DE102011004785A1

DE102011004785A1 - Pulsmodulationssteuerung in einer DC-DC-Wandlerschaltung

Info

Publication number: DE102011004785A1
Application number: DE102011004785A
Authority: DE
Inventors: Robert Priewasser; Matteo Agostinelli; Stefano Marsili; Luca Bizjak; Dietmar Straeussnigg
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2010-02-27
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2011-09-01
Also published as: US20110210707A1; US20140139296A1; US8638079B2; US9515642B2

Abstract

Zur Erzeugung von Schaltsignalen (HS, LS) eines Pulsmodulators ist eine Pulsmodulationsschaltlogik (142) vorgesehen. Der Pulsmodulator erzeugt ein pulsmoduliertes Signal (PM), wobei ein erster Pulsmodulationssteuerparameter durch ein erstes Steuersignal (C1) gesteuert ist und ein zweiter Pulsmodulationssteuerparameter durch ein zweites Steuersignal (C2) gesteuert ist. Eine erste Regelschleife (130) ist vorgesehen, um das erste Steuersignal (C1) aus einem aus dem pulsmodulierten Signal (PM) abgeleiteten Ausgangssignal zu erzeugen. Eine zweite Regelschleife ist vorgesehen, um das zweite Steuersignal (C2) auf Grundlage des Ausgangssignals zu erzeugen. Das erste und zweite Steuersignal (C1, C2) werden eingesetzt, um den ersten und zweiten Pulsmodulationssteuerparameter gleichzeitig zu steuern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Techniken zur Pulsmodulationssteuerung in einer DC-DC-Wandlerschaltung.
Auf dem Gebiet der Elektronik ist es bekannt, DC-DC-Wandler einzusetzen, um ein im Wesentlichen konstantes Eingangssignal in ein im Wesentlichen konstantes Ausgangssignal mit einem unterschiedlichen Wert, d. h. einem kleineren oder größeren Wert, zu konvertieren. Die im Wesentlichen konstanten Eingangs- und Ausgangssignale werden auch als DC-Signale bezeichnet (DC: „Direct Current” bzw. Gleichstrom), wobei es sich versteht, dass diese Signale einem gewissen Ausmaß an Variationen unterliegen können und auch nicht kontinuierlich sein können. Darüber hinaus versteht es sich, dass es sich sowohl um Stromsignale als auch um Spannungssignale, d. h. Gleichstromsignale bzw. Gleichspannungssignale, handeln kann. Typischerweise handelt es sich bei den DC-Signalen um Signale, bei welchen das Vorzeichen nicht gewechselt bzw. der zeitliche Mittelwert von null verschieden ist.
Bei einigen Typen von DC-DC-Wandlern, wird eine Pulsweitenmodulation des Eingangssignals in dem Wandlungsprozess verwendet. Das Ausgangssignal kann dann auf einen gewünschten Wert geregelt werden, indem in Fehlersignal erzeugt wird und aus dem Fehlersignal ein angepasstes Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation bestimmt wird. Als Alternative kann auch eine Puls-Frequenz-Modulation verwendet werden. In diesem Fall kann das Ausgangssignal auf einen gewünschten Wert geregelt werden, indem aus dem Fehlersignal eine angepasste Frequenz der Puls-Frequenz-Modulation bestimmt wird. In einigen Situationen, z. B. wenn das Ausgangssignal einer abrupten Laständerung ausgesetzt ist, kann es einige Zeit erfordern, bis das Ausgangssignal auf seinem gewünschten Wert geregelt ist.
Folglich besteht ein Bedarf für DC-DC-Wandlerschaltungen, welche eine effiziente Steuerung des Ausgangssignalwerts und eine hohe Stabilität des Ausgangssignals gewährleisten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, diesem Bedarf gerecht zu werden. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 18, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 19, eine DC-DC-Wandlerschaltung gemäß Anspruch 20 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 21. Die abhängigen Ansprüche definieren Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß kann somit eine Pulsmodulationsschaltlogik vorgesehen sein, um Schaltsignale eines Pulsmodulators zur Erzeugung eines pulsmodulierten Signals mit einem ersten Pulsmodulationssteuerparameter und einem zweiten Pulsmodulationssteuerparameter zu erzeugen. Der erste Pulsmodulationssteuerparameter wird auf Grundlage eines ersten Steuersignals gesteuert, und der zweite Pulsmodulationssteuerparameter wird auf Grundlage eines zweiten Steuersignals gesteuert. Eine erste Regelschleife ist vorgesehen, um das erste Steuersignal aus einem Ausgangssignal zu erzeugen, welches aus dem pulsmodulierten Signal abgeleitet ist. Eine zweite Regelschleife ist vorgesehen, um das zweite Steuersignal auf Grundlage des Ausgangssignals zu erzeugen. Das erste und zweite Steuersignal werden verwendet, um den ersten und zweiten Pulsmodulationssteuerparameter gleichzeitig zu steuern.
Weitere Ausführungsformen und Details der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich sein.
1 veranschaulicht schematisch eine DC-DC-Wandlerschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 veranschaulicht ein pulsmoduliertes Signal, wie es bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.
3 veranschaulicht schematisch eine Steuerschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 veranschaulicht schematisch eine Steuerschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 veranschaulicht einen beispielhaften Pulsmodulationssteuervorgang der in 4 dargestellten Steuerschaltung.
6 zeigt beispielhafte Simulationsergebnisse an einer DC-DC-Wandlerschaltung, welche mit einer Steuerschaltung wie in 4 dargestellt implementiert ist.
7 zeigt weitere beispielhafte Simulationsergebnisse an einer DC-DC-Wandlerschaltung, welche mit einer Steuerschaltung wie in 4 dargestellt implementiert ist.
8 veranschaulicht schematisch eine Steuerschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
9 veranschaulicht einen beispielhaften Pulsmodulationssteuervorgang der in 8 dargestellten Steuerschaltung.
10 zeigt beispielhafte Simulationsergebnisse an einer DC-DC-Wandlerschaltung, welche mit einer Steuerschaltung wie in 8 dargestellt implementiert ist.
11 zeigt weitere beispielhafte Simulationsergebnisse an einer DC-DC-Wandlerschaltung, welche mit einer Steuerschaltung wie in 8 dargestellt implementiert ist.
12 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detaillierter und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich, dass die nachfolgende Beschreibung lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung gegeben wird.
Darüber hinaus versteht es sich, dass in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen jegliche beschriebene oder in den Zeichnungen dargestellte direkte Verbindung oder Kopplung zwischen funktionalen Blöcke, Vorrichtungen, Komponenten, Schaltungselementen oder anderen physikalischen oder funktionalen Einheiten auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung, d. h. eine Verbindung oder Kopplung über ein oder mehrere Zwischenelemente, implementiert sein könnte. Darüber hinaus versteht es sich, dass in den Zeichnungen dargestellte funktionale Blöcke oder Einheiten als separate Schaltungen implementiert sein können, jedoch auch vollständig oder teilweise in einer gemeinsamen Schaltung implementiert sein können. Mit anderen Worten ist beabsichtigt, dass die Beschreibung von verschiedenen funktionalen Blöcken ein klares Verständnis von verschiedenen in einer Vorrichtung ausgeführten Funktionen ermöglicht und dies ist nicht als Hinweis darauf zu verstehen, dass diese funktionalen Blöcke als separate funktionale Einheiten implementiert sein müssen. Zum Beispiel können ein oder mehrere funktionale Blöcke durch Programmierung eines Prozessors mit einem geeignet ausgestalteten Programmcode implementiert sein.
Es wird angemerkt, dass die Zeichnungen beigefügt sind, um eine Veranschaulichung von einigen Aspekten von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, und daher als lediglich schematisch anzusehen sind. Insbesondere sind die in den Zeichnungen dargestellten Elemente nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander, und die Anordnung von verschiedenen Elementen und Zeichnungen ist gewählt, um ein klares Verständnis des jeweiligen Ausführungsbeispiels zu ermöglichen, und ist nicht dahingehend zu verstehen, dass sie notwendigerweise eine Darstellung der tatsächlichen relativen Positionen der dargestellten Strukturen ist.
Weiterhin versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander geeignet kombiniert werden können. Die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Merkmalen ist hingegen nicht als Hinweis zu verstehen, dass alle beschriebenen Merkmale notwendig sind, um die vorliegende Erfindung auszuführen. Zum Beispiel können andere Ausführungsbeispiele weniger Merkmale und/oder alternative Merkmale umfassen.
Sich nun den Figuren zuwendend, veranschaulicht 1 schematisch eine DC-DC-Wandlerschaltung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die DC-DC-Wandlerschaltung 100 als ein Abwärtswandler bzw. Step-Down-Buck-Wandler implementiert. Jedoch versteht es sich, dass die hierin beschriebenen Konzepte auch auf andere bekannte Typen von DC-DC-Wandlerschaltungen angewendet werden können, z. B. Aufwärtswandler.
