung erzeugt werden können.
In einer alternativen Ausführungsform der Weiterbildung ist die Messeinrichtung eingerichtet, die Größe der geringsten Eingangsspannung verglichen mit einem einstellbaren Sollwert zu ermitteln. Dadurch kann das Steuersignal und das erste Einstellsignal beziehungsweise das mindestens eine zweite Einstellsignal in Abhängigkeit von der Größe der geringsten Eingangsspannung verglichen mit einem einstellbaren Sollwert erzeugt werden. Die einstellbaren Sollwerte können für die unterschiedlichen Steuereingänge verschieden sein.
Die Erfassungsschaltung kann ausgangsseitig mit dem Multiplexer gekoppelt sein und zur Steuerung des Multiplexers dienen.
Ist der erste Längstransistor als p-Kanal-Feldeffekttransistor ausgebildet, so weist der Substratanschluss vorzugsweise ein Potenzial auf, das gleich einem oder höher als ein Potenzial an dem ersten und ein Potenzial an dem zweiten Anschluss des ersten Längstransistors ist.
In einer Weiterbildung umfasst die Steuerungsanordnung eine erste Diode, die zwischen den zweiten Anschluss des ersten Längstransistors und einen Substratanschluss des ersten Längstransistors geschaltet ist und zum Einstellen des Potenzials des Substratanschlusses des ersten Längstransistors vorgesehen ist. In einer Weiterbildung weist die Steuerungsanordnung mindestens eine zweite Diode auf, die zwischen den zweiten Anschluss des mindestens einen zweiten Längstransistors und einen Substratanschluss des mindestens einen zweiten Längstransistors geschaltet ist.
In einer Weiterbildung sind die Substratanschlüsse des ersten Längstransistors und des mindestens einen zweiten Längstransistors miteinander leitend verbunden.
Die Schaltungsanordnung kann mit der Versorgungsquelle direkt verbunden sein. In einer Weiterbildung kann die Schaltungsanordnung eine weitere Diode umfassen, die zwischen die Versorgungsquelle und den Substratanschlüssen des ersten und des mindestens einen zweiten Längstransistors geschaltet ist. Mit Vorteil ist somit auch bei einem Einschaltvorgang der Schaltungsanordnung den Substratanschlüssen ein hohes Potenzial zuführbar.
In einer Weiterbildung umfasst die Steuerungsanordnung einen Haltekondensator, der an einer ersten Elektrode an den Substratanschlüssen des ersten und des mindestens einen zweiten Längstransistors und an einer zweiten Elektrode an dem Bezugspotenzialanschluss angeschlossen ist. Somit kann mit Vorteil an der ersten Elektrode des Haltekondensators das höchste Potenzial, das in der Schaltungsanordnung abgreifbar ist, anliegen und zum Einstellen der Substratanschlüsse dienen.
Die Dioden können als Schottky-Dioden ausgeführt sein. Mit Vorteil haben somit diese Dioden eine niedrige Durchlassspannung.
Alternativ können die Dioden auch mittels des im Feldeffekttransistor bereits vorhandenen Source-Substrat- bzw. Drain-Substrat-Übergangs realisiert sein. Es ist ein Vorteil dieser Ausführungsform, dass, im Unterschied zu einer Realisierung als Schottky-Dioden, zur Herstellung der Source-Substrat- bzw. Drain-Substrat-Übergänge keine zusätzlichen Schritte in einem CMOS-Prozess benötigt werden.
Der Spannungskonverter ist eingerichtet zur Versorgung der ersten und der mindestens einen zweiten elektrischen Last.
In einer Weiterbildung der ersten elektrischen Last ist die erste Stromquelle zwischen der Leuchtdiode und dem Bezugspotenzialanschluss vorgesehen.
Die erste Stromquelle kann als Stromsenke ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ist die erste Stromquelle dazu ausgelegt, einen Stromfluss durch die erste elektrische Last konstant zu halten und umfasst einen Transistor. Die erste Eingangsspannung kann ein Maß dafür sein, inwieweit eine erste Ausgangsspannung, die über der ersten elektrischen Last anliegt, höher als die für die erste elektrische Last vorgesehene minimale Spannung ist.
Die Induktivität kann als Spule ausgebildet sein.
Die erste elektrische Last weist einen ersten Kondensator auf, der zwischen den ersten Ausgang und den Bezugspotenzialanschluss geschaltet ist. Mit Vorteil ist somit dem ersten Kondensator Energie über den ersten Längstransistor zuführbar, während der erste Längstransistor in einem leitenden Betriebszustand ist. Diese Energie kann der erste Kondensator, während der erste Längstransistor in einem sperrenden Betriebszustand ist, zur Versorgung der weiteren Bauteile der ersten elektrischen Last abgeben.
Der Spannungskonverter dient zur Versorgung der mindestens einen zweiten elektrischen Last.
Die mindestens eine zweite elektrische Last umfasst mindestens zweiten Kondensator, der zwischen den mindestens einem zweiten Ausgang und den Bezugspotenzialanschluss geschaltet ist.
Der Spannungskonverter kann zur Aufwärtsspannungswandlung eingesetzt sein. Er ist zur Ansteuerung von LEDs verwendet. Der Spannungskonverter kann für eine Rot-Grün-Blau-Hintergrundbeleuchtung, abgekürzt RGB-Hintergrundbeleuchtung oder alternativ für eine Weiß-Rot Beleuchtung eingesetzt sein.
Der erste Steuereingang ist mit dem ersten Ausgang der Schaltungsanordnung verbunden, an den der erste Kondensator angeschlossen ist. Weiter ist der mindestens eine zweite Steuereingang mit dem mindestens einen zweiten Ausgang verbunden, an den der mindestens eine zweite Kondensator angeschlossen ist. Der Spannungskonverter kann somit zur Aufwärtsspannungswandlung für eine Abgabe von mindestens zwei verschiedenen Spannungen eingesetzt sein. Mit Vorteil ist ein Schwankungsbereich der mindestens zwei verschiedenen Spannungen einstellbar.
In einer Weiterbildung kann die erste und/oder die mindestens eine zweite Stromquelle ausschaltbar ausgelegt sein. Mit Vorteil können somit die erste elektrische Last und/oder die mindestens eine zweite elektrische Last ausschaltbar sein, auch wenn der erste und/oder der mindestens eine zweite Kondensator in einem geladenen Zustand sind. Damit ist mit Vorteil ein schnelles und von dem Energieinhalt des ersten und/oder des mindestens einen zweiten Kondensators unabhängiges Ausschalten der ersten und/oder der mindestens einen zweiten Last möglich.
Die Schaltungsanordnung kann in einer Ausführungsform auf einem Halbleiterkörper realisiert sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Halbleiterkörper zusätzlich zu der Schaltungsanordnung auch die erste und die mindestens eine zweite Stromquelle umfassen.
Ein Verfahren zum Betrieb eines Spannungskonverters sieht folgende Schritte vor:
Eine Induktivität wird mit elektrischer Energie versorgt. Dazu wird ein Steuertransistor, welcher in Serie mit der Induktivität zwischen einer Versorgungsquelle und einen Bezugspotenzialanschluss geschaltet ist, in einen niederohmigen Betriebszustand geschaltet.
Eine erste und mindestens eine zweite Eingangsspannung, die an einer ersten elektrischen Last beziehungsweise an mindestens einer zweiten elektrischen Last abgegriffen wird, werden einer Erfassungsschaltung und einer Messeinrichtung zugeführt. Der minimale Wert unter den Eingangsspannungen wird mittels der Messeinrichtung bestimmt. Ein Multiplexer wird mittels der Erfassungsschaltung so eingestellt, dass die elektrische Last mit der geringsten Eingangsspannung als nächste mit elektrischer Energie versorgt wird.
Die elektrische Energie der Induktivität wird an eine erste elektrische Last abgegeben, dadurch dass ein erster Längstransistor, der sich zwischen der ersten elektrischen Last und der Induktivität befindet, in einen niederohmigen Betriebszustand geschaltet wird. Dadurch wird die elektrische Energie der Induktivität über den ersten Längstransistor der ersten elektrischen Last zugeführt.
