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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren
für verschiedenste
Arten von Strom- bzw. Spannungswandler (in der Folge als Leistungsanordnungen
bezeichnet) und insbesondere ein System und ein Verfahren zur Statistikaufzeichnung
an Leistungsanordnungen.
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Eine
Leistungsanordnung kann eine elektronische Anordnung oder Anordnungen
sein, mit denen eine gewünschte
Form, Art oder Menge elektrischer Leistung an eine Last abgegeben
wird. Beispiele für
Leistungsanordnungen wären:
Schaltnetzteile, Linearregler, Aufwärtswandler, Abwärtswandler, Sperrwandler,
AC/DC-Wandler, Gleichrichter, Wechselrichter, Frequenzwechsler,
verschachtelte und Mehrphasenwandler und so weiter. Die Analyse
der Leistungsfähigkeit
von Leistungsanordnungen kann verbessert werden, indem eine Möglichkeit
zum Übermitteln
von Statusinformationen von den Leistungsanordnungen zu einer Hoststeuerung
bereitgestellt wird. Die Hoststeuerung kann durch einen Kommunikationsbus,
wie zum Beispiel einen PMBus, mit den Leistungsanordnungen gekoppelt
werden. Die Hoststeuerung kann dann mit den Leistungsanordnungen
kommunizieren und zum Beispiel Anweisungen ausgeben und Statusinformationen
abrufen. In Situationen, in denen mehr als eine Leistungsanordnung
mit der Hoststeuerung gekoppelt ist, können sich die Leistungsanordnungen
den Kommunikationsbus teilen. Zusätzlich zu einem Kommunikationsbus
kann die Hoststeuerung unter Verwendung einer Peer-zu-Peer-Schnittstelle
mit den Leistungsanordnungen gekoppelt werden.
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Ein
Kommunikationsbus mit hoher Bandbreite kann kostspielig sein. Deshalb
kann in kostenkritischeren Anwendungen ein Kommunikationsbus mit einer
niedrigeren Bandbreite verwendet werden. Wenn die Hoststeuerung
mit einer Anzahl von Leis tungsanordnungen kommunizieren muss, kann
zusätzlich
möglicherweise
nicht einmal der Kommunikationsbus mit hoher Bandbreite angemessene Bandbreite
zur Gewährleistung
einer zeitgerechten Ablieferung von Statusinformationen oder Anweisungen
bereitstellen. Dies kann zu einer Verzögerung beim Austausch von Anweisungen
und/oder Statusinformationen führen.
Zum Beispiel muss im Fall eines Ausfalls einer Leistungsanordnung
die Hoststeuerung möglicherweise
in der Lage sein, Statusinformationen abzurufen, um die Beschaffenheit
des Ausfalls der Leistungsanordnung zu analysieren. Der verzögerte Austausch
der Statusinformationen kann zu fehlerhaft zeitgesteuerten Statusinformationen führen. Zum
Beispiel können
an der Hoststeuerung ankommende Statusinformationen ungültig sein,
da die Statusinformationen aus einem bestimmten Zeitraum in der
Vergangenheit stammten. In komplizierteren Fällen können Statusinformationen zu
verschiedenen Zeiten und in der falschen Reihenfolge an der Host-Steuerung
ankommen, wodurch die Statusinformationen üngültig werden.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System und ein Verfahren
zur Statistikaufzeichnung an Leistungsanordnungen bereitstellen, das
die oben genannten und andere Probleme vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Leistungsschaltung gemäß Anspruch 1 und die Verfahren
gemäß den Ansprüchen 14
und 19 gelöst.
Verschiedene Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein
Beispiel einer Leistungsschaltung enthält eine Leistungsanordnung
zum Abgeben einer spezifizierten elektrischen Leistung an eine Last,
eine mit der Leistungsanordnung gekoppelte Host-Steuerung, wobei
die Host-Steuerung dazu ausgebildet ist, Anweisungen an die Leistungsanordnung
auszugeben und Statusinformationen aus dieser abzurufen, und eine
zwischen die Leistungsanordnung und die Host-Steuerung geschaltete
Kommunikations- und Steuerschnittstelle (CCI), wobei die CCI dazu
ausgebildet ist, als Kommunikationsschnittstelle zwischen der Leistungsanordnung
und der Host-Steuerung zu wirken und Statusinformationen aus der
Leistungsanordnung abzurufen und zu speichern.
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Die
Merkmale und technischen Vorteile der Ausführungsformen wurden oben relativ
allgemein skizziert, damit die folgende ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
besser verständlich wird.
Im Folgenden werden zusätzliche
Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen
beschrieben, die den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung bilden. Für Fachleute
ist erkennbar, dass die Konzeption und die spezifischen offenbarten
Ausführungsformen
ohne Weiteres als Grundlage. für
das Modifizieren oder Entwerfen anderer Strukturen oder Prozesse
zum Ausführen
derselben Zwecke der Erfindung benutzt werden können. Außerdem ist für Fachleute erkennbar,
dass solche äquivalenten
Konstruktionen nicht von dem Gedanken und Schutzumfang der Ausführungsformen,
so wie sie in den angefügten Ansprüchen dargelegt
werden, abweichen.
