DE102006032418A1 - Voltage converter i.e. direct current-direct current-voltage converter for generating active voltage supply, has terminal provided for connecting inductor, and switches connecting terminal with input, outputs and ground line - Google Patents

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Abstract

The converter has an input (1) supplying an input voltage (Vin), and an output (2) supplying an output voltage (Vout1). Another output (3) supplies an inverted output voltage (Vout2), and a terminal (4) is provided for connecting an inductor (5). Switches (S1-S4) connect the terminal with the input, the outputs and a ground line (6), where a control logic (7) controls the switches. The control unit is connected with control terminals of the switches. Each capacitor (C1, C2) is connected to the outputs, where the switches (S3, S4) have a diode. An independent claim is also included for a method for converting a voltage.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spannungswandler und ein Verfahren zur Spannungswandlung.The The present invention relates to a voltage converter and a method for voltage conversion.

Zur Konversion von Gleichspannungen werden üblicherweise induktive DCDC-Konverter eingesetzt. Solche Konverter können beispielsweise nach dem Buck- oder nach dem Boost-Prinzip arbeiten, je nach dem, ob eine Abwärts- oder Aufwärtskonversion einer Eingangsspannung gewünscht ist.to Conversion of DC voltages are usually inductive DCDC converters used. Such converters can for example, work according to the buck or the boost principle, depending on whether a downward or upconversion an input voltage desired is.

Sollen mehrere Ausgangsspannungen bereitgestellt werden, so ist normalerweise je ein DCDC-Konverter pro gewünschter Ausgangsspannung erforderlich. Dies hat jedoch den Nachteil, dass jeder Konverter eine eigene Induktivität benötigt. Diese Induktivität wird häufig als externes Bauteil realisiert und hat in jedem Fall einen verhältnismäßig großen Flächenbedarf.Should multiple output voltages are provided, so is normal one DCDC converter per desired one Output voltage required. However, this has the disadvantage that everyone Converter own inductance needed. This inductance becomes common realized as an external component and in any case has a relatively large space requirement.

In dem Aufsatz "A pseudo CCM/DCM SIMO Switching Converter with Free Wheel Switching", Dongsheng Ma at al., IEEE International Solid-State Cercuits Conference 2002, Session 23, Analog Techniques, 23.6, 0-7803-7335-9 ist ein geschalteter Spannungswandler mit mehreren Ausgängen und einer einzigen Induktivität angegeben. Damit können zwei Spannungen gleicher Polarität mit verschiedenem Betrag abgegeben werden, im dort beschriebenen Beispiel eine Ausgangsspannung von 3 Volt und eine weitere Ausgangsspannung von 2,5 Volt.In the essay "A pseudo CCM / DCM SIMO Switching Converter with Free Wheel Switching", Dongsheng Ma et al., IEEE International Solid-State Cercuits Conference 2002, Session 23, Analog Techniques, 23.6, 0-7803-7335-9 is a switched voltage converter with multiple outputs and a single inductance specified. Thus, two voltages of the same polarity can be delivered with different amount, in the example described there, an output voltage of 3 volts and a further output voltage of 2.5 volts.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Spannungswandler anzugeben, der Ausgangsspannungen unterschiedlicher Polarität erzeugt und dabei mit nur einer Induktivität auskommt.task the present invention is to provide a voltage converter, the output voltages of different polarity generated and thereby with only an inductance gets along.

Die Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung durch einen Spannungswandler gelöst, aufweisend einen Eingang zum Zuführen einer Eingangsspannung, einen ersten Ausgang zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung, einen zweiten Ausgang zum Bereitstellen einer invertierten Ausgangsspannung, Mittel zum Anschließen einer Induktivität, und Schaltmittel, die die Mittel zum Anschließen der Induktivität mit dem Eingang, dem ersten Ausgang, dem zweiten Ausgang und einem Bezugspotentialanschluss koppeln.The Task is relative the device solved by a voltage converter, having an input for feeding an input voltage, a first output for providing an output voltage, a second output for providing an inverted output voltage, means to connect an inductance, and switching means comprising the means for connecting the inductor to the Input, the first output, the second output and a reference potential terminal couple.

Nach dem vorgeschlagenen Prinzip ist der Spannungswandler dazu eingerichtet, mit lediglich einer Induktivität zwei unterschiedliche Ausgangsspannungen, nämlich eine Ausgangsspannung und eine invertierte Ausgangsspannung bereitzustellen.To the proposed principle, the voltage converter is set up to with only one inductance two different output voltages, namely an output voltage and to provide an inverted output voltage.

Hierfür sind Schaltmittel vorgesehen, die Mittel zum Anschließen der Induktivität mit einem Eingang des Spannungswandlers, einem ersten Ausgang, einem zweiten Ausgang sowie einem Bezugspotentialanschluss koppeln.For this purpose are switching means provided, the means for connecting the inductance with a Input of the voltage converter, a first output, a second Coupling output and a reference potential connection.

Die Schaltmittel sind bevorzugt so ausgeführt, dass der Spannungswandler bezüglich des ersten Ausgangs in einem Boost-Betrieb, also als Aufwärtswandler, arbeitet.The Switching means are preferably designed so that the voltage converter in terms of the first output in a boost mode, ie as an up-converter, is working.

Bezüglich des zweiten Ausgangs zum Bereitstellen der invertierten Ausgangsspannung arbeitet der Spannungswandler bevorzugt als inverting Converter, also als invertierender Wandler. Das bedeutet, dass das Vorzeichen der am zweiten Ausgang abgegebenen Spannung bei positiv anliegender Eingangsspannung negativ ist.Regarding the second output for providing the inverted output voltage the voltage converter works preferentially as inverting converter, So as an inverting converter. That means the sign the voltage delivered to the second output when the voltage is positive Input voltage is negative.