Elektrische Energie der Induktivität wird an die mindestens eine zweite elektrische Last durch Schalten mindestens einen zweiten Längstransistors in einen niederohmigen Betriebszustand abgegeben, wobei mittels des Multiplexers wahlweise der erste oder der mindestens eine zweite Längstransistor angesteuert wird und entsprechend des minimalen Wertes unter den Eingangsspannungen die Zeitdauer für den geschlossenen Betriebszustand des Steuertransistors und die Zeitdauer für den geschlossenen Betriebszustand des ersten beziehungsweise des mindestens einen zweiten Längstransistors eingestellt wird.
Dabei umfasst die erste elektrische Last mindestens eine Leuchtdiode und eine erste Stromquelle. Die erste Eingangsspannung wird an einem Abgriff zwischen der mindestens einen Leuchtdiode und der ersten Stromquelle der ersten elektrischen Last abgegriffen. Die mindestens eine zweite elektrischen Last umfasst mindestens eine Leuchtdiode und mindestens eine zweite Stromquelle. Die mindestens eine zweite Eingangsspannung wird an einem Abgriff zwischen der mindestens einen Leuchtdiode und der mindestens einen zweiten Stromquelle der mindestens einen zweiten elektrischen Last abgegriffen. Die Stromrichtung eines durch den ersten Ausgang fließenden ersten Ausgangsstroms und die Stromrichtung mindestens einen zweiten Ausgangsstroms, der durch den mindestens einen zweiten Ausgang fließt, werden erfasst, so dass der erste und der mindestens eine zweite Längstransistors ausschließlich dann in einen leitenden Betriebszustand geschaltet sind, wenn der erste beziehungsweise der mindestens eine zweite Ausgangsstrom positive Werte annimmt.
Mit Vorteil wird somit in der Induktivität in einem ersten Schritt elektrische Energie gespeichert, die in einem zweiten Schritt der elektrischen Last zugeführt wird.
In einer Ausführungsform wird während oder nach dem Schalten des ersten Längstransistors in einen niederohmigen Betriebszustand der Steuertransistor in einen hochohmigen Betriebszustand geschaltet. Da eine Spannung über eine Induktivität proportional zur Änderung des Stromes durch die Induktivität ist, kann durch ein schnelles Ausschalten des Steuertransistors eine Spannungsüberhöhung erzielt werden, sodass die erste und/oder die mindestens eine zweite elektrische Last mit einer Spannung versorgbar ist, welche höher als eine Spannung der Versorgungsquelle ist.
Zusammenfassend hat das erfindungsgemäße Prinzip folgende Vorteile:

– Mittels des Steuertransistors und des ersten Längstransistors kann der Zeitpunkt vorgegeben werden, zu dem die erste elektrische Last mit elektrischer Energie versorgt wird.
– Mittels des Steuertransistors und des ersten Längstransistors ist die Höhe des Betrages der elektrischen Energie, welche der ersten elektrischen Last zur Verfügung gestellt wird, einstellbar.
– Mittels des ersten Steuereingangs kann die Zufuhr der elektrischen Energie an die erste elektrische Last geregelt werden.
– Die Schaltungsanordnung ist geeignet, dass sie eingangsseitig über eine Induktivität mit der Versorgungsquelle verbunden werden kann. Mittels der Induktivität kann eine Spannungserzeugung mit Aufwärtskonversion erzielt werden.
– Die Versorgung der ersten elektrischen Last erfolgt auf Grund des geregelten Betriebs mit hoher Effizienz.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit Schaltungsteile oder Bauelemente in ihrer Funktion übereinstimmen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.
1A bis 1C zeigen jeweils beispielhafte Spannungskonverter mit einer Schaltungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
2A bis 2E zeigen jeweils beispielhafte Beschaltungen eines Feldeffekttransistors, wie er in den 1a bis 1c eingesetzt werden kann.
3 zeigt Signale des Spannungskonverters mit der Schaltungsanordnung in Abhängigkeit von der Zeit nach dem vorgeschlagenen Prinzip in einer beispielhaften Ausführung.
1A zeigt einen Spannungskonverter mit einer Schaltungsanordnung 1 nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
Die Schaltungsanordnung 1 umfasst einen Steuertransistor 10 sowie einen ersten, einen zweiten und einen dritten Längstransistor 40, 60, 80. Der Steuertransistor 10 ist an seinem ersten Anschluss 11 mit einem Eingang 2 der Schaltungsanordnung 1 verbunden. Ebenso sind der erste, der zweite und der dritte Längstransistor 40, 60, 80 jeweils an einem ersten Anschluss 41, 61, 81 mit dem Eingang 2 der Schaltungsanordnung verbunden. Ein zweiter Anschluss 42, 62, 82 des ersten, des zweiten und des dritten Längstransistor 40, 60, 80 ist mit einem ersten Ausgang 45, mit einem zweiten Ausgang 65 beziehungsweise mit einem dritten Ausgang 85 der Schaltungsanordnung 1 verbunden.
Die Schaltungsanordnung 1 umfasst eine Steuerungsanordnung 14, die ausgangsseitig mit einem Steueranschluss 13 des Steuertransistors 10 sowie Steueranschlüssen 43, 63, 83 des ersten, des zweiten und des dritten Längstransistor 40, 60, 80 verbunden ist. Die Steuerungsanordnung 14 ist eingangsseitig mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Steuereingang 50, 70, 90 der Schaltungsanordnung 1 verbunden. Die Steuerungsanordnung 14 ist an einem Bezugspotenzialanschluss 8 angeschlossen.
Der Eingang 2 der Schaltungsanordnung 1 ist über eine Induktivität 3 mit einem Versorgungsspannungsanschluss 4 gekoppelt. Zwischen den Versorgungsspannungsanschluss 4 und den Bezugspotenzialanschluss 8 ist eine Versorgungsquelle 5 geschaltet, die an einem positiven Anschluss mit dem Spannungsversorgungsanschluss 4 und an einem negativen Anschluss mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 verknüpft ist.
An dem ersten Ausgang 45 ist die erste elektrische Last 46 angeschlossen. Die erste elektrische Last 46 umfasst zwei LEDs 51, 52, eine erste Stromquelle 47 und einen ersten Kondensator 48. Der erste Kondensator 48 ist zwischen den ersten Ausgang 45 und den Bezugspotenzialanschluss 8 geschaltet. Die LEDs 51, 52 und die erste Stromquelle 47 bilden eine Serienschaltung, die zwischen den ersten Ausgang 45 und den Bezugspotenzialanschluss 8 geschaltet ist. Dabei ist ein Anschluss einer LED an dem ersten Ausgang 45 und ein Anschluss der Stromquelle 47 an dem Bezugspotenzialanschluss 8 angeschlossen. Ein erster Abgriff 49 befindet sich zwischen den LEDs 51, 52 und der ersten Stromquelle 47. Der Abgriff 49 ist mit dem ersten Steuereingang 50 der Schaltungsanordnung 1 verbunden.
In entsprechender Weise sind die zweite und die dritte elektrische Last 66, 86 realisiert. Die zweite elektrische Last 66 umfasst einen zweiten Kondensator 68, der zwischen dem zweiten Ausgang 65 der Schaltungsanordnung 1 und dem Bezugspotenzialanschluss 8 geschaltet ist. Weiter umfasst die zweite elektrische Last 66 zwei LEDs 71, 72 und eine zweite Stromquelle 67, die seriell zueinander verbunden sind und zwischen den zweiten Ausgang 65 und den Bezugspotenzialanschluss 8 geschaltet sind. Ein zweiter Abgriff 69, der sich zwischen den beiden LEDs 71, 72 und der zweiten Stromquelle 67 befindet, ist mit dem zweiten Steuereingang 70 verbunden.
