DE102016101808A1 - Spannungswandler für Leistungsverwaltung - Google Patents

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DE102016101808A1
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pulse
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Kyoung-Jin Lee
Ha-Neul KIM
Hyoung-Seok Oh
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

Ein Spannungswandler (10, 10a, 20, 600, 730) weist eine Wandlerschaltung (60, 100, 100a, 610, 732) und eine Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731) auf, wobei die Wandlerschaltung (60, 100, 100a, 610, 732) eine Induktivität aufweist, welche mit einem Schaltknoten verbunden ist, eine erste Schaltvorrichtung (61, 120, 611), welche zwischen dem Schaltknoten und einer gemeinsamen Spannung verbunden ist, und eine zweite Schaltvorrichtung (63, 130, 612), welche mit dem Schaltknoten verbunden ist, wobei die erste Schaltvorrichtung (61, 120, 611) die Induktivität lädt und die Induktivität entlädt in Antwort auf ein Steuersignal, und die Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731) das Steuersignal durch ein Durchführen einer PWM und einer PFM basierend auf einem ersten Abtastsignal, einem zweiten Abtastsignal und einem Rückkopplungssignal erzeugt, und eine Ladezeit der Induktivität auf einer Zeitbasis anpasst basierend auf wenigstens der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung, wenn die Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731) die PFM durchführt.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht unter 35 USC § 119 die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2015-0062888 , welche am 6. Mai 2015 beim Koreanischen Amt für Gewerblichen Rechtschutz (KIPO = Korean Intellectual Property Office = Koreanisches Amt für Gewerblichen Rechtschutz) eingereicht wurde, deren Inhalt hierin unter Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit einbezogen ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf Leistungsversorgungsvorrichtungen und genauer auf Spannungswandler und Leistungsverwaltungsvorrichtungen, welche dieselben aufweisen.
  • DISKUSSION DES STANDES DER TECHNIK
  • Im Allgemeinen werden Leistungsversorgungsvorrichtungen verwendet, um eine Spannung für einen Betrieb von elektronischen Vorrichtungen zuzuführen. Ein Typ von Leistungsversorgungsvorrichtungen ist ein Spannungswandler, wie beispielsweise ein DC-DC-Wandler. DC-DC-Wandler werden in verschiedenen Typen von elektronischen Vorrichtungen verwendet, um effizient eine stabile Leistungsversorgungsspannung gemäß einer Ausgangslast vorzusehen.
  • KURZFASSUNG
  • Beispielhafte Ausführungsformen des vorliegenden erfinderischen Konzepts sehen einen Spannungswandler vor, welcher in der Lage ist, eine Leistungsübertragungseffizienz zu erhöhen und einen stabilen Moduswechsel durchzuführen. Eine beispielhafte Ausführungsform sieht eine Leistungsverwaltungsvorrichtung vor, welche den Spannungswandler aufweist.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist ein Spannungswandler eine Wandlerschaltung und eine Schaltsteuerschaltung auf. Die Wandlerschaltung weist eine Induktivität auf, welche mit einem Schaltknoten verbunden ist, eine erste Schaltvorrichtung, welche zwischen dem Schaltknoten und einer gemeinsamen Spannung verbunden ist, und eine zweite Schaltvorrichtung, welche zwischen dem Schaltknoten und einem Ausgangsknoten verbunden ist. Die erste Schaltvorrichtung lädt eine Eingangsleistungsversorgungsspannung in die Induktivität und entlädt die Induktivität in Antwort auf ein Treibersteuersignal. Die Schaltsteuerschaltung erzeugt das Treibersteuersignal durch ein Durchführen einer Pulsweitenmodulation (PWM = Pulse-Width Modulation = Pulsweitenmodulation) und einer Pulsfrequenzmodulation (PFM = Pulse-Frequency Modulation = Pulsfrequenzmodulation) basierend auf einem ersten Abtastsignal, einem zweiten Abtastsignal und einer Rückkopplungsspannung (bzw. Rückmeldungsspannung). Das erste Abtastsignal und das zweite Abtastsignal sind auf einem abgetasteten Strom, welcher durch die erste Schaltvorrichtung fließt, basiert, und die Rückkopplungsspannung wird durch ein Dividieren einer Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten erhalten. Die Schaltsteuerschaltung passt eine Ladezeit der Induktivität auf einer Zeitbasis an basierend auf wenigstens der Eingangsspannung, wenn die Schaltsteuerspannung die PFM durchführt.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Schaltsteuerschaltung einen An-Zeit-Controller bzw. eine An-Zeit-Steuerung, eine Pulserzeugungsschaltung, einen Moduscontroller und einen Treibercontroller aufweisen. Der An-Zeit-Controller kann einen An-Zeit-Steuerpuls erzeugen, welcher die Ladezeit der Induktivität basierend auf der Eingangsleistungsversorgungsspannung und einer Referenzspannung anpasst. Die Pulserzeugungsschaltung kann ein erstes Pulssignal durch ein Durchführen der PWM erzeugen, und kann ein zweites Pulssignal durch ein Durchführen der PFM erzeugen basierend auf der Referenzspannung, dem ersten Abtastsignal, dem zweiten Abtastsignal, der Rückkopplungsspannung und dem An-Zeit-Steuerpuls, und kann ein Modussignal erzeugen, welches eine Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung anzeigt. Das erste Abtastsignal kann einen Pegel des abgetasteten Stroms anzeigen, und das zweite Abtastsignal kann einen Null-Pegel des abgetasteten Stroms anzeigen. Der Moduscontroller kann eines des ersten Pulssignals und des zweiten Pulssignals als ein Ausgangsspulssignal gemäß dem Modussignal und einem Operationsmodus basierend auf dem An-Zeit-Steuerpuls auswählen. Der Treibercontroller kann das Treibersteuersignal basierend auf dem Ausgangspulssignal erzeugen.
  • Der Moduscontroller kann eines des ersten Pulssignals und des zweiten Pulssignals als das Ausgangspulssignal basierend auf einem Vergleich einer ersten An-Zeit und einer zweiten An-Zeit auswählen. Die erste An-Zeit kann einem ersten Aktivierungsintervall des ersten Pulssignals entsprechen, und die zweite An-Zeit kann einem zweiten Aktivierungsintervall des zweiten Pulssignals entsprechen.
  • Der Moduscontroller kann den Betriebsmodus von einem PWM-Modus zu einem PFM-Modus ändern, wenn die erste An-Zeit um eine Referenzzahl oder einen Grenzwert kleiner als die zweite An-Zeit ist.
  • Der An-Zeit-Controller kann einen Aktivierungssignalerzeuger, eine Stromspiegelschaltung und einen An-Zeit-Pulserzeuger aufweisen. Der Aktivierungssignalerzeuger kann ein erstes Aktivierungssignal und ein zweites Aktivierungssignal basierend auf Steuersignalen von außerhalb und einem Referenzpulssignal erzeugen. Die Stromspiegelschaltung kann einen Ladestrom durch ein Spiegeln eines Referenzstroms in Antwort auf das erste Aktivierungssignal erzeugen. Der An-Zeit-Pulserzeuger kann den An-Zeit-Steuerpuls basierend auf dem ersten Aktivierungssignal, dem zweiten Aktivierungssignal, dem Ladestrom und der Referenzspannung und der Eingangsleistungsversorgungsspannung erzeugen.
  • Der Aktivierungssignalerzeuger kann ein erstes UND-Gatter bzw. -Gate, ein zweites UND-Gate und einen Inverter aufweisen. Das erste UND-Gate kann eine UND-Operation auf dem Referenzpulssignal und einem Kalibrierungs-Aktivierungssignal der Steuersignale durchführen. Das zweite UND-Gate kann eine UND-Operation auf einer Ausgabe des ersten UND-Gates und einem Controller-Aktivierungssignal der Steuersignale zum Ausgeben des ersten Aktivierungssignals durchführen. Das Controller-Aktivierungssignal kann eine Aktivierung des An-Zeit-Controllers anordnen. Der Inverter kann das erste Aktivierungssignal invertieren, um das zweite Aktivierungssignal auszugeben.
  • Der An-Zeit-Pulserzeuger kann einen ersten Kondensator, einen ersten Schalter, wenigstens einen zweiten Schalter und wenigstens einen zweiten Kondensator, einen Komparator und ein Flip-Flop aufweisen. Der erste Kondensator kann zwischen einem ersten Knoten, welcher mit der Stromspiegelschaltung gekoppelt ist, und einer gemeinsamen Spannung verbunden sein und kann den Ladestrom speichern. Der erste Schalter kann parallel mit dem ersten Kondensator zwischen dem ersten Knoten und der gemeinsamen Spannung verbunden sein und der erste Schalter kann in Antwort auf das zweite Aktivierungssignal geschaltet werden. Der wenigstens eine zweite Schalter und der wenigstens eine zweite Kondensator können in Serie zwischen dem ersten Knoten und der gemeinsamen Spannung verbunden sein. Der Komparator kann eine Rampenspannung an den ersten Knoten und die Referenzspannung vergleichen. Das Flip-Flop kann einen Einstellanschluss haben, welcher das erste Aktivierungssignal empfängt, einen zweiten Anschluss, welcher eine Ausgabe des Komparators empfängt, und einen Ausgangsanschluss, welche den An-Zeit-Steuerpuls vorsieht.
  • Der wenigstens eine zweite Schalter kann in Antwort auf ein externes Schaltsteuersignal geschaltet werden, und der wenigstens eine zweite Kondensator kann wenigstens eine der Eingangsleistungsversorgungsspannung und einer Kompensationsspannung, welche einem Kalibriercode entspricht, speichern.
  • Eine An-Zeit des An-Zeit-Steuerpulses kann gemäß einem Pegel der Rampenspannung variiert werden.
  • Die Pulserzeugungsschaltung kann einen ersten Pulserzeuger und einen zweiten Pulserzeuger aufweisen. Der erste Pulserzeuger kann das erste Pulssignal basierend auf der Referenzspannung, der Rückkopplungsspannung und dem ersten Abtastsignal erzeugen. Der zweite Pulserzeuger kann das zweite Pulssignal basierend auf der Referenzspannung, der Rückkopplungsspannung, dem zweiten Abtastsignal und dem An-Zeit-Steuerpuls erzeugen.
  • Der zweite Pulserzeuger kann einen ersten Hysterese-Komparator, einen zweiten Hysterese-Komparator, ein erstes ODER-Gate, ein zweites ODER-Gate und ein Flip-Flop aufweisen. Der erste Hysterese-Komparator kann ein PFM-Signal, welches einer Differenz zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung entspricht, erzeugen, und kann ein variables Hysterese-Fenster aufweisen. Der zweite Hysterese-Komparator kann das Modussignal, welches einer Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht, erzeugen. Das erste ODER-Gate kann eine ODER-Operation auf dem PFM-Signal und dem zweiten Abtastsignal durchführen. Das zweite ODER-Gate kann eine ODER-Operation auf dem Modussignal und dem An-Zeit-Steuerpuls durchführen. Das Flip-Flop kann einen Einstellanschluss haben, welcher eine Ausgabe des ersten ODER-Gate empfangt, einen Rücksetzanschluss, welcher eine Ausgabe des zweiten ODER-Gates empfängt, und einen Ausgangsanschluss, welcher das zweite Pulssignal vorsieht.
  • Der Moduscontroller kann einen Zeit-Komparator, einen Zähler, einen Signalerzeuger und eine Auswahlschaltung aufweisen. Der Zeit-Komparator kann eine erste An-Zeit, welche einem ersten Aktivierungsintervall des ersten Pulssignals entspricht, und eine zweite An-Zeit, welche einem zweiten Aktivierungsintervall des zweiten Pulssignals entspricht, vergleichen, um ein Zeitvergleichssignal auszugeben. Der Zähler kann das Zeitvergleichssignal, welches einen ersten Logikpegel hat, zählen, um ein Zählausgangssignal auszugeben. Der Signalerzeuger kann ein Rücksetzsignal und ein Auswahlsignal basierend auf dem Zählausgangssignal und dem Modussignal erzeugen. Die Auswahlschaltung kann eines des ersten Pulssignals und des zweiten Pulssignals als das Ausgangspulssignal in Antwort auf das Auswahlsignal auswählen.
  • Der Zähler kann das Zählausgangssignal als einen ersten Logikpegel ausgeben, wenn der Zeit-Komparator nachfolgend das Zeitvergleichssignal als einen ersten Logikpegel für eine Referenzanzahl von Malen ausgibt.
  • Der Signalerzeuger kann das Auswahlsignal als einen ersten Logikpegel ausgeben, wenn das Modussignal einen ersten Logikpegel hat und das Zählausgangssignal einen Logikpegel hat.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann die erste Schaltvorrichtung einen n-Kanal-Leistungsschalter aufweisen, die zweite Schaltvorrichtung kann eine Diode, welche zwischen dem Schaltknoten und dem Ausgangsknoten verbunden ist, aufweisen, und der Spannungswandler kann ein asynchroner Aufwärtswandler (boost converter) sein.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann die erste Schaltvorrichtung einen n-Kanal-Leistungsschalter aufweisen, die zweite Schaltvorrichtung kann einen p-Kanal-Leistungsschalter aufweisen, welcher zwischen dem Schaltknoten und dem Ausgangsknoten verbunden ist, und der Spannungswandler kann ein synchroner Aufwärtswandler sein.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Wandlerschaltung ferner eine dritte Schaltvorrichtung aufweisen. Die dritte Schaltvorrichtung kann zwischen der Eingangs-Leistungsversorgungsspannung und der Induktivität verbunden sein, und die dritte Schaltvorrichtung kann die Eingangsleistungsversorgungsspannung zu der Induktivität in Antwort auf ein Hochstell-Steuersignal (boosting control signal) schalten. Die dritte Schaltvorrichtung kann einen p-Kanal-Leistungsschalter aufweisen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist ein Spannungswandler eine Wandlerschaltung und eine Schaltsteuerschaltung auf. Die Wandlerschaltung weist eine Induktivität auf, welche mit einem Schaltknoten verbunden ist, eine erste Schaltvorrichtung, welche mit dem Schaltknoten verbunden ist, und eine zweite Schaltvorrichtung, welche zwischen dem Schaltknoten und einem Ausgangsknoten verbunden ist. Die erste Schaltvorrichtung lädt eine Eingangsleistungsversorgungsspannung in die Induktivität in Antwort auf ein erstes Treibersteuersignal und die zweite Schaltvorrichtung entlädt die Induktivität in Antwort auf ein zweites Treibersteuersignal. Die Schaltsteuerschaltung erzeugt das erste Treibersteuersignal und das zweite Treibersteuersignal durch ein Durchführen einer Pulsweitenmodulation (PWM) und einer Pulsfrequenzmodulation (PFM) basierend auf einem ersten Abtastsignal, einem zweiten Abtastsignal und einer Rückkopplungsspannung. Das erste Abtastsignal und das zweite Abtastsignal ist auf einem Induktivitätsstrom basiert, welcher durch die Induktivität fließt, und die Rückkopplungsspannung wird durch ein Dividieren einer Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten erhalten. Die Schaltsteuerschaltung passt eine Ladezeit der Induktivität auf einer Zeitbasis basierend auf wenigstens der Eingangsspannung an, wenn die Schaltsteuerschaltung die PFM durchführt.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Schaltsteuerschaltung einen An-Zeit-Controller, eine Pulserzeugungsschaltung, einen Moduscontroller und einen Treibercontroller aufweisen. Der An-Zeit-Controller kann einen An-Zeit-Steuerpuls erzeugen, welcher die Ladezeit der Induktivität basierend auf der Eingangsleistungsversorgungsspannung und einer Referenzspannung anpasst. Die Pulserzeugungsschaltung kann ein erstes Pulssignal durch ein Durchführen der PWM erzeugen, kann ein zweites Pulssignal durch ein Durchführen der PFM basierend auf der Referenzspannung, dem ersten Abtastsignal, dem zweiten Abtastsignal, der Rückopplungsspannung und dem An-Zeit-Steuerpuls erzeugen, und kann ein Modussignal erzeugen, welches eine Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung anzeigt. Das erste Abtastsignal kann einen Pegel des Induktivitätsstroms anzeigen, und das zweite Abtastsignal kann einen Null-Pegel des Induktivitätsstroms anzeigen. Der Moduscontroller kann eines des ersten Pulssignals und des zweiten Pulssignals als ein Ausgangspulssignal gemäß dem Modussignal und einen Betriebsmodus basierend auf dem An-Zeit-Steuerpuls auswählen. Der Treibercontroller kann das erste Treibersteuersignal und das zweite Treibersteuersignal basierend auf dem Ausgangspulssignal erzeugen. Ein Pegel der Ausgangsspannung kann niedriger sein als ein Pegel der Eingangsleistungsversorgungsspannung. Der Spannungswandler kann Abwärtswandler (buck converter) sein.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist eine Leistungsverwaltungsschaltung einen Referenzspannungserzeuger, einen Rücksetzsignalerzeuger und einen Spannungswandler auf. Der Referenzspannungserzeuger erzeugt eine Referenzspannung in Antwort auf ein Leistungsaktivierungssignal. Der Rücksetzsignalerzeuger erzeugt ein Rücksetzsignal basierend auf dem Leistungsaktivierungssignal und der Referenzspannung. Der Spannungswandler erzeugt ein Treibersteuersignal durch ein Durchführen einer Pulsfrequenzmodulation (PFM) und einer Pulsweitenmodulation (PWM) basierend auf einer Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung und wandelt eine Eingangsleistungsversorgungsspannung in eine Ausgangsspannung in Antwort auf das Treibersteuersignal um. Die Rückkopplungsspannung wird durch ein Dividieren der Ausgangsspannung an einem Ausgangsknoten erlangt. Der Spannungswandler weist eine Wandlerschaltung und eine Schaltsteuerschaltung auf. Die Wandlerschaltung weist eine Induktivität, welche mit einem Schaltknoten verbunden ist, eine erste Schaltvorrichtung, welche zwischen dem Schaltknoten und einer gemeinsamen Spannung verbunden ist, und eine zweite Schaltvorrichtung, welche zwischen dem Schaltknoten und einem Ausgangsknoten verbunden ist, auf. Die erste Schaltvorrichtung lädt eine Eingangsleistungsversorgungsspannung in die Induktivität und entlädt die Induktivität in Antwort auf ein Treibersteuersignal. Die Schaltsteuerschaltung erzeugt das Treibersteuersignal durch ein Durchführen der PWM und PFM basierend auf einem ersten Abtastsignal, einem zweiten Abtastsignal und der Rückkopplungsspannung. Das erste Abtastsignal und das zweite Abtastsignal sind auf einem abgetasteten Strom, welcher durch die erste Schaltvorrichtung fließt, basiert. Die Schaltsteuerschaltung passt eine Ladezeit der Induktivität auf einer Zeitbasis basierend auf wenigstens der Eingangsspannung an, wenn die Schaltsteuerschaltung die PFM durchführt.