Wie dargestellt beinhaltet die DC-DC-Wandlerschaltung 100 einen Signaleingang 110, welcher der Aufnahme eines DC-Eingangssignals dient. Bei dem dargestellten Beispiel ist das DC-Eingangssignal eine Gleichspannung Vin. Es versteht sich jedoch, dass bei einigen Ausführungsbeispielen das DC-Eingangssignal auch als ein Gleichstrom definiert sein kann. Darüber hinaus beinhaltet die DC-DC-Wandlerschaltung 100 einen ersten Schalter S1 und einen zweiten Schalter S2, welche in Reihe zwischen den Signaleingang 110 und einen Referenzknoten 112, bei dem dargestellten Beispiel Masse, gekoppelt sind. Der erste Schalter S1 ist dazu ausgestaltet, selektiv einen Zwischenknoten 114 zwischen dem ersten Schalter S1 und dem zweiten Schalter S2 mit dem Signaleingang 110 zu koppeln, und der zweite Schalter S2 ist dazu ausgestaltet, selektiv den Zwischenknoten 114 mit dem Referenzknoten 112 zu koppeln. Die Schalter S1 und S2 können als Transistoren implementiert sein, z. B. MOS Transistoren oder dergleichen (MOS: „Metal Oxide Semiconductor” bzw. Metall-Oxyd-Halbleiter). Indem die Schalter S1 und S2 auf eine komplementäre Weise gesteuert werden, d. h. indem einer der Schalter in einen geschlossenen Zustand gebracht wird, während der andere in einen offenen Zustand gebracht wird, kann somit der Zwischenknoten 114 mit entweder dem Signaleingang 110 oder dem Referenzknoten 112 gekoppelt werden, wodurch an dem Zwischenknoten 114 ein pulsmoduliertes Signal PM erzeugt wird.
Typische Eigenschaften des pulsmodulierten Signals PM werden im Zusammenhang mit 2 näher erläutert. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das pulsmodulierte Signal PM ein pulsweitenmoduliertes Signal sein, d. h. ein Signal, bei welchem die Frequenz im Wesentlichen konstant ist und das Tastverhältnis als Pulsmodulationssteuerparameter variiert. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann das pulsmodulierte Signal PM ein Puls-Frequenz-moduliertes Signal sein, d. h. ein Signal, bei welchem das Tastverhältnis im Wesentlichen konstant ist und die Frequenz als ein Pulsmodulationssteuerparameter variiert. Bei noch weiteren Ausführungsbeispielen können sowohl das Tastverhältnis als auch die Frequenz des pulsmodulierten Signals PM als Pulsmodulationssteuerparameter variieren.
Wie darüber hinaus dargestellt, beinhaltet die DC-DC-Wandlerschaltung 100 eine Steuerschaltung 120. Die Steuerschaltung 120 ist dazu ausgestaltet, ein erstes Schaltsignal HS für den ersten Schalter S1 und ein zweites Schaltsignal LS für den zweiten Schalter S2 zu erzeugen. Wie oben erwähnt werden die Schaltsignale auf eine komplementäre Weise erzeugt, d. h. wenn das erste Schaltsignal bewirkt, dass der erste Schalter S1 geschlossen ist, bewirkt das zweite Schaltsignal LS, dass der zweite Schalter S2 offen ist, und umgekehrt.
Wie darüber hinaus dargestellt, beinhaltet die DC-DC-Wandlerschaltung 100 ein Ausgangsfilter 150. Das Ausgangsfilter 150 ist mit dem Zwischenknoten 114 gekoppelt, um das pulsmodulierte Signal PM aufzunehmen und daraus ein gefiltertes Ausgangssignal zu erzeugen. Das gefilterte Ausgangssignal wird einem Signalausgang 160 der DC-DC-Wandlerschaltung 100 zugeführt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ausgangsfilter 150 mit einer Tiefpasscharakteristik implementiert, z. B. auf Grundlage einer Filterschaltung, welche eine Induktivität 152 und einen Kondensator 154 beinhaltet. Spezieller ist die Induktivität 152 zwischen den Zwischenknoten und den Signalausgang 160 gekoppelt, und der Kondensator 154 und ein Widerstand 156 sind parallel zwischen den Signalausgang 160 und den Referenzknoten 112, d. h. Masse, gekoppelt. Es versteht sich, dass andere Implementierungen des Ausgangsfilters 150 ebenfalls verwendet werden können, z. B. komplexere Filterschaltungen, welche ein oder mehrere zusätzliche Induktivitäten, Kondensatoren, Widerstände oder andere Elemente verwenden. Mittels des Ausgangsfilters 150 kann das pulsmodulierte Signal PM in ein im Wesentlichen konstantes Ausgangssignal, d. h. ein DC-Ausgangssignal, an dem Signalausgang 160 umgewandelt werden. Bei dem dargestellten Beispiel ist das DC-Ausgangssignal an dem Signalausgang eine Gleichspannung Vout, wie sie über eine Ausgangslast gemessen wird, welche bei dem dargestellten Beispiel durch einen Lastwiderstand 166 gebildet ist. Es versteht sich, dass bei einigen Ausführungsbeispielen das DC-Ausgangssignal auch als ein Gleichstrom definiert sein kann, z. B. ein Ausgangsstrom Iout wie in 1 dargestellt.
Bei dem dargestellten Beispiel ist die Steuerschaltung 120 dazu ausgestaltet, die Schaltsignale HS, LS abhängig von einem Rückkopplungssignal zu erzeugen. Bei dem dargestellten Beispiel wird das Rückkopplungssignal direkt aus der Gleichspannung am Signalausgang 160 abgeleitet. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Rückkopplungssignal auf unterschiedliche Weise abgeleitet werden, z. B. aus einem Zwischenschaltungsknoten des Ausgangsfilters 150. Beispielsweise könnte das Rückkopplungssignal auch als ein Strom durch die Induktivität 152 abgeleitet werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können mehrere Rückkopplungssignale, welche auf unterschiedliche Weisen abgeleitet sind, der Steuerschaltung 120 zugeführt werden. Auf diese Weise kann die Steuerschaltung 120 Pulsmodulationssteuerparameter des pulsmodulierten Signals PM anpassen, um das DC-Ausgangssignal auf einen Sollwert zu regeln. Bei den hierin erläuterten Konzepten wird dies bewerkstelligt, indem gleichzeitig auf zwei unterschiedliche Pulsmodulationssteuerparameter eingewirkt wird. Zum Beispiel kann das pulsmodulierte Signal PM ein pulsweitenmoduliertes Signal sein, und die Steuerschaltung 120 kann das Tastverhältnis der nächsten Pulsperiode des pulsweitenmodulierten Signals und die Dauer eines aktuellen Pulses des pulsweitenmodulierten Signals gleichzeitig anpassen. Bei einem weiteren Beispiel kann das pulsmodulierte Signal PM ein Puls-Frequenz-moduliertes Signal sein, und die Steuerschaltung 120 kann die Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals und die Dauer eines aktuellen Pulses des pulsweitenmodulierten Signals gleichzeitig anpassen. Bei einem weiteren Beispiel kann die Steuerschaltung 120 die Pulsdauer und die Frequenz des pulsmodulierten Signals PM gleichzeitig anpassen. Details von Steuermechanismen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung werden unten erläutert.
Wie darüber hinaus dargestellt, beinhaltet die DC-DC-Wandlerschaltung 100 eine Taktsignalquelle 170, welche ein Taktsignal CLK an die Steuerschaltung 120 liefert. In der Steuerschaltung 120 kann das Taktsignal CLK als Grundlage für den Betrieb von digitalen Schaltungselementen verwendet werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen hat das Taktsignal CLK eine Frequenz, welche höher ist als die typische Frequenz des pulsmodulierten Signals PM, was ermöglicht, im Prozess der Erzeugung der Schaltsignale HS, LS Überabtastungstechniken, auch bezeichnet als Oversampling-Techniken, zu verwenden.
Wie darüber hinaus dargestellt, beinhaltet die DC-DC-Wandlerschaltung 100 eine Referenzsignalquelle 180, welche ein Referenzsignal, bei dem dargestellten Beispiel eine konstante Referenzspannung Vref, an die Steuerschaltung liefert. In der Steuerschaltung 120 kann das Referenzsignal verwendet werden, um ein Fehlersignal zu erzeugen, z. B. indem es mit dem Rückkopplungssignal von dem Signalausgang 160 verglichen wird.
Es versteht sich, dass bei einigen Ausführungsbeispielen die Taktsignalquelle 170 und/oder die Referenzsignalquelle 180 weggelassen werden können, z. B. wenn das Taktsignal CLK oder das Referenzsignal von externen Signalsquellen empfangen werden.
Die DC-DC-Wandlerschaltung 100 kann unter Verwendung einer oder mehrerer integrierter Schaltungen implementiert sein, möglicherweise in Kombination mit zusätzlichen diskreten Elementen wie Widerständen, Kondensatoren, Induktivitäten, Dioden oder dergleichen. Zum Beispiel könnte die Steuerschaltung 120 als eine einzelne integrierte Schaltung implementiert sein, während die Schalter S1 und S2, die Elemente des Ausgangsfilters 150 und unter Umständen auch die Taktsignalquelle 170 und/oder die Referenzsignalquelle 180 als separate Komponente bereitgestellt sein könnten, z. B. unter Verwendung einer oder mehrerer weiterer integrierter Schaltungen oder diskreter Schaltungselemente.
2 veranschaulicht schematisch Eigenschaften des pulsmodulierten Signals PM.
Wie dargestellt ist das pulsmodulierte Signal PM durch eine Sequenz von Pulsen gebildet. Die Pulse sind dadurch hervorgerufen, dass das pulsmodulierte Signal PM wechselt zwischen einem niedrigen Zustand, z. B. entsprechend einer Kopplung des Zwischenknotens 114 mit dem Referenzknoten 112, und einem hohen Zustand, z. B. entsprechend einer Kopplung des Zwischenknotens 114 mit dem Signaleingang 110. Wie oben erwähnt resultieren die Übergänge in dem pulsmodulierten Signal PM aus den Umschaltvorgängen der Schalter S1 und S2, welche durch die Schaltsignale HS und LS gesteuert sind.
