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Technisches Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Techniken zur Steuerung von Spannungsreglern
insbesondere der Steuerung von Spannungsreglern zur Verlängerung
der Batterielebensdauer.
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Hintergrund
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Batteriegestützte Energieversorgungen
werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Häufig müssen Batterieenergieversorgungen
geregelt werden bevor sie in einem System eingesetzt werden können. Beispielsweise
zeigt
1 ein beispielhaftes System, das Spannungsregler
in einer batteriegestützten
Energieversorgung
100 verwendet. Wie
1 zeigt,
kann eine Wechselspannungsversorgung von einem Wechselspannungsadapter
110 erhalten
werden, welcher beispielsweise an ein öffentliches Wechselspannungsversorgungsnetz
angeschlossen werden kann. Eine Batterie
120 ist ebenfalls
vorgesehen um eine Batterieenergieversorgung zur Verfügung zu
stellen. Gemäß dem Stand der
Technik können
die Schalter
112,
114, und
116 und der
Batterieladeregler
130 benutzt werden um AC Leistung von
dem Wechselspannungsadapter
110 oder Batterieleistung von
der Batterie
120 zu liefern, um damit die Versorgungsschiene
Vin
125 mit Leistung zu versorgen. Wie ebenfalls bekannt
ist, können
die Schalter ebenfalls so gesteuert werden, dass sie das Laden der
Batterie besorgen. Beispielsweise werden Wechselspannungs- und batteriegestützte Netze
in der anhängigen
U.S. Patentanmeldungsnummer 11/058,781 ,
eingereicht am 16. Februar 2005, mit dem Titel
„Methode
und Verfahren zur Integration von Ladereglern in einer Batterieanordnung" von Luo et al. beschrieben,
deren Offenbarung durch Bezug an dieser Stelle ausdrücklich aufgenommen
wird.
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Wie
in 1 gezeigt, kann die Leistungsversorgungsschiene
Vin 125 eine Anzahl von Spannungsreglern 140 versorgen.
In typischen Anwendungen kann die Schiene Vin 125 von 9-20
Volt reichen. Falls, zum Beispiel, der Wechselspannungsadapter 110 eingesetzt
wird, kann der nominelle Eingangsspannungspegel von Vin 125 19,5V
betragen. Falls jedoch das Leistungsversorgungssystem mittels der
Batterie versorgt wird, kann der minimale Eingangsspannungspegel
bis auf 9V zurückgehen.
Die Spannungsregler 140 wandeln den Spannungspegel der
Schiene Vin 125 in die notwendigen Spannungen, die die
Lasten des batteriegestützten
Netzes 100 benötigten,
wie Prozessor, Chipsatz, Speicher mit doppelter Datenrate (double
data rate (DDR)) und Grafikkarten. Beispielsweise werden, wie die 1 zeigt,
die Spannungsregler 140 eingesetzt um eine Anzahl von geregelten
Energieversorgungsschienen zu liefern, die von 0,9-5V reichen. Die
Anzahl, die Typen und die Ausgangsspannungspegel, der in 1 gezeigten
Spannungsregler sind lediglich beispielhaft und können in
Abhängigkeit
der Anwendungen und Notwendigkeiten der Nutzer variieren. Ein beispielhafter
Typ von Regler, der für
das in dieser Offenbarung eingeführte
Verfahren benutzt werden kann, ist ein allgemeiner Schaltspannungsregler
wobei ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor
(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET)) als
Leistungssteuerschalter eingesetzt wird. In einer beispielhaften
Ausführungsform
können
die Spannungsregler „Buck"-Spannungsreler sein.
Buck oder „Tiefsetzsteller" („step down" voltage regulator)
sind Spannungsregler, die allgemein dafür bekannt sind, dass ihre Ausgangsspannung
niedriger als ihre Eingangsspannung ist. Beispielhafte Spannungsregler
benutzen Steuerbausteine wie Intersil ISL88550A, Maxim MAX8743 und
Texas Instrument TPS51116. Die beispielhaften Spannungsregler haben
das gemeinsame Merkmal, dass zwei +5V Hilfsspannungen benötigt werden,
um den Betrieb der Treiberschaltung und der Steuerschaltung aufrecht zu
erhalten. Von diesen beiden Versorgungsspannungen wird eine +5V
Vorsorgungsspannung VCC oder AVDD genannt, und das ist diejenige
nach dem RC-Filter. Es wird jedoch anerkannt, dass die hier beschriebenen
Konzepte für
einen weiten Bereich von anderen Reglertypen von Bedeutung sind,
und dass die hier diskutierten Regler lediglich beispielhaft sind.
