DE102014019855B3 - Digital gesteuerter Strommodus-Leistungswandler - Google Patents

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Abstract

Ein Strommodus-Wandler (100) weist eine Wandlerstufe (10) auf, die einen ersten Schalter (11), einen zweiten Schalter (12), eine Induktivität (13) und einen Kondensator (14) und einen Digital-Analog-Wandler (20) umfasst, der dazu ausgelegt ist, ein digitales Soll-Stromsignal in ein analoges Stromsignal umzuwandeln. Der Strommodus-Wandler (100) weist ferner eine Flankenkompensationsschaltung (30) auf, die mit dem Digital-Analog-Wandler (20) gekoppelt ist, und dazu ausgelegt ist, das analoge Soll-Stromsignal in ein flankenkompensiertes analoges Soll-Signal umzuwandeln. Ein Komparator (60) ist mit der Wandlerstufe (10) und der Flankenkompensationsstufe (30) gekoppelt und ist dazu ausgelegt, ein Signal zu erzeugen und auszugeben, wenn ein Wert eines analogen Ist-Signals gleich einem Wert des flankenkompensierten analogen Soll-Signals ist.

Description

  • ERFINDUNGSGEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft einen digital gesteuerten Strommodus-Leistungswandler, einen Strommodus-Wandler, einen Digital-Analog-Wandler und ein Verfahren zum digitalen Steuern eines Strommodus-Leistungswandlers.
  • HINTERGRUND
  • Die Leistungsversorgung und Spannungsregelung für Vorrichtungen, wie z.B. eine zentrale Verarbeitungseinheit, analoge/HF-Teilsysteme, einen Speicher, Systems-on-Chip oder Peripherielasten wird zu einer großen Herausforderung aufgrund der höheren Anforderungen an Rechner-, Steuerungs- und Kommunikationsplattformen. In den vergangenen Jahren hat sich ein steigender Bedarf hinsichtlich Leistungsversorgung und Leistungswandlern, die hohe dynamische Kenngrößen bieten, gezeigt. Eine wichtige Herausforderung bei Leistungsversorgungen ist die Ermöglichung eines schnellen Ansprechens auf starke Last- und Leitungsschwankungen. Zu diesem Zweck kann eine Strommodus-Steuermethode angewendet werden, bei der eine Stromrückkopplungsschaltung zusätzlich zu einer Spannungsrückkopplungsschaltung oder auch als die einzige Rückkopplungsschaltung vorgesehen ist.
  • Die Druckschrift US 7,772,810 B2 beschreibt eine Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung zum Umwandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung eines vorbestimmten Werts auf der Basis eines Schaltvorgangs, wobei der Schaltvorgang Schaltvorgangszyklen aufweist, wobei ein Schaltvorgangszyklus mindestens eine Schaltvorgangsphase umfasst, die durch ein Schaltsteuermittel gesteuert wird, und wobei der Schaltvorgang mindestens in einer ersten Schaltbetriebsart oder einer zweiten Schaltbetriebsart durchgeführt wird, wobei die erste Schaltbetriebsart eine Impulsbreiten-Modulationsart ist und der zweite Schaltbetrieb Impulsfrequenz-Modulationsart ist, wobei die Wandlerschaltung ferner ein Nachschlagetabellemittel umfasst, in dem eine Vielzahl von Daten gespeichert wird, wobei das Schaltsteuermittel bestimmte Daten aus der Vielzahl von Daten mit Bezug auf eine tatsächliche Schaltbetriebsart verwendet, in der die Wandlerschaltung betrieben wird, um kontinuierlich einen Anfang und ein Ende der mindestens einen Schaltvorgangsphase mit Bezug auf die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung zu justieren, wobei ferner die Daten eine vorbestimmte parabolische Signalform in der Impulsbreiten-Modulationsart definieren, wobei diese erzeugte parabolische Signalform proportional zur Eingangsspannung ist, wenn die Eingangsspannung höher als die Ausgangsspannung ist, und proportional zur Ausgangsspannung, wenn die Eingangsspannung kleiner als die Ausgangsspannung ist.