Ebenso weist die dritte elektrische Last 86 einen dritten Kondensator 88 auf, der den dritten Ausgang 85 der Schaltungsanordnung 1 mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 koppelt. Weiter weist die dritte elektrische Last 86 zwei LEDs 91, 92 auf, welche mit dem dritten Ausgang 85 verbunden sind. Die beiden LEDs 91, 92 sind über eine dritte Stromquelle 87 mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 verknüpft. Ein dritter Abgriff 89, der sich zwischen den beiden LEDs 91, 92 und der dritten Stromquelle 87 befindet, ist mit dem dritten Steuereingang 90 gekoppelt.
An der Versorgungsquelle 5 liegt eine Versorgungsspannung Uc an, die über die Induktivität 3 dem Eingang 2 der Schaltungsanordnung zugeführt wird. Die Steuerungsanordnung 14 beaufschlagt den Steuertransistor 10 mit dem Steuersignal S0 und den ersten, den zweiten und den dritten Längstransistor 40, 60, 80 mit einem ersten, einem zweiten beziehungsweise einem dritten Einstellsignal S1, S2, S3.
An dem ersten Ausgang 45 der Schaltungsanordnung 1 ist eine erste Ausgangsspannung Uout1 abgreifbar. Über den ersten Ausgang 45 der Schaltungsanordnung 1 fließt der erste Ausgangsstrom Iout1. In entsprechender Weise ist an dem zweiten Ausgang 65 der Schaltungsanordnung 1 eine zweite Ausgangsspannung Uout2 abgreifbar und fließt über den zweiten Ausgang 65 ein zweiter Ausgangsstrom Iout2. Entsprechend ist an dem dritten Ausgang 85 der Schaltungsanordnung eine dritte Ausgangsspannung Uout3 abgreifbar beziehungsweise fließt über den dritten Ausgang 85 ein dritter Ausgangsstrom Iout3.
An dem ersten Abgriff 49 der ersten elektrischen Last 46 ist eine erste Eingangsspannung Uin1 abgreifbar, die dem ersten Steuereingang 50 der Schaltungsanordnung 1 zugeführt wird. In entsprechender Weise sind an dem zweiten Abgriff 69 und dem dritten Abgriff 89 eine zweite Eingangsspannung Uin2 beziehungsweise eine dritte Eingangsspannung Uin3 abgreifbar, die dem zweiten beziehungsweise dritten Steuereingang 70, 90 der Schaltungsanordnung 1 zugeführt werden. Durch die erste Stromquelle 47 fließt ein erster Stromquellenstrom I1. Entsprechend fließt durch die zweite und die dritte Stromquelle 67, 87 ein zweiter beziehungsweise ein dritter Stromquellenstrom I2, I3.
In einem Ausgangszustand sind der Steuertransistor 10 und der erste, zweite und der dritte Längstransistor 40, 60, 80 in einem sperrenden Betriebszustand. Der Steuertransistor 10 wird in einem ersten Schritt von der Steuerungsanordnung 14 über das Steuersignal S0 in einen leitenden Betriebszustand geschaltet. Aufgrund des leitenden Betriebszustands des Steuertransistors 10 beginnt ein Strom IL von der Versorgungsquelle 5 über die Induktivität 3 und den Steuertransistor 10 zu dem Bezugspotenzialanschluss 8 zu fließen. Der Strom IL, der von der Versorgungsquelle 5 abgegeben wird und durch die Induktivität 3, den Eingang 2 der Schaltungsanordnung 1 und den Steuertransistor 10 fließt, steigt mit zunehmender Zeitdauer an.
Die Steueranordnung 14 ist ausgelegt, mittels der eingangsseitig anliegenden Signale, nämlich der ersten, der zweiten und der dritten Eingangsspannung Uin1, Uin2, Uin3 diejenige der elektrischen Lasten 46, 66, 86 auszuwählen, die in einem zweiten Schritt mit elektrischer Energie zu versorgen ist. Ist beispielsweise in dem nächsten Schritt die erste elektrische Last 46 mit elektrischer Energie zu versorgen, so wird der erste Längstransistor 40 mittels des ersten Einstellsignals S1 von der Steuerungsanordnung 14 in einen leitenden Betriebszustand geschaltet. Der Strom, der von der Versorgungsquelle 5 abgegeben wird, wird über den ersten Längstransistor 40 und den ersten Ausgang 45 der ersten elektrischen Last 46 zugeführt. Während des Schaltvorganges des ersten Längstransistors von einem sperrenden in einen leitenden Betriebszustand oder nach diesem Schaltvorgang wird der Steuertransistor 10 mittels des Steuersignals S0 von der Steuerungsanordnung 14 in einen sperrenden Betriebszustand geschaltet. Somit fließt der von der Versorgungsquelle 5 abgegebene Strom im wesentlichen zu dem ersten Ausgang 45 der Schaltungsanordnung 1 und bildet dort den ersten Ausgangsstrom Iout1. Mittels des ersten Ausgangsstroms Iout1 wird der erste Kondensator 48 aufgeladen, sodass die erste Ausgangsspannung Uout1 ansteigt. Ab einer gewissen Schwelle beginnen die LEDs 51, 52 zu leuchten.
Der Strom, welcher durch die beiden LEDs 52, 51 fließt, wird mittels der ersten Stromquelle 47 auf den ersten Stromquellenstrom I1 begrenzt. Mit steigender erster Ausgangsspannung Uout1 steigt ebenso der Spannungsabfall über der ersten Stromquelle 47 und damit die erste Eingangsspannung Uin1. Mittels der Bestimmung der ersten Eingangsspannung Uin1 durch die Steuerungsanordnung 14 kann die Höhe der ersten Ausgangsspannung Uout1 eingestellt werden. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei Erreichen einer Schwelle für die erste Eingangsspannung Uin1 der erste Längstransistor 40 mittels des ersten Einstellsignals S1 von der Steuerungsanordnung 14 wieder in einen sperrenden Betriebszustand gebracht wird. In einem dritten Schritt wird somit der erste Längstransistor 40 in einen sperrenden Betriebszustand geschaltet.
In einem folgenden Schritt wird wieder der Steuertransistor 10 in einen leitenden Betriebszustand geschaltet, sodass der Strom durch die Induktivität 3 wieder ansteigt. Die Steuerungsanordnung 14 wählt entsprechend der ersten, der zweiten und der dritten Eingangsspannung Uin1, Uin2, Uin3 den nächsten Längstransistor aus, der in der folgenden Phase in einen leitenden Betriebszustand von der Steuerungsanordnung 14 geschaltet wird.
So kann mit Vorteil mittels der ersten, zweiten, dritten Eingangsspannung Uin1, Uin2, Uin3 von der Steuerungsanordnung 14 eingestellt werden, welche der elektrischen Lasten, die erste, die zweite oder die dritte elektrische Last 46, 66, 86, ausgewählt wird, um in einer nächsten Phase mit elektrischer Energie versorgt zu werden.
Wird bei Erreichen einer Schwelle für die erste Eingangsspannung Uin1 der erste Längstransistor 40 wieder in einen sperrenden Betriebszustand gebracht, so dient dies mit Vorteil zum Schutz der Schaltungsanordnung und des Spannungskonverters. Dies ist bei einer defekten elektrischen Last wie einer offenen LED der Fall. Mit offener LED wird eine LED ohne Stromfluss bezeichnet.
Alternativ ist die Steuerungsanordnung 14 derart ausgelegt, in einer vorbestimmten Reihenfolge die verschiedenen elektrischen Lasten 46, 66, 86 mit elektrischer Energie zu versorgen.
Die Steuerungsanordnung 14 ist durch eine Ermittlung der ersten Eingangsspannung Uin1 vor dem Aufladevorgang des ersten Kondensators 48 der ersten elektrischen Last 46 in der Lage, die Zeitdauer einzustellen, mit der der Steuertransistor 10 über das Steuersignal S0 von der Steuerungsanordnung 14 in einen leitenden Betriebszustand geschaltet wird. Durch die Zeitdauer des leitenden Betriebszustands des Steuertransistors 10 ist die elektrische Energie einstellbar, die in der Induktivität 3 gespeichert ist. Ist beispielsweise die erste Eingangsspannung Uin1 auf einem sehr niedrigen Spannungswert, so wird mit Vorteil die Zeitdauer des leitenden Betriebszustands des Steuertransistors 10 auf eine längere Zeitdauer eingestellt, verglichen mit einem Fall, bei der die erste Eingangsspannung Uin1 einen sehr hohen Wert annimmt. Auf diese Weise wird mit Vorteil sehr effektiv die Energie, die die Versorgungsquelle 5 bereithält, ausgenutzt und wird eine schädliche Überspannung an der ersten Stromquelle 47 und den LEDs 51, 52 vermieden.