Wie in 2 dargestellt, beginnt eine Pulsperiode des pulsmodulierten Signals PM mit einem Signalübergang aus dem niedrigen Zustand in den hohen Zustand, was einem Schließen des ersten Schalters S1 und einem Öffnen des zweiten Schalters S2 entspricht. Das pulsmodulierte Signal PM verbleibt für eine erste Zeitperiode, bezeichnet durch t_on, in dem hohen Zustand, wonach ein Signalübergang von dem hohen Zustand in den niedrigen Zustand erfolgt. Das pulsmodulierte Signal PM verbleibt dann für eine zweite Zeitperiode, bezeichnet durch t_off, in dem niedrigen Zustand, wonach die nächste Pulsperiode mit einem Signalübergang aus dem niedrigen Zustand in den hohen Zustand beginnt. Die Periode des pulsmodulierten Signals PM ist somit gegeben durch: T_SW = t_on + t_off. (1)
Hiermit kann die Frequenz des pulsmodulierten Signals PM ausgedrückt werden als:
und das Tastverhältnis des pulsmodulierten Signals PM kann ausgedrückt werden als:
Bei den hierin beschriebenen Konzepten kann der Prozess der Erzeugung des pulsmodulierten Signals PM auf verschiedene Weise gesteuert werden. Zum Beispiel können die Frequenz f_PM und Periode T_SW des pulsmodulierten Signals PM im Wesentlichen konstant sein, und die erste Zeitperiode t_on und die zweite Zeitperiode t_off können variiert werden, wodurch das Tastverhältnis d variiert wird. Dies entspricht einem Szenario, in welchem das pulsmodulierte Signal PM ein pulsweitenmoduliertes Signal ist. Bei einem weiteren Beispiel können entweder die erste Zeitperiode t_on oder die zweite Zeitperiode t_off in Wesentlichen konstant sein, und die Frequenz f_PM kann variiert werden, wodurch das Tastverhältnis d variiert wird. Dies entspricht einem Szenario, in welchem das pulsmodulierte Signal PM ein Puls-Frequenz-moduliertes Signal ist. Bei einem weiteren Beispiel können die erste Zeitperiode t_on, die zweite Zeitperiode t_off und die Frequenz f_PM variiert werden.
Einige der oben erwähnten Mechanismen zur Anpassung eines Pulsmodulationssteuerparameters wirken typischerweise auf die nächste oder eine spätere Pulsperiode des pulsmodulierten Signals PM. Wenn zum Beispiel zu einem gegebenen Zeitpunkt eine neue Pulsdauer, gegeben durch die erste Zeitperiode t_on, bestimmt wird, wird die neue Pulsdauer auf die nächste oder eine spätere Pulsperiode des pulsmodulierten Signals PM angewendet. Weiterhin können gemäß den hierin beschriebenen Konzepten weitere Mechanismen zur Anpassung eines Pulsmodulationsparameters eingesetzt werden, welche sich bereits in der aktuellen Pulsperiode des pulsmodulierten Signals PM auswirken. Zum Beispiel kann die Dauer eines aktuellen Pulses, d. h. eines bereits begonnenen, aber noch nicht beendeten Pulses, verlängert werden oder verkürzt werden. Eine Verlängerung der Dauer eines aktuellen Pulses kann bewerkstelligt werden, indem das Ende der ersten Zeitperiode t_on verzögert wird. Eine Verkürzung der Dauer eines aktuellen Pulses kann bewerkstelligt werden, indem ein früheres Ende der ersten Zeitperiode t_on erzwungen wird. Beide Vorgänge können erreicht werden, indem eine selektiv steuerbare Verzögerung vor dem Schaltvorgang eingeführt wird, welcher den Signalübergang an dem Ende der ersten Signalperiode t_on bewirkt. Spezieller können drei unterschiedliche Verzögerungen selektiv verwendet werden: eine erste kleine Verzögerung, z. B. eine Verzögerung von im Wesentlichen null, welche dem erzwungenen früheren Ende der ersten Zeitperiode t_on entspricht, eine zweite mittlere Verzögerung, welche dem vorgesehenen Ende der ersten Zeitperiode t_on entspricht, und eine dritte große Verzögerung, welche dem verzögerten Ende der ersten Zeitperiode t_on entspricht. Darüber hinaus kann die Frequenz des pulsmodulierten Signals PM angepasst werden, indem die zweite Zeitperiode t_off der aktuellen Pulsperiode, d. h. der Pulsperiode, welche bereits begonnen hat aber noch nicht beendet ist, verlängert oder verkürzt wird.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Steuerschaltung 120 genauer erläutert. Wie oben erwähnt basieren diese Ausführungsbeispiele darauf, dass zwei unterschiedliche Pulsmodulationssteuerparameter gleichzeitig gesteuert werden.
3 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Implementierung der Steuerschaltung 120. Wie dargestellt beinhaltet die Steuerschaltung einen Fehlerdetektor 121, einen Analog-Digital-Wandler 122, eine erste Regelschleife 130, eine zweite Regelschleife 135 und eine Pulsmodulationsschaltlogik 142. Außerdem zeigt 3 auch die Schalter S1 und S2. Zusammen mit den Schaltern S1 und S2 bildet die Pulsmodulationsschaltlogik 142 einen Pulsmodulator 140. In Übereinstimmung mit den oben genannten Konzepten werden die erste und zweite Regelschleife 130, 135 verwendet, um ein erstes Steuersignal C1 bzw. ein zweites Steuersignal C2 zu erzeugen, für eine Rückkopplung auf Grundlage des Ausgangssignals der DC-DC-Wandlerschaltung 100 verwendet wird, und das erste und zweite Steuersignal C1 und C2 werden verwendet, um verschiedene Pulsmodulationssteuerparameter gleichzeitig einzustellen.
Der Fehlerdetektor 121, welcher auf Grundlage eines Differenzverstärkers implementiert sein kann, empfängt das Ausgangssignal der DC-DC-Wandlerschaltung 100, d. h. die Gleichspannung Vout, und das Referenzsignal von der Referenzsignalquelle, d. h. die Referenzspannung Vref. Auf Grundlage des Ausgangssignals und des Referenzsignals erzeugt der Fehlerdetektor 121 ein Fehlersignal ERR. Zum Beispiel kann das Fehlersignal ERR ein analoges Signal mit einem Wert sein, welcher die Differenz zwischen dem Ausgangssignal und dem Referenzsignal darstellt.
Der Analog-Digital-Wandler 122 nimmt das Fehlersignal ERR von dem Fehlerdetektor 121 auf und erzeugt daraus digitale Abtastwerte. Die Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers 122 kann bestimmt sein durch die Frequenz des Taktssignals CLK, welches der Steuerschaltung 120 zugeführt ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers 122 derart gewählt, dass sie der Sollfrequenz des pulsmodulierten Signals PM, multipliziert mit einem Überabtastungsfaktor, z. B. von zwei, entspricht. Auf diese Weise können mehrere Abtastwerte des Fehlersignals ERR bezüglich einer einzigen Pulsperiode erhalten werden. Die Abtastwerte des Fehlersignals ERR werden parallel der ersten Regelschleife 130 und der zweiten Regelschleife 135 zugeführt.
Die erste Regelschleife 130 erzeugt das erste Steuersignal C1 aus den Abtastwerten des Fehlersignals ERR. Das erste Steuersignal C1 wird der Pulsmodulationsschaltlogik 142 zugeführt, um einen ersten Pulsmodulationssteuerparameter zu steuern. Die zweite Regelschleife 135 erzeugt das zweite Steuersignal C2 aus den Abtastwerten des Fehlersignals ERR. Das zweite Steuersignal C3 wird der Pulsmodulationsschaltlogik 142 zugeführt, um einen zweiten Pulsmodulationssteuerparameter gleichzeitig mit dem ersten Pulsmodulationssteuerparameter zu steuern. Indem verschiedene Pulsmodulationssteuerparametern gleichzeitig gesteuert werden, kann die Steuerschaltung 120 auf vorteilehafte Weise mit bestimmten Betriebszuständen der DC-DC-Wandlerschaltung 100 umgehen, wie zum Beispiel abrupte Laständerungen an dem Signalausgang 160, Störungen in dem Eingangssignal oder Modusänderungen, z. B. von einem Puls-Frequenz-Modulationsbetrieb auf einen Pulsweitenmodulationsbetrieb. Zu diesem Zweck können die erste und zweite Regelschleife 130 und 135 auch auf unterschiedlichen Regelalgorithmen beruhen, z. B. Regelalgorithmen mit unterschiedlichen Regelantwortzeiten. Darüber hinaus versteht es sich, dass bei einigen Ausführungsbeispielen wenigstens eine der Regelschleifen 130, 135 analog sein kann. Unabhängig von der Implementierung der Regelschleifen 130, 135 kann der Analog-Digital-Wandler 122 weggelassen werden oder in einer der Regelschleifen 130, 135 angeordnet sein. Darüber hinaus kann bei einigen Ausführungsbeispielen jede der Regelschleifen 130, 135 mit einem entsprechenden Analog-Digital-Wandler versehen sein, z. B. am Eingang der Regelschleife 130, 135 oder am Ausgang der Regelschleife 130, 135.