  • Die Publikation „A Digitally Controlled DC-DC Converter for SoC in 28nm CMOS“ von F. Kuttner in: 2011 IEEE International Solid-State Circuits Conference, San Francisco, 2011, S. 384-385 - ISSN 0193-6530, beschreibt ebenfalls eine digital gesteuerte Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung zum Umwandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung, wobei in der Wandlerschaltung verschiedene Regelungsmodi zum Einsatz kommen und neben einem PWM-(Pulsbreitenmodulation-)Hauptregelkreis auch eine Puls-Frequenz-Modulationsregelung (PFM) zum Einsatz kommen kann, in der ein zusätzlicher Komparator zur Bewertung der Ausgangsspannung verwendet wird.
  • Figurenliste
  • Die beiliegenden Zeichnungen sind vorgesehen, um ein besseres Verständnis der Offenbarung zu ermöglichen und sind in dieser Beschreibung enthalten und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen zeigen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Offenbarung. Weitere Varianten und zahlreiche der vorgesehenen Vorteile von Ausführungsformen werden schnell offensichtlich, wenn sie durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise relativ zueinander maßstabgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
    • 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines digital gesteuerten Strommodus-Leistungswandlers nach der Offenbarung.
    • 2a-2c zeigen beispielhafte Ausgangssignale von Digital-Analog-Wandlern nach der Offenbarung.
    • 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Digital-Analog-Wandlers für einen digital gesteuerten Strommodus-Wandler nach der Offenbarung.
    • 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Digital-Analog-Wandlers für einen digital gesteuerten Strommodus-Wandler nach der Offenbarung.
    • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum digitalen Steuern eines Strommodus-Leistungswandlers nach der Offenbarung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die Aspekte und Ausführungsformen werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen generell verwendet werden, um durchgehend gleiche Elemente zu bezeichnen. In der folgenden Beschreibung werden zum Zwecke der Erläuterung zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis eines oder mehrerer Aspekte der Offenbarung zu ermöglichen. Es ist für einen Fachmann auf dem Sachgebiet jedoch offensichtlich, dass ein oder mehrere Aspekte der Ausführungsformen mit einem geringeren Grad an spezifischen Details durchgeführt werden können. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form gezeigt, um das Beschreiben eines oder mehrerer Aspekte der Offenbarung zu vereinfachen. Es sei darauf hingewiesen, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch vom Schutzumfang der Offenbarung abgewichen wird. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen nicht maßstabgetreu oder nicht notwendigerweise maßstabgetreu sind.
  • Des Weiteren können offengelegte Merkmale oder Aspekte mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie es für eine vorgegebene oder spezielle Anwendung gewünscht und vorteilhaft sein kann. Die Ausdrücke „gekoppelt“ und „verbunden“, zusammen mit Ableitungen davon, können verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Ausdrücke verwendet werden können, um anzuzeigen, dass zwei Elemente zusammenwirken oder miteinander interagieren, und zwar unabhängig davon, ob sie in direktem physischen oder elektrischen Kontakt stehen oder sie nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. Die folgende detaillierte Beschreibung darf daher nicht als Einschränkung angesehen werden, und der Umfang der vorliegenden Offenbarung ist durch die beiliegenden Patentansprüche definiert.
  • Die folgende Offenbarung betrifft einen Leistungswandler. Es sei hiermit darauf hingewiesen, dass unterschiedliche Arten von Leistungswandlern verwendet werden können, wie z.B. Gleichstrom-Gleichstrom-Leistungswandlerschaltungen, wie Abwärtswandlerschaltungen, Aufwärtswandler oder Abwärts-/Aufwärtswandlerschaltungen, Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlerschaltungen oder Wechselstrom-Gleichstromwandlerschaltungen.