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Für ein vollständigeres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden
Beschreibungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen.
Es zeigen:
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1 ein
Diagramm eines Schaltnetzteilsystems;
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2 ein
Diagramm eines Schaltnetzteilsystems mit mehreren Schaltnetzteilen;
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3a ein
Diagramm einer Ansicht auf hoher Ebene einer. Kommunikations- und
Steuerschnittstelle;
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3b ein
Diagramm einer Kommunikations- und Steuerschnittstelle, wobei einer
statistischen Aufzeichnungseinheit Betonung gegeben wird;
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4 ein
Diagramm einer Sequenz von Ereignissen beim Abrufen und Speichern
von Statusinformationen durch eine Kommunikations- und Steuerschnittstelle;
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5a ein
Diagramm einer Sequenz von Ereignissen bei der Verwendung von Statusinformationen
eines Schaltnetzteils zum Justieren der Leistungsfähigkeit
des Schaltnetzteils; und
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5b bis 5e Diagramme
von Sequenzen von Ereignissen von Anwendungen der Benutzung von
Statusinformationen zum Justieren der Leistungsfähigkeit von Schaltnetzteilen.
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten
mit gleicher Bedeutung.
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Die
vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf nachfolgend beschriebenen
Ausführungsbeispiele
in einem spezifischen Kontext beschrieben, nämlich ein Schaltnetzteil, das
mit einer Host-Steuerung verbunden ist und mit dieser kommuniziert.
Die Erfindung kann jedoch auch auf andere Leistungsanordnungen angewandt
werden, wie zum Beispiel Linearregler, Aufwärtswandler, Abwärtswandler,
Sperrwandler, AC/DC-Wandler, Gleichrichter, Wechselrichter, Frequenzwechsler
und so weiter, die mit einer Host-Steuerung verbunden sein und mit
dieser kommunizieren können.
Zusätzlich
kann die Erfindung auch bei andere Anwendungen angewandt werden, bei
denen es erwünscht
ist, Kommunikationsbandbreitenanforderungen zwischen einer Anordnung und
ihrer Steuerung zu reduzieren.
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Eine
Technik, die dabei helfen kann, die Menge an über einen Kommunikationsbus
gesendeten Informationen zu reduzieren, besteht darin, einen Teil
oder alle der Informationen vor dem Senden der Informationen über den
Kommunikationsbus zu verarbeiten. Dann können nur die Ergebnisse der
Verarbeitung gesendet werden, nicht unverarbeitete Informationen.
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In 1 ist
anhand eines Diagramms beispielhaft ein Schaltnetzteil-System 100 (switching mode
power supply system, kurz: SMPS-System) dargestellt. Das SMPS-System 100 umfasst
ein SMPS 105 mit einer Kommunikations- und Steuerschnittstelle
(communications and control interface, kurz: CCI) 110,
die es dem SMPS 105 ermöglichen kann, über einen
Kommunikationsbus 120 mit einer Host-Steuerung 115 zu
kommunizieren. Die CCI 110 kann auch in der Lage sein,
mindestens an einem Teil der Informationen aus dem SMPS 105 eine
Datenverarbeitung durchzuführen.
Das SMPS 105 kann Statusinformationen zu der Host-Steuerung 115 senden
und von dieser empfangen sowie Anweisungen, Steuerinformationen
und Daten usw. von der Host-Steuerung 115 empfangen. Das
SMPS-System 100 enthält
außerdem
eine Primärversorgung 125 und
eine Last 130. Das SMPS-System 100 nimmt mindestens
eine Eingangsspannung VIN, die durch die
Primärversorgung 125 bereitgestellt
wird, an und transformiert sie (oder diese) in mindestens eine Ausgangsspannung
VOUT und führt sie (oder diese) der Last 130 zu.
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Zwischen
der Host-Steuerung 115 und dem SMPS 105 braucht
nur dann eine Verbindung hergestellt werden, wenn es notwendig ist,
Informationen auszutauschen, wie zum Beispiel, wenn die Host-Steuerung 115 Anweisungen
und/oder Steuerinformationen und Daten an das SMPS 105 ausgibt oder
wenn sie Statusinformationen aus dem SMPS 105 sendet/empfängt. Als
Alternative können
zwischen Host-Steuerung 115 und SMPS 105 eine
kontinuierliche Verbindung bestehen.