  • Demzufolge kann der Spannungswandler in Vorsteuerung eine Ladezeit der Induktivität auf einer Zeitbasis anpassen und kann einen Moduswechsel basierend auf einem An-Zeit-Steuerpuls durchführen. Demzufolge kann der Spannungswandler eine Stabilität und Leistungsübertragungseffizienz erhöhen.
  • Ein Leistungswandler einer beispielhaften Ausführungsform weist eine Wandlerschaltung auf, welche mit einem Eingangsknoten verbunden ist, und welche einen Schaltknoten, eine Energiespeichervorrichtung, welche mit dem Schaltknoten verbunden ist, und eine Mehrzahl von Schaltvorrichtungen, welche mit dem Schaltknoten verbunden sind, hat; und eine Schaltsteuerschaltung, welche mit Steuereingängen der Mehrzahl von Schaltvorrichtungen verbunden ist, um die Mehrzahl von Schaltvorrichtungen durch den folgenden einen einer Mehrzahl von Leistungsübertragungsbetriebsmodi zu einer Zeit basierend auf wenigstens einem Rückkopplungssignal, wenigstens einem Vorsteuerungs-Signal und wenigstens einem Abtastsignal zu steuern, und zwischen der Mehrzahl von Leistungstransfer-Betriebsmodi schaltend basierend auf einem Strom, welcher im Wesentlichen durch einen Ausgangsknoten strömt, wobei das wenigstens eine Rückkopplungssignal auf einem Ausgangspotential an dem Ausgangsknoten basiert ist, das wenigstens eine Vorsteuerungs-Signal auf einem Eingangspotential an dem Eingangsknoten basiert ist, und das wenigstens eine Abtastsignal auf einem abgetasteten Strom, welcher im Wesentlichen durch wenigstens eine der Mehrzahl von Schaltvorrichtungen fließt, basiert ist, und eine erste der Mehrzahl von Schaltvorrichtungen zwischen dem Schaltknoten und einem gemeinsamen Knoten verbunden ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Merkmale werden Fachleuten offensichtlich werden durch ein detailliertes Beschreiben beispielhafter Ausführungsformen des vorliegenden erfinderischen Konzepts unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
  • 1 ist ein Blockschaltbild, welches einen Spannungswandler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • 2 ist ein Blockschaltbild, welches einen Spannungswandler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • 3A und 3B veranschaulichen jeweils einen Betrieb der Wandlerschaltung in dem Spannungswandler der 1 oder der 2.
  • 4 ist ein Blockschaltbild, welches die Stromabtastschaltung in 1 oder 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • 5 ist ein Blockschaltbild, welches die Pulserzeugungsschaltung in 1 oder 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • 6 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches verschiedene Signale in dem ersten Pulserzeuger in 5 veranschaulicht.
  • 7 ist ein Blockschaltbild, welches den An-Zeit-Controller in 1 oder 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • 8 ist ein Schaltbild, welches den An-Zeit-Controller in 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • 9A ist ein Zeitverlaufsdiagramm, welches einen Betrieb des An-Zeit-Controllers der 8 veranschaulicht.
  • 9B ist ein Zeitverlaufsdiagramm, welches einen Betrieb des zweiten Pulserzeugers in der Pulserzeugungsschaltung der 5 veranschaulicht.
  • 10 ist ein Blockschaltbild, welches den Moduscontroller in dem Spannungswandler der 1 oder der 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • 11 veranschaulicht, dass der Spannungswandler der 1 oder 2 eine An-Zeit in dem PFM-Modus anpasst.
  • 12 veranschaulicht einen Modus-Wechsel gemäß einer Rast in dem Spannungswandler der 1 oder 2.
  • 13 veranschaulicht eine Leistungsübertragungseffizienz des Spannungswandlers der 1 oder 2.
  • 14 ist ein Blockschaltbild, welches einen Spannungswandler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • 15A und 15B veranschaulichen jeweils einen Betrieb der Wandlerschaltung in dem Spannungswandler der 14.
  • 16 ist ein Graph, welcher einen Betrieb des Spannungswandlers der 14 erklärt, und 17 ist ein Graph, welcher einen Abschnitt der 16 vergrößert.
  • 18 ist ein Blockschaltbild, welches einen Spannungswandler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • 19 ist ein Blockschaltbild, welches eine Leistungsverwaltungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • 20 ist ein Blockschaltbild, welches ein Leistungsverwaltungssystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • 21 ist ein Blockschaltbild, welches ein Leistungsverwaltungssystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • 22 ist ein Blockschaltbild, welches eine elektronische Vorrichtung veranschaulicht, welche den Spannungswandler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform aufweist.
  • 23 ist ein Blockschaltbild, welches ein mobiles System veranschaulicht, welches die Leistungsverwaltungsvorrichtung der 19 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform aufweist.
  • 24 ist ein Blockschaltbild, welches ein Berechnungssystem, welches die Leistungsverwaltungsvorrichtung der 19 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform aufweist, veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Beispielhafte Ausführungsformen des vorliegenden erfinderischen Konzepts sehen einen Spannungswandler mit einer hohen Übertragungseffizienz über einen breiten Bereich von Lastströmen vor, welcher einen stabilen Moduswechsel durch ein Schalten von Modi, wie beispielsweise zwischen Pulsweitenmodulation und Pulsfrequenzmodulation basierend auf genauen Messungen eines Stromflusses über eine Energiespeichervorrichtung und/oder eine Schaltvorrichtung während eines Zeitfensters durchführt. Ausführungsformen sehen eine Schaltmodus-Leistungsversorgung mit Vorsteuerung, Rückkopplung und Stromabtastung vor, welche stabil zwischen Leistungsübertragungs-Betriebsmodi (beispielsweise PWM, PFM, boost, buck, hybrid) basierend auf Puls-An-Zeiten und dem Strom wechseln kann. Das vorliegende erfinderische Konzept wird vollständiger unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in welchen beispielhafte Ausführungsformen gezeigt sind. Das vorliegende erfinderische Konzept kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden und sollte nicht auf die Ausführungsformen, welche hierin erläutert sind, beschränkt betrachtet werden. Vielmehr sind diese Ausführungsformen vorgesehen, so dass diese Offenbarung gewissenhaft und vollständig sein wird und Fachleuten vollständig den Umfang des vorliegenden erfinderischen Konzepts vermitteln wird. Gleiche Bezugszeichen können sich auf gleiche Elemente über diese Anmeldung hinweg beziehen.
  • Es wird verstanden werden, dass, obwohl die Begriffe erster/erste/erstes, zweiter/zweite/zweites oder dergleichen hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente zu beschreiben, diese Elemente nicht durch diese Begriffe beschränkt betrachtet werden sollten. Diese Begriffe werden verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Beispielsweise könnte ein erstes Element als ein zweites Element bezeichnet werden, und ähnlich könnte ein zweites Element als ein erstes Element bezeichnet werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Wenn ein Element als ein drittes Element bezeichnet wird, muss beispielsweise ein zweites Element nicht gegenwärtig sein. Wenn hierin verwendet umfasst der Begriff „und/oder” eine beliebige und alle Kombinationen eines oder mehrerer der zugeordneten aufgelisteten Gegenstände.
  • Es wird verstanden werden, dass wenn auf ein Element Bezug genommen wird als „verbunden” oder „gekoppelt” mit einem anderen Element, es mit dem anderen Element direkt verbunden oder gekoppelt sein kann oder zwischenliegende Elemente gegenwärtig sein können. Im Gegensatz dazu sind, wenn auf ein Element als „direkt verbunden” oder „direkt gekoppelt” mit einem anderen Element Bezug genommen wird, keine zwischenliegenden Elemente gegenwärtig. Andere Worte, welche verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten in einer gleichen Art und Weise interpretiert werden beispielsweise „zwischen” gegenüber „direkt zwischen”, „benachbart” gegenüber „direkt benachbart” oder dergleichen.
  • Die Terminologie, welche hierin verwendet wird, ist für den Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und ist nicht vorgesehen, um für die vorliegende Offenbarung beschränkend zu sein. Wenn hierin verwendet, sind die Singularformen „einer/eine/eines” und „der/die/das” vorgesehen, um die Pluralformen ebenso zu umfassen, solange der Zusammenhang nicht eindeutig Anderweitiges anzeigt. Es wird ferner verstanden werden, dass die Begriffe „weist auf”, „aufweisend”, „umfasst” und/oder einschließlich, wenn sie hierin verwendet werden, die Gegenwart von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch die Anwesenheit oder Hinzufügung einer oder mehrerer anderer nicht ausschließen.
  • Solange nicht anderweitig definiert, haben alle Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe), welche hierin verwendet werden, dieselbe Bedeutung, wie allgemein durch Fachleute verstanden, auf deren Fachgebiet sich diese vorliegende Offenbarung erstreckt. Es wird ferner verstanden werden, dass Begriffe, wie diejenigen, welche in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, als eine Bedeutung habend interpretiert werden sollten, welche konsistent mit ihrer Bedeutung in dem Zusammenhang des relevanten Fachgebiets ist und nicht übermäßig in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinne interpretiert werden werden, solange nicht ausdrücklich hierin so definiert.
  • Hierin nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen des vorliegenden erfinderischen Konzepts im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Gleiche Bezugszeichen können gleichen Elementen zugeordnet werden, und die Details davon können ausgelassen werden, um Redundanz zu vermeiden.
  • 1 ist ein Blockschaltbild, welches einen Spannungswandler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 1 weist ein Spannungswandler 10 einer beispielhaften Ausführungsform eine Wandlerschaltung 100, welche zwischen einem Eingangsknoten und einem Ausgangsknoten verbunden ist, einen Kondensator bzw. eine Kapazität C1, welcher bzw. welche zwischen dem Ausgangsknoten und einem gemeinsamen Knoten verbunden ist, eine Rückkopplungseinheit 40, welche zwischen dem Ausgangsknoten und dem gemeinsamen Knoten verbunden ist, einen Referenzspannungserzeuger 70, welcher ein Referenzsignal erzeugt, eine Stromabtastschaltung 150, welche Abtastsignale erzeugt, und eine Schaltsteuerschaltung 160 auf, welche die Referenz- und Abtastsignale empfängt. Eine Last 50 ist zur Zweckmäßigkeit in 1 veranschaulicht, der Spannungswandler 10 muss jedoch die Last 50 nicht aufweisen. Auf den Spannungswandler 10 kann Bezug genommen werden als eine Schaltmodus-Leistungsversorgung (SMPS = Switching Mode Power Supply = Schaltmodus-Leistungsversorgung) oder ein Leistungswandler.
  • Die Wandlerschaltung 100 weist eine Energiespeichervorrichtung wie beispielsweise eine Induktivität bzw. eine Spule L, eine erste Schaltvorrichtung 120, eine zweite Schaltvorrichtung D und eine dritte Schaltvorrichtung 110 auf. Die erste Schaltvorrichtung 120 kann einen n-Kanal Leistungsschalter aufweisen, welcher zwischen einem Schaltknoten SN und einem gemeinsame Spannung-Knoten verbunden ist, und die zweite Schaltvorrichtung D kann eine Diode aufweisen. Die dritte Schaltvorrichtung 110 kann zwischen einem Eingangsleistungs-Versorgungsspannungs-Vin-Knoten und der Induktivität L verbunden sein, und kann die Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin zu der Induktivität L in Antwort auf ein Hochsetz-Steuersignal (boosting control signal) BSTEN, welches von außerhalb vorgesehen wird, übertragen. Die zweite Schaltvorrichtung D kann zwischen den Schaltknoten SN und einem Ausgangsknoten NO verbunden sein.
  • Der Glättungskondensator C1 kann zwischen dem Ausgangsknoten NO und dem gemeinsame Spannung-Knoten verbunden sein. Die Rückkopplungseinheit 40 ist zwischen dem Ausgangsknoten NO und dem gemeinsame Spannung-Knoten parallel mit dem Kondensator C1 verbunden und weist Widerstände R1 und R2 auf, welche an einem Rückkopplungsknoten FN zwischenverbunden sind, welcher eine Ausgangsspannung Vout an dem Ausgangsknoten NO dividiert, um eine Rückkopplungsspannung VFB vorzusehen. Ein Laststrom ILOAD fließt in die Last 50 von dem Ausgangsknoten NO. Die Induktivität L und der Kondensator C1 können als ein Tiefpassfilter arbeiten, welcher Welligkeiten in der Ausgangsspannung Vout entfernt. Alternativ können äquivalente Schaltungen unter Verwendung primär von Induktivitäten und/oder primär von Kondensatoren als den Energiespeichervorrichtungen substituiert werden.
  • Die erste Schaltvorrichtung 120 lädt die Induktivität L mit der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin in Antwort auf ein Treibersteuersignal GP mit einem ersten Logikpegel und überträgt die Spannung, welche in die Induktivität L geladen ist, zu dem Ausgangsknoten NO in Antwort auf das Treibersteuersignal GP mit einem zweiten Logikpegel. Die erste Schaltvorrichtung 120 weist einen n-Kanal Leistungsschalter auf, welcher eine Drain hat, welche mit Schaltknoten SN gekoppelt ist, eine Source, welche mit dem gemeinsame Spannung-Knoten gekoppelt ist, und ein Gate, welches das Treibersteuersignal GP empfängt.
  • Die zweite Schaltvorrichtung D kann eine Diode aufweisen, welche im Wesentlichen verhindert, dass ein Strom zu dem Ausgangsknoten NO von dem Schaltknoten SN fließt.
  • Die Stromabtastschaltung 150 erzeugt ein erstes Abtastsignal CS, welches einen Nicht-Null-Peak oder Grenzpegel eines abgetasteten Stroms ISEN anzeigt, welcher durch die erste Schaltvorrichtung 120 fließt, und erzeugt ein zweites Abtastsignal ZCS, welches einen im Wesentlichen Null-Pegel des abgetasteten Stroms ISEN basierend auf dem abgetasteten Strom ISEN anzeigt. Der Referenzspannungserzeuger 70 erzeugt eine Referenzspannung VREF.
  • Wie in den 1 und 12 gezeigt ist, erzeugt die Schaltsteuerschaltung 160 das Treibersteuersignal GP durch ein Durchführen einer Pulsfrequenzmodulation (PFM = Pulse-Frequency Modulation = Pulsfrequenzmodulation) und einer Pulsweitenmodulation (PWM = Pulse-Width Modulation = Pulsweitenmodulation) basierend auf der Rückkopplungsspannung VFB, der Referenzspannung VREF, dem ersten Abtastsignal CS und dem zweiten Abtastsignal ZCS. Die Schaltsteuerschaltung 160 kann eine Ladezeit der Induktivität L auf einer Zeitbasis basierend auf wenigstens der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin anpassen, wenn die Schaltsteuerschaltung 160 die PFM durchführt. Die Schaltsteuerschaltung 160 kann ein Aktivierungsintervall des Treibersteuersignals GP auf einer Zeitbasis basierend auf wenigstens der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin anpassen.
  • Der Referenzspannungserzeuger 70 erzeugt die Referenzspannung VREF und sieht die Referenzspannung VREF für die Schaltsteuerschaltung 160 vor.
  • Die Schaltsteuerschaltung 160 weist eine Pulserzeugungsschaltung 200, einen An-Zeit-Controller 300, einen Moduscontroller 400 und einen Treibercontroller 470 auf.