  • Stromgesteuerte Leistungswandler, wie z.B. DC-DC-Wandler, vergleichen ein charakteristisches Merkmal, wie z.B. den Spulenstrom, mit einem Schwellwertsignal, wie z.B. einem Schwellstrom, der von einem Steuerkreis abgegeben wird. Der Leistungswandler kann einen Satz von Transistoren enthalten. Er kann z.B. einen ersten Schalter, z.B. einen n-MOS-Transistor, einen zweiten Schalter, z.B. einen p-MOS-Transistor, eine Spule und einen Ausgangskondensator enthalten. Wenn der Schwellwert erreicht ist, wird der erste Transistorschalter abgeschaltet, und der zweite Transistorschalter wird eingeschaltet (bei dem Beispiel eines Aufwärtswandlers). Vor dem Erreichen des Schwellwerts steigt der Spulenstrom, und nach dem Erreichen des Schwellwerts rekonfigurieren die ersten und zweiten Schalter die Schaltung, und der Spulenstrom verringert sich.
  • 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines digital gesteuerten Strommodus-Leistungswandlers nach der Offenbarung. Der Leistungswandler 100 in 1 umfasst eine Leistungswandlerstufe 10, die als eine Aufwärtswandlerstufe implementiert sein kann, wie in 1 gezeigt ist. Die Leistungswandlerstufe 10 umfasst einen ersten Schalter 11, einen zweiten Schalter 12, eine Spule 13 und einen Ausgangskondensator 14. Eine Batteriespannung VB kann an ein Anschlussende der Spule 13 angelegt werden, und eine Ausgangsspannung V0 kann an einem Ausgang der Leistungswandlerstufe 10 erhalten werden. Der Leistungswandler 100 umfasst ferner einen Digital-Analog-Wandler 20, der einen Eingang und einen Ausgang umfasst und dazu ausgelegt ist, ein digitales Soll-Stromsignal am Eingang zu empfangen und ein analoges Soll-Stromsignal am Ausgang auszugeben. Der Digital-Analog-Wandler kann z.B. eine Breite von 8 Bit aufweisen.
  • Der Leistungswandler 100 umfasst ferner eine Flankenkompensationsschaltung 30, die einen ersten Eingang und einen Ausgang umfasst, wobei der erste Eingang mit dem Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 20 gekoppelt ist, um das analoge Soll-Stromsignal von diesem zu empfangen, und wobei die Flankenkompensationsschaltung 30 dazu ausgelegt ist, ein flankenkompensiertes analoges Soll-Stromsignal am Ausgang auszugeben. Die Flankenkompensationsschaltung 30 dient dem Zwecke der Verhinderung einer subharmonischen Oszillation bei der halben Schaltfrequenz durch Erzeugen eines Schwellstromwerts, der sich über den Schaltzyklus leicht verringert. Der Stromschwellwert wird zuerst mittels eines digitalen Schleifenfilters aus der Ausgangsspannung V0 berechnet, und zwar durch Umwandeln der analogen Ausgangsspannung V0 in einen digitalen Wert in dem Analog-Digital-Wandler 20 und anschließendes Berechnen des Stromschwellwerts in dem digitalen Kompensator 50, der z.B. als ein PID(Proportional-Integral-Derivativ)-Controller vorgesehen ist. Dann erzeugt der Digital-Analog-Wandler 20 einen konstanten Stromschwellwert in jedem Schaltzyklus. Mit der Flankenkompensationsschaltung 30 können dann subharmonische Oszillationen vermieden werden.
  • Der Leistungswandler 100 umfasst ferner einen Komparator 60, der einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang umfasst, wobei der erste Eingang mit der Leistungswandlerstufe 10 gekoppelt ist, um ein analoges Ist-Stromsignal von dieser zu empfangen, der zweite Eingang mit dem Ausgang der Flankenkompensationsschaltung 30 gekoppelt ist und der Komparator 60 dazu ausgelegt ist, ein spezifisches Signal auszugeben, wenn ein Wert des analogen Ist-Stromsignals gleich einem Wert des flankenkompensierten analogen Soll-Stromsignals ist.
  • Das spezifische Signal kann zu einem Controller 70 geliefert werden, der in Form einer endlichen Zustandsmaschine (FSM) implementiert sein kann. Der Controller 70 kann außerdem dazu ausgelegt sein, die Steuersignale für die ersten und zweiten Schalter 11 und 12 zu erzeugen und zu liefern.