Mit Vorteil wird zur Energieversorgung bei mehreren Lasten, die auch verschieden sein können, nur eine einzige Induktivität verwendet.
In 1A ist mittels Punkten angedeutet, dass weitere elektrische Lasten und weitere Längstransistoren in einer derartigen Schaltungsanordnung und einem derartigen Spannungskonverter vorgesehen sein können. Ebenso ist in 1A gedeutet, dass die erste, die zweite und/oder die dritte elektrische Last 46, 66, 86 weitere Bauelemente umfassen können, die in Serie und/oder parallel zu den LEDs 51, 52, 71, 72, 91, 92 geschaltet sind. Die erste elektrische Last 46 kann beispielsweise rote LEDs, die zweite elektrische Last 66 grüne LEDs und die dritte elektrische Last 86 blaue LEDs umfassen. Alternativ kann die erste elektrische Last 46 weiße LEDs und die zweite elektrische Last rote LEDs 66 umfassen.
1B zeigt einen beispielhaften Spannungskonverter mit einer Schaltungsanordnung 1, der eine Weiterentwicklung des Spannungskonverters gemäß 1A darstellt.
Im Unterschied zu dem Spannungskonverter gemäß 1A umfasst der Spannungskonverter gemäß 1B eine erste elektrische Last 46, die eine einzelne LED 51 aufweist, und eine dritte elektrische Last 86, die drei LEDs 91, 92, 93 aufweist.
Die Schaltungsanordnung 1 gemäß 1B weist einen Widerstand 15 auf, der zwischen den zweiten Anschluss 12 des Steuertransistors 10 und den Bezugspotenzialanschluss 8 geschaltet ist. Ein Knoten, welcher sich zwischen dem Widerstand 15 und dem zweiten Anschluss 12 des Steuertransistors 10 befindet, ist mit einem Eingang der Steuerungsanordnung 14 verbunden.
Eingangsseitig ist die Steuerungsanordnung 14 mit dem Eingang 2 der Schaltungsanordnung 1 und dem Versorgungsspannungsanschluss 4 sowie ausgangsseitig mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Ausgang 45, 65, 85 verbunden.
Die Steuerungsanordnung 14 umfasst eine Erfassungsschaltung 17, eine Messeinrichtung 18, einen Multiplexer 16, eine Treiberschaltung 19 und einen Komparator 26. Die Erfassungsschaltung 17 ist eingangsseitig mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Steuereingang 50, 70, 90 zur Zuführung der ersten, der zweiten und der dritten Eingangsspannung Uin1, Uin2, Uin3 verbunden. Ausgangsseitig ist die Erfassungsschaltung 17 mit einem Steuereingang des Multiplexers 16 verbunden.
Der Multiplexer 16 ist ausgangsseitig mit dem Steueranschluss 43 des ersten Längstransistors 40 beziehungsweise den Steueranschlüssen 63, 83 des zweiten und des dritten Längstransistors 60, 80 verbunden. Der Multiplexer 16 dient zur Zuführung eines Signals, welches ausgangsseitig von der Treiberschaltung 19 als erstes, zweites beziehungsweise drittes Einstellsignal S1, S2, S3 für den ersten, zweiten oder dritten Längstransistor 40, 60, 80 zur Verfügung gestellt wird.
Die Messeinrichtung 18 ist eingangsseitig mit dem ersten, zweiten und dem dritten Steuereingang 50, 70, 90 zur Zuführung der ersten, zweiten und der dritten Eingangsspannung Uin1, Uin2, Uin3 verbunden. Die Messeinrichtung 18 ist ausgangsseitig mit der Treiberschaltung 19 gekoppelt. Die Treiberschaltung 19 ist eingangsseitig mit dem ersten Ausgang 45, dem zweiten Ausgang 65 und dem dritten Ausgang 85 sowie dem Eingang 2 verbunden.
Der Komparator 26 ist eingangsseitig mit der Messeinrichtung 18 und ausgangsseitig mit der Treiberschaltung 19 verbunden. An einem der beiden Eingänge des Komparators liegt ein einstellbarer Schwellwert Su an.
Die Messeinrichtung 18 ist dazu ausgelegt, den minimalen Wert unter den Eingangsspannungen Uin1, Uin2, Uin3 zu bestimmen und eine Information in Abhängigkeit von dem minimalen Wert der Treiberschaltung 19 und dem Komparator 26 zur Verfügung zu stellen. Mittels des Komparators 26 wird somit die kleinste der Eingangsspannungen Uin1, Uin2, Uin3 mit dem Schwellwert Su verglichen. Unterschreitet die kleinste der Eingangsspannungen Uin1, Uin2, Uin3 den Schwellwert Su, so wird von der Treiberschaltung 19 eine Phase ausgelöst, in der Energie in der Induktivität 3 durch ein Schalten des Steuertransistors 10 in einen leitenden Zustand gespeichert wird. Die Treiberschaltung 19 stellt entsprechend dem minimalen Wert die Zeitdauer für den geschlossenen Betriebszustand des Steuertransistors 10 und gegebenenfalls die Zeitdauer für den geschlossenen Betriebszustand des ersten beziehungsweise des zweiten und des dritten Längstransistors 40, 60, 80 ein.
Die Erfassungsschaltung 17 ist dazu vorgesehen, zu bestimmen, welche der drei Eingangsspannungen Uin1, Uin2, Uin3 den minimalen Wert aufweist. Entsprechend der Information über die Eingangsspannung, welche den minimalen Wert aufweist, ist die Erfassungsschaltung 17 dazu eingerichtet, den Multiplexer 16 so einzustellen, dass die elektrische Last mit der minimalen Eingangsspannung als nächste mit elektrischer Energie versorgt wird.
Die Höhe des Stroms, welcher durch den Steuertransistor 10 fließt, ist aufgrund der Zeitdauer, für die der Steuertransistor 10 in einen leitenden Betriebszustand geschaltet ist, vorgebbar.
Mit dem Widerstand 15 und der Verbindung der beiden Anschlüsse des Widerstands 15 mit der Treiberschaltung 19 ist die Messung des durch den Steuertransistor 10 fließenden Stroms auch direkt durchführbar.
Die Verbindungen von dem Eingang 2 und dem ersten Ausgang 45 zur Treiberschaltung 19 sind vorgesehen, um zu bestimmen, ob sich der erste oder der zweite Anschluss 41, 42 des ersten Längstransistors 40 auf einem höheren Potenzial befindet. Entsprechend sind die zusätzlichen Verbindungen von dem zweiten und dem dritten Ausgang 65, 85 zur Treiberschaltung 19 zur Bestimmung vorgesehen, ob sich der erste oder der zweite Anschluss 61, 62 des zweiten Längstransistors 60 beziehungsweise der erste oder der zweite Anschluss 81, 82 des dritten Längstransistors auf einem höheren Potenzial befinden. Die Treiberschaltung 19 ist dazu eingerichtet, mittels des ersten, des zweiten oder des dritten Einstellsignals S1, S2, S3 den ersten, den zweiten beziehungsweise den dritten Längstransistor 40, 60, 80 nur dann in einen leitenden Betriebszustand zu schalten, wenn sich der erste Anschluss des jeweiligen Längstransistors auf einem höheren Potenzial befindet als der zweite Anschluss. Mit Vorteil wird somit ein Rückfluss von elektrischer Energie von einer der elektrischen Lasten zu der Schaltungsanordnung 1 vermieden.