  • Der An-Zeit-Controller 300 der 1, 7 und 8 erzeugt einen An-Zeit-Steuerpuls VON, welcher die Ladezeit der Induktivität L basierend auf der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin und der Referenzspannung VREF beschränkt oder anpasst. Die Pulserzeugungsschaltung 200 der 1 und 5 empfängt das VON-Signal und erzeugt ein erstes Pulssignal PWMO durch ein Durchführen der PWM, und/oder erzeugt ein zweites Pulssignal PFMO durch ein Durchführen der PFM basierend auf der Referenzspannung VREF, dem ersten Abtastsignal CS, dem zweiten Abtastsignal ZCS, der Rückkopplungsspannung VFB und dem An-Zeit-Steuerpuls VON und erzeugt ein Modussignal MD basierend auf einer Differenz zwischen der Referenzspannung VREF und der Rückkopplungsspannung VFB. Der An-Zeit-Controller 300 kann in Antwort auf ein Controller-Aktivierungssignal OTCEN, welches von außerhalb vorgesehen ist, aktiviert werden. Der An-Zeit-Controller 300 kann ferner einen Kalibriercode CCD empfangen.
  • Der Moduscontroller 400 wählt eines des ersten Pulssignals PWMO oder des zweiten Pulssignals PFM als ein Ausgangspulssignal PLO gemäß einem Betriebsmodus basierend auf dem Modussignal MD und dem An-Zeit-Steuerpuls VON aus. Der Moduscontroller 400 wählt eines des ersten Pulssignals PWMO und des zweiten Pulssignals PFMO als das Ausgangspulssignal PLO basierend auf einem Vergleichen einer ersten An-Zeit und einer zweiten An-Zeit aus. Die erste An-Zeit kann ein erstes Aktivierungsintervall des ersten Pulssignals PWMO repräsentieren, und die zweite An-Zeit kann ein zweites Aktivierungsintervall des zweiten Pulssignals PFMO repräsentieren. Alternativ können die erste und die zweite An-Zeit unterschiedliche Aktivierungsintervalle des ersten Pulssignals repräsentieren, oder sie können unterschiedliche Aktivierungsintervalle des zweiten Pulssignals repräsentieren.
  • Der Treibercontroller 470 gibt das Treibersteuersignal GP basierend auf dem Ausgangspulssignal PLO aus. Demnach veranlasst die Schaltsteuerschaltung 160 den Spannungswandler 10, in einem PWM-Modus zu arbeiten, welcher für höhere elektrische Lasten effizienter sein kann, wenn die Last allgemein über einem Grenzwert verbleibt, und veranlasst ihn, in einem PFM-Modus zu arbeiten, welcher für niedrige elektrische Lasten effizienter sein kann, wenn die Last allgemein unter einem Grenzwert verbleibt.
  • 2 ist ein Blockschaltbild, welches einen Spannungswandler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 2 ist ein Spannungswandler 10a ähnlich zu dem Spannungswandler 10 der 1, so dass eine doppelte Beschreibung ausgelassen werden kann. Der Spannungswandler 10a weist eine Wandlerschaltung 100a, einen Kondensator bzw. eine Kapazität C1, eine Rückkopplungseinheit 40, einen Referenzspannungserzeuger 70, eine Stromabtastschaltung 150 und eine Schaltsteuerschaltung 160 auf.
  • Die Wandlerschaltung 100a weist eine Induktivität bzw. Spule L, eine Schaltvorrichtung 120, eine zweite Schaltvorrichtung 130 und eine dritte Schaltvorrichtung 110 auf. Die erste Schaltvorrichtung 120 kann einen n-Kanal Leistungsschalter aufweisen, welcher zwischen einem Schaltknoten SN und einer gemeinsamen Spannung verbunden ist, und die zweite Schaltvorrichtung 130 kann einen p-Kanal Leistungsschalter aufweisen, welcher zwischen dem Schaltknoten SN und einem Ausgangsknoten NO verbunden ist. Die dritte Schaltvorrichtung 110 kann zwischen einer Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin und der Induktivität L verbunden sein und kann die Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin zu der Induktivität L in Antwort auf ein Hochsetz-Steuersignal BSTEN, welches von außerhalb vorgesehen ist, übertragen. Die zweite Schaltvorrichtung 130 kann ein p-Kanal Leistungsschalter sein, welcher eine Source hat, welche mit dem Schaltknoten SN gekoppelt ist, eine Drain, welche mit dem Ausgangsknoten NO gekoppelt ist, und ein Gate, welches das Treibersteuersignal GP empfängt.
  • Demnach kann der Spannungswandler 10 der 1 ein asynchroner Hochsetzsteller bzw. Aufwärtswandler sein, und der Spannungswandler 10a der 2 kann ein synchroner Aufwärtswandler sein. In jedem Fall veranlasst die Schaltsteuerschaltung 160 den Spannungswandler 10 oder 10a, in einem PFM-Modus zu arbeiten, welcher für niedrigere Stromlasten effizienter ist, wenn der Laststrom unter einem Grenzwert verbleibt, und veranlasst ihn, in einem PWM-Modus zu arbeiten, welcher für höhere Stromlasten effizienter ist, wenn der Laststrom über einem Grenzwert verbleibt. In der synchronen Konfiguration des Spannungswandlers 10a ist die zweite Schaltvorrichtung ein Komplementär-Transistor mit einem geringeren Widerstand von der Drain zu der Source, um Verluste weiter zu verringern und die Gesamtwandlereffizienz zu verbessern, wobei sowohl der erste als auch der zweite Transistor nicht zu derselben Zeit angeschaltet werden.
  • 3A und 3B veranschaulichen jeweils einen Betrieb der Wandlerschaltung in dem Spannungswandler der 1 oder 2.
  • Bezugnehmend auf die 1, 2 und 3A können, wenn die erste Schaltvorrichtung 120 in Antwort auf das Treibersteuersignal GP mit einem ersten Logikpegel angeschaltet wird, die Wandlerschaltungen 100 und 100a die Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin in die Induktivität L durch ein Durchführen einer Stromaufbau-Operation laden. Wenn die Wandlerschaltungen 100 und 100a die Stromaufbau-Operation durchführen, wird ein erster Stromweg IPATH1 in den Wandlerschaltungen 100 und 100a gebildet. Zusätzlich ist, wenn die Wandlerschaltungen 100 und 100a die Stromaufbau-Operation durchführen, ein Induktivitätsstrom IL der Induktivität L im Wesentlichen derselbe wie der abgetastete Strom ISEN.
  • Bezugnehmend auf die 1, 2 und 3B können, wenn die erste Schaltvorrichtung 120 abgeschaltet ist, und die zweite Schaltvorrichtung 130 angeschaltet ist, in Antwort auf das Treibersteuersignal GP mit einem zweiten Logikpegel, die Wandlerschaltungen 100 und 100a die Energie, welche in der Induktivität L gespeichert ist, zu dem Ausgangsknoten NO durch ein Durchführen einer Stromübertragungsoperation übertragen. Wenn die Wandlerschaltungen 100 und 100a die Stromübertragungsoperation durchführen, wird ein zweiter Stromweg IPATH2 in den Wandlerschaltungen 100 und 100a gebildet und der Laststrom ILOAD wird für die Last 50 vorgesehen.
  • 4 ist ein Blockschaltbild, welches die Stromabtastschaltung in 1 oder 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 4 weist die Stromabtastschaltung 150 einen Stromsensor 151 und einen Null-Stromsensor 153 auf. Der Stromsensor 151 tastet einen Nicht-Null-Peak oder Grenzwert-Pegel des abgetasteten Stroms ISEN ab, um das erste Abtastsignal CS auszugeben. Der Null-Strom-Sensor 150 tastet einen im Wesentlichen Null-Pegel des abgetasteten Stroms ISEN ab, um das zweite Abtastsignal ZCS auszugeben. Das erste Abtastsignal CS und das zweite Abtastsignal ZCS können Spannungssignale sein, welche im Wesentlichen unabhängig voneinander sind, aufgrund von beispielsweise unterschiedlichen Grenzwerten.
  • 5 ist ein Blockschaltbild, welches die Pulserzeugungsschaltung in 1 oder 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 5 weist die Pulserzeugungsschaltung 200 einen ersten Pulserzeuger 210 und einen zweiten Pulserzeuger 230 auf.
  • Der erste Pulserzeuger 210 erzeugt das erste Pulssignal PWMO basierend auf der Referenzspannung VREF, der Rückkopplungsspannung VFB, dem ersten Abtastsignal CS und einem Taktsignal CLK. Der zweite Pulserzeuger 230 erzeugt das zweite Pulssignal PFMO basierend auf der Referenzspannung VREF, der Rückkopplungsspannung VFB, dem zweiten Abtastsignal ZCS und dem An-Zeit-Steuersignal VON.
  • Der erste Pulserzeuger 210 weist einen Fehlerverstärker 211, einen Hysterese-Komparator 213 und ein RS-Flip-Flop 215 auf. Der Fehlerverstärker 211 verstärkt eine Differenz der Differenzspannung VREF und der Rückkopplungsspannung VFB, um eine Fehlerspannung VER auszugeben. Der Hysterese-Komparator 213 vergleicht das erste Abtastsignal CS und die Fehlerspannung VER, um ein PWM-Signal PWMS auszugeben, welches eine Differenz zwischen dem ersten Abtastsignal CS und der Fehlerspannung VER anzeigt. Das RS-Flip-Flop 215 weist einen Einstellanschluss S auf, welcher ein Taktsignal CSK empfängt, welches eine vorbestimmte Frequenz hat, einen Rücksetzanschluss R, welcher das PWM-Signal PWMS empfängt und einen Ausgangsanschluss Q, welcher das erste Pulssignal PWMO vorsieht. Demnach wird das erste Pulssignal PWMO in Antwort auf eine ansteigende Flanke des Taktsignals CLK eingestellt und wird in Antwort auf eine ansteigende Flanke des PWM-Signals PWMS zurückgesetzt.
  • Der zweite Pulserzeuger 230 weist einen ersten Hysterese-Komparator 231, einen zweiten Hysterese-Komparator 233, ein erstes ODER-Gate 235, ein zweites ODER-Gate 237 und ein RS-Flip-Flop 239 auf.
  • Der erste Hysterese-Komparator 231 vergleicht die Rückkopplungsspannung VFB und die Referenzspannung VREF, um ein PFM-Signal PFMS auszugeben, welches einer Differenz zwischen der Rückkopplungsspannung VFB und der Referenzspannung VREF entspricht. Der erste Hysterese-Komparator 231 kann ein variables Hysterese-Fenster haben. Der zweite Hysterese-Komparator 233 vergleicht die Referenzspannung VREF und die Rückkopplungsspannung VFB, um das Modussignal MD auszugeben, welches einer Differenz zwischen der Referenzspannung VREF und der Rückkopplungsspannung VFB entspricht. Das erste ODER-Gate 235 führt eine ODER-Operation an dem PFM-Signal PFMS und dem zweiten Abtastsignal ZCS aus. Das zweite ODER-Gate 237 führt eine ODER-Operation an dem Modussignal MD und dem An-Zeit-Steuerpuls VON durch. Das RS-Flip-Flop 239 weist einen Einstellanschluss S auf, welcher eine Ausgabe des ersten ODER-Gates 235 empfängt, einen Rücksetzanschluss R, welcher eine Ausgabe des zweiten ODER-Gates 237 empfängt und einen Ausgabeanschluss Q, welcher das zweite Pulssignal PFMO vorsieht. Demnach wird das zweite Pulssignal PFMO in Antwort auf eine ansteigende Flanke des zweiten Abtastsignals ZCS oder eine ansteigende Flanke des PFM-Signals PFMS eingestellt, und wird in Antwort auf eine ansteigende Flanke des Modussignals MD oder eine ansteigende Flanke des An-Zeit-Steuerpulses VON zurückgesetzt.
  • 6 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, welches verschiedene Signale in dem ersten Pulserzeuger der 5 veranschaulicht.
  • In 6 repräsentiert VREF' ein elektrisches Potential der Ausgangsspannung Vout in einem Fall, in dem die Rückkopplungsspannung VFB dieselbe ist wie die Referenzspannung VREF.
  • Während die Ausgangsspannung Vout niedriger ist als die VREF', welche der Referenzspannung VREF entspricht, nämlich während der Zeitdauer T1, ist die Fehlerspannung VER auf einem niedrigen Pegel. Während der Zeitdauer T1 ist das erste Pulssignal PWMO ebenso bei einem niedrigen Pegel.
  • Als ein Ergebnis nimmt die Ausgangsspannung Vout graduell ab und der Rückkopplungsknoten FN nimmt demzufolge während der Zeitdauer T1 ab. Wenn die Ausgangsspannung Vout gleich oder kleiner als VREF' wird, ändert sich die Fehlerspannung VER von dem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel. Da der Pegel des ersten Abtastsignals CS niedriger als ein Pegel der Fehlerspannung VER zwischen Zeitpunkten t1 und t2 ist, gibt der Hysterese-Komparator 213 das PWM-Signal PWMS mit einem niedrigen Pegel aus. Da der Pegel des ersten Abtastsignals CS höher ist als der Pegel der Fehlerspannung VER zwischen Zeitpunkten t2 und t3 gibt der Hysterese-Komparator 213 das PWM-Signal PWMS mit einem hohen Pegel aus und das Taktsignal CLK wechselt zu einem hohen Pegel zu einem Zeitpunkt t3. Demnach wird das erste Pulssignal PWMO in Antwort auf eine ansteigende Flanke des Taktsignals CLK zu dem Zeitpunkt t1 eingestellt, wird in Antwort auf eine ansteigende Flanke des PWM-Signals PWMS zu dem Zeitpunkt t2 zurückgesetzt und wird in Antwort auf eine ansteigende Flanke des Taktsignals CLK zu dem Zeitpunkt t3 eingestellt.
  • 7 ist ein Blockschaltbild, welches den An-Zeit-Controller in 1 oder 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt.
  • 8 ist ein Schaltbild, welches den An-Zeit-Controller in 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt.
  • Bezugnehmend auf die 7 und 8 weist der An-Zeit-Controller 300 einen Aktivierungssignalerzeuger 310, eine Stromspiegelschaltung 330 und einen An-Zeit-Pulserzeuger 350 auf. Zusätzlich kann der An-Zeit-Controller 300 ferner einen Referenzstromerzeuger 320 aufweisen. Der Referenzstromerzeuger 320 kann einen Referenzstrom IBGR für die Stromspiegelschaltung 330 erzeugen.
  • Der Aktivierungssignalerzeuger 210 erzeugt ein erstes Aktivierungssignal EN und ein zweites Aktivierungssignal ENB basierend auf Steuersignalen CLEN und OTCEN und einem Referenzpulssignal PLON. Die Steuersignale CLEN und OTCEN können von außerhalb vorgesehen sein. Das erste Aktivierungssignal EN und das zweite Aktivierungssignal ENB können zueinander komplementär sein. Die Stromspiegelschaltung 330 erzeugt einen Ladestrom ICH durch ein Spiegeln des Referenzstroms IBGR basierend auf dem ersten Aktivierungssignal EN. Der An-Zeit-Pulserzeuger 350 erzeugt den An-Zeit-Steuerpuls VON basierend auf dem ersten Aktivierungssignal EN, dem zweiten Aktivierungssignal ENB, dem Ladestrom ICH, der Referenzspannung VREF und der Eingangsleistungsversorgungsspannung Vin.
  • Der Aktivierungssignalerzeuger 310 weist ein erstes UND-Gate 311, ein zweites UND-Gate 313 und einen Inverter 315 auf. Das erste UND-Gate 311 führt eine UND-Operation auf dem Kalibrierungsaktivierungssignal CLEN und dem Referenzpulssignal PLON durch. Das zweite UND-Gate 313 führt ein UND-Operation auf einer Ausgabe des ersten UND-Gates 311 und dem Controller-Aktivierungssignal OTCEN eine Aktivierung des An-Zeit-Controllers anordnend durch, um das erste Aktivierungssignal EN auszugeben. Der Inverter 315 invertiert das erste Aktivierungssignal EN, um das zweite Aktivierungssignal ENB auszugeben.
  • Die Stromsteuerschaltung 230 weist n-Kanal Metalloxidhalbleiter(NMOS = n-Channel Metal-Oxide Semiconductor = n-Kanal Metalloxidhalbleiter)-Transistoren 331, 332 und 333 und p-Kanal Metalloxidhalbleiter(PMOS = p-Channel Metal-Oxide Seminconductor = p-Kanal Metalloxidhalbleiter)-Transistoren 334 und 335 auf.
  • Der NMOS-Transistor 331 hat eine Drain, welche den Referenzstrom IBGR empfängt, ein Gate, welches das erste Aktivierungssignal EN empfängt und eine Source, welche mit einem Knoten N1 gekoppelt ist. Der NMOS-Transistor 332 hat eine Drain, welche mit dem Knoten N1 gekoppelt ist, ein Gate, welches mit dem Knoten N1 gekoppelt ist und eine Source, welche mit der gemeinsamen Spannung gekoppelt ist. Der NMOS-Transistor 333 hat eine Drain, welche mit einem Knoten N2 gekoppelt ist, ein Gate, welches mit dem Knoten N1 gekoppelt ist, und eine Source, welche mit der gemeinsamen Spannung gekoppelt ist.
