DE102014218792A1 - Output current measurement of switched converters in PFM mode - Google Patents

Output current measurement of switched converters in PFM mode Download PDF

Info

Publication number
DE102014218792A1
DE102014218792A1 DE102014218792.3A DE102014218792A DE102014218792A1 DE 102014218792 A1 DE102014218792 A1 DE 102014218792A1 DE 102014218792 A DE102014218792 A DE 102014218792A DE 102014218792 A1 DE102014218792 A1 DE 102014218792A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pfm
pulses
pulse
output current
power converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102014218792.3A
Other languages
German (de)
Inventor
c/o Dialog Semiconducto Gambetta Pietro Gabriele
c/o Dialog Semiconductor GmbH Dahan Nir
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dialog Semiconductor UK Ltd
Original Assignee
Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dialog Semiconductor UK Ltd filed Critical Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority to DE102014218792.3A priority Critical patent/DE102014218792A1/en
Publication of DE102014218792A1 publication Critical patent/DE102014218792A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009Devices or circuits for detecting current in a converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen des Ausgangsstroms Iout eines geschalteten Leistungswandlers, der in einem Pulsfrequenzmodulation(PFM – pulse frequency modulation)-gesteuerten Modus arbeitet, weist auf: – Bestimmen einer Pulsbreite von zumindest einem PFM-Puls zum Ansteuern eines Schaltelements der Leistungswandlers; und – Bestimmen des Ausgangsstroms Iout basierend auf der bestimmten Pulsbreite und auf dem maximalen Spulenstrom Imax des Leistungswandlers, wenn in dem PFM-gesteuerten Modus, wobei das Bestimmen einer Pulsbreite ein Zählen einer Anzahl von Pulsen Ncount eines Referenztakts während des zumindest einen PFM-Pulses in zumindest einem PFM-Zyklus aufweist.A method for determining the output current Iout of a switched power converter operating in a pulse frequency modulation (PFM) controlled mode comprises: determining a pulse width of at least one PFM pulse for driving a switching element of the power converter; and determining the output current Iout based on the determined pulse width and on the maximum coil current Imax of the power converter when in the PFM controlled mode, wherein determining a pulse width comprises counting a number of pulses Ncount of a reference clock during the at least one PFM pulse in FIG having at least one PFM cycle.

Description

Hintergrundbackground

Dieses Dokument betrifft die Messung eines Ausgangsstroms, vorgesehen durch einen geschalteten Leistungswandler, wie zum Beispiel ein Abwärts- bzw. Buck-Wandler.This document relates to the measurement of an output current provided by a switched power converter, such as a buck converter.

Verfahren und Vorrichtungen nach dem Stand der Technik zur Messung des Ausgangsstroms eines Leistungswandlers weisen eine Gleichstrommessung an dem Ausgangsverbinder des Leistungswandlers auf durch zum Beispiel Messen eines Spannungsabfalls an einer Durchlassvorrichtung oder durch Vorsehen eines Widerstands in Serie mit der Wandlerspule. Eine derartige Messung beeinflusst jedoch den Strom, der zu Vorrichtungen geliefert wird, die mit dem Leistungswandler verbunden sind, und benötigt Energie.Prior art methods and apparatus for measuring the output current of a power converter include a DC measurement at the output connector of the power converter by, for example, measuring a voltage drop across a pass device or by providing a resistor in series with the converter coil. However, such a measurement affects the power supplied to devices connected to the power converter and requires power.

Es besteht somit eine Notwendigkeit, eine genaue und effiziente Messung des Ausgangsstroms eines geschalteten Wandlers vorzusehen.There is thus a need to provide accurate and efficient measurement of the output current of a switched converter.

ZusammenfassungSummary

Gemäß einem Aspekt weist ein Verfahren zum Bestimmen des Ausgangsstroms Iout eines geschalteten Leistungswandlers, der in einem Pulsfrequenzmodulation(PFM – pulse frequency modulation)-gesteuerten Modus arbeitet, auf ein Bestimmen einer Pulsbreite von zumindest einem PFM-Puls und ein Bestimmen des Ausgangsstroms Iout basierend auf der bestimmten Pulsbreite und auf dem maximalen Spulenstrom Imax des Leistungswandlers, wenn in dem PFM-gesteuerten Modus, in dem der PFM-Puls zum Ansteuern eines Schaltelements der Leistungswandlers verwendet wird. Dabei weist ein Bestimmen einer Pulsbreite auf ein Zählen einer Anzahl N von Pulsen eines Referenztakts während des zumindest einen PFM-Pulses in zumindest einem PFM-Zyklus. Aus der Pulsbreite und dem maximalen Pulsstrom kann der während des PFM-Pulses gelieferte Strom bestimmt werden, ohne die Notwendigkeit, Strommessungen vorzusehen. Dabei kann die bestimmte PFM-Pulsbreite durch die Länge eines PFM-Zyklus geteilt werden, um einen PFM-Arbeitszyklus zu bestimmen, der verwendet werden kann zum Bestimmen eines durchschnittlichen Spulenstroms während eines vollständigen PFM-Zyklus. Somit kann der Ausgangsstrom Iout des Leistungswandlers ohne Unterbrechung bzw. Störung des Stroms bestimmt werden, der von dem geschalteten Wandler an seine Last geliefert wird, zum Beispiel eine andere Vorrichtung. Es sollte angemerkt werden, dass der Ausgangsstrom, der unter Verwendung dieses Verfahrens bestimmt wird, einen durchschnittlichen Ausgangsstrom repräsentiert, der über eine vorgegebene Messzeit T gemittelt wird, wobei die Messzeit T zumindest einen PFM-Zyklus mit einem PFM-Puls umfasst.According to one aspect, a method of determining the output current I out of a switched power converter operating in a pulse frequency modulation (PFM) controlled mode comprises determining a pulse width of at least one PFM pulse and determining the output current I out based on the determined pulse width and on the maximum coil current I max of the power converter when in the PFM controlled mode in which the PFM pulse is used to drive a switching element of the power converter. In this case, determining a pulse width comprises counting a number N of pulses of a reference clock during the at least one PFM pulse in at least one PFM cycle. From the pulse width and maximum pulse current, the current delivered during the PFM pulse can be determined without the need to provide current measurements. The particular PFM pulse width may be divided by the length of a PFM cycle to determine a PFM duty cycle that may be used to determine an average coil current during a complete PFM cycle. Thus, the output current I out of the power converter can be determined without interrupting the current supplied by the switched converter to its load, for example another device. It should be noted that the output current determined using this method represents an average output current averaged over a given measurement time T, the measurement time T comprising at least one PFM cycle with a PFM pulse.

Gemäß Ausführungsbeispielen erfolgt das Zählen einer Anzahl von Referenzpulsen während der gegebenen Messzeit T. Der Referenztakt kann mit einer Taktfrequenz f arbeiten. Der Ausgangsstrom Iout kann dann bestimmt werden basierend auf dem maximalen Spulenstrom Imax, der gezählten Anzahl von Pulsen Ncount, der Taktfrequenz f und der Messzeit T. Somit kann der Ausgangsstrom basierend auf Messwerten bestimmt werden, die einfach während der Operation des geschalteten Leistungswandlers gemessen oder bestimmt werden können, unter Verwendung von einfachen Zeitmessungen, die durch Zählen der Pulse eines Referenztakts durchgeführt werden.According to embodiments, the counting of a number of reference pulses during the given measurement time T. The reference clock can operate at a clock frequency f. The output current I out can then be determined based on the maximum coil current I max , the counted number of pulses N count , the clock frequency f, and the measurement time T. Thus, the output current can be determined based on measurements simply taken during the switched power converter operation can be measured or determined using simple time measurements made by counting the pulses of a reference clock.

Dabei kann der Ausgangsstrom Iout basierend auf dem maximalen Spulenstrom Imax mal dem Verhältnis der gezählten Anzahl von Pulsen Ncount über dem Produkt aus Taktfrequenz f und Messzeit T bestimmt werden. Somit kann der Ausgangsstrom Iout berechnet werden als

Figure DE102014218792A1_0002
In this case, the output current I out can be determined based on the maximum coil current I max times the ratio of the counted number of pulses N count over the product of clock frequency f and measurement time T. Thus, the output current I out can be calculated as
Figure DE102014218792A1_0002

Somit kann der Ausgangsstrom Iout während einer gegebenen Messzeit T bestimmt werden unter Verwendung des bekannten Werts von Imax für einen gegebenen Leistungswandler und unter Verwendung der bekannten Frequenz f des Referenztakts.Thus, the output current I out can be determined during a given measurement time T using the known value of I max for a given power converter and using the known frequency f of the reference clock.

Die Messzeit T kann ebenfalls unter Verwendung einer Anzahl Ntotal von Taktpulsen des Referenztakts bestimmt werden. Somit kann die Messzeit Tals T = Ntotal/f ausgedrückt werden, so dass:

Figure DE102014218792A1_0003
The measurement time T can also be determined using a number N total of clock pulses of the reference clock. Thus, the measurement time Tals T = N total / f can be expressed such that:
Figure DE102014218792A1_0003

In Ausführungsbeispielen kann die Messzeit T einem ganzzahligen Vielfachen der Referenztaktperiode entsprechen, wobei das Vielfache eine Potenz von 2 ist, Ntotal = 2n, so dass die Division der Anzahl Ncount der gezählten Pulse durch die Gesamtanzahl Ntotal von Referenztaktpulsen während der Messzeit T als eine einfache Verschiebe-Operation durchgeführt werden kann. Somit ist die Rechenkomplexität zum Berechnen des Verhältnisses der Anzahl Ncount von gezählten Taktpulsen geteilt durch die Gesamtanzahl Ntotal der Taktpulse während der Messzeit T reduziert. Der Ausgangsstrom Iout kann somit in einer sehr einfachen Rechenweise berechnet werden: die gezählte Anzahl Ncount von Taktpulsen wird um die vorgegebene Anzahl von Bits verschoben, wobei die Verschieben-Operation der Division Ncount/Ntotal entspricht, und der verschobene Wert wird dann mit einer bekannten Konstante multipliziert, die der Multiplikation mit Imax/2 entspricht.In embodiments, the measurement time T may correspond to an integer multiple of the reference clock period, where the multiple is a power of 2, N total = 2 n , such that the division of the number N count of the counted pulses by the total number N total of reference clock pulses during the measurement time T as a simple move operation can be performed. Thus, the computational complexity for calculating the ratio of the number N count of counted clock pulses divided by the total number N total of the clock pulses during the measurement time T is reduced. The output current I out can thus be calculated in a very simple way: the counted number N count of clock pulses is shifted by the predetermined number of bits, the shift operation corresponding to the division N count / N total , and the shifted value then becomes multiplied by a known constant corresponding to the multiplication by I max / 2.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst eine Vorrichtung zum Bestimmen des Ausgangsstroms Iout eines geschalteten Leistungswandlers, der in einem Pulsfrequenzmodulation(PFM – pulse frequency modulation)-gesteuerten Modus arbeitet, einen Referenztaktgeber zum Erzeugen von Zählpulsen mit einer Frequenz f und eine Zähleinheit zum Bestimmen einer Pulsbreite von zumindest einem PFM-Puls. Dabei wird ein Schaltelement des Leistungswandlers durch den zumindest einen PFM-Puls angesteuert. Typischerweise wird während des PFM-Pulses zumindest ein Schaltelement des Leistungswandlers EIN-geschaltet. Die Zähleinheit zählt eine Anzahl Ncount von Zählpulsen des Referenztakts während des zumindest einen PFM-Pulses in zumindest einem PFM-Zyklus. Die Vorrichtung weist weiter eine Berechnungseinheit auf zum Bestimmen des Ausgangsstroms Iout basierend auf der bestimmten PFM-Pulsbreite (zum Beispiel basierend auf der Anzahl Ncount von gezählten Referenztaktpulsen) in dem zumindest einen PFM-Zyklus und auf dem maximalen Spulenstrom Imax des Leistungswandlers, wenn in dem PFM-gesteuerten Modus. Dabei kann die bestimmte PFM-Pulsbreite durch die Länge des PFM-Zyklus geteilt werden, um ein „Ein/Aus-Verhältnis” des Spulenstroms während des PFM-gesteuerten Modus zu bestimmen. Somit führt die Vorrichtung eine Strommessung durch Zählen von Pulsen eines Referenztakts durch, d. h. ohne die Notwendigkeit zum direkten Messen von Strömen des geschalteten Leistungswandlers. Somit kann der Ausgangsstrom Iout des geschalteten Leistungswandlers ohne Einfluss auf die Ausgangsleistung und ohne Unterbrechung der Energieversorgung des Leistungswandlers zu anderen Vorrichtungen gemessen werden. Da der Energieverbrauch von Taktgebern und Zählern im Allgemeinen niedrig ist, bestimmt die Vorrichtung den Ausgangsstrom Iout des geschalteten Leistungswandlers, während sehr wenig Energie für die Messung verbraucht wird.According to another aspect, an apparatus for determining the output current I out of a switched power converter operating in a pulse frequency modulation (PFM) controlled mode comprises a reference clock for generating count pulses having a frequency f and a counting unit for determining a pulse width of at least one PFM pulse. In this case, a switching element of the power converter is driven by the at least one PFM pulse. Typically, at least one switching element of the power converter is turned ON during the PFM pulse. The counting unit counts a number N count of count pulses of the reference clock during the at least one PFM pulse in at least one PFM cycle. The apparatus further comprises a calculation unit for determining the output current I out based on the determined PFM pulse width (for example, based on the number N count of counted reference clock pulses) in the at least one PFM cycle and on the maximum coil current I max of the power converter. when in the PFM controlled mode. In this case, the determined PFM pulse width can be divided by the length of the PFM cycle to determine an "on / off ratio" of the coil current during the PFM controlled mode. Thus, the device performs current measurement by counting pulses of a reference clock, ie without the need to directly measure currents of the switched power converter. Thus, the output current I out of the switched power converter can be measured without affecting the output power and without interrupting the power supply of the power converter to other devices. Since the power consumption of clocks and counters is generally low, the device determines the output current I out of the switched power converter while consuming very little energy for the measurement.