Mit Vorteil wird aufgrund der Verbindungen des Eingangs 2 und der Ausgänge 45, 65, 85 mit der Treiberschaltung 19 erreicht, dass der erste, der zweite beziehungsweise der dritte Ausgangsstrom Iout1, Iout2, Iout3 nur positive Werte annehmen und die erste, die zweite beziehungsweise die dritte Ausgangsspannung Uout1, Uout2, Uout3 durch ein Schalten des entsprechenden Längstransistors in einen leitenden Betriebszustand ausschließlich ansteigen und nicht abfallen. Es ist ein Vorteil der Schaltungsanordnung mit Längstransistor anstelle einer Diode, dass kein Spannungsverlust in Höhe der Durchlassspannung am Ausgang auftritt.
Die Messeinrichtung 18 dient mit Vorteil zur Einstellung der Dauer, während der der Steuertransistor in einen leitenden Zustand geschaltet ist. Mit zunehmender Zeitdauer steigt der Energieinhalt der Induktivität 3 an, der in der nächsten Phase einer der elektrischen Lasten 46, 66, 68 zugeführt wird. Mit Vorteil wird somit eine hohe Energieeffizienz der Ausnützung der Versorgungsquelle 5 erzielt.
1C zeigt eine beispielhafte Weiterbildung eines Spannungskonverters mit einer Schaltungsanordnung 1, die eine Weiterentwicklung der Spannungskonverter in 1A und 1B darstellt.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 1C die Verbindungslinien vom Eingang 2 sowie vom ersten, zweiten und dritten Ausgang 45, 65, 85 zu der Steuerungsanordnung 14 beziehungsweise der Treiberschaltung 19 weggelassen, welche in 1B gezeigt sind. Sie können jedoch auch in der Schaltungsanordnung 1 der 1C vorgesehen sein.
Zusätzlich umfasst die Schaltungsanordnung gemäß 1C eine erste Diode 21, die zwischen einen Substratanschluss 44 und den zweiten Anschluss 42 des ersten Längstransistors 40 geschaltet ist. Weiter zeigt die Schaltungsanordnung 1 eine zweite Diode 23, die zwischen den zweiten Anschluss 62 und einen Substratanschluss 64 des zweiten Längstransistors 60 geschaltet ist, sowie eine dritte Diode 24, die zwischen den zweiten Anschluss 82 und einen Substratanschluss 84 des dritten Längstransistors 80 geschaltet ist. Die drei Substratanschlüsse 44, 64, 84 der drei Längstransistoren 40, 60, 80 sind miteinander verbunden. Eine weitere Diode 22 ist zwischen den Versorgungsspannungsanschluss 4 und die drei Substratanschlüsse 44, 64, 84 geschaltet. Die drei Substratanschlüsse 44, 64, 84 sind über einen Haltekondensator 20 mit dem Bezugspotentialanschluss 8 gekoppelt. Eine Substratspannung Ubulk ist an den drei Substratanschlüssen 44, 64, 84 abgreifbar.
Der erste, zweite und der dritte Längstransistor 40, 60, 80 sind als p-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren vom selbstsperrenden Typ ausgebildet. Daher sind vorzugsweise die drei Substratanschlüsse 44, 64, 84 auf dem gleichen Potenzial oder einem höheren Potenzial verglichen mit den ersten Anschlüssen 41, 61, 81 und den zweiten Anschlüssen 42, 62, 82 der drei Längstransistoren 40, 60, 80 vorzusehen. Mittels der vier Dioden 21 bis 24 und des Haltekondensators 20 wird erzielt, dass sich die drei Substratanschlüsse 44, 64, 84 auf einem hohen Potenzial der Schaltungsanordnung 1 befinden. Dazu sind die vier Dioden 21 bis 24 so geschaltet, dass sie bei Durchlass einen positiven Strom zum Beaufschlagen der drei Substratanschlüsse 44, 64, 84 liefern.
In dem Spannungskonverter gemäß 1C ist beispielhaft vorgesehen, dass die LEDs 51, 52 zur Emission von rotem Licht, die LEDs 71, 72 zur Emission von grünem Licht und die LEDs 91, 92 zur Emission von blauen Licht eingerichtet sind. Somit können vorteilhafterweise für LEDs mit verschiedenen Durchlassspannungen unterschiedliche Ausgangsspannungen Uout1, Uout2, Uout3 eingestellt werden. Eine Vorgabe der Werte des ersten Stromquellenstroms I1 beziehungsweise des zweiten oder des dritten Stromquellenstroms I2, I3 ermöglicht es mit Vorteil, den Strom bei den verschiedenen LEDs gezielt einzustellen und somit eine Farbmischung durchzuführen. Hierzu weisen mit Vorteil die erste, zweite und dritte Stromquelle 47, 67, 87 jeweils einen Steueranschluss 57, 77, 97 auf.
2A bis 2E zeigen je eine beispielhafte Beschaltung des ersten Längstransistors 40, die zur Substratumschaltung in der Schaltungsanordnung 1 gemäß den 1A, 1B und 1C eingesetzt werden kann.
In entsprechender Weise sind auch der zweite und der dritte Längstransistor 60, 80 beschaltbar und können so in der Schaltungsanordnung 1 gemäß den 1A, 1B und 1C vorgesehen sein.
Wie in der Schaltungsanordnung 1 der 1A bis 1C ist auch in den 2A bis 2E der erste Längstransistor 40 jeweils zwischen den Eingang 2 und den ersten Ausgang 45 der in den 2A bis 2E nicht gezeigten Schaltungsanordnung 1 geschaltet. Der erste Anschluss 41 des ersten Längstransistors 40 ist mit dem Eingang 2, der zweite Anschluss 42 des ersten Längstransistors 40 mit dem ersten Ausgang 45 verbunden. Dem Steueranschluss 43 des ersten Längstransistors 40 wird das erste Einstellsignal S1 zugeführt.
In der Schaltungsanordnung 1 gemäß 1C ist die Substratspannung Ubulk abgreifbar, welche in der gemäß den 2A bis 2E gezeigten Weise dem Substratanschluss 44 und/oder dem Steueranschluss 43 des ersten Längstransistors 40 zugeleitet wird. Die Beschaltung des ersten Längstransistors 40 umfasst einen ersten Schalter 53, der den ersten Anschluss 41 mit dem Substratanschluss 44 koppelt. Weiter umfasst die Beschaltung einen zweiten Schalter 54, welcher einen Anschluss, an dem die Substratspannung Ubulk abgreifbar ist, mit dem Substratanschluss 44 verbindet. Über einen dritten Schalter 55 wird der Anschluss, an dem die Substratspannung Ubulk abgreifbar ist, mit dem Steueranschluss 43 verbunden. Über einen vierten Schalter 56 ist der Steueranschluss 43 mit dem Bezugspotentialanschluss 8 verbunden. Der vierte Schalter 56 kann ein Bestandteil des Multiplexers 16 sein, wie er in der Steuerungsanordnung 14 gemäß der 1B und 1C gezeigt ist.
Der erste Längstransistor 40 ist gemäß 2A als selbstsperrender p-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistor ausgebildet. In den 2A bis 2E sind die verschiedenen Phasen und die damit verbundenen unterschiedlichen Schalterstellungen der vier Schalter 53 bis 56 dargestellt. Dabei zeigt 2E die Rückkehr in den ausgeschalteten Zustand und ist identisch mit 2A.
2A zeigt eine erste Phase, in der sich der erste Längstransistor 40 in einem sperrenden Betriebszustand befindet. Dazu sind der erste und der vierte Schalter 53, 56 offen sowie der zweite und der dritte Schalter 54, 55 geschlossen. Somit liegen sowohl am Substratanschluss 44 wie auch am Steueranschluss 43 die höchste in der Schaltungsanordnung 1 auftretende Spannung, nämlich die Substratspannung Ubulk, an.
2B zeigt eine zweite Phase der Schalterstellungen zur Versorgung des ersten Längstransistors 40, sodass dieser in einen leitenden Betriebszustand geschaltet ist. Der erste und der dritte Schalter 53, 55 sind offen, der zweite und der vierte Schalter 54, 56 sind geschlossen. Das erste Einstellsignal S1 weist somit den Wert 0 V auf und schaltet den ersten Längstransistor 40 in einen leitenden Betriebszustand. Der Substratanschluss 44 ist weiter mit der höchsten Spannung, welche in der Schaltungsanordnung 1 vorhanden ist, nämlich der Substratspannung Ubulk, verbunden.