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Obwohl
sich die folgende Beschreibung auf ein System konzentriert, das
Schaltnetzteile verwendet, kann die vorliegende Erfindung auch auf
andere Formen von Leistungsanordnungen anwendbar sein, wie etwa
Linearregler, Aufwärtswandler,
Abwärtswandler,
Sperrwandler, AC/DC-Wandler, Interleaved-Konverter und Mehrphasen-Konverter,
Gleichrichter, Wechselrichter, Frequenzwechsler und so weiter. Die
Beschreibung eines Schaltnetzteil-Systems (SMPS-Systems) sollte
deshalb we der als Einschränkung
des Schutzumfangs noch als Einschränkung des allgemeinen Gedankens
der vorliegenden Erfindung aufgefasst werden.
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2 zeigt
ein SMPS-System 200 mit mehreren SMPS, beispielsweise SMPS 205,
SMPS 207 und SMPS 209, wobei jedes SMPS eine andere
Last ansteuert. Die SMPS können
miteinander identisch sein, oder es können mehrere verschiedene Arten von
SMPS vorliegen. Jedes SMPS kann eine CCI, beispielsweise eine CCI 110,
enthalten. Über
einen Kommunikationsbus 120 kann eine Host-Steuerung 115 mit
jedem SMPS gekoppelt werden. Die Host-Steuerung 115 kann
Informationen zu und von jedem SMPS individuell über den Kommunikationsbus 120 senden
und empfangen. Außerdem
kann die Host-Steuerung 115 gleichzeitig zu mehr als einem SMPS
auf einmal senden.
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3a zeigt
ein Beispiel einer CCI 110 in größerem Detail. Die CCI 110 kann
zur Ermöglichung der
Kommunikation zwischen einem SMPS, wie zum Beispiel dem SMPS 105,
und einer Host-Steuerung, wie
zum Beispiel der Host-Steuerung 115, verwendet werden.
Die CCI 110 kann Informationen aus dem SMPS 105 in
einem für
die Übertragung über einen Kommunikationsbus,
wie zum Beispiel den Kommunikationsbus 120, zu der Host-Steuerung 115 geeigneten
Format codieren und formatieren. Außerdem kann die CCI 110 eine über den
Kommunikationsbus 120 aus der Host-Steuerung 115 empfangene Übertragung
decodieren und umformatieren, um Informationen zu produzieren und
die Informationen dem SMPS 105 zuzuführen. Eine Datenverarbeitungseinheit
bzw. Steuerung 305 in der CCI 110 kann zum Ausführen der
Operationen ”Codieren”, ”Decodieren” und ”Formatieren” verwendet
werden.
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Außerdem umfasst
die CCI 110 eine mit der Datenverarbeitungseinheit bzw.
Steuerung 305 gekoppelte statistische Rekordereinheit 310.
Die statistische Rekordereinheit 310 kann verwendet werden, um
Statusinformationen aus dem SMPS 105 aufzuzeichnen. Die
statistische Rekordereinheit 310 kann auch die Statusinformationen
speichern. Zusätzlich zu
der Speicherung der Statusinformationen kann die statistische Rekordereinheit 310 dazu
ausgebildet sein, die Statusinformationen mit einem Zeitstempel zu
versehen. Die Vergabe eines Zeitstempels an Statusinformationen
kann bei der nachfolgenden Verarbeitung der Statusinformationen
helfen, indem eine genaue Verfolgung (”Tracking”) von Statusinformationen
sichergestellt wird. Zum Beispiel kann ein Zeitstempel dabei helfen,
zu identifizieren, welches SMPS zuerst einen Fehler detektiert hat
und wie sich der Fehler in einem SMPS-System mit mehreren SMPS ausgebreitet
hat. Ferner kann die statistische Rekordereinheit 310 dazu
ausgebildet sein, eine bestimmte Verarbeitung der Statusinformationen
auszuführen.
Zum Beispiel kann die statistische Rekordereinheit 310 dazu
ausgebildet sein, einen Mittelwert oder eine Varianz einer Sequenz
von Werten zu berechnen.
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Zusammen
mit der Datenverarbeitungseinheit bzw. Steuerung 305 kann
die statistische Rekordereinheit 310 außerdem dazu ausgebildet sein,
eine statistische Analyse von Statusinformationen aus dem SMPS 105 durchzuführen. Wie
bereits besprochen wurde, kann die statistische Verarbeitung der Statusinformationen
eine Verringerung der Bandbreitenanforderungen auf dem Kommunikationsbus 120 ermöglichen,
indem die Menge an Informationen reduziert wird, die das SMPS 105 zu
der Host-Steuerung 115 senden
muss. Statt eine große
Menge von Statusinformationen zu senden, können der statistische Rekorder 310 und
die Datenverarbeitungseinheit bzw. Steuerung 305 zum Beispiel
ein Histogramm der Statusinformationen zusammenstellen und nur die
Histogramminformationen zu der Host-Steuerung 115 senden.