Gemäß Ausführungsbeispielen kann eine Steuereinheit vorgesehen werden, um Steuersignale zu erzeugen, zum Beispiel zum Starten und Stoppen der Pulszählung, und/oder um Steuersignale zu erzeugen zum Abtasten der gezählten Anzahl von Pulsen und Berechnen des Ausgangsstroms Iout basierend darauf. Die Steuereinheit kann bei einer niedrigeren Taktfrequenz als der Referenztakt arbeiten, wodurch der Energieverbrauch der Steuereinheit verringert wird.According to embodiments, a controller may be provided to generate control signals, for example to start and stop the pulse count, and / or to generate control signals for sampling the counted number of pulses and calculating the output current I out based thereon. The control unit may operate at a lower clock frequency than the reference clock, thereby reducing the power consumption of the control unit.

Die Steuereinheit kann eine Zustandsmaschine aufweisen und kann die Steuersignale in verschiedenen Zuständen der Zustandsmaschine erzeugen. Dabei kann ein erster Zustand der Zustandsmaschine ein Starten der Messung aufweisen, ein zweiter Zustand kann die Messung stoppen und ein dritter Zustand kann ein Abtasten der gezählten Anzahl von Pulsen aufweisen. Der Wert des Ausgangsstroms Iout kann in einem vierten Zustand berechnet werden. Andere Zustände und Anordnungen sind möglich, wobei die Zustandsmaschine zusätzliche Aufgaben in weiteren Zuständen durchführen kann, oder wobei einige der oben angeführten Aktionen durch andere Komponenten und nicht durch die Zustandsmaschine durchgeführt werden können.The control unit may include a state machine and may generate the control signals in various states of the state machine. In this case, a first state of the state machine may include starting the measurement, a second state may stop the measurement, and a third state may include sampling the counted number of pulses. The value of the output current I out can be calculated in a fourth state. Other states and arrangements are possible wherein the state machine may perform additional tasks in further states or where some of the above-mentioned actions may be performed by other components and not by the state machine.

Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Zähleinheit einen n-Bit-Zähler oder einen Akkumulator aufweisen. Der n-Bit-Zähler oder der Akkumulator kann die Referenztaktpulse zählen und/oder akkumulieren, die während eines PFM-Pulses des geschalteten Leistungswandlers auftreten. Somit kann die Länge des PFM-Pulses bestimmt werden durch Abtasten des Zählergebnisses, das in dem n-Bit-Zähler oder Akkumulator gespeichert ist, nachdem ein PFM-Puls abgeschlossen ist, zum Beispiel wenn von einem entsprechenden Steuersignal von der Steuereinheit ausgelöst.According to embodiments, the counting unit may comprise an n-bit counter or an accumulator. The n-bit counter or accumulator may count and / or accumulate the reference clock pulses that occur during a PFM pulse of the switched power converter. Thus, the length of the PFM pulse may be determined by sampling the count stored in the n-bit counter or accumulator after a PFM pulse is completed, for example, when triggered by a corresponding control signal from the controller.

Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Zähleinheit ein oder mehrere Logikgatter aufweisen. Dabei kann ein erstes Logikgatter die PFM-Pulse und ein Startsteuersignal empfangen. Ein zweites Logikgatter kann die Zählpulse und den Ausgang des ersten Logikgatters empfangen. Somit stellt das erste Logikgatter sicher, dass die PFM-Pulse nur an den Rest der Zähleinheitschaltungen durchgelassen werden, wenn die Strommessung durch das Startsteuersignal initiiert wurde. Das zweite Logikgatter erzeugt dann einen logischen „1”-Ausgang, wenn ein Zählpuls während eines PFM-Pulses auftritt, so dass ein Zähler oder ein Akkumulator, der mit dem Ausgang des zweiten Logikgatters verbunden ist, die Anzahl von Referenztaktpulsen zählen kann, die während der Länge eines PFM-Pulses auftreten.According to embodiments, the counting unit may comprise one or more logic gates. In this case, a first logic gate receive the PFM pulses and a start control signal. A second logic gate may receive the count pulses and the output of the first logic gate. Thus, the first logic gate ensures that the PFM pulses are passed only to the rest of the counting unit circuits when the current measurement is initiated by the start control signal. The second logic gate then generates a logical "1" An output, when a count pulse occurs during a PFM pulse, such that a counter or accumulator connected to the output of the second logic gate may count the number of reference clock pulses occurring during the length of a PFM pulse.

Gemäß Ausführungsbeispielen kann der geschaltete Leistungswandler ein Mehrphasenwandler sein. Der Mehrphasenwandler weist eine Vielzahl von einzelnen Leistungswandlern auf, wie zum Beispiel Abwärts- bzw. Buck-Wandler, die parallel zwischen dem Eingang und der Last angeordnet sind. Die Vorrichtung kann eine Anzahl von Zähleinheiten haben, eine für jede Phase des Mehrphasenwandlers, und eine Summationseinheit zum Summieren der Zählerstände der einzelnen Zähleinheiten. Die Berechnungseinheit kann den Ausgangsstrom Iout basierend auf der Gesamtanzahl von Zählpulsen für alle Phasen bestimmen, wie durch die Summationseinheit bestimmt. Aufgrund des Vorsehens von einzelnen Zähleinheiten für jede Phase kann die Länge der jeweiligen PFM-Pulse für jede Phase genau bestimmt werden, so dass der Ausgangsstrom Iout des geschalteten Mehrphasen-Leistungswandlers mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden kann.According to embodiments, the switched power converter may be a multi-phase converter. The polyphase converter has a plurality of individual power converters, such as buck converters, arranged in parallel between the input and the load. The apparatus may have a number of counts, one for each phase of the multiphase converter, and a summation unit for summing the counts of the individual counts. The calculation unit may determine the output current I out based on the total number of count pulses for all phases as determined by the summation unit. Due to the provision of individual counting units for each phase, the length of the respective PFM pulses for each phase can be accurately determined, so that the output current I out of the switched polyphase power converter can be determined with high accuracy.

Dabei kann jede Zähleinheit einen n-Bit-Zähler und ein Zähler-Gatter aufweisen, das von der Steuereinheit gesteuert wird. Die Summationseinheit ist mit allen Zählern über ihr jeweiliges Zähler-Gatter verbunden und wird durch die Steuereinheit gesteuert, um alle Zählungen nach Ablauf der Messzeit T hinzuzufügen. Somit kann, wenn die Messzeit T abgelaufen ist, die Summationseinheit die Gesamtanzahl Ncount von gezählten Taktpulsen für alle Phasen des geschalteten Mehrphasen-Leistungswandlers vorsehen, die dann abgetastet werden können, zum Beispiel durch eine Zustandsmaschine, wie oben beschrieben. Wie oben für den einzelnen Leistungswandler beschrieben, kann die Anzahl Ncount von Taktpulsen dann durch die Gesamtanzahl Ntotal von Referenztaktpulsen während der Messzeit T geteilt werden, um einen Wert zu bestimmen, der proportional zu dem Ausgangsstrom Iout des Mehrphasen-Leistungswandlers ist. Der Ausgangsstrom Iout des geschalteten Mehrphasen-Leistungswandlers kann dann durch Multiplizieren dieses Werts mit dem maximalen Spulenstrom Imax/2 berechnet werden, wobei angenommen wird, dass alle Phasen des geschalteten Mehrphasenwandlers unter Verwendung desselben maximalen Spulenstroms Imax gesteuert werden. Andernfalls, wenn verschiedene Phasen des geschalteten Mehrphasenwandlers unter Verwendung von verschiedenen jeweiligen maximalen Spulenstromwerten Imax gesteuert werden, dann kann die Multiplikation der Anzahl von Zählpulsen Ncount für jede Phase mit dem entsprechenden maximalen Spulenstromwert Imax (oder Imax/2) getrennt für jede Phase durchgeführt werden, vor einem Summieren der gezählten Taktpulse Ncount für die einzelnen Phasen.In this case, each counting unit can have an n-bit counter and a counter gate, which is controlled by the control unit. The summation unit is connected to all counters via its respective counter gate and is controlled by the control unit to add all counts after expiration of the measurement time T. Thus, when the measurement time T has elapsed, the summation unit may provide the total number N count of counted clock pulses for all phases of the switched multiphase power converter which may then be sampled, for example by a state machine as described above. As described above for the single power converter, the number N count of clock pulses may then be divided by the total number N total of reference clock pulses during the measurement time T to determine a value that is proportional to the output current I out of the polyphase power converter. The output current I out of the switched polyphase power converter can then be calculated by multiplying this value by the maximum coil current I max / 2, assuming that all phases of the switched polyphase converter are controlled using the same maximum coil current I max . Otherwise, if different phases of the switched multiphase converter are controlled using different respective maximum coil current values I max , then multiplying the number of count pulses N count for each phase by the corresponding maximum coil current value I max (or I max / 2) can be done separately for each Phase before summing the counted clock pulses N count for the individual phases.

In einem anderen Ausführungsbeispiel in Bezug auf einen Mehrphasenwandler kann die Vorrichtung eine einzelne Zähleinheit haben zum Zählen der Zählpulse für alle Phasen. Die Zähleinheit kann ein jeweiliges erstes und zweites Logikgatter und ein Speicherelement für jede Phase aufweisen. Der jeweilige Ausgang des zweiten Logikgatters einer Phase kann mit einem Eingang des Speicherelements für die Phase verbunden sein. Die Zähleinheit kann weiter eine Summationseinheit aufweisen zum Summieren der Anzahl von aktiven Phasen für eine Pulsperiode des Referenztakts. Für jede Pulsperiode des Referenztakts sieht die Summationseinheit die Anzahl von aktiven Phasen während dieser Referenztaktpulsperiode vor. Dabei ist eine aktive Phase des geschalteten Mehrphasenwandlers eine Phase, in der ein PFM-Puls aktuell für ein Schaltelement der jeweiligen Phase vorgesehen ist. Somit kann die Gesamtlänge der PFM-Pulse für alle Phasen des geschalteten Mehrphasenwandlers unter Verwendung einer einzelnen Zähl- und Summationseinheit bestimmt werden, wodurch der Energieverbrauch der Vorrichtung zum Bestimmen des Ausgangsstroms des geschalteten Mehrphasenwandlers reduziert wird. Dabei können die einzelnen Phasen des Mehrphasenwandlers alle identische jeweilige maximale Spulenstromwerte Imax haben.In another embodiment with respect to a multi-phase converter, the device may have a single counting unit for counting the count pulses for all phases. The counting unit may have a respective first and second logic gate and a storage element for each phase. The respective output of the second logic gate of a phase may be connected to an input of the storage element for the phase. The counting unit may further comprise a summation unit for summing the number of active phases for a pulse period of the reference clock. For each pulse period of the reference clock, the summation unit provides the number of active phases during this reference clock pulse period. In this case, an active phase of the switched multiphase converter is a phase in which a PFM pulse is currently provided for a switching element of the respective phase. Thus, the total length of the PFM pulses for all phases of the switched multiphase converter can be determined using a single counting and summing unit, thereby reducing the power consumption of the output current determining device of the switched multiphase converter. In this case, the individual phases of the multiphase converter can all have identical respective maximum coil current values I max .

Die Zähleinheit kann einen Akkumulator umfassen zum Akkumulieren der Anzahl von Zählpulsen aller Phasen für alle Referenztaktpulsperioden während der Messzeit T. Dabei kann, für jede Pulsperiode des Referenztakts, der Akkumulator das Ergebnis der Summationseinheit empfangen und akkumulieren, welche die Anzahl von aktiven Phasen des geschalteten Mehrphasenwandlers während dieser Pulsperiode des Referenztakts vorsieht. Nachdem die Messzeit T abgelaufen ist, speichert der Akkumulator somit die Gesamtanzahl von Zählungen bzw. Zählereignissen für alle aktiven Phasen des geschalteten Mehrphasenwandlers.The counting unit may comprise an accumulator for accumulating the number of counting pulses of all phases for all reference clock pulse periods during the measuring time T. Thereby, for each pulse period of the reference clock, the accumulator may receive and accumulate the result of the summing unit representing the number of active phases of the switched polyphase converter during this pulse period of the reference clock. Thus, after the measurement time T has elapsed, the accumulator stores the total number of counts or counts for all active phases of the switched multiphase converter.

Die Speicherelemente können RS-Flip-Flops sein. Ein Zurücksetzen-Eingang des RS-Flip-Flops kann mit dem invertierten Referenztakt verbunden sein. Somit leiten die Speicherelemente das Ergebnis, ob ihre jeweilige assoziierte Phase während des vorherigen Referenztaktpulses aktiv war, an die Summationseinheit weiter, nach Abschluss des Referenztaktpulses. Der Setzen-Eingang des RS-Flip-Flops kann mit dem Referenztaktpuls über Logikgatter verbunden sein, die das Vorhandensein/Fehlen eines PFM-Pulses während des vorliegenden Referenztaktzyklus bestimmen. Somit kann ein unbestimmter Zustand des Speicherelements vermieden werden, da die Setzen- und Zurücksetzen-Eingänge jedes RS-Flip-Flops mit verschiedenen Werten des Referenztaktpulses verbunden sind.The memory elements may be RS flip-flops. A reset input of the RS flip-flop may be connected to the inverted reference clock. Thus, the storage elements forward the result of whether their respective associated phase was active during the previous reference clock pulse to the summation unit upon completion of the reference clock pulse. The set input of the RS flip-flop may be connected to the reference clock pulse via logic gates which determine the presence / absence of a PFM pulse during the present reference clock cycle. Thus, an undetermined state of the memory element can be avoided since the set and reset inputs of each RS flip-flop are connected to different values of the reference clock pulse.