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Wie
in 1 gezeigt, können
die Spannungsregler, neben der Versorgungsschiene Vin, die geregelt
werden soll, Versorgungsspannungen über zusätzliche Eingänge empfangen.
So kann beispielsweise, wie gezeigt, ein Vdd Versorgungseingang 142 verwendet
werden und ein Vcc Versorgungseingang 144, gefiltert durch
ein RC Filter nach Vdd, kann ebenfalls verwendet werden. Wie in 2 detaillierter
gezeigt, kann der Vdd Versorgungseingang 142 als Versorgungsspannung
für den
MOSFET Gatetreiberschaltkreis dienen und der Vcc Versorgungseingang 144 kann
als Versorgungsspannung für
die analoge und/oder digitale Steuereinheit innerhalb des Reglers
dienen.
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2 zeigt
eine beispielhafte Anwendung des Reglers 140. Wie die 2 zeigt,
kann der Regler 140 eine integrierte Reglerschaltung 210,
Leistungs-MOSFETs 220 und 222 und
einen Reglersystemausgang 230 beinhalten. Versorgungsschienen Vin 125,
Vdd 142 und Vcc 144 werden der integrierten Reglerschaltung 210,
wie gezeigt, zugeführt.
Die MOSFETs 220 und 222 werden durch die Gateatreiberausgänge 221 bzw. 223 gesteuert.
Der Sourceanschluss des MOSFET 220 und der Drainanschluss des
MOSFET 222 sind ebenfalls wie, gezeigt, an den LX Anschluss 225 der
integrierten Reglerschaltung 210 angeschlossen. Der OUT
Anschluss 226 tastet die Ausgangsspannung ab, um festzustellen,
ob der Regler normal arbeitet, ansonsten kann eine Schutzmaßnahme durch
den Steuerschaltkreis innerhalb des Reglers vorgenommen werden.
Der FB Anschluss 228 liefert Rückmeldung an die Steuereinheit mittels
eines Spannungsteilers (nicht dargestellt). Die Steuereinheit vergleicht
das rückgemeldete
Signal mit der voreingestellten Referenzspannung um die Einschaltzeitdauer
des spannungsmäßig hoch
liegenden (high side switching) MOSFETs 220 und des spannungsmäßig niedrig
liegenden (low side) MOSFETs zu bestimmen. Der beispielhafte Span nungsregler 140 kann,
zum Beispiel, eine MAXIM MAX8550 integrierte Spannungsreglerschaltung
verwenden. Wie in 2 gezeigt, kann der Treiberschaltkreis 240 eingesetzt
werden um die Gatetreiberausgangsspannungen zu liefern. Die Steuereinheit 250 kann
Steuersignale liefern um die Treibereinheit 240 geeignet
zu steuern in Antwort auf die Signale von den OUT 226 und
FB 228 Anschlüssen.
Die Vdd Versorgung 142 kann zur Versorgung der Treibereinheit 240 benutzt
werden und die Vcc Versorgung 144 nach einem RC Filter
an Vdd kann zur Versorgung der Steuereinheit 250 benutzt
werden.
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Die
Leistungseffizienz des Reglers 140 ist (neben anderen Dingen)
von dem Leitungsverlust der MOSFETs abhängig. Insbesondere der Drain-Source-Widerstand
Rds(on) des MOSFET 222 hat großen Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad des
gesamten Energieversorgungssystems und damit entsprechende Auswirkung
auf die Batterielebensdauer, der in einem derartigen System eingesetzten
Batterie. Es wäre
deshalb wünschenswert, Verfahren
bereitzustellen, die den Wirkungsgrad von Energieversorgungssystemen
verbessern, insbesondere den Wirkungsgrad der Spannungsregler.
