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Die Erfindung betrifft einen DC/DC-Wandler und ein Verfahren zur Stromregelung desselben.
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DC/DC-Wandler, auch bezeichnet als Gleichspannungswandler oder Gleichstromsteller, wandeln eine am Eingang zugeführte Gleichspannung in eine Gleichspannung mit höherem, niedrigerem oder invertiertem Spannungsniveau um. Die Umsetzung erfolgt mit Hilfe periodisch arbeitender elektronischer Schalter und mit einem oder mehreren Energiespeichern. In der vorliegenden Erfindung wird rein beispielhaft ein induktiver Abwärtswandler mit Stromregelung näher beschrieben.
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Eine Stromregelung kann einen Messwiderstand umfassen, der mit dem Ausgang des Wandlers verbunden ist. Dieser Messwiderstand ist mit seinem zweiten Anschluss über einen zusätzlichen Pin des Wandlers wieder mit diesem verbunden. Mit Hilfe des Messwiderstands wird der Ausgangsstrom des DC/DC-Wandlers erfasst. Es ist also einerseits ein weiterer Pin erforderlich und andererseits der Messwiderstand, um die Höhe des Ausgangsstroms zu messen und mittels Regelung einzustellen. Der Messwiderstand führt zusätzlich zu einer Reduktion der Effizienz aufgrund der an diesem abfallenden Spannung. Im Gegensatz zu den verwandten Ladereglern ist es bei DC/DC-Wandlern nicht einfach möglich, den Eingangsstrom zu erfassen mit dem Ziel, darüber die Höhe des Ausgangsstroms indirekt zu bestimmen, da bei einem DC/DC-Wandler der Ausgangsstrom höher als der Eingangsstrom ist.
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Eine Aufgabe ist es daher, einen DC/DC-Wandler mit verbesserter Stromregelung bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
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In einer Ausführungsform weist ein DC/DC-Wandler einen Eingang, dem ein Eingangsstrom zugeführt ist, einen Ausgang, an dem ein Ausgangsstrom bereitgestellt ist, und eine Stromregelungsschaltung, die mit dem Eingang und dem Ausgang gekoppelt ist, auf. Die Stromregelungsschaltung umfasst eine Einheit zum Bereitstellen eines zum Ausgangsstrom des DC/DC-Wandlers proportionalen Istwertsignals mit Hilfe des Eingangsstroms, einen internen Eingang zum Zuführen eines Referenzsignals, und eine Vergleichsvorrichtung, die mit der Einheit zum Bereitstellen des Istwertsignals und dem internen Eingang gekoppelt ist. Die Vergleichsvorrichtung weist einen internen Ausgang zum Bereitstellen eines Steuersignals in Abhängigkeit eines Vergleichs des Istwertsignals mit dem Referenzsignal auf. Das Steuersignal ist dabei zum Einstellen des Ausgangsstroms des DC/DC-Wandlers eingerichtet.
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Der DC/DC-Wandler wandelt den zugeführten Eingangsstrom in den Ausgangsstrom um. Die Einheit erfasst das zu dem Ausgangsstrom des DC/DC-Wandlers proportionale Istwertsignal mit Hilfe des Eingangsstroms. In der Vergleichsvorrichtung wird durch Vergleich von Istwertsignal und Referenzsignal das Steuersignal ermittelt. Der Ausgangsstrom des DC/DC-Wandlers wird mit Hilfe des Steuersignals eingestellt.
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Anstatt den Ausgangsstrom des DC/DC-Wandlers direkt im Ausgangskreis des Wandlers zu messen, wird das Istwertsignal am Wandlereingang ermittelt und aus diesem mit Hilfe des Referenzsignals das Steuersignal generiert, welches die Höhe des Ausgangsstroms einstellt. Dadurch ist es mit Vorteil möglich, eine Stromregelung des DC/DC-Wandlers ohne Messwiderstand am Ausgang und somit auch ohne separaten Pin, der nur für diese Messung erforderlich wäre, zu realisieren. Diese Implementierung ist gegenüber dem eingangs beschriebenen Stand der Technik deutlich vereinfacht. Nachdem zusätzlich der Spannungsabfall über dem sonst erforderlichen Messwiderstand entfällt, wird durch die neuartige Stromregelung auch eine Erhöhung der Effizienz des DC/DC-Wandlers erreicht.