Bevorzugt umfasst der Spannungswandler eine Steuereinheit, die die Schaltmittel ansteuert.Prefers The voltage converter comprises a control unit which controls the switching means controls.

Die Steuereinheit umfasst in einer Ausführungsform einen Eingang zum Zuführen eines Taktsignals. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Steuereinheit einen internen Taktgenerator. Der Takt dient dabei bevorzugt zum Steuern des Schaltmittels in periodischer Art und Weise, beispielsweise zum Betrieb eines getakteten Spannungswandlers.The Control unit comprises in one embodiment an input to Respectively a clock signal. In another embodiment, the control unit comprises an internal clock generator. The clock is preferably used for Controlling the switching means in a periodic manner, for example for the operation of a clocked voltage transformer.

Das Mittel zum Anschließen einer Induktivität hat bevorzugt zwei Anschlüsse, zwischen denen eine Induktivität anschließbar ist.The Means for connection has an inductance prefers two connections, between which an inductance connectable is.

Das Schaltmittel umfasst bevorzugt vier Schalter, von denen ein Schalter den Eingang des Spannungswandlers mit dem ersten Anschluss des Mittels zum Anschließen einer Induktivität koppelt, ein zweiter Schalter den Bezugspotentialanschluss mit dem zweiten Anschluss des Mittels zum Anschließen einer Induktivität koppelt, ein dritter Schalter der den ersten Anschluss des Mittels zum Anschließen einer Induktivität mit dem zweiten Ausgang des Spannungswandlers koppelt und ein vierter Schalter den zweiten Anschluss des Mittels zum Anschließen einer Induktivität mit dem ersten Ausgang des Spannungswandlers koppelt.The Switching means preferably comprises four switches, one of which switch the input of the voltage transformer with the first connection of the means to connect an inductance coupled, a second switch the reference potential terminal with the second terminal of the means for connecting an inductance, a third switch connecting the first terminal of the means for connecting a inductance coupled to the second output of the voltage converter and a fourth Switch the second port of the means for connecting a inductance coupled to the first output of the voltage converter.

Es ist demnach ein Aspekt des vorgeschlagenen Prinzips, dass der erste Ausgang des Spannungswandlers an einem Anschluss des Mittels zum Anschließen der Induktivität über einen Schalter gebildet ist und dass der zweite Ausgang ebenfalls über einen Schalter an einem anderen Anschluss des Mittels zum Anschließen der Induktivität gebildet ist.It is therefore an aspect of the proposed principle that the first Output of the voltage transformer at a connection of the means for connecting the Inductance over one Switch is formed and that the second output also has a Switch on another connection of the means for connecting the inductance is formed.

Die Steuereinheit ist bevorzugt zur Ansteuerung der Schalter mit jeweiligen Steueranschlüssen der Schalter verbunden.The Control unit is preferred for driving the switch with respective Control terminals of the Switch connected.

Zur Realisierung eines so genannten Voltage Mode DCDC-Wandlers sind bevorzugt der erste und der zweite Ausgang über ein Mittel zur Spannungsmessung mit der Steuereinheit verbunden.To realize a so-called Voltage Mode DCDC converter, the first and the second output are preferably via a means for voltage Measurement connected to the control unit.

Alternativ oder zusätzlich können Mittel zur Stromerfassung vorgesehen sein. Bevorzugt ist ein erstes Mittel zur Stromerfassung in den Laststromzweig am ersten Ausgang und ein weiteres Mittel zur Stromerfassung in den mit dem Bezugspotential verbundenen Stromzweig geschaltet. Hierdurch kann ein so genannter Current Mode DCDC-Wandler realisiert sein.alternative or additionally can Means be provided for current detection. Preferred is a first Means for current sensing in the load current branch at the first output and another means for current detection in the with the reference potential connected branch. This can be a so-called Current Mode DCDC converter be realized.

Alternativ oder zusätzlich kann ein Mittel zur Spannungsmessung am Eingang des Spannungswandlers angeschlossen sein zur Erfassung der Eingangsspannung, welches ebenfalls wie die anderen Mittel zur Spannungsmessung und die Mittel zur Stromerfassung mit der Steuereinheit verbunden sein kann.alternative or additionally can be a means of voltage measurement at the input of the voltage converter be connected to detect the input voltage, which also like the other means of voltage measurement and the means of current detection can be connected to the control unit.

In einer Ausführungsform ist am ersten und am zweiten Ausgang je ein Kondensator angeschlossen. Unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise wenn eine am Ausgang angeschlossene Last kapazitiv ist, kann auf den Kondensator verzichtet werden. Der Kondensator ist jeweils bevorzugt mit einem Bezugspotentialanschluss verbunden.In an embodiment a capacitor is connected to the first and the second output. Under certain conditions, for example when one is at the exit connected load is capacitive, can dispense with the capacitor become. The capacitor is in each case preferred with a reference potential terminal connected.

Die Schalter sind bevorzugt mit jeweiligen Transistoren, beispielsweise Feldeffekt-Transistoren aufgebaut.The Switches are preferred with respective transistors, for example Field effect transistors built.

Einige der Schalter, beispielsweise der dritte und/oder der vierte Schalter können jedoch auch eine Diode umfassen.Some the switch, for example the third and / or the fourth switch can but also include a diode.

Parallel zu dem Mittel zum Anschließen einer Induktivität ist ein Bypass-Schalter in einer Ausführungsform vorgesehen.Parallel to the means for connection an inductance For example, a bypass switch is provided in one embodiment.