  • Der PMOS-Transistor 334 hat eine Source, welche mit einer Leistungsversorgungsspannung VDD gekoppelt ist, ein Gate, welches mit dem Knoten N2 gekoppelt ist, und eine Drain, welche mit dem Knoten N2 gekoppelt ist. Der PMOS-Transistor 335 hat eine Source, welche mit der Leistungsversorgungsspannung VDD gekoppelt ist, ein Gate, welches mit dem Knoten N2 gekoppelt ist, und eine Drain, welche den Ladestrom ICH vorsieht. Die Drain des PMOS-Transistors 335 ist mit dem In-Zeit-Pulserzeuger 350 an einem Knoten N3 gekoppelt.
  • Die NMOS-Transistoren 331, 332 und 333 können einen ersten Stromspiegel bilden, und der NMOS-Transistor 333 und die PMOS-Transistoren 334 und 335 können einen zweiten Stromspiegel bilden. Demnach kann der Ladestrom ICH, welcher an dem Knoten N3 vorgesehen ist, eine gleiche Größe bzw. Größenordnung haben, wie der Referenzstrom ICH oder kann eine größere Größe als der Referenzstrom ICH haben basierend auf Größen der NMOS-Transistoren 331 und 332 und 333 und der PMOS-Transistoren 334 und 335.
  • Der An-Zeit-Pulserzeuger 350 weist einen ersten Schalter 351, einen Kondensator 352, einen zweiten Schalter 353, einen zweiten Kondensator 354, einen Komparator 355 und ein RS-Flip-Flop 356 auf.
  • Der erste Schalter 351 ist zwischen dem Knoten N3 und der gemeinsamen Spannung gekoppelt, und der erste Schalter 351 entlädt Spannung, welche im ersten und zweiten Kondensator 352 und 354 gespeichert ist, oder senkt einen Strom, welcher in der Stromspiegelschaltung 330 verbleibt, in Antwort auf das zweite Aktivierungssignal ENB. Der erste Kondensator 352 ist zwischen dem Knoten N3 und der gemeinsamen Spannung parallel mit dem ersten Schalter 351 gekoppelt, und der erste Kondensator 352 speichert eine Spannung, welche dem Ladestrom ICH entspricht. Der zweite Schalter 353 und der zweite Kondensator 354 sind in Serie zwischen den Knoten N3 und der gemeinsamen Spannung verbunden. Eine Mehrzahl des zweiten Schalters 353 und des zweiten Kondensators 354 können zwischen den Knoten N3 und der gemeinsamen Spannung verbunden sein, der zweite Kondensator 354 kann eine der Eingangsleistungsversorgungsspannung Vin und einer Spannung, welcher dem Kalibrierungscode CCD entspricht, speichern, und der zweite Schalter 354 sieht die Spannung, welche in dem zweiten Kondensator 354 gespeichert ist, für den Knoten N3 in Antwort auf ein Schaltsteuersignal SCS vor, welches von außerhalb vorgesehen ist.
  • Der Komparator 355 wird in Antwort auf das erste Aktivierungssignal EN aktiviert, vergleicht eine Rampenspannung VRMP an dem Knoten N3 mit der Referenzspannung VREF und sieht ein Ausgangssignal CMPO, welches einer Differenz zwischen der Rampenspannung VRMP und der Referenzspannung VREF entspricht, vor. Demnach nimmt ein Pegel der Rampenspannung VRMP gemäß einem Pegel der Spannungen, welche in dem ersten und zweiten Kondensator 352 und 354 gespeichert sind, zu, und das Ausgangssignal CMPO kommt schneller an der Referenzspannung VREF an, wenn der Pegel der Rampenspannung VRMP zunimmt. Zusätzlich ist, da der Pegel der Rampenspannung VRMP wenigstens mit dem Pegel der Eingangsleistungsversorgungsspannung Vin verbunden ist, die Geschwindigkeit, bei welcher das Ausgangssignal CMPO bei der Referenzspannung VREF ankommt, mit wenigstens dem Pegel der Eingangsleistungsversorgungsspannung Vin verbunden.
  • Das RS-Flip-Flop 356 hat einen Einstellanschluss S, welcher das erste Aktivierungssignal EN empfängt, einen Rücksetzanschluss R, welcher die Ausgabe CMPO des Komparators 355 empfängt, und einen Ausgabeanschluss Q, welcher den An-Zeit-Steuerpuls VON vorsieht. Demnach wird der An-Zeit-Steuerpuls VON in Antwort auf eine ansteigende Flanke des ersten Aktivierungssignals EN eingestellt und wird in Antwort auf eine ansteigende Flanke des Ausgangssignals CMPO zurückgesetzt. Da die Geschwindigkeit, bei welcher das Ausgangssignal CMPO bei der Referenzspannung VREF ankommt, mit wenigstens dem Pegel der Eingangsleistungsversorgungsspannung Vin verbunden ist, ist die An-Zeit, das Aktivierungsintervall des An-Zeit-Steuerpulses VON der Eingangsleistungsversorgungsspannung Vin zugeordnet. Demnach kann der An-Zeit-Controller 300 in Vorsteuerung die Ladezeit der Induktivität L basierend auf der Eingangsleistungsversorgungsspannung Vin auf einer Zeitbasis anpassen.
  • 9A ist ein Zeitverlaufsdiagramm, welches einen Betrieb des An-Zeit-Controllers 300 der 8 veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf die 8 und 9 ist, da das Controller-Aktivierungssignal OTCEN und das Kalibrierungsaktivierungssignal CLEN zwischen Zeitpunkten t21~t28 aktiviert sind, und das Referenzpulssignal PLON jeweils zwischen Zeitpunkten t21~t22, t24~t25 und t27~t28 aktiviert ist, Aktivierungsintervalle des ersten Aktivierungssignals EN dieselben wie das Referenzpulssignal PLON.
  • Da der Pegel der Rampenspannung VRMP jeweils im Wesentlichen derselbe ist wie der Pegel der Referenzspannung VREF zu Zeitpunkten t23, t26 und t28, wird das Ausgangssignal CMPO während eines kurzen Intervalls jeweils zu Zeitpunkten t23, t26 und t28 aktiviert. Wenn der Kalibrierungscode CCD zugeführt wird, nimmt der Pegel der Rampenspannung VRMP graduell jeweils von Zeitpunkten t21, t24 und t27 zu. Demnach wird der An-Zeit-Steuerpuls VON in Antwort auf eine ansteigende Flanke des ersten Aktivierungssignals EN eingestellt oder aktiviert und wird in Antwort auf eine ansteigende Flanke des Ausgangssignals CMPO zurückgesetzt oder deaktiviert.
  • 9B ist ein Zeitverlaufsdiagramm, welches einen Betrieb des zweiten Pulserzeugers 230 in der Pulserzeugungsschaltung der 5 veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf die 5, 9A und 9B nimmt der Pegel der Rückkopplungsspannung VFB jeweils zwischen Zeitpunkten t31~t34, t35~t38 und t39~t42 zu, und der Pegel der Rückkopplungsspannung VFB nimmt jeweils zwischen Zeitpunkten t34~t35, t38~t39 und t42~t43 ab. Da der Pegel des Induktivitätsstroms IL im Wesentlichen ein Null-Pegel jeweils zu Zeitpunkten t35 und t39 ist, wird das zweite Abtastsignal ZCS während kurzen Intervallen zwischen Zeitpunkten t35~t36 und zwischen Zeitpunkten t39~t40 aktiviert. Das PFM-Signal PFMS, welches die Ausgabe des ersten Hysterese-Komparators 231 der 5 ist, wird jeweils zwischen Zeitpunkten t31~t34, t35~t38 und t39~t42 aktiviert, und das Modussignal MD, welches die Ausgabe des zweiten Hysterese-Komparators 233 der 5 ist, wird jeweils zwischen Zeitpunkten t32~t33, t36~t37 und t40~t41 basierend auf einer Differenz zwischen der Rückkopplungsspannung VFB und der Differenzspannung VREF aktiviert.
  • Der An-Zeit-Steuerpuls VON wird jeweils zwischen Zeitpunkten t34~t35, t38~t39 und t42~t43 aktiviert. Demnach wird die Ausgabe S des ersten ODER-Gates 135 jeweils zwischen Zeitpunkten t31~t34, t35~t38 und t39~t42 aktiviert, und die Ausgabe R des zweiten ODER-Gates 237, 235 wird jeweils zwischen Zeitpunkten t32~t33, t34~t35, t36~t37, t38~t39, t40~t41 und t42~t43 aktiviert. Demzufolge wird das zweite Pulssignal PFMO in Antwort auf eine ansteigende Flanke der Ausgabe des ersten ODER-Gates 235 aktiviert und wird in Antwort auf eine ansteigende Flanke der Ausgabe des zweiten ODER-Gates 237 deaktiviert. Das heißt, dass das zweite Pulssignal PFMO jeweils zwischen Zeitpunkten t31~t32, t35~t36 und t39~t40 aktiviert wird.
  • 10 ist ein Blockschaltbild, welches den Moduscontroller in dem Spannungswandler der 1 oder 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 10 weist der Moduscontroller 400 einen Zeit-Komparator 410, einen Zähler 420, einen Signalerzeuger 430 und eine Auswahlschaltung 440 auf.
  • Der Zeit-Komparator 410 vergleicht eine erste An-Zeit, welche einem ersten Aktivierungsintervall des ersten Pulssignals PWMO entspricht, und eine zweite An-Zeit, welche einem zweiten Aktivierungsintervall des An-Zeit-Steuerpulses VON entspricht, um ein Zeitvergleichssignal TOUT auszugeben. Der Zeit-Komparator 410 gibt das Zeitvergleichssignal TOUT bei einem ersten Logikpegel aus, wenn die erste An-Zeit kleiner ist als die zweite An-Zeit. Wenn das Zeitvergleichssignal TOUT einen ersten Logikpegel hat, zählt der Zähler 420 das Zeitvergleichssignal TOUT und gibt ein Zählausgangssignal COUT aus. Der Zähler 420 gibt das Zählausgangssignal COUT auf einem ersten Logikpegel aus, wenn das Zeitvergleichssignal TOUT einen ersten Logikpegel nacheinanderfolgend für eine Referenzanzahl von Malen hat, wie beispielsweise während einer Kurzzeit-Zeitdauer.
  • Der Signalerzeuger 430 erzeugt ein Rücksetzsignal RST und ein Auswahlsignal SS basierend auf dem Zählausgangssignal COUT und dem Modussignal MD. Der Signalerzeuger 430 sieht das Rücksetzsignal RST für den Zähler vor und sieht das Auswahlsignal SS für die Auswahlschaltung 440 vor. Der Signalerzeuger 430 gibt das Auswahlsignal SS auf einem ersten logischen Pegel aus, wenn das Modussignal MD einen ersten logischen Pegel hat und das Zählausgangssignal COUT einen ersten logischen Pegel hat. Der Signalerzeuger 430 gibt das Rücksetzsignal RST an den Zähler 420 aus, um den Zähler 420 in Antwort auf das Zählausgangssignal COUT auf einen logischen Pegel zurückzusetzen.
  • Die Auswahlschaltung 440 wählt eines des ersten Pulssignals PWMO und des zweiten Pulssignals PFMO als das Ausgangspulssignal PLO in Antwort auf das Auswahlsignal SS aus. Die Auswahlschaltung 440 wählt das zweite Pulssignal PFMO als das Ausgangspulssignal PLO aus, wenn das Modussignal MD einen ersten Logikpegel hat und das Zählausgangssignal COUT einen ersten Logikpegel hat.
  • 11 veranschaulicht, dass der Spannungswandler der 1 oder 2 eine An-Zeit in dem PFM-Modus anpasst.
  • Bezugnehmend auf 11 kann der An-Zeit-Controller 300 der 1, 2, 7 oder 8 adaptiv eine An-Zeit des Treibersteuersignals GP in dem PFM-Modus gemäß einem Peak-Pegel IPEAK des Induktivitätsstroms IL basierend auf der Eingangsleistungsversorgungsspannung Vin anpassen. Der An-Zeit-Controller 300 passt die An-Zeit des Treibersteuersignals GP auf eine An-Zeit TON1 an, wenn der Peak-Pegel des Induktivitätsstroms IL hoch ist, und passt die An-Zeit des Treibersteuersignals GP auf eine An-Zeit TON2 an, wenn der Peak-Pegel des Induktivitätsstroms IL niedrig ist.
  • Demnach wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts die Ladezeit für den Induktivitätsstrom auf einer Zeitbasis unter Verwendung einer Vorsteuerungskonfiguration angepasst.
  • 12 veranschaulicht einen Moduswechsel gemäß einer verringerten Last in den Spannungswandler der 1 oder 2.
  • Bezugnehmend auf 12 arbeitet der Spannungswandler 10 der 1 oder 10a der 2 in einem PWM-Modus während eines ersten Intervalls INT11 und eines zweiten Intervalls INT12 und arbeitet in einem PFM-Modus während eines dritten Intervalls INT13. Während des ersten Intervalls ist eine An-Zeit des Treibersteuersignals GP größer als die An-Zeit des An-Zeit-Steuersignals VON. Während des zweiten Intervalls INT12 ist die An-Zeit des Treibersteuersignals GP kleiner als die An-Zeit des An-Zeit-Steuersignals VON.
  • Der Zähler 420 des Moduscontrollers 400 der 10 zählt die Anzahl von Malen, die die An-Zeit des Treibersteuersignals GP kleiner ist als die An-Zeit des An-Zeit-Steuersignals VON, und gibt das Zählausgangssignal COUT auf einem ersten Logikpegel aus, wenn die gezählte Anzahl von Malen die Referenzanzahl von Malen erreicht oder überschreitet. Der Spannungswandler 10 der 1 oder 10a der 2 arbeitet in einem PFM-Modus, wie während des dritten Intervalls INT13, wenn das Zählausgangssignal COUT einen ersten Logikpegel hat und das Modussignal MD einen ersten Logikpegel hat.
  • 13 veranschaulicht eine Leistungsübertragungseffizienz der 1 und/oder 2.
  • In 13 ist während eines Intervalls INT21 der Laststrom ILOAD, welcher zu der Last 50 geliefert wird, sehr klein, während eines Intervalls INT22 ist der Laststrom ILOAD, welcher zu der Last 50 geliefert wird, klein, und während eines Intervalls INT23 ist der Laststrom ILOAD, welcher zu der Last 50 geliefert wird, groß. Zusätzlich repräsentiert ein Bezugszeichen 451 einen Fall, wenn die Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin auf die Ausgabespannung mit 3,3 [V] ohne den vollen Nutzen von beispielhaften Ausführungsformen hochgesetzt wird, ein Bezugszeichen 453 repräsentiert einen Fall, in dem die Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin auf die Ausgangsspannung mit 3,3 [V] hochgesetzt wird, während eine beispielhafte Ausführungsform eingesetzt wird, und ein Bezugszeichen 455 repräsentiert einen Fall, wenn die Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin auf die Ausgangsspannung mit 5,5 [V] hochgesetzt wird, während eine beispielhafte Ausführungsform eingesetzt wird. Zusätzlich zeigen Bezugszeichen 456, 457 und 458 Moduswechsel von dem PFM-Modus zu dem PWM-Modus in dem Spannungswandler an, wenn der Laststrom ILOAD zunimmt.
  • Bezugnehmend auf 13 wird angemerkt, dass eine Leistungsübertragungseffizienz in sowohl dem PFM-Modus als auch dem PWM-Modus in dem Spannungswandler 10 der 1 oder 10a der 2 verbessert ist.
  • 14 ist ein Blockschaltbild, welches einen Spannungswandler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 14 weist ein Spannungswandler 20 eine Wandlerschaltung 60, einen Kondensator C1, eine Rückkopplungseinheit 40, einen Referenzspannungserzeuger 560, eine Stromabtastschaltung 510 und eine Schaltsteuerschaltung 515 auf. Eine Last 50 ist zur Zweckmäßigkeit in 14 veranschaulicht und der Spannungswandler 20 muss die Last 50 nicht aufweisen. Auf den Spannungswandler 20 kann auch Bezug genommen werden als eine Schaltmodus-Leistungsversorgung (SMPS = Switching Mode Power Supply = Schaltmodus-Leistungsversorgung) oder einen Leistungswandler.
  • Die Wandlerschaltung 60 weist eine erste Schaltvorrichtung 61, eine zweite Schaltvorrichtung 63 und eine Induktivität L auf. Die Induktivität L ist zwischen dem Schaltknoten SN und einem Ausgangsknoten NO verbunden. Die erste Schaltvorrichtung 61 ist zwischen der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin und dem Schaltknoten SN verbunden und lädt die Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin in die Induktivität L in Antwort auf ein erstes Treibersteuersignal GP1. Die zweite Schaltvorrichtung 63 ist zwischen dem Schaltknoten SN und der gemeinsamen Spannung verbunden und entlädt die Induktivität L in Antwort auf ein zweites Treibersteuersignal GP2.