Typische Histogramminformationen waren verschiedene Werte und je
ein jedem dieser Werte zugeordneter Zählerwert. Beispiele für Histogramme,
die aus den Statusinformationen erzeugt werden können, wären Tastverhältnishistogramme,
Spannungspegelhistogramme, Strompegelhistogramme, Phasenwinkelhistogramme,
Ausgangsspannungswelligkeit, Eingangsspannungswelligkeit, Lastwerte,
zeitlicher Mittelwert, Signalabwei chungsprozentsatz, Betriebstemperatur,
Spannung, Strom, etc.
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3b zeigt
ein Beispiel einer CCI 110 detailierter, wobei speziell
auf die statistische Rekordereinheit 310 Wert gelegt wird.
Die statistische Rekordereinheit 310 umfasst eine Datenerfassungseinheit 355.
Die Datenerfassungseinheit 355 kann in der Lage sein, Statusinformationen
aus dem SMPS 105 zu empfangen und die Statusinformationen
in einem Speicher 360 zu speichern. Der Speicher 360 kann ein
nichtflüchtiger
Speicher sein, um dabei zu helfen, die Integrität der gespeicherten Statusinformationen, beispielsweise
im Falle eines Totalausfalls des SMPS 105, sicherzustellen.
Die Datenerfassungseinheit 355 kann dafür ausgelegt sein, die Statusinformationen
periodisch per Anweisung aus der Host-Steuerung 115 abzurufen.
Als Alternative kann die Datenerfassungseinheit 355 die
Statusinformationen aus dem SMPS 105 abrufen, wenn ein
spezifiziertes Ereignis auftritt. Zum Beispiel kann die Datenerfassungseinheit 355 Statusinformationen
aus dem SMPS 105 abrufen, wenn ein Fehler einer bestimmten
Art in dem SMPS 105 detektiert wird, wenn ein Signal einen
spezifizierten Wert erreicht, über
diesen ansteigt oder unter diesen fällt oder wenn ein Messwert
(zum Beispiel Temperatur) einen spezifizierten Wert erreicht, über diesen
ansteigt oder unter diesen fällt,
und so weiter.
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Um
die Menge an Statusinformationen, die gesammelt und danach zu der
Host-Steuerung 115 gesendet werden, weiter zu verringern,
kann die Menge der Statusinformationen, die gesammelt und in den
Speicher 360 abgespeichert werden, von der Beschaffenheit
des Ereignisses abhängen,
das das Abrufen der Statusinformationen verursacht hat. Zum Beispiel
kann für
Statusinformationen, die in periodischen Intervallen aus dem SMPS 105 abgerufen
werden, eine relativ kleine Menge von Informationen abgerufen werden,
und die Statusinformationen können statistisch
verarbeitet und danach verworfen werden. Wenn dagegen ein Fehler
oder Ausfall den Abruf von Statusinformationen ausgelöst hat,
kann eine relativ große
Menge von Informationen abgerufen werden und die Gesamtheit der
Statusinformationen kann ohne statistische Verarbeitung in dem Speicher 360 gespeichert
werden.
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Die
durch die Datenerfassungseinheit 355 abgerufenen Statusinformationen
können
durch eine Zeitstempeleinheit 365 mit einem Zeitstempel
markiert werden. Die Zeitstempeleinheit 365 kann ein Zeitgeber
sein, der periodisch mit einem Referenzzeitgeber synchronisiert
wird, um die nötige
Genauigkeit zu gewährleisten.
Als Alternative kann ein kostengünstigerer
Zeitgeber benutzt werden. Zum Beispiel kann durch Verwendung eines
Zählers,
der die Schaltperioden oder Vielfache der Schaltperioden des SMPS 105 zählt, eine
kostengünstige
Zeitstempeleinheit 365 erzeugt werden. Der Zähler kann
auch Flanken, Perioden, udgl. eines Signals zählen. Die Zeit kann dann aus
dem Zählwert
der Schaltperioden abgeleitet werden. Dies kann bei Verwendung in
einem SMPS-System mit mehreren SMPS, wie zum Beispiel dem SMPS-System 200,
vorteilhaft sein. Die Zeitstempeleinheiten in dem SMPS-System 200 können alle
mit derselben Schaltperiode oder einem bestimmten Vielfachen der
Schaltperiode synchronisiert werden, wodurch synchronisierte Zeitbasen
in jedem der SMPS in dem SMPS-System 200 entstehen.
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Die
statistische Rekordereinheit 310 kann auch dazu ausgebildet
sein, eine bestimmte statistische Verarbeitung durchzuführen. Zum
Beispiel kann die statistische Rekordereinheit 310 ein
Filter 370 zum Berechnen einer Schätzung oder eines Mittelwerts
oder einer Varianz einer Reihe von Werten über einen Zeitraum enthalten.
Das Filter 370 kann unter Verwendung eines rekursiven oder
nichtrekursiven Filters implementiert werden. Ferner kann die statistische
Rekordereinheit 310 einen Zähler 375 enthalten.