Ein Takteingang des Akkumulators kann mit dem invertierten Referenztakt verbunden sein. Somit, wenn die jeweiligen Zurücksetzen-Eingänge der Speicherelemente durch den invertierten Referenztakt ausgelöst werden, summiert die Summationseinheit die Anzahl von aktiven Phasen, wie in dem Ausgang der Speicherelemente reflektiert, und der Akkumulator akkumuliert das Ergebnis der Summationseinheit mit dem zuvor gezählten Wert. A clock input of the accumulator may be connected to the inverted reference clock. Thus, when the respective reset inputs of the memory elements are triggered by the inverted reference clock, the summation unit sums the number of active phases as reflected in the output of the memory elements and the accumulator accumulates the result of the summation unit with the previously counted value.

In einem anderen Ausführungsbeispiel, in dem der geschaltete Leistungswandler ein Mehrphasenwandler ist, kann die Vorrichtung eine einzelne Zähleinheit und eine Zugriffslogik haben zum Auswählen, während einer Zeitperiode, eines PFM-Pulses oder mehrerer PFM-Pulse von nur einer Phase zum Durchlassen bzw. Weiterleiten an die Zähleinheit zum Bestimmen einer Pulsbreite des/der PFM-Pulse(s). Die ausgewählte Phase kann unter den mehreren Phasen rotieren. Die Berechnungseinheit kann die gezählten Pulse um die Anzahl von Phasen anpassen zum Berücksichtigen, dass nur jeweils eine einzelne Phase gezählt wird. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht die Verwendung einer einzelnen Zähleinheit zum Schätzen der PFM-Pulslänge von mehreren Phasen. Es wird angenommen, dass in einem geschalteten Mehrphasen-Leistungswandler die Phasen ein im Allgemeinen ähnliches Verhalten zeigen, das heißt, wenn die PFM-Pulslänge und/oder Frequenz für eine Phase zunimmt oder abnimmt, zeigen die anderen Phasen ähnliche Änderungen der Länge und/oder Frequenz ihrer jeweiligen PFM-Pulse. Somit führt ein Zählen nur einer einzelnen Phase zu einer akzeptablen Schätzung des Verhaltens der anderen Phasen.In another embodiment, where the switched power converter is a multi-phase converter, the apparatus may have a single counter and access logic for selecting, during a time period, a PFM pulse, or multiple PFM pulses of only one pass-through phase the counting unit for determining a pulse width of the PFM pulse (s). The selected phase can rotate among the several phases. The computing unit may adjust the counted pulses by the number of phases to account for counting only a single phase at a time. This embodiment allows the use of a single counting unit to estimate the PFM pulse length of multiple phases. In a multi-phase switched power converter, it is believed that the phases exhibit generally similar behavior, that is, as the PFM pulse length and / or frequency increases or decreases for one phase, the other phases exhibit similar changes in length and / or Frequency of their respective PFM pulses. Thus, counting only a single phase results in an acceptable estimate of the behavior of the other phases.

Dabei kann die Zugriffslogik ein UND-Gatter für jede Phase aufweisen. Ein Eingang des UND-Gatters kann die PFM-Pulse der jeweiligen Phase empfangen und der andere Eingang kann ein Phasenauswahl-Steuersignal empfangen. Die Zugriffslogik kann weiter ein ODER-Gatter aufweisen, das mit den Ausgängen der UND-Gatter gekoppelt ist und den PFM-Puls, der durch das UND-Gatter ausgewählt wurde, für die Zähleinheit vorsieht. Somit kann sichergestellt werden, dass nur der PFM-Puls der aktuell ausgewählten Phase einen logischen „1”-Ausgang an dem jeweiligen UND-Gatter erzeugt, der dann über das ODER-Gatter an eine einzelne Zähleinheit weitergeleitet wird. Somit empfängt die Zähleinheit einen Wert entsprechend des Vorhandenseins oder Fehlens eines PFM-Pulses für die ausgewählte Phase während der jeweiligen Referenztaktperiode.The access logic may have an AND gate for each phase. One input of the AND gate may receive the PFM pulses of the respective phase and the other input may receive a phase select control signal. The access logic may further comprise an OR gate coupled to the outputs of the AND gates and providing the PFM pulse selected by the AND gate for the counting unit. Thus, it can be ensured that only the PFM pulse of the currently selected phase generates a logic "1" output at the respective AND gate, which is then forwarded via the OR gate to a single counting unit. Thus, the counter receives a value corresponding to the presence or absence of a PFM pulse for the selected phase during the respective reference clock period.

Gemäß Ausführungsbeispielen kann der Referenztakt steuerbar sein, um mit verschiedenen Taktraten zu arbeiten. Die Vorrichtung kann weiter eine Evaluierungslogik aufweisen zum Evaluieren der gezählten Anzahl von Pulsen oder der bestimmten Pulsbreite und zum Steuern des Referenztakts basierend auf dem Evaluierungsergebnis. Dabei kann die Taktrate selektiv verringert werden, um einen geringeren Energieverbrauch der Vorrichtung zum Bestimmen des Ausgangsstroms Iout des geschalteten Leistungswandlers vorzusehen. Alternativ kann die Taktrate erhöht werden, um eine sehr genaue Bestimmung des Ausgangsstroms Iout vorzusehen.According to embodiments, the reference clock may be controllable to operate at different clock rates. The apparatus may further comprise evaluation logic for evaluating the counted number of pulses or the determined pulse width and for controlling the reference clock based on the evaluation result. The clock rate can be selectively reduced to provide a lower energy consumption of the device for determining the output current I out of the switched power converter. Alternatively, the clock rate may be increased to provide a very accurate determination of the output current I out .

Die Evaluierungslogik kann ein Vergleichselement aufweisen, um die gezählte Anzahl von Pulsen oder die bestimmte Pulsbreite mit einer Schwelle zu vergleichen, und ein Takt-schneller(clock-up)- oder Takt-langsamer(clock-down)-Signal basierend auf dem Vergleichsergebnis zu erzeugen. Für niedrige Werte des Ausgangsstroms Iout kann die Taktrate verringert werden und für hohe Werte des Ausgangsstroms Iout kann die Taktrate erhöht werden. Somit kann für hohe Werte von Iout, die zur Steuerung des geschalteten Leistungswandlers zum Wechseln in einen PWM-gesteuerte Modus verwendet werden können, eine sehr genaue Bestimmung des Ausgangsstroms Iout vorgesehen werden, während ein Energieverbrauch der Strombestimmung während niedriger Werte des Ausgangsstroms Iout niedrig gehalten wird.The evaluation logic may include a comparison element for comparing the counted number of pulses or the determined pulse width to a threshold, and a clock-up or clock-down signal based on the comparison result produce. For low values of the output current I out , the clock rate can be reduced, and for high values of the output current I out , the clock rate can be increased. Thus, for high values of Iout that can be used to control the switched power converter to switch to a PWM controlled mode, a very accurate determination of the output current I out can be provided while power consumption of the current determination during low values of the output current I out is kept low.

Gemäß Ausführungsbeispielen kann der Referenztaktgeber während Zeitperioden deaktiviert werden, in denen keine PFM-Pulse verfügbar sind, oder während periodischer Intervalle, in denen keine Messungen durchgeführt werden. Wenn der Referenztaktgeber zum Beispiel einen RC-Oszillator aufweist, kann er leicht angehalten und neu gestartet werden, um eine Strommessung durchzuführen. Wenn der Referenztaktgeber während einer Messung für Zeitperioden deaktiviert ist, in denen keine PFM-Pulse auftreten, kann die Gesamtmesszeit unter Verwendung eines zusätzlichen Takts bestimmt werden, zum Beispiel mit geringerer Geschwindigkeit.According to embodiments, the reference clock may be disabled during periods when no PFM pulses are available or during periodic intervals in which measurements are not taken. For example, if the reference clock has an RC oscillator, it can be easily paused and restarted to make a current measurement. If the reference clock is disabled during a measurement for periods when no PFM pulses occur, the total measurement time may be determined using an additional clock, for example, at a lower speed.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst ein geschalteter Leistungswandler, der in einem Pulsfrequenzmodulation(PFM – pulse frequency modulation)-gesteuerten Modus arbeitet, ein Schaltelement, um Leistung an eine Spule zu liefern; eine PFM-Modulationseinheit zum Erzeugen von PFM-Pulsen zum Ansteuern des Schaltelements; und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Ausgangsstroms Iout des Leistungswandlers, wie oben beschrieben.In another aspect, a switched power converter operating in a pulse frequency modulation (PFM) controlled mode includes a switching element for supplying power to a coil; a PFM modulation unit for generating PFM pulses for driving the switching element; and a device for determining the output current I out of the power converter as described above.

Es sollte angemerkt werden, dass die oben angeführten Aspekte für eine Vorrichtung zum Bestimmen des Ausgangsstroms Iout eines geschalteten Leistungswandlers genauso für das vorgeschlagene Verfahren anwendbar sind und umgekehrt. Somit können alle Aspekte, die für Ausführungsbeispiele der Vorrichtung offenbart werden, auf vielfältige Weise mit dem vorgeschlagenen Verfahren kombiniert werden, um ähnliche Effekte und Vorteile zu erzielen. It should be noted that the above-mentioned aspects for a device for determining the output current I out of a switched power converter applicable to the proposed method as well, and vice versa. Thus, all aspects disclosed for embodiments of the device may be combined in a variety of ways with the proposed method to achieve similar effects and advantages.

Diese und andere Aspekte der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele auf beispielhafte Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert und daraus offensichtlich.These and other aspects of the invention will be elucidated and made apparent by reference to the embodiments described below by way of example with reference to the drawings.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Verschiedene Aspekte werden im Folgenden auf beispielhafte Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:Various aspects will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:

1 ein beispielhaftes Schaltwandlersystem zeigt, wobei Ausführungsbeispiele des beanspruchten Verfahrens und der Vorrichtung implementiert werden können; 1 an exemplary switching converter system, embodiments of the claimed method and apparatus can be implemented;

2 ein Diagramm des Spulenstroms des geschalteten Wandlers von 1 und die entsprechenden Taktpulse und Timer-Einstellungen zeigt, wie in einem Ausführungsbeispiel des beanspruchten Verfahrens und der Vorrichtung verwendet; 2 a diagram of the coil current of the switched converter of 1 and showing the respective clock pulses and timer settings as used in an embodiment of the claimed method and apparatus;

3 ein Ausführungsbeispiel einer Ausgangsstrommessung für einen Mehrphasenschaltwandler zeigt; 3 shows an embodiment of an output current measurement for a polyphase switching converter;

4 ein Ausführungsbeispiel eines Messzyklus zeigt, der in einem Ausführungsbeispiel des beanspruchten Verfahrens und der Vorrichtung verwendet werden kann; 4 an embodiment of a measurement cycle that may be used in an embodiment of the claimed method and apparatus;

5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ausgangsstrommessung für einen Mehrphasenschaltwandler zeigt;. 5 shows another embodiment of an output current measurement for a polyphase switching converter;

6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ausgangsstrommessung für einen Mehrphasenschaltwandler zeigt; und 6 shows another embodiment of an output current measurement for a polyphase switching converter; and

7 eine Modifikation einer Ausgangsstrommessung für einen Mehrphasenschaltwandler zeigt. 7 shows a modification of an output current measurement for a polyphase switching converter.

1 zeigt einen beispielhaften geschalteten Leistungswandler 100. Der geschaltete Wandler 100 weist einen hochseitigen Schalter 112 (zum Beispiel ein PMOS-Transistor) und einen niedrigseitigen Schalter 111 (zum Beispiel ein NMOS-Transistor), sowie eine Spule 113 und einen Kondensator 114 auf. Abhängig von der Last, die mit der Ausgangsspannung Vout verbunden ist, kann der geschaltete Wandler 100 entweder in einem Pulsbreitemodulation(PWM – pulse width modulation)-Modus oder in einem Pulsfrequenzmodulation(PFM – pulse frequency modulation)-Modus betrieben werden. Der geschaltete Leistungswandler 100 weist weiter eine Steuerlogik und Treiber zur Steuerung der Schalter 111, 112 auf. 1 shows an exemplary switched power converter 100 , The switched converter 100 has a high-side switch 112 (For example, a PMOS transistor) and a low-side switch 111 (For example, an NMOS transistor), as well as a coil 113 and a capacitor 114 on. Depending on the load connected to the output voltage V out , the switched converter can 100 either in a pulse width modulation (PWM) mode or in a pulse frequency modulation (PFM) mode. The switched power converter 100 further has a control logic and drivers for controlling the switches 111 . 112 on.

In dem PWM-Modus wird der Arbeitszyklus des geschalteten Wandlers 100 (d. h. der Arbeitszyklus des hochseitigen Schalters 112) über eine Spannungsrückkopplung gesteuert, wobei die Ausgangsspannung Vout mit einer Referenzspannung Vreference unter Verwendung zum Beispiel einer Differentialverstärkungseinheit (auch als ein Fehlerverstärker bezeichnet) 115 verglichen wird, wodurch eine Fehlerspannung Verror vorgesehen wird. Die Fehlerspannung Verror kann verwendet werden zum Regeln der Ausgangsspannung Vout, die von dem Wandlersystem 100 vorgesehen wird, durch Steuern des Arbeitszyklusses des hochseitigen Schalters 112. Typischerweise wird der PWM-Modus eingesetzt, wenn eine relativ hohe Last mit der Ausgangsspannung Vout des geschalteten Leistungswandlers 100 verbunden ist, d. h., wenn ein hoher Ausgangsstrom Iout zu liefern ist.In the PWM mode, the duty cycle of the switched converter 100 (ie the duty cycle of the high side switch 112 ) is controlled by voltage feedback, the output voltage V out being connected to a reference voltage V reference using, for example, a differential amplification unit (also referred to as an error amplifier) 115 is compared, whereby an error voltage V error is provided. The error voltage V error can be used to regulate the output voltage V out generated by the converter system 100 is provided by controlling the duty cycle of the high-side switch 112 , Typically, the PWM mode is employed when a relatively high load is applied to the output voltage V out of the switched power converter 100 is connected, ie, when a high output current I out is to be delivered.