Der Bypass-Schalter ist dabei so geschaltet, dass bei angeschlossener Induktivität eine Parallelschaltung der Induktivität mit dem Bypass-Schalter gebildet ist.Of the Bypass switch is switched so that when connected inductance formed a parallel connection of the inductance with the bypass switch is.

Der Bypass-Schalter umfasst bevorzugt einen Transistor, beispielsweise einen Feldeffekt-Transistor. Der Bypass-Schalter ist in einer Ausführungsform zu seiner Ansteuerung mit der Steuereinheit verbunden.Of the Bypass switch preferably comprises a transistor, for example a field effect transistor. The bypass switch is in one embodiment connected to its control with the control unit.

Bevorzugt ist an das Mittel zum Anschließen einer Induktivität eine Induktivität angeschlossen.Prefers is the means of connecting one inductance an inductance connected.

Die Induktivität ist bevorzugt mit je einem Anschluss mit einem ersten und einem zweiten Anschluss des Mittels zum Anschließen einer Induktivität verbunden.The inductance is preferred, each with a connection with a first and a second terminal of the means for connecting an inductance connected.

Während der übrige Spannungswandler bevorzugt in einer integrierten Schaltung realisiert ist, kann die Induktivität eine extern an einen Halbleiterkörper, umfassend die integrierte Schaltung des Spannungswandlers, anschließbare Induktivität sein. Alternativ kann die Induktivität eine On-Chip-Induktivität sein.While the rest of the voltage converter is preferably implemented in an integrated circuit, the inductance an external to a semiconductor body, comprising the integrated circuit of the voltage converter, be connectable inductance. alternative can the inductance be an on-chip inductor.

Bezüglich des Verfahren wird die Aufgabe gelöst durch Zuführen einer Eingangsspannung, Konvertieren der Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung mittels einer Induktivität und Kon vertieren der Eingangsspannung in eine invertierte Ausgangsspannung mittels der Induktivität.Regarding the Procedure, the task is solved by feeding an input voltage, converting the input voltage into one Output voltage by means of an inductance and con vert the input voltage in an inverted output voltage by means of the inductance.

Bevorzugt sind die Eingangsspannung und die Ausgangsspannungen DC-Spannungen.Prefers Both the input voltage and the output voltages are DC voltages.

Das Umsetzen der Eingangsspannung in die Ausgangsspannung erfolgt in einer Ausführungsform nach dem Boost-Prinzip.The The input voltage is converted into the output voltage in an embodiment according to the boost principle.

Dem gegenüber erfolgt das Konvertieren der Eingangsspannung in eine invertierte Ausgangsspannung bevorzugt in einem so genannten invertierenden Betrieb.the across from the input voltage is converted to an inverted one Output voltage preferably in a so-called inverting Business.

Dabei ist der Betrieb des Spannungswandlers bevorzugt getaktet.there the operation of the voltage converter is preferably clocked.

Das Konvertieren der Eingangsspannung in die Ausgangsspannung und das Konvertieren der Eingangsspannung in die invertierte Ausgangsspannung können beim getakteten Betrieb bevorzugt abwechselnd periodisch erfolgen.The Convert the input voltage to the output voltage and the Convert the input voltage to the inverted output voltage can in the pulsed operation preferably take place alternately periodically.

Alternativ ist es auch möglich, mehrere aufeinander folgende Taktperioden lang den Boost-Betrieb durchzuführen und anschließend eine oder mehrere Taktperioden lang den Inverting-Betrieb.alternative it is also possible several consecutive clock periods long the boost operation perform and subsequently one or more clock periods in the inverting mode.

Beispielsweise kann ein Aufladen der Induktivität in einer ersten Taktphase erfolgen. Hierfür ist die Induktivität bevorzugt zwischen den Eingang des Spannungswandlers und einen Bezugspotentialanschluss geschaltet. Nachfolgend kann die Induktivität in einer zweiten Taktphase entladen werden, indem der Eingang des Spannungswandlers über die Induktivität mit dem ersten Ausgang des Spannungswandlers verbunden ist.For example may be charging the inductor take place in a first clock phase. For this purpose, the inductance is preferred between the input of the voltage converter and a reference potential terminal connected. Subsequently, the inductance in a second clock phase be discharged by the input of the voltage transformer over the inductance is connected to the first output of the voltage converter.

Nachfolgend kann wieder die erste Taktphase durchgeführt werden, wie bereits beschrieben. Danach ist bevorzugt vorgesehen, zum Bereitstellen der invertierten Ausgangsspannung den Bezugspotentialanschluss über die Induktivität mit dem eingangsseitig an der Induktivität angekoppelten zweiten Ausgang zu verbinden.following can again be performed the first clock phase, as already described. After that is preferably provided for providing the inverted output voltage the reference potential connection via the inductance with the input coupled to the inductor second output connect to.

Danach können sich die beschriebenen Taktphasen periodisch wiederholen.After that can the described clock phases repeat periodically.

In einer Ausführung ist eine weitere Taktphase vorgesehen, in welcher die Induktivität überbrückt beziehungsweise kurzgeschlossen ist. Dies dient insbesondere dazu, unterschiedliche Leistungen am ersten und zweiten Ausgang bereitstellen zu können.In an execution a further clock phase is provided in which the inductance bridges or shorted. This serves in particular to different To provide services at the first and second output.