Mit dem Zähler 375 können Histogramme
aus den Statusinformationen erzeugt werden. Um das Design zu vereinfachen
und Kosten zu reduzieren, kann der Zähler 375 eine von
einer begrenzten Anzahl von Bits bestimmte Genauigkeit aufweisen,
und wenn der Zähler 375 überläuft, kann
der Zähler 375 auf
einen Maximalwert gesetzt werden. In der Datenverarbeitungseinheit
bzw. Steuerung 305, der Host-Steuerung 115 oder in einem
mit der Host-Steuerung 115 gekoppelten Prozessor kann eine
komplexere statistische Verarbeitung durchgeführt werden.
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4 zeigt
eine Sequenz von Ereignissen 400 beim Abrufen und Speichern
von Statusinformationen für
ein SMPS durch eine CCI. Die Sequenz von Ereignissen 400 kann
in einer CCI auftreten, wie zum Beispiel in der CCI 110 des
SMPS-Systems 100 oder des SMPS-Systems 200. Die
Ereignisse in der Sequenz von Ereignissen 400 können auftreten, während sich
das SMPS-System 100 oder 200 in
einem normalen Betriebsmodus befindet, oder wenn es sich in einem
Prüf-/Debug-Modus
befindet. Beim Betrieb in dem Prüf-/Debug-Modus
können
die Statusinformationen aus dem SMPS in dem SMPS-System 100 oder 200 bei
der Bestimmung der Leistungsfähigkeit
sowie beim Verfolgen und Debuggen von Fehlern, die existieren können, hilfreich
sein.
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Das
Abrufen und Speichern der Statusinformationen kann beginnen, wenn
das Auftreten eines spezifizierten Ereignisses detektiert wird (Block 405). Das
spezifizierte Ereignis könnte
zum Beispiel eine spezifizierte Zeit, der Ablauf einer spezifizierten
Zeitdauer, ein Fehler oder Ausfall sein, sowie ein Signal (wie zum
Beispiel eine Ausgangsspannung oder ein Ausgangsstrom oder eine
Eingangsspannung oder ein Eingangsstrom), das einen spezifizierten
Wert erreicht, über
diesen ansteigt oder unter diesen fällt, ein Messwert (z. B. eine
Temperatur), der einen spezifizierten Wert erreicht, über diesen
steigt oder unter diesen fällt,
ein Mittelwert oder eine Varianz einer Sequenz von Werten, die einen
spezifizierten Wert erreicht, über
diesen ansteigt oder unter diesen fällt, oder ein spezifischer
Histogrammwert, der einen spezifizierten Wert erreicht, über diesen
steigt oder unter diesen fällt,
etc.
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Mit
der Detektion des Auftretens des spezifizierten Ereignisses (Block 405)
können
Statusinformationen aus dem SMPS (oder aus mehreren SMPS) abgerufen
werden (Block 410). Wie bereits besprochen, kann die Menge
der aus dem SMPS abgerufenen Statusinformationen von der Beschaffenheit
des spezifizierten Ereignisses abhängen. Für Abrufe von Statusinformationen,
die regelmäßig auftreten,
können
zum Beispiel weniger Statusinformationen als für Abrufe von Statusinformationen
abgerufen werden, die sich aus einem Ausfall oder Fehler ergeben.
Die abgerufenen Informationen können dann
mit einem Zeitstempel markiert werden (Block 415).
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Sobald
die Statusinformationen aus dem SMPS abgerufen und mit Zeitstempel
versehen wurden, kann an den Statusinformationen eine optionale statistische
Analyse durchgeführt
werden (Block 420). Die optionale statistische Analyse
kann in einer statistischen Rekordereinheit, beispielsweise der
statistischen Rekordereinheit 310, oder in einer Datenverarbeitungseinheit
bzw. Steuerung, beispielsweise der Datenverarbeitungseinheit bzw.
Steuerung 305 durchgeführt
werden. Beispiele für
die optionale statistische Analyse wären die Berechnung eines Mittelwerts
oder einer Varianz einer Reihe von Werten, das Berechnen von Histogramminformationen,
etc. Wie bereits besprochen wurde, kann die optionale statistische
Analyse dazu beitragen, die Menge der Informationen zu reduzieren,
die zwischen dem SMPS und der Host-Steuerung 115 transferiert
wird. Die Verwendung der optionalen statistischen Analyse kann auch
von der Beschaffenheit des spezifizierten Ereignisses abhängig sein.
Zum Beispiel kann die optionale statistische Analyse an aus periodischen Ereignissen
abgerufenen Statusinformationen durchgeführt werden, wenn ein Signal
(wie etwa eine Ausgangsspannung oder ein Ausgangsstrom oder eine Eingangsspannung
oder ein Eingangsstrom) einen spezifizierten Wert erreicht, über diesen
ansteigt oder unter diesen fällt,
etc. Wenn das spezifizierte Ereignis ein Ausfall oder ein Fehler
ist, wird die optionale statistische Analyse möglicherweise nicht ausgeführt.