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Wie
in 1 gezeigt, können
batteriegestützte
Energieversorgungssysteme eingesetzt werden um eine Vielzahl von
Systemausgangsspannungen zu erzeugen, wie CPU Spannungsschienen, Systemspannungsschienen,
Speicherspannungsschienen, Chipsatzspannungsschienen, Grafikkartenspannungsschienen,
usw. Solche Ausgangsspannungen werden häufig in Datenverarbeitungssystemen
eingesetzt. Da der Wert und die Verwendung von Informationen weiter
ansteigen, suchen Einzelpersonen und Unternehmen nach zusätzlichen
Wegen um Informationen zu verarbeiten und zu speichern. Eine Option,
die Anwendern zur Verfügung steht,
sind Informationsverarbeitungssysteme. Ein Informationsverarbeitungssystem
verarbeitet, übersetzt,
speichert und/oder überträgt Informationen oder
Daten für
geschäftliche,
persönliche
oder andere Zwecke und erlaubt damit Anwendern Vorteil aus dem Wert
der Information zu ziehen. Da die Technologie und die Anforderungen
an die Informationsverarbeitung von verschiedenen Nut zern oder Anwendungen
variieren, variieren auch die Informationsverarbeitungssysteme hinsichtlich
der Information, die bearbeitet wird, wie die Information bearbeitet
wird und wie schnell und effizient die Information verarbeitet,
gespeichert oder übertragen
werden kann. Die Variationen der Informationsverarbeitungssysteme ermöglicht es
Informationsverarbeitungssystem allgemein zu sein, oder für einen
speziellen Anwender oder eine spezielle Verwendung konfiguriert
zu sein, wie finanzielle Transaktionen, Reservierungen von Fluglinien,
Datenspeicherung in Unternehmen, oder weltweite Kommunikation. Informationsverarbeitungssysteme
können
zusätzlich
eine Vielzahl von Hardware und Software Bestandteilen einschließen, die
so ausgelegt werden können,
dass sie Information verarbeiten, speichern und übertragen können, und können ein oder mehrere Rechnersysteme,
Datenspeichersysteme und Systeme für den Netzwerkbetrieb einschließen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
Verfahren und ein System zur Verbesserung des Wirkungsgrades einer
batteriegestützten Spannungsversorgung
werden offenbart. Es wird insbesondere ein Verfahren und ein System
bereitgestellt zur Verbesserung des Spannungsreglerwirkungsgrades
eines Systems, dessen Eingangsspannung, die geregelt werden soll,
stark schwanken kann. Bei den offenbarten Methoden schwankt die Spannungsversorgung,
die für
den Treibersteuerschaltkreis der Spannungsregler verwendet wird,
relativ zu den Schwankungen der Eingangsspannung. Daher kann in
einer Ausprägungsform
die Spannungsversorgung, die für
den Schaltkreis verwendet wird, der einen Gatesteueranschluss eines
MOSFETs der Reglerschaltung ansteuert, in Bezug auf Schwankungen
der Eingangsspannung verändert werden.
Beispielsweise kann eine inverse Beziehung hergestellt werden zwischen
dem Eingangsspannungspegel und dem Spannungspegel, der für den Gatetreiberschaltkreis
verwendet wird, der die Gates der MOSFETs des Reglers steuert.
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In
einer Ausprägungsform
ist ein Verfahren vorgesehen, um die Batterielebensdauer einer Batteriequelle
in einer batteriegestützten
Energieversorgung mit Spannungsregelung auszuweiten. Das Verfahren
kann die Bereitstellung einer ersten Spannungsversorgung umfassen,
wobei die erste Spannungsversorgung wenigstens zeitweise durch eine Batteriequelle
erzeugt wird. Weiterhin, ist ein Spannungsregler vorgesehen, der
die erste Versorgungsspannung empfängt und eine veränderliche
Ausgangstreibersteuerspannung erzeugt, die wenigstens teilweise
in Bezug auf den Spannungspegel der ersten Versorgungsspannung variiert.
Das Verändern
der Ausgangstreibersteuerspannung in Bezug auf den Spannungspegel
der ersten Spannungsversorgung erweitert die Lebensdauer der Batterie.
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In
einer weiteren Ausprägungsform
wird ein Verfahren für
die Steuerung einer Ausgangstreibersteuerspannung eines Spannungsreglers
bereitgestellt. Das Verfahren weist die Bereitstellung einer ersten
Energieversorgung auf, die durch den Spannungsregler geregelt werden
soll und die Verwendung einer Steuerspannungseinheit als eine Steuereinheit
der Energieversorgung für
wenigstens einen Teil der Steuerschaltung der Spannungsregler. Weiterhin
beinhaltet das Verfahren die Verwendung einer Treiberspannungseinheit,
als eine Treiberversorgungsspannungseinheit, für wenigstens einen Teil des
Treiberschaltkreises des Spannungsreglers, wobei der Treiberschaltkreis
ein Treibersignal steuert, das einen Transistorausgang des Spannungsreglers steuert.
Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Verändern der Spannungspegel der
Treibereinheit, so dass der Spannungspegel der Treibereinheit wenigstens
teilweise von dem Spannungspegel der ersten Energieversorgung abhängt; und
das Vorsehen einer geregelten Ausgangsspannung von dem Spannungsregler.