Damit in allen Taktphasen die erste und zweite Ausgangsspannung bereitgestellt werden können, ist es vorteilhaft, die Ausgangsspannung kapazitiv zu stützen.In order to provided in all clock phases, the first and second output voltage can be it is advantageous to capacitively support the output voltage.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Prinzips sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Further Details and embodiments of the proposed principle are Subject of the dependent Claims.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert.The Invention will be described below in several embodiments with reference to Figures explained in more detail.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Spannungswandlers, 1 A first embodiment of a voltage converter,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Spannungswandlers, 2 A second embodiment of a voltage converter,

3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Spannungswandlers, 3 A third embodiment of a voltage converter,

4 den Spannungswandler von 3 in einer ersten Taktphase, 4 the voltage transformer of 3 in a first clock phase,

5 den Spannungswandler von 3 in einer zweiten Taktphase, 5 the voltage transformer of 3 in a second clock phase,

6 entspricht 4, 6 corresponds to 4 .

7 den Spannungswandler von 3 in einer dritten Taktphase, 7 the voltage transformer of 3 in a third clock phase,

8 den Spannungswandler von 2 in einer vierten Taktphase und 8th the voltage transformer of 2 in a fourth clock phase and

9 ein Ausführungsbeispiel eines Spannungswandlers mit Dioden. 9 an embodiment of a voltage converter with diodes.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleich wirkende Teile.In the described embodiments like reference characters designate like or equivalent parts.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Spannungswandlers nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Ein Eingang 1 dient zum Zuführen einer Eingangsspannung Vin. Ein erster Ausgang 2 ist zum Bereitstellen einer ersten Ausgangsspannung Vout1 eingerichtet, während an einem zweiten Ausgang 3 eine zweite, invertierte Ausgangspannung Vout2 abgreifbar ist. Ein Mittel zum Anschließen einer Induktivität 5 umfasst zwei An schlüsse 4, 4', zwischen denen die Induktivität 5 angeordnet ist. Ein erster Schalter S1 verbindet den Eingang 1 mit dem ersten Anschluss 4 der Induktivität 5. Ein zweiter Schalter S2 verbindet den zweiten Anschluss 4' der Induktivität 5 mit einem Bezugspotentialanschluss 6, während ein dritter Schalter S3 den ersten Anschluss der Induktivität 5 mit dem zweiten Ausgang 3 koppelt. Ein vierter Schalter verbindet den zweiten Anschluss der Induktivität 5 mit dem ersten Ausgang 2 des Wandlers. Alle Schalter S1 bis S4 werden von einer Steuereinheit 7 angesteuert. Hierfür ist die Steuereinheit 7 über jeweilige Steuerleitungen mit jeweiligen Steuereingängen der Schalter S1 bis S4 verbunden. Darüber hinaus weist die Steuereinheit 7 zwei Eingänge auf, von denen einer zur Spannungserfassung mit dem ersten Ausgang 2 und ein zweiter zur Spannungserfassung mit dem zweiten Ausgang 3 verbunden ist. Der erste und der zweite Ausgang 2, 3 sind über eine jeweilige, gegen Bezugspotentialanschluss 6 geschaltete Kapazität C1, C2 stabilisiert. Die Kapazität ist dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel zugleich jeweils Teil des Spannungswandlers. 1 shows a first embodiment of a voltage converter according to the proposed principle. An entrance 1 serves to supply an input voltage Vin. A first exit 2 is arranged to provide a first output voltage Vout1 while at a second output 3 a second, inverted output voltage Vout2 can be tapped off. A means for connecting an inductance 5 includes two connections 4 . 4 ' , between which the inductance 5 is arranged. A first switch S1 connects the input 1 with the first connection 4 the inductance 5 , A second switch S2 connects the second port 4 ' the inductance 5 with a reference potential connection 6 while a third switch S3, the first terminal of the inductance 5 with the second exit 3 coupled. A fourth switch connects the second terminal of the inductor 5 with the first exit 2 of the converter. All switches S1 to S4 are controlled by a control unit 7 driven. This is the control unit 7 connected via respective control lines to respective control inputs of the switches S1 to S4. In addition, the control unit points 7 two inputs, one of which for voltage detection with the first output 2 and a second for voltage detection with the second output 3 connected is. The first and the second exit 2 . 3 are via a respective, against reference potential connection 6 switched capacitance C1, C2 stabilized. The capacity is in the present embodiment at the same time each part of the voltage converter.

Optional ist zumindest ein Mittel zur Stromerfassung vorgesehen, das den Strom in einem stromführenden Zweig misst. Insbesondere sind mehrere Mittel zur Strommessung positioniert, um die Ströme durch mehrere Schalter zu erfassen. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist ein erstes Mittel zur Stromerfassung 8 zwischen den zweiten Anschluss 4' der Induktivität 5 und den vierten Schalter S4 geschaltet und gibt einen Strom an einem Ausgang ab, welcher mit einem Eingang der Steuereinheit 7 verbunden ist. Ein weiteres Mittel zur Stromerfassung 9 ist zwischen den zweiten Schalter S2 und den Bezugspotentialanschluss 6 geschaltet und führt einen gemessenen Strom der Steuereinheit 7 zu.Optionally, at least one means for current detection is provided, which measures the current in a current-carrying branch. In particular, a plurality of current measuring means are positioned to detect the currents through a plurality of switches. In the embodiment of 1 is a first means of current detection 8th between the second port 4 ' the inductance 5 and the fourth switch S4 and outputs a current at an output, which is connected to an input of the control unit 7 connected is. Another means of current detection 9 is between the second switch S2 and the reference potential terminal 6 switched and carries a measured current of the control unit 7 to.