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Das Referenzsignal ist proportional zu einem einstellbaren Zielwert des Ausgangsstroms des DC/DC-Wandlers.
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In einer Weiterbildung weist die Stromregelungsschaltung des DC/DC-Wandlers ein Tiefpassfilter auf, welches zwischen die Einheit zum Bereitstellen des Istwertsignals und die Vergleichsvorrichtung geschaltet ist. Das Tiefpassfilter ist zum Bilden des Mittelwerts des Istwertsignals eingerichtet.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Einheit zum Bereitstellen des Istwertsignals eine Messvorrichtung zum Erfassen des Eingangsstroms des DC/DC-Wandlers oder zum Erfassen einer zum Eingangsstrom des DC/DC-Wandlers proportionalen Eingangsspannung auf.
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Diese Messvorrichtung ist beispielhaft ausgeführt als Stromspiegel, welcher ein Abbild des im Eingangsstrompfad des DC/DC-Wandlers befindlichen elektronischen Schalters, also des Schalttransistors, darstellt. In diesem Fall wird der Eingangsstrom direkt gemessen. Alternativ ist die Messvorrichtung realisiert mit Hilfe eines Messwiderstands im Strompfad, dessen Spannungsabfall – gegebenenfalls verstärkt – als Messgröße für den Eingangsstrom dient.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Referenzsignal mit einem Tastverhältnis des DC/DC-Wandlers getaktet und mittels eines weiteren Tiefpasses gemittelt.
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Das Referenzsignal wird also im Tastverhältnis, englisch duty cycle, des DC/DC-Wandlers gepulst und anschließend tiefpassgefiltert der Vergleichseinrichtung zugeführt. Es wird verglichen mit dem Istwertsignal, welches in diesem Fall der Bemittelte Eingangsstrom ist. Die Vergleichseinrichtung ermittelt daraus das Steuersignal.
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Das zum Ausgangsstrom proportionale Istwertsignal wird hier auf einfache Art und Weise durch Erfassen des Eingangsstroms und durch Berücksichtigung des Tastverhältnisses des DC/DC-Wandlers berechnet. Eine Messung des Ausgangsstroms des DC/DC-Wandlers erübrigt sich vorteilhafterweise.
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In einer alternativen Ausführungsform weist die Einheit zum Bereitstellen des Istwertsignals eine weitere Messvorrichtung zum Erfassen eines Massestroms des DC/DC-Wandlers oder einer zum Massestrom des DC/DC-Wandlers proportionalen Massespannung und eine Additionseinheit auf. Der Additionseinheit ist der Eingangsstrom oder die Eingangsspannung und der Massestrom oder die Massespannung zugeführt. Die Additionseinheit ist zum Bereitstellen des Istwertsignals als Summe aus Eingangsstrom und Massestrom oder als Summe aus Eingangsspannung und Massespannung eingerichtet.
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In dieser Ausführungsform wird das Istwertsignal durch Erfassen des Eingangsstroms und des Massestroms oder der dazu jeweils proportionalen Spannungen und anschließender Summation derselben ermittelt. Die Summe von Massestrom und Eingangsstrom ergibt den Ausgangsstrom. Auch hier ist es nicht erforderlich, den Ausgangsstrom des DC/DC-Wandlers zu messen und dafür entsprechend mindestens einen Widerstand und einen zusätzlichen Pin vorzusehen.
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Der Massestrom ist ein Stromfluss, der zwischen Ausgang des DC/DC-Wandlers und einem Bezugspotentialanschluss fließt.
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In einer Weiterbildung weist der DC/DC-Wandler einen ersten und einen zweiten elektronischen Schalter und einen Generator auf. Dem Generator ist das Steuersignal zugeführt. Der Generator ist zum Bereitstellen mindestens eines Ansteuersignals für die elektronischen Schalter des DC/DC-Wandlers in Abhängigkeit einer Pulsweitenmodulation in Funktion des Steuersignals eingerichtet.