In dem PFM-Modus ist der geschaltete Wandler 100 konfiguriert zum Bestimmen der Ein-Phasen des hochseitigen Schalters 112 basierend auf der Fehlerspannung Verror. Dabei kann der hochseitige Schalter 112 eingeschaltet werden, wenn die Ausgangsspannung Vout unter die Referenzspannung Vreference fällt.In the PFM mode is the switched converter 100 configured to determine the on-phases of the high-side switch 112 based on the error voltage V error . This can be the high-side switch 112 be turned on when the output voltage V out falls below the reference voltage V reference .

Andererseits kann der hochseitige Schalter 112 ausgeschaltet werden, wenn die Ausgangsspannung Vout gleich oder höher als die Referenzspannung Vreference ist. Der niedrigseitige Schalter 111 kann auf komplementäre Weise zu dem hochseitigen Schalter 112 geschaltet werden (d. h. der niedrigseitige Schalter 111 kann ausgeschaltet werden, wenn der hochseitige Schalter 112 eingeschaltet wird, und umgekehrt).On the other hand, the high-side switch 112 are turned off when the output voltage V out is equal to or higher than the reference voltage V reference . The low side switch 111 can on complementary way to the high side switch 112 switched (ie the low side switch 111 can be turned off when the high side switch 112 is turned on, and vice versa).

Weiter kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, die einen RS-Flip-Flop 116 und einen Komparator 117 aufweist. Der RS-Flip-Flop 116 kann verwendet werden, um den Spulenstrom zu überwachen unter Verwendung des Strombegrenzungskomparators 117, und kann den hochseitigen Schalter 112 steuern derart, dass der hochseitige Schalter 112 ausgeschaltet wird, wenn der Strom an der Spule 113 eine vorgegebene Stromgrenze Imax erreicht. Somit hat ein Strompuls, wie durch den geschalteten Wandler 100 in dem PFM-Modus erzeugt, eine im Allgemeinen dreieckige Form, wie in dem oberen Diagramm in 2 gezeigt wird, wobei der Spulenstrom während einer Zeit ton zunimmt, während der der hochseitige Schalter 112 eingeschaltet ist und der niedrigseitige Schalter 111 ausgeschaltet ist. Wenn der Strom an der Spule 113 den Stromgrenze-Referenzwert Imax erreicht, wird der hochseitige Schalter 112 ausgeschaltet und der niedrigseitige Schalter 111 wird eingeschaltet für eine Zeit toff. Somit hat, wie in 2 gezeigt, ein einzelner PFM-Spulenstrompuls die Länge ton + toff, wobei der Spulenstrom während der Zeit ton zunimmt, bis er den Maximalwert Imax erreicht, und der Spulenstrom während der Zeit toff abnimmt, bis er Null erreicht hat.Furthermore, a control unit may be provided which includes an RS flip-flop 116 and a comparator 117 having. The RS flip-flop 116 can be used to monitor the coil current using the current limiting comparator 117 , and can be the high-side switch 112 Control such that the high-side switch 112 is turned off when the power to the coil 113 reaches a predetermined current limit I max . Thus, a current pulse has, as through the switched converter 100 generated in the PFM mode, a generally triangular shape as in the upper diagram in FIG 2 is shown, wherein the coil current increases during a time t on , while the high-side switch 112 is on and the low side switch 111 is off. When the electricity goes to the coil 113 reaches the current limit reference value I max , becomes the high-side switch 112 off and the low side switch 111 is turned on for a time t off . Thus, as in 2 a single PFM coil current pulse is of length t on + t off , with the coil current increasing during time t on until it reaches the maximum value I max and the coil current decreasing during time t off until it reaches zero.

Weiter kann die Steuereinheit, wenn in dem PFM-Modus, weiter einen zusätzlichen RS-Flip-Flop 118 aufweisen, wobei der Spulenstrom unter Verwendung eines weiteren Komparators 119 überwacht werden kann, wie zum Beispiel ein aktiver Diode-Komparator, wenn der hochseitige Schalter 112 ausgeschaltet ist und wenn der niedrigseitige Schalter 111 eingeschaltet ist: Der RS-Flip-Flop 118 kann konfiguriert sein zum Ausschalten des niedrigseitigen Schalters 111 bei einem Erfassen eines Nulldurchgangs des Spulenstroms durch den weiteren Komparator 119, wodurch negative Spulenströme verhindert werden. Somit kann die Spule 113 potenzialfrei für eine Ruhezeit thz bleiben (siehe 2), bis der hochseitige Schalter 112 wieder eingeschaltet wird (bei Erfassen einer Fehlerspannung Verror). Somit sieht in dem PFM-Modus der geschaltete Wandler 100 dreieckförmige Spulenstrompulse vor, wobei die Frequenz der Pulse basierend auf der Last bestimmt wird, die an der Ausgangsspannung Vout des geschalteten Wandlers 100 angebracht ist, und wobei die Amplitude der Pulse durch den maximalen Spulenstrom Imax bestimmt wird. Typischerweise wird der PFM-Modus verwendet, wenn eine relativ geringe Last mit der Ausgangsspannung Vout des geschalteten Wandlers 100 verbunden ist. Zusammenfassend besteht somit der PFM-Modus aus dreieckförmigen PFM-Spulenstrompulsen, die als „PFM-Pulse” in der folgenden Beschreibung bezeichnet werden. Die PFM-Pulse werden auf eine diskontinuierliche Weise erzeugt, wobei die Ruhezeit thz zwischen Pulsen basierend auf der Last bestimmt wird, die mit dem geschalteten Leistungswandler 100 verbunden ist. In der folgenden Beschreibung wird der Begriff „PFM-Zyklus” verwendet, um einen vollständigen Zyklus des PFM-gesteuerten Spulenstroms zu beschreiben, d. h. eine Zeitspanne, die ton + toff + thz entspricht, wie in 2 gezeigt.Further, if in the PFM mode, the controller may continue to provide an additional RS flip-flop 118 wherein the coil current using a further comparator 119 can be monitored, such as an active diode comparator when the high-side switch 112 is off and if the low side switch 111 is on: The RS flip-flop 118 may be configured to turn off the low side switch 111 upon detecting a zero crossing of the coil current through the further comparator 119 , whereby negative coil currents are prevented. Thus, the coil can 113 remain floating for a rest t hz (see 2 ) until the high-side switch 112 is turned on again (when detecting an error voltage V error ). Thus, in the PFM mode, the switched converter sees 100 triangular coil current pulses, wherein the frequency of the pulses is determined based on the load that is connected to the output voltage V out of the switched converter 100 is attached, and wherein the amplitude of the pulses is determined by the maximum coil current I max . Typically, the PFM mode is used when a relatively low load is applied to the output voltage V out of the switched converter 100 connected is. In summary, thus, the PFM mode consists of triangular PFM coil current pulses, referred to as "PFM pulses" in the following description. The PFM pulses are generated in a discontinuous manner, with the rest time t hz being determined between pulses based on the load associated with the switched power converter 100 connected is. In the following description, the term "PFM cycle" is used to describe a complete cycle of the PFM-controlled coil current, that is, a time equal to t on + t off + t hz , as in FIG 2 shown.

2 zeigt ein Diagramm zur Darstellung des Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie oben beschrieben, wenn ein geschalteter Leistungswandler in einem diskontinuierlichen PFM-Modus betrieben wird, werden dreieckförmige Spulenstrompulse erzeugt durch Betätigen des hochseitigen Schalters 112 und des niedrigseitigen Schalters 111 auf entgegengesetzte Weise. Zwischen den Spulenstrom-PFM-Pulsen werden sowohl der hochseitige Schalter 111 als auch der niedrigseitige Schalter 112 ausgeschaltet, so dass die Spule 113 potenzialfrei bleibt. Der nächste PFM-Puls wird ausgelöst, wenn die Ausgangsspannung Vout des geschalteten Wandlers unter den Referenzwert Vreference fällt. 2 shows a diagram for illustrating the method according to an embodiment. As described above, when a switched power converter is operated in a discontinuous PFM mode, triangular coil current pulses are generated by operating the high side switch 112 and the low side switch 111 in the opposite way. Between the coil current PFM pulses are both the high side switch 111 as well as the low side switch 112 turned off, leaving the coil 113 remains potential-free. The next PFM pulse is triggered when the output voltage V out of the switched converter falls below the reference value V reference .

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Ausgangsstrom für einen PFM-gesteuerten geschalteten Wandler 100, der in einem diskontinuierlichen Modus arbeitet, durch ein Bestimmen gemessen werden, wie viel Spulenstrom während jedes PFM-Zyklus geliefert wird. Ein PFM-Zyklus umfasst einen PFM-Puls und umfasst die Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden PFM-Pulsen. Die Menge an Spulenstrom, der in einem PFM-Zyklus geliefert wird, kann bestimmt werden basierend auf einem Bestimmen der Menge von Ladung, die während des einzelnen dreieckförmigen PFM-Pulses geliefert wird. Da der maximale Spulenstrom Imax bekannt ist, ist die während jedes PFM-Pulses gelieferte Ladung (1/2)·Imax·(ton + toff) für einen dreieckförmigen Spulenstrompuls. Dann kann der Arbeitszyklus des diskontinuierlichen PFM-gesteuerten Modus bestimmt werden durch Bestimmen des Verhältnisses der Länge eines PFM-Pulses über die Länge eines PFM-Zyklus.According to one embodiment, the output current for a PFM controlled switched converter 100 , operating in a discontinuous mode, can be measured by determining how much coil current is delivered during each PFM cycle. A PFM cycle includes a PFM pulse and includes the time period between successive PFM pulses. The amount of coil current delivered in a PFM cycle may be determined based on determining the amount of charge delivered during the single triangular PFM pulse. Since the maximum coil current I max is known, the charge delivered during each PFM pulse is (1/2) * I max * (t on + t off ) for a triangular coil current pulse. Then, the duty cycle of the discontinuous PFM controlled mode may be determined by determining the ratio of the length of a PFM pulse over the length of a PFM cycle.

Dadurch ist, wie in dem oberen Diagramm der 2 gezeigt, das den Strom an der Spule 113 darstellt, die Gesamtzeit, während der Strom geliefert wird, die Summe der „Ein”-Zeit ton und der „Aus”-Zeit toff des hochseitigen Schalters 112. Während der Ruhezeit thz sind beide Schalter 111, 112 geschlossen und kein Strom wird an die Spule 113 geliefert. Somit werden, um den durchschnittlichen Ausgangsstrom des geschalteten Wandlers 100 zu bestimmen, die „Ein”-Zeit ton, die „Aus”-Zeit toff und die Länge des PFM-Zyklus unter Verwendung einer Zeitreferenz gemessen, wie zum Beispiel eines Takts. Dann kann für einen gegebenen PFM-Zyklus oder für eine Serie von aufeinanderfolgenden PFM-Zyklen die Ladung, die von dem/den PFM-Puls(en) geliefert wird, durch die Länge des PFM-Zyklus/der PFM-Zyklen geteilt werden, um den Strom während des PFM-Zyklus/der PFM-Zyklen zu berechnen. Da der maximale Stromwert Imax jedes dreieckförmigen Strompulses bekannt ist und gleich ist zu der festen Stromgrenze Imax in dem PFM-Modus, ist es möglich, die Ausgangsstrominformation unter Verwendung der folgenden Beziehung zu schätzen:

Figure DE102014218792A1_0004
wobei Iout (PFM) der Ausgangsstrom ist, der durch den geschalteten Wandler 100 in dem PFM-gesteuerten Modus vorgesehen ist, und Imax der Wert der vorgegebenen Stromgrenze für jeden Strompuls ist, der zum Beispiel von der Steuereinheit zum Steuern der Operation des hochseitigen Schalters 112 verwendet wird.As a result, as in the upper diagram of the 2 shown the current at the coil 113 represents the total time while the power is being supplied, the sum of the "on" time t on and the "off" time t off of the high side switch 112 , During the rest period t hz are both switches 111 . 112 closed and no power is applied to the coil 113 delivered. Thus, to the average output current of the switched converter 100 to determine the "on" time t on , the "off" time t off, and the length of the PFM cycle using a time reference, such as a clock. Then, for a given PFM cycle, or for a series of consecutive PFM cycles, the charge derived from the PFM Pulse (s) is supplied, divided by the length of the PFM cycle / cycles to calculate the current during the PFM cycle / cycles. Since the maximum current value I max of each triangular current pulse is known and is equal to the fixed current limit I max in the PFM mode, it is possible to estimate the output current information using the following relationship:
Figure DE102014218792A1_0004
where I out (PFM) is the output current passed through the switched converter 100 is provided in the PFM controlled mode, and I max is the value of the predetermined current limit for each current pulse generated by, for example, the control unit for controlling the operation of the high side switch 112 is used.

Wie detailliert im Folgenden erläutert wird, hängt diese Messung nur von der Genauigkeit der PFM-Stromgrenze Imax und von der Genauigkeit der Nulldurchgangserfassung ab, die von der Steuereinheit durchgeführt wird, die den Betrieb des niedrigseitigen Schalters 111 steuert, da diese Faktoren die Ladung steuern, die in einem einzelnen PFM-Puls geliefert wird. Die oben beschriebene Messung des Ausgangsstroms Iout ist unabhängig von dem Wert der Eingangs- oder Ausgangsspannungen des geschalteten Leistungswandlers 100. Sie ist auch unabhängig von Spulenparameter, wie der Spulengröße und einer Induktivität der Spule, die die Neigung der Seiten des dreieckförmigen PFM-Strompulses beeinflusst, die aber keinen Einfluss auf die Gesamtmenge einer Ladung pro Puls hat.As will be explained in detail below, this measurement depends only on the accuracy of the PFM current limit I max and the accuracy of the zero-crossing detection performed by the control unit that controls the operation of the low side switch 111 controls as these factors control the charge delivered in a single PFM pulse. The above-described measurement of the output current I out is independent of the value of the input or output voltages of the switched power converter 100 , It is also independent of coil parameters, such as coil size and inductance of the coil, which affects the slope of the sides of the triangular PFM current pulse but does not affect the total amount of charge per pulse.

