DE102012210642A1

DE102012210642A1 - Systeme und Verfahren zur Leistungsübertragung auf Grundlage der Resonanzkopplung von Induktivitäten

Info

Publication number: DE102012210642A1
Application number: DE102012210642A
Authority: DE
Inventors: Baris Posat; Roberto Alini
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Maxim Integrated Products Inc
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2012-12-27
Also published as: CN102856988B; US20120326773A1; US8890368B2; US10068702B2; US20150035380A1; CN102856988A

Abstract

Eine integrierte Schaltung (IC) enthält einen ersten und einen zweiten Resonatorschaltkreis und eine Trennbarriere. Der erste Resonatorschaltkreis enthält eine erste und eine zweite Induktivität, wobei der erste Resonatorschaltkreis mit einer Versorgungsspannung verbunden ist. Der zweite Resonatorschaltkreis enthält eine dritte und eine vierte Induktivität, wobei der zweite Resonatorschaltkreis an den ersten Resonatorschaltkreis angepasst ist. Die Trennbarriere trennt den ersten und den zweiten Resonatorschaltkreis. Die erste und die zweite Induktivität sind induktiv mit der dritten bzw. der vierten Induktivität gekoppelt und sehen dadurch Übertragung von Leistung vom ersten Resonatorschaltkreis über die Trennbarriere zum zweiten Resonatorschaltkreis vor.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft integrierte Schaltungen (ICs) und genauer Systeme und Verfahren zur Leistungsübertragung auf Grundlage der Resonanzkopplung von Induktivitäten.
Hintergrund
Die hier vorgesehene Beschreibung des Hintergrunds dient dem Zweck, allgemein den Kontext der Offenbarung darzustellen. Die Arbeit der vorliegend genannten Erfinder, in dem Ausmaß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die bei der Einreichung nicht anderweitig als Stand der Technik gelten können, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung zugelassen.
1 stellt ein beispielhaftes System dar, das eine integrierte Schaltung (IC) 120 enthält, die durch eine Stromversorgung 110 mit Strom versorgt wird. Zum Beispiel kann die Stromversorgung 110 eine Spannung (V_DDA) mit einer vorgegebenen Höhe erzeugen. Die Spannung V_DDA kann jedem aus einem ersten Schaltkreis 130 und einem zweiten Schaltkreis 140 des ICs 120 zugeführt werden. Jedoch können aufgrund von Systemanforderungen der erste und der zweite Schaltkreis 130, 140 an getrennte Massen GND_A bzw. GND_B angeschlossen sein. Die Potentialdifferenz zwischen den Massen GND_A und GND_B kann jedoch gelegentlich Spitzen aufweisen, wie etwa aufgrund von Umweltfaktoren. Eine Spannungsspitze bezeichnet im Allgemeinen eine Erhöhung der Höhe einer Spannung über den zweiten Schaltkreis 140 (z. B. V_DDA – GND_B) um mehr als einen erwarteten Betrag. Die Höhe der Spannungsspitze kann sehr groß sein (z. B. in der Größenordnung von Kilovolt oder kV) und daher das IC 120 beschädigen.
Einige Schaltkreise können jedoch aus Sicherheitsgründen eine galvanische Trennung erfordern. Genauer können einige Schaltkreise sicherheitsbezogene Parameter steuern und daher eine galvanische Trennung von der Stromversorgung erfordern, um Schäden aufgrund von Spannungsspitzen zu verhindern. Nur als Beispiel kann der zweite Schaltkreis 140 eine galvanische Trennung erfordern. Daher können Trennbarrieren eingesetzt sein, um einen Schaltkreis von einer Stromversorgung galvanisch zu trennen. Der galvanisch getrennte Schaltkreis (z. B der zweite Schaltkreis 140) benötigt jedoch immer noch Leistung.
Zusammenfassung
Eine integrierte Schaltung (IC) enthält einen ersten und einen zweiten Resonatorschaltkreis und eine Trennbarriere. Der erste Resonatorschaltkreis enthält eine erste und eine zweite Induktivität, wobei der erste Resonatorschaltkreis mit einer Versorgungsspannung verbunden ist. Der zweite Resonatorschaltkreis enthält eine dritte und eine vierte Induktivität, wobei der zweite Resonatorschaltkreis an den ersten Resonatorschaltkreis angepasst ist. Die Trennbarriere trennt den ersten und den zweiten Resonatorschaltkreis. Die erste und die zweite Induktivität sind induktiv mit der dritten bzw. der vierten Induktivität gekoppelt und sehen dadurch Übertragung von Leistung vom ersten Resonatorschaltkreis über die Trennbarriere zum zweiten Resonatorschaltkreis vor.
Ein System für eine integrierte Schaltung (IC) enthält einen ersten und einen zweiten Resonatorschaltkreis, eine Trennbarriere und ein Steuermodul. Der erste Resonatorschaltkreis enthält eine erste und eine zweite Induktivität und eine variable Kondensatoranordnung, wobei die variable Kondensatoranordnung eine Vielzahl von Kondensatoren enthält, die parallel zu einem Induktivitäts-Kondensator-(LC-)Schwingkreis im ersten Resonatorschaltkreis geschaltet sind, und wobei der erste Resonatorschaltkreis mit einer Versorgungsspannung verbunden ist. Der zweite Resonatorschaltkreis enthält eine dritte und eine vierte Induktivität. Die Trennbarriere trennt den ersten Resonatorschaltkreis vom zweiten Resonatorschaltkreis, wobei die erste und die zweite Induktivität induktiv mit der dritten bzw. der vierten Induktivität gekoppelt sind und dadurch Übertragung von Leistung vom ersten Resonatorschaltkreis über die Trennbarriere zum zweiten Resonatorschaltkreis vorsehen. Das Steuermodul stimmt den ersten Resonatorschaltkreis ab, indem es mindestens eins aus (i) der variablen Kondensatoranordnung und (ii) einer Schaltfrequenz des LC-Schwingkreises auf Grundlage galvanisch getrennter Rückkopplung vom zweiten Resonatorschaltkreis steuert.
Ein Verfahren zum Abstimmen eines Leistungsübertragungssystems enthält Übertragen von Leistung von einem ersten Resonatorschaltkreis über eine Trennbarriere zu einem zweiten Resonatorschaltkreis, wobei der erste Resonatorschaltkreis eine erste und eine zweite Induktivität enthält, die induktiv mit einer dritten und einer vierten Induktivität im zweiten Resonatorschaltkreis gekoppelt sind und galvanisch getrennte Rückkopplung auf Grundlage einer Ausgangsspannung erzeugen, die durch den zweiten Resonatorschaltkreis zu einer Last geliefert wird, und auf Grundlage der galvanisch getrennten Rückkopplung mindestens eins aus (i) einer Schaltfrequenz eines Induktivitäts-Kondensator-(LC-)Schwingkreises in dem ersten Resonatorschaltkreis und (ii) einer Kapazität des LC-Schwingkreises steuert.
Weitere Gebiete der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachstehend vorgesehenen Beschreibung offensichtlich. Es sollte verstanden werden, dass die genaue Beschreibung und spezifische Beispiele nur zu Zwecken der Erläuterung bestimmt sind und nicht den Umfang der Offenbarung einschränken sollen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Offenbarung wird vollständiger aus der genauen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen verstanden, wobei:
1 ein Funktions-Blockschaltbild einer beispielhaften integrierten Schaltung (IC) mit einem ersten und einem zweiten Schaltkreis gemäß dem Stand der Technik ist;
2 ein Funktions-Blockschaltbild eines beispielhaften ICs mit einem Schaltkreis, der durch eine Trennbarriere von einer Stromquelle galvanisch getrennt ist, und einem ersten und einem zweiten Resonatorschaltkreis zum Übertragen von Leistung über die Trennbarriere zum galvanisch getrennten Schaltkreis ist;
die 3A–3B beispielhafte Leistungsübertragungssysteme mit lose gekoppelten Induktivitäten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind;
die 4A–4D Kurven sind, die Frequenzgang und Einschwingverhalten der beispielhaften Systeme der 3A–3B darstellen;
die 5A–5B beispielhafte Leistungsübertragungssysteme mit eng gekoppelten Induktivitäten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind;
die 6A–6D Kurven sind, die Frequenzgang und Einschwingverhalten der beispielhaften Systeme der 5A–5B darstellen;
7A ein Schaltbild eines beispielhaften Leistungsübertragungssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
7B eine erste beispielhafte Anordnung gekoppelter Induktivitäten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
7C eine zweite beispielhafte Anordnung gekoppelter Induktivitäten gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
7D eine beispielhafte Anordnung des beispielhaften ICs von 2 darstellt, enthaltend zwei Paare von gekoppelten Induktivitäten, die jeweils die zweite beispielhafte Anordnung von 7C aufweisen;
die 8A–8C beispielhafte Leistungsübertragungssysteme gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind;
9A ein Schaltbild eines beispielhaften Leistungsübertragungssystems mit galvanisch getrennter Rückkopplung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
9B ein Funktions-Blockschaltbild eines Steuermoduls des Leistungsübertragungssystems von 9A ist;
9C ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Abstimmen des Leistungsübertragungssystems von 9A darstellt; und
9D ein Diagramm ist, das simulierte Ergebnisse des Abstimmens des Leistungsübertragungssystems von 9A darstellt.