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Der erste elektronische Schalter ist zwischen Eingang und Ausgang des DC/DC-Wandlers geschaltet. Der zweite elektronische Schalter ist zwischen Ausgang und dem Bezugspotentialanschluss des DC/DC-Wandlers geschaltet. Die Schalter werden jeweils mit einem pulsweitenmodulierten Signal des Generators angesteuert. Die Ansteuerung der beiden Schalter erfolgt dabei nicht überlappend. Über den ersten elektronischen Schalter fließt also der Eingangsstrom, über den zweiten elektronischen Schalter fließt der Massestrom des DC/DC-Wandlers.
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Der Generator ist beispielhaft implementiert als Komparator, der das Steuersignal mit einem Sägezahnsignal vergleicht, und daraus die pulsweitenmodulierten Ansteuersignale für die elektronischen Schalter erzeugt. Dies gilt für einen DC/DC-Wandler im Spannungsmodus. Bei einem DC/DC-Wandler im Strommodus wird im Komparator zusätzlich der Eingangsstrom des DC/DC-Wandlers berücksichtigt.
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Die elektronischen Schalter können jeweils als Bipolartransistor, als MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, oder als Junction-FET realisiert sein. Der zweite elektronische Schalter kann auch als Diode ausgeführt sein. In diesem Fall erzeugt der Generator lediglich ein Ansteuersignal für den ersten elektronischen Schalter.
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In einer Weiterbildung ist der DC/DC-Wandler als Laderegler ausgeführt.
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Der Laderegler wird auch englisch als Charger bezeichnet.
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Eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Stromregelung eines DC/DC-Wandlers weist folgende Schritte auf:
- – Zuführen eines Eingangsstroms zu einem DC/DC-Wandler,
- – Zuführen eines Referenzsignals zu einer Stromregelungsschaltung des DC/DC-Wandlers,
- – Erfassen eines zu einem Ausgangsstrom des DC/DC-Wandlers proportionalen Istwertsignals mit Hilfe des Eingangsstroms,
- – Ermitteln eines Steuersignals in Abhängigkeit eines Vergleichs des Istwertsignals mit dem Referenzsignal, und
- – Einstellen des Ausgangsstroms des DC/DC-Wandlers in Abhängigkeit des Steuersignals.
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Dadurch, dass das Verfahren auf dem Erfassen des zum Ausgangsstrom des DC/DC-Wandlers proportionalen Istwertsignals beruht, erübrigt sich das bisher erforderliche aufwändige Messen des Ausgangsstroms.
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In einer Weiterbildung erfolgt das Erfassen des Istwertsignals durch Messen eines Eingangsstroms des DC/DC-Wandlers oder einer zum Eingangsstrom des DC/DC-Wandlers proportionalen Eingangsspannung. Das Referenzsignal wird dabei in Abhängigkeit eines Tastverhältnisses des DC/DC-Wandlers gepulst.
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Das Steuersignal wird in diesem Fall ermittelt durch Vergleich des Eingangsstroms oder der Eingangsspannung mit dem gepulsten Referenzsignal. Beide zum Vergleich herangezogene Signale können hierfür vorher gemittelt werden. Der Vergleich selbst erfolgt in der Strom- oder Spannungsdomäne.
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In einer alternativen Ausführungsform erfolgt das Erfassen des Istwertsignals durch
- – Messen des Eingangsstroms des DC/DC-Wandlers oder der zum Eingangsstrom des DC/DC-Wandlrs proportionalen Eingangsspannung,
- – Messen des Massestroms des DC/DC-Wandlers oder einer zum Massestrom des DC/DC-Wandlers proportionalen Massespannung, und
- – Addition des Eingangsstroms und des Massestroms oder Addition der Eingangsspannung und der Massespannung.
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In dieser Ausführungsform werden Eingangsstrom und Massestrom oder die entsprechend zugehörigen Spannungen addiert und bilden das Istwertsignal. Dieses wird direkt oder in gemittelter Form mit dem Referenzsignal verglichen. Auch dieser Vergleich erfolgt in der Strom- oder in der Spannungsdomäne.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens ist folgender Schritt vorgesehen:
- – Erzeugen mindestens eines Ansteuersignals für elektronische Schalter des DC/DC-Wandlers in Abhängigkeit einer Pulsweitenmodulation mit dem Steuersignal.