  • Der Leistungswandler 100 umfasst ferner einen Zeitgeber 80, der als ein ultragrober digitaler Impulsbreitenmodulator (DPWM) implementiert sein kann. Der Zeitgeber 80 liefert ein Steuersignal zu dem digitalen Kompensator 50 und eine Schaltfrequenz zu dem Controller 70. Der Zeitgeber kann außerdem verwendet werden, um eine minimale Ein-Zeit oder eine minimale Aus-Zeit eines der Schalter in der Wandlerstufe 10 sicherzustellen.
  • Der Leistungswandler 100 kann ferner einen Spannungsregelkreis umfassen, der einen weiteren Komparator 90 umfasst, welcher die analoge Ausgangsspannung V0 empfängt und diese mit einer Sollspannung vergleicht. Ein Ausgangssignal in Form eines PFM(Impulsfrequenzmodulations)-Signals kann zu einem Eingang des Controllers 70 geliefert werden. Der Spannungsregelkreis ist jedoch nur optional vorgesehen und kann entfallen.
  • 2a zeigt ein beispielhaftes Ausgangssignal eines Digital-Analog-Wandlers ohne Flankenkompensation. Das Ausgangssignal ist ein stückweise konstantes Signal, d.h. eine Abtast- und Halteversion eines diskreten Zeitsignals. Ein gewünschtes Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers ist in 2b gezeigt. Es besteht aus der stückweise konstanten Komponente wie in 2a und einer kontinuierlichen Zeitrampenkomponente. Mit einem Ausgangssignal wie diesem ist eine Flankenkompensation möglich, somit kann eine subharmonische Oszillation vermieden werden. 2c zeigt eine Variante von 2b, wobei die kontinuierliche Zeitrampe nur in einem auswählbaren Teilintervall des Schaltzyklus addiert wird. Dies kann sinnvoll sein, wenn z.B. eine starke Rampe gewünscht ist. Bei einer alternativen Implementierung kann die kontinuierliche Rampe durch eine andere kontinuierliche Wellenform, wie z.B. eine kubische oder exponentielle Wellenform, ersetzt werden.
  • 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Digital-Analog-Wandlers für einen Leistungswandler nach der Offenbarung. In dem Blockschaltbild in 3 sind nur ein Teil eines Leistungswandlers und einer Wandlerstufe, wie der in 1 gezeigten, dargestellt. Die in 3 gezeigte Schaltung umfasst eine Leistungswandlerstufe 10, die einen ersten Schalter 11, einen zweiten Schalter 12 und eine Induktivität 13 umfasst. Die Leistungswandlerstufe 10 umfasst ferner einen (nicht gezeigten) Ausgangskondensator. Der erste Schalter 11 kann aus einem n-MOS-Transistor gebildet sein, und der zweite Schalter 12 kann aus einem p-MOS-Transistor gebildet sein. Eine Batteriespannung Vb kann an ein Anschlussende der Induktivität 13 angelegt werden.
  • Die Schaltung in 3 umfasst ferner einen Digital-Analog-Wandler (DAC) 20 (ersten Teil-DAC), eine Flankenkompensationsschaltung 30 und einen Komparator 40. Ferner kann der Leistungswandler in 3 weitere Komponenten umfassen, die in 1 gezeigt sind und die hier der Einfachheit halber nicht gezeigt sind. Der DAC 20, die Flankenkompensationsschaltung 30 und der Komparator 40 können auf die gleiche Weise wie in 1 gezeigt mit diesen weiteren Komponenten verbunden sein.