Genaue Beschreibung
Die folgende Beschreibung ist nur erläuternder Natur, und es ist keineswegs beabsichtigt, dass sie die Offenbarung, ihre Anwendung oder ihre Nutzungen einschränkt. Zu Zwecken der Klarheit werden dieselben Bezugsnummern in der Zeichnung verwendet, um ähnliche Elemente zu bezeichnen. Wie er hier benutzt ist, sollte der Satz „mindestens eines aus A, B oder C” so ausgelegt werden, dass er ein logisches (A oder B oder C) meint, unter Verwendung eines nicht-exklusiven logischen Oders. Es versteht sich, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
Wie er hier benutzt ist, kann sich der Begriff „Modul” beziehen auf, Teil sein von oder enthalten: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine elektronische Schaltung; eine Logikschaltung; ein Field Programmable Gate Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam, eigen oder Gruppe), der Programmcode ausführt; andere geeignete Bauteile, welche die beschriebene Funktionalität vorsehen; oder eine Kombination einiger oder aller der Obigen, wie etwa in einem Ein-Chip-System. Der Begriff „Modul” kann einen Speicher (gemeinsam, eigen oder Gruppe) enthalten, in dem Programmcode gespeichert ist, der durch den Prozessor ausgeführt wird.
Der Begriff „Programmcode”, wie er oben benutzt ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode enthalten und sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff „gemeinsam”, wie er oben benutzt ist, bedeutet, dass einiger oder der gesamte Programmcode mehrerer Module unter Verwendung eines einzigen (gemeinsamen) Prozessors ausgeführt werden kann. Außerdem kann einiger oder der gesamte Programmcode mehrerer Module durch einen einzigen (gemeinsamen) Speicher gespeichert sein. Der Begriff „Gruppe”, wie er oben benutzt ist, bedeutet, dass einiger oder der gesamte Programmcode von einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren oder einer Gruppe von Ausführungsmaschinen ausgeführt werden kann. Zum Beispiel können mehrfache Kerne und/oder mehrfache Threads eines Prozessors als Ausführungsmaschinen betrachtet werden. In verschiedenen Ausführungsformen können Ausführungsmaschinen über einen Prozessor, über mehrfache Prozessoren und über Prozessoren an mehrfachen Standorten, wie etwa mehrfachen Servern in einer Parallelverarbeitungsanordnung, gruppiert sein. Außerdem kann einiger oder der gesamte Programmcode von einem einzigen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert sein.
Die hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können durch ein oder mehrere Computerprogramme umgesetzt sein, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme enthalten Prozessor-ausführbare Anweisungen, die in einem nicht vorübergehenden materiellen computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten enthalten. Nicht einschränkende Beispiele des nicht vorübergehenden materiellen computerlesbaren Mediums sind nichtflüchtiger Speicher, magnetische Speicherung und optische Speicherung.
Leistungsübertragungssysteme können Übertragung von Leistung über Trennbarrieren unter Verwendung gekoppelter Induktivitäten vorsehen. 2 stellt ein beispielhaftes System 200 dar, das Leistungsübertragung über eine Trennbarriere umsetzt. Das System 200 enthält eine Stromversorgung 210, die eine Spannung (V_DDA) erzeugt, die eine integrierte Schaltung (IC) 220 versorgt. Das IC 220 enthält weiter einen ersten Resonatorschaltkreis 230, einen zweiten Resonatorschaltkreis 240 und einen galvanisch getrennten Schaltkreis 250. Der galvanisch getrennte Schaltkreis 250 kann jedoch auch außerhalb des ICs 220 angeordnet sein (z. B wie etwa auf einem weiteren IC). Der zweite Resonatorschaltkreis 240 und der galvanisch getrennte Schaltkreis 250 sind von dem ersten Resonatorschaltkreis 230 und der Stromversorgung 210 durch eine Trennbarriere 260 getrennt. Der erste Resonatorschaltkreis 230 und der zweite Resonatorschaltkreis 240 können daher gemeinsam das Leistungsübertragungssystem darstellen. Nur als Beispiel kann die Trennbarriere 260 eine Kombination von Siliziumdioxid (SiO₂) und/oder anderen Materialien, wie etwa Polymeren, enthalten.
Ein induktiver Koppelkoeffizient (k) 270 stellt eine Stärke der induktiven Kopplung zwischen dem ersten Resonatorschaltkreis 230 und dem zweiten Resonatorschaltkreis 240 dar. Der induktive Koppelkoeffizient 270 kann auf einer Vielfalt von Parametern beruhen, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, der Zusammensetzung der Trennbarriere 260 (d. h. der magnetischen Permeabilität der Trennbarriere 260). Zum Beispiel kann eine Ferritkern-Trennbarriere eine stärkere (d. h. engere) induktive Kopplung aufweisen, während eine Luftkern- oder SiO₂-Kern-Trennbarriere eine schwächere (d. h. losere) induktive Kopplung aufweisen kann. Genauer, aber nur als Beispiel, kann sich lose induktive Kopplung auf induktive Koppelkoeffizienten von ungefähr k ≤ 0,5 beziehen, während sich enge induktive Kopplung auf induktive Koppelkoeffizienten von ungefähr k ≥ 0,8 beziehen kann.
Der erste Resonatorschaltkreis 230 kann wahlweise Leistung über die Trennbarriere 260 zum zweiten Resonatorschaltkreis 240 übertragen. Genauer kann der erste Resonatorschaltkreis 230 eine erste Induktivität enthalten, die magnetisch mit einer zweiten Induktivität des zweiten Resonatorschaltkreises 240 gekoppelt ist. Die erste und die zweite Induktivität können gemeinsam einen Transformator darstellen. Wenn Strom der ersten Induktivität über den ersten Resonatorschaltkreis zugeführt wird, wird ein Magnetfeld erzeugt, das verursacht, dass Strom durch die zweite Induktivität und den zweiten Resonatorschaltkreis 240 fließt. Eine übertragene Spannung (V_DDB) kann jedoch niedriger sein als die Versorgungsspannung V_DDA. Daher können größere Bauteile (d. h. Induktivitäten) eingesetzt werden, um die Höhe der übertragenen Spannung V_DDB zur Versorgungsspannung V_DDA hin zu erhöhen. Einsetzen größerer Bauteile ist jedoch kostspielig und vergrößert die Fläche.
Demgemäß sind Systeme und Verfahren zur Leistungsübertragung auf Grundlage von Resonanzkopplung von Induktivitäten vorgelegt. Die Systeme und Verfahren können Leistungsübertragung über eine Trennbarriere hinweg über Induktivitäten vorsehen, die ungefähr bei einer Resonanzfrequenz gekoppelt sind. Genauer kann Resonanzkopplung größeren Spannungsgewinn und größere Lastleistung vorsehen, während kleinere Bauteile (d. h. Induktivitäten) eingesetzt sind. Darüber hinaus können die Induktivitäten lose gekoppelt sein, während sie immer noch niedrigere Übertragungsverluste vorsehen (d. h. V_DDB ~ V_DDA). Ein erstes System richtet sich auf das Erreichen von Resonanzkopplung durch Einsetzen angepasster erster und zweiter Resonatorschaltkreise. Zum Beispiel können die angepassten ersten und zweiten Resonatorschaltkreise jeweils eine erste Anordnung aufweisen und/oder können jeweils in einer ersten Metallschicht eines ICs umgesetzt sein. Alternativ können zum Beispiel der erste und der zweite Resonatorschaltkreis in verschiedenen Metallschichten eines ICs gestapelt (d. h. übereinander gelegt) sein. Ein zweites System und ein Verfahren richten sich auf das Erreichen von Resonanzkopplung durch Abstimmen mindestens eines aus (i) einer Kapazität eines ersten Resonatorschaltkreises und (ii) einer Schaltfrequenz des ersten Resonatorschaltkreises auf Grundlage galvanisch getrennter Rückkopplung von einem zweiten Resonatorschaltkreis.
Nun ist unter Bezugnahme auf 3A ein beispielhaftes Leistungsübertragungssystem 300 gezeigt. Das System 300 enthält eine Stromversorgung 304, die einen Strom (I₁) erzeugt. Ein erster Knoten einer ersten Induktivität 308 ist mit einem ersten Knoten der Stromversorgung 304 verbunden und empfängt den Strom I₁. Eine Spannung (V₁) stellt eine Spannung an dem ersten Knoten der ersten Induktivität 308 und dem ersten Knoten der Stromversorgung 304 dar. Nur als Beispiel kann die erste Induktivität 308 einen Induktivitätswert von 33 Nanohenry (nH) aufweisen. Ein zweiter Knoten der ersten Induktivität 308 ist mit einer ersten Masse (GND) und einem zweiten Knoten der Stromversorgung 304 verbunden. Ein erster Knoten einer zweiten Induktivität 320 ist mit einem ersten Knoten eines Widerstands 324 verbunden. Die erste Induktivität 308 und die zweite Induktivität 320 können gemeinsam einen Transformator mit einer Primärwicklung (der ersten Induktivität 308) und einer Sekundärwicklung (der zweiten Induktivität 320) darstellen.
Eine Spannung (V₂) gibt eine Spannung an dem ersten Knoten der zweiten Induktivität 320 und dem ersten Knoten des Widerstands 324 an. Nur als Beispiel kann die zweite Induktivität 320 einen Induktivitätswert von 33 nH aufweisen, und der Widerstand 324 kann einen Widerstandswert von 50 Ohm (Ω) aufweisen. Ein zweiter Knoten des Widerstands 324 ist mit einer zweiten Masse 328 und einem zweiten Knoten der zweiten Induktivität 320 verbunden. Die zweite Induktivität 320 ist von der ersten Induktivität 308 durch eine Trennbarriere 340 getrennt. Die erste und die zweite Induktivität 308, 320 sind lose durch einen induktiven Koppelkoeffizienten 344 gekoppelt. Nur als Beispiel kann der induktive Koppelkoeffizient 344 ungefähr 0,2 betragen (d. h. k ~ 0,2).