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Das Steuersignal wird herangezogen, um ein pulsweitenmoduliertes Signal zu erzeugen, welches den ersten und zweiten elektronischen Schalter des DC/DC-Wandlers in nichtüberlappender Art und Weise ansteuert.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Bauelemente und Schaltungsteile tragen gleiche Bezugszeichen. Insofern sich Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der Figuren wiederholt. Es zeigen:
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1 eine beispielhafte Ausführungsform eines DC/DC-Wandlers nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
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2 eine erste beispielhafte Ausführungsform einer Stromregelungsschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
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3 beispielhafte Signalverläufe für die Stromregelungsschaltung aus 2,
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4 eine zweite beispielhafte Ausführungsform einer Stromregelungsschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
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5 beispielhafte Signalverläufe für die Stromregelungsschaltung aus 4, und
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6 eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines DC/DC-Wandlers nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines DC/DC-Wandlers nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Der DC/DC-Wandler weist einen Eingang 7, dem ein Eingangsstrom Iin zugeführt ist, einen Ausgang 8, an dem der Ausgangsstrom Iout bereitgestellt ist, sowie eine Stromregelungsschaltung 9 auf. Die Stromregelungsschaltung 9 ist mit dem Eingang 7 und dem Ausgang 8 gekoppelt. Des Weiteren umfasst der DC/DC-Wandler eine erste Messvorrichtung 17 zum Erfassen des Eingangsstroms Iin des DC/DC-Wandlers oder zum Erfassen einer zum Eingangsstrom Iin proportionalen Eingangsspannung Vin des DC/DC-Wandlers. Die Messeinrichtung 17 ist mit dem Eingang 7 und dem ersten elektronischen Schalter SW1 verbunden. Eine weitere Messvorrichtung 18 ist vorgesehen zum Erfassen eines Massestroms Ignd oder zum Erfassen einer zum Massestrom proportionalen Massespannung Vgnd des DC/DC-Wandlers. Die weitere Messeinrichtung 18 ist mit dem Bezugspotentialanschluss 10 und dem zweiten elektronischen Schalter SW2 verbunden.
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Außerdem weist der DC/DC-Wandler einen ersten elektronischen Schalter SW1 und einen zweiten elektronischen Schalter SW2 auf. Der erste elektronische Schalter SW1 ist zwischen Eingang 7 und Ausgang 8 geschaltet. Er wird gesteuert von einem zugehörigen ersten Ansteuersignal SSW1, welches von der Stromregelungsschaltung 9 bereitgestellt wird. Der zweite elektronische Schalter SW2 ist zwischen den Ausgang 8 und einen Bezugspotentialanschluss 10 des DC/DC-Wandlers geschaltet und wird von einem zweiten Ansteuersignal SSW2 gesteuert, welches von der Stromregelungsschaltung 9 bereitgestellt wird. Die weitere Messeinrichtung 18 ist optional und wird lediglich für die in 4 dargestellte zweite Ausführungsform der Stromregelungsschaltung 9 benötigt.
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Zusätzlich ist die äußere Beschaltung des DC/DC-Wandlers dargestellt. Diese umfasst eine mit dem Eingang 7 gekoppelte Eingangskapazität Cin, welche auf den Bezugspotentialanschluss 10 bezogen ist. Der vom DC/DC-Wandler verwendete Energiespeicher ist eine Induktivität L, die mit dem Ausgang 8 des DC/DC-Wandlers verbunden ist. An einen weiteren Ausgang 21 des DC/DC-Wandlers ist eine Glättungskapazität Cout, welche auf den Bezugspotentialanschluss 10 bezogen ist, angeschlossen. Bei genügend großer Batteriekapazität und entsprechendem Rauschfilter kann die Ausgangsglättungskapazität Cout entfallen.
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Außerdem ist eine Spannungsrückkopplung vom weiteren Ausgang 21 zur Stromregelungsschaltung 9 dargestellt, welche für eine Spannungsregelung des DC/DC-Wandlers erforderlich ist. Vorliegend wird jedoch beispielhaft die Stromregelung des DC/DC-Wandlers beschrieben.