Der erste Schalter S1, die Induktivität 5, der zweite Schalter S2 sowie der vierte Schalter S4 und die erste Kapazität C1 sind von einem Schaltungsteil umfasst, mit dem in einem Boost-Betrieb eine Spannung am ersten Ausgang abgegeben werden kann, deren Vorzeichen demjenigen der Spannung am Eingang 1 entspricht, die betragsmäßig aber größer ist.The first switch S1, the inductance 5 , the second switch S2 and the fourth switch S4 and the first capacitor C1 are comprised of a circuit part with which in a boost operation, a voltage at the first output can be output, whose sign that of the voltage at the input 1 corresponds, but the amount is larger.

Zugleich ist mit der gleichen Induktivität ein invertierender Betrieb möglich. Hierfür ist die Induktivität 5 zusammen mit dem ersten Schalter S1, dem zweiten Schalter S2 und dem dritten Schalter S3 sowie der zweiten Kapazität C2 Teil eines invertierenden Converters gemäß dem vorgeschlagenen Beispiel.At the same time, an inverting operation is possible with the same inductance. This is the inductance 5 together with the first switch S1, the second switch S2 and the third switch S3 and the second capacitance C2 part of an inverting converter according to the proposed example.

Demnach können die Steuereinheit sowie die Induktivität und der erste und der zweite Schalter S1, S2 für die Bereitstellung beider Ausgangsspannungen mit benutzt werden. Insgesamt ergibt sich mit dem vorgeschlagenen Prinzip ein verringerter Chipflächenbedarf und insbesondere der Vorteil, Ausgangsspannungen unterschiedlicher Polarität und vorzugsweise gleichen Betrags mit einer DCDC-Wandleranordnung zu erzeugen, welche lediglich eine Induktivität benötigt.Accordingly, the control unit as well as the inductance and the first and second switches S1, S2 can be used for the provision of both output voltages. Overall, the proposed principle results in a reduced chip area requirement and in particular the advantage of off supply voltages of different polarity and preferably the same amount with a DCDC converter arrangement to produce, which only requires an inductance.

Die Funktionsweise der Schaltung von 1 soll später anhand der 4 bis 7 näher erläutert werden.The operation of the circuit of 1 should later on the basis of 4 to 7 be explained in more detail.

2 zeigt eine Weiterbildung der Schaltung von 1. Insoweit die Schaltung von 2 mit der derjenigen von 1 verwendeten Bauteilen und deren vorteilhafter Verschaltung übereinstimmt, wird eine Wiederholung der Beschreibung vermieden. Zusätzlich ist bei 2 ein Bypass-Schalter S5 vorgesehen, der zwischen die beiden Anschlüsse 4 des Mittels zum Anschließen der Induktivität 5 geschaltet ist. 2 shows a development of the circuit of 1 , As far as the circuit of 2 with that of 1 used components and their advantageous interconnection matches a repetition of the description is avoided. Additionally is at 2 a bypass switch S5 is provided between the two terminals 4 the means for connecting the inductance 5 is switched.

Mit dem zusätzlichen Schalter ist es möglich, unterschiedliche Leistungen an den beiden Ausgängen 2, 3 bereitzustellen. Zur weiteren Erläuterung der Funktionsweise wird auf 8 mit zugehöriger Beschreibung verwiesen.With the additional switch it is possible to have different powers at the two outputs 2 . 3 provide. To further explain the operation is on 8th with associated description.

3 zeigt eine Weiterbildung der Schaltung von 1, die sich von jener dadurch unterscheidet, dass die Schalter S1 bis S4 von 1 in 3 durch Transistoren T1 bis T4 ersetzt sind. Dabei handelt es sich um Feldeffekt-Transistoren vom selbstsperrenden Typ, deren Gate-Anschlüsse zu ihrer Ansteuerung mit der Steuereinheit 7 verbunden sind. 3 shows a development of the circuit of 1 , which differs from that in that the switches S1 to S4 of 1 in 3 are replaced by transistors T1 to T4. These are field-effect transistors of the self-locking type, whose gate connections are used for their control with the control unit 7 are connected.

4 zeigt die Schaltung von 3 in einer ersten Taktphase A. Die Induktivität wird mit der Eingangsspannung Vin über den gegen Masse durchgeschalteten Strompfad aufgeladen. 4 shows the circuit of 3 in a first clock phase A. The inductance is charged with the input voltage Vin via the grounded through current path.

5 zeigt den Umladebetrieb, bei dem die Induktivität wirksam zwischen den Eingang 1 und den ersten Ausgang 2 geschaltet ist. Diese Taktphase ist mit B bezeichnet. 5 shows the transfer mode, in which the inductance is effectively between the input 1 and the first exit 2 is switched. This clock phase is designated B.

In einem herkömmlichen Boost-Betrieb mit nur einer Ausgangsspannung würden sich die Taktperioden A, B periodisch abwechseln.In a conventional one Boost operation with only one output voltage would be the clock cycles A, B alternate periodically.

6 und 7 beschreiben die zur Erzeugung der invertierten Ausgangsspannung am Ausgang 3 benötigten Taktphasen A, B*. Die Taktphase A von 6 entspricht der Taktphase A von 4. Die Taktphase B* von 7 zeichnet sich dadurch aus, dass ein Strompfad zwischen dem zweiten Ausgang 3 über die Induktivität 5 zum Bezugspotentialanschluss 6 gebildet ist. Damit ist ein invertierender Betrieb realisiert. 6 and 7 describe the ones for generating the inverted output voltage at the output 3 required clock phases A, B *. The clock phase A of 6 corresponds to the clock phase A of 4 , The clock phase B * of 7 is characterized by having a current path between the second output 3 via the inductance 5 to the reference potential connection 6 is formed. This realizes an inverting operation.