  • Die Flankenkompensationsschaltung 30 umfasst einen Eingang und einen Ausgang, wobei der Eingang mit dem Ausgang des DAC 20 gekoppelt ist, um das analoge Soll-Stromsignal von diesem zu empfangen, und wobei der Ausgang mit einem ersten Eingang des Komparators 40 gekoppelt ist. Die Flankenkompensationsschaltung 30 ist dazu ausgelegt, ein flankenkompensiertes analoges Soll-Stromsignal zu erzeugen und das flankenkompensierte analoge Soll-Stromsignal dem Ausgang zuzuführen. Die Flankenkompensationsschaltung 30 umfasst eine Stromquelle 31 (zweiten Teil-DAC), einen ersten Schalter 32, einen Kondensator 34 und einen zweiten Schalter 35. Der erste Schalter 32 führt die Funktion einer nachgebildeten Vorrichtung des ersten Schalters 11 der Leistungswandlerstufe 10 aus, was bedeutet, dass der erste Schalter 11 der Leistungswandlerstufe 10 und der erste Schalter 32 der Flankenkompensationsschaltung 30 ein vorbestimmtes Verhältnis von Widerstandswerten aufweisen. Außerdem sind die Steuerelektroden der beiden Schalter 11 und 32 mit ein und demselben Signal gekoppelt. Der erste Schalter 32 ist ferner zwischen dem DAC 20 und der Masse gekoppelt. Der erste Schalter 32 kann einen Transistor umfassen, kann jedoch auch einen Widerstand umfassen, der den Strom des DAC 20 in eine Spannung umwandelt. Der Kondensator 34 umfasst einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss mit einem Knotenpunkt zwischen dem DAC 20 und dem ersten Schalter 32 gekoppelt ist und der zweite Anschluss mit der Stromquelle 31 gekoppelt ist. Die Flankenkompensationsschaltung 30 umfasst ferner einen zweiten Schalter 35, der als ein Rücksetzschalter fungiert, welcher während der Schaltperiode geöffnet wird und welcher geschlossen wird, wenn das Ende der Schaltperiode erreicht ist, um den Kondensator 34 zu entladen, so dass zu Beginn der folgenden Schaltperiode eine neue Rampe erzeugt werden kann. Zu Beginn jeder Schaltperiode erzeugt der DAC 20 einen analogen Soll-Strom aus einem digitalen Soll-Strom und injiziert einen Strom I1 in den ersten (nachgebildeten) Schalter 32. Dann dient ein kombinierter Effekt der Stromquelle 31 und des Kondensators 34 zum Subtrahieren eines Rampensignals von der Spannung, die über dem ersten Schalter 32 gemessen oder abgeführt wird, und zum Zuführen des daraus resultierenden Signals zum Ausgang der Flankenkompensationsschaltung 30. Die Stärke oder Höhe der Rampe kann von der Stromquelle 31 gesteuert werden, die als eine anpassbare Stromquelle 31 ausgelegt sein kann. Insbesondere kann die Stromquelle 31 auch in Form eines Digital-Analog-Wandlers (DAC) (zweiter Teil-DAC) ausgelegt sein, der in diesem Fall eine Breite von 2 oder 3 Bit aufweist. Bei einer alternativen Ausführungsform werden weder der Schalttransistor 11 noch sein nachgebildeter Transistor 32 für die Strommessung verwendet. Stattdessen werden zweckbestimmte Messvorrichtungen, wie z.B. Messwiderstände, verwendet.
  • Unter der Annahme, dass ein Strom I1 von dem DAC 20 durch den ersten Schalter 32 zur Masse fließt, der erste Schalter 32 einen Widerstand R aufweist, der Kondensator 34 eine Kapazität C aufweist und die Stromquelle 31 einen Strom I2 aufnimmt, entwickelt sich dann die Spannung über den Kondensator 34 wie 1/C × I2 × t und die dem Ausgang der Flankenkompensationsschaltung 30 zugeführte Ausgangsspannung entwickelt sich wie R (I1 - I2) - 1/C × I2 × t.
  • Die Stromquelle 31 kann außerdem so betrieben werden, dass die Rampe später in diesem Schaltzyklus addiert wird, d.h. nicht von Beginn an. Ein solches Beispiel ist in dem Zeitdiagramm in 2c gezeigt. Bei einer Ausführungsform wird die Flanke vor einer überschlägig ermittelten Zeitinstanz der Gleichheit des analogen Soll-Stroms und des Ist-Stroms aktiviert.
