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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 Publikation
US 5,998,982 beschreibt ein Beispeil eines Schaltnetzteils (switched-mode power supply), mit einem Speicher, in dem Statusinformationen betreffend Schaltzeitpunkte gespeichert werden. Schaltnetzteile enthalten üblicherweise einen Regler. Ein Fuzzy-Logic-Regler für ein Schaltnetzteil ist z. B. in der Publikation
US 5,534766 beschrieben. 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 Leistungsanordnungen 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 bereit zu stellen, mit dem Statusinformationen einer Leistungsanordnung möglichst effizient abgerufen werden können.
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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 Steuerschnitstelle (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 weder 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, beipsielsweise 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 wären 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, Signalabweichungsprozentsatz, 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, beeispielsweise im Falle eines Totalausfalls des SMPS 105, sicherzustellen. Die Datenerfassungseinheit 355 kann dafür ausgelegt sein, die Statusisinformationen 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 delektiert 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 statistischen 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 Ausgangstromwerte 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 Statusinformationen 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 verwende 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 Erfindung benutzt werden können. Die angefügten Ansprüche sollen dementsprechend in ihrem Schutzumfang solche Prozesse, Maschinen, Herstellung, Materialzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte einschließen.