Um nun sowohl am zweiten Ausgang 2 als auch am dritten Ausgang 3 jeweils unterschiedliche Spannungen bereitzustellen, nämlich die Ausgangsspannung Vout1 und die Ausgangsspannung in invertierter Form Vout2, sind mehrere Betriebsarten möglich.In order now both at the second exit 2 as well as at the third exit 3 To provide different voltages, namely the output voltage Vout1 and the output voltage in inverted form Vout2, several modes are possible.

In einer ersten Betriebsart werden die vier Taktperioden A, B, A, B* wie anhand von 4 bis 7 beschrieben, periodisch wiederholt. Somit ist ein alternierender Betrieb erreicht.In a first mode, the four clock periods A, B, A, B * as based on 4 to 7 described, repeated periodically. Thus, an alternate operation is achieved.

Alternativ können jeweils mehrere gleichartige Taktfolgen hintereinander ausgeführt werden, beispielsweise in einer Folge A, B, A, B, A, B, A, B*, A, B*, A, B*. Dies wird auch als Burst-Betrieb bezeichnet.alternative can in each case a plurality of identical clock sequences are carried out in succession, for example in a sequence A, B, A, B, A, B, A, B *, A, B *, A, B *. This is also called burst operation.

Wenn verschiedene Leistungen an den beiden Ausgangsanschlüssen 2, 3 bereitgestellt werden sollen, kann der zusätzliche Schalter 55 von 2 benutzt werden.If different power at the two output terminals 2 . 3 can be provided, the additional switch 55 from 2 to be used.

8 beschreibt den geschlossenen Zustand des Schalters S5. Dadurch bleibt der Strom durch die Spule 5 bei einem bestimmten unteren Limit. In dieser Taktphase C, die in 8 gezeigt ist, fließt der Strom in der Schleife und wird, wenn der On-Widerstand des Schalters 5 ausreichend klein ist, den Strom durch die Spule konstant halten. Zu Beginn einer nachfolgenden Phase A, sei es im Boost- oder im Inverting-Betrieb, beginnt die Spule wieder mit einem Start-Strom, nämlich der Grenze IDCO. Mit diesem Prinzip werden Laständerungen an einem der beiden Ausgänge des DCDC-Konverters von dem anderen Ausgang isoliert. 8th describes the closed state of the switch S5. This keeps the current through the coil 5 at a certain lower limit. In this clock phase C, the in 8th is shown, the current flows in the loop and, when the on-resistance of the switch 5 is sufficiently small, keep the current through the coil constant. At the beginning of a subsequent phase A, whether in boost or inverted mode, the coil starts again with a starting current, namely the IDCO limit. This principle isolates load changes at one of the two outputs of the DCDC converter from the other output.

In einer weiteren Betriebsart ist es daher möglich, nach der Sequenz A, B, A, B* die Taktphase C einzufügen, was resultiert in der periodischen Wiederholung von A, B, A, B*, C.In another mode, it is therefore possible, after the sequence A, B, A, B * insert the clock phase C, which results in the periodic repetition of A, B, A, B *, C.

In einer vierten Betriebsart kann die Taktphase A gemäß 6 übersprungen werden, was in der Sequenz A, B, B*, A, B, B* und so weiter resultiert.In a fourth mode, the clock phase A according to 6 which results in the sequence A, B, B *, A, B, B * and so on.

Selbstverständlich kann auch die Reihenfolge geändert werden, in einer fünften Betriebsart, bei der die Sequenz A, B*, B periodisch wiederholt wird.Of course you can also changed the order be, in a fifth Mode in which the sequence A, B *, B repeats periodically becomes.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Steuerverfahrens ist die Summe der Zeitintervalle aller Taktphasen konstant.In a preferred embodiment of the control method is the sum of the time intervals of all clock phases constant.

Um konstante Spannungen an den Ausgängen 2, 3 zu erzielen, erfolgt die Ansteuerung der Schalter in Abhängigkeit der gemessenen Spannungen und gegebenenfalls Ströme wie anhand von 1 erläutert.Constant voltages at the outputs 2 . 3 To achieve the control of the switch takes place as a function of the measured voltages and possibly currents as based on 1 explained.

9 zeigt eine Abwandlung der Schaltung von 3, bei der der dritte Schalter T3 und der vierte Schalter T4 durch jeweilige Schottky-Dioden ersetzt sind. Die erste Schottky-Diode D1, die den dritten Transistor T3 ersetzt, ist dabei zwischen dem ersten Anschluss der Spule 5 und dem zweiten Ausgang 3 in Sperrrichtung geschaltet, während die zweite Diode D2 zwischen den zweiten Anschluss der Spule 5 und den ersten Ausgang 2 in Durchlassrichtung gepolt ist. 9 shows a modification of the circuit of 3 , wherein the third switch T3 and the fourth switch T4 by respective Schottky diodes he are set. The first Schottky diode D1, which replaces the third transistor T3, is between the first terminal of the coil 5 and the second exit 3 in the reverse direction, while the second diode D2 between the second terminal of the coil 5 and the first exit 2 is poled in the forward direction.

Diese Ausführung zeichnet sich dadurch aus, dass die Hochspannungstauglichkeit der Schaltung verbessert ist. Die Durchbruchspannung der Dioden ist höher wie bei einem Stan dard-NMOS-Transistor, dessen Drain eine begrenzte Spannungsfestigkeit aufweist.These execution is characterized by the fact that the high voltage capability of the Circuit is improved. The breakdown voltage of the diodes is higher as in a standard NMOS transistor whose drain has a limited current Has dielectric strength.