2C zeigt eine dritte Phase der Schalterstellungen für den ersten Längstransistor 40. Der erste Längstransistor 40 befindet sich weiter in einem leitenden Betriebszustand. Aus diesem Grund ist der vierte Schalter 56 weiterhin geschlossen. Im Unterschied zu 2B ist in dieser dritten Phase der erste Schalter 53 geschlossen und der zweite Schalter 54 offen. Der Substratanschluss 44 des ersten Längstransistors 40 wird somit mit einer niedrigeren Spannung beaufschlagt als mit der höchsten in der Schaltungsanordnung 1 vorhandenen Spannung, nämlich der Substratspannung Ubulk. Mit Vorteil wird somit der Substratsteuereffekt reduziert und damit der Durchlasswiderstand, den der erste Längstransistor 40 aufweist, gering gehalten. Dieser Zustand entspricht dem voll durchgeschalteten ersten Längstransistor 40.
2D zeigt den ersten Längstransistor 40 mit einer Schalterstellung zum Betreiben des ersten Längstransistors 40 in einem leitenden Betriebszustand gemäß einer vierten Phase. Die Schalterstellung in 2D entspricht der Schalterstellung gemäß 2B.
2E zeigt die Schalterstellung für den ersten Längstransistor 40 während einer fünften Phase, in der sich der erste Längstransistor 40 in einem sperrenden Betriebszustand befindet. Die Schalterstellung gemäß 2E entspricht der Schalterstellung gemäß 2A.
Mit Vorteil wird somit die höchste in der Schaltungsanordnung 1 auftretende Spannung, nämlich die Substratspannung Ubulk, eingesetzt, um den Substratanschluss 44 auf ein hohes Potential zu legen sowie das erste Einstellsignal S1 in denjenigen Phasen zu bilden, in denen sich der erste Längstransistor 40 in einem sperrenden Betriebszustand befindet. In den Phasen dagegen, in denen der erste Längstransistor 40 einen leitenden Betriebszustand aufweist, wird die niedrigste Spannung, die in der Schaltungsanordnung 1 auftritt, nämlich die Spannung an dem Bezugspotentialanschluss 8, an den Steueranschluss 43 geleitet.
Die Beschaltung gemäß den 2A bis 2E ermöglicht ein vorteilhaftes Verfahren zum Schalten des Substratanschlusses. Der Substratanschluss kann auch als Bulk-Anschluss bezeichnet sein.
3 zeigt beispielhafte Signalverläufe des Spannungskonverters in Abhängigkeit der Zeit t. Zeitlich aufeinander folgende, ausgewählte Zeitpunkte sind mit t1 bis t6 bezeichnet. 3 zeigt das Steuersignal SO, das erste, das zweite und das dritte Einstellsignal S1, S2, S3, einen Strom durch die Induktivität IL, den ersten und den zweiten Ausgangsstrom Iout1, Iout2, die erste Ausgangsspannung Uout1, die erste Eingangsspannung Uin1 sowie die zweite Ausgangsspannung Uout2.
Ist der Steuertransistor 10, wie in den 1A bis 1C gezeigt, ein selbstsperrender n-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistor, so ist er bei einem Steuersignal SO von 0 V in einem sperrenden Betriebszustand und bei einer positiven Spannung U0 in einem leitenden Betriebszustand. Der Steuertransistor 10 ist somit in der Zeit zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 sowie zwischen t4 und t5 leitend geschaltet.
Sind der erste, der zweite und der dritte Längstransistor 40, 60, 80, wie in den 1A bis 1C gezeigt, selbstsperrende p-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistoren, so sind diese Transistoren bei einem Einstellsignal S1, S2, S3 mit einem Wert von 0 V in einem leitenden Betriebszustand und bei einem Einstellsignal S1, S2, S3 mit einer positiven Spannung U0 in einem sperrenden Betriebszustand. Das erste Einstellsignal S1 beträgt 0 V zwischen t2 und t3. Somit leitet der erste Längstransistor 40 zwischen t2 und t3. Der zweite Längstransistor 60 leitet zwischen t5 und t6. In dieser Zeit ist das zweite Einstellsignal S2 auf einem Wert von 0 V.
Der Strom durch die Induktivität IL steigt ausgehend von einem Wert 0 zum Zeitpunkt t1 an. Unter Vernachlässigung von Kapazitäten und Widerständen in der Schaltungsanordnung 1, der Induktivität 3 und der Versorgungsquelle 5 steigt der Strom durch die Induktivität IL von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 während einer Anschaltdauer Ton näherungsweise linear an. Von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 befindet sich der erste Längstransistor 40 in der in 2A gezeigten ersten Phase.
Zum Zeitpunkt t2 werden der erste Längstransistor 40 leitend geschaltet sowie der Steuertransistor 10 sperrend geschaltet. Der Strom IL, der vor dem Zeitpunkt t2 durch den Steuertransistor 10 geflossen ist, fließt nun nach dem Zeitpunkt t2 durch den ersten Längstransistor 40 zu dem Ausgang 45 der Schaltungsanordnung 1 und damit zur ersten elektrischen Last 46, die den ersten Kondensator 48 umfasst. Der erste Ausgangsstrom Iout1 ist zwischen t2 und t3 somit näherungsweise gleich dem Strom durch die Induktivität IL. Mit zunehmender Aufladung des ersten Kondensators 48 wird der erste Ausgangsstrom Iout1 und damit der Strom durch die Induktivität IL kleiner, bis sie zum Zeitpunkt t3 den Wert 0 erreichen. Um zu verhindern, dass der erste Ausgangsstrom Iout1 negative Werte annimmt, das heißt, dass der erste Kondensator 48 wieder entladen wird, ist die Schaltungsanordnung 1 so eingerichtet, dass zum Zeitpunkt t3 der erste Längstransistor 40 von einem leitenden in einen sperrenden Zustand übergeht. Dies geschieht, wie in 3 gezeigt, wenn der erste Ausgangsstrom Iout1 näherungsweise den Wert 0 erreicht oder alternativ deutlich bevor der erste Ausgangsstrom Iout1 den Wert 0 erreicht.
Von dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t3 durchläuft der erste Längstransistor 40 die in den 2B, 2C beziehungsweise 2D gezeigte zweite, dritte und vierte Phase. Ab dem Zeitpunkt t4 befindet sich der erste Längstransistor 40 in der in 2E gezeigten fünften Phase.
Zu dem Zeitpunkt t4 beginnt ein weiterer Vorgang des Energiespeicherns in der Induktivität 3. Die Steilheit des Stromanstiegs des Stroms durch die Induktivität IL zwischen t1 und t2 ist näherungsweise gleich zur Steilheit zwischen den Zeitpunkten t4 und t5. Da die Zeitspanne zwischen t4 und t5 kleiner als die Zeitspanne zwischen t1 und t2 ist, erreicht der Strom durch die Induktivität IL in dem zweiten Aufladevorgang nur einen geringeren Maximalwert. Zum Zeitpunkt t5 wird der zweite Längstransistor 60 in einen leitenden und der Steuertransistor 10 in einen sperrenden Zustand geschaltet. Zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 nimmt somit der Strom durch die Induktivität IL und der zweite Ausgangsstrom Iout2 von dem Maximalwert zu dem Zeitpunkt t5 ab, bis zum Zeitpunkt t6 der Wert 0 erreicht wird. Dadurch wird der zweite Kondensator 68 aufgeladen und steigt die zweite Ausgangsspannung Uout2.
Eine Ausschaltdauer Toff des Steuertransistors 10 ist somit durch die Zeitpunkte t2 und t4 festgelegt. Der Abstand zwischen t4 und t3 kann auch kürzer gewählt sein.