  • 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Digital-Analog-Wandlers 350 für einen Leistungswandler nach der Offenbarung. Der Digital-Analog-Wandler 350 in 4 ist auf die gleiche Weise zu verstehen wie der Leistungswandler in 1, wobei einige Elemente der Einfachheit halber in 4 nicht gezeigt sind. Der Digital-Analog-Wandler 350 in 4 umfasst eine Leistungswandlerstufe 10, die einen ersten Schalter 11, einen zweiten Schalter 12 und eine Induktivität 13 umfasst, wobei der Ausgangskondensator nicht gezeigt ist. Der Digital-Analog-Wandler 350 in 4 umfasst ferner einen DAC 320 (ersten Teil-DAC) und eine Flankenkompensationsschaltung 330. Der Leistungswandler umfasst ferner einen Komparator 340. Die Flankenkompensationsschaltung 330 umfasst eine Stromquelle 331 (zweiten Teil-DAC), ein nachgebildetes Element, z.B. einen ersten Schalter 332, einen Spannungs-Strom-Wandler 333, einen Kondensator 334, einen zweiten Schalter 335 und einen dritten Schalter 336. Der DAC 320 ist mit dem DAC 20 in 3 vergleichbar, und er injiziert einen Strom in den ersten Schalter 332, der als eine nachgebildete Vorrichtung mit Bezug auf den ersten Schalter 11 der Leistungswandlerstufe 10 fungiert. Auch hier kann der erste Schalter 11 einen Transistor oder einen Widerstand umfassen, um den Strom des DAC 320 in eine Spannung umzuwandeln. Dann wird durch einen kombinierten Effekt zwischen der Stromquelle 331, dem Kondensator 334 und dem Spannungs-Strom-Wandler 333 eine Stromrampe erzeugt, die zu dem analogen Strom, wie er von dem DAC 320 geliefert wird, addiert oder von diesem subtrahiert werden kann. Der zweite Schalter 335 dient zum Rücksetzen der Schaltung am Ende eines Schaltzyklus. Der dritte Schalter 336 deaktiviert die Stromquelle 331 während dieser Rücksetzphase. Der daraus resultierende Strom IDAC - IRAMP erzeugt einen Spannungsabfall über die nachgebildete Vorrichtung 332, der zu einem ersten Eingang des Komparators 340 geliefert wird, wobei der Spulenstrom, der durch die Induktivität 13 der Leistungswandlerstufe 10 fließt, zu einem zweiten Eingang des Komparators 340 geliefert wird. Sobald die zwei in den Komparator 340 eingegebenen Signale gleich sind, wird ein Ausgangssignal erzeugt und zu dem Controller 70 geliefert, der mit einem Schließen des ersten Schalters 11 reagiert.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum digitalen Steuern eines Strommodus-Leistungswandlers. Das Verfahren 400 in 5 umfasst das Bereitstellen einer Leistungswandlerstufe bei 410, das Umwandeln eines digitalen Soll-Stromsignals in ein analoges Soll-Stromsignal bei 420 und das Umwandeln des analogen Soll-Stromsignals in ein flankenkompensiertes analoges Soll-Stromsignal bei 430. Das Verfahren umfasst ferner das Vergleichen eines Parameters, der für ein analoges Ist-Stromsignal, das aus der Leistungswandlerstufe erhalten wird, repräsentativ ist, mit einem Parameter, der für das flankenkompensierte analoge Soll-Stromsignal repräsentativ ist, bei 440 und das Erzeugen eines Signals, wenn ein Wert des analogen Ist-Stromsignals gleich einem Wert des flankenkompensierten analogen Soll-Stromsignals ist, bei 450.
  • Das digitale Soll-Stromsignal kann von einer Messung einer Ausgangsspannung der Leistungswandlerstufe abgeleitet werden.