Die beiden Schottky-Dioden D1, D2 von 9 sind als passive Bauteile ausgeführt.The two Schottky diodes D1, D2 of 9 are designed as passive components.

Zusätzlich ist ein Widerstand R1 zwischen den zweiten Ausgang 3 und einen Eingang der Steuereinheit 7 geschaltet. Dieser Widerstand R1 zusammen mit einer internen Stromquelle I1, die am Eingang der Steuereinheit und am Widerstand R1 angeschlossen ist, dient dazu, eine Pegelverschiebung der negativen Ausgangsspannung durchzuführen. Wie in 9 gezeigt, kann die Spannung am Ausgang 2 direkt durch die Steuereinheit 7 erfasst werden. Alternativ könnte ein Widerstandsteiler oder eine Pegel-Verschiebung mit einem Netzwerk, umfassend einen Widerstand und eine Stromquelle, vorgesehen sein.In addition, a resistor R1 is between the second output 3 and an input of the control unit 7 connected. This resistor R1 together with an internal current source I1, which is connected to the input of the control unit and the resistor R1, is used to perform a level shift of the negative output voltage. As in 9 shown, the voltage at the output 2 directly through the control unit 7 be recorded. Alternatively, a resistor divider or a level shift could be provided to a network comprising a resistor and a current source.

Bei dem beschrieben Betrieb gemäß 4 bis 7, der als Alternating Mode bezeichnet werden kann, ist es empfehlenswert, dass die Spule in einem löckenden Betrieb gefahren wird und daher zu Beginn jedes Zyklus der Spulenstrom von Null startet. Dadurch ist die Regelung vereinfacht.In the described operation according to 4 to 7 , which can be referred to as alternating mode, it is recommended that the coil is driven in a löckenden operation and therefore at the beginning of each cycle, the coil current starts from zero. This simplifies the regulation.

Im Burst-Mode, bei dem jeweils mehrere Taktzyklen gleicher Art wiederholt werden, beispielsweise A, B, A, B, A, B, A, B*, A, B*, A, B*, kann der Wechsel der Betriebsart beispielsweise dadurch ausgelöst werden, dass die am ersten und zweiten Ausgang 2, 3 gemessene Ausgangsspannung jeweils mit einem Sollwert, beispielsweise plus 10 Volt beziehungsweise minus 10 Volt verglichen wird. In diesem Fall kann die Spule entweder im löckenden oder im nicht löckenden Betrieb betrieben werden, da die beiden DCDC-Konverter bezüglich der Stabilität getrennt voneinander betrachtet werden können und der Einfluss des einen auf den anderen vernachlässigbar ist.In burst mode, in which several clock cycles of the same kind are repeated in each case, for example, A, B, A, B, A, B, A, B *, A, B *, A, B *, the change of the mode, for example by be triggered that at the first and second output 2 . 3 measured output voltage is compared with a set value, for example, plus 10 volts or minus 10 volts. In this case, the coil can be operated in either stacking or non-latching operation, since the two DCDC converters can be considered separately for stability and the influence of one on the other is negligible.

Das vorgeschlagene Prinzip ist beispielsweise für die aktive Versorgungsspannungserzeugung von organischen Leuchtdioden, OLED, geeignet, sowie für jede andere Anwendung, bei der positive und negative Versorgungsspannungen, die stabil sind, in Form von Gleichspannungen benötigt werden.The proposed principle is, for example, for the active supply voltage generation of organic light emitting diodes, OLED, suitable, as well as for each other Application in which positive and negative supply voltages, which are stable, needed in the form of DC voltages.

11
Eingangentrance
22
erster Ausgangfirst output
33
zweiter Ausgangsecond output
44
Anschlussconnection
4'4 '
Anschlussconnection
55
Induktivitätinductance
66
BezugspotentialanschlussReference potential terminal
77
Steuereinheitcontrol unit
88th
Mittel zur Stromerfassungmedium for current detection
99
Mittel zur Stromerfassungmedium for current detection
AA
erste Taktphasefirst clock phase
BB
zweite Taktphasesecond clock phase
B*B *
dritte Taktphasethird clock phase
CC
vierte Taktphasefourth clock phase
C1C1
Kondensatorcapacitor
C2C2
Kondensatorcapacitor

Claims (14)