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Die
abgerufenen Statusinformationen und/oder berechneten sta tistischen
Analyseinformationen können
dann abgespeichert werden (Block 425). Die Statusinformationen
und/oder berechneten statistischen Analyseinformationen können in
einem Speicher, beispielsweise dem Speicher 360, abgespeichert
werden. Nach dem Speichern der Statusinformationen und/oder der
berechneten statistischen Analyseinformationen kann das Abrufen
und Speichern der Statusinformationen erneut beginnen, indem auf
das Auftreten eines spezifizierten Ereignisses gewartet wird (Block 405).
Als Alternative kann eine Anforderung erfolgen, die Statusinformationen und/oder
die statistischen Analyseinformationen zu transferieren (Block 430),
woraufhin die Statusinformationen und/oder die statistischen Analyseinformationen
zu der Host-Steuerung 115 transferiert werden (Block 435).
Das Abspeichern der abgerufenen Statusinformationen (Block 425)
und das Empfangen einer Anforderung, die Statusinformationen und/oder statistischen
Analyseinformationen zu transferieren (Block 430), können unabhängig voneinander
auftreten. Die Vorgänge
können
deshalb in einer anderen als der gezeigten Reihenfolge auftreten,
einer kann ohne den anderen auftreten, etc. Nach dem Transfer der
Statusinformationen und/oder der statistischen Analyseinformationen
zu der Host-Steuerung 115 kann das Abrufen und Speichern
der Statusinformationen erneut beginnen, indem auf ein Auftreten
eines spezifizierten Ereignisses gewartet wird (Block 405).
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5a zeigt
eine Sequenz von Ereignissen 500 bei der Verwendung von
Statusinformationen aus einem SMPS, beispielsweise dem SMPS 105, durch
eine Host-Steuerung, beispielsweise die Host-Steuerung 115,
eines SMPS-Systems, beispielsweise des SMPS-Systems 100 oder
des SMPS-Systems 200, zum Justieren der Leistungsfähigkeit
des SMPS 105 oder zum Verändern des SMPS 105 selbst.
Die Ereignisse in der Sequenz von Ereignissen 500 können auftreten,
während
sich das SMPS-System 100 oder 200 in einem normalen
Betriebsmodus oder in einem Prüf-/Debug-Modus befindet.
Beim Betrieb in dem Prüf-/Debug-Modus
können die
Statusinformationen aus dem SMPS in dem SMPS-System 100 oder 200 bei
der Bestimmung der Leistungsfähigkeit sowie
beim Verfolgen (Tracking) und Debuggen von Ausfällen, die existieren können, hilfreich
sein. Außerdem
können
die Ereignisse während
einer Produktentwicklungsphase des SMPS-Systems 100 oder 200 auftreten.
In der Produktentwicklungsphase kann die Sequenz von Ereignissen 500 nützlich sein,
dabei zu helfen, sicherzustellen, dass das SMPS-System 100 oder 200 Produktspezifikationen,
-anforderungen, etc. erfüllt.
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Vor
dem Abrufen und Nutzen von Statusinformationen aus dem SMPS 105 muss
die Host-Steuerung 115 möglicherweise Ereignisse spezifizieren,
die zu dem Abrufen und Speichern von Statusinformationen durch das
SMPS 105 führen können (Block 505).
Zum Beispiel kann die Host-Steuerung 115 eine spezifische
Zeit spezifizieren, wann das SMPS 105 Statusinformationen
abrufen und speichern soll. Als Alternative kann die Host-Steuerung 115 Zeitdauern
zwischen sukzessiven Abruf- und Speichervorgängen von Statusinformationen
spezifizieren. Zusätzlich
kann die Host-Steuerung 115 gewünschte Signalwerte, Prozentsätze und/oder
Bereiche, Fehler, Ausfälle
und so weiter spezifizieren, die das Abrufen und Speichern von Statusinformationen
auslösen
können.
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Mit
dem/den spezifizierten Ereignis/Ereignissen, das/die durch die Host-Steuerung 115 spezifiziert
wird/werden, kann es dem SMPS 105 ermöglicht werden, die Statusinformationen
je nach Bedarf abzurufen. Die Host-Steuerung 115 kann dann
die Statusinformationen (oder statistischen Analyseinformationen)
aus dem SMPS 105 abrufen (Block 510). Zum Beispiel
kann die Host-Steuerung 115 die Statusinformationen aus
dem SMPS 105 abrufen, nachdem das SMPS 105 für eine spezifizierte
Zeitdauer in Betrieb gewesen ist oder wenn die Host-Steuerung 115 detektiert,
dass in dem SMPS 105 (oder in einem anderen SMPS in dem
SMPS-System 100 oder 200) ein Fehler oder Ausfall
aufgetreten ist (oder eine bestimmte andere spezifizierte Bedingung
erfüllt
wurde).