Die obige Gleichung (1) beschreibt die Berechnung des Ausgangsstroms Iout für einen einzelnen PFM-Zyklus. Jedoch kann mit den folgenden Überlegungen der (durchschnittliche) Ausgangsstrom Iout über jede gegebene Messzeit T bestimmt werden, die zumindest so lang wie ein vollständiger PFM-Zyklus ist. Wenn, wie in 2 gezeigt, die Pulse eines Referenztakts gezählt werden, wenn ein PFM-Puls aktiv ist, reflektiert das Ergebnis Ncount die Gesamtdauer aller PFM-Pulse, die während einer Messzeit T auftreten (siehe 2). Die Gesamtdauer aller PFM-Pulse während einer Messzeit T ist somit Ncount/f, wobei f die Referenztaktfrequenz ist. Somit kann das Verhältnis (ton + toff)/(ton + toff + thz) durch Setzen einer festen Messzeit T bestimmt werden, und durch selektives Zählen dieser Taktpulse während der Messzeit T, die mit PFM-Pulsen übereinstimmen, die von dem geschalteten Leistungswandler 100 verwendet werden. Die Gesamt-PFM-Pulsdauer während der Messzeit T entspricht somit Ncount/f, und das Verhältnis der PFM-Pulsdauer über den PFM-Zyklus entspricht somit Ncount/(f·T), wie in Gleichung (2) angeführt:

Figure DE102014218792A1_0005
The above equation (1) describes the calculation of the output current I out for a single PFM cycle. However, with the following considerations, the (average) output current I out can be determined over any given measurement time T which is at least as long as a complete PFM cycle. If, as in 2 shown, the pulses of a reference clock are counted when a PFM pulse is active, the result N count reflects the total duration of all PFM pulses that occur during a measuring time T (see 2 ). The total duration of all PFM pulses during a measurement time T is thus N count / f, where f is the reference clock frequency. Thus, the ratio (t on + t off ) / (t on + t off + t hz ) can be determined by setting a fixed measuring time T, and by selectively counting these clock pulses during the measuring time T, which coincide with PFM pulses from the switched power converter 100 be used. The total PFM pulse duration during the measurement time T thus corresponds to N count / f, and the ratio of the PFM pulse duration over the PFM cycle thus corresponds to N count / (f * T) as given in Equation (2):
Figure DE102014218792A1_0005

Somit kann unter Verwendung der oben angeführten Beziehung der durchschnittliche Ausgangsstrom während einer Messzeit T unter Verwendung der Anzahl Ncount von Referenztaktzählungen bestimmt werden, die mit PFM-Pulsen, der Referenztaktfrequenz f und der Messzeit T übereinstimmen, wie unten in Gleichung (3) angeführt:

Figure DE102014218792A1_0006
Thus, using the above relationship, the average output current during a measurement time T can be determined using the number N count of reference clock counts that match PFM pulses, the reference clock frequency f, and the measurement time T, as set forth in Equation (3) below:
Figure DE102014218792A1_0006

Dabei kann die Messzeit T unter Verwendung desselben Referenztakts gemessen werden, der zum Bestimmen der Anzahl Ncount von Taktpulsen verwendet wird, die während PFM-Pulsen des geschalteten Leistungswandlers auftreten. Wenn die Messzeit T derart gewählt wird, dass sie 2n Referenztaktpulsen entspricht, das heißt, so dass T = 2n/f, kann die Division durch (f·T), wie in Gleichung (3) gezeigt, als eine einfache Verschiebe-Operation durchgeführt werden. Die Auswahl einer Taktfrequenz f und einer Messzeit T beeinflusst nur den Quantisierungsfehler und die Genauigkeit des Ergebnisses, führt jedoch keine systematischen Fehler in die oben beschriebene Messung des durchschnittlichen Ausgangsstroms ein.In this case, the measurement time T can be measured using the same reference clock used to determine the number N count of clock pulses occurring during PFM pulses of the switched power converter. If the measurement time T is chosen to correspond to 2 n reference clock pulses, that is, such that T = 2 n / f, the division by (f · T) as shown in Equation (3) can be considered as a simple shift Operation be performed. The selection of a clock frequency f and a measurement time T affects only the quantization error and the accuracy of the result, but introduces no systematic errors in the above-described measurement of the average output current.

Die oben beschriebene Technik zum Bestimmen eines (gemittelten) Ausgangsstroms kann auf geschaltete Mehrphasenwandler ausgedehnt werden durch Vorsehen eines getrennten Zählers für jede einzelne Phase des geschalteten Wandlers. Um den Gesamtausgangsstrom zu bestimmen, der von dem geschalteten Mehrphasenwandler vorgesehen wird, können die Ergebnisse von allen der Zähler hinzugefügt werden, um einen Wert Ncount zu bestimmen, der proportional zu dem Ausgangsstrom Iout des geschalteten Mehrphasenwandlers ist, wie zum Beispiel in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, das im Folgenden detaillierter beschrieben wird.The technique described above for determining an (averaged) output current may be extended to switched polyphase converters by providing a separate counter for each single phase of the switched converter. To determine the total output current provided by the switched multiphase converter, the results from all of the counters can be added to determine a value N count which is proportional to the output current I out of the switched one Multiphase converter is, as for example in the in 3 shown embodiment, which will be described in more detail below.

Der folgende Abschnitt betrachtet die digitale Seite der Implementierung der Erfindung, d. h. eine Reihe von Ausführungsbeispielen zur Implementierung des oben beschriebenen Konzepts präsentieren. Im Allgemeinen werden Pulse eines digitalen Referenztaktsignals während eines oder mehrerer (analoger) PFM-Pulse gezählt und die Anzahl Ncount von Referenztaktpulsen während des PFM-Pulses/der PFM-Pulse wird anschließend durch die Gesamtanzahl Ntotal von Referenztaktpulsen während einer Messzeit T geteilt und mit einem konstanten Wert Imax/2 multipliziert. Wie oben angegeben, ist die digitale Seite verantwortlich für ein arithmetisches Zählen (oder Berechnen) der Gesamtdauer der PFM-Pulse, die von der analogen Seite kommen. Diese Information wird wiederum in eine Zahl umgewandelt, die den Ausgangsstrom repräsentiert, der durch den geschalteten Leistungswandler vorgesehen wird, und somit auch die Last repräsentiert, die mit dem geschalteten Leistungswandler verbunden ist.The following section looks at the digital side of implementing the invention, that is, presenting a number of embodiments for implementing the above-described concept. In general, pulses of a digital reference clock signal are counted during one or more (analog) PFM pulses and the number N count of reference clock pulses during the PFM pulse / pulses is then divided by the total number N total of reference clock pulses during a measurement time T and multiplied by a constant value I max / 2. As stated above, the digital page is responsible for arithmetically counting (or calculating) the total duration of the PFM pulses coming from the analog side. This information is in turn converted into a number representing the output current provided by the switched power converter, and thus also representing the load connected to the switched power converter.

Die in 3 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiele repräsentieren drei verschiedene jeweilige Architekturen für die Implementierung des oben beschriebenen Verfahrens.In the 3 to 6 The illustrated embodiments represent three different respective architectures for implementing the method described above.

3 zeigt eine Vorrichtung 200 zum Messen des Ausgangsstroms eines geschalteten Mehrphasen-Leistungswandlers 100 (siehe 1). Die Vorrichtung 200 von 3 wird gemäß der allgemeinen Architektur von „zählen, dann summieren” erstellt, wobei die jeweiligen PFM-Pulse jeder Phase des geschalteten Leistungswandlers an mehrere Eingänge 201 der Vorrichtung 200 vorgesehen werden. Für jeden Eingang 201 ist eine getrennte Zähleinheit 202 vorgesehen zum Zählen der Taktpulse während eines analogen PFM-Pulses, wie oben in Verbindung mit 2 erläutert. 4 zeigt die entsprechenden Signalwellenformen für einen Betrieb der Vorrichtung von 3. 3 shows a device 200 for measuring the output current of a switched polyphase power converter 100 (please refer 1 ). The device 200 from 3 is generated according to the general architecture of "count, then sum", with the respective PFM pulses of each phase of the switched power converter being applied to multiple inputs 201 the device 200 be provided. For every entrance 201 is a separate counting unit 202 provided for counting the clock pulses during an analog PFM pulse, as above in connection with 2 explained. 4 shows the corresponding signal waveforms for operation of the device of FIG 3 ,

Die jeweiligen Ergebnisse jeder Zähleinheit 202 werden dann unter Verwendung einer Summierungslogik 203 summiert und können dann zur weiteren Verarbeitung in einem Register oder einer Speichervorrichtung 204 registriert werden. Das gesamte Schema wird unter Verwendung einer endlichen Zustandsmaschine (FSM – finite state machine) 205 gesteuert.The respective results of each counting unit 202 are then calculated using summation logic 203 and then may be further processed in a register or storage device 204 be registered. The whole scheme is done using a finite state machine (FSM). 205 controlled.

Jede Zähleinheit 202 weist mehrere Komponenten auf, die zusammenarbeiten, um die digitale Summierung des jeweiligen Taktsignals vorzusehen und um die digitalen Prozesse aus den analogen asynchronen PFM-Pulsen zu isolieren. Während des Betriebs der Vorrichtung 200 sendet die FSM 205 ein „Start”-Steuersignal an jede der Zähleinheiten 202 (siehe 4). Die Zähleinheiten 202 haben jeweils ein Sperrgatter 206, das die analogen PFM-Pulse blockiert, wenn keine Messung durchgeführt wird. In der in 3 gezeigten spezifischen Implementierung ist das Sperrgatter 206 ein UND-Gatter, aber auch andere Implementierungen, zum Beispiel mit einem ODER-Gatter oder einem Multiplexer, sind ebenfalls möglich.Each counting unit 202 has several components that work together to provide the digital summation of the respective clock signal and to isolate the digital processes from the analog asynchronous PFM pulses. During operation of the device 200 sends the FSM 205 a "start" control signal to each of the counting units 202 (please refer 4 ). The counting units 202 each have a blocking gate 206 which blocks the analog PFM pulses when no measurement is made. In the in 3 The specific implementation shown is the blocking gate 206 an AND gate, but also other implementations, for example with an OR gate or a multiplexer, are also possible.

Die PFM-Pulse, die jetzt frei sind zur Verteilung zu der nächsten Stufe, werden in das nächste Sperrgatter 207 zugeführt. Dieses Sperrgatter 207 erzeugt ein Signal, das Taktpulse von einem Referenztaktgeber 208 (siehe „Schneller Takt”-Signal von 4) an seinem Ausgang nur dann vorsieht, wenn der analoge PFM-Puls hoch ist und wenn die Messung aktuell durchgeführt wird, wie von der FSM 205 signalisiert. Somit gibt das Sperrgatter 207 ein „Pulse nach Gatter”-Signal aus, wie in 4 gezeigt. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen können die oben beschriebenen Sperrgatter 206 und 207 in ein einzelnes Logikgatter kombiniert werden.The PFM pulses, which are now free for distribution to the next stage, become the next blocking gate 207 fed. This barrier gate 207 generates a signal, the clock pulses from a reference clock 208 (see "Fast Clock" signal from 4 ) at its output only if the analog PFM pulse is high and if the measurement is currently being performed, as from the FSM 205 signaled. Thus, the blocking gate gives 207 a "pulse to gate" signal as in 4 shown. According to some embodiments, the above-described blocking gates 206 and 207 be combined into a single logic gate.

Nach einem Passieren der Sperrgatter 206, 207 werden die Pulse in einen Zähler 209 zugeführt und die Anzahl von Pulsen wird getrennt pro Phase gezählt. Während dieser ganzen Zeit forciert das letzte Sperrgatter 210 den Ausgang der Zähleinheit 202 auf eine logische „0”. Der Grund zur Verwendung eines solchen letzten Sperrgatters 210 ist zweifach: einerseits können Störungen durch die Summierungslogik 203 verhindert werden und andererseits kann die Umschaltrate und damit der Energieverbrauch der Zähleinheit 202 und der Summierungslogik 203 durch Verwenden des letzten Sperrgatters 210 reduziert werden.After passing the barrier gate 206 . 207 the pulses become a counter 209 and the number of pulses is counted separately per phase. Throughout this time, the last barrier gate is forcing ahead 210 the output of the counting unit 202 to a logical "0". The reason for using such a last blocking gate 210 is twofold: on the one hand, disturbances can be caused by the summation logic 203 can be prevented and on the other hand, the switching rate and thus the energy consumption of the counting unit 202 and the summation logic 203 by using the last blocking gate 210 be reduced.

Die FSM 205 sendet ein „Ende”-Steuersignal an das letzte Sperrgatter 210, das dann zulässt, dass der Inhalt der jeweiligen Zähler 209 durch an die Summierungslogik 203 verbreitet werden. In dem Ausführungsbeispiel von 3 ist die Architektur des Zählers 209 von geringerer Wichtigkeit und es kann mehrere Möglichkeiten für einen geeigneten Zähler 209 geben, obwohl eine Architektur mit geringer Leistung für den Zähler 209 wünschenswert ist.The FSM 205 sends an "end" control signal to the last inhibit gate 210 which then allows the content of each counter 209 through to the summation logic 203 to be spread. In the embodiment of 3 is the architecture of the meter 209 Of less importance and there may be several options for a suitable counter 209 although a low-power architecture for the counter 209 is desirable.

Das letzte Sperrgatter 210 kann mit einem MUX oder einer anderen Logik implementiert werden, die garantiert, dass der Ausgang des Sperrgatters 210 auf einen stabilen bekannten Wert forciert wird, solange das „Ende”-Steuersignal, das das Ende der Messperiode nach einer Messzeit T signalisiert, von der FSM 205 nicht eingetroffen ist.The last barrier 210 can be implemented with a mux or other logic that guarantees the output of the blocking gate 210 is forced to a stable known value, as long as the "end" control signal, which signals the end of the measurement period after a measurement time T, from the FSM 205 not arrived.