Der Wirkungsgrad des Spannungsreglers hängt von der Spannung der Treibereinheit
ab.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
wird ein Informationsverarbeitungssystem offenbart. Das System kann
eine erste Spannungsversorgung beinhalten, wobei die erste Spannungsversorgung
wenigstens zeitweise durch eine Batteriequelle erzeugt wird, und
wobei die erste Spannungsversorgung einen variablen Span nungspegel
hat. Das System beinhaltet weiterhin einen Spannungsregler, der
an die erste Spannung angeschlossen ist, wobei der Spannungsregler
die erste Spannung regelt, um eine Spannungsregelausgangsspannung
bereitzustellen. Das System kann weiterhin eine zweite Spannungsversorgung
beinhalten, wobei die zweite Spannungsversorgung wenigstens teilweise
für den
Steuerschaltkreis des Spannungsreglers verwendet wird. Das System
umfasst weiterhin eine variable dritte Spannungsversorgung, wobei
die dritte Spannungsversorgung wenigstens teilweise für den Treiberschaltkreis
des Spannungsreglers verwendet wird, wobei der Treiberschaltkreis
ein Steuersignal liefert, das an den Steueranschluss eines Ausgangstransistors
des Spannungsreglers angeschlossen wird. Ein Spannungspegel der
variablen dritten Spannungsversorgung hängt von einem Spannungspegel
der ersten Spannungsversorgung ab.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Es
wird angemerkt, dass die beigefügten Zeichnungen
nur beispielhafte Ausführungsformen der
Erfindung veranschaulichen, und dass sie deshalb nicht als den Umfang
der Erfindung einschränkend
betrachtet werden sollen, da die Erfindung andere gleichermaßen wirkungsvolle
Ausprägungsformen
erlauben kann.
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1 veranschaulicht
ein Informationsverarbeitungssystem gemäß dem Stand der Technik, das ein
Batterieenergieversorgungssystem und Spannungsregler aufweist.
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2 veranschaulicht
einen Spannungsregler gemäß dem Stand
der Technik.
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3 veranschaulicht
einen beispielhaften Schaltkreis für ein Informationsverarbeitungssystem, das
eine Batterieenergieversorgung und eine veränderliche Treiberspannungssteuerung
der Spannungsregler aufweist.
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4 veranschaulicht
einen Spannungsregler, der Versorgungsspannungen aufweist, die in Übereinstimmung
mit den hier offenbarten Verfahren vorgesehen sind.
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5 veranschaulicht
einen beispielhaften Schaltkreis, der verwendet wird, um die Treiberspannungssteuerung
adaptiv einzustellen.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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3 veranschaulicht
ein Beispiel eines batteriegestützten
Spannungsversorgungssystems 300, das in einem Informationsverarbeitungssystem
eingesetzt werden kann, um Nutzen aus den hier offenbarten Verfahren
zu ziehen. Zum Zwecke dieser Offenbarung kann ein Informationsverarbeitungssystem
irgendein Mittel oder eine Anhäufung
von Mitteln beinhalten, die betriebsfähig sind um irgendeine Form
von Information, Intelligenz, oder Daten für geschäftliche, wissenschaftliche,
zur Überwachung, oder
für andere
Zwecke zu berechnen, klassifizieren, verarbeiten, senden, empfangen,
abfragen, hervorbringen, schalten, speichern, anzeigen, bekannt
machen, nachweisen, aufnehmen, vervielfältigen, bearbeiten, oder benutzen.
Ein Informationsverarbeitungssystem kann, beispielsweise, ein Personalcomputer,
ein Speichergerät
in einem Netzwerk, oder irgendein anderes geeignetes Gerät sein und
kann in Größe, Form,
Leistungsfähigkeit,
Funktionsweise und Preis variieren. Das Informationsverarbeitungssystem
kann einen Schreib-Lese-Speicher
(RAM) beinhalten, eine oder mehrere Verarbeitungsressourcen, wie
eine zentrale Prozessoreinheit (CPU), oder Steuerungslogik in Hardware
oder Software, Lese-Speicher (ROM) und/oder andere Ausführungen von
nichtflüchtigen
Datenspeichern. Zusätzliche
Bestandteile des Informationsverarbeitungssystems können eine
oder mehrere Diskettenlaufwerke, ein oder mehrere Netzwerkanschlüsse für die Kommunikation
mit externen Geräten
beinhalten, ebenso wie verschiedene Ein- und Ausgabegeräte (I/O),
wie eine Tastatur, eine Maus und eine Bildschirmausgabe. Das Informationsverarbeitungssystem
kann ebenfalls einen Bus oder mehrere Bussysteme beinhalten mit
der Funktion Nachrichten zwischen verschiedenen Hardware-Komponenten
zu übertragen.