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Mit
den aus dem SMPS 105 abgerufenen Statusinformationen und/oder
statistischen Analyseinformationen kann die Host-Steuerung 115 die Statusinformationen
und/oder die statistischen Analyseinformationen verarbeiten, um
die Leistungsfähigkeit des
SMPS 105 zu bestimmen (Block 515). Zum Beispiel
kann die Host-Steuerung 115 die Statusinformationen und/oder
statistischen Analyseinformationen verarbeiten, um zu bestimmen,
ob das SMPS 105 gemäß den Spezifikationen
arbeitet. Als Alternative kann die Host-Steuerung 115 die
Statusinformationen und/oder statistischen Analyseinformationen verarbeiten,
um dabei zu helfen, eine Ursache eines Ausfalls oder Fehlers zu
bestimmen. Nach dem Verarbeiten der Statusinformationen und/oder
statistischen Analyseinformationen kann die Host-Steuerung 115 das SMPS 105 so
justieren, dass das SMPS 105 die gewünschten Betriebseigenschaften erfüllt (Block 520).
Als Alternative kann die Host-Steuerung 115 das SMPS 105 so
justieren, dass das SMPS 105 nicht mehr ausfällt oder
einen Fehler verursacht.
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5b zeigt
eine Anwendung von Statusinformationen zum Justieren von SMPS-Komponententoleranzen.
Beim Entwurf eines SMPS oder eines vollständigen SMPS-Systems müssen Systementwickler
oft einen akzeptablen Bereich von Toleranzen für Komponenten in dem SMPS spezifizieren.
Zum Beispiel können
in dem SMPS verwendete Kondensatoren und Widerstände als Komponenten mit Toleranzen
von 1%, 2%, 5%, 10% oder so weiter spezifiziert werden, wobei Komponenten
mit engerer Toleranz in der Regel kostspieliger sind.
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Es
kann möglich
sein, Statusinformationen aus einem SMPS zu nutzen, das in Betrieb
ist, um zum Beispiel Ausgangsspannungen und/oder -ströme zu analysieren,
um eine Abweichung von einer spezifizierten Ausgangsspannung und/oder
einem spezifizierten Ausgangsstrom zu bestimmen (Block 521).
Durch Verwendung der Ausgangsspannungs- und/oder Ausgangsstrominformationen
aus dem SMPS können
die Systementwickler in der Lage sein, Komponententoleranzwerte
zu justieren (zu lockern/verengen), bis die Ausgangsspannungs- und/oder
Aus gangsstromwerte spezifizierte Toleranzwerte erfüllen (Block 525).
Damit zum Beispiel die Ausgangsspannung und/oder der Ausgangsstrom
einen spezifizierten Toleranzwert wie etwa +/–5% erfüllt, ist es möglicherweise
nicht notwendig, Komponenten mit 5% Toleranz in einem SMPS zu verwenden.
Stattdessen können
Komponenten mit 10% Toleranz verwendet werden und erfüllen immer noch
die spezifizierten Toleranzwerte. Die Verwendung der Statusinformationen
kann deshalb die Verwendung von kostengünstigeren Komponenten mit weniger
strengen Toleranzwerten ermöglichen.
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5c zeigt
eine Anwendung von Statusinformationen zum Justieren eines SMPS,
das in einem Mehrphasenwandlersystem arbeitet. Statusinformationen
bezüglich
Ausgangsstrom können
einer Host-Steuerung zugeführt
werden. Normalerweise können
unter Volllastbedingungen alle Phasen aktiv sein. Bei Bedingungen
mit geringerer Last kann jedoch nur ein Teil der Phasen aktiv sein.
Deshalb kann die Host-Steuerung 115 eine Aktivierungszeit
abrufen und analysieren (Block 530) und Einstellungen vornehmen,
um eine Aktivierungspriorität
für SMPS in
dem Mehrphasen-Wandlersystem umzuplanen, um Betriebsbelastungen
gleichmäßiger zu
verteilen und die Gesamtzuverlässigkeit
zu vergrößern (Block 535).
Die analysierte Aktivierungszeit kann eine mittlere Aktivierungszeit,
eine Spitzenaktivierungszeit, eine Momentanaktivierungszeit, etc.
sein.
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5d zeigt
eine Anwendung von Statusinformationen zum Justieren eines in einem
Leistungssystem arbeitenden SMPS. Die Host-Steuerung 115 kann
relevante Informationen aus SMPS abrufen, wie etwa eine mittlere
Eingangsspannung, wie eine Batteriespannung und/oder eine Standardabweichung
der Eingangsspannung. Die Eingangsspannungsinformationen können zur
Ausfallanalyse verwendet werden, wobei eine Bewertung von Entkopplungskondensatoren
für Eingangsspannungswerte ausreicht
(Block 540). Die analysierte Eingangsspannung kann eine
mittlere Eingangsspannung, eine Spitzeneingangsspannung, eine RMS-Eingangsspannung,
eine Momentaneingangsspannung sein und so weiter. Die Host-Steuerung 115 kann
bestimmen, dass es notwendig ist, die Anzahl der wirksamen Entkopplungskondensatoren
zu vergrößern oder
zu verkleinern, um die Leistungsfähigkeit zu verbessern (Block 545).