Nachdem das „Ende”-Steuersignal an den jeweiligen Sperrgattern 210 empfangen wurde, werden die in den jeweiligen n-Bit-Zählern 209 gespeicherten stabilen Werte an die Summierungslogik 203 geliefert zum Erzeugen der Summe der jeweiligen Zählwerte aller Phasen. Das Ergebnis wird in dem Register 204 gespeichert und nachfolgend aus dem Register 204 gelesen, zum Beispiel durch Verwendung eines „Abtastwert”-Steuersignals (siehe 4). Bei Empfang des „Abtastwert”-Steuersignals können die Zähler 209 zurückgesetzt werden. Die FSM 205 kehrt in ihren anfänglichen Zustand zurück und der Messzyklus kann von Neuem beginnen.After the "end" control signal on the respective blocking gates 210 are received, the in the respective n-bit counters 209 stored stable values to the summation logic 203 supplied for generating the sum of the respective counts of all phases. The result is in the register 204 stored and subsequently removed from the register 204 read, for example by using a "sample" control signal (see 4 ). Upon receipt of the "sample" control signal, the counters may 209 be reset. The FSM 205 returns to its initial state and the measurement cycle can begin again.

Aus dem Wert, der in dem Register 204 gespeichert ist und daraus abgetastet wird, kann der Ausgangsstrom Iout des Mehrphasenwandlers bestimmt werden, wie oben beschrieben. Der bestimmte Ausgangsstromwert Iout kann dann weiter verarbeitet werden und kann zum Beispiel mit einer Schwelle verglichen werden, wie einem Schwellenstromwert zum Ändern des Betriebs des geschalteten Leistungswandlers in einen PWM-gesteuerten Modus, oder kann hinsichtlich bestimmter statistischer Charakteristiken analysiert werden.From the value in the register 204 is stored and sampled from it, the output current I out of the polyphase converter can be determined, as described above. The particular output current value I out may then be further processed and, for example, compared to a threshold, such as a threshold current value for changing the operation of the switched power converter to a PWM controlled mode, or may be analyzed for particular statistical characteristics.

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 200 zum Messen des Ausgangsstroms eines Mehrphasen-Leistungswandlers. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das Summenergebnis über die Taktsignale während der jeweiligen PFM-Pulse auf eine andere Weise erreicht. Die inhärente Differenz zwischen dem Ausführungsbeispiel von 5 im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel von 3 ist, dass, anstatt eines Zählens der Referenztaktpulse für jeden getrennten analogen PFM-Pulseingang jeder einzelnen Phasen des Mehrphasenwandlers, die aktiven analogen PFM-Pulse aller Phasen zuerst in jedem Referenztaktzyklus addiert werden und dann akkumuliert werden. 5 shows a further embodiment of a device 200 for measuring the output current of a polyphase power converter. According to this embodiment, the sum result about the clock signals during the respective PFM pulses is achieved in another way. The inherent difference between the embodiment of 5 in comparison to the embodiment of 3 in that, instead of counting the reference clock pulses for each separate analog PFM pulse input of each of the phases of the polyphase converter, the active analog PFM pulses of all phases are added first in each reference clock cycle and then accumulated.

In dem Ausführungsbeispiel von 5 führen die Sperrgatter 206 und 207 und der Referenztaktgeber 208 ähnliche Funktionen durch, wie oben in Zusammenhang mit 3 beschrieben. Somit gibt es an dem Ausgang des Sperrgatters 207 ein „Takt-Puls nach Gatter”-Signal, ähnlich zu dem in 4 gezeigten „Pulse nach Gatter”-Signal, wenn die FSM 205 den Messvorgang durch Senden eines „Start”-Steuersignals ausgelöst hat (siehe 4). Jedoch wird, für das vorliegende Ausführungsbeispiel, das „Pulse nach Gatter”-Signal für jede einzelne Phase des geschalteten Leistungswandlers einem jeweiligen Speicherelement 211 zugeführt. Die Speicherelemente 211 können RS-Flip-Flops aufweisen, wobei der Setzen-Eingang ein Signal empfängt, wenn der Puls des Referenztakts mit einem PFM-Puls auf der jeweiligen Phase des geschalteten Mehrphasen-Leistungswandlers übereinstimmt. Der Zurücksetzen-Eingang ist mit dem invertierten Referenztaktsignal verbunden. Somit kann ein unbestimmter Zustand des RS-Flip-Flops 211 vermieden werden, da die Werte, die auf die Setzen- und Zurücksetzen-Eingänge angewendet werden, sich nicht gleichzeitig ändern können, sondern mit verschiedenen Werten desselben Referenztaktsignals verbunden sind.In the embodiment of 5 lead the blocking gate 206 and 207 and the reference clock 208 similar functions as described above in connection with 3 described. Thus, there is at the output of the blocking gate 207 a "clock pulse after gate" signal, similar to that in 4 shown "pulse to gate" signal when the FSM 205 triggered the measurement process by sending a "Start" control signal (see 4 ). However, for the present embodiment, the "pulse-to-gate" signal for each individual phase of the switched power converter will become a respective memory element 211 fed. The memory elements 211 may comprise RS flip-flops, wherein the set input receives a signal when the pulse of the reference clock coincides with a PFM pulse on the respective phase of the switched polyphase power converter. The reset input is connected to the inverted reference clock signal. Thus, an undetermined state of the RS flip-flop 211 because the values applied to the set and reset inputs can not change simultaneously, but are associated with different values of the same reference clock signal.

Der Ausgang aller Speicherelemente 211 wird durch die Summierungslogik 203 summiert. Nachfolgend wird das Ergebnis, wie durch die Summierungslogik 203 für den vorliegenden Referenztakt bestimmt, mit früheren Werten der Summierungslogik 203 durch einen Akkumulator 209 summiert, der eine zweite Summierungslogik 212 aufweist. Somit hält nach der Messzeit T der Akkumulator 209 den jeweiligen Gesamtzählwert Ncount für alle Phasen des geschalteten Mehrphasenwandlers.The output of all memory elements 211 is due to the summation logic 203 summed. Below is the result, as by the summation logic 203 for the present reference clock, with previous summation logic values 203 through an accumulator 209 sums up the second summation logic 212 having. Thus, after the measuring time T holds the accumulator 209 the respective total count N count for all phases of the switched multiphase converter.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel geschehen auf der fallenden Flanke des Signals des Referenztaktgebers 208 zwei Dinge: der Akkumulator/Zähler 209 wird mit dem neuen Wert des Referenztaktpulszählers während der Messzeit aktualisiert und die Speicherelemente 211 werden zurückgesetzt und sind bereit für den nächsten eintreffenden Puls.In the present embodiment happen on the falling edge of the signal of the reference clock 208 two things: the accumulator / counter 209 is updated with the new value of the reference clock pulse counter during the measurement time and the memory elements 211 are reset and ready for the next incoming pulse.

Nachdem die Messzeit T abgelaufen ist, sendet die FSM 205 das „Ende”-Steuersignal (siehe 4), das das letzte Sperrgatter 210 freigibt, und der in dem Akkumulator 209 gespeicherte Wert kann dann wie zuvor in dem „Ergebnis”-Register 204 gespeichert werden.After the measurement time T has expired, the FSM sends 205 the "end" control signal (see 4 ), which is the last barrier gate 210 releases, and in the accumulator 209 stored value can then be as previously in the "result" tab 204 get saved.

In einem modifizierten Ausführungsbeispiel kann das letzte Sperrgatter 210 entfernt werden, da das Ergebnis des Akkumulators 209 synchron mit dem digitalen Referenztaktsignal vorgesehen wird, da der Akkumulator auf der fallenden Flanke des Referenztakts 208 getaktet wird. Zusammenfassend führt das Ausführungsbeispiel von 5 ein Verfahren und eine Vorrichtung ein, in dem/der ein einzelner Akkumulator 209 verwendet werden kann zum Summieren aller eingehenden Pulse mit jeder Taktflanke.In a modified embodiment, the last blocking gate 210 be removed as the result of the accumulator 209 is provided in synchronism with the digital reference clock signal, since the accumulator is on the falling edge of the reference clock 208 is clocked. In summary, the embodiment of 5 a method and apparatus incorporating a single accumulator 209 can be used to sum all incoming pulses with each clock edge.

In einer weiteren Modifikation des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels wird ein System vorgesehen, in dem die mehreren parallelen PFM-Pulse von unterschiedlichen Phasen desselben geschalteten Wandlers 100 stammen, wie zum Beispiel ein Abwärtswandler. Somit kann eine starke Korrelation zwischen den jeweiligen Längen und Frequenzen der verschiedenen PFM-Pulse angenommen werden. In diesem Fall ist es gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel möglich, die Komplexität der Vorrichtung 200 weiter zu reduzieren und somit den Energieverbrauch zu reduzieren durch Verwendung eines „Zähler-Sprung”-Schemas, wie in 6 gezeigt. In a further modification of the embodiment described above, a system is provided in which the plurality of parallel PFM pulses from different phases of the same switched converter 100 such as a down-converter. Thus, a strong correlation between the respective lengths and frequencies of the different PFM pulses can be assumed. In this case, it is possible according to a further embodiment, the complexity of the device 200 to further reduce and thus reduce energy consumption by using a "counter-jump" scheme, as in 6 shown.

Gemäß dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Pulsmesseinheit 214 vorgesehen, die nur ein einzelnes analoges PFM-Pulssignal während jedes Messvorgangs erfasst. Am Ende kann das Ergebnis, das an dem Ausgang 215 der Pulsmesseinheit 214 vorgesehen ist, angepasst und multipliziert werden mit der Anzahl von Phasen, so dass der Ausgang der Vorrichtung 200 den durchschnittlichen Strom des gesamten geschalteten Mehrphasenwandlersystems reflektiert.According to the in 6 shown embodiment is a pulse measuring unit 214 which captures only a single analog PFM pulse signal during each measurement process. In the end, the result can be at the output 215 the pulse measuring unit 214 is provided, adapted and multiplied by the number of phases, so that the output of the device 200 reflected the average current of the entire switched multiphase converter system.

Wie in der obigen Beschreibung, treffen die analogen PFM-Pulse an einem Eingang 201 der Vorrichtung 200 ein und werden durch ein erstes Sperrgatter 206 blockiert. Die FSM 205 erzeugt Phasenauswahl-Steuersignale (a), (b), ... (n) derart, dass nur ein Phasenauswahl-Steuersignal einen logischen Wert „1” hat, während der Rest logische „0” sind. Dadurch überträgt das UND-Sperrgatter 206 nur die ausgewählte Phase des geschalteten Mehrphasenwandlers weiter an das ODER-Gatter 213, das alle Information in ein einzelnes Signal kombiniert, das das Vorhandensein oder Fehlen eines PFM-Pulses auf der ausgewählten Phase reflektiert. Die Struktur mit den UND-Gattern 206 und dem ODER-Gatter 213 kann als „ein aktiver Multiplexer” betrachtet werden, wobei nur eines aus einer Vielzahl von eintreffenden Phasensignalen in die Pulsmesseinheit 214 ausgegeben wird.As in the above description, the analog PFM pulses hit an input 201 the device 200 and are through a first blocking gate 206 blocked. The FSM 205 generates phase selection control signals (a), (b), ... (n) such that only one phase selection control signal has a logic value "1" while the remainder are logic "0". This transfers the AND gate 206 only the selected phase of the switched multiphase converter to the OR gate on 213 that combines all the information into a single signal that reflects the presence or absence of a PFM pulse on the selected phase. The structure with the AND gates 206 and the OR gate 213 may be considered as "an active multiplexer" with only one of a plurality of incoming phase signals in the pulse measurement unit 214 is issued.

Dann wird der durch das ODER-Gatter 213 erzeugte Puls in die Pulsmesseinheit 214 eingegeben. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird nur ein einzelner Zähler verwendet. Die Funktionalität des Systems in Bezug auf die „Start”-, „Ende”- und „Abtasten”-Signale (siehe 4) ist identisch zu der oben beschriebenen. In dem Ausführungsbeispiel von 6 sorgt die FSM 205 dafür, dass das Umschalten zwischen den verschiedenen Steuersignalen ((a), (b), (n)) auf „saubere” Weise durchgeführt wird. Wenn die ausgewählte Phase. während eines PFM-Pulses auf der aktuell ausgewählten Phase umgeschaltet würde, könnten der letzte PFM-Puls der zuvor ausgewählten Phase und der erste PFM-Puls der neu ausgewählten Phase überlappen, wodurch der Eindruck eines übermäßig langen PFM-Pulses auf einer einzelnen Phase entsteht. Somit wird das Schalten nur durchgeführt, nachdem der letzte PFM-Puls auf der zuvor ausgewählten Phase abgeschlossen ist, um zu vermeiden, dass überlappende PFM-Pulse von verschiedenen Phasen zusammen in derselben Messperiode gezählt werden.Then that is through the OR gate 213 generated pulse in the pulse measuring unit 214 entered. According to the illustrated embodiment, only a single counter is used. The functionality of the system with respect to the "start", "end" and "sample" signals (see 4 ) is identical to the one described above. In the embodiment of 6 takes care of the FSM 205 that the switching between the different control signals ((a), (b), (n)) is carried out in a "clean" way. When the selected phase. during a PFM pulse on the currently selected phase, the last selected PFM pulse and the first selected PFM pulse could overlap the newly selected phase, giving the impression of an excessively long PFM pulse on a single phase. Thus, the switching is performed only after the last PFM pulse on the previously selected phase is completed, to avoid counting overlapping PFM pulses from different phases together in the same measurement period.

Eine Modifikation der Vorrichtung 200 zum Bestimmen des durchschnittlichen Ausgangsstroms eines geschalteten Wandlers, wie in 7 gezeigt, sieht weitere Mittel vor zum Verringern eines Energieverbrauchs durch dynamisches Skalieren der Frequenz des Referenztakts abhängig von der erforderlichen Messgenauigkeit. Mit einer höheren Frequenz des Referenztakts 208 wird bei einem Messen der analogen PFM-Pulsbreite eine bessere Auflösung erreicht und der Ausgangsstrom und die Last des Leistungswandlers können mit höherer Genauigkeit bestimmt werden. Jedoch bedeutet ein Abtasten des PFM-Pulses mit höheren Frequenzen einen höheren Energieverbrauch für die Messvorrichtung.A modification of the device 200 for determining the average output current of a switched converter, as in 7 shows further means for reducing power consumption by dynamically scaling the frequency of the reference clock depending on the required measurement accuracy. With a higher frequency of the reference clock 208 For example, a better resolution is achieved by measuring the analog PFM pulse width and the output current and load of the power converter can be determined with higher accuracy. However, sampling the PFM pulse at higher frequencies means higher power consumption for the measuring device.