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Die
batteriegestützte
Spannungsversorgung 300 der 3 liefert
eine verbesserte Batterielebensdauer durch Verbesserung des Spannungsregelungswirkungsgrades
verglichen mit dem Stand der Technik, selbst dann falls die Eingangsspannung
der Spannungsregler in einen weiten Bereich schwanken sollte. In
den offenbarten Verfahren wird die Versorgungsspannung Vdd, die
für den
Treibersteuerschaltkreis der Spannungsregler verwendet wird, in
Bezug auf Schwankungen der Eingangsspannung Vin verändert. In
einem Beispiel kann eine inverse Beziehung zwischen dem Eingangsspannungspegel
und dem Versorgungsspannungspegel Vdd hergestellt werden, der für den Gatetreiberschaltkreis
verwendet wird, der die Gates der Reglerausgangstransistoren steuert.
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Die
hier beschriebenen Verfahren liefern eine verbesserte Batterielebensdauer
durch eine Verbesserung der Leitungsverluste der MOSFET Reglerausgangstransistoren.
Insbesondere, des MOSFET Leitungsverlusts, der von dem Rds(on) des MOSFETs
herrührt,
der proportional zu der MOSFET Treiberspannung Vgs ist. Ferner sind
normalerweise der Leistungsschaltkreis der MOSFETs und der Steuerschaltkreis
der MOSFETs so ausgelegt, dass sie größtmöglicher Drain-Source-Spannungbeanspruchung
(Vds), die von der maximalen Vin Spannung herrührt (in dem unten beschriebenen
Beispiel ungefähr
20V), dem Gatetreiberspannungspegel, der Treibergeschwindigkeit
und einigen parasitären
Elementen Rechnung tragen. Üblicherweise
wird Vds signifikant durch die Eingangsspannung Vin des Leistungsschaltkreises
beeinflusst. Die größtmögliche Spannung
Vin wird jedoch nicht immer ausgenutzt. Insbesondere bei der Verwendung
einer Batteriequelle kann die Spannung Vin über den Batterieentladungszyklus
schwanken und kann deutlich unter den größtmöglichen Wert von Vin fallen,
wie zum Beispiel unten beschrieben, auf unterhalb von ungefähr 9V. Unter
diesen Umständen
erlaubt eine niedrige Spannung Vin eine Vergrößerung der Gatespannung eines
Ausgangs-MOSFETs des Spannungsreglers, wobei der MOSFET innerhalb
des maximalen Spannungsbeanspruchungspegels Vds bleibt. Zweckmäßigerweise
fürt ein
Anstieg des Pegels des Gatespannungstreibers zu einer Verringerung
des Rds(on) des MOSFETs, was sich in geringeren Leitungsverlusten
und einer entsprechend verbesserten Batterielebensdauer niederschlägt.
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Die
oben beschriebenen Konzepte können besser
verstanden werden unter Bezug auf die beispielhaften Beschreibungen
der 3-5. Die batteriegestützte Spannungsversorgung 300 hat,
wie 3 zeigt, viele gleiche Elemente wie das System der 1,
wobei referenzierte Elemente die gleichen Referenzziffern haben.
Die Spannungsversorgung 300 unterscheidet sich von dem
System in 1 indem eine veränderliche
Versorgungsspannung Vdd vorgesehen ist. Insbesondere kann die Versorgungsspannung
Vcc 144 als festgesetzter Spannungspegel vorgesehen sein, ähnlich zu
dem gezeigten Stand der Technik. Die Versorgungsspannung Vdd 342 kann
jedoch als eine veränderliche
Spannung vorgesehen sein, die abhängig von dem Pegel der Spannung
Vin 125 schwanken kann. Als ein Beispiel, indem Vin 125 sich
von 20-9V verändert,
verändert sich
die Versorgungsspannung Vdd 342 von 5-10V. Um den Spannungspegel
der Versorgungsspannung Vdd 342 zu steuern, ist ein Schaltkreis 350 mit
einem veränderlichen
Spannungspegel vorgesehen. Der Schaltkreis 350 mit dem
veränderlichen
Spannungspegel kann einen Eingang 355 empfangen, der an den
Anschluss Vin 125 angeschlossen ist. Der Schaltkreis 350 mit
dem veränderlichen
Spannungspegel ist so ausgelegt, dass er als Ausgang die veränderliche
Versorgungsspannung Vdd 342 liefert in einer Art, dass
der Pegel der Versorgungsspannung Vdd 342 sich in Abhängigkeit
des Spannungspegels Vin 125 verändert.
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Mehr
Einzelheiten dieses Konzeptes können mit
Bezug auf 4 gesehen werden, diese veranschaulicht
den Spannungsregler 140, der von einander entkoppelte Versorgungsspannungen
Vdd und Vcc empfängt.