Darüber hinaus versteht es sich, dass bei einigen Ausführungsbeispielen die erste und zweite Regelschleife 130, 135 dazu ausgestaltet sein könnten, unter Verwendung einer Rückkopplung auf Grundlage des Ausgangssignals zu arbeiten, jedoch mit unterschiedlichen Eingangssignalen beaufschlagt sein könnten, anstelle auf Grundlage desselben Eingangssignals, d. h. des Fehlersignals ERR, zu arbeiten. Zum Beispiel könnte nur die erste Regelschleife 130 das Fehlersignal ERR als ihr Eingangssignal verwenden, und die zweite Regelschleife 135 könnte ein Eingangssignal verwenden, welches auf eine andere Weise abgeleitet ist, z. B. aus einem Strom durch die Spule der Induktivität 152 in dem Ausgangsfilter 150 abgeleitet oder aus der Ausgangsspannung Vout abgeleitet ist, ohne den Fehlerdetektor 121 zu durchlaufen. Diese und andere Wege zur Ableitung eines Rückkopplungssignals, welches Eigenschaften des Ausgangssignals auf eine wünschenswerte Weise widerspiegelt, um als Eingangssignal für eine oder beide Regelschleifen 130, 135 verwendet zu werden, können bei Ausführungsbeispielen der Erfindung zum Einsatz kommen.
4 veranschaulicht schematisch eine weitere beispielhafte Implementierung der Steuerschaltung 120. Komponenten, welche ähnlich zu denjenigen von 3 sind, wurden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und für Details bezüglich dieser Komponenten wird auf die entsprechenden Erläuterungen im Zusammenhang mit 3 verwiesen. Wie dargestellt beinhaltet die Implementierung der Steuerschaltung 120 einen Analog-Digital-Wandler 122, eine erste Regelschleife mit einem Vorfilter 131, einen Abwärtssampler bzw. Down-Sampler 132 und einen Regelalgorithmus 133 sowie eine zweite Regelschleife mit einem Register 136 und einem Komparator 137. Darüber hinaus beinhaltet die Implementierung der Steuerschaltung 120 eine Pulsmodulationsschaltlogik 142', welche auf Grundlage eines Tastverhältnissteuersignals DU und eines Interrupt-Signals INT arbeitet. Der Fehlerdetektor 121 und die Schalter S1 und S2 sind in 4 nicht dargestellt, jedoch versteht es sich, dass diese Komponenten ebenfalls vorhanden sein können.
Bei der ersten Regelschleife von 4 werden die Abtastwerte des Fehlersignals ERR von dem Vorfilter 131 aufgenommen. In dem Vorfilter 131 können verschiedene Typen von Filtercharakteristiken verwendet werden, z. B. eine Tiefpassfiltercharakteristik oder eine Bandpassfiltercharakteristik. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann auf das Vorfilter 131 verzichtet werden.
Der Abwärts-Sampler 132 nimmt die, typischerweise vorgefilterten, Abtastwerte des Fehlersignals ERR auf. In dem Abwärts-Sampler 132 werden die Abtastwerte des Fehlersignals erneut abgetastet, sodass sich eine niedrigere Abtastrate ergibt. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann auf den Abwärts-Sampler 132 verzichtet werden, z. B. wenn die Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers 122 bereits geeignet ist, um für den Regelalgorithmus 133 verwendet zu werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen werden wenigstens zwei Abtastwerte des Fehlersignals ERR pro Pulsperiode des pulsmodulierten Signals PM erzeugt, und der Abwärts-Sampler 132 reduziert die Abtastrate auf einen Abtastwert pro Pulsperiode des pulsmodulierten Signals PM.
Der Regelalgorithmus 133 nimmt die, typischerweise vorgefilterten und abwärtsgesampelten, Abtastwerte des Fehlersignals ERR auf und erzeugt daraus das Abtastverhältnissteuersignal DU. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das pulsmodulierte Signal PM ein pulsweitenmoduliertes Signal und das Tastverhältnissteuersignal DU steuert das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals, indem es die Pulsdauer anpasst. Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist das pulsmodulierte Signal PM ein Puls-Frequenz-moduliertes Signal und das Tastverhältnissteuersignal DU steuert das Tastverhältnis des Puls-Frequenz-modulierten Signals indem es die Frequenz anpasst. Der Regelalgorithmus 133 kann vom PID-Typ sein (PID: „Proportional-Integral-Derivative”), entweder linear oder nicht-linear. Andere Typen von Regelalgorithmus können ebenfalls verwendet werden.
Die zweite Regelschleife von 4 ist dazu ausgestaltet, eine Transiente in dem Fehlersignal ERR zu erfassen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies bewerkstelligt, indem ein erster Abtastwert des Fehlersignals ERR in dem Register 136 gespeichert wird, und indem unter Verwendung des Komparators 137 der gespeicherte erste Abtastwert mit einem zweiten Abtastwert des Fehlersignals ERR verglichen wird. Hierbei versteht es sich, dass aufgrund der Speicherung in dem Register 136 der erste und zweite Abtastwert des Fehlersignals ERR zueinander zeitlich versetzt sind, z. B. um einen oder mehrere Taktzyklen des Taktsignals CLK, wie es durch die Transferfunktion z^–M angedeutet ist, wobei M = 1 sein kann, was einem Versatz von einem Taktzyklus entspricht, oder einem größeren ganzzahligen Wert entsprechen kann. Wenn die Abweichung zwischen dem ersten und zweiten Abtastwert einen Schwellenwert überschreitet, in 4 dargestellt durch einen Schwellenwerteingang TH in den Komparator 137, wird eine Transiente erfasst, was der Pulsmodulationsschaltlogik 142' durch das Interrupt-Signal INT angezeigt wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die zweite Regelschleife dazu ausgestaltet sein, zwischen einer positiven und einer negativen Transiente zu unterscheiden und den Typ der Transiente in dem Interrupt-Signal INT anzuzeigen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann auch eine Stärke der Transiente in dem Interrupt-Signal INT angezeigt werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann lediglich der Typ der Transiente, d. h. entweder positiv oder negativ, erfasst und durch das Interrupt-Signal INT angezeigt werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen werden der erste und der zweite Abtastwert bezüglich derselben Pulsperiode des pulsmodulierten Signals PM gewonnen. Spezieller kann der erste Abtastwert an dem Beginn der Pulsperiode (oder an dem Ende der vorhergehenden Pulsperiode) gewonnen werden, und der zweite Abtastwert kann eine vordefinierte Zeitspanne vor dem vorgesehenen Ende des aktuellen Pulses des pulsmodulierten Signals PM gewonnen werden. Zum Beispiel können die Abtastpunkte des Analog-Digital-Wandlers 122 auf geeignete Weise mit den von der Pulsmodulationsschaltlogik 142' gesteuerten Schaltvorgängen zeitlich korreliert sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der zweite Abtastwert unmittelbar vor dem vorgesehenen Ende des aktuellen Pulses gewonnen werden, z. B. unmittelbar bevor die Pulsmodulationsschaltlogik 142' die Schaltsignale MS und LS zum Öffnen des ersten Schalters S1 und Schließen des zweiten Schalters S2 erzeugt. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Abtastpunkte zum Gewinnen des ersten und des zweiten Abtastwerts gleichmäßig beabstandet sein. Darüber hinaus versteht es sich, dass auch mehr als zwei Abtastwerte pro Pulsperiode verwendet werden könnten.
Die Pulsmodulationsschaltlogik 142' nimmt das Tastverhältnissteuersignal DU auf, welches verwendet wird, um das Tastverhältnis der nächsten Pulsperiode des pulsmodulierten Signals PM anzupassen. Wie oben erwähnt kann dies unter Verwendung von Pulsweitenmodulation oder Puls-Frequenz-Modulation bewerkstelligt werden. In Reaktion darauf, dass das Interrupt-Signal INT eine erfasste Transiente anzeigt, wird die Dauer eines aktuellen Pulses des pulsmodulierten Signals PM um einen Anpassungswert angepasst, welcher vordefiniert sein kann. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Anpassungswert von bestimmten Betriebsbedingungen abhängen. Als Alternative oder zusätzlich kann die Dauer des aktuellen Pulses um einen Anpassungswert verkürzt werden, welcher wiederum vordefiniert sein kann und/oder von bestimmten Betriebsbedingungen abhängen kann. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann abhängig von dem in dem Interrupt-Signal INT anzeigten Typ der Transiente, z. B. abhängig davon, ob die Transiente positiv oder negativ ist, bestimmt werden, ob der aktuelle Puls verlängert oder verkürzt wird. In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass ein Verkürzen des aktuellen Pulses nur möglich ist, wenn die Transiente ausreichend früh während des Pulses erfasst wird. Ein Verlängern des aktuellen Pulses ist hingegen auch dann möglich, wenn die Transiente ganz am Ende des aktuellen Pulses erfasst wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Dauer des aktuellen Pulses um einen Anpassungswert verlängert bzw. verkürzt werden, welcher von der Stärke der erfassten Transiente abhängt, z. B. indem der Anpassungswert aus der Stärke bestimmt wird, wobei ein Regelalgorithmus vom P-Typ (P: „Proportional”), vom PD-Typ (PD: „Proportional-Derivative”) oder vom PID-Typ (PID: „Proportional-Integral-Derivative”) verwendet werden kann.