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Gemäß dem bekannten Arbeitsprinzip eines DC/DC-Wandlers wird der zugeführte Eingangsstrom Iin in einem kontinuierlichen Modus bei geschlossenem ersten elektronischen Schalter SW1 am Ausgang 8 bereitgestellt und der Induktivität L zugeführt. In der daran anschließenden diskontinuierlichen Phase, in der der erste Schalter SW1 geöffnet und der zweite Schalter SW2 geschlossen ist, fließt der Massestrom Ignd über den zweiten Schalter SW2. Kontinuierliche und diskontinuierliche Phase überlappen dabei nicht. Zur Ansteuerung des ersten und zweiten Schalters SW1, SW2 werden daher üblicherweise zueinander invertierte Ansteuersignale SSW1 und SSW2 eingesetzt. Durch die beschriebene Ansteuerung der Schalter SW1 und SW2 und den dadurch verursachten Stromfluss durch die Induktivität L wird das gewünschte Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung Vin, Vout erreicht. Bei dem beispielhaft dargestellten Abwärtswandler, der mit fester Frequenz im kontinuierlichen Modus betrieben wird, gilt somit Folgendes: T = Ton + Toff; Ton = T(SSW1); Toff = T(SSW2); TV = Ton/(Ton + Toff) = Vout/Vin;
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Dabei bezeichnet T die gesamte Periodendauer eines Zyklus des DC/DC-Wandlers, Ton bezeichnet die Einschaltzeit während der der Schalter SW1 gesteuert vom Ansteuersignal SSW1 geschlossen ist, Toff bezeichnet die Ausschaltzeit während der der Schalter SW2 gesteuert vom Ansteuersignal SSW2 geschlossen ist, Vout ist die Ausgangsspannung Vout, Vin entspricht der Eingangsspannung Vin des DC/DC-Wandlers. TV stellt das Tastverhältnis des DC/DC-Wandlers dar.
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Somit ist das eingestellte Tastverhältnis TV ein Maß für das Verhältnis von Ausgangsspannung Vout zu Eingangsspannung Vin.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Stromregelungsschaltung für einen DC/DC-Wandler nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Stromregelungsschaltung 9 umfasst eine Einheit 11, ein Tiefpassfilter 15, ein weiteres Tiefpassfilter 16, eine Vergleichseinheit 13, einen internen Ausgang 14, einen internen Eingang 12, einen Generator 20 und einen Schalter S3, der mit dem internen Eingang 12 und dem Tiefpass 16 gekoppelt ist.
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Die Einheit 11 zum Bereitstellen eines Istwertsignals Sin umfasst die Messeinrichtung 17, mit welcher hier der Eingangsstrom Iin erfasst wird. Das Istwertsignal Sin wird hier als Eingangsspannung Vin bereitgestellt. Die Messeinrichtung 17 ist dabei beispielsweise als vom Eingangsstrom Iin gesteuerte Stromquelle oder gesteuerter Stromspiegel realisiert. In dem Stromspiegel wird ein Abbild des Schalttransistors des ersten elektronischen Schalters SW1 verwendet. Das Istwertsignal Sin wird in dem Tiefpassfilter 15 Bemittelt und der Vergleichseinrichtung 13 zugeführt. Die Vergleichseinrichtung 13 umfasst beispielsweise einen Komparator.
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Dem internen Eingang 12 der Stromregelungsschaltung 9 wird ein Referenzsignal Sref zugeführt. Das Referenzsignal Sref ist proportional zu einem einstellbaren Zielwert Iout_limit des Ausgangsstroms Iout des DC/DC-Wandlers. Das Referenzsignal Sref wird mit Hilfe des Schalters S3, welcher mit dem ersten Ansteuersignal SSW1 gesteuert wird, gepulst. Das so erhaltene gepulste Referenzsignal Sref', welches hier die Form einer Spannung Vref hat, wird dem weiteren Tiefpassfilter 16 zugeführt. Das weitere Tiefpassfilter 16 stellt das gemittelte gepulste Referenzsignal Sref' bereit, welches ebenfalls der Vergleichseinrichtung 13 zugeführt wird. Die Vergleichseinrichtung 13 ermittelt das Steuersignal Sctrl aus dem Vergleich der beiden Signale an ihren Eingängen. Das Steuersignal Sctrl wird dem mit dem interen Ausgang 14 verbundenen Generator 20 zugeführt, welcher daraus die pulsweitenmodulierten Ansteuersignale SSW1 und SSW2 zur Steuerung der elektronischen Schalter SW1, SW2 des DC/DC-Wandlers erzeugt.