Nun wird unter Bezugnahme auf 3B ein beispielhaftes Leistungsübertragungssystem 350 auf Grundlage der Resonanzkopplung gezeigt. Das System 350 enthält eine Stromversorgung 354, die einen Strom (I₁) erzeugt. Ein erster Knoten einer ersten Induktivität 358 ist mit einem ersten Knoten der Stromversorgung 354 verbunden und empfängt den Strom I₁. Eine Spannung (V₁) stellt eine Spannung an dem ersten Knoten der ersten Induktivität 358 und dem ersten Knoten der Stromversorgung 354 dar. Nur als Beispiel kann die erste Induktivität 358 einen Induktivitätswert von 3,3 Nanohenry (nH) aufweisen. Ein zweiter Knoten einer ersten Induktivität 358 ist mit einer ersten Masse (GND) und einem zweiten Knoten der Stromversorgung 354 verbunden. Ein erster Knoten einer zweiten Induktivität 370 ist mit einem ersten Knoten eines Widerstands 378 und einem ersten Knoten eines Resonanzkondensators 374 verbunden. Die erste Induktivität 358 und die zweite Induktivität 370 können gemeinsam einen Transformator mit einer Primärwicklung (der ersten Induktivität 358) und einer Sekundärwicklung (der zweiten Induktivität 370) darstellen.
Eine Spannung (V₂) gibt eine Spannung an dem ersten Knoten der zweiten Induktivität 320, dem ersten Knoten des Widerstands 378 und dem ersten Knoten des Resonanzkondensators 374 an. Nur als Beispiel kann die zweite Induktivität 370 einen Induktivitätswert von 3,3 nH aufweisen, der Widerstand 378 kann einen Widerstandswert von 50 Ω aufweisen, und der Resonanzkondensator 374 kann eine Kapazität von 30 Picofarad (pF) aufweisen. Ein zweiter Knoten des Widerstands 378 und ein zweiter Knoten des Resonanzkondensators 374 sind jeweils mit einer zweiten Masse 382 und einem zweiten Knoten der zweiten Induktivität 370 verbunden. Die zweite Induktivität 370 ist von der ersten Induktivität 358 durch eine Trennbarriere 390 getrennt. Die erste und die zweite Induktivität 358, 370 sind lose durch einen induktiven Koppelkoeffizienten 394 gekoppelt. Nur als Beispiel kann der induktive Koppelkoeffizient 394 ungefähr 0,2 betragen (d. h. k ~ 0,2).
Nun sind unter Bezugnahme auf die 4A–4D Kurven simulierten Frequenzgangs und simulierten Einschwingverhaltens für beide Leistungsübertragungssysteme 300 und 350 aus den 3A bzw. 3B gezeigt. 4A stellt den Spannungsgewinn (V₂/V₁) bei verschiedenen Frequenzen im Bereich von 10⁷ Hertz (Hz) bis 10¹⁰ Hz dar. Wie gezeigt, erreicht das System 300 von 3A (33 nH) keinen Spannungsgewinn von mehr als 0,20 (d. h. gleich dem induktiven Koppelkoeffizienten). Ähnlich erreicht das System 350 von 3B ohne den Resonanzkondensator 374 (3,3 nH) keinen Spannungsgewinn von mehr als 0,2.
Das System 350 von 3B, das den Resonanzkondensator 374 enthält (3,3 nH/30 pF), erreicht jedoch einen Spannungsgewinn von fast 1,0 bei einer Frequenz von 505 Megahertz (MHz) (d. h. ungefähr der Resonanzfrequenz). Daher können größere Spannungsgewinne unter Verwendung kleinerer Induktivitäten (d. h. 10% der Größe) erreicht werden. Außerdem stellt 4B das Spannungs-Einschwingverhalten während eines Zeitraums von 25 Nanosekunden (ns) dar. Wie gezeigt, erreicht das System 350 von 3B (das den Resonanzkondensator 374 enthält und ungefähr bei der Resonanzfrequenz arbeitet) eine volle Spannungsübertragung (~ 10 V) nach 4–5 Zyklen.
Nun ist unter Bezugnahme auf 4C die normierte Lastleistung (P_L/|I₁|²) für denselben Frequenzbereich wie in 4A (10⁷ Hz bis 10¹⁰ Hz) gezeigt. Wie gezeigt, erreicht das System 300 von 3A (33 nH) größere normierte Lastleistungen bei niedrigeren Frequenzen und erreicht eine maximale normierte Lastleistung (~ 2,0) bei ungefähr 10⁹ Hz. Dagegen erfordert das System 350 von 3B ohne den Resonanzkondensator 374 (3,3 nH) höhere Frequenzen, um größere normierte Lastleistungen zu erreichen, und erfordert eine Frequenz von ungefähr 10¹⁰ Hz, um die maximale normierte Lastleistung zu erreichen (d. h. 10 Mal die Frequenz des Systems 300 von 3A (33 nH)). Außerdem erfordert, wie in 4D gezeigt, das System 300 von 3A (33 nH) ungefähr 100 V (bei V₁), um die gewünschten 10 V (bei V₂) zu übertragen, was untauglich ist.
Das System 350 von 3B, das den Resonanzkondensator 374 enthält (3,3 nH/30 pF), erreicht jedoch die maximale normierte Lastleistung bei 505 MHz (d. h. ungefähr der Resonanzfrequenz), was niedriger ist als die Frequenz, die durch das System 300 von 3A (33 nH) benötigt wird, um die maximale Lastleistung zu erreichen (~ 10⁹ Hz). Darüber hinaus ist das System 350 von 3B (das den Resonanzkondensator 374 enthält und ungefähr bei der Resonanzfrequenz arbeitet) in der Lage, die maximale Lastleistung bei einer niedrigeren Frequenz unter Einsatz kleinerer Induktivitäten (10% der Größe) zu erreichen.
Nun sind unter Bezugnahme auf die 5A–5B Beispiele von Leistungsübertragungssystemen mit eng gekoppelten Induktivitäten gezeigt. 5A stellt ein beispielhaftes Leistungsübertragungssystem 500 dar. Das System 500 enthält eine Stromversorgung 504, die einen Strom (I₁) erzeugt. Ein erster Knoten einer ersten Induktivität 508 ist mit einem ersten Knoten der Stromversorgung 504 verbunden und empfängt den Strom I₁. Eine Spannung (V₁) stellt eine Spannung an dem ersten Knoten der ersten Induktivität 508 und dem ersten Knoten der Stromversorgung 504 dar. Nur als Beispiel kann die erste Induktivität 508 einen Induktivitätswert von 33 nH aufweisen. Ein zweiter Knoten der ersten Induktivität 508 ist mit einer ersten Masse (GND) und einem zweiten Knoten der Stromversorgung 504 verbunden. Ein erster Knoten einer zweiten Induktivität 520 ist mit einem ersten Knoten eines Widerstands 524 verbunden. Die erste Induktivität 508 und die zweite Induktivität 520 können gemeinsam einen Transformator mit einer Primärwicklung (der ersten Induktivität 508) und einer Sekundärwicklung (der zweiten Induktivität 520) darstellen.
Eine Spannung (V₂) gibt eine Spannung an dem ersten Knoten der zweiten Induktivität 520 und dem ersten Knoten des Widerstands 524 an. Nur als Beispiel kann die zweite Induktivität 520 einen Induktivitätswert von 33 nH aufweisen, und der Widerstand 524 kann einen Widerstandswert von 50 Ω aufweisen. Ein zweiter Knoten des Widerstands 524 ist mit einer zweiten Masse 528 und einem zweiten Knoten der zweiten Induktivität 520 verbunden. Die zweite Induktivität 520 ist von der ersten Induktivität 508 durch eine Trennbarriere 540 getrennt. Die erste und die zweite Induktivität 508, 520 sind eng durch einen induktiven Koppelkoeffizienten 544 gekoppelt. Nur als Beispiel kann der induktive Koppelkoeffizient 544 ungefähr 0,9 betragen (d. h. k ~ 0,9).
Nun wird unter Bezugnahme auf 5B ein beispielhaftes Leistungsübertragungssystem 550 auf Grundlage der Resonanzkopplung gezeigt. Das System 550 enthält eine Stromversorgung 554, die einen Strom (I₁) erzeugt. Ein erster Knoten einer ersten Induktivität 558 ist mit einem ersten Knoten der Stromversorgung 554 verbunden und empfängt den Strom I₁. Eine Spannung (V₁) stellt eine Spannung an dem ersten Knoten der ersten Induktivität 558 und dem ersten Knoten der Stromversorgung 554 dar. Nur als Beispiel kann die erste Induktivität 558 einen Induktivitätswert von 3,3 nH aufweisen. Ein zweiter Knoten der ersten Induktivität 558 ist mit einer ersten Masse (GND) und einem zweiten Knoten der Stromversorgung 554 verbunden. Ein erster Knoten einer zweiten Induktivität 570 ist mit einem ersten Knoten eines Widerstands 578 und einem ersten Knoten eines Resonanzkondensators 574 verbunden. Die erste Induktivität 558 und die zweite Induktivität 570 können gemeinsam einen Transformator mit einer Primärwicklung (der ersten Induktivität 558) und einer Sekundärwicklung (der zweiten Induktivität 570) darstellen.