Der Schaltkreis der 4 kann ähnlich zu dem der 2 sein,
wiederum mit gleichen Referenzziffern, mit der Ausnahmen, wie aus 4 entnommen
werden kann, dass die veränderliche Versorgungsspannung
Vdd 342 vorgesehen ist, um die Steuereinheit des integrier ten
Reglerkreises 210 zu versorgen. Da sich der Spannungspegel
von Vin 125 von 20-9V verändert, bei Verwendung der oben beschriebenen
Beispielspannungen, kann sich der Spannungspegel der Versorgungsspannung
Vdd 342, die für
den Treiberschaltkreis 240 als Versorgungsspannung vorgesehen
ist, von 5-10V verändern.
Die Treiberschaltung kann eine Vielzahl von Schaltungen einschließen, die
die Gatetreiberspannungen der MOSFETs 220 und 222 bereitstellen.
In einer Ausführungsform
kann der Treiberschaltkreis Steuerungslogik und Treiberstufe, die
an der Vdd Schiene arbeitet, beinhalten. Durch das Vorsehen einer
erhöhten
Vdd Versorgung kann dem MOSFET durch die Gatetreibertransistoren
eine erhöhte
Treiberspannung bereitgestellt werden und die MOSFET Leitungsverluste
werden entsprechend verringert, da der Rds(on) des MOSFET durch
erhöhte
Gatetreibersteuerspannungen verringert wird.
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Wie
oben erwähnt,
beinhalten beispielhafte Spannungsregler für den Gebrauch als integrierte Reglerschaltung 210 den
Intersil ISL88550A, den Maxim MAX8743 und den Texas Instrument TPS51116.
Es wird jedoch wieder erkannt, dass die hier beschriebenen Verfahren
für einen
großen
Bereich von anderen Reglern von Bedeutung sind, und dass die hier
diskutierten Regler lediglich beispielhaft sind. Darüber hinaus
wird erkannt, obwohl erläutert mit
Bezug auf einen Regler in welchem Vdd die Spannungsversorgungsschiene
für eine
Treibereinheit bereitstellt, dass die Treibereinheit zusätzlich eine
nichtveränderliche
Versorgungsspannungsschiene Vcc empfangen kann, dergestalt, dass
beide Spannungsschienen der Reglersteuerung zur Verfügung gestellt
werden. Die hier beschriebenen Verfahren sind in einer solchen Anordnung
noch immer vorteilhaft, falls der Pegel der Gatetreibersteuerspannung
im Verhältnis
zu dem Pegel von Vin veränderlich
ist.
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Die
veränderliche
Versorgungsspannung Vdd 342 kann auf vielerlei Art hergestellt
werden, durch irgendeinen Schaltkreis, der eine Ausgangsspannung
herstellt, die in einer Beziehung zu der Eingangsspannung steht.
Die spezielle Beziehung zwischen Vdd und Vin kann durch viele Ansätze umgesetzt
werden, wie als digitale Schaltung, analoge Schaltung oder durch
einen gemischten digitalen-analogen Schaltkreis. Von daher ist die
Schaltung für
den veränderlichen
Spannungspegel 350 lediglich beispielhaft. Es ist, wie
oben beschrieben, wünschenswert,
dass die Beziehung der Spannungen Vin und Vdd eine Beziehung von
inversem Typus ist. Beispielsweise verändert sich die Ausgangsspannung
der veränderlichen
Spannungspegelschaltung 350 linear oder nichtlinear mit
ihrer Eingangsspannung. Alternativ kann die veränderliche Spannungspegelschaltung 350 mehrere
voreingestellte stufenweise Ausgangsspannungspegel aufweisen, aus
denen der gewünschte
Ausgangspannungspegel ausgewählt
wird, wenigstens teilweise auf der Grundlage des Spannungspegels
von Vin 125. Ferner ist gezeigt, dass die veränderliche
Spannungspegelschaltung 350 die Spannung Vin 125 als
Eingang 355 empfängt.
Es wird jedoch erkannt, dass die veränderliche Spannungspegelschaltung 350 lediglich
eine Art Eingangssignal (wie ein Steuersignal) empfangen kann, das
wenigstens teilweise den gegenwärtigen Zustand
von Vin 125 repräsentiert.