Bei sehr geringen Lasten, mit langen Pausen zwischen zwei analogen PFM-Pulsen, kann es möglich sein, die Genauigkeit zu reduzieren, und stattdessen einen geringeren Energieverbrauch zu erzielen. Wie für die vorherigen Ausführungsbeispiele beschrieben, werden die analogen PFM-Pulse der Vorrichtung 200 an der Vielzahl von Eingängen 201 zugeführt und werden durch die Pulsmesseinheit 214 gezählt. Die Messung wird durch die FSM 205 gesteuert.At very low loads, with long pauses between two analog PFM pulses, it may be possible to reduce accuracy and instead achieve lower power consumption. As described for the previous embodiments, the analog PFM pulses become the device 200 at the variety of entrances 201 supplied and are by the pulse measuring unit 214 counted. The measurement is done by the FSM 205 controlled.

Nachdem die Messung abgeschlossen ist und ein Ergebnis an einem Ausgang 215 der Vorrichtung 200 verfügbar ist, vergleicht eine Vergleichslogik 216 das Ergebnis mit einer programmierbaren oberen und/oder unteren Schwelle, die von der FSM 205 vorgesehen werden kann.After the measurement is complete and a result at an output 215 the device 200 available compares a comparison logic 216 the result with a programmable upper and / or lower threshold by the FSM 205 can be provided.

Abhängig von dem Vergleich erzeugt die Vergleichslogik 216 ein „schneller/langsamer”(Taktfrequenz nach oben oder unten skalieren)-Signal, das an einen Taktteiler 217 zugeführt wird. Der Taktteiler 217 reduziert effektiv die Frequenz des schnellen Referenztakts 208 und liefert ein frequenzreduziertes Taktsignal an die Pulsmesseinheit 214, wenn das bestimmte Ergebnis für den Ausgangsstrom Iout niedrig ist. Die Pulsmesseinheit 214 arbeitet dann auf einer niedrigeren Taktfrequenz (mit geringerer Genauigkeit) für die nächste Messung, so dass die Pulsmesseinheit 214 weniger Energie verbraucht. Wenn das Ergebnis 215 zunimmt und der bestimmte Ausgangsstrom Iout eine programmierbare obere Schwelle übersteigt, die wiederum von der FSM 205 vorgesehen werden kann, kann die Vergleichslogik 216 ein Signal ausgeben, das den Taktteiler 217 veranlasst, die Taktfrequenz zu erhöhen, die an die Pulsmesseinheit 214 geleitet wird. Somit kann die Genauigkeit der Bestimmung des Wandlerausgangsstroms und der Last bei höheren Taktfrequenzen wieder erhöht werden. Durch Vorsehen der programmierbaren oberen und unteren Schwellen, die von der FSM 205 vorgesehen werden, kann das Verhalten des Systems dynamisch in verschiedenen Betriebsbereichen verändert werden, und der Kompromiss zwischen Messgenauigkeit und Energieverbrauch kann basierend auf den Stromanforderungen des Systems angepasst werden.Depending on the comparison, the comparison logic generates 216 a "faster / slower" (clock rate up or down scale) signal sent to a clock divider 217 is supplied. The clock divider 217 effectively reduces the frequency of the fast reference clock 208 and provides a frequency reduced clock signal to the pulse measurement unit 214 when the determined result for the output current I out is low. The pulse measuring unit 214 then operates at a lower clock frequency (with less accuracy) for the next measurement, so that the pulse measurement unit 214 consumes less energy. If the result 215 increases and the determined output current I out exceeds a programmable upper threshold, the turn of the FSM 205 can be provided, the comparison logic 216 output a signal representing the clock divider 217 causes the clock frequency to increase to the pulse measurement unit 214 is directed. Thus, the accuracy of determining the converter output current and the load at higher clock frequencies can be increased again. By providing the programmable upper and lower thresholds used by the FSM 205 can be dynamically varied in different operating ranges, and the trade-off between measurement accuracy and power consumption can be adjusted based on the system power requirements.

Um eine hohe Genauigkeit der Strommessung vorzusehen, kann die Frequenz des Referenztakts 208 hoch sein, auch mehr als 20 MHz. Um somit den Gesamtenergieverbrauch der Vorrichtung 200 zu verringern, kann der Referenztaktgeber 208 zwischen Messungen deaktiviert werden. Da der Referenztakt 208 nicht sehr genau sein muss, da nur das Verhältnis Ncount/Ntotal und nicht die tatsächliche Anzahl von Zählungen bei der Strommessung verwendet wird, kann der Referenztaktgeber 208 als ein RC-Oszillator implementiert werden, der jederzeit eingeschaltet und ausgeschaltet werden kann.To provide a high accuracy of the current measurement, the frequency of the reference clock 208 be high, even more than 20 MHz. Thus, the total energy consumption of the device 200 can reduce the reference clock 208 be disabled between measurements. Because the reference clock 208 is not very accurate, since only the ratio N count / N total and not the actual number of counts is used in the current measurement, the reference clock can 208 be implemented as an RC oscillator that can be turned on and off at any time.

Weiter kann der Energieverbrauch der Vorrichtung durch weniger häufiges Durchführen von Strommessungen gesenkt werden, wie zum Beispiel Durchführen eines Messzyklus mit einer Messzeit T von 20–100 ms jede Sekunde. Abhängig von der Länge des PFM-Zykluses können kürzere oder längere Messzeiten T gewählt werden. Die Messzeit T muss zumindest so groß sein wie ein vollständiger PFM-Zyklus, der für geringe Lasten, die mit dem Leistungswandler 100 verbunden sind, typischerweise ungefähr 10 ms sein kann. Abhängig von der Spulenspannung und anderen Faktoren kann die Länge eines PFM-Zyklus um mehr als eine Größenordnung variieren.Further, the power consumption of the device can be reduced by making current measurements less frequent, such as performing a measurement cycle with a measurement time T of 20-100 ms every second. Depending on the length of the PFM cycle, shorter or longer measuring times T can be selected. The measurement time T must be at least as large as a full PFM cycle, for low loads associated with the power converter 100 typically about 10 ms. Depending on the coil voltage and other factors, the length of a PFM cycle may vary by more than an order of magnitude.

Die FSM 205 kann derart implementiert werden, dass sie auf einer langsameren Taktfrequenz als der Referenztakt 210 arbeitet, um hohe Betriebsfrequenzen in der FSM 205 zu vermeiden, was einen Energieverbrauch erhöhen würde.The FSM 205 can be implemented to be at a slower clock frequency than the reference clock 210 works to high operating frequencies in the FSM 205 to avoid what would increase energy consumption.

Die verschiedenen Ausführungsbeispiele ermöglichen eine genaue Bestimmung des Ausgangsstroms und der Last eines geschalteten Leistungswandlers, wobei die Messung die Wandlerausgangsspannung oder den Strom nicht beeinflusst, und wobei der Energieverbrauch der Messung auf einem sehr niedrigen Pegel ist. Unter Verwendung eines Hochfrequenz-Pulsbreitenzählers und eines schnellen Referenztakts sehen das vorliegende Verfahren und die Vorrichtung eine Schätzung der Länge der Strompulse in einem PFM-Modus des geschalteten Wandlers vor. Da der maximale Spulenstrom Imax des geschalteten Wandlers in dem PFM-Modus bekannt ist, kann der Ausgangsstrom des geschalteten Wandlers durch Messen der Dauer und der Frequenz der PFM-Pulse bestimmt werden. Somit kann eine indirekte Strommessung ohne Beeinflussung des Stromflusses in dem geschalteten Leistungswandlers durchgeführt werden. Einige Ausführungsbeispiele sehen eine Bestimmung des Ausgangsstroms eines mehrphasigen geschalteten Wandlers bei Verwendung nur einer einzigen Zähleinheit vor. Somit kann der Ausgangsstrom eines einphasigen oder mehrphasigen geschalteten Leistungswandlers in einem PFM-gesteuerten Modus genau bestimmt werden, während der Energieverbrauch der Messvorrichtung niedrig gehalten wird.The various embodiments allow accurate determination of the output current and the load of a switched power converter, wherein the measurement does not affect the converter output voltage or current, and the energy consumption of the measurement is at a very low level. Using a high frequency pulse width counter and a fast reference clock, the present method and apparatus provide an estimate of the length of the current pulses in a switched-mode PFM mode. Since the maximum coil current I max of the switched converter is known in the PFM mode, the output current of the switched converter can be determined by measuring the duration and frequency of the PFM pulses. Thus, an indirect current measurement can be performed without affecting the current flow in the switched power converter. Some embodiments provide for determining the output current of a polyphase switched converter using only a single counting unit. Thus, the output current of a single-phase or multi-phase switched power converter can be accurately determined in a PFM-controlled mode while keeping the power consumption of the measuring apparatus low.

Es sollte angemerkt werden, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen darstellen. Es ist somit offensichtlich, dass Fachleute auf dem Gebiet in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen zu entwickeln, die, obwohl hier nicht explizit beschrieben oder gezeigt, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und in ihrem Sinn und Umfang aufgenommen sind. Zusätzlich sind alle hier angeführten Beispiele hauptsächlich ausdrücklich nur für pädagogische Zwecke vorgesehen, um dem Leser bei einem Verständnis der Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme zu unterstützen, und die Konzepte, die von den Erfindern beigetragen wurden, dienen der Weiterentwicklung der Technik und sollen als ohne Beschränkung auf derartige spezifisch angeführte Beispiele und Bedingungen ausgelegt werden. Zusätzlich sollen alle Aussagen hier, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsbeispiele der Erfindung rezitieren, sowie spezifische Beispiele davon, deren Äquivalente umfassen.It should be noted that the description and drawings merely illustrate the principles of the proposed methods and apparatus. It is thus apparent that those skilled in the art will be able to devise various arrangements which, although not explicitly described or shown herein, embody the principles of the invention and are included in their spirit and scope. In addition, all of the examples given here are expressly provided for educational purposes only to assist the reader in understanding the principles of the proposed methods and systems, and the concepts contributed by the inventors are for the advancement of the art and are intended to be without Be limited to such specific examples and conditions. In addition, all statements herein are intended to recite the principles, aspects, and embodiments of the invention, as well as specific examples thereof, the equivalents thereof.

Schließlich sollte angemerkt werden, dass alle Blockdiagramme hier Konzeptansichten von illustrativen Schaltungsanordnungen repräsentieren, die die Prinzipien der Erfindung verkörpern. Ebenso ist offensichtlich, dass alle Ablaufgrafiken, Ablaufdiagramme, Zustandsübergangsdiagramme, Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse repräsentieren, die im Wesentlichen in einem computerlesbaren Medium repräsentiert werden können und somit von einem Computer oder Prozessor ausgeführt werden können, ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit gezeigt wird oder nicht.Finally, it should be noted that all block diagrams herein represent conceptual views of illustrative circuit arrangements embodying the principles of the invention. Likewise, it will be understood that all of the flowcharts, flowcharts, state transition diagrams, pseudocode, and the like, represent various processes that may be substantially represented in a computer readable medium and thus executed by a computer or processor, whether such computer or processor is explicitly shown, or Not.

Claims (21)