Eine Spannung (V₂) gibt eine Spannung an dem ersten Knoten der zweiten Induktivität 520, dem ersten Knoten des Widerstands 578 und dem ersten Knoten des Resonanzkondensators 574 an. Nur als Beispiel kann die zweite Induktivität 570 einen Induktivitätswert von 3,3 nH aufweisen, der Widerstand 578 kann einen Widerstandswert von 50 Ω aufweisen, und der Resonanzkondensator 574 kann eine Kapazität von 30 pF aufweisen. Ein zweiter Knoten des Widerstands 578 und ein zweiter Knoten des Resonanzkondensators 574 sind jeweils mit einer zweiten Masse 582 und einem zweiten Knoten der zweiten Induktivität 570 verbunden. Die zweite Induktivität 570 ist von der ersten Induktivität 558 durch eine Trennbarriere 590 getrennt. Die erste und die zweite Induktivität 558, 570 sind eng durch einen induktiven Koppelkoeffizienten 594 gekoppelt. Nur als Beispiel kann der induktive Koppelkoeffizient 594 ungefähr 0,9 betragen (d. h. k ~ 0,9).
Nun sind unter Bezugnahme auf die 6A–6D Kurven simulierten Frequenzgangs und simulierten Einschwingverhaltens für die Leistungsübertragungssysteme 500 und 550 nach den 5A bzw. 5B gezeigt. 6A stellt den Spannungsgewinn (V₂/V₁) bei verschiedenen Frequenzen im Bereich von 10⁷ Hertz (Hz) bis 10¹⁰ Hz dar. Wie gezeigt, erreicht das System 500 von 5A (33 nH) keinen Spannungsgewinn von mehr als 0,9 (d. h. gleich dem induktiven Koppelkoeffizienten). Ähnlich erreicht das System 550 von 5B ohne den Resonanzkondensator 574 (3,3 nH) keinen Spannungsgewinn von mehr als 0,9.
Das System 550 von 5B, das den Resonanzkondensator 574 enthält (3,3 nH/30 pF), erreicht jedoch einen Spannungsgewinn von fast 10 bei einer Frequenz von 505 MHz (d. h. ungefähr der Resonanzfrequenz). Daher können größere Spannungsgewinne erreicht werden, und darüber hinaus können kleinere Induktivitäten (d. h. 10% der Größe) eingesetzt werden. Außerdem stellt 6B das Spannungs-Einschwingverhalten während eines Zeitraums von 25 ns dar. Wie gezeigt, erreicht das System 550 von 5B (das den Resonanzkondensator 574 enthält und ungefähr bei der Resonanzfrequenz arbeitet) eine volle Spannungsübertragung (~ 10 V) nach 4–5 Zyklen.
Nun ist unter Bezugnahme auf 6C die normierte Lastleistung (P_L/|I₁|²) für denselben Frequenzbereich wie in 5A (10⁷ Hz bis 10¹⁰ Hz) gezeigt. Wie gezeigt, erreicht das System 500 von 5A (33 nH) größere normierte Lastleistungen bei niedrigeren Frequenzen und erreicht eine maximale normierte Lastleistung (~ 40) bei ungefähr 10⁹ Hz. Dagegen erfordert das System 550 von 5B ohne den Resonanzkondensator 574 (3,3 nH) höhere Frequenzen, um größere normierte Lastleistungen zu erreichen, und erfordert eine Frequenz von ungefähr 10¹⁰ Hz, um die maximale normierte Lastleistung zu erreichen (d. h. 10 Mal die Frequenz des Systems 500 von 5A (33 nH)).
Das System 550 von 5B, das den Resonanzkondensator 574 enthält (3,3 nH/30 pF), erreicht jedoch die maximale normierte Lastleistung bei 505 MHz (d. h. ungefähr der Resonanzfrequenz), was niedriger ist als die Frequenz, die durch das System 500 von 5A (33 nH) benötigt wird, um die maximale Lastleistung zu erreichen (~ 10⁹ Hz). Außerdem kann, wie in 6D gezeigt, obwohl das eng gekoppelte System 500 von 5A (33 nH) keine höhere Spannung (bei V₁) benötigt, um die gewünschten 10 V (bei V₂) zu erreichen, das System 550 von 5B (das den Resonanzkondensator 574 enthält) noch dieselben Leistungsdaten bei Einsatz kleinerer Induktivitäten (10% der Größe) erreichen.
Während Resonanzkopplung im Falle lose (d. h. schwach) gekoppelter Induktivitäten vorteilhafter sein kann, bietet Resonanzkopplung auch zusätzliche Vorteile im Falle eng (d. h. stark) gekoppelter Induktivitäten. Erstens verringert die Gate-Kapazität von Transistoren in dem ersten bzw. zweiten Resonatorschaltkreis die Energie, wenn die Transistoren schalten; jedoch sieht Resonanzkopplung vor, dass diese Energie mit der in den Induktivitäten gespeicherten Energie wiederverwendet wird, wodurch Schaltverluste reduziert werden, die rapide anwachsen, wenn die Schaltfrequenz steigt. Zweitens schalten die Transistoren normalerweise bei einer Spannung über den Transistoren von ungefähr 0 V ein/aus; jedoch sieht Resonanzkopplung eine einfache Hochfrequenzlösung für diese spannungslose Schaltbedingung (ZVS) vor und verbessert dadurch den Gesamtwirkungsgrad. Drittens erhöht sich bei Betrieb in Phase mit Resonanzkopplung, weil der erste und der zweite Resonatorschaltkreis in Phase sind, die gesamte, in dem System gespeicherte Energie – und dies ist ein Qualitätsfaktor des Transformators/der Transformatoren – wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird, insbesondere, wenn der Koppelkoeffizient hoch ist. Schließlich sieht Resonanzkopplung Gleichrichtung ohne Verwendung von Dioden im zweiten Resonanzkreis vor, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird, Spannungsabfälle beseitigt werden und Fläche/Kosten verringert werden.
Nun wird unter Bezugnahme auf 7A ein beispielhaftes Leistungsübertragungssystem 700 gezeigt. Das System 700 enthält einen ersten Resonatorschaltkreis 702 und einen zweiten Resonatorschaltkreis 704. Der erste und der zweite Resonatorschaltkreis 702 bzw. 704 sind durch eine Trennbarriere 706 getrennt. Nur als Beispiel kann die Trennbarriere 706 SiO₂ und/oder ein Polymer enthalten, wodurch der Trennbarriere 706 eine hohe Durchschlagspannung (z. B ungefähr 5 kV) verliehen wird. Der erste Resonatorschaltkreis 702 enthält einen Induktivitäts-Kondensator-(LC-)Schwingkreis 708, der Kondensatoren (C_P) 709, 710 und Induktivitäten 713, 714 enthält. Der LC-Schwingkreis 708 wird wahlweise mit einer Versorgungsspannung (VDD_A) über einen Schalter (z. B. einen Transistor) 715 verbunden, der durch ein erstes Signal (ON_A) gesteuert ist. Das erste Signal ON_A kann ein pulsbreitenmoduliertes (PWM-)Steuersignal sein, das wahlweise den ersten LC-Schwingkreis 708 lädt. Alternativ kann das erste Signal (ON_A) ein Einschaltsignal sein. Der erste Resonatorschaltkreis 702 kann auch als „Primärkreis” bezeichnet werden, weil der erste Resonatorschaltkreis 702 die Versorgungsspannung VDD_A empfängt. Ähnlich können auch die Kondensatoren Cp 709, 710 als „Primärkondensatoren” bezeichnet werden, und Spannungen an Enden der Induktivitäten 713, 714 (P_X bzw. P_Y) können auch als ”Primärspannungen” bezeichnet werden.
Der zweite Resonatorschaltkreis 704 enthält einen zweiten LC-Schwingkreis 716, der Induktivitäten 719, 720 und Koppelkondensatoren (C_C) 721, 722 enthält. Die Induktivitäten 713 und 719 können gemeinsam einen ersten Transformator 712 darstellen. Ähnlich können die Induktivitäten 714 und 720 gemeinsam einen zweiten Transformator 718 darstellen. Die Paare von Induktivitäten 713, 719 bzw. 714, 720 (d. h. die Transformatoren 712 und 718) können in einer selben Schicht eines ICs oder auf derselben Fläche eines ICs ausgeführt sein, um die Kopplung zu erhöhen (Anordnungen später genau beschrieben). Der erste und der zweite Transformator 712 und 718 können Seite an Seite auf einem IC ausgeführt sein, aber weit genug voneinander entfernt, um die Kopplung zwischen den Transformatoren zu minimieren. Nur als Beispiel können die folgenden Chipanordnungen verwendet werden: (1) zwei separate Chips für den ersten und den zweiten Resonatorschaltkreis, wobei die Transformatoren als Teil eines der beiden Chips ausgeführt sind, oder (2) drei separate Chips für jeweils den ersten Resonatorschaltkreis, den zweiten Resonatorschaltkreis und die Transformatoren.