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Das Steuersignal Sctrl wird also aus einem Vergleich des gemessenen Eingangsstroms Iin mit dem gepulsten Referenzsignal Sref' gewonnen. Das Steuersignal Sctrl wird dann herangezogen, um die Ansteuersignale SSW1, SSW2 für die elektronischen Schalter SW1, SW2 zu erzeugen, welche letztendlich die Höhe des Ausgangsstroms Iout des DC/DC-Wandlers einstellen.
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Um den Ausgangsstrom Iout einzustellen, ist es also lediglich erforderlich, den Eingangsstrom Iin zu messen. Vorteilhafterweise erübrigt sich eine aufwändige Messung des Ausgangsstroms Iout. Dadurch werden ein Pin sowie der Messwiderstand eingespart und die Effizienz erhöht, weil der Spannungsabfall am Messwiderstand entfällt.
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Für einen Fachmann ist klar, dass die Tiefpassfilter 15 und 16 jeglicher Ordnung angehören und eine beliebige Topologie aufweisen können. Sie können in der Strom- oder in der Spannungsdomäne realisiert sein. Der Komparator kann als Operationsverstärker oder als Transkonduktanzverstärker realisiert sein, je nachdem, ob Ströme oder Spannungen zugeführt werden.
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3 zeigt beispielhafte Signalverläufe zur Ausführungsform von 2. In jeder Zeile von 3 ist ein zeitlicher Verlauf eines Signals dargestellt. Die erste Zeile zeigt den Verlauf des ersten Ansteuersignals SSW1. Die zweite Zeile stellt den Verlauf des Eingangsstroms Iin dar. In der dritten Zeile ist der Verlauf des gepulsten Referenzsignals Sref', welches am Eingang des Tiefpassfilters 16 aus 2 anliegt, gezeigt.
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Während das Ansteuersignal SSW1 auf high ist, ist der erste elektronische Schalter SW1 geschlossen. Somit ist mit der ersten Messeinrichtung 17 der dargestellte Verlauf des Eingangsstroms Iin zu messen. Die untere gestrichelte horizontale Linie zeigt den gemittelten Wert des Eingangsstroms Iin, wie er beispielsweise dem einen Eingang der Vergleichseinrichtung 13 aus 2 zugeführt wird. Während der Schalter SW1 eingeschaltet ist, nimmt das gepulste Referenzsignal Sref' den einstellbaren Zielwert Iout_limit des Ausgangsstroms Iout an. Es ergibt sich somit der gestrichelt dargestellte mittlere Wert des gepulsten Referenzsignals Sref'.
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4 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Stromregelungsschaltung für den DC/DC-Wandler nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Einheit 11 zum Bereitstellen des Istwertsignals Sin ist hier im Vergleich zu 2 anders ausgeführt. Die Einheit 11 umfasst eine Additionseinheit 19. Dieser Additionseinheit 19 ist einerseits der Eingangsstrom Iin, welcher mit der Messeinrichtung 17 aus 1 erfasst ist, und andererseits der Massestrom Ignd, welcher mit der Messeinrichtung 18 erfasst ist, zugeführt. Die weitere Messeinrichtung 18 ist beispielhaft so wie die Messeinrichtung 17 entsprechend der obigen Beschreibung als vom Massestrom Ignd gesteuerte Stromquelle beziehungsweise gesteuerter Stromspiegel realisiert. Durch Addition dieser beiden Ströme Iin und Ignd wird das Istwertsignal Sin bereitgestellt und über das Tiefpassfilter 15 der Vergleichseinrichtung 13 zugeführt. Dem anderen Eingang der Vergleichseinrichtung 13 wird das Referenzsignal Sref am internen Eingang 12 zugeführt. Durch Vergleich des gemittelten Istwertsignals Sin mit dem Referenzsignal Sref ermittelt die Vergleichseinrichtung 13 das Steuersignal Sctrl, welches wiederum dem Generator 20 für die Ansteuersignale SSW1 und SSW2 zugeführt wird.