Beispielsweise kann ein Steuersignal wiedergeben, ob gerade ein Wechselspannungsadapter
verwendet wird, oder ob gerade eine Batterieversorgung verwendet
wird und den gegenwärtigen
Zustand der Batterie. Folglich sind die hier beschriebenen Verfahren
nicht davon abhängig,
wie die variable Versorgungsspannung Vdd 342 hergestellt
wird, sondern in einem weiteren Sinn ist es lediglich wünschenswert,
dass der Spannungspegel, der dem Steueranschluss des Ausgangstransistors
bereitgestellt wird (zum Beispiel dem Gate eines MOSFETs), wenigstens
teilweise verändert
werden kann auf der Grundlage irgendeines Zustands oder irgendeiner
Bedingung der Spannungsversorgung Vin 125. Eine Schaltung,
die zum Beispiel als veränderliche
Spannungspegelschalung 350 verwendet werden kann, ist in 5 gezeigt. Wie
in 5 gezeigt, kann der Eingang 355 einen Eingangswert
empfangen, der sich nährungsweise über 9-20V
verändert
und der entsprechende Ausgangswert, der als veränderliche Versorgungsspannung
Vdd 342 bereitgestellt wird, verändert sich entsprechend von
10-5V. Die veränderliche
Spannungspegelschaltung kann die Widerstände Ra, Rb, Rc und Rd, sowie
den Kondensator Ca und die Transistoren 510 und 520 umfassen,
in einer Anordnung wie in 5 gezeigt.
Wie oben erwähnt,
wird jedoch wieder erkannt, dass viele Schaltungen und Verfahren benutzt
werden können
um die variable Versorgungsspannung Vdd 342 zu erzeugen.
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Des
weiteren, kann in einer Ausführungsform,
obwohl in 3 gezeigt ist, dass sich die
veränderliche
Spannungspegelschaltung 350 außerhalb der Regler befindet,
die veränderliche
Spannungspegelschaltung 350 direkt in den Regler 140 eingebettet werden.
Eine Ausführungsform
des Einschließens der
veränderlichen
Spannungspegelschaltung 350 in den Regler 140 umfasst
die Integration der veränderlichen
Spannungspegelschaltung in die integrierte Reglerschaltung 210.
In einer derartigen Ausführungsform
kann die Versorgung Vin 125, die der integrierten Reglerschaltung 210 bereitgestellt
wird, innerhalb der integrierten Reglerschaltung 210 benutzt werden
um intern die veränderliche
Versorgungsspannung Vdd 342 zu erzeugen. Bei dieser Betrachtungsweise
kann die Spannung Vdd lediglich als interne Spannung angesehen werden,
die dafür
verwendet wird ein veränderliches
Treibersignal für
den Transistorsteueranschluss zu liefern, dessen Spannungspegel
in Abhängigkeit
von dem Spannungspegel Vin einstellbar ist.
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Somit
kann, wie oben beschrieben, ein effizienteres System erhalten werden,
indem man eine veränderliche
Steuerspannung für
die Treibersteuersignale der Reglerleistungsschalter vorsieht. In
einem Beispiel, kann für
einen AC Adapter, der eine Spannung Vin von 19,5V liefert sowie
eine konstante Versorgungsspannung Vdd von 5V, die Drain-Source Spannung
Vds(max) der Regler-MOSFETs 26,5V erreichen, wohingegen unter Batterieversorgung
bei 10V kann die Spannung Vds(max) nur bei nährungsweise 17V liegen. Wird
die Versorgungsspannung Vdd auf 10V angehoben, falls das System
durch eine 10V Batteriespannungsversorgung aufrechterhalten wird,
verringert sich der Leitungsverlust des MOSFETs dergestalt, dass
bei einem Regler mit einen 1,2V/10A Ausgang der Wirkungsgrad um
nährungsweise
2% ansteigen kann. Ein derartiger Anstieg des Wirkungsgrades verlängert den
Batterieendladelebensdauer, verringert die Verlustleistung und mindert die
Anforderungen an die Kühlung.
Folglich ist es vorteilhaft ein System vorzusehen, das die Versorgungsspannungspegel
des Reglers entkoppelt, so dass wenigstens ein Teil der Schaltung
des Reglersystems der Gatetreibersignale, die den MOSFET steuern, bei
verschiedenen Pegeln arbeiten kann in Abhängigkeit des Pegels der Spannung
Vin, die durch den Regler geregelt werden soll.
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Wie
oben beschrieben, wird eine Beziehung zwischen dem Spannungspegel
der Versorgung Vin 125 und dem Spannungspegel der Versorgung
Vdd 342 hergestellt, so dass die Treiberspannung, mit der die
MOSFETs 220 und 222 versorgt werden, sich ähnlich in
Bezug auf die Eingangsspannung Vin 125 verändert. Die
besondere Beziehung zwischen Vin 125 und den MOSFET Treiberspannungen
auf den Gatesteuerleitungen 221 und 223 kann gewählt werden
in Abhängigkeit
der Eigenschaften der MOSFETs 220 und 222, des
festgelegten Bereichs von Vin 125 und der Art/Eigenschaften,
der in dem System benutzten Batterie. In einer Ausführungsform
kann der Schaltkreis so festgelegt werden, dass die Beziehung zwischen
der Treiberspannung und dem Spannungspegel Vin durch den Nutzer
programmierbar ist. Solch ein Merkmal kann besonders nützlich sein, falls
die veränderliche
Spannungspegelschaltung, wie oben beschrieben, in den Reglersteuerschaltkreis
integriert ist.