Der erste Resonatorschaltkreis 702 kann Leistung über die Trennbarriere 706 zum zweiten Resonatorschaltkreis 704 über den ersten Transformator 712 und/oder den zweiten Transformator 718 übertragen. Ähnlich wie der erste Resonatorschaltkreis 702 kann der zweite Resonatorschaltkreis 704 auch als „Sekundärkreis” bezeichnet werden, die Koppelkondensatoren C_C 721, 722 können auch als „Sekundärkondensatoren” bezeichnet werden, und Spannungen an den Enden der Induktivitäten 719, 720 (S_X bzw. S_Y) können auch als „Sekundärspannungen” bezeichnet werden. Der zweite LC-Schwingkreis 716 ist wahlweise angeschlossen, eine Ausgangsspannung (VDD_B) für eine Ausgangslast über einen Schalter 723 (z. B einen Transistor) zu liefern, der durch ein zweites Signal (ON_B) zum wahlweisen Entladen des zweiten LC-Schwingkreises 716 gesteuert wird. Ähnlich dem ersten Signal ON_A kann das zweite Signal ON_B ein PWM-Signal (z. B mit derselben Frequenz wie ON_A) sein, ein Einschaltsignal sein, oder das zweite Signal ON_B (und der Schalter 723) können weggelassen sein, wodurch der zweite Resonatorschaltkreis 704 Leistung empfängt, solange der erste Resonatorschaltkreis 702 eingeschaltet ist.
Außer den Kondensatoren C_P 709, 710 und den Induktivitäten 713, 714 kann der erste LC-Schwingkreis 708 weiter eine erste Vielzahl von Transistoren 724, 725, 726 bzw. 727 enthalten (zusammengefasst erste Transistoren 724–727). Während gezeigt ist, dass der erste LC-Schwingkreis 708 die ersten Transistoren 724–727 enthält, können einige der ersten Transistoren 724–727 (z. B 726–727) separat vom ersten LC-Schwingkreis 708 angeordnet sein. Die Transistoren 724–725 sollten jedoch als Teil des ersten LC-Schwingkreises 708 enthalten sein, weil ihre Gates zur Gesamt-Resonanzkapazität des ersten LC-Schwingkreises 708 beitragen. Ähnlich wie beim ersten LC-Schwingkreis 708 kann der zweite LC-Schwingkreis 716 außer den Kondensatoren C_C 721, 722 und den Induktivitäten 719, 720 weiter eine zweite Vielzahl von Transistoren 728, 729, 730 bzw. 731 enthalten (zusammengefasst zweite Transistoren 728–731). Während gezeigt ist, dass der zweite LC-Schwingkreis 716 die zweiten Transistoren 728–731 enthält, können einige der zweiten Transistoren 728–731 (z. B. 730–731) separat vom zweiten LC-Schwingkreis 716 angeordnet sein. Die Transistoren 728–729 sollten jedoch als Teil des zweiten LC-Schwingkreises 716 enthalten sein, weil ihre Gates zur Gesamt-Resonanzkapazität des zweiten LC-Schwingkreises 716 beitragen. Schließlich kann die Ausgangsspannung VDD_B an der Ausgangslast durch einen Filterkondensator 732 gefiltert werden, der parallel zu einem Lastwiderstand 733 angeschlossen ist.
Nun ist unter Bezugnahme auf 7B eine erste beispielhafte Anordnung 740 für den Transformator 712 von 7A gezeigt. Während der Transformator 712 von 7A gezeigt ist, kann die erste beispielhafte Anordnung 740 auch auf andere hier beschriebene Transformatoren angewendet werden, wie etwa den Transformator 718 von 7A oder andere später beschriebene Transformatoren. Diese Anordnung 740 kann auch als planare Anordnung oder als monolithischer Transformator in „Frlan”-Anordnung bezeichnet werden. Genauer, es können sowohl die Induktivität 713 als auch die Induktivität 719 des Transformators 712 in derselben Ebene auf einem IC ausgeführt sein. Mit anderen Worten, sowohl die Induktivität 713 als auch die Induktivität 719 können in derselben Metallschicht auf dem IC ausgeführt sein. Die Trennbarriere 706 enthält ein Dielektrikum auf SiO₂- und/oder Polymerbasis, das seitlich zwischen den Wicklungen der Induktivitäten 713 und 719 angeordnet ist. Die Induktivität 713 enthält Knoten 742 und 744, und die Induktivität 719 enthält Knoten 746 und 748. Nur als Beispiel kann Strom durch die Induktivität 713 von Knoten 742 nach 744 fließen und verursacht dadurch, dass Strom durch die Induktivität 719 in der Richtung von Knoten 746 nach 748 fließt.
Die planare Anordnung 740 sieht Symmetrie für die Wicklungen vor und verbessert dadurch das Anpassen der entsprechenden ersten und zweiten Resonatorschaltkreise 702 bzw. 704. Daher sieht bei Resonanzkopplung diese Anordnung 740 aufgrund der angepassten Resonatorschaltkreise 702 und 704 Wegfallen sowohl der Gleichrichterdioden als auch des Abstimmens vor. Außerdem kann die Umsetzung in einer einzigen, dicken Metallschicht Kosten senken. Jedoch kann die Umsetzung spezieller Windungsverhältnisse (d. h. für Aufwärts- oder Abwärtstransformatoren) schwierig sein. Weiter kann der Koppelkoeffizient zwischen den Induktivitäten 713 und 719 schwach sein. Nun ist unter Bezugnahme auf 7C eine zweite beispielhafte Anordnung 760 für den Transformator 712 von 7A gezeigt. Während der Transformator 712 von 7A gezeigt ist, kann die zweite beispielhafte Anordnung 760 auch auf andere hier beschriebene Transformatoren angewendet werden, wie etwa den Transformator 718 von 7A oder andere später beschriebene Transformatoren. Diese Anordnung 760 kann auch als Überlagerungstransformator oder als monolithischer Transformator in „Finlay”-Anordnung bezeichnet werden. Genauer können die Induktivität 713 und die Induktivität 719 des Transformators 712 auf einem IC übereinander gelegt sein. Mit anderen Worten, die Induktivität 713 und die Induktivität 719 können auf derselben Fläche auf dem IC, jedoch auf verschiedenen Ebenen, ausgeführt sein. Die Trennbarriere 706 enthält ein Dielektrikum auf SiO₂- und/oder Polymerbasis, das vertikal zwischen den Induktivitäten 713 und 719 angeordnet ist. Daher kann der Koppelkoeffizient zwischen den Induktivitäten 713 und 719 stark sein. Die Induktivität 713 enthält die Knoten 762 und 764, und die Induktivität 719 enthält die Knoten 766 und 768. Nur als Beispiel kann Strom durch die Induktivität 713 von Knoten 762 nach 764 fließen und verursacht dadurch, dass Strom durch die Induktivität 719 in der Richtung von Knoten 766 nach 768 fließt.
Die Überlagerungs-Anordnung 760 sieht leichte Umsetzung spezieller Windungsverhältnisse vor (d. h. für Aufwärts- oder Abwärtstransformatoren). Ausführen eines Aufwärts- oder Abwärtstransformators ermöglicht Ausgleich eines Spannungsabfalls an der Ausgangslast aufgrund von Transformatorverlusten. Nur als Beispiel kann ein Aufwärtstransformator in dem angepassten Resonatorsystem eingesetzt sein, wodurch eine Ausgangsspannung (d. h. übertragene Spannung) erreicht wird, die gleich der Eingangsspannung (d. h. der Versorgungsspannung) ist. Alternativ kann, wenn ein Aufwärtstransformator eingesetzt ist, der erste Resonatorschaltkreis 702 abgestimmt werden, indem ein Resonanzkondensator mit festem Wert eingefügt wird, oder unter Verwendung eines kapazitiven Abstimmungsverfahrens (später genau beschrieben).
Nun ist unter Bezugnahme auf 7D eine beispielhafte Anordnung 780 des ICs 220 von 2 gezeigt, die zwei Paare gekoppelter Induktivitäten mit der Anordnung 760 von 7C enthält. Wie gezeigt, enthält das IC 220 einen ersten und einen zweiten Resonatorschaltkreis 230 bzw. 240, die Leistung über eine Trennbarriere 260 zu einem Trennschaltkreis (nicht gezeigt) übertragen, wobei der erste und der zweite Resonatorschaltkreis 230 und 240 induktiv über einen Koeffizienten 270 gekoppelt sind und weiter die beiden Paare gekoppelter Induktivitäten enthalten (jeweils mit der übereinander liegenden Anordnung von 7C).
Nun sind unter Bezugnahme auf die 8A–8C alternative Beispiele des Leistungsübertragungssystems 700 von 7A gezeigt. Zuerst stellt 8A ein beispielhaftes Leistungsübertragungssystem 800 dar, bei dem die Transistoren 715 und 723 und das erste und das zweite Signal ON_A und ON_B wegfallen. Ähnlich dem System 700 von 7A enthält das System 800 einen ersten und einen zweiten Resonatorschaltkreis 802 bzw. 804. Der erste und der zweite Resonatorschaltkreis 802 bzw. 804 sind durch eine Trennbarriere 806 getrennt. Der erste Resonatorschaltkreis 802 enthält die Induktivitäten 809 und 810, und der zweite Resonatorschaltkreis 804 enthält die Induktivitäten 813 und 814. Die Induktivitäten 809 und 813 stellen gemeinsam einen ersten Transformator 808 dar, und die Induktivitäten 810 und 814 stellen gemeinsam einen zweiten Transformator 812 dar.