Wie bei der Steuerschaltungsimplementierung von 3 versteht es sich, dass die erste und zweite Regelschleife in 4 jeweils auf Grundlage eines Eingangssignals arbeiten könnten, welches sich von dem dargestellten Fehlersignal ERR unterscheidet, z. B. auf eine andere Weise aus dem Ausgangssignal der DC-DC-Wandlerschaltung 100 abgeleitet ist.
5 veranschaulicht einen Pulsmodulationssteuervorgang der in 4 dargestellten Steuerschaltung. Spezieller veranschaulicht 5 beispielhafte Verläufe des pulsmodulierten Signals PM und des Ausgangssignals Vout in Reaktion auf ein Unterschwingen in dem Ausgangssignal Vout. Die Abtastpunkte des Fehlersignals ERR sind durch gepunktete vertikale Linien dargestellt, und Vergleichsverläufe des pulsmodulierten Signals PM und der Ausgangsspannung Vout ohne Einwirkung auf die Pulsdauer des aktuellen Pulses, sind durch gestrichelte Linien dargestellt. Hierbei wird angemerkt, dass in 5 das Fehlersignal ERR selbst nicht dargestellt ist, jedoch angenommen werden kann, dass es ein ähnliches Verhalten wie das Ausgangssignal Vout zeigt, unter Umständen mit einem umgekehrten Vorzeichen und um einen Faktor skaliert.
Wie aus der Darstellung von 5 zu erkennen ist, liegt der erste Abtastpunkt, an dem Beginn der Pulsperiode, insbesondere kurz vor dem Signalübergang des pulsmodulierten Signals PM aus dem hohen Zustand in den niedrigen Zustand. Der zweite Abtastpunkt ist während des Pulses angeordnet, insbesondere kurz vor dem vorgesehenen Ende des Pulses. Hierbei versteht es sich, dass das vorgesehene Ende des Pulses gemäß der oben genannten Pulsweitenmodulationstechnik durch das Tastverhältnissteuersignal DU gesteuert sein kann und auf Grundlage der während der vorhergehenden Pulsperiode gewonnenen Abtastwerte des Fehlersignals ERR bestimmt sein kann.
Während des ersten Pulses in dem in 5 dargestellten pulsmodulierten Signal PM wird keine Transiente in dem Ausgangssignal Vout erfasst, und der Übergang in dem pulsmodulierten Signal PM erfolgt wie vorgesehen. Während des zweiten Pulses in dem in 5 dargestellten pulsmodulierten Signal PM überschreitet die Abweichung zwischen dem ersten und zweiten Abtastwert des Fehlersignals ERR, veranschaulicht durch einen vertikalen Doppelpfeil, den Schwellenwert, und eine Transiente wird von der zweiten Regelschleife erfasst.
Bei dem dargestellten Beispiel ist die Abweichung zwischen dem ersten und zweiten Abtastwert des Fehlersignals ERR durch ein Unterschwingen in dem Ausgangssignal Vout hervorgerufen, z. B. resultierend aus einem abrupten Anstieg der Last an dem Signalausgang 160 der DC-DC-Wandlerschaltung 100. Die erfasste Transiente wird mittels des Interrupt-Signals INT angezeigt. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Interrupt-Signal INT auch die Stärke der erfassten Transiente anzeigen, z. B. die Abweichung des Ausgangssignals Vout von seinem Sollwert oder die Abweichung zwischen zwei Abtastwerten des Fehlersignals ERR. In Reaktion auf das Interrupt-Signal INT verzögert die Pulsmodulationsschaltlogik 142' den Schaltvorgang zum Bewirken des Signalübergangs des pulsmodulierten Signals PM aus dem hohen Zustand in den niedrigen Zustand um einen Anpassungswert, welcher wiederum von den Betriebsbedingungen der DC-DC-Wandlerschaltung 100 abhängen kann, z. B. von der Frequenz des pulsmodulierten Signals PM, von dem Sollwert der Ausgangsspannung Vout oder von der Stärke der Transiente. Indem der Schaltvorgang verzögert wird, kann die Dauer des aktuellen Pulses, in dessen Verlauf die Transiente erfasst wird, erhöht werden. Die Erhöhung der Dauer des aktuellen Pulses wirkt dem Unterschwingen in dem Ausgangssignal Vout entgegen.
Es versteht sich, dass ein Steuerprozess, welcher ähnlich zu dem in 5 veranschaulichten ist, auch verwendet werden könnte, um einem Überschwingen in dem Ausgangssignal Vout entgegenzuwirken, welches als eine Transiente mit umgekehrtem Vorzeichen in dem Fehlersignal ERR erfasst werden kann. Wenn dieser Typ von Transiente ausreichend früh während des Pulses erfasst wird, z. B. bei ungefähr der Hälfte der vorgesehenen Pulsdauer, kann der aktuelle Puls verkürzt werden, indem bewirkt wird, dass der Übergang des pulsmodulierten Signals PM von dem hohen Zustand in den niedrigen Zustand früher auftritt, z. B. um einen Anpassungswert, welcher von den Betriebsbedingungen der DC-DC-Wandlerschaltung 100 abhängen kann, z. B. von der Frequenz des pulsmodulierten Signals PM, von dem gewünschten Wert der Ausgangsspannung Vout oder von der Stärke der erfassten Transiente, welche ebenfalls in dem Interrupt-Signal INT angezeigt werden kann, oder indem bewirkt wird, dass der Übergang in unmittelbarer Reaktion auf das Anzeigen der erfassten Transiente durch das Interrupt-Signal INT auftritt.
6 und 7 zeigen beispielhafte Simulationsergebnisse, welche die Ausgangsspannung Vout und den Ausgangsstrom Iout einer DC-DC-Wandlerschaltung wie in 1 veranschaulicht und unter Verwendung einer Steuerschaltungsimplementierung wie in 4 veranschaulicht darstellen. Bei den Simulationen wurde angenommen, dass die Last an dem Signalausgang der DC-DC-Wandlerschaltung bei ungefähr t = 4,4 ms ansteigt. Weiterhin wurde angenommen, dass die Sollausgangsspannung 1,8 V ist. Die gestrichelte Linie zeigt den Signalverlauf für eine Pulsweitenmodulation mit der Steuerschaltungsimplementierung von 4, und die durchgezogene Linie eine Vergleichssimulation für eine Pulsweitenmodulation ohne Einwirkung auf die Dauer des aktuellen Pulses.
Es ist zu erkennen, dass die Steuerschaltungsimplementierung von 4 das Unterschwingen in der Ausgangsspannung Vout erheblich verringert und auch ein nachfolgendes Überschwingen aufgrund der Regelantwort verringert.
8 veranschaulicht schematisch eine weitere beispielhafte Implementierung der Steuerschaltung 120. Komponenten, welche ähnlich zu denjenigen von 3 sind, wurden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und zu Details bezüglich dieser Komponenten wird auf die entsprechenden Erläuterungen im Zusammenhang mit 3 verwiesen. Wie dargestellt beinhaltet die Implementierung der Steuerschaltung 120 einen Analog-Digital-Wandler 122, eine erste Regelschleife mit einem ersten Regelalgorithmus 134 sowie eine zweite Regelschleife mit einem zweiten Regelalgorithmus 138 und einem Summationsknoten 139. Darüber hinaus beinhaltet die Implementierung der Steuerschaltung 120 eine Pulsmodulationsschaltlogik 142'', welche auf Grundlage eines Pulsdauersteuersignals DU' und eines Frequenzsteuersignals F arbeitet. Der Fehlerdetektor 121 und die Schalter S1 und S2 sind in 8 nicht dargestellt, jedoch versteht es sich, dass diese Komponenten ebenfalls vorhanden sein können.
Bei dem in 8 dargestellten Beispiel ist der erste Regelalgorithmus 138 vom PID-Typ (PID: „Proportional-Integral-Derivative”), entweder linear oder nicht-linear, und der zweite Regelalgorithmus 138 ist vom 2D-Typ (PD: „Proportional-Derivate”), entweder linear oder nicht-linear. Diesbezüglich versteht es sich, dass der Regelalgorithmus 138 vom PD-Typ auch als ein Regelalgorithmus vom PID-Typ betrachtet werden kann, bei welchem der integrale Regelbeitrag im Wesentlichen null ist. Auf diese Weise ist eine Regelantwortzeit der zweiten Regelschleife kürzer als eine Regelantwortzeit der ersten Regelschleife. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann auf andere Weise erreicht werden, dass die Regelantwortzeit der zweiten Regelschleife kürzer ist als diejenige der ersten Regelschleife. Zum Beispiel können der erste Regelalgorithmus 134 und der zweite Regelalgorithmus 138 beide vom PID-Typ sein, wobei der integrale Regelbeitrag des zweiten Regelalgorithmus 138 kleiner ist als der integrale Regelbeitrag des ersten Regelalgorithmus 134. Andere Regelalgorithmustypen können ebenfalls verwendet werden.
Der erste Regelalgorithmus 134 nimmt die Abtastwerte des Fehlersignals ERR von dem Analog-Digital-Wandler 122 auf und erzeugt daraus das Pulsdauersteuersignal DU'. Das Pulsdauersteuersignal DU' steuert das Tastverhältnis des pulsmodulierten Signals PM, indem die Pulsdauer angepasst wird.