  • Die erste Schaltvorrichtung 61 kann einen PMOS-Transistor aufweisen, welcher eine Source hat, welche mit der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin gekoppelt ist, ein Gate, welches das erste Treibersteuersignal GP1 empfängt und eine Drain, welche mit dem Schaltknoten SN gekoppelt ist. Die zweite Schaltvorrichtung 63 kann einen NMOS-Transistor aufweisen, welcher eine Drain hat, welche mit dem Schaltknoten SN gekoppelt ist, ein Gate, welches das zweite Treibersteuersignal GP2 empfängt, und eine Source, welche mit der gemeinsamen Spannung gekoppelt ist. Das erste und das zweite Treibersteuersignal GP1 und GP2 haben einen gleichen Logikpegel.
  • Der Glättungskondensator C1 ist zwischen dem Ausgangsknoten NO und der gemeinsamen Spannung verbunden. Die Rückkopplungseinheit 40 ist zwischen dem Ausgangsknoten NO und der gemeinsamen Spannung parallel mit dem Kondensator C1 verbunden, weist Widerstände R1 und R2, welche an einem Rückkopplungsknoten FN verbunden sind, auf und teilt eine Ausgangsspannung Vout1 an dem Ausgangsknoten NO, um eine Rückkopplungsspannung VFB1 vorzusehen. Ein Laststrom ILOAD fließt in die Last 50 von dem Ausgangsknoten NO. Die Induktivität L und der Kondensator C1 arbeiten als ein Tiefpassfilter, welcher Welligkeiten in der Ausgangsspannung Vout1 entfernt.
  • Die Stromabtastschaltung 510 erzeugt ein erstes Abtastsignal CS1, welches einen Pegel eines abgetasteten Stroms ISEN1 anzeigt, welcher durch die Induktivität L fließt, und erzeugt ein zweites Abtastsignal ZCS1, welches einen Null-Pegel des abgetasteten Stroms ISEN1 basierend auf dem abgetasteten Strom ISEN1 anzeigt. Der Referenzspannungserzeuger 560 erzeugt eine Referenzspannung VREF.
  • Die Schaltsteuerschaltung 515 erzeugt das erste und das zweite Treibersteuersignal GP1 und GP2 durch ein Durchführen einer PFM und einer PWM basierend auf der Rückkopplungsspannung VFB1, der Referenzspannung VREF, dem ersten Abtastsignal CS1 und dem zweiten Abtastsignal ZCS1. Die Schaltsteuerschaltung 515 kann eine Ladezeit der Induktivität L auf einer Zeitbasis anpassen basierend auf wenigstens der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin, wenn die Schaltsteuerschaltung 515 die PFM durchführt. Die Schaltsteuerschaltung 515 kann ein Niedrig-Aktivierungsintervall des ersten Treibersteuersignals GP1 auf einer Zeitbasis anpassen basierend auf wenigstens der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin.
  • Die Schaltsteuerschaltung 515 weist eine Pulserzeugungsschaltung 525, einen An-Zeit-Controller 530, einen Moduscontroller 540 und einen Treibercontroller 550 auf.
  • Der An-Zeit-Controller 530 erzeugt einen An-Zeit-Steuerpuls VON1, welcher die Ladezeit der Induktivität L basierend auf der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin und der Referenzspannung VREF anpasst (oder beschränkt). Die Pulserzeugungsschaltung 520 erzeugt ein erstes Pulssignal PWMO1 durch ein Durchführen der PWM, erzeugt ein zweites Pulssignal PFMO1 durch ein Durchführen der PFM basierend auf der Referenzspannung VREF, dem ersten Abtastsignal CS1, dem zweiten Abtastsignal ZCS1, der Rückkopplungsspannung VFB1 und dem An-Zeit-Steuerpuls VON1 und erzeugt ein Modussignal MD1, welches eine Differenz zwischen der Differenzspannung VREF und der Rückkopplungsspannung VFB1 anzeigt. Der An-Zeit-Controller 530 kann in Antwort auf ein Controller-Aktivierungssignal OTCEN, welches von außerhalb vorgesehen ist, aktiviert werden. Der An-Zeit-Controller 530 kann einen Kalibrierungscode CCD empfangen.
  • Der Moduscontroller 540 wählt eines des ersten Pulssignals PWMO1 und des zweiten Pulssignals PFMO1 als ein Ausgangspulssignal PLO1 gemäß einem Betriebsmodus basierend auf dem Modussignal MD1 und dem An-Zeit-Steuerpuls VON1 aus. Der Moduscontroller 540 wählt eines des ersten Pulssignals PWMO1 und des zweiten Pulssignals PFMO1 als das Ausgangspulssignal PLO1 basierend auf einem Vergleich einer ersten An-Zeit und einer zweiten An-Zeit aus. Die erste An-Zeit kann ein erstes Aktivierungsintervall des ersten Pulssignals PWMO1 repräsentieren, und die zweite An-Zeit kann ein zweites Aktivierungsintervall des zweiten Pulssignals PFMO1 repräsentieren.
  • Der Treibercontroller 550 gibt das erste und das zweite Treibersteuersignal GP1 und GP2 jeweils zur ersten Schaltvorrichtung 61 und der zweiten Schaltvorrichtung 63 basierend auf dem Ausgangspulssignal PLO1 aus.
  • Die 15A und 15B veranschaulichen jeweils einen Betrieb der Wandlerschaltung in dem Spannungswandler der 14.
  • Bezugnehmend auf die 14 und 15A kann, wenn die erste Schaltvorrichtung 61 in Antwort auf das erste Treibersteuersignal GP1 mit einem zweiten Logikpegel angeschaltet wird und die zweite Schaltvorrichtung 63 in Antwort auf das zweite Treibersteuersignal GP2 mit einem zweiten Logikpegel abgeschaltet wird, die Wandlerschaltung 60 die Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin in die Induktivität L durch ein Durchführen einer Stromaufbau-Operation laden. Wenn die Wandlerschaltung 60 die Stromaufbau-Operation durchführt, wird ein erster Strompfad IPATH21 in der Wandlerschaltung 60 gebildet.
  • Bezugnehmend auf die 14 und 15B kann, wenn die erste Schaltvorrichtung 61 in Antwort auf das erste Treibersteuersignal GP1 mit einem ersten Logikpegel abgeschaltet wird und die zweite Schaltvorrichtung 63 in Antwort auf das zweite Treibersteuersignal GP2 mit einem ersten Logikpegel angeschaltet wird, die Wandlerschaltung 60 die Energie, welche in der Induktivität L gespeichert ist, zu dem Ausgangsknoten NO durch ein Durchführen einer Stromübertragungsoperation übertragen. Wenn die Wandlerschaltung 60 die Stromübertragungsoperation durchführt, wird ein zweiter Strompfad IPATH22 in der Wandlerschaltung 60 gebildet und der Laststrom ILOAD wird für die Last 50 vorgesehen.
  • Der Spannungswandler 20 der 14 wandelt die Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin zu der Ausgangsspannung Vout und ein Pegel der Ausgangsspannung Vout ist niedriger als ein Pegel der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin. Demnach kann der Spannungswandler 20 der 14 ein Typ vom Abwärtswandler sein.
  • Der Betrieb des Spannungswandlers 20 der 14 ist ähnlich mit dem Betrieb der Spannungswandler 10a und 10b der 1 und 2 unter Bezugnahme auf die 1 bis 13, eine detaillierte Beschreibung über den Betrieb des Spannungswandlers 20 der 14 wird ausgelassen werden.
  • 16 ist ein Graph, welcher einen Betrieb des Spannungswandlers der 14 erklärt, und 17 ist ein Graph, welcher einen Abschnitt der 16 vergrößert.
  • Bezugnehmend auf die 16 und 17 arbeitet, da der Pegel des Laststroms ILOAD niedriger als der Referenzpegel in einem anfänglichen Stadium eines Betriebs des Spannungswandlers 20 ist, d. h. dass der Pegel der Ausgangsspannung Vout1 größer ist als der Referenzpegel, der Spannungswandler 20 in dem PFM-Modus. In dem PFM-Modus kann vor dem Zeitpunkt t1'' der Spannungswandler 20 eine Effizienz der Leistung, welche zu der Last 50 in dem PFM-Modus übertragen wird, durch ein Anpassen der Ladezeit der Induktivität L in der Schaltsteuerschaltung 515 in Vorsteuerung basierend auf wenigstens der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin auf einer Zeitbasis erhöhen.
  • Wenn der Laststrom ILOAD anfängt, zuzunehmen und der Pegel des Laststroms ILOAD bei dem Referenzpegel zwischen den Zeitpunkten t1''~t2'' ankommt, wechselt der Betriebsmodus des Spannungswandlers 20 von dem PFM-Modus zu dem PWM-Modus.
  • Der Pegel des Laststroms ILOAD ist größer als der Referenzpegel zwischen den Zeitpunkten t1''~t2'' und der Spannungswandler 20 arbeitet in dem PWM-Modus nach dem Zeitpunkt t2''. Es wird angemerkt, dass die Leistung zu der Last 50 mit einer höheren Effizienz übertragen wird als in einem Fall, wenn der Induktivitätsstrom IL seinen Null-Wert erreicht, da ein durchschnittlicher Wert des Induktivitätsstroms IL zu der Last 50 in einem Moduswechselintervall 491 in 17 übertragen wird.
  • 18 ist ein Blockschaltbild, welches einen Spannungswandler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 18 weist ein Spannungswandler 600 eine Wandlerschaltung 610, einen Kondensator C1, eine Rückkopplungseinheit 40, einen Referenzspannungserzeuger 670, eine Stromabtastschaltung 620 und eine Schaltsteuerschaltung 625 auf. Eine Last 50 ist zur Zweckmäßigkeit in 18 veranschaulicht, der Spannungswandler 600 muss jedoch die Last 50 nicht aufweisen. Auf den Spannungswandler 600 kann Bezug genommen werden als eine Schaltmodus-Leistungsversorgung (SMPS) oder ein Leistungswandler.
  • Die Wandlerschaltung 610 weist eine erste Induktivität L, eine erste Schaltvorrichtung 611, eine zweite Schaltvorrichtung 612, eine dritte Schaltvorrichtung 613 und eine vierte Schaltvorrichtung 614 auf. Die Induktivität L ist zwischen dem ersten Schaltknoten SW1 und einem zweiten Schaltknoten SW2 verbunden. Die erste Schaltvorrichtung 611 ist zwischen der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin und dem ersten Schaltknoten SW1 verbunden und lädt die Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin in die Induktivität L in Antwort auf ein erstes Treibersteuersignal GP21 in einem Tiefsetz-Modus (buck mode). Die zweite Schaltvorrichtung 612 ist zwischen dem ersten Schaltknoten SW1 und der gemeinsamen Spannung verbunden und entlädt die Induktivität L in Antwort auf ein zweites Treibersteuersignal GP22 in dem Tiefsetz-Modus.
  • Die dritte Schaltvorrichtung 613 ist zwischen dem zweiten Schaltknoten SW2 und der gemeinsamen Spannung verbunden und lädt die Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin in die Induktivität IL in Antwort auf ein drittes Treibersteuersignal GP23 in einem Hochsetz-Modus (boost mode). Die vierte Schaltvorrichtung 614 ist zwischen dem zweiten Schaltknoten SW2 und dem Ausgangsknoten NO verbunden und entlädt die Induktivität L in Antwort auf ein viertes Treibersteuersignal GP24 in dem Hochsetz-Modus.
  • Die erste Schaltvorrichtung 611 kann einen PMOS-Transistor aufweisen, welcher eine Source hat, welche mit der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin gekoppelt ist, ein Gate, welches das erste Treibersteuersignal GP21 empfängt, und eine Drain, welche mit dem ersten Schaltknoten SW1 gekoppelt ist. Die zweite Schaltvorrichtung 612 kann einen NMOS-Transistor aufweisen, welcher eine Drain hat, welche mit dem ersten Schaltknoten SW1 gekoppelt ist, ein Gate, welches das zweite Treibersteuersignal GP22 empfängt, und eine Source, welche mit der gemeinsamen Spannung gekoppelt ist. Die dritte Schaltvorrichtung 613 kann einen NMOS-Transistor aufweisen, welcher eine Drain hat, welche mit dem zweiten Schaltknoten SW2 gekoppelt ist, ein Gate, welches das dritte Treibersteuersignal GP23 empfängt, und eine Source, welche mit der gemeinsamen Spannung gekoppelt ist. Die vierte Schaltvorrichtung 614 kann einen PMOS-Transistor aufweisen, welcher eine Source hat, welche mit dem zweiten Schaltknoten SW2 gekoppelt ist, ein Gate, welches das vierte Treibersteuersignal GP24 empfängt, und eine Drain, welche mit dem Ausgangsknoten NO gekoppelt ist.
  • Der Glättungskondensator C1 ist zwischen dem Ausgangsknoten NO und der gemeinsamen Spannung verbunden. Die Rückkopplungseinheit 40 ist zwischen dem Ausgangsknoten NO und der gemeinsamen Spannung parallel mit dem Kondensator C1 verbunden, weist Widerstände R1 und R2 auf, welche an einem Rückkopplungsknoten FN verbunden sind, und dividiert eine Ausgangsspannung Vout2 an dem Ausgangsknoten NO, um eine Rückkopplungsspannung VFB2 vorzusehen. Ein Laststrom ILOAD fließt in die Last 50 von dem Ausgangsknoten NO. Die Induktivität L und der Kondensator C1 arbeiten als ein Tiefpassfilter, welcher Welligkeiten in der Ausgangsspannung Vout2 entfernt.
  • Die Wandlerschaltung 610 erzeugt die Ausgangsspannung Vout2 durch ein Erniedrigen der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin in dem Tiefsetz-Modus, 610 erzeugt die Ausgangsspannung Vout2 durch ein Hochsetzen der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin in dem Hochsetz-Modus und erzeugt die Ausgangsspannung Vout2 durch ein Erniedrigen oder Hochsetzen der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin in dem Tief-Hochsetz-Modus.
  • Ein Pegel der Ausgangsspannung Vout2 ist niedriger als ein Pegel der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin in dem Tiefsetz-Modus, der Pegel der Ausgangsspannung Vout2 ist höher als der Pegel der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin in dem Hochsetz-Modus und der Pegel der Ausgangsspannung Vout2 kann im Allgemeinen ähnlich zu dem Pegel der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin in dem Tief-Hochsetz-Modus sein.
  • Die vierte Schaltvorrichtung 614 wird angeschaltet, die dritte Schaltvorrichtung 613 wird abgeschaltet und die erste und zweite Schaltvorrichtung 611 und 612 werden in dem Tiefsetz-Modus alternativ angeschaltet. Die erste und die dritte Schaltvorrichtung 611 und 613 werden alternativ angeschaltet und die zweite und vierte Schaltvorrichtung 612 und 614 werden in dem Tief-Hochsetz-Modus alternativ angeschaltet. Die erste Schaltvorrichtung 611 wird angeschaltet, die zweite Schaltvorrichtung 612 wird abgeschaltet und die dritte und vierte Schaltvorrichtung 613 und 614 werden in dem Hochsetz-Modus alternativ angeschaltet.
  • Die Stromabtastschaltung 620 erzeugt ein erstes Abtastsignal CS21, welches einen Peak oder Nicht-Null-Pegel eines ersten abgetasteten Stroms ISEN21 anzeigt, welcher durch die Induktivität L fließt, erzeugt ein zweites Abtastsignal ZCS21, welches einen im Wesentlichen Null-Pegel des ersten abgetasteten Stroms ISEN21 basierend auf dem abgetasteten Strom ISEN21 anzeigt, erzeugt ein drittes Abtastsignal CS22, welches einen Peak oder Nicht-Null-Pegel eines zweiten abgetasteten Stroms ISEN22 anzeigt, welcher durch die dritte Schaltvorrichtung 613 fließt, und erzeugt ein viertes Abtastsignal ZCS22, welches einen im Wesentlichen Null-Pegel des zweiten abgetasteten Stroms ISEN22 basierend auf dem zweiten abgetasteten Strom ISEN22 anzeigt.
  • Die Schaltsteuerschaltung 625 erzeugt das erste bis vierte Treibersteuersignal GP21~GP24 durch ein Durchführen einer PFM und einer PWM basierend auf der Rückkopplungsspannung VFB2, der Referenzspannung VREF, dem ersten bis vierten Abtastsignal CS21, ZCS21, CS22 und ZCS22. Die Schaltsteuerschaltung 625 kann eine Ladezeit der Induktivität L auf einer Zeitbasis basierend auf wenigstens der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin anpassen, wenn die Schaltsteuerschaltung 625 die PFM durchführt. Die Schaltsteuerschaltung 625 kann ein Niedrig-Aktivierungsintervall des ersten Treibersteuersignals GP21 auf einer Zeitbasis in dem Tiefsetz-Modus anpassen und kann ein Aktivierungsintervall des dritten Treibersteuersignals GP23 auf einer Zeitbasis in dem Hochsetz-Modus basierend auf wenigstens der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin anpassen.
  • Die Schaltsteuerschaltung 625 weist eine Pulserzeugungsschaltung 630, einen An-Zeit-Controller 640, einen Moduscontroller 650 und einen Treibercontroller 660 auf.