Jedoch ist im Gegensatz zum System 700 von 7A die Versorgungsspannung VDD_A direkt mit einem Knoten zwischen den Induktivitäten 809 und 810 verbunden, und die Ausgangsspannung VDD_B wird von einem Knoten zwischen den Induktivitäten 813 und 814 bezogen. Außerdem ist ein Schalter 820 mit den Widerständen 822 und 824 verbunden, die mit dem LC-Schwingkreis des ersten Resonatorschaltkreises 802 verbunden sind. Daher wird der erste Resonatorschaltkreis 802 ein- und ausgeschaltet, indem Gates der Transistoren 826 und 828 des LC-Schwingkreises über den Transistor 820 nach oben/unten gezogen werden. Kapazitive Kopplung an den Gates der kreuzgekoppelten Bauteile ermöglicht die Nutzung dieses Ein-/Aus-Schemas. Der Wirkungsgrad ist durch Beseitigen der Schaltertransistoren aus dem Versorgungsstrompfad bedeutend verbessert. Der zweite Resonatorschaltkreis 804 andererseits ist immer eingeschaltet und empfängt Leistung, solange der erste Resonatorschaltkreis 802 eingeschaltet ist. Die Ausgangsspannung VDD_B ist ungeregelt und kann im Falle eines Eins-Zu-Eins-Transformators etwas niedriger als die Eingangsspannung VDD_A sein, wobei Spannungsabfälle eine Funktion des Laststroms und der Resonatorverluste sind. Im Falle eines Aufwärtstransformators kann die Ausgangsspannung V_DDB durch einen linearen Regler mit niedriger Abfallspannung (LDO) auf einen Pegel geregelt sein, der größer als oder gleich der Eingangsspannung V_DDA ist. In diesem Fall kann die Ausgangsspannung V_DDB für beliebigen Laststrom konstant gehalten werden.
Nun ist unter Bezugnahme auf 8B ein weiteres beispielhaftes Leistungsübertragungssystem 830 gezeigt. Das System 830 ist ähnlich dem System 800 von 8A, sodass die Transistoren 715 und 723 und das erste und das zweite Signal ON_A und ON_B beseitigt wurden und der erste Resonatorschaltkreis 802 über den Schalter (z. B Transistor) 832 ein-/ausgeschaltet wird. Der Transistor 832 ist durch ein galvanisch getrenntes Rückkopplungssignal (ON₁) gesteuert. Mit anderen Worten unterscheidet sich das System 830, weil es weiter eine galvanisch getrennte Rückkopplung enthält. Genauer wird die Ausgangsspannung V_DDB an einen Spannungsteiler gelegt (Widerstände 834 und 836) und unter Verwendung eines Reglerschaltkreises mit einer Referenzspannung REF 838 verglichen. Zum Beispiel kann der Reglerschaltkreis 840 ein hysteretischer Komparator sein. Der Ausgang des hysteretischen Komparators 840 ist ein weiteres Signal (ON₂), dessen Komplement benutzt wird, um Schalter 842 und 844 im LC-Schwingkreis des zweiten Resonatorschaltkreises 804 zu steuern.
Ein Sender 846 empfängt auch den Ausgang des hysteretischen Komparators 840 (Signal ON₂). Der Sender 846 überträgt das Signal ON₂ über die Trennbarriere 806 zu einem Empfänger 848. Der Empfänger 848 sendet dann das empfangene Signal (das galvanisch getrennte Rückkopplungssignal ON₁) zum ersten Resonatorschaltkreis 802. Wie zuvor beschrieben, steuert das galvanisch getrennte Rückkopplungssignal ON₁ das Ein-/Ausschalten des ersten Resonatorschaltkreises 802 über den Transistor 832. Außerdem wird das Komplement des galvanisch getrennten Rückkopplungssignals ON₁ benutzt, um die Schalter 850 und 858 im LC-Schwingkreis des ersten Resonatorschaltkreises 802 zu steuern. Daher schwankt die Ausgangsspannung VDD_B zwischen zwei Schwellen des hysteretischen Komparators 840. Zum Beispiel kann im Falle des Eins-Zu-Eins-Transformators 812 die Ausgangsspannung VDD_B auf einen Pegel geregelt sein, der aufgrund praktischer Verluste eines monolithischen Transformators niedriger ist als die Eingangsspannung VDD_A. Jedoch kann im Falle eines Aufwärtstransformators die Ausgangsspannung VDD_B auf einen Pegel geregelt sein, der größer als oder gleich der Eingangsspannung VDD_A ist.
Nun ist unter Bezugnahme auf 8C ein weiteres beispielhaftes Leistungsübertragungssystem 860 gezeigt. Das System 860 ist ähnlich dem System 830 von 8B, sodass die Transistoren 715 und 723 und das erste und das zweite Signal ON_A und ON_B beseitigt wurden und der erste Resonatorschaltkreis 802 über den Transistor 832 ein-/ausgeschaltet wird, der durch das galvanisch getrennte Rückkopplungssignal ON₁ gesteuert wird. Jedoch unterscheidet sich das System 860, weil die Ausgangsspannung VDD_B durch Dioden 862 und 864 gleichgerichtet wird, statt von einem Knoten zwischen den Induktivitäten 813 und 814 abgenommen zu werden. Außerdem ist der Bypasskondensator 870 an den Knoten zwischen den Induktivitäten 813 und 814 angeschlossen. Der Bypasskondensator 870 bildet eine Wechselstrom-(AC-)Masse am gemeinsamen Knoten von 813 und 814 und trennt dadurch den Fluss von 813 und 814.
Zum Beispiel kann im Falle des Eins-Zu-Eins-Transformators, weil die sekundären Spitzenspannungen (S_X, S_Y) die Eingangsspannung überschreiten (z. B. ungefähr um den Faktor Drei), die Ausgangsspannung VDD_B gleichgerichtet werden, um eine Größe gleich der Eingangsspannung VDD_A zu erreichen. Die Dioden 862 und 864 klemmen den Spannungsausschlag wirksam und begrenzen die maximalen Drain- und Gate-Spannungen über die kreuzgekoppelten Transistoren des LC-Schwingkreises des zweiten Resonatorschaltkreises 804. Daher können Niederspannungstransistoren ohne jede kapazitive Kopplung (d. h. Spannungsteilung) am Gate eingesetzt sein. Die kreuzgekoppelten Bauteile bilden den zweiten Resonatorschaltkreis 804 und sehen auch Synchrongleichrichtung durch Erhöhen des sekundären Spannungsausschlags oberhalb Masse vor. Daher wird eine positive Gleichspannung (DC-Spannung) aufgebaut und über den Bypasskondensator 870 gehalten. Wie gezeigt, enthält das System 860 weiter galvanisch getrennte Rückkopplung, ähnlich dem System 830 von 8B. Als Ergebnis ist das System 860 in der Lage, in beiden Fällen eines Eins-Zu-Eins-Transformators und eines Abwärtstransformators eine Ausgangsspannung VDD_B gleich der Eingangsspannung VDD_A zu erreichen.
Rückkopplungsbasierte Abstimmung kann auch bei Leistungsübertragungssystemen angewendet werden, die keine angepassten Resonatorschaltkreise enthalten. Zum Beispiel stellt 9A ein beispielhaftes Leistungsübertragungssystem 900 mit rückkopplungsbasierter Abstimmung dar. Das System 900 enthält einen ersten und einen zweiten Resonatorschaltkreis 902 bzw. 904. Der erste und der zweite Resonatorschaltkreis 902 bzw. 904 sind durch eine Trennbarriere 906 getrennt. Der erste Resonatorschaltkreis 902 enthält einen LC-Schwingkreis 908, der primäre Kondensatoren (C_P) 949, 950 und Induktivitäten 911, 912 enthält. Der LC-Schwingkreis 908 ist direkt mit einer Versorgungsspannung (VDD_A) an einem Knoten zwischen den Induktivitäten 911 und 912 sowie mit einer ersten Masse (GND_A) 936 verbunden.
Der zweite Resonatorschaltkreis 904 enthält Induktivitäten 915 und 916, Gleichrichterdioden 927 und 928, einen Bypasskondensator 960 und kreuzgekoppelte Bauteile 970 und 971, die auf dieselbe Weise funktionieren, wie mit Bezug auf den zweiten Resonatorschaltkreis 804 beschrieben (siehe 8C). Der zweite Resonatorschaltkreis 904 ist auch mit einer zweiten Masse (GND_B) 937 verbunden. Die Induktivitäten 911 und 915 können gemeinsam einen ersten Transformator 910 darstellen. Die Induktivitäten 912 und 916 können gemeinsam einen zweiten Transformator 914 darstellen. Außer den primären Kondensatoren 949 und 950 und den Induktivitäten 911 und 912 kann der LC-Schwingkreis 908 weiter eine Vielzahl von Transistoren 918, 919, 920 bzw. 921 enthalten (zusammengefasst die Transistoren 918–921). Während gezeigt ist, dass der LC-Schwingkreis 908 die Transistoren 918–921 enthält, können einige der Transistoren 918–921 (z. B. 918 und 920) separat vom LC-Schwingkreis 908 angeordnet sein. Die Transistoren 918–921 werden benutzt, um eine Lade-/Entladefrequenz des LC-Schwingkreises 908 zu steuern, und bilden auch zusammen mit den Koppelkondensatoren 949 und 950 die Resonanzkondensatoren des LC-Schwingkreises 908.