Der zweite Regelalgorithmus 138 nimmt die Abtastwerte des Fehlersignals ERR von dem Analog-Digital-Wandler 122 auf und erzeugt daraus einen Frequenzanpassungswert ΔF. In dem Summationsknoten 139 wird der Frequenzanpassungswert ΔF zu einem Sollfrequenzwert FN addiert, wodurch das Frequenzsteuersignal F erzeugt wird. Bei Verwendung einer Implementierung des zweiten Regelalgorithmus vom PID-Typ mit einem von null verschiedenen integralen Regelbeitrag kann der Summationsknoten 139 weggelassen werden oder der Sollfrequenzwert FN kann auf null gesetzt werden. Das Frequenzsteuersignal F wird der Pulsmodulationsschaltlogik 142'' zugeführt, um die Frequenz des pulsmodulierten Signals PM gleichzeitig mit seiner Pulsdauer zu steuern.
Die Pulsmodulationsschaltlogik 142'' nimmt das Pulsdauersteuersignal DU' auf, welches verwendet wird, um die Pulsdauer des pulsmodulierten Signals PM anzupassen. Spezieller kann, wenn das Fehlersignal ERR anzeigt, dass das Ausgangssignal zu klein ist, die Pulsdauer des pulsmodulierten Signals PM erhöht werden, und wenn das Fehlersignal ERR anzeigt, dass das Ausgangssignal zu groß ist, kann die Pulsdauer des pulsmodulierten Signals PM verringert werden. Darüber hinaus nimmt die Pulsmodulationsschaltlogik 142'' das Frequenzsteuersignal F auf, welches verwendet wird, um die Frequenz des pulsmodulierten Signals PM anzupassen, z. B. indem die Periode T_sw des pulsmodulierten Signals PM eingestellt wird. Spezieller kann, wenn das Fehlersignal ERR anzeigt, dass das Ausgangssignal zu klein ist, die Frequenz des pulsmodulierten Signals PM erhöht werden, und wenn das Fehlersignal ERR anzeigt, dass das Ausgangssignal zu groß ist, kann die Frequenz den pulsmodulierten Signals PM verringert werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann, unter Bezugnahme auf die erste Zeitperiode t_on und die zweite Zeitperiode t_off wie im Zusammenhang mit 2 erläutert, das Pulsdauersteuersignal DU' verwendet werden, um die erste Zeitperiode t_on einzustellen, und das Frequenzsteuersignal kann verwendet werden, um die zweite Zeitperiode t_off einzustellen.
Durch gleichzeitige Steuerung der Pulsdauer und der Frequenz in Abhängigkeit von dem Fehlersignal ERR bietet die Steuerschaltungsimplementierung eine schnelle Reaktion auf Laständerungen an dem Signalausgang 160 der DC-DC-Wandlerschaltung 100. Im stationären Betrieb bewirkt der Regelvorgang, dass das pulsmodulierte Signal PM als ein pulsweitenmoduliertes Signal mit einer vordefinierten Frequenz, d. h. der Sollfrequenz, erzeugt wird. Wenn eine Transiente in dem Ausgangssignal auftritt, z. B. verursacht durch eine abrupte positive oder negative Änderung der Last am Signalausgang 160 der DC-DC-Wandlerschaltung 100, wird die Frequenz erhöht bzw. verringert, was eine Erholung des Ausgangssignals von der Störung beschleunigt. Wenn das Ausgangssignal sich von der Störung erholt hat, kehrt die Frequenz auf ihren Sollwert zurück.
Ähnlich wie bei der Steuerschaltungsimplementierung von 3 versteht es sich, dass die erste und zweite Regelschleife in 4 jeweils auf Grundlage eines Eingangssignals arbeiten könnten, welches sich von dem dargestellten Fehlersignal ERR unterscheidet, z. B. auf unterschiedliche Weise aus dem Ausgangssignal der DC-DC-Wandlerschaltung abgeleitet ist.
9 veranschaulicht einen beispielhaften Pulsmodulationssteuervorgang der in 8 dargestellten Steuerschaltung. Spezieller veranschaulicht 9 beispielhafte Verläufe des pulsmodulierten Signals PM und des Ausgangssignals Vout in Reaktion auf ein Unterschwingen in dem Ausgangssignal Vout. Vergleichsverläufe des pulsmodulierten Signals PM und der Ausgangsspannung Vout ohne Einwirkung auf die Frequenz des pulsmodulierten Signals sind durch gestrichelte Linien dargestellt. In 9 ist das Fehlersignal ERR selbst nicht dargestellt, jedoch kann angenommen werden, dass es ein ähnliches Verhalten wie das Ausgangssignal Vout zeigt, unter Umständen mit einem umgekehrten Vorzeichen und um einen Faktor skaliert.
9 veranschaulicht eine Situation, bei welcher das Tastverhältnis zur Erzeugung des Ausgangssignals niedrig ist. Ein Beispiel von Betriebsbedingungen, welche zu einer solchen Situation führen, ist, wenn die Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem Sollwert des Ausgangssignals hoch ist (z. B. Vin = 12–21 V, Vout = 1 V). Derartige Konfigurationen können beispielsweise in einer DC-DC-Wandlerschaltung vom Lastpunkttyp (Point-of-Load-Typ) auftreten. In einer solchen Situation ist es wahrscheinlich, dass eine Laständerung in der zweiten Zeitperiode t_off der Pulsperiode auftritt.
Während des ersten Pulses des in 9 dargestellten pulsmodulierten Signals PM tritt in dem Ausgangssignal Vout keine Transiente auf, und die Periode T_sw des pulsmodulierten Signals PM wird unverändert gelassen, entsprechend der Sollfrequenz. Während des zweiten Pulses des in 9 dargestellten pulsmodulierten Signals PM tritt ein abrupter Anstieg der Last auf, was durch einen vertikalen Pfeil angezeigt ist, wodurch ein Unterschwingen in dem Ausgangssignal Vout hervorgerufen wird. Die zweite Regelschleife erfasst das Unterschwingen in dem Ausgangssignal Vout und passt das Frequenzsteuersignal F an, um die Frequenz des pulsmodulierten Signals PM ausgehend von ihrem Sollwert zu erhöhen. Dies kann während der aktuellen Pulsperiode erfolgen, indem die zweite Zeitperiode t_off verkürzt wird. Die erhöhte Frequenz bewirkt eine Erhöhung des Tastverhältnisses des pulsmodulierten Signals PM, was dem Unterschwingen in dem Ausgangssignal Vout entgegenwirkt.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die mögliche Variation der Frequenz in Reaktion auf das Frequenzsteuersignal F auf einen Minimalwert und/oder einen Maximalwert begrenzt. Zum Beispiel könnte die maximale Variation der Periode T_sw zwischen T_sw/2 und 2T_sw sein. Abhängig von Erfordernissen der vorgesehenen Anwendung können andere Begrenzungen ebenfalls verwendet werden.
Es versteht sich, dass ein Steuerprozess ähnlich zu demjenigen wie in 9 veranschaulicht auch verwendet werden könnte, um einem Überschwingen in dem Ausgangssignal Vout entgegenzuwirken. In Reaktion auf ein Überschwingen kann dann die Frequenz des pulsmodulierten Signals PM verringert werden, was während der aktuellen Pulsperiode erfolgen kann, indem die zweite Zeitperiode t_off verlängert wird.
10 und 11 zeigen beispielhafte Simulationsergebnisse, welche die Ausgangsspannung Vout und den Ausgangsstrom Iout einer DC-DC-Wandlerschaltung 100 wie in 1 veranschaulicht und unter Verwendung einer Implementierung der Steuerschaltung 120 wie in 8 veranschaulicht darstellen. Bei der Simulation von 10 wurde angenommen, dass die Last an dem Signalausgang 160 der DC-DC-Wandlerschaltung 100 bei ungefähr t = 2,7 ms von 100 mA auf 10 A ansteigt. Bei der Simulation von 11 wurde angenommen, dass die Last an dem Signalausgang 160 der DC-DC-Wandlerschaltung 100 bei ungefähr t = 1,9 ms von 100 A auf 100 mA abnimmt. Weiterhin wurde angenommen, dass die Sollausgangsspannung 1 V ist. Die gestrichelte Linie zeigt den Signalverlauf für eine Pulsmodulation mit der Steuerschaltungsimplementierung von 8, und die durchgezogene Linie eine Vergleichssimulation für Pulsweitenmodulation ohne zusätzliche Steuerung der Frequenz.
Es ist zu erkennen, dass die Steuerschaltungsimplementierung von 9 erheblich das Überschwingen und Unterschwingen in der Ausgangsspannung Vout verringert und auch die Zeit verringert, welche die Ausgangsspannung Vout benötigt, um sich von der Störung zu erholen.
Es wird angemerkt, dass die numerischen Werte der in 6, 7, 10 und 11 dargestellten Simulationsergebnisse lediglich zum Zwecke einer weiteren Veranschaulichung der Konzepte gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung dienen und nicht als Einschränkung zu verstehen sind.
12 zeigt ein Flussdiagramm zur schematischen Veranschaulichung eines Verfahrens zur Pulsmodulationssteuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren kann in einer DC-DC-Wandlerschaltung wie oben erläutert implementiert sein.