  • Der An-Zeit-Controller 640 erzeugt An-Zeit-Steuerpulse VON21 und VON22, welche die Ladezeit der Induktivität L basierend auf der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin und der Referenzspannung VREF anpassen (oder beschränken). Die Pulserzeugungsschaltung 630 erzeugt ein erstes Pulssignal PWMO2 durch ein Durchführen der PWM, erzeugt ein zweites Pulssignal PFMO2 durch ein Durchführen der PFM basierend auf der Referenzspannung VREF, dem ersten Abtastsignal CS21, dem zweiten Abtastsignal ZCS21, dem dritten Abtastsignal CS22, dem vierten Abtastsignal ZCS22, der Rückkopplungsspannung VFB2 und den An-Zeit-Steuerpulsen VON21 und VON22, und erzeugt ein Modus-Signal MD2, welches eine Differenz zwischen der Referenzspannung VREF und der Rückkopplungsspannung VFB2 anzeigt. Der An-Zeit-Controller 640 kann einen Kalibrierungscode CCD empfangen.
  • Der Moduscontroller 650 wählt eines des ersten Pulssignals PWMO1 und des zweiten Pulssignals PFMO1 als das Ausgangspulssignal PLO1 gemäß einem Betriebsmodus basierend auf dem Modus-Signal MD1 und den An-Zeit-Steuerpulsen VON1 und VON2 aus. Der Moduscontroller 650 wählt eines des ersten Pulssignals PWMO2 und des zweiten Pulssignals PFMO2 als das Ausgangspulssignal PLO2 basierend auf einem Vergleichen einer ersten An-Zeit eines Aktivierungsintervalls des ersten Pulssignals PWMO2 und einer zweiten An-Zeit eines Aktivierungsintervalls des An-Zeit-Steuerpulses VON21 in dem Tiefsetz-Modus aus. Der Moduscontroller 650 wählt eines des ersten Pulssignals PWMO2 und des zweiten Pulssignals PFMO2 als das Ausgangspulssignal PLO2 basierend auf einem Vergleichen der ersten An-Zeit des Aktivierungsintervalls des ersten Pulssignals PWMO2 und einer zweiten An-Zeit eines Aktivierungsintervalls des An-Zeit-Steuerpulses VON22 in dem Hochsetz-Modus aus.
  • Der Treibercontroller 660 gibt das erste bis vierte Treibersteuersignal GP21~GP24 jeweils an die erste vierte Schaltvorrichtung 611~614 gemäß einem Betriebsmodus basierend auf dem Ausgangspulssignal PLO2 aus.
  • Der Betrieb des Spannungswandlers 600 in dem Hochsetz-Modus ist ähnlich zu dem Betrieb des Spannungswandlers 10 und 10a unter Bezugnahme auf die 1 bis 13 und der Betrieb des Spannungswandlers 600 in dem Tiefsetz-Modus ist ähnlich zu dem Betrieb des Spannungswandlers 20 unter Bezugnahme auf die 14 bis 17.
  • 19 ist ein Blockschaltbild, welches eine Leistungsverwaltungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 19 weist eine Leistungsverwaltungsvorrichtung 700 einen Referenzspannungserzeuger 710, einen Rücksetz-Signalerzeuger 720 und einen Spannungswandler 730 auf. Der Referenzspannungserzeuger 710 erzeugt eine Referenzspannung VREF basierend auf einem Leistungsaktivierungssignal PEN. Obwohl in 19 nicht veranschaulicht, kann der Referenzspannungserzeuger 710 mit Widerständen implementiert sein, welche als ein Spannungsteiler zum Erzeugen der ersten Referenzspannung VREF verwendet werden. Im Fall, dass eine stabilere Referenzspannung erwünscht ist, kann der Referenzspannungserzeuger 710 mit einer Bandlücken-Referenzspannungsschaltung implementiert sein. Die Bandlücken-Referenzspannungsschaltung kann eine stabile Referenzspannung vorsehen, welche unempfindlich gegenüber einer Temperaturvariation ist. Die Bandlücken-Referenzspannungsschaltung kann eine Startup-Schaltung, wenigstens einen Transistor, wenigstens einen Widerstand oder dergleichen aufweisen.
  • Der Rücksetz-Signalerzeuger 720 erzeugt ein Rücksetz-Signal RST basierend auf dem Leistungsaktivierungssignal PEN und der Referenzspannung VREF. Obwohl in 19 nicht veranschaulicht, kann der Rücksetz-Signalerzeuger 720 eine Rücksetz-Aktivierungseinheit, eine Rücksetz-Deaktivierungseinheit und eine Latch-Einheit aufweisen. Die Rücksetz-Aktivierungseinheit erzeugt ein Rücksetz-Aktivierungssignal basierend auf dem Leistungsaktivierungssignal PEN. Die Rücksetz-Deaktivierungseinheit erzeugt ein Rücksetz-Deaktivierungssignal basierend auf der ersten Referenzspannung VREF und dem Rücksetz-Aktivierungssignal. Die Latch-Einheit erzeugt das Rücksetz-Signal RST basierend auf dem Rücksetz-Aktivierungssignal und dem Rücksetz-Deaktivierungssignal.
  • Der Spannungswandler 730 kann einen des Spannungswandlers 10 der 1, des Spannungswandlers 10a der 2, des Spannungswandlers 20 der 14 und des Spannungswandlers 600 der 18 einsetzen.
  • Der Spannungswandler 730 weist eine Schaltsteuerschaltung 731, eine Wandlerschaltung 732 und eine Ausgangsschaltung 733 auf. Die Schaltsteuerschaltung 731 erzeugt wenigstens ein Treibersteuersignal GP, welches die Wandlerschaltung 732 treibt, und die Wandlerschaltung 732 wandelt eine Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin in eine Ausgangsspannung Vout in Antwort auf das wenigstens eine Treibersteuersignal GP um. Die Ausgangsschaltung 733 kann den Kondensator C1 und die Rückkopplungseinheit 40 der 1 aufweisen und kann einen Laststrom für eine Last basierend auf der Ausgangsspannung Vout vorsehen. Demnach erzeugt die Schaltsteuerschaltung 731 das wenigstens eine Treibersteuersignal GP durch ein Durchführen einer PWM und einer PFM basierend auf einem Induktivitätsstrom, welcher durch eine Induktivität in der Wandlerschaltung 732 fließt und der Rückkopplungsspannung VFB, passt in Vorsteuerung die Ladezeit der Induktivität basierend auf der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin auf einer Zeitbasis an, wenn die Schaltsteuerschaltung 731 die PFM durchführt, und führt einen Moduswechsel basierend auf einem An-Zeit-Steuerpuls durch. Demzufolge kann der Spannungswandler 730 die Stabilität durch ein stabiles Durchführen des Moduswechsels erhöhen und kann die Leistungsübertragungseffizienz erhöhen.
  • 20 ist ein Blockschaltbild, welches ein Leistungsverwaltungssystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 20 weist ein Leistungsverwaltungssystem 800 eine Leistungsverwaltungsvorrichtung 820 und mehrere integrierte Schaltungen 830a, 830b, ... 830n auf. Die Leistungsverwaltungsvorrichtung 820 und die mehreren integrierten Schaltungen 830a, 830b, ... 830n können auf einer gedruckten bzw. bedruckten Leiterplatte (PCB = Printed Circuit Board = gedruckte bzw. bedruckte Leiterplatte) 810 gebildet sein.
  • Die Leistungsverwaltungsvorrichtung 820 kann beispielsweise die Leistungsverwaltungsvorrichtung 700 sein, welche in 19 gezeigt ist. Die Leistungsverwaltungsvorrichtung 820 erzeugt eine Ausgangsspannung Vout basierend auf der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin und erzeugt ein Rücksetz-Signal RST basierend auf einem Leistungsaktivierungssignal PEN.
  • Der Spannungswandler kann einen des Spannungswandlers 10 der 1, des Spannungswandlers 10a der 2, des Spannungswandlers 20 der 14 und des Spannungswandlers 600 der 18 einsetzen.
  • Demnach erzeugt der Spannungswandler das wenigstens eine Treibersteuersignal durch ein Durchführen einer PWM und einer PFM basierend auf einem Induktivitätsstrom, welcher durch eine Induktivität fließt, und der Rückkopplungsspannung, passt in Vorsteuerung die Ladezeit der Induktivität basierend auf der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin auf einer Zeitbasis an, wenn er die PFM durchführt, und führt einen Moduswechsel basierend auf einem An-Zeit-Steuerpuls durch. Demzufolge kann der Spannungswandler eine Stabilität durch ein stabiles Durchführen des Moduswechsels erhöhen und kann die Leistungsübertragungseffizienz erhöhen.
  • Die integrierten Schaltungen 830a, 830b, ... 830n erhalten einen Rücksetz-Zustand basierend auf dem Rücksetz-Signal RST aufrecht, bis die Ausgangsleistungs-Versorgungsspannung Vout einen Stabil-Zustand erreicht. Nachdem die Ausgangsspannung Vout den Stabil-Zustand erreicht, sind die integrierten Schaltungen 830a, 830b, ... 830n bereit zu arbeiten und werden basierend auf der Ausgangsspannung Vout betrieben.
  • 21 ist ein Blockschaltbild, welches ein Leistungsverwaltungssystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 21 weist ein Leistungsverwaltungssystem 900 ein Ein-Chip-System (SoC = System on Chip = Ein-Chip-System) 910 und einen Filter 940 auf. Das SoC 910 weist eine Leistungsverwaltungsvorrichtung 920 und einen funktionalen Block 930 auf.
  • Die Leistungsverwaltungsvorrichtung 920 kann beispielsweise die Leistungsverwaltungsvorrichtung 700 der 19 sein. Die Leistungsverwaltungsvorrichtung 920 erzeugt einen Ausgangsstrom basierend auf der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin und erzeugt ein Rücksetz-Signal RST basierend auf einem Leistungsaktivierungssignal PEN. Der Spannungswandler, welcher in der Leistungsverwaltungsvorrichtung 920 enthalten ist, wie unter Bezugnahme auf die 1–18 beschrieben ist, erzeugt das wenigstens eine Treibersteuersignal durch ein Durchführen einer PWM und einer PFM basierend auf einem Induktivitätsstrom, welcher durch eine Induktivität fließt, und der Rückkopplungsspannung, passt in Vorsteuerung die Ladezeit der Induktivität basierend auf der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin auf einer Zeitbasis an, wenn er die PFM durchführt, und führt einen Moduswechsel basierend auf einem An-Zeit-Steuerpuls durch. Demzufolge kann die Leistungsverwaltungsvorrichtung 820 eine Stabilität durch ein stabiles Durchführen des Moduswechsels erhöhen und kann die Leistungsübertragungseffizienz erhöhen.
  • Der Filter 940 kann als ein Tiefpassfilter, welcher eine Induktivität LS und einen Kondensator CS hat, implementiert sein.
  • Der funktionale Block 930 erhält einen Rücksetz-Zustand basierend auf dem Rücksetz-Signal RST aufrecht, bis die Ausgangsleistungs-Versorgungsspannung Vout einen Stabil-Zustand erreicht. Nachdem die Ausgangsspannung Vout den Stabil-Zustand erreicht, ist der funktionale Block 930 bereit zu arbeiten und wird basierend auf der Ausgangsspannung Vout betrieben.
  • Obwohl 21 ein Beispiel des Leistungsverwaltungssystems 900, welches den Filter 940, welcher außerhalb des SoC 910 angeordnet ist, aufweist, veranschaulicht, kann der Filter 940 alternativ innerhalb des SoC 910 enthalten sein.
  • 22 ist ein Blockschaltbild, welches ein Beispiel einer elektronischen Vorrichtung veranschaulicht, welche den Spannungswandler gemäß einer beispielhaften Ausführungsform aufweist.
  • Bezugnehmend auf 22 kann eine elektronische Vorrichtung 1000 als ein Personal Computer (PC), ein Tablet-Computer, Netbook, ein E-Reader bzw. E-Leser, ein Persönlicher Digitaler Assistent (PDA = Personal Digital Assistant = Persönlicher digitaler Assistent), ein tragbarer Multimediaplayer (PMP = Portable Multimedia Player = Tragbarer Multimediaplayer), ein MP3-Player oder ein MP4-Player implementiert sein. Die elektronische Vorrichtung 1000 weist eine Leistungsverwaltungs-IC 1050 und eine Batterie 1060 auf.
  • Die Leistungsverwaltungs-IC 1050 wird mit Leistung von der Batterie 1060 versorgt und kann die Leistung eines Prozessors 1010, eines Bildsensors 1020, eines Speichers 1040 oder einer Anzeige 1030 verwalten. Die Leistungsverwaltungs-IC 1050 kann einen des Spannungswandlers 10 der 1, des Spannungswandlers 10a der 2, des Spannungswandlers 20 der 14 und des Spannungswandlers 600 der 18 einsetzen. Demnach erzeugt die Leistungsverwaltungs-IC 1050, wie unter Bezugnahme auf die 1 bis 18 beschrieben ist, das wenigstens eine Treibersteuersignal durch ein Durchführen einer PWM und einer PFM basierend auf einem Induktivitätsstrom, welcher durch eine Induktivität fließt, und der Rückkopplungsspannung, passt in Vorsteuerung die Ladezeit der Induktivität basierend auf der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung Vin auf einer Zeitbasis an, wenn sie die PFM durchführt, und führt einen Moduswechsel basierend auf einem An-Zeit-Steuerpuls durch. Demzufolge kann die Leistungsverwaltungsvorrichtung 1050 eine Stabilität durch ein stabiles Durchführen des Moduswechsels erhöhen und kann die Leistungsübertragungseffizienz erhöhen.
  • Der Bildsensor 1020 der elektronischen Vorrichtung 1000 kann ein optisches Signal in ein digitales Signal umwandeln. Das umgewandelte digitale Signal kann in dem Speicher 1040 gespeichert werden oder durch die Anzeige 1030 unter der Steuerung des Prozessors 1010 angezeigt werden. Ebenso kann das digitale Signal, welches in dem Speicher 1040 gespeichert ist, durch die Anzeige 1030 unter der Steuerung des Prozessors 1010 angezeigt werden.
  • 23 ist ein Blockschaltbild, welches ein mobiles System veranschaulicht, welches die Leistungsverwaltungsvorrichtung der 19 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform aufweist.
  • Bezugnehmend auf 23 weist ein mobiles System 1100 einen Anwendungsprozessor 1110, eine Verbindungseinheit 1120, eine flüchtige Speichervorrichtung 1130, eine nichtflüchtige Speichervorrichtung 1140, eine Verwenderschnittstelle 1150 und eine Leistungsversorgung 1160 auf. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das mobile System 1100 ein beliebiges mobiles System wie beispielsweise ein Mobiltelefon, ein Smartphone, ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), ein tragbarer Multimediaplayer (PMP), eine digitale Kamera, eine tragbare Spielekonsole, ein Musikabspieler, ein Camcorder, ein Videoabspieler, ein Navigationssystem oder dergleichen sein.
  • Der Anwendungsprozessor 1110 kann Anwendungen wie beispielsweise einen Webbrowser, eine Spieleanwendung, einen Videoabspieler oder dergleichen ausführen. Der Anwendungsprozessor 1110 kann eine Leistungsverwaltungsvorrichtung 1111 aufweisen. Die Leistungsverwaltungsvorrichtung 1111 kann einen des Spannungswandlers 10 der 1, des Spannungswandlers 10a der 2, des Spannungswandlers 20 der 14 und des Spannungswandlers 600 der 18 einsetzen. Der Spannungswandler erzeugt das wenigstens eine Treibersteuersignal durch ein Durchführen einer PWM und einer PFM basierend auf einem Induktivitätsstrom, welcher durch eine Induktivität fließt, und der Rückkopplungsspannung, passt in Vorsteuerung die Ladezeit der Induktivität basierend auf der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung auf einer Zeitbasis an, wenn er die PFM durchführt, und führt einen Moduswechsel basierend auf einem An-Zeit-Steuerpuls durch. Demzufolge kann die Leistungsverwaltungsvorrichtung 1111 eine Stabilität durch ein stabiles Durchführen des Moduswechsels erhöhen und kann die Leistungsübertragungseffizienz erhöhen.
  • Die Konnektivitätseinheit 1120 kann verdrahtete oder drahtlose Kommunikationen mit einer externen Vorrichtung durchführen. Die Konnektivitätseinheit 1120 kann beispielsweise eine Ethernet-Kommunikation, eine Nahfeld-Kommunikation (NFC = Near Field Communication = Nahfeld-Kommunikation), eine Funkfrequenz-Identifikations(RFID = Radio Frequency Identification = Funkfrequenz-Identifikations)-Kommunikation, eine mobile Telekommunikation, eine Speicherkarten-Kommunikation, eine Universal-Seriell-Bus(USB = Universal Serial Bus = Universaler Serieller Bus)-Kommunikation oder dergleichen durchführen. In einigen Ausführungsformen kann die Konnektivitätseinheit 1120 einen Basisband-Chipsatz aufweisen, welcher die Kommunikationen unterstützt, wie beispielsweise Global System for Mobile Communications (GSM), einen General Package Radio Service (GPRS), einen Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA), einen Hochgeschwindigkeits-Downlink/Uplink-Paket-Zugriff (HSxPA) oder dergleichen.