Der erste Resonatorschaltkreis 902 enthält weiter eine variable Kondensatoranordnung 922. Die variable Kondensatoranordnung 922 enthält N Kondensatoren 924-1 ... 924-N, die in Reihe mit primären Kondensatoren C_P 949 und 950 und parallel zu den Transistoren 918–921 angeschlossen sind. Während zwei Kondensatoren gezeigt sind (924-1 und 924-N), kann die variable Kondensatoranordnung 922 zusätzliche Kondensatoren enthalten (d. h. N ≥ 2). Die variable Kondensatoranordnung 922 sieht wahlweise Einstellung der Kapazität des ersten Resonatorschaltkreises 902 vor (d. h. auf eine größere oder kleinere Kapazität als diejenige der Kondensatoren C_P 949 und 950).
Der zweite Resonatorschaltkreis 904 enthält weiter Dioden 927 und 928, die mit dem ersten und dem zweiten Knoten des Bypasskondensators 960 und parallel zueinander verbunden sind. Die Ausgänge der Dioden 927 und 928 sind mit einem Ausgangsknoten verbunden, der die Ausgangsspannung (VDD_B) darstellt. Die Ausgangsspannung VDD_B kann benutzt werden, um eine Last mit Strom zu versorgen, die an den Ausgangsknoten angeschlossen wird. Ein Filterkondensator (C_F) 929 filtert die Ausgangsspannung VDD_B. Ebenfalls an den Ausgangsknoten angeschlossen sind ein Referenzspannungsmodul 932, das eine Referenzspannung (V_REF) erzeugt, und ein Spannungsteiler, der in Reihe geschalteten Widerstände 930 und 931 enthält.
Ein Reglerschaltkreis 933, wie etwa ein hysteretischer Komparator, vergleicht die herabgestufte Spannung vom Spannungsteiler und die Referenzspannung V_REF. Der Ausgang des hysteretischen Komparators 933 stellt galvanisch getrennte Rückkopplung von dem zweiten Resonatorschaltkreis 904 zur Verwendung beim Steuern des ersten Resonatorschaltkreises 902 dar. Ein Sender 934 überträgt die Rückkopplung über die Trennbarriere 906 zu einem Empfänger 935 des primären Schaltkreises 902. Der Empfänger 935 sendet die Rückkopplung zu einem Steuermodul 940. Auf Grundlage eines Taktsignals (CLK) und der galvanisch getrennten Rückkopplung steuert das Steuermodul 940 mindestens eins aus (i) einer Schaltfrequenz des primären Schaltkreises 902 und (ii) einer Kapazität des primären Schaltkreises 902. Zu beachten ist, dass die Schaltfrequenz des primären Schaltkreises 902 nicht die Resonanzfrequenz ist und die Schaltfrequenz tatsächlich viel niedriger als die Resonanzfrequenz ist. Die Schaltfrequenz wird zum Regeln der Ausgangsspannung V_DDB im Burst-Modus verwendet, indem die richtige Ein-/Aus-Pulsbreite eingestellt wird.
9B stellt ein Beispiel des Steuermoduls 940 dar. Das Steuermodul 940 kann ein Frequenzsteuermodul 942 und ein Kapazitätssteuermodul 944 enthalten. Das Frequenzsteuermodul 942 steuert wahlweise das Schalten im LC-Schwingkreis 908 (d. h. die Transistoren 918–921). Zum Beispiel können die Transistoren 918–921 über ein Signal („ON”) gesteuert sein. Das Kapazitätssteuermodul 944 steuert wahlweise die Kapazitätseinstellung durch die variable Kondensatoranordnung 922 zur Kapazität des primären Kondensators C_P 909. Zum Beispiel kann die variable Kondensatoranordnung 922 über ein Bus-Signal („CAP<N:0>”) gesteuert sein, das einen oder mehrere der Kondensatoren in der variablen Kondensatoranordnung 922 verbindet/trennt.
Sowohl das Frequenzsteuermodul 942 als auch das Kapazitätssteuermodul 944 empfangen das Taktsignal CLK und die galvanisch getrennte Rückkopplung von dem sekundären Schaltkreis 904 (über den Empfänger 935). Auf Grundlage des Taktsignals und der galvanisch getrennten Rückkopplung kann das Steuermodul 940 mindestens eins aus (i) dem LC-Schwingkreis 908 (d. h. das Schalten der Transistoren 918–921) und (ii) der variablen Kondensatoranordnung 922 steuern. Zum Beispiel können das Frequenzsteuermodul 942 und das Kapazitätssteuermodul 944 miteinander kommunizieren, um zu bestimmen, ob keins, eins oder beide aus (i) Schaltfrequenzeinstellung und (ii) Kapazitätseinstellung erforderlich sind.
Nun beginnt unter Bezugnahme auf 9C bei 950 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des Leistungsübertragungssystems 900 von 9A. Bei 950 bestimmt das Steuermodul 940, ob der erste Resonatorschaltkreis 902 eingeschaltet ist. Wenn ja, kann die Steuerung weitergehen zu 954. Wenn nein, kann die Steuerung zu 950 zurückkehren. Bei 954 bestimmt das Steuermodul 940, ob galvanisch getrennte Rückkopplung vom hysteretischen Komparator 933 des zweiten Resonatorschaltkreises 904 empfangen wurde (z. B über den Sender 934 und den Empfänger 935). Wenn ja, kann die Steuerung weitergehen zu 958. Wenn nein, kann die Steuerung zu 950 zurückkehren. Außerdem empfängt das Steuermodul 940 auch das Taktsignal CLK. Bei 958 analysiert das Steuermodul 940 die galvanisch getrennte Rückkopplung. Zum Beispiel kann das Steuermodul 940 die galvanisch getrennte Rückkopplung mit einem oder mehreren vorgegebenen Schwellwerten vergleichen. Bei 962 bestimmt das Steuermodul 940, ob es (i) nichts tut, (ii) die Schaltfrequenz der Transistoren 918–921 einstellt, (iii) die Kapazität über die variable Kondensatoranordnung 922 einstellt oder (iv) sowohl die Schaltfrequenz der Transistoren 918–921 einstellt als auch die Kapazität über die variable Kondensatoranordnung 922 einstellt.
Wenn (i), kann die Steuerung (für die aktuelle Schleife) enden oder zu 950 zurückkehren. Wenn (ii), kann die Steuerung weitergehen zu 966. Wenn (iv), kann die Steuerung weitergehen zu 970. Wenn (iii), kann die Steuerung weitergehen zu 974. Bei 966 kann das Steuermodul 940 die Schaltfrequenz der Transistoren 918–921 auf Grundlage der Analyse der galvanisch getrennten Rückkopplung einstellen. Die Steuerung kann dann (für die aktuelle Schleife) enden oder zu 950 zurückkehren. Bei 970 kann das Steuermodul 940 die Schaltfrequenz der Transistoren 918–921 auf Grundlage der Analyse der galvanisch getrennten Rückkopplung einstellen. Bei 974 kann das Steuermodul 940 die variable Kondensatoranordnung 922 auf Grundlage der Analyse der galvanisch getrennten Rückkopplung einstellen. Zum Beispiel kann das Steuermodul 940 einen zusätzlichen Kondensator anschließen oder einen Kondensator abtrennen (d. h. N + 1 oder N – 1). Die Steuerung kann dann (für die aktuelle Schleife) enden oder zu 950 zurückkehren.
Speziell kann die galvanisch getrennte Rückkopplung eine digitale Ein-Bit-Information sein, und der primäre Resonatorschaltkreis wird eingeschaltet, wenn die galvanisch getrennte Rückkopplung (ON) einen ersten Zustand (d. h. High) aufweist. Die galvanisch getrennte Rückkopplung ON ist identisch mit dem Ausgang eines Reglerschaltkreises (z. B des hysteretischen Komparators 933) auf der anderen Seite der Trennbarriere. Die beiden Schwellwerte des Reglerschaltkreises sind etwas höher bzw. etwas niedriger (z. B um 10 mV) als die Referenzspannung. Die Analyse der galvanisch getrennten Rückkopplung ON basiert auf Bestimmen der Dauer des ersten (d. h. High-) Zustands und des zweiten (d. h. Low-) Zustands der galvanisch getrennten Rückkopplung ON (d. h. der Ein-Bit-Information). Das Taktsignal CLK ist erforderlich, um diese Zeitdauern zu messen, indem die Taktpulse (CLK) zwischen High-Low- und Low-High-Übergängen der galvanisch getrennten Rückkopplung ON gezählt werden. Der Term X(n) kann als Gütezahl für die Kondensatorwertoptimierung bezeichnet werden und entspricht (1/T_ON + 1/T_OFF). Daher sollte CLK für beste Genauigkeit eine ausreichend hohe Frequenz aufweisen.
Nun stellt unter Bezugnahme auf 9D ein Zeitdiagramm simulierte Ergebnisse des Abstimmens des Leistungsübertragungssystems von 9A dar. Eine horizontale Achse gibt die Zeit an, und eine vertikale Achse gibt drei Parameter an (von oben nach unten): Ausgangsspannung VDD_B, LC-Schwingkreis-Steuersignal ON und Steuer-Bussignal CAP<N:0> für die variable Kondensatoranordnung. Wie gezeigt, wird während eines ersten Ein-Zeitraums (T_ON) der Kondensator C_F 929 (innerhalb Grenzen, die einem Hysteresebereich V_HYS entsprechen) durch eine Differenz (I_X – I_LOAD) zwischen dem Ausgangsstrom I_X und einem durch die Last gezogenen Strom I_LOAD geladen. Galvanisch getrennte Rückkopplung wird erzeugt und analysiert. Auf Grundlage der analysierten galvanisch getrennten Rückkopplung kann das Steuermodul 940 (i) einen zusätzlichen Kondensator aus der variablen Kondensatoranordnung 922 anschließen, (ii) einen Kondensator aus der variablen Kondensatoranordnung 922 abtrennen oder (iii) nichts tun.