  • Der Parameter, der für ein analoges Ist-Stromsignal repräsentativ ist, kann das analoge Ist-Stromsignal selbst oder eine Spannung sein, die für das analoge Ist-Stromsignal repräsentativ ist, und der Parameter, der für das flankenkompensierte analoge Soll-Stromsignal repräsentativ ist, kann das flankenkompensierte analoge Soll-Stromsignal selbst oder eine Spannung sein, die für das flankenkompensierte Soll-Stromsignal repräsentativ ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Umwandeln des analogen Soll-Stromsignals in ein flankenkompensiertes analoges Soll-Signal das Verringern oder Erhöhen eines Werts des analogen Soll-Stromsignals. Insbesondere umfasst es das Erzeugen eines Rampen-Stromsignals, was z.B. durch Laden eines Kondensators mittels einer Stromquelle erfolgen kann. Die Stromquelle kann als eine anpassbare Stromquelle implementiert sein, insbesondere in Form eines Digital-Analog-Wandlers.
  • Obwohl die Offenbarung mit Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen dargestellt und beschrieben worden ist, können Veränderungen und/oder Modifikationen an den dargestellten Beispielen durchgeführt werden, ohne dass dadurch vom Wesen und Schutzumfang der beiliegenden Patentansprüche abgewichen wird. Insbesondere hinsichtlich der verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Bauteilen oder Strukturen (Anordnungen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systemen etc.) durchgeführt werden, müssen, sofern nichts anderes angegeben ist, die Ausdrücke (einschließlich eines Bezugs auf ein „Mittel“), die verwendet werden, um solche Bauteile zu beschreiben, jedem anderen Bauteil oder jeder anderen Struktur entsprechen, die die spezifizierte Funktion des beschriebenen Bauteils durchführt (z.B. diesem funktionell äquivalent ist), selbst wenn sie der offenbarten Struktur, die die Funktion bei den hier dargestellten beispielhaften Implementierungen der Offenbarung durchführt, nicht strukturell äquivalent sind.

Claims (12)

  1. Digital gesteuerter Strommodus-Leistungswandler (100), umfassend: eine Leistungswandlerstufe (10) umfassend einen ersten Schalter (11), eine Induktivität (13) und einen Kondensator (14) ; einen Analog-Digital-Wandler (40), der einen Eingang und einen Ausgang umfasst und dazu ausgelegt ist, eine analoge Ausgangsspannung (V0) zu empfangen und eine digitale Ausgangsspannung auszugeben, wobei der Eingang mit einem Ausgang der Leistungswandlerstufe (10) gekoppelt ist; eine DAC-Schaltung (50, 20, 30), die einen Eingang und einen Ausgang umfasst und dazu ausgelegt ist, ein flankenkompensiertes analoges Soll-Stromsignal zu erzeugen, wobei der Eingang mit dem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers (40) gekoppelt ist; einen Komparator (60), der einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang umfasst, wobei der erste Eingang mit der Leistungswandlerstufe (10) gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, ein analoges Ist-Stromsignal von dieser zu empfangen, der zweite Eingang mit einem Ausgang der DAC-Schaltung (50, 20, 30) gekoppelt ist, und der Komparator (60) dazu ausgelegt ist, ein spezifisches Signal auszugeben, wenn ein Wert des analogen Ist-Stromsignals gleich einem Wert des flankenkompensierten analogen Soll-Stromsignals ist; und einen Controller (70), der einen Eingang, der mit einem Ausgang des Komparators (60) gekoppelt ist, und einen Ausgang umfasst, der mit einem Gate-Anschluss des ersten Schalters (11) gekoppelt ist, und der dazu ausgelegt ist, das spezifische Signal von dem Komparator (60) zu empfangen und den ersten Schalter (11), abhängig von dem spezifischen Signal, anzutreiben; dadurch gekennzeichnet, das s die DAC-Schaltung (50, 20, 30) dazu ausgelegt ist, das flankenkompensierte analoge Soll-Stromsignal unabhängig von dem analogen Ist-Stromsignal zu erzeugen.
  2. Digital gesteuerter Strommodus-Leistungswandler (100) nach Anspruch 1, bei welchem die DAC-Schaltung (50, 20, 30) eine Flankenkompensationseinheit (30) umfasst.
  3. Digital gesteuerter Strommodus-Leistungswandler (100) nach Anspruch 2, bei welchem die DAC-Schaltung (50, 20, 30) dazu ausgelegt ist, von dem Analog-Digital-Wandler ein Ausgangssignal zu empfangen und ein Zwischensignal zu erzeugen, wobei die Flankenkompensationseinheit (30) dazu ausgelegt ist, eine negative Kompensationsrampe zu dem Zwischensignal zu addieren.