Diese Form von Analyse kann während
einer Entwicklungs- oder Debug-Phase des Leistungssystems nützlich sein.
Für Interleaved-Konverter-
bzw. Mehrphasen-Konvertersysteme kann die Host-Steuerung 115 eine
Synchronisation der SMPS überwachen
und ein Synchronisationssignal verschieben, um die Batteriespannungswelligkeit
zu optimieren.
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5e zeigt
eine Anwendung von Statusinformationen zum Justieren eines SMPS
unter Verwendung von Regelgrößenstatistiken.
Eine Regelgröße, wie
zum Beispiel Ausgangsspannung, Ausgangsstrom, Eingangsspannung,
Eingangsstrom, und so weiter, kann aus Statusinformationen analysiert
und überwacht
werden (Block 550). Zum Beispiel kann die Überwachung
einen Prozentsatz jener Zeit umfassen, für die die Ausgangsspannung
in einem spezifizierten Prozentsatz eines Sollwerts bleibt. Die Überwachung
der Regelgröße kann
eine Bestimmung ermöglichen,
ob zum Beispiel Entwurfsprobleme oder Lastprobleme vorliegen. Dies
kann zu einem Neuentwurf des Systems oder der Last führen (Block 555).
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Zusätzlich zu
den oben besprochenen Anwendungen von Statusinformationen wären andere mögliche Verwendungen
für Statusinformationen zum
Beispiel Lastanalyse über
die Zeit, die für
effektive Lebensdauerberechnungen in Bezug auf Temperatur, Spannung,
Strom, etc. verwendet werden können.
Durch Manipulation von Source-Drain- und Gate-Source-Spannungen,
Temperatur und/oder Strom einer Leistungsanordnung in dem SMPS kann es
zum Beispiel möglich
sein, eine Ausfallzeit der Leistungsanordnung vorherzusagen. Die
Manipulation kann in dem statistischen Rekorder 310 stattfinden,
und die Vorhersage kann der Host-Steuerung 115 zugeführt werden,
oder die Host-Steuerung 115 kann die Manipulation und/oder
Verarbeitung von durch den statistischen Rekorder 310 bereitgestellten
Statusinformatio nen durchführen
und trifft die Vorhersage selbst. In einer Situation, in der die
Last des SMPS Lampen sind, wie zum Beispiel Fluoreszenzlampen, Leuchtdioden
und so weiter, kann es ferner möglich
sein, Lasttemperatur, Strom und/oder Spannung mit Lebensdauer oder
Zeit bis zum Ausfall zu korrelieren. Wieder kann der statistische
Rekorder 310 oder die Host-Steuerung 115 verwendet werden, um
die Manipulation und/oder Vorhersage durchzuführen. Zusätzlich kann für eine Min-Max-Analyse auch eine
Tastverhältnisanalyse
durchgeführt
werden.
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Ferner
können
die Statusinformationen auch zur Produktionsprüfung verwendet werden. Da die Produkte
selbst Statusinformationen melden können, die in der Regel andere
Verfahren erfordern können (wie
etwa schnelle Sensoren zum Analysieren von Reaktionen auf Lastübergänge), kann
die Produktionsprüfung
vereinfacht werden. Die Reservenprüfung für die Produktionsprüfung kann
durch Verwendung von Statusinformationen auch vereinfacht und zuverlässiger gemacht
werden.
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Obwohl
die Ausführungsformen
im Detail beschrieben wurden, versteht sich, dass verschiedene Änderungen,
Substitutionen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne
von dem durch die angefügten
Ansprüche
definierten Gedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Darüber hinaus
soll der Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung nicht auf die konkreten Ausführungsformen
von Prozess, Maschine, Herstellung, Materialzusammensetzung, Mittel,
Verfahren und Schritten, die in der Beschreibung beschrieben werden,
beschränkt
werden. Für
Durchschnittsfachleute wird ohne weiteres aus der Offenbarung der vorliegenden
Erfindung erkennbar sein, dass Prozesse, Maschinen, Herstellung,
Materialzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte, die
zur Zeit existieren oder später
entwickelt werden, die im Wesentlichen dieselbe Funktion wie die
hier beschriebenen entsprechenden Ausführungsformen ausführen oder
im Wesentlichen dieselben Ergebnisse erzielen, gemäß der vorliegenden
Erfin dung benutzt werden können.
Die angefügten
Ansprüche
sollen dementsprechend in ihrem Schutzumfang solche Prozesse, Maschinen,
Herstellung, Materialzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte
einschließen.