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In
den oben beschriebenen Beispielen kann die veränderliche Versorgungsspannung
Vdd dafür verwendet
werden um die Treibersteuerspannungen für die beiden MOSFETs 220 und 222 zu
erzeugen. Es wird wieder erkannt, dass die verschiedenen Reglerschaltkreise
mehr oder weniger MOSFETs umfassen können. Folglich können die
hier beschriebenen Verfahren dafür
eingesetzt werden, um die Treibersteuerspannung von einem einzigen
MOSFET in Beziehung to dem Spannungspegel Vin anzupassen, oder um
die Treibersteuerspannung von mehr als zwei MOSFETs anzupassen.
Weiterhin kann wenigstens ein Teil des hier beschriebenen Nutzens
selbst dann erreicht werden, falls die Treiberspannung von nur einigen
der MOSFETs angepasst wird. Bei einem solchen Ansatz könnten die
hier beschriebenen Verfahren für
einen oder mehrere MOSFETs verwendet werden, jedoch für einen
oder mehrere MOSFETs nicht. In dem System beispielsweise, das in 4 beschrieben
ist, wird der Leitungsverlust der MOSFETs durch den Rds(on) des
MOSFETs 222 dominiert. Folglich kann eine Schaltungsauslegung
in die Tat umgesetzt werden, bei der die Treibersteuerung von MOSFET 222 in
Bezug auf den Spannungspegel Vin 125 veränderlich
ist, wohingegen die Treibersteuerung des MOSFETs 220 nicht
angepasst wird, oder umgekehrt. Die hier beschriebenen Verfahren
wurden veranschaulicht in Bezug auf MOSFET Ausgangsgeräte und Anpassungen
der Versorgung Vdd, die auf die Spannungspegel der Gatetreibersteuersignale
einwirken. Es wird jedoch wiederum erkannt, dass die abstimmbaren
Treibersteuerverfahren für andere
Ausgangsgeräte
verwendet werden können. Zum
Beispiel können
bipolare Ausgangsgeräte
verwendet werden, bei denen die Spannungspegel des Steueranschlusses
von bipolaren Leistungstransistoren, in Abhängigkeit des Pegels von Vin,
angepasst werden.
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In
den oben beschriebenen Beispielen wird gezeigt, dass alle Regler
des Systems, die hier beschriebenen Verfahren in Bezug auf die veränderliche
Versorgungsspannung Vdd, in vorteilhafter Weise ausnutzen. Es wird
jedoch wiederum erkannt, dass der hier beschriebene größere Wirkungsgrad immer
noch erreicht wird, falls nur eine Untermenge der Regler eine veränderliche
Versorgungsspannung Vdd verwenden. Folglich können einige der Systemregler
eine veränderliche
Versorgung Vdd verwenden und einige andere nicht.
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Weitere
Abänderungen
und alternative Ausführungsformen
dieser Erfindung sind für
Fachleute im Hinblick auf diese Beschreibung offensichtlich. Es wird
deshalb wieder erkannt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
die beispielhaften Anordnungen beschränkt ist. Dementsprechend soll
diese Beschreibung nur als veranschaulichend ausgelegt werden und
zu dem Zweck Fachleuten das Ausführen
der Erfindung zu lehren. Es soll verstanden werden, dass die Ausführungsformen
der Erfindung, die hier gezeigt und beschrieben sind, als die gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsformen
betrachtet werden. Verschiedene Änderungen
können
an den Ausführungen
und den Architekturen gemacht werden. Zum Bespiel können die
hier veranschaulichten und beschrieben Komponenten durch gleichwertige
ersetzt werden und bestimmte Merkmale der Erfindung können unabhängig von
dem Gebrauch von anderen Merkmalen eingesetzt werden, wie es für einen
Fachmann offensichtlich ist, nachdem er den Nutzen dieser Beschreibung
der Erfindung kennt. Des Weiteren, da die hier beschriebenen Verfahrungen
und Beschreibungen lediglich beispielhaft sind, können andere
Verfahren und Schaltungen eingesetzt werden, wobei der Nutzen, der
hier offenbarten Konzepte, noch immer ausgenutzt werden kann.