In einer Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung 1 ausgelegt, in Abhängigkeit von der ersten, der zweiten oder der dritten Eingangsspannung Uin1, Uin2, Uin3 den Zeitraum, während der elektrische Energie in der Induktivität 3 gespeichert wird, einzustellen. Aus diesen Gründen ist in 3 der Zeitraum zwischen t1 und t2 länger als der Zeitraum zwischen t4 und t5 gewählt.
Die erste Ausgangsspannung Uout1, die an dem ersten Kondensator 48 anliegt, nimmt in den Zeiträumen, in denen der erste Längstransistor 40 in einem sperrenden Zustand ist, kontinuierlich ab, da von der elektrischen Last 46 Energie verbraucht wird. Zwischen t2 und t3 nimmt die erste Ausgangsspannung Uout1 zu, bis sie bei zum Zeitpunkt t3 einen Maximalwert erreicht. Ab dem Zeitpunkt t3 nimmt die erste Ausgangsspannung Uout1 wieder ab.
Bei einer idealen ersten Stromquelle 47 ist der erste Stromquellenstrom I1 unabhängig von der anliegenden Spannung. Bei einem konstanten Strom durch die erste Stromquelle 47 ist auch der Strom durch die Dioden 51, 52 und damit die Spannung über den Dioden 51, 52 konstant. Somit unterscheidet sich der Verlauf der ersten Eingangsspannung Uin1 von dem Verlauf der ersten Ausgangsspannung Uout1 nur um den konstanten Betrag der über den beiden Dioden 51, 52 abfallenden Spannung. Die erste Ausgangsspannung Uout1 ist deutlich größer als die Versorgungsspannung Uc.
In einer Ausführungsform ist ein unterer Schwellwert Su vorgesehen, mit dem die kleinste Eingangsspannung aus der Menge der Eingangsspannungen Uin1, Uin2, Uin3 verglichen wird. Unterschreitet die kleinste der Eingangsspannungen den Schwellwert Su, so wird ein neuer Speichervorgang von Energie in der Induktivität 3 ausgelöst. Das unterste Zeitdiagramm zeigt, dass kurz nachdem die erste Eingangsspannung Uin1 den Schwellwert Su unterschritten hat, der Zeitpunkt t1 liegt, zu dem der Steuertransistor 10 in den leitenden Zustand geschaltet wird.
Mit Vorteil wird somit ein Speichervorgang von Energie aus der Versorgungsquelle nur dann ausgelöst, wenn bei einer der elektrischen Lasten 46, 66, 86 ein Zuführen von elektrischer Energie erforderlich ist. Mit Vorteil wird der Zeitraum der Energiespeicherung in der Induktivität 3 derart eingestellt, dass ausreichend Energie, aber nicht zu viel Energie einer der elektrischen Lasten 46, 66, 86 zugeführt wird.
In einer anderen möglichen Ausführungsform wird der erste Längstransistor 40 in einen leitenden Zustand geschaltet, ganz kurz bevor der Steuertransistor 10 in einen sperrenden Zustand geschaltet wird. Dies ist in dem obersten Zeitdiagramm in 3 mit einem +Δt zum Zeitpunkt t2 angedeutet. Falls der Steuertransistor 10 in einen sperrenden Betriebszustand geschaltet ist, ehe der erste oder einer der anderen Längstransistoren 40, 60, 80 in einen leitenden Betriebszustand geschaltet ist, würden an den Anschlüssen der Induktivität 3 hohe Überspannungen auftreten, welche zu Schädigungen von Personen oder Bauteilen führen könnten. Mit Vorteil wird durch das Einhalten einer Überlappzeit, während der der Steuertransistor 10 und einer der Längstransistoren 40, 60, 80 leitend geschaltet ist, erreicht, dass der Strom durch die Induktivität IL nicht abrupt auf den Wert 0 gebracht wird und somit keine schädlichen Überspannungen auftreten können.
Bezugszeichenliste

1: Schaltungsanordnung
2: Eingang
3: Induktivität
4: Versorgungsspannungsanschluss
5: Versorgungsquelle
8: Bezugspotentialanschluss
10: Steuertransistor
11: erster Anschluss
12: zweiter Anschluss
13: Steueranschluss
14: Steuerungsanordnung
15: Widerstand
16: Multiplexer
17: Erfassungsschaltung
18: Messeinrichtung
19: Treiberschaltung
20: Haltekondensator
21, 22, 23, 24: Diode
25: Substratspannungsanschluss
26: Komparator
40: erster Längstransistor
41: erster Anschluss
42: zweiter Anschluss
43: Steueranschluss
44: Substratanschluss
45: erster Ausgang
46: erste elektrische Last
47: erste Stromquelle
48: erster Kondensator
49: Abgriff
50: erster Steuereingang
51, 52: Leuchtdiode
53: erster Schalter
54: zweiter Schalter
55: dritter Schalter
56: vierter Schalter
57: Steueranschluss
60: zweiter Längstransistor
61: erster Anschluss
62: zweiter Anschluss
63: Steueranschluss
64: Substratanschluss
65: zweiter Ausgang
66: zweite elektrische Last
67: zweite Stromquelle
68: zweiter Kondensator
69: zweiter Abgriff
70: zweiter Steuereingang
71, 72: Leuchtdiode
77: Steueranschluss
80: dritter Längstransistor
81: erster Anschluss
82: zweiter Anschluss
83: Steueranschluss
84: Substratanschluss
85: dritter Ausgang
86: dritte elektrische Last
87: dritte Stromquelle
88: dritter Kondensator
89: dritter Abgriff
90: dritter Steuereingang
91, 92, 93: Leuchtdiode
97: Steueranschluss
b: blau
g: grün
IL: Strom durch die Induktivität
Iout1: erster Ausgangsstrom
Iout2: zweiter Ausgangsstrom
Iout3: dritter Ausgangsstrom
I1: erster Stromquellenstrom
I2: zweiter Stromquellenstrom
I3: dritter Stromquellenstrom
r: rot
Su: unterer Schwellwert
S0: Steuersignal
S1: erstes Einstellsignal
S2: zweites Einstellsignal
S3: drittes Einstellsignal
t: Zeit
t1, t2, t3: Zeitpunkte
t4, t5, t6: Zeitpunkte
Toff: Ausschaltdauer
Ton: Anschaltdauer
Ubulk: Substratspannung
Uc: Versorgungsspannung
Uin1: erste Eingangsspannung
Uin2: zweite Eingangsspannung
Uin3: dritte Eingangsspannung
Uout1: erste Ausgangsspannung
Uout2: zweite Ausgangsspannung
Uout3: dritte Ausgangsspannung
U0: Spannungswert

Claims

Spannungskonverter für eine Anzeige- oder Beleuchtungseinrichtung, umfassend eine Schaltungsanordnung und eine Induktivität (3), die zwischen eine Versorgungsquelle (5) und einen Eingang (2) der Schaltungsanordnung geschaltet ist, wobei die Schaltungsanordnung umfasst: – einen Steuertransistor (10), der zwischen dem Eingang (2) und einem Bezugspotentialanschluss (8) angeordnet ist, – einen ersten Längstransistor (40), der zwischen dem Eingang (2) und einem ersten Ausgang (45) angeordnet ist, – eine erste elektrische Last (46), die zwischen den ersten Ausgang (45) und den Bezugspotenzialanschluss (8) geschaltet ist und mindestens eine Leuchtdiode (51) und eine erste Stromquelle (47) umfasst, – einen ersten Steuereingang (50), dem eine erste Eingangsspannung (Uin1) zuführbar ist, die an einem Abgriff zwischen der mindestens einen Leuchtdiode (51) und der ersten Stromquelle (47) der ersten elektrischen Last (46) abgreifbar ist, – mindestens einen zweiten Längstransistor (60, 80), der zwischen dem Eingang (2) und mindestens einem zweiten Ausgang (65, 85) angeordnet ist, – mindestens eine zweite elektrischen Last (66, 86), die zwischenden mindestens einen zweiten Ausgang (65, 85) und den Bezugspotenzialanschluss (8) geschaltet ist und mindestens eine Leuchtdiode (71, 72, 91, 92, 93) und eine zweite Stromquelle (67, 87) umfasst, – mindestens einen zweiten Steuereingang (70), dem mindestens eine zweite Eingangsspannung (Uin2, Uin3) zuführbar ist, die an einem Abgriff zwischen der mindestens einen Leuchtdiode (71, 72) und der zweiten Stromquelle (67, 87) der mindestens einen zweiten elektrischen Last (66, 86) abgreifbar ist, und – eine Steuerunsanordnung (14), eingerichtet zur Abgabe eines Einstellsignals (S0) an einen Steueranschluss (13) des Steuertransistors (10) und umfassend – einen Multiplexer (16), der ausgangsseitig mit einem Steueranschluss (43) des ersten Längstransistors (40) und einem Steueranschluss (63, 83) des mindestens einen zweiten Längstransistors (60, 80) verbunden ist, so dass wahlweise der erste oder der mindestens eine zweite Längstransistor (40, 60, 80) angesteuert wird, – eine Messeinrichtung (18), die mit dem ersten und dem mindestens einen zweiten Steuereingang (50, 70, 90) verbunden, zur Bestimmung der Höhe der geringsten Eingangsspannung (Uin1, Uin2, Uin3) ausgebildet und ausgangsseitig über eine Treiberschaltung (19) mit einem Eingang des Multiplexers (16) gekoppelt ist, – die Treiberschaltung (19), die ausgebildet ist, entsprechend der Höhe der geringsten Eingangsspannung (Uin1, Uin2, Uin3) die Zeitdauer für den geschlossenen Betriebszustand des Steuertransistors (10) und die Zeitduer für den geschlossenen Betriebszustand des ersten beziehungsweise des mindestens einen zweiten Längstransistors (40, 60, 80) einzustellen, und – eine Erfassungsschaltung (17), an die der erste und der mindestens eine zweite Steuereingang (50, 70, 90) angeschlossen ist, die ausgangsseitig mit einem Steuereingang des Multiplexers (16) verbunden ist und eingerichtet ist zu ermitteln, an welchem der Steuereingänge (50, 70, 90) die geringste Eingangsspannung (Uin1, Uin2, Uin3) vorhanden ist, und den Multiplexer (16) so einzustellen, dass die elektrische Last (46, 66, 86) mit der geringsten Eingangsspannung (Uin1, Uin2, Uin3) als nächste mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei ein erster Kondensator (48) zwischen den ersten Ausgang (45) und den Bezugspotentialanschluss (8) geschaltet ist und mindestens ein zweiter Kondensator (68, 88) zwischen den mindestens einen zweiten Ausgang (65, 85) und den Bezugspotentialanschluss (8) geschaltet ist.
Spannungskonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung ein Mittel zum Erfassen der Potentialdifferenz zwischen einem ersten und einem zweiten Anschluss (41, 42) des ersten Längstransistors (40) umfasst.
Spannungskonverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung ein Mittel zum Erfassen der Potentialdifferenz zwischen einem ersten und einem zweiten Anschluss (61, 62, 81, 82) des mindestens einen zweiten Längstransistors (60, 80) umfasst.
Spannungskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung umfasst – einen Haltekondensator (20) mit einer ersten Elektrode, die mit einem Substratanschluss (44) des ersten Längstransistors (40) verbunden ist, und einer zweiten Elektrode, die mit dem Bezugspotentialanschluss (8) verbunden ist, und – eine erste Diode (21), die zwischen den zweiten Anschluss (42) des ersten Längstransistors (40) und die erste Elektrode des Haltekondensators (20) geschaltet ist.
Spannungskonverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung mindestens eine zweite Diode (23, 24) umfasst, die zwischen den zweiten Anschluss (62, 82) des mindestens einen zweiten Längstransistors (40) und die erste Elektrode des Haltekondensators (20) geschaltet ist, und der Substratanschluss (44) des mindestens einen zweiten Längstransistors (60, 80) mit der ersten Elektrode des Haltekondensators (20) verbunden ist.
Spannungskonverter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung eine weitere Diode (22) umfasst, die zwischen die Versorgungsquelle (5) und die erste Elektrode des Haltekondensators (20) geschaltet ist.
Spannungskonverter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass – der Substratanschluss (44) des ersten Längstransistors (40) über einen ersten Schalter (53) mit dem ersten Anschluss (41) des ersten Längstransistors (40) und über einen zweiten Schalter (54) mit der ersten Elektrode des Haltekondensators (20) verbunden ist und – der Steueranschluss (43) des ersten Längstransistors (40) über einen dritten Schalter (55) mit der ersten Elektrode des Haltekondensators (20) und über einen vierten Schalter (56) mit dem Bezugspotentialanschluss (8) verbunden ist.
Spannungskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung einen Widerstand (15) umfasst, der einen zweiten Anschluss (12) des Steuertransistors (10) mit dem Bezugspotentialanschluss (8) verbindet, und die Steuerungsanordnung (14) mit einem Knoten zwischen dem Widerstand (15) und dem zweiten Anschluss (12) des Steuertransistors (10) verbunden ist.
Verfahren zur Spannungskonversion, umfassend folgende Schritte: – Versorgen einer Induktivität (3) mit elektrischer Energie durch Schalten eines Steuertransistors (10), der in Serie mit der Induktivität (3) zwischen einer Versorgungsquelle (5) und einen Bezugspotentialanschluss (8) geschaltet ist, in einen niederohmigen Betriebszustand, – Zuführen einer ersten und mindestens einer zweiten Eingangsspannung (Uin1, Uin2, Uin3), die an einer ersten elektrischen Last (46) beziehungsweise an mindestens einer zweiten elektrischen Last (66, 86) abgegriffen wird, an eine Erfassungsschaltung (17) und an eine Messeinrichtung (18), Bestimmen des minimalen Wertes unter den Eingangsspannungen (Uin1, Uin2, Uin3) mittels der Messeinrichtung (18) und Einstellen eines Multiplexer (16) mittels der Erfassungsschaltung (17) so, dass die elektrische Last (46, 66, 86) mit der geringsten Eingangsspannung (Uin1, Uin2, Uin3) als nächste mit elektrischer Energie versorgt wird, – Abgeben der elektrischen Energie der Induktivität (3) an die erste elektrische Last (46) durch Schalten eines ersten Längstransistors (40) in einen niederohmigen Betriebszustand, – Abgeben der elektrischen Energie der Induktivität (3) an die mindestens eine zweite elektrische Last (66, 86) durch Schalten mindestens eines zweiten Längstransistors (60, 80) in einen niederohmigen Betriebszustand, wobei mittels des Multiplexers (16) wahlweise der erste oder der mindestens eine zweite Längstransistor (40, 60, 80) angesteuert wird und entsprechend des minimalen Wertes unter den Eingangsspannungen (Uin1, Uin2, Uin3) die Zeitdauer für den geschlossenen Betriebszustand des Steuertransistors (10) und die Zeitdauer für den geschlossenen Betriebszustand des ersten beziehungsweise des mindestens einen zweiten Längstransistors (40, 60, 80) eingestellt wird, wobei die erste elektrische Last (46) mindestens eine Leuchtdiode (51) und eine erste Stromquelle (47) umfasst und die erste Eingangsspannung (Uin1) an einem Abgriff zwischen der mindestens einen Leuchtdiode (51) und der ersten Stromquelle (47) der ersten elektrischen Last (46) abgegriffen wird, wobei die mindestens eine zweite elektrischen Last (66, 86) mindestens eine Leuchtdiode (71, 72, 91, 92, 93) und mindestens eine zweite Stromquelle (67, 87) umfasst und die mindestens eine zweite Eingangsspannung (Uin2, Uin3) an einem Abgriff zwischen der mindestens einen Leuchtdiode (71, 72) und der mindestens einen zweiten Stromquelle (67, 87) der mindestens einen zweiten elektrischen Last (66, 86) abgegriffen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Einschalten des Steuertransistors (10) mit einer einstellbaren Anschaltdauer (Ton) und Ausschalten des Steuertransistors (10) mit einer einstellbaren Ausschaltdauer (Toff).