  4. Digital gesteuerter Strommodus-Leistungswandler (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner umfasst: einen Komparator (90), der einen Eingang aufweist, der dazu ausgelegt ist, die analoge Ausgangsspannung zu empfangen und die analoge Ausgangsspannung (V0) mit einer Referenzspannung zu vergleichen.
  5. Verfahren zum digitalen Steuern eines Strommodus-Leistungswandlers (100), wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Leistungswandlerstufe (10), die einen ersten Schalter (11), eine Induktivität (13) und einen Kondensator (14) umfasst; Umwandeln einer analogen Ausgangsspannung (V0) der Leistungswandlerstufe (10) in eine digitale Ausgangsspannung; Erzeugen eines flankenkompensierten analogen Soll-Stromsignals aus der digitalen Ausgangsspannung unabhängig von dem analogen Ist-Stromsignal; Empfangen eines analogen Ist-Stromsignals von der Leistungswandlerstufe (10), Vergleichen eines Wertes des von der Leistungswandlerstufe (10) erhaltenen analogen Ist-Stromsignals mit einem Wert des flankenkompensierten analogen Soll-Stromsignals; und Ausgeben eines spezifischen Signals, wenn ein Wert des analogen Ist-Stromsignals gleich einem Wert des flankenkompensierten analogen Soll-Stromsignals ist; und Empfangen des spezifischen Signals und Antreiben des ersten Schalters abhängig von dem spezifischen Signal.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, umfassend Erzeugen des flankenkompensierten analogen Soll-Stromsignals umfassend Erzeugen eines Zwischensignals aus der digitalen Ausgangsspannung.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, umfassend Addieren einer negativen Kompensationsrampe zu dem Zwischensignal.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, umfassend Vergleichen einer Ausgangsspannung (V0) der Leistungswandlerstufe (10) mit einer Referenzspannung.
  9. Digital gesteuerter Strommodus-Leistungswandler (100), der umfasst: eine Leistungswandlerstufe (10) umfassend einen ersten Schalter (11), eine Induktivität (13) und einen Kondensator (14) ; Mittel (40) zum Konvertieren einer analogen Ausgangsspannung (V0) der Leistungswandlerstufe (10) in eine digitale Ausgangsspannung; Mittel (50, 20, 30) zum Erzeugen eines flankenkompensierten analogen Soll-Stromsignals aus der digitalen Ausgangsspannung unabhängig von dem analogen Ist-Stromsignal; Mittel (60) zum Empfangen eines analogen Ist-Stromsignals von der Leistungswandlerstufe (10), Mittel (60) zum Vergleichen eines Wertes des von der Leistungswandlerstufe (10) erhaltenen analogen Ist-Stromsignals mit einem Wert des flankenkompensierten analogen Soll-Stromsignals; und Mittel (60) zum Ausgeben eines spezifischen Signals, wenn ein Wert des analogen Ist-Stromsignals gleich einem Wert des flankenkompensierten analogen Soll-Stromsignals ist; und Mittel (70) zum Empfangen des spezifischen Signals und Antreiben des ersten Schalters abhängig von dem spezifischen Signal.
  10. Digital gesteuerter Strommodus-Leistungswandler (100) nach Anspruch 9, bei welchem die Mittel (50, 20, 30) zum Erzeugen des flankenkompensierten analogen Soll-Stromsignals Mittel zum Erzeugen eines Zwischensignals aus der digitalen Ausgangsspannung umfassen.
  11. Digital gesteuerter Strommodus-Leistungswandler (100) nach Anspruch 10, ferner umfassend Mittel (30) zum Addieren einer negativen Kompensationsrampe zu dem Zwischensignal.
  12. Digital gesteuerter Strommodus-Leistungswandler (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner umfassend Mittel (90) zum Vergleichen einer Ausgangsspannung (V0) der Leistungswandlerstufe mit einer Referenzspannung.
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