Spannungswandler, aufweisend – einen Eingang (1) zum Zuführen einer Eingangsspannung (Vin), – einen ersten Ausgang (2) zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung (Vout1), – einen zweiten Ausgang (3) zum Bereitstellen einer invertierten Ausgangsspannung (Vout2), – Mittel (4) zum Anschließen einer Induktivität (5), – Schaltmittel (S1, S2, S3, S4), die die Mittel zum Anschließen der Induktivität (5) mit dem Eingang (1), dem ersten Ausgang (2), dem zweiten Ausgang (3) und einem Bezugspotentialanschluss (6) koppeln.Voltage transformer, comprising - an input ( 1 ) for supplying an input voltage (Vin), - a first output ( 2 ) for providing an output voltage (Vout1), - a second output ( 3 ) for providing an inverted output voltage (Vout2), - means ( 4 ) for connecting an inductance ( 5 ), - switching means (S1, S2, S3, S4), the means for connecting the inductance ( 5 ) with the entrance ( 1 ), the first output ( 2 ), the second output ( 3 ) and a reference potential terminal ( 6 ) couple. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (7) vorgesehen ist, die die Schaltmittel (S1, S2, S3, S4) ansteuert.Voltage converter according to claim 1, characterized in that a control unit ( 7 ) is provided, which controls the switching means (S1, S2, S3, S4). Spannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das Mittel zum Anschließen einer Induktivität (5) einen ersten und einen zweiten Anschluss (4, 4') hat, und dass das Schaltmittel – einen ersten Schalter (S1), der den Eingang (1) mit dem ersten Anschluss (4) koppelt, – einen zweiten Schalter (S2), der den Bezugspotentialanschluss (6) mit dem zweiten Anschluss (4') koppelt, – einen dritten Schalter (S3), der den ersten Anschluss (4) mit dem zweiten Ausgang (3) koppelt, und – einen vierten Schalter (S4), der den zweiten Anschluss (4') mit dem ersten Ausgang (2) koppelt, umfasst.Voltage transformer according to claim 1 or 2, characterized in that - the means for connecting an inductance ( 5 ) a first and a second connection ( 4 . 4 ' ), and that the switching means - a first switch (S1), the input ( 1 ) with the first connection ( 4 ), - a second switch (S2) connecting the reference potential terminal (6) to the second terminal (S2) 4 ' ), - a third switch (S3) connecting the first port ( 4 ) with the second output ( 3 ), and - a fourth switch (S4) connecting the second terminal (S4) 4 ' ) with the first output ( 2 ). Spannungswandler nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) mit jeweiligen Steueranschlüssen des ersten bis vierten Schalters (S1, S2, S3, S4) verbunden ist.Voltage transformer according to claim 2 and 3, characterized in that the control unit ( 7 ) is connected to respective control terminals of the first to fourth switches (S1, S2, S3, S4). Spannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Mittel zur Spannungsmessung am ersten und/oder am zweiten Ausgang (2, 3) des Spannungswandlers angeschlossen ist, mit einem Ausgang des zumindest einen Mittels zur Spannungsmessung, der mit der Steuereinheit (7) verbunden ist.Voltage transformer according to one of claims 1 to 4, as far as dependent on claim 2, characterized in that at least one means for voltage measurement at the first and / or at the second output ( 2 . 3 ) of the voltage converter is connected to an output of the at least one means for voltage measurement, which is connected to the control unit ( 7 ) connected is. Spannungswandler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Mittel zur Stromerfassung (8) in einem ein Schaltmittel umfassenden Stromzweig vorgesehen ist, mit einem Ausgang des zumindest einen Mittels zur Stromerfassung, der mit der Steuereinheit (7) verbunden ist.Voltage converter according to one of claims 2 to 5, characterized in that at least one means for current detection ( 8th ) is provided in a circuit branch comprising a current branch, with an output of the at least one means for current detection, which is connected to the control unit ( 7 ) connected is. Spannungswandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Mittel zur Stromerfassung (8) in einem den zweiten Schalter (S2) umfassenden Stromzweig und/oder in einem den vierten Schalter (S4) umfassenden Stromzweig vorgesehen ist.Voltage transformer according to claim 6, characterized in that the at least one means for current detection ( 8th ) is provided in a current branch comprising the second switch (S2) and / or in a current branch comprising the fourth switch (S4). Spannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten und am zweiten Ausgang (2, 3) je ein Kondensator (C1, C2) angeschlossen ist.Voltage transformer according to one of claims 1 to 7, characterized in that at the first and at the second output ( 2 . 3 ) each a capacitor (C1, C2) is connected. Spannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, soweit auf Anspruch 3 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte und/oder der vierte Schalter (S3, S4) eine Diode (D1, D2) umfassen.Voltage converter according to one of claims 1 to 8, as far as dependent on claim 3, characterized in that the third and / or the fourth switch (S3, S4) comprise a diode (D1, D2). Spannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem Mittel zum Anschließen einer Induktivität (5) ein Bypass-Schalter (S5) vorgesehen ist.Voltage transformer according to one of claims 1 to 9, characterized in that parallel to the means for connecting an inductance ( 5 ) a bypass switch (S5) is provided. Spannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Induktivität (5) an das Mittel zum Anschließen einer Induktivität angeschlossen ist.Voltage converter according to one of claims 1 to 10, characterized in that an inductance ( 5 ) is connected to the means for connecting an inductance. Verfahren zur Spannungswandlung, umfassend – Zuführen einer Eingangsspannung (Vin), – Konvertieren der Eingangsspannung (Vin) in eine Ausgangsspannung (Vout1) mittels einer Induktivität (5), – Konvertieren der Eingangsspannung (Vin) in eine invertierte Ausgangsspannung (Vout2) mittels der Induktivität (5).Method for voltage conversion, comprising - supplying an input voltage (Vin), - converting the input voltage (Vin) into an output voltage (Vout1) by means of an inductance ( 5 ), - Converting the input voltage (Vin) into an inverted output voltage (Vout2) by means of the inductance ( 5 ). Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch – Aufladen der Induktivität (5) in einer ersten Taktphase (A), – Entladen der Induktivität (5) und Bereitstellen der Ausgangsspannung (Vout1) in einer zweiten Taktphase (B), – Entladen der Induktivität (5) und Bereitstellen der invertierten Ausgangsspannung (Vout2) in einer dritten Taktphase (B*)Method according to claim 12, characterized by - charging the inductance ( 5 ) in a first clock phase (A), - discharging the inductance ( 5 ) and providing the output voltage (Vout1) in a second clock phase (B), - discharging the inductance ( 5 ) and providing the inverted output voltage (Vout2) in a third clock phase (B *) Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch – Überbrücken der Induktivität (5) in einer vierten Taktphase (C).Method according to Claim 13, characterized by bridging the inductance ( 5 ) in a fourth clock phase (C).
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