Verfahren zum Bestimmen des Ausgangsstroms Iout eines geschalteten Leistungswandlers, der in einem Pulsfrequenzmodulation(PFM – pulse frequency modulation)-gesteuerten Modus arbeitet, das aufweist – Bestimmen einer Pulsbreite von zumindest einem PFM-Puls zum Ansteuern eines Schaltelements der Leistungswandlers; und – Bestimmen des Ausgangsstroms Iout basierend auf der bestimmten Pulsbreite und auf dem maximalen Spulenstrom Imax des Leistungswandlers, wenn in dem PFM-gesteuerten Modus, wobei das Bestimmen einer Pulsbreite ein Zählen einer Anzahl von Pulsen Ncount eines Referenztakts während des zumindest einen PFM-Pulses in zumindest einem PFM-Zyklus aufweist.A method of determining the output current I out of a switched power converter operating in a pulse frequency modulation (PFM) controlled mode, comprising - determining a pulse width of at least one PFM pulse for driving a switching element of the power converter; and determining the output current I out based on the determined pulse width and on the maximum coil current I max of the power converter when in the PFM controlled mode, wherein determining a pulse width comprises counting a number of pulses N count of a reference clock during the at least one PFM Pulse in at least one PFM cycle. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Zählen einer Anzahl von Pulsen während einer gegebenen Messzeit T erfolgt und der Referenztakt mit einer Taktfrequenz f arbeitet, wobei der Ausgangsstrom Iout bestimmt wird basierend auf dem maximalen Spulenstrom Imax, der gezählten Anzahl von Pulsen Ncount, der Taktfrequenz f und der Messzeit T.The method of claim 1, wherein counting a number of pulses occurs during a given measurement time T and the reference clock operates at a clock frequency f, the output current I out being determined based on the maximum coil current I max , the counted number of pulses N count , the clock frequency f and the measuring time T. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Ausgangsstrom Iout bestimmt wird basierend auf dem maximalen Spulenstrom Imax mal dem Verhältnis der gezählten Anzahl von Pulsen Ncount über dem Produkt aus Taktfrequenz f und Messzeit T.The method of claim 2, wherein the output current I out is determined based on the maximum coil current I max times the ratio of the counted number of pulses N count over the product of clock frequency f and measurement time T. Das Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Messzeit einem ganzzahligen Vielfachen der Taktperiode entspricht, wobei das Vielfache eine Potenz von 2 ist.The method of claim 2 or 3, wherein the measurement time corresponds to an integer multiple of the clock period, the multiple being a power of 2. Vorrichtung zum Bestimmen des Ausgangsstroms logt eines geschalteten Leistungswandlers, der in einem Pulsfrequenzmodulation(PFM – pulse frequency modulation)-gesteuerten Modus arbeitet, die aufweist – einen Referenztaktgeber zum Erzeugen von Zählpulsen mit einer Frequenz f; – eine Zähleinheit zum Bestimmen einer Pulsbreite von zumindest einem PFM-Puls, um ein Schaltelement des Leistungswandlers anzusteuern, wobei die Zähleinheit eine Anzahl von Zählpulsen Ncount des Referenztakts während des zumindest einen PFM-Pulses zählt; und – eine Berechnungseinheit zum Bestimmen des Ausgangsstroms Iout basierend auf der bestimmten PFM-Pulsbreite in zumindest einem PFM-Zyklus und dem maximalen Spulenstrom Imax des Leistungswandlers, wenn in dem PFM-gesteuerten Modus.Apparatus for determining the output current log t of a switched power converter operating in a pulse frequency modulation (PFM) controlled mode, comprising: a reference clock for generating count pulses having a frequency f; A counting unit for determining a pulse width of at least one PFM pulse in order to drive a switching element of the power converter, wherein the counting unit counts a number of counting pulses N count of the reference clock during the at least one PFM pulse; and a calculation unit for determining the output current I out based on the determined PFM pulse width in at least one PFM cycle and the maximum coil current I max of the power converter when in the PFM controlled mode. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 5, die weiter eine Steuereinheit aufweist zum Erzeugen von Steuersignalen zum Starten und Stoppen der Pulszählung und zum Abtasten der gezählten Anzahl von Pulsen und Berechnen des Ausgangsstroms Iout basierend darauf.The apparatus of claim 5, further comprising a control unit for generating control signals for starting and stopping the pulse count and for sampling the counted number of pulses and calculating the output current I out based thereon. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Steuereinheit eine Zustandsmaschine aufweist und die Steuersignale in verschiedenen Zuständen der Zustandsmaschine erzeugt.The apparatus of claim 6, wherein the control unit comprises a state machine and generates the control signals in various states of the state machine. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Zähleinheit einen n-Bit-Zähler oder einen Akkumulator aufweist.The apparatus according to one of claims 5 to 7, wherein the counting unit comprises an n-bit counter or an accumulator. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Zähleinheit ein erstes Logikgatter, das die PFM-Pulse und ein Startsignal empfängt, und ein zweites Logikgatter aufweist, das die Zählpulse und den Ausgang des ersten Logikgatters empfängt.The apparatus of any one of claims 5 to 8, wherein the counting unit comprises a first logic gate receiving the PFM pulses and a start signal and a second logic gate receiving the count pulses and the output of the first logic gate. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der geschaltete Leistungswandler ein Mehrphasenwandler ist, wobei die Vorrichtung eine Anzahl von Zähleinheiten hat, eine für jede Phase des Mehrphasenwandlers, und eine Summationseinheit zum Summieren der Zählerstände der einzelnen Zähleinheiten, wobei die Berechnungseinheit den Ausgangsstrom Iout basierend auf der Gesamtanzahl von Zählpulsen für alle Phasen bestimmt.The apparatus of any one of claims 5 to 9, wherein the switched power converter is a polyphase converter, the apparatus having a number of counts, one for each phase of the polyphase converter, and a summation unit for summing the counts of the individual counts, the computing unit determining the output current I out determined based on the total number of count pulses for all phases. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei jede Zähleinheit einen n-Bit-Zähler und ein Zähler-Gatter aufweist, das von der Steuereinheit gesteuert wird, wobei die Summationseinheit mit allen Zählern über ihr jeweiliges Zähler-Gatter verbunden ist und durch die Steuereinheit gesteuert wird, um alle Zählungen nach Ablauf der Messzeit T hinzuzufügen.The apparatus of claim 10, wherein each counting unit comprises an n-bit counter and a counter gate controlled by the control unit, the summing unit being connected to all counters via its respective counter gate and being controlled by the control unit, to add all counts after the measurement time T has elapsed. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der geschaltete Leistungswandler ein Mehrphasenwandler ist, wobei die Vorrichtung eine einzelne Zähleinheit hat zum Zählen der Zählpulse für alle Phasen, wobei die Zähleinheit ein jeweiliges erstes und zweites Logikgatter und ein Speicherelement für jede Phase aufweist, wobei der jeweilige Ausgang des zweiten Logikgatters einer Phase mit einem Eingang des Speicherelements für die Phase verbunden ist, wobei die Zähleinheit weiter eine Summationseinheit aufweist zum Summieren der Anzahl von aktiven Phasen für eine Pulsperiode des Referenztakts.The apparatus of any one of claims 5 to 9, wherein the switched power converter is a multi-phase converter, the apparatus having a single counting unit for counting the counting pulses for all Phases, wherein the counting unit has a respective first and second logic gate and a storage element for each phase, wherein the respective output of the second logic gate of a phase is connected to an input of the storage element for the phase, wherein the counting unit further comprises a summation unit for summing the number of active phases for one pulse period of the reference clock. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die Zähleinheit einen Akkumulator zum Akkumulieren der Anzahl von Zählpulsen aller Phasen während der Messzeit T aufweist.The apparatus of claim 12, wherein the counting unit comprises an accumulator for accumulating the number of counting pulses of all phases during the measuring time T. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Speicherelemente RS-Flip-Flops sind, wobei deren Zurücksetzen-Eingang mit dem invertierten Referenztakt verbunden ist.The device of claim 13, wherein the memory elements are RS flip-flops with their reset input connected to the inverted reference clock. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei ein Takteingang des Akkumulators mit dem invertierten Referenztakt verbunden ist.The device of claim 13 or 14, wherein a clock input of the accumulator is connected to the inverted reference clock. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der geschaltete Leistungswandler ein Mehrphasenwandler ist, wobei die Vorrichtung eine einzelne Zähleinheit und eine Zugriffslogik hat zum Auswählen, während einer Zeitperiode, eines PFM-Pulses oder mehrerer PFM-Pulse von nur einer Phase zum Durchlassen bzw. Weiterleiten an die Zähleinheit zum Bestimmen einer Pulsbreite des/der PFM-Pulse(s), wobei die ausgewählte Phase unter den mehreren Phasen rotiert, wobei die Berechnungseinheit die gezählten Pulse um die Anzahl von Phasen anpasst.The apparatus of any one of claims 5 to 9, wherein the switched power converter is a multi-phase converter, the apparatus having a single counting unit and access logic for selecting, during a time period, a PFM pulse or multiple one-phase PFM pulses and forwarding to the counting unit for determining a pulse width of the PFM pulse (s), wherein the selected phase rotates among the plurality of phases, wherein the calculating unit adjusts the counted pulses by the number of phases. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die Zugriffslogik ein UND-Gatter für jede Phase aufweist, wobei ein Eingang des UND-Gatters die PFM-Pulse der Phase empfängt und der andere Eingang ein Phasenauswahl-Steuersignal empfängt, wobei die Zugriffslogik weiter ein ODER-Gatter aufweist, das mit den Ausgängen der UND-Gatter gekoppelt ist und einen ausgewählten PFM-Puls für die Zähleinheit vorsieht.The apparatus of claim 16, wherein the access logic comprises an AND gate for each phase, wherein one input of the AND gate receives the PFM pulses of the phase and the other input receives a phase select control signal, the access logic further being an OR gate which is coupled to the outputs of the AND gates and provides a selected PFM pulse for the counting unit. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 17, wobei der Referenztakt steuerbar ist, mit verschiedenen Taktraten zu arbeiten, wobei die Vorrichtung weiter eine Evaluierungslogik aufweist zum Evaluieren der gezählten Anzahl von Pulsen oder der bestimmten Pulsbreite und zum Steuern des Referenztakts basierend auf dem Evaluierungsergebnis.The apparatus of any one of claims 5 to 17, wherein the reference clock is controllable to operate at different clock rates, the apparatus further comprising evaluation logic for evaluating the counted number of pulses or the determined pulse width and for controlling the reference clock based on the evaluation result. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei die Evaluierungslogik ein Vergleichselement aufweist, um die gezählte Anzahl von Pulsen oder die bestimmte Pulsbreite mit einer Schwelle zu vergleichen und ein Takt-schneller- oder Takt-langsamer-Signal basierend auf dem Vergleichsergebnis zu erzeugen.The apparatus of claim 18, wherein the evaluation logic comprises a comparison element for comparing the counted number of pulses or the determined pulse width to a threshold and generating a clock faster or clock slower signal based on the comparison result. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 19, wobei der Referenztaktgeber während Zeitperioden deaktiviert werden kann, in denen keine PFM-Pulse verfügbar sind, oder während periodischer Intervalle, in denen keine Messungen durchgeführt werden.The apparatus of any one of claims 5 to 19, wherein the reference clock can be deactivated during periods of time when no PFM pulses are available or during periodic intervals in which measurements are not taken. Geschalteter Leistungswandler, der in einem Pulsfrequenzmodulation(PFM – pulse frequency modulation)-gesteuerten Modus arbeitet, der aufweist: – ein Schaltelement, um Leistung an eine Spule zu liefern; – eine PFM-Modulationseinheit zum Erzeugen von PFM-Pulsen zum Ansteuern des Schaltelements; und – eine Vorrichtung zum Bestimmen des Ausgangsstroms Iout des Leistungswandlers gemäß einem der Ansprüche 5 bis 20.A switched power converter operating in a pulse frequency modulation (PFM) controlled mode, comprising: a switching element for supplying power to a coil; A PFM modulation unit for generating PFM pulses for driving the switching element; and - an apparatus for determining the output current I out of the power converter according to one of claims 5 to 20.
DE102014218792.3A 2014-09-18 2014-09-18 Output current measurement of switched converters in PFM mode Ceased DE102014218792A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014218792.3A DE102014218792A1 (en) 2014-09-18 2014-09-18 Output current measurement of switched converters in PFM mode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014218792.3A DE102014218792A1 (en) 2014-09-18 2014-09-18 Output current measurement of switched converters in PFM mode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014218792A1 true DE102014218792A1 (en) 2016-03-24

Family

ID=55444554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014218792.3A Ceased DE102014218792A1 (en) 2014-09-18 2014-09-18 Output current measurement of switched converters in PFM mode

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014218792A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10601318B2 (en) 2018-01-29 2020-03-24 Infineon Technologies Ag Switching converter using pulse-frequency modulation and current-mode control

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6580623B1 (en) * 2001-05-30 2003-06-17 Cypress Semiconductor Corp. Flexible converter routing apparatus, system and method
US20050116698A1 (en) * 2003-12-01 2005-06-02 Prinz Francois X. Digital control of switching voltage regulators
US20100090671A1 (en) * 2008-09-11 2010-04-15 Wanfeng Zhang Intelligent Switching Controller and Power Conversion Circuits and Methods
US20100164443A1 (en) * 2008-12-31 2010-07-01 Stmicroelectronics S.R.L. Method for controlling a switching regulator and related switching regulator
US20140132179A1 (en) * 2011-05-18 2014-05-15 Ikon Semiconductor Limited Switched mode power supply

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6580623B1 (en) * 2001-05-30 2003-06-17 Cypress Semiconductor Corp. Flexible converter routing apparatus, system and method
US20050116698A1 (en) * 2003-12-01 2005-06-02 Prinz Francois X. Digital control of switching voltage regulators
US20100090671A1 (en) * 2008-09-11 2010-04-15 Wanfeng Zhang Intelligent Switching Controller and Power Conversion Circuits and Methods
US20100164443A1 (en) * 2008-12-31 2010-07-01 Stmicroelectronics S.R.L. Method for controlling a switching regulator and related switching regulator
US20140132179A1 (en) * 2011-05-18 2014-05-15 Ikon Semiconductor Limited Switched mode power supply

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10601318B2 (en) 2018-01-29 2020-03-24 Infineon Technologies Ag Switching converter using pulse-frequency modulation and current-mode control

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012203730B4 (en) Method and device for voltage regulation with optimization of dynamic transients
DE102015204021B4 (en) Dynamic current limiting circuit
DE102015112462B4 (en) switching converter control
DE102015108822A1 (en) System and method for current sensing in a switched mode power supply
DE112018005174T5 (en) IMPROVED CONTROLLER TOPOLOGY WITH ADAPTIVE WORK CYCLE CONTROL AND SEAMLESS TRANSITION OF OPERATING MODES
DE102019201928B4 (en) System and method for controlling a charge pump
DE102013114097A1 (en) Upstream switching controller control unit for temporarily storing power
DE102013114331A1 (en) Predictive current detection
DE102017205650A1 (en) Feedback voltage DC level suppression for DC-DC switching converters with configurable output
DE102017212349B4 (en) Step-down converter (buck-boost) converter with hysteresis
DE102012108489A1 (en) Dead time optimization of DC-DC converters
DE102013114611A1 (en) Pulse current measurement
DE102008046831A1 (en) Event-controlled time interval measurement
DE102009027347A1 (en) Control for a synchronous switching converter in gap mode
DE102013114248B4 (en) Power-sharing switching regulator with split inductor
DE102019002880A1 (en) Efficiency improvement at low load of a hybrid capacitor capacitor converter
DE102012103148A1 (en) Power Factor Correction Circuit
DE102012200490A1 (en) System and method for driving a switching transistor
DE102013219807A1 (en) Multi-stage power supply with fast transient response
DE102008006301A1 (en) Circuit for detecting voltage changes and method for detecting a voltage change
DE102015110507A1 (en) DC converter
DE102014103478A1 (en) Novel procedure for generating a power failure alarm to maximize usable hold time with AC / DC rectifiers
DE102014104758A1 (en) Phase-locked loop and method for operating a phase locked loop
DE112017004964T5 (en) Signal generating circuit and power supply device
DE102014016037A1 (en) Low power switched linear regulator

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: MERH-IP MATIAS ERNY REICHL HOFFMANN PATENTANWA, DE

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final