Bei Schritt 210 wird ein pulsmoduliertes Signal mit einem ersten Pulsmodulationssteuerparameter und einem zweiten Pulsmodulationssteuerparameter erzeugt. Dies kann bewerkstelligt werden, indem eine Pulsmodulationsschaltlogik wie oben erläutert verwendet wird, d. h. unter Verwendung der Pulsmodulationsschaltlogik 142 von 3, Pulsmodulationsschaltlogik 142' von 4 oder der Pulsmodulationsschaltlogik 142'' von 9. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das pulsmodulierte Signal als ein pulsweitenmoduliertes Signal mit einer im Wesentlichen konstanten Frequenz oder als ein Puls-Frequenz-moduliertes Signal mit einer im Wesentlichen konstanten Pulsdauer erzeugt werden. Das pulsmodulierte Signal kann durch Pulsmodulation eines DC-Eingangssignals erzeugt werden, z. B. der DC-Eingangsspannung Vin wie im Zusammenhang mit 1 erläutert. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der erste Pulsmodulationssteuerparameter das Tastverhältnis des pulsmodulierten Signals sein und der zweite Pulsmodulationssteuerparameter kann die Dauer eines aktuellen Pulses des pulsmodulierten Signals sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der erste Pulsmodulationssteuerparameter die Pulsdauer des pulsmodulierten Signals sein, und der zweite Pulsmodulationssteuerparameter kann die Frequenz des pulsmodulierten Signals sein.
Bei Schritt 220 wird das pulsmodulierte Signal gefiltert, wodurch ein gefiltertes Ausgangssignal erhalten wird. Dies kann mittels des in 1 dargestellten Ausgangsfilters 150 bewerkstelligt werden. Indem die Filtercharakteristik geeignet gewählt wird, kann das Ausgangssignal als ein DC-Signal erhalten werden, z. B. die DC-Ausgangsspannung Vout wie im Zusammenhang mit 1 erläutert.
Bei Schritt 230 wird ein erstes Steuersignal unter Verwendung einer Rückkopplung auf Grundlage des Ausgangssignals erzeugt. Dies kann mittels einer ersten Regelschleife wie im Zusammenhang mit 3, 4 oder 8 erläutert bewerkstelligt werden. Das erste Steuersignal kann den Zweck haben, das Tastverhältnis des pulsmodulierten Signals zu steuern, z. B. durch Einwirkung auf die Pulsdauer des pulsmodulierten Signals oder auf die Frequenz des pulsmodulierten Signals. Bei einigen Ausführungsbeispielen wirkt sich die Steuerung der Pulsdauer auf die nächste oder eine spätere Pulsperiode aus. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das erste Steuersignal aus einem Fehlersignal erzeugt werden, welches aus dem Ausgangssignal abgeleitet ist. Dies kann mittels des in 3 dargestellten Fehlerdetektors 121 bewerkstelligt werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Fehlersignal erhalten werden, indem das Ausgangssignal mit einem Referenzsignal verglichen wird. Wenn z. B. das Ausgangssignal eine Gleichspannung ist, kann es mit einer im Wesentlichen konstanten Referenzspannung verglichen werden, z. B. mit der durch die Referenzsignalquelle 180 von 1 erzeugten Referenzspannung Vref. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Fehlersignal eine Differenz zwischen dem Ausgangssignal und dem Referenzsignal darstellen.
Bei Schritt 240 wird unter Verwendung einer Rückkopplung auf Grundlage des Ausgangssignals ein zweites Steuersignal erzeugt. Dies kann mittels einer zweiten Regelschleife wie im Zusammenhang mit 3, 4 oder 8 erläutert bewerkstelligt werden. Das zweite Steuersignal kann den Zweck haben, die Dauer eines aktuellen Pulses des pulsmodulierten Signals zu steuern, oder kann den Zweck haben, die Frequenz des pulsmodulierten Signals zu steuern. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das zweite Steuersignal eine erfasste Transiente in dem Ausgangssignal und unter Umständen auch einen Typ der Transiente, z. B. positiv oder negativ, und/oder die Stärke der Transiente anzeigen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das zweite Steuersignal aus einem Fehlersignal erzeugt werden, welches aus dem Ausgangssignal abgeleitet ist, z. B. aus demselben Fehlersignal, wie es zum Erzeugen des ersten Steuersignals verwendet wird, oder ein Fehlersignal, welches sich von dem zur Erzeugung des ersten Steuersignals verwendeten unterscheidet. Dies kann mittels des in 3 dargestellten Fehlerdetektors 121 bewerkstelligt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Fehlersignal erhalten werden, indem das Ausgangssignal mit einem Referenzsignal verglichen wird. Wenn z. B. das Ausgangssignal eine Gleichspannung ist, kann es mit einer im Wesentlichen konstanten Referenzspannung verglichen werden, z. B. mit der Referenzspannung Vref, wie sie durch die Referenzsignalquelle 180 von 1 erzeugt wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Fehlersignal die Differenz zwischen dem Ausgangssignal und dem Referenzsignal darstellen.
Bei Schritt 250 werden das erste Steuersignal und das zweite Steuersignal eingesetzt, um gleichzeitig den ersten Pulsmodulationssteuerparameter und den zweiten Pulsmodulationssteuerparameter zu steuern. Dies kann bewerkstelligt werden, indem das erste und zweite Steuersignal gleichzeitig an entsprechende Steuereingänge der Pulsmodulationsschaltlogik angelegt werden.
Es versteht sich, dass das in 12 veranschaulichte Verfahren Gegenstand verschiedener Modifikationen sein kann. Zum Beispiel können die Verfahrensschritte in einer anderen Reihenfolge als dargestellt ausgeführt werden, oder zwei oder mehrere Verfahrensschritte können parallel zueinander ausgeführt werden. Beispielsweise können die Schritte zur Erzeugung des ersten und zweiten Steuersignals parallel ausgeführt werden, d. h. das erste und zweite Steuersignal können im Wesentlichen gleichzeitig erzeugt werden. Darüber hinaus versteht es sich, dass bei einigen Ausführungsbeispielen einer oder mehrere der dargestellten Verfahrensschritte weggelassen werden könnten und/oder ein oder mehrere zusätzliche Verfahrensschritte eingefügt werden könnten.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele für Implementierungen von Konzepten gemäß der vorliegenden Erfindung dienen, und dass diese Konzepte auf verschiedene Weisen angewendet werden können, welche nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt sind. Zum Beispiel können die hierin beschriebenen Konzepte zur Pulsmodulationssteuerung verwendet werden, um DC-Versorgungssignale für verschiedene Typen von elektronischen Vorrichtungen oder Komponenten zu erzeugen, z. B. Prozessoren, Sender, Empfänger oder dergleichen. Darüber hinaus können die beschriebenen Pulsmodulationssteuertechniken in anderen Anwendungen als in DC-DC-Wandlern verwendet werden. Darüber hinaus sind die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele für verschiedene Modifikationen geeignet. Zum Beispiel können verschiedene Typen von Regelalgorithmen in der ersten und zweiten Regelschleife implementiert sein. Die Regelschleifen können analog, digital oder teilweise digital und teilweise analog sein. Zum Beispiel könnte die erste Regelschleife digital sein und die zweite Regelschleife könnte analog sein. Darüber hinaus könnte die erste und/oder zweite Regelschleife sowohl einen analogen Abschnitt als auch einen digitalen Abschnitt beinhalten. Bei analogen Implementierungen der Regelschleife kann auf eine Abtastung des Fehlersignals durch den Analog-Digital-Wandler verzichtet werden. Darüber hinaus können verschiedene Typen von Rückkopplungssignalen als Eingangssignale der verschiedenen Regelschleifen verwendet werden. Darüber hinaus können die beschriebenen Ausführungsbeispiele geeignet miteinander kombiniert werden. Zum Beispiel kann eine zur Erfassung einer Transiente ausgestaltete Regelschleife wie im Zusammenhang mit 4 beschrieben verwendet werden, um eine Frequenzsteuerung in der zweiten Regelschleife von 8 zu bewerkstelligen. Darüber hinaus könnte eine Anpassung der Dauer eines aktuellen Pulses wie im Zusammenhang mit 4 beschrieben auch als ein zusätzlicher Regelmechanismus in dem Ausführungsbeispiel von 8 verwendet werden, z. B. durch Bereitstellung einer oder mehrerer entsprechend ausgestalteter zusätzlicher Regelschleifen. Folglich sind die hierin beschriebenen Konzepte nicht darauf beschränkt, zwei Regelschleifen zur gleichzeitigen Einwirkung auf zwei unterschiedliche Pulsmodulationssteuerparameter zu verwenden. Vielmehr kann eine beliebige Anzahl von Regelschleifen vorgesehen sein, um gleichzeitig auf eine entsprechende Anzahl von unterschiedlichen Pulsmodulationssteuerparametern einzuwirken.