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In dieser alternativen Ausführungsform wird ein dem Ausgangsstrom Iout proportionales Istwertsignal Sin aus Eingangsstrom Iin und Massestrom Ignd ermittelt. Auch hier erübrigt sich das direkte Messen des Ausgangsstroms Iout. Es ergeben sich die oben beschriebenen Vorteile.
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Dem Generator 20 kann zusätzlich eine Kompensationsschaltung in Form eines RC-Netzwerks vorgeschaltet sein, um die Stabilität des Steuersignals Sctrl weiter zu erhöhen.
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Zusätzlich kann im Generator ein weiterer Schaltkreis vorgesehen sein, der sogenannte Minimum-Timings für die Schalter SW1 und SW2 erzeugt.
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5 zeigt beispielhafte Signalverläufe für die Stromregelungsschaltung aus 4. Dabei ist wieder in jeder Zeile ein zeitlicher Verlauf eines Signals dargestellt. Die erste Zeile zeigt den Verlauf des ersten Ansteuersignals SSW1. Die zweite Zeile zeigt den Verlauf des zweiten Ansteuersignals SSW2. In der dritten Zeile ist der Verlauf des Eingangsstroms Iin dargestellt, wie von der Messeinrichtung 17 erfasst. In der vierten Zeile ist der Verlauf des Massestroms Ignd, wie von der Messeinrichtung 18 erfasst, zu sehen. Die fünfte Zeile zeigt den Verlauf der Summe von Iin und Ignd, also den Verlauf des Istwertsignals Sin.
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Aus erster Zeile und zweiter Zeile ist zu erkennen, dass die Ansteuersignale SSW1 und SSW2 invertiert zueinander sind, sodass bei dem DC/DC-Wandler in 1 entweder der Schalter SW1 oder der Schalter SW2 geschlossen und der jeweilige andere Schalter geöffnet ist. Somit sind auch die Ströme Iin und Ignd zeitlich zueinander versetzt. Das Istwertsignal Sin ergibt sich durch Addition der beiden Ströme In und Ignd.
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6 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines DC/DC-Wandlers nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die dargestellte Ausführungsform entspricht derjenigen aus 1 mit dem Unterschied, dass der zweite elektronische Schalter SW2 als Diode ausgeführt ist. Dabei ist der Kathodenanschluss mit dem Ausgang 8 verbunden. Der Anodenanschluss ist mit dem Bezugspotentialanschluss 10 gekoppelt. Folglich erzeugt die Stromregelungsschaltung 9 lediglich das erste Ansteuersignal SSW1. Die Messeinrichtung 18 ist in dieser Ausführungsform nicht erforderlich, da der dargestellte DC/DC-Wandler mit einer Stromregelungsschaltung wie in 2 gezeigt betrieben wird. Die Funktionsweise dieses DC/DC-Wandlers ergibt sich für den Fachmann aus den obigen Beschreibungen zu den 1 und 2.
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Bezugszeichenliste
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- 7
- Eingang
- 8, 21
- Ausgang
- 9
- Stromregelungsschaltung
- 10
- Bezugspotentialanschluss
- 11
- Einheit
- 12
- interner Eingang
- 13
- Vergleichsvorrichtung
- 14
- interner Ausgang
- 15, 16
- Tiefpassfilter
- 17, 18
- Messvorrichtung
- 19
- Additionseinheit
- 20
- Generator
- Iout
- Ausgangsstrom
- Sin
- Istwertsignal
- Sref
- Referenzsignal
- Sref'
- gepulstes Refrenzsignal
- Sctrl
- Steuersignal
- Iout_limit
- Zielwert
- Iin
- Eingangsstrom
- Vin
- Eingangsspannung
- Ignd
- Massestrom
- Vgnd
- Massespannung
- SSW1, SSW2
- Ansteuersignal
- SW1, SW2
- Schalter
- Cin
- Eingangskapazität
- Cout
- Glättungskapazität
- S3
- Schalter
- L
- Induktivität
- Vref
- Spannung