  • Die flüchtige Speichervorrichtung 1130 kann Daten speichern, welche durch den Anwendungsprozessor 1110 verarbeitet werden, oder kann als ein Arbeitsspeicher arbeiten. Beispielsweise kann die flüchtige Speichervorrichtung 1130 ein dynamischer Direktzugriffsspeicher wie beispielsweise ein DDR SDRAM, LPDDR SDRAM, GDDR SDRAM, RDRAM oder dergleichen sein, oder kann eine beliebige flüchtige Speichervorrichtung sein, welche eine Auffrisch-Operation (refresh operation) benötigt.
  • Die nichtflüchtige Speichervorrichtung 1140 kann ein Bootimage zum Booten des mobilen Systems 1100 speichern. Beispielsweise kann die nichtflüchtige Speichervorrichtung 1140 ein elektrisch löschbarer programmierbarer Lesespeicher (EEPROM = Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory = Elektrisch löschbarer programmierbarer Lesespeicher), ein Flashspeicher, ein Phasenübergangs-Direktzugriffsspeicher (PRAM = Phase Change Random Access Memory = Phasenübergangs-Direktzugriffsspeicher), ein Widerstands-Direktzugriffsspeicher (RRAM = Resistance Random Access Memory = Widerstands-Direktzugriffsspeicher), ein Nanofloating Gatespeicher (NFGM = Nano Floating Gate Memory = Nanofloating Gatespeicher), ein Polymer-Direktzugriffsspeicher (PoRAM = Polymer Random Access Memory = Polymer-Direktzugriffsspeicher), ein magnetischer Direktzugriffsspeicher (MRAM = Magnetic Random Access Memory = Magnetischer Direktzugriffsspeicher), ein Ferroelektrischer Direktzugriffsspeicher (FRAM = Ferroelectric Random Access Memory = Ferroelektrischer Direktzugriffsspeicher) oder dergleichen sein.
  • Die Nutzerschnittstelle 1150 kann wenigstens eine Eingabevorrichtung wie beispielsweise ein Keypad, einen Touchscreen oder dergleichen aufweisen, und wenigstens eine Ausgabevorrichtung wie beispielsweise einen Lautsprecher, eine Anzeigevorrichtung oder dergleichen. Die Leistungsversorgung 1160 kann dem mobilen System 1100 eine Leistungsversorgungsspannung zuführen. In einigen Ausführungsformen kann das mobile System 1100 ferner einen Kamerabildprozessor (CIS = Camera Image Processor = Kamerabildprozessor) und/oder eine Speichervorrichtung wie beispielsweise eine Speicherkarte, ein Festkörperlaufwerk (SSD = Solid State Drive = Festkörperlaufwerk), eine Festplatte (HDD = Hard Disk Drive = Festplatte), ein CD-ROM oder dergleichen aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen kann das mobile System 1100 und/oder Komponenten des mobilen Systems 1100 in verschiedenen Formen eingehaust sein wie beispielsweise einem package on package (PoP), ball grid arrays (BGAs), chip scale packages (CSPs), einem plastic leaded chip carrier (PLCC), plastic dual in-line package (PDIP), einem die in waffle pack, einem die in wafer form, einem chip on board (COB), einem ceramic dual in-line package (CERDIP), einem plastic metric quad flat pack (MQFP), einem thin quad flat pack (TQFP), einem small outline IC (SOIC), einem shrink small outline package (SSOP), einem thin small outline package (TSOP), einem system in package (SIP), einem multi chip package (MCP), einem wafer-level fabricated package (WFP), oder einem wafer-level processed stack package (WSP).
  • 24 ist ein Blockschaltbild, welches ein Computersystem veranschaulicht, welches die Leistungsverwaltungsvorrichtung der 19 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform aufweist.
  • Bezugnehmend auf 24 weist ein Computersystem 1200 einen Prozessor 1210, einen Eingabe-/Ausgabe-Hub (IOH = Input/Output Hub = Eingabe/Ausgabe-Hub) 1220, einen Eingabe/Ausgabe-Controller-Hub (ICH = Input/Output Controller Hub = Eingabe/Ausgabe-Controller-Hub) 1230, wenigstens ein Speichermodul 1240 und eine Grafikkarte 1250 auf. In einigen Ausführungsformen kann das Computersystem 1200 ein Personal Computer (PC), ein Server-Computer, eine Workstation, ein Laptop-Computer, ein mobiles Telefon, ein Smartphone, ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), ein tragbarer Multimediaplayer (PMP = Portable Multimedia Player = Tragbarer Multimediaplayer), eine digitale Kamera, ein digitaler Fernseher, eine Set-Top-Box, ein Musikabspieler, eine tragbare Spielekonsole, ein Navigationssystem oder dergleichen sein.
  • Der Prozessor 1210 kann verschiedene Berechnungsfunktionen durchführen, wie beispielsweise ein Ausführen einer spezifischen Software zum Durchführen spezifischer Berechnungen oder Aufgaben. Beispielsweise kann der Prozessor 1210 ein Mikroprozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU = Central Processing Unit = Zentrale Verarbeitungseinheit), ein digitaler Signalprozessor oder dergleichen sein. Der Prozessor 1210 kann eine Leistungsverwaltungsvorrichtung 1211 aufweisen. Die Leistungsverwaltungsvorrichtung 1211 kann einen des Spannungswandlers 10 der 1, des Spannungswandlers 10a der 2, des Spannungswandlers 20 der 14 und des Spannungswandlers 600 der 18 einsetzen. Demnach erzeugt der Spannungswandler das wenigstens eine Treibersteuersignal durch ein Durchführen einer PWM und einer PFM basierend auf einem Induktivitätsstrom, welcher durch eine Induktivität fließt, und der Rückkopplungsspannung, passt in Vorsteuerung die Ladezeit der Induktivität basierend auf der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung auf einer Zeitbasis an, wenn er die PFM durchführt, und führt einen Moduswechsel basierend auf einem An-Zeit-Steuerpuls durch.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor 1210 einen einzelnen Kern oder mehrere Kerne aufweisen. Beispielsweise kann der Prozessor 1210 ein Multikern-Prozessor sein wie beispielsweise ein Dualkern-Prozessor, ein Quadkern-Prozessor, ein Hexakern-Prozessor oder dergleichen. Obwohl 24 das Computersystem 1200 einen Prozessor 1210 aufweisend veranschaulicht, kann in einigen Ausführungsformen das Computersystem 1200 eine Mehrzahl von Prozessoren aufweisen. Der Prozessor 1210 kann einen internen oder externen Cache-Speicher aufweisen.
  • Der Prozessor 1210 kann einen Speichercontroller zum Steuern von Operationen des Speichermoduls 1240 aufweisen. Auf den Speichercontroller, welcher in dem Prozessor 1210 enthalten ist, kann Bezug genommen werden als ein integrierter Speichercontroller (IMC = Integrated Memory Controller = Integrierter Speichercontroller). Der Speichercontroller kann eine Struktur aufweisen und/oder die Verfahren einer oder mehrerer der Ausführungsformen, welche hierin beschrieben sind, durchführen. Eine Speicherschnittstelle zwischen dem Speichercontroller und dem Speichermodul 1240 kann mit einem einzelnen Kanal, welcher eine Mehrzahl von Signalleitungen aufweist, implementiert sein, oder kann mit mehreren Kanälen implementiert sein. Wenigstens ein Speichermodul 1240 kann mit jedem der mehreren Kanäle gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen kann der Speichercontroller innerhalb des Eingabe-/Ausgabe-Hubs 1220 platziert sein, auf welchen als ein Speichercontroller-Hub (MCH = Memory Controller Hub = Speichercontroller-Hub) Bezug genommen werden kann.
  • Der Eingabe-/Ausgabe-Hub 1220 kann eine Datenübertragung zwischen dem Prozessor 1210 und Vorrichtungen wie beispielsweise der Grafikkarte 1250 verwalten. Der Eingabe-/Ausgabe-Hub 1220 kann mit dem Prozessor 1210 über verschiedene Schnittstellen gekoppelt sein. Beispielsweise kann die Schnittstelle zwischen dem Prozessor 1210 und dem Eingabe-/Ausgabe-Hub 1220 ein Frontside Bus (FSB), ein Systembus, ein HyperTransport, ein Lightning Data Transport (LDT), ein QuickPath Interconnect (QPI), eine gemeinsame Systemschnittstelle (CSI = Common System Interface = Gemeinsame Systemschnittstelle) oder dergleichen sein. Obwohl 24 das Computersystem 1200 einen Eingabe-/Ausgabe-Hub 1220 aufweisend veranschaulicht, kann das Computersystem 1200 in einigen Ausführungsformen eine Mehrzahl von Eingabe-/Ausgabe-Hubs aufweisen. Der Eingabe-/Ausgabe-Hub 1220 kann verschiedene Schnittstellen mit den Vorrichtungen vorsehen. Beispielsweise kann der Eingabe-/Ausgabe-Hub 1220 eine beschleunigte Grafik-Port(AGP = Accelerated Graphics Port = Beschleunigte Grafik-Port)-Schnittstelle, eine Peripheral Component Interface-Express (PCIe), eine Communications-Streaming Architecture(CSA)-Schnittstelle oder dergleichen aufweisen.
  • Die Grafikkarte 1250 kann mit dem Eingabe-/Ausgabe-Hub 1220 über die AGP-Schnittstelle oder die PCIe gekoppelt sein. Die Grafikkarte 1250 kann eine Anzeigevorrichtung (nicht gezeigt) zum Anzeigen einer Abbildung steuern. Die Grafikkarte 1250 kann einen internen Prozessor zum Verarbeiten von Bilddaten und eine interne Speichervorrichtung aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der Eingabe-/Ausgabe-Hub 1220 eine interne Grafikvorrichtung zusammen mit oder anstelle der Grafikkarte 1250 aufweisen, welche außerhalb des Eingabe-/Ausgabe-Hubs 1220 angeordnet ist. Auf die Grafikvorrichtung, welche in dem Eingabe-/Ausgabe-Hub 1220 enthalten ist, kann Bezug genommen werden als integrierte Grafik. Ferner kann auf den Eingabe-/Ausgabe-Hub 1220, welcher den internen Speichercontroller und die interne Grafikvorrichtung aufweist, Bezug genommen werden als ein Grafik- und Speichercontroller-Hub (GMCH = Graphics and Memory Controller Hub = Grafik- und Speicher-Controller Hub).
  • Der Eingabe-/Ausgabe-Controller-Hub 1230 kann eine Datenpufferung und eine Schnittstellen-Arbitrierung durchführen, um effizient verschiedene Systemschnittstellen zu betreiben. Der Eingabe-/Ausgabe-Controller-Hub 1230 kann mit dem Eingabe-/Ausgabe Hub 1220 über einen internen Bus, wie beispielsweise eine Direkt-Medien-Schnittstelle (DMI = Direkt Media Interface = Direkt-Medien-Schnittstelle), eine Hub-Schnittstelle, eine Enterprise Southbridge-Schnittstelle (ESI = Enterprise Southbridge Interface = Enterprise Southbridge-Schnittstelle), PCIe oder dergleichen gekoppelt sein. Der Eingabe-/Ausgabe-Controller-Hub 1230 kann verschiedene Schnittstellen mit Peripherie-Vorrichtungen vorsehen. Beispielsweise kann der Eingabe-/Ausgabe-Controller Hub 1230 einen Universal Serial Bus(USB)-Port, einen Serial Advanced Technology Attachment SATA)-Port, einen General Purpose Input/Output (GPIO), einen Low Pin Count(LPC)-Bus, ein Serial Peripheral Interface (SPI), PCI, PCIe oder dergleichen aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen können der Prozessor 1210, der Eingabe-/Ausgabe-Hub 1220 und der Eingabe-/Ausgabe-Controller-Hub 1230 als getrennte Chipsätze oder getrennte integrierte Schaltungen implementiert sein. In anderen Ausführungsformen können wenigstens zwei unter dem Prozessor 1210, dem Eingabe-/Ausgabe-Hub 1220 und dem Eingabe-/Ausgabe-Controller-Hub 1230 als ein einzelner Chipsatz implementiert sein.
  • Die Verwendung des Begriffs „Spannungswandler” soll nicht betrachtet werden, um die gegenwärtigen Wandlerfähigkeiten von beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Demnach kann ein Leistungswandler eine Wandlerschaltung aufweisen, welche mit einem Eingangsknoten verbunden ist und einen Schaltknoten, eine Energiespeichervorrichtung, welche mit dem Schaltknoten verbunden ist, und eine Mehrzahl von Schaltvorrichtungen, welche mit dem Schaltknoten verbunden sind, hat; und eine Schaltsteuerschaltung, welche mit Steuereingängen der Mehrzahl von Schaltvorrichtungen verbunden ist, um die Mehrzahl von Schaltvorrichtungen durch den folgenden einen einer Mehrzahl von Leistungsübertragungsmodi zu einer Zeit basierend auf wenigstens einem Rückkopplungssignal, wenigstens einem Vorsteuerungssignal und wenigstens einem Abtastsignal zu steuern und einem Schalten zwischen der Mehrzahl von Leistungsübertragungsmodi basierend auf einem Kurzzeitstrom zu steuern, welcher im Wesentlichen durch einen Ausgangsknoten fließt, wobei das wenigstens eine Rückkopplungssignal auf einem Ausgangspotential an dem Ausgangsknoten basiert ist, wobei das wenigstens eine Vorsteuersignal auf einem Eingangspotential an dem Eingangsknoten basiert ist, und das wenigstens eine Abtastsignal auf einem abgetasteten Strom basiert ist, welcher im Wesentlichen durch wenigstens eine der Mehrzahl von Schaltvorrichtungen fließt, und eine erste der Mehrzahl von Schaltvorrichtungen zwischen dem Schaltknoten und einem gemeinsamen Knoten verbunden ist.
  • Wie obenstehend erwähnt ist, erhöht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Spannungswandler den Induktivitätsstrom durch ein Anschalten der ersten Treibervorrichtung und ein Abschalten der zweiten Treibervorrichtung unter Verwendung der Aus-Zeitpunkts-Steuerspannung in der Schaltsteuerschaltung bevor das zweite Abtastsignal aktiviert wird. Demnach kann der Spannungswandler die Effizienz von Leistung, welche zu der Last in dem PFM-Modus übertragen wird, erhöhen. Zusätzlich führt der Spannungswandler stabil den Moduswechsel basierend auf dem ersten und zweiten Abtastsignal während eines Moduswechselintervalls basierend auf dem ersten und dem zweiten Abtastsignal durch.
  • Während zwei beispielhafte Leistungsübertragungs-Betriebsmodi von PWM für höhere Stromlasten und PFM für niedrigere Stromlasten gezeigt und beschrieben wurden, soll verstanden werden, dass jeder der besagten Modi durch andere anwendbare Modi in Antwort auf verschiedene Design- und Verwendungs-Bedingungen substituiert werden kann. Beispielsweise kann der PFM-Modus substituiert werden oder mit einem anderen Modus verwendet werden, um die Effizienz des Schaltens von Regulatoren unter verschiedenen Bereichen von relativ niedrigen Lasten einschließlich eines Soft-Schaltmodus und/oder eines diskontinuierlichen Leitungsmodus beispielsweise anzupassen. Das vorliegende erfinderische Konzept ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von Modi oder die bestimmten Modi, welche beschrieben sind, beschränkt. Wo eine beispielhafte Speichervorrichtung als eine Induktivität angezeigt wurde, soll verstanden werden, dass eine äquivalente Schaltung einen Kondensator anstelle von oder zusätzlich zu der Induktivität verwenden kann. Ähnlich können andere Speichervorrichtungen verwendet werden. Eine Leistungsverwaltungsvorrichtung oder Schaltmodus-Leistungsversorgung (SMPS) kann einen Spannungswandler oder einen Leistungswandler gemäß Ausführungsformen des vorliegenden erfinderischen Konzepts inkorporieren.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen können auf eine integrierte Schaltung und/oder ein elektronisches System angewandt werden, welches von einer höheren Leistungsübertragungseffiienz und einem stabilen Moduswechsel profitieren kann. Beispielsweise können die oben beschriebenen Ausführungsformen auf eine Leistungsverwaltungsvorrichtung angewandt werden, welche einem Ein-Chip-System (SoC) Leistung zuführt.
  • Während die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird es offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen durch Fachleute in diesem Fachgebiet getätigt werden können, ohne von dem Umfang und Gedanken des vorliegenden erfinderischen Konzepts abzuweichen. Demnach sollte es verstanden werden, dass die obigen Ausführungsformen nicht beschränkend sondern veranschaulichend sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 10-2015-0062888 [0001]

Claims (20)

  1. Spannungswandler (10, 10a, 20, 600, 730), der Folgendes aufweist: eine Wandlerschaltung (60, 100, 100a, 610, 732), welche eine Induktivität, welche mit einem Schaltknoten verbunden ist, eine erste Schaltvorrichtung (61, 120, 611), welche zwischen dem Schaltknoten und einer gemeinsamen Spannung verbunden ist, und eine zweite Schaltvorrichtung (63, 130, 612), welche zwischen dem Schaltknoten und einem Ausgangsknoten verbunden ist, aufweist, wobei die erste Schaltvorrichtung (61, 120, 611) konfiguriert ist, um eine Eingangsleistungs-Versorgungsspannung in die Induktivität zu laden, und konfiguriert ist, um die Induktivität in Antwort auf ein Treibersteuersignal zu entladen; und eine Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731), welche konfiguriert ist, um das Treibersteuersignal durch ein Durchführen einer Pulsweitenmodulation (PWM) und einer Pulsfrequenzmodulation (PFM) zu erzeugen basierend auf einem ersten Abtastsignal, einem zweiten Abtastsignal und einer Rückkopplungsspannung, wobei das erste Abtastsignal und das zweite Abtastsignal auf einem abgetasteten Strom basiert sind, welcher durch die erste Schaltvorrichtung (61, 120, 611) fließt, wobei die Rückkopplungsspannung durch ein Dividieren einer Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten erlangt wird, wobei die Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731) konfiguriert ist, um eine Ladezeit der Induktivität auf einer Zeitbasis basierend auf wenigstens der Eingangsspannung anzupassen, wenn die Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731) die PFM durchführt.