Claims

Vorrichtung, umfassend: eine Pulsmodulationsschaltlogik (142; 142'; 142''), welche dazu ausgestaltet ist, Schaltsignale (HS, LS) eines Pulsmodulators zu erzeugen, um ein pulsmoduliertes Signal (PM) zu erzeugen, bei welchem ein erster Pulsmodulationssteuerparameter auf Grundlage eines ersten Steuersignals (C1; DU; DU') gesteuert ist und ein zweiter Pulsmodulationssteuerparameter auf Grundlage eines zweiten Steuersignals (C2; INT; F) gesteuert ist; eine erste Regelschleife (130), welche dazu ausgestaltet ist, das erste Steuersignal (C1; DU; DU') auf Grundlage eines aus dem pulsmodulierten Signal (PM) abgeleiteten Ausgangssignals (Vout, Iout) zu erzeugen, um den ersten Pulsmodulationssteuerparameter zu steuern; und eine zweite Regelschleife (135), welche dazu ausgestaltet ist, das zweite Steuersignal (C2; INT; F) auf Grundlage des Ausgangssignals (Vout, Iout) zu erzeugen, um den zweiten Pulsmodulationssteuerparameter gleichzeitig mit dem ersten Pulsmodulationssteuerparameter zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Pulsmodulationssteuerparameter das Tastverhältnis einer nächsten Pulsperiode des pulsmodulierten Signals (PM) ist, und wobei der zweite Pulsmodulationssteuerparameter die Dauer eines aktuellen Pulses des pulsmodulierten Signals (PM) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Dauer des aktuellen Pulses gesteuert wird, indem ein Schaltvorgang des Pulsmodulators selektiv verzögert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Pulsmodulationssteuerparameter die Pulsdauer des pulsmodulierten Signals (PM) ist, und wobei der zweite Pulsmodulationssteuerparameter die Frequenz des pulsmodulierten Signals (PM) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die zweite Regelschleife dazu ausgestaltet ist, die Frequenz des pulsmodulierten Signals (PM) ausgehend von einer Sollfrequenz zu erhöhen oder verringern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Regelschleife dazu ausgestaltet ist, eine Transiente in dem Ausgangssignal (Vout, Iout) zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die zweite Regelschleife umfasst: ein Register (136), welches dazu ausgestaltet ist, einen ersten aus dem Ausgangssignal (Vout, Iout) abgeleiteten Abtastwert zu speichern; und einen Komparator (137), welcher dazu ausgestaltet ist, die Transiente auf Grundlage einer Abweichung zwischen dem gespeicherten ersten Abtastwert und einem aus dem Ausgangssignal (Vout, Iout) abgeleiteten zweiten Abtastwert zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Transiente erfasst wird, wenn die Abweichung zwischen dem ersten Abtastwert und dem zweiten Abtastwert einen Schwellenwert überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der erste Abtastwert am Beginn eines Pulses des pulsmodulierten Signals (PM) erzeugt wird und der zweite Abtastwert während des Pulses des pulsmodulierten Signals (PM) erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der zweite Abtastwert eine vorbestimmte Zeitspanne vor einem vorgesehenen Ende des Pulses des pulsmodulierten Signals (PM) erzeugt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Pulsmodulationsschaltlogik (142'') dazu ausgestaltet ist, den zweiten Pulsmodulationssteuerparameter um einen Anpassungswert anzupassen, wenn das zweite Steuersignal (F) eine erfasste Transiente anzeigt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Anpassungswert von der Stärke der erfassten Transiente abhängt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Regelantwortzeit der zweiten Regelschleife (135) kürzer ist als eine Regelantwortzeit der ersten Regelschleife (130).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Regelschleife (130) und die zweite Regelschleife (135) jeweils auf Grundlage eines Regelalgorithmus vom PID-Typ implementiert sind, und wobei ein integraler Regelbeitrag der ersten Regelschleife (130) größer ist als ein integraler Regelbeitrag der zweiten Regelschleife (135).
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der integrale Regelbeitrag der zweiten Regelschleife (135) im Wesentlichen null ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, umfassend: einen Fehlerdetektor (121), welcher dazu ausgestaltet ist, ein Fehlersignal (ERR) auf Grundlage eines Vergleichs zwischen dem Ausgangssignal (Vout, Iout) und einem im Wesentlichen konstanten Referenzsignal (Vref) zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die erste Regelschleife (130) dazu ausgestaltet ist, das erste Steuersignal (C1) aus dem Fehlersignal (ERR) zu erzeugen, und/oder wobei die zweite Regelschleife (135) dazu ausgestaltet ist, das zweite Steuersignal (C2) aus dem Fehlersignal (ERR) zu erzeugen.
Vorrichtung, umfassend: eine Pulsmodulationsschaltlogik (142'), welche dazu ausgestaltet ist, Schaltsignale (HS, LS) eines Pulsmodulators zu erzeugen, um ein pulsmoduliertes Signal (PM) zu erzeugen, wobei das Tastverhältnis einer nächsten Pulsperiode des pulsmodulierten Signals (PM) auf Grundlage eines Tastverhältnissteuersignals (DU) gesteuert ist und die Dauer eines aktuellen Pulses des pulsmodulierten Signals (PM) auf Grundlage eines Interruptsignals (INT) gesteuert ist; eine erste Regelschleife, welche dazu ausgestaltet ist, das Tastverhältnissteuersignal (DU) auf Grundlage eines aus dem pulsmodulierten Signal (PM) abgeleiteten Ausgangssignals (Vout, Iout) zu erzeugen; eine zweite Regelschleife, welche dazu ausgestaltet ist, das Interruptsignal (INT) zu erzeugen, wenn eine Transiente in dem Ausgangssignal (Vout, Iout) erfasst wird, wobei die Dauer des aktuellen Pulses um einen Anpassungswert angepasst wird, wenn das Interruptsignal (INT) die erfasste Transiente anzeigt.
Vorrichtung, umfassend: eine Pulsmodulationsschaltlogik (142''), welche dazu ausgestaltet ist, Schaltsignale (HS, LS) eines Pulsmodulators zu erzeugen, um ein pulsmoduliertes Signal (PM) zu erzeugen, wobei die Pulsdauer des pulsmodulierten Signals (PM) auf Grundlage eines Pulsdauersteuersignals (DU') gesteuert ist und die Frequenz des pulsmodulierten Signals (PM) auf Grundlage eines Frequenzsteuersignals (F) gesteuert ist; eine erste Regelschleife, welche dazu ausgestaltet ist, das Pulsdauersteuersignal (DU') auf Grundlage eines aus dem pulsmodulierten Signal (PM) abgeleiteten Ausgangssignals (Vout, Iout) zu erzeugen; und eine zweite Regelschleife, welche dazu ausgestaltet ist, das Frequenzsteuersignal (F) auf Grundlage des Ausgangssignals (Vout, Iout) zu erzeugen, um die Frequenz des pulsmodulierten Signals (PM) gleichzeitig mit der Pulsdauer des pulsmodulierten Signals (PM) zu steuern.
DC-DC-Wandlerschaltung, umfassend: einen Pulsmodulator, welcher dazu ausgestaltet ist, aus einem DC-Eingangssignal ein pulsmoduliertes Signal (PM) zu erzeugen, wobei ein erster Pulsmodulationssteuerparameter auf Grundlage eines ersten Steuersignals (C1; DU; DU') und ein zweiter Pulsmodulationssteuerparameter auf Grundlage eines zweiten Steuersignals (C2; INT; F) gesteuert ist; ein Ausgangsfilter (150), welches dazu ausgestaltet ist, aus dem pulsmodulierten Signal (PM) ein DC-Ausgangssignal (Vout, Iout) zu erzeugen; eine erste Regelschleife (130), welche dazu ausgestaltet ist, auf Grundlage des Ausgangssignals (Vout, Iout) das erste Steuersignal (C1; DU; DU') zur Steuerung des ersten Pulsmodulationssteuerparameters zu erzeugen; und eine zweite Regelschleife (135), welche dazu ausgestaltet ist, auf Grundlage des Ausgangssignals (Vout, Iout) das zweite Steuersignal (C2; INT; F) zur Steuerung des zweiten Pulsmodulationssteuerparameters gleichzeitig mit dem ersten Pulsmodulationssteuerparameter zu erzeugen.
Verfahren, umfassend: Erzeugen eines pulsmodulierten Signals (PM), wobei ein erster Pulsmodulationssteuerparameter auf Grundlage eines ersten Steuersignals (C1; DU; DU') gesteuert wird und ein zweiter Pulsmodulationssteuerparameter auf Grundlage eines zweiten Steuersignals (C2; INT; F) gesteuert wird; Filtern des pulsmodulierten Signals (PM), um ein Ausgangssignal (Vout, Iout) zu erzeugen; Erzeugen des ersten Steuersignals (C1; DU; DU') auf Grundlage des Ausgangssignals (Vout, Iout); Erzeugen des zweiten Steuersignals (C2; INT; F) auf Grundlage des Ausgangssignals (Vout, Iout); und Einsetzen des ersten Steuersignals (C1) und des zweiten Steuersignals (C2), um gleichzeitig den ersten Pulsmodulationssteuerparameter und den zweiten Pulsmodulationssteuerparameter zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der erste Pulsmodulationssteuerparameter das Tastverhältnis einer nächsten Pulsperiode des pulsmodulierten Signals (PM) ist, und wobei der zweite Pulsmodulationssteuerparameter die Dauer eines aktuellen Pulses des pulsmodulierten Signals (PM) ist.
Verfahren nach Anspruch 22, umfassend: Erfassen einer Transiente in dem Ausgangssignal (Vout, Iout); Erzeugen des zweiten Steuersignals (INT), sodass es die erfasste Transiente anzeigt; Anpassen der Dauer des aktuellen Pulses um einen Anpassungswert, wenn das zweite Steuersignal (INT) die erfasste Transiente anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der erste Pulsmodulationssteuerparameter die Pulsdauer des pulsmodulierten Signals (PM) ist, und wobei der zweite Pulsmodulationssteuerparameter die Frequenz des pulsmodulierten Signals (PM) ist.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Frequenz des pulsmodulierten Signals durch das zweite Steuersignal (F) ausgehend von einem Sollwert erhöht oder verringert wird.