Während eines ersten Aus-Zeitraums (T_OFF) wird der Kondensator C_F 929 (innerhalb Grenzen, die dem Hysteresebereich V_HYS entsprechen) durch den durch die Last gezogenen Strom I_LOAD entladen. Während eines zweiten Ein-Zeitraums wird der Kondensator C_F 929 wieder durch eine Differenz (I_X – I_LOAD) zwischen dem Ausgangsstrom I_X und dem durch die Last gezogenen Strom I_LOAD geladen. Galvanisch getrennte Rückkopplung wird wieder erzeugt und analysiert. Auf Grundlage der analysierten galvanisch getrennten Rückkopplung kann das Steuermodul 940 wieder (i) einen zusätzlichen Kondensator aus der variablen Kondensatoranordnung 922 anschließen, (ii) einen Kondensator aus der variablen Kondensatoranordnung 922 abtrennen oder (iii) nichts tun.
Die weitreichenden Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen umgesetzt sein. Daher sollte, während diese Offenbarung besondere Beispiele enthält, der wahre Umfang der Offenbarung nicht so beschränkt sein, da andere Abänderungen dem erfahrenen Praktiker nach Studium der Zeichnung, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden.

Claims

Integrierte Schaltung (IC), umfassend: einen ersten Resonatorschaltkreis, der eine erste und eine zweite Induktivität enthält, wobei der erste Resonatorschaltkreis mit einer Versorgungsspannung verbunden ist; einen zweiten Resonatorschaltkreis, der eine dritte und eine vierte Induktivität enthält, wobei der zweite Resonatorschaltkreis an den ersten Resonatorschaltkreis angepasst ist; und eine Trennbarriere, die den ersten und den zweiten Resonatorschaltkreis trennt, wobei die erste und die zweite Induktivität induktiv mit der dritten bzw. der vierten Induktivität gekoppelt sind und dadurch Übertragung von Leistung vom ersten Resonatorschaltkreis über die Trennbarriere zum zweiten Resonatorschaltkreis vorsehen.
System nach Anspruch 1, wobei der erste Resonatorschaltkreis einen ersten Transistor enthält, der wahlweise den ersten Resonatorschaltkreis mit der Versorgungsspannung verbindet, wobei der erste Transistor durch ein erstes pulsbreitenmoduliertes (PWM-)Signal gesteuert ist.
System nach Anspruch 2, wobei der zweite Resonatorschaltkreis einen zweiten Transistor enthält, der wahlweise eine Ausgangsspannung einer Last zuführt, wobei der zweite Transistor durch ein zweites pulsbreitenmoduliertes (PWM-)Signal gesteuert ist, und wobei die Ausgangsspannung von einem Knoten zwischen der dritten und der vierten Induktivität bezogen wird, und wobei die Ausgangsspannung eine Höhe aufweist, die geringer oder gleich der Versorgungsspannung ist.
System nach Anspruch 1, wobei ein Knoten zwischen der ersten und der zweiten Induktivität an die Versorgungsspannung angeschlossen ist, wobei der erste Resonatorschaltkreis einen Schalter enthält, der wahlweise den Knoten mit einem Induktivitäts-Kondensator-(LC-)Schwingkreis im ersten Resonatorschaltkreis verbindet.
System nach Anspruch 4, wobei der zweite Resonatorschaltkreis eine Ausgangsspannung einer Last zuführt, wobei die Ausgangsspannung durch zwei Dioden parallel zur dritten und vierten Induktivität gleichgerichtet ist, und wobei die Ausgangsspannung vom Knoten zwischen den beiden Dioden bezogen ist.
System nach Anspruch 4, wobei der zweite Resonatorschaltkreis eine Ausgangsspannung einer Last zuführt, wobei die Ausgangsspannung von einem Knoten zwischen der dritten und vierten Induktivität bezogen ist.
System nach Anspruch 6, wobei der zweite Resonatorschaltkreis einen Reglerschaltkreis enthält, der galvanisch getrennte Rückkopplung auf Grundlage der Ausgangsspannung und einer Referenzspannung erzeugt, wobei die galvanisch getrennte Rückkopplung benutzt ist, um das Schalten im LC-Schwingkreis des ersten Resonatorschaltkreises zu steuern.
System für eine integrierte Schaltung (IC), wobei das System umfasst: einen ersten Resonatorschaltkreis, der eine erste und eine zweite Induktivität und eine variable Kondensatoranordnung enthält, wobei die variable Kondensatoranordnung eine Vielzahl von Kondensatoren enthält, die parallel zu einem Induktivitäts-Kondensator-(LC-)Schwingkreis im ersten Resonatorschaltkreis geschaltet sind, und wobei der erste Resonatorschaltkreis mit einer Versorgungsspannung verbunden ist; einen zweiten Resonatorschaltkreis, der eine dritte und eine vierte Induktivität enthält; eine Trennbarriere, die den ersten Resonatorschaltkreis vom zweiten Resonatorschaltkreis trennt, wobei die erste und die zweite Induktivität induktiv mit der dritten bzw. der vierten Induktivität gekoppelt sind und dadurch Übertragung von Leistung vom ersten Resonatorschaltkreis über die Trennbarriere zum zweiten Resonatorschaltkreis vorsehen; und ein Steuermodul, das den ersten Resonatorschaltkreis abstimmt, indem es mindestens eins aus (i) der variablen Kondensatoranordnung und (ii) einer Schaltfrequenz des LC-Schwingkreises auf Grundlage galvanisch getrennter Rückkopplung vom zweiten Resonatorschaltkreis steuert.
System nach Anspruch 8, wobei die Versorgungsspannung mit einem Knoten zwischen der ersten und der zweiten Induktivität verbunden ist.
System nach Anspruch 9, wobei der zweite Resonatorschaltkreis eine Ausgangsspannung einer Last zuführt, wobei die Ausgangsspannung von einem Knoten zwischen der dritten und vierten Induktivität bezogen ist.
System nach Anspruch 10, wobei die Ausgangsspannung durch zwei Dioden parallel zur dritten und vierten Induktivität gleichgerichtet wird, und wobei die Ausgangsspannung vom Knoten zwischen den beiden Dioden bezogen ist.
System nach Anspruch 10, wobei der zweite Resonatorschaltkreis einen hysteretischen Komparator enthält, der die galvanisch getrennte Rückkopplung auf Grundlage der Ausgangsspannung und einer Referenzspannung erzeugt.
System nach Anspruch 12, wobei das Steuermodul ein Frequenzsteuermodul enthält, das wahlweise eine Schaltfrequenz des LC-Schwingkreises auf Grundlage der galvanisch getrennten Rückkopplung steuert.
System nach Anspruch 12, wobei das Steuermodul ein Kapazitätssteuermodul enthält, das wahlweise die variable Kondensatoranordnung auf Grundlage der galvanisch getrennten Rückkopplung steuert.
System nach Anspruch 14, wobei das Kapazitätssteuermodul wahlweise einen Kondensator auf Grundlage der galvanisch getrennten Rückkopplung vom zweiten Resonatorschaltkreis mit der variablen Kondensatoranordnung verbindet oder davon abtrennt.
Verfahren zum Abstimmen eines Leistungsübertragungssystems, wobei das Verfahren umfasst: Übertragen von Leistung von einem ersten Resonatorschaltkreis über eine Trennbarriere zu einem zweiten Resonatorschaltkreis, wobei der erste Resonatorschaltkreis eine erste und eine zweite Induktivität enthält, die induktiv mit einer dritten und einer vierten Induktivität im zweiten Resonatorschaltkreis gekoppelt sind; Erzeugen galvanisch getrennter Rückkopplung auf Grundlage einer durch den zweiten Resonatorschaltkreis einer Last zugeführten Ausgangsspannung; und auf Grundlage der galvanisch getrennten Rückkopplung Steuern mindestens eines aus (i) einer Schaltfrequenz eines Induktivitäts-Kondensator-(LC-)Schwingkreises im ersten Resonatorschaltkreis und (ii) einer Kapazität des LC-Schwingkreises.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der erste Resonatorschaltkreis weiter eine Vielzahl von Transistoren enthält, eingerichtet, wahlweise den LC-Schwingkreis zu entladen, und wobei Steuern der Schaltfrequenz des LC-Schwingkreises auf Grundlage der galvanisch getrennten Rückkopplung Steuern der Schaltfrequenz der Vielzahl von Transistoren auf Grundlage der galvanisch getrennten Rückkopplung enthält.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der erste Resonatorschaltkreis weiter eine variable Kondensatoranordnung enthält, eingerichtet, eine variable Kapazität für den LC-Schwingkreis vorzusehen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei Steuern der Kapazität des LC-Schwingkreises auf Grundlage der galvanisch getrennten Rückkopplung Steuern der variablen Kondensatoranordnung auf Grundlage der galvanisch getrennten Rückkopplung enthält.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei Steuern der variablen Kondensatoranordnung auf Grundlage der galvanisch getrennten Rückkopplung Verbinden oder Trennen eines Kondensators mit/aus der variablen Kondensatoranordnung auf Grundlage der galvanisch getrennten Rückkopplung umfasst.