  2. Spannungswandler (10, 10a, 20, 600, 730) nach Anspruch 1, wobei die Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731) Folgendes aufweist: einen An-Zeit-Controller (300, 530, 640), welcher konfiguriert ist, um einen An-Zeit-Steuerpuls zu erzeugen, welcher die Ladezeit der Induktivität basierend auf der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung und einer Referenzspannung anpasst; eine Pulserzeugungsschaltung (200, 525, 630), welche konfiguriert ist, um ein erstes Pulssignal durch ein Durchführen der PWM zu erzeugen, und konfiguriert ist, um ein zweites Pulssignal durch ein Durchführen der PFM zu erzeugen basierend auf der Referenzspannung, dem ersten Abtastsignal, dem zweiten Abtastsignal, der Rückkopplungsspannung und dem An-Zeit-Steuerpuls, konfiguriert um ein Modussignal zu erzeugen, welches eine Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung anzeigt, wobei das erste Abtastsignal einen Pegel des abgetasteten Stroms anzeigt, und das zweite Abtastsignal einen im Wesentlichen Null-Pegel des abgetasteten Stroms anzeigt; einen Moduscontroller (400, 540, 650), welcher konfiguriert ist, um eines des ersten Pulssignals und des zweiten Pulssignals als ein Ausgangspulssignal gemäß dem Modussignal und einen Betriebsmodus basierend auf dem An-Zeit-Steuerpuls auszuwählen; und einen Treibercontroller (470, 550, 660), welcher konfiguriert ist, um das Treibersteuersignal basierend auf dem Ausgangspulssignal zu erzeugen.
  3. Spannungswandler (10, 10a, 20, 600, 730) nach Anspruch 2, wobei der Moduscontroller (400, 540, 650) konfiguriert ist, um eines des ersten Pulssignals und des zweiten Pulssignals als das Ausgangspulssignal auszuwählen basierend auf einem Vergleichen einer ersten An-Zeit und einer zweiten An-Zeit, und wobei die erste An-Zeit einem ersten Aktivierungsintervall des ersten Pulssignals entspricht, und die zweite An-Zeit einem zweiten Aktivierungsintervall des zweiten Pulssignals entspricht.
  4. Spannungswandler (10, 10a, 20, 600, 730) nach Anspruch 3, wobei der Moduscontroller (400, 540, 650) konfiguriert ist, um den Betriebsmodus von einem PWM-Modus zu einem PFM-Modus zu ändern, wenn die erste An-Zeit um wenigstens eine Referenzzahl kleiner ist als die zweite An-Zeit.
  5. Spannungswandler (10, 10a, 20, 600, 730) nach Anspruch 2, wobei der An-Zeit-Controller (300, 530, 640) Folgendes aufweist: einen Aktivierungssignal-Erzeuger (310), welcher konfiguriert ist, um ein erstes Aktivierungssignal und ein zweites Aktivierungssignal basierend auf Steuersignalen von außerhalb und einem Referenzpulssignal zu erzeugen; eine Stromspiegelschaltung (330), welche konfiguriert ist, um einen Ladestrom zu erzeugen durch ein Spiegeln eines Referenzstroms in Antwort auf das erste Aktivierungssignal; und einen An-Zeit-Pulserzeuger (350), welcher konfiguriert ist, um den An-Zeit-Steuerpuls zu erzeugen basierend auf dem ersten Aktivierungssignal, dem zweiten Aktivierungssignal, dem Ladestrom und der Referenzspannung und der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung.
  6. Spannungswandler (10, 10a, 20, 600, 730) nach Anspruch 5, wobei der An-Zeit-Pulserzeuger (350) Folgendes aufweist: einen ersten Kondensator (352), welcher zwischen einem ersten Knoten, welcher mit der Stromspiegelschaltung (330) gekoppelt ist, und der gemeinsamen Spannung verbunden ist, wobei der erste Kondensator (352) den Ladestrom speichert; einen ersten Schalter (351), welcher parallel mit dem ersten Kondensator (352) zwischen dem ersten Knoten und der gemeinsamen Spannung verbunden ist, wobei der erste Schalter (351) in Antwort auf das zweite Aktivierungssignal geschaltet wird; wenigstens einen zweiten Schalter (353) und wenigstens einen zweiten Kondensator (354), welche in Serie zwischen dem ersten Knoten und der gemeinsamen Spannung verbunden sind; einen Komparator (213, 355), welcher konfiguriert ist, um eine Rampenspannung an dem ersten Knoten und die Referenzspannung zu vergleichen; und ein Flip-Flop (215, 356), welches einen Einstellanschluss hat, welcher das erste Aktivierungssignal empfängt, einen Rücksetzanschluss, welcher eine Ausgabe des Komparators (213, 355) empfängt, und einen Ausgangsanschluss, welcher den An-Zeit-Steuerpuls vorsieht.
  7. Spannungswandler (10, 10a, 20, 600, 730) nach Anspruch 6, wobei eine An-Zeit des An-Zeit-Steuerpulses gemäß einem Pegel der Rampenspannung variiert wird.
  8. Spannungswandler (10, 10a, 20, 600, 730) nach Anspruch 2, wobei die Pulserzeugungsschaltung (200, 525, 630) Folgendes aufweist: einen ersten Pulserzeuger (210), welcher konfiguriert ist, um das erste Pulssignal basierend auf der Referenzspannung, der Rückkopplungsspannung und dem ersten Abtastsignal zu erzeugen; und einen zweiten Pulserzeuger (230), welcher konfiguriert ist, um das zweite Pulssignal basierend auf der Referenzspannung, der Rückkopplungsspannung, dem zweiten Abtastsignal und dem An-Zeit-Steuerpuls zu erzeugen.
  9. Spannungswandler (10, 10a, 20, 600, 730) nach Anspruch 8, wobei der zweite Pulserzeuger (230) Folgendes aufweist: einen ersten Hysterese-Komparator (231), welcher konfiguriert ist, um ein PFM-Signal zu erzeugen, welches einer Differenz zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung entspricht, wobei der erste Hysterese-Komparator (231) ein variables Hysterese-Fenster hat; einen zweiten Hysterese-Komparator (233), welcher konfiguriert ist, um das Modussignal zu erzeugen, welches einer Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht; ein erstes ODER-Gate (235), welches eine ODER-Operation auf dem PFM-Signal und dem zweiten Abtastsignal durchführt; ein zweites ODER-Gate (237), welches eine ODER-Operation auf dem Modussignal und dem An-Zeit-Steuerpuls durchführt; und ein Flip-Flop (215, 356), welches einen Einstellanschluss hat, welcher eine Ausgabe des ersten ODER-Gates (235) empfängt, einen Rücksetzanschluss, welcher eine Ausgabe des zweiten ODER-Gates (237) empfängt und einen Ausgangsanschluss, welcher das zweite Pulssignal vorsieht.
  10. Spannungswandler (10, 10a, 20, 600, 730) nach Anspruch 2, wobei der Moduscontroller (400, 540, 650) Folgendes aufweist: einen Zeit-Komparator (410), welcher konfiguriert ist, um eine erste An-Zeit, welche einem ersten Aktivierungsintervall des ersten Pulssignals entspricht, und eine zweite An-Zeit, welche einem zweiten Aktivierungsintervall des zweiten Pulssignals entspricht, zu vergleichen, um ein Zeitvergleichssignal auszugeben; einen Zähler (420), welcher konfiguriert ist, um das Zeitvergleichssignal, welches einen ersten Logikpegel hat, zu zählen, um ein Zählausgangssignal auszugeben; einen Signalerzeuger (430), welcher konfiguriert ist, um ein Rücksetzsignal und ein Auswahlsignal basierend auf dem Zählausgangssignal und dem Modussignal zu erzeugen; und eine Auswahlschaltung (440), welche konfiguriert ist, um eines des ersten Pulssignals und des zweiten Pulssignals als das Ausgangspulssignal in Antwort auf das Auswahlsignal auszuwählen.
  11. Spannungswandler (10, 10a, 20, 600, 730) nach Anspruch 10, wobei der Zähler (420) konfiguriert ist, um das Zählausgangssignal als einen ersten Logikpegel auszugeben, wenn der Zeit-Komparator (410) nacheinanderfolgend das Zeit-Vergleichssignal als einen ersten Logikpegel für eine Referenzanzahl von Malen ausgibt.
  12. Spannungswandler (10, 10a, 20, 600, 730) nach Anspruch 1, wobei die Wandlerschaltung (60, 100, 100a, 610, 732) ferner Folgendes aufweist: eine dritte Schaltvorrichtung (110, 613), welche zwischen der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung und der Induktivität verbunden ist, wobei die dritte Schaltvorrichtung (110, 613) die Eingangsleistungs-Versorgungsspannung zu der Induktivität in Antwort auf ein Hochstell-Steuersignal schaltet; wobei die dritte Schaltvorrichtung (110, 613) einen p-Kanal Leistungsschalter aufweist.
  13. Spannungswandler (10, 10a, 20, 600, 730), der Folgendes aufweist: eine Wandlerschaltung (60, 100, 100a, 610, 732), welche eine Induktivität, welche mit einem ersten Schaltknoten verbunden ist, eine erste Schaltvorrichtung (61, 120, 611), welche mit dem Schaltknoten verbunden ist, und eine zweite Schaltvorrichtung (63, 130, 612), welche zwischen dem Schaltknoten und einem Ausgangsknoten verbunden ist, aufweist, wobei die erste Schaltvorrichtung (61, 120, 611) konfiguriert ist, um eine Eingangsleistungs-Versorgungsspannung in die Induktivität in Antwort auf ein erstes Treibersteuersignal zu laden, und die zweite Schaltvorrichtung (63, 130, 612) konfiguriert ist, um die Induktivität in Antwort auf ein zweites Treibersteuersignal zu entladen; und eine Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731), welche konfiguriert ist, um das erste Treibersteuersignal und das zweite Treibersteuersignal durch ein Durchführen einer Pulsweitenmodulation (PWM) und einer Pulsfrequenzmodulation (PFM) basierend auf einem ersten Abtastsignal, einem zweiten Abtastsignal und einem Rückkopplungssignal zu erzeugen, wobei das erste Abtastsignal und das zweite Abtastsignal auf einem Induktivitätstrom basiert sind, welcher durch die Induktivität fließt, wobei die Rückkopplungsspannung durch ein Dividieren einer Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten erlangt wird, wobei die Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731) konfiguriert ist, um eine Ladezeit der Induktivität auf einer Zeitbasis anzupassen, basierend auf wenigstens der Eingangsspannung, wenn die Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731) die PFM durchführt.
  14. Spannungswandler (10, 10a, 20, 600, 730) nach Anspruch 13, konfiguriert als ein Abwärtswandler, wobei die Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731) Folgendes aufweist: einen An-Zeit-Controller (300, 530, 640), welcher konfiguriert ist, um einen An-Zeit-Steuerpuls zu erzeugen, welcher die Ladezeit der Induktivität basierend auf der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung und einer Referenzspannung anpasst; eine Pulserzeugungsschaltung (200, 525, 630), welche konfiguriert ist, um ein erstes Pulssignal durch ein Durchführen der PWM zu erzeugen, konfiguriert, um ein zweites Pulssignal durch ein Durchführen der PFM zu erzeugen basierend auf der Referenzspannung, dem ersten Abtastsignal, dem zweiten Abtastsignal, der Rückkopplungsspannung und dem An-Zeit-Steuerpuls, und konfiguriert, um ein Modussignal zu erzeugen, welches eine Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung anzeigt, wobei das erste Abtastsignal einen Nicht-Null-Pegel des Induktivitätsstroms anzeigt, und das zweite Abtastsignal einen im Wesentlichen Null-Pegel des Induktivitätsstroms anzeigt; einen Moduscontroller (400, 540, 650), welcher konfiguriert ist, um eines des ersten Pulssignals und des zweiten Pulssignals als ein Ausgangspulssignal auszuwählen gemäß dem Modussignal und einem Betriebsmodus basierend auf dem An-Zeit-Steuerpuls; und einen Treibercontroller (470, 550, 660), welcher konfiguriert ist, um das erste Treibersteuersignal und das zweite Treibersteuersignal basierend auf dem Ausgangspulssignal zu erzeugen, wobei ein Pegel der Ausgangsspannung niedriger ist als ein Pegel der Eingangsleistungs-Versorgungsspannung.
  15. Leistungswandler, der Folgendes aufweist: eine Wandlerschaltung (60, 100, 100a, 610, 732), welche mit einem Eingangsknoten verbunden ist, und einen Schaltknoten hat, eine Energiespeichervorrichtung, welche mit dem Schaltknoten verbunden ist, und eine Mehrzahl von Schaltvorrichtungen, welche mit dem Schaltknoten verbunden sind; und eine Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731), welche mit Steuereingängen der Mehrzahl von Schaltvorrichtungen verbunden ist, um die Mehrzahl von Schaltvorrichtungen zu steuern durch einen folgenden einen einer Mehrzahl von Leistungsübertragungs-Betriebsmodi zu einer Zeit basierend auf wenigstens einem Rückkopplungssignal, wenigstens einem Vorsteuerungssignal und wenigstens einem Abtastsignal und einem Schalten zwischen der Mehrzahl von Leistungsübertragungs-Betriebsmodi basierend auf einem Strom, welcher im Wesentlichen durch einen Ausgangsknoten fließt, wobei das wenigstens eine Rückkopplungssignal auf einem Ausgangspotential an dem Ausgangsknoten basiert ist, das wenigstens eine Vorsteuerungssignal auf einem Eingangspotential an dem Eingangsknoten basiert ist, und das wenigstens eine Abtastsignal auf einem abgetasteten Strom basiert ist, welcher im Wesentlichen durch wenigstens eine der Mehrzahl von Schaltvorrichtungen fließt, und eine erste der Mehrzahl von Schaltvorrichtungen zwischen dem Schaltknoten und einem gemeinsamen Knoten verbunden ist.
  16. Leistungswandler nach Anspruch 15, wobei jede der Mehrzahl von Schaltvorrichtungen durch ein entsprechendes eines einer Mehrzahl von Steuersignalen gesteuert wird, und wenigstens eines der Mehrzahl von Steuersignalen auf einem abgetasteten Stromfluss durch wenigstens eine der ersten Schaltvorrichtung oder der Energiespeichervorrichtung basiert ist.
  17. Leistungswandler nach Anspruch 16, wobei: die Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731) konfiguriert ist, um das wenigstens eine der Mehrzahl von Steuersignalen zum Steuern der wenigstens einen der Mehrzahl von Schaltvorrichtungen zu erzeugen durch ein Durchführen einer Pulsweitenmodulation (PWM) und einer Pulsfrequenzmodulation (PFM) basierend auf einem ersten Abtastsignal, einem zweiten Abtastsignal und einem Rückkopplungssignal, wobei das erste Abtastsignal und das zweite Abtastsignal jeweils auf einem abgetasteten Strom basiert sind, welcher durch wenigstens eine der ersten Schaltvorrichtung (61, 120, 611) oder der Energiespeichervorrichtung fließt, das Rückkopplungssignal auf einem Ausgangsspannungspotential an dem Ausgangsknoten basiert ist, und wenigstens eine der Mehrzahl von Schaltvorrichtungen konfiguriert ist, um die Energiespeichervorrichtung in Antwort auf das wenigstens eine Steuersignal zu entladen.
  18. Leistungswandler nach Anspruch 15, konfiguriert, um einen niedrigen Ausgangsstrom vorzusehen, wenn die Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731) eine Pulsfrequenzmodulation (PFM) als einen der Mehrzahl von Leistungsübertragungs-Betriebsmodi durchführt, wobei die Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731) konfiguriert ist, um eine Ladezeit der Energiespeichervorrichtung basierend auf wenigstens einem Leistungsversorgungsspannungspotential an dem Eingangsknoten anzupassen.
  19. Leistungswandler nach Anspruch 17, wobei das erste Abtastsignal und das zweite Abtastsignal auf dem abgetasteten Strom, welcher durch die erste Schaltvorrichtung (61, 120, 611) fließt, basiert sind; die erste der Mehrzahl von Schaltvorrichtungen konfiguriert ist, um die Induktivität in Antwort auf ein erstes des wenigstens einen Steuersignals zu entladen, eine zweite der Mehrzahl von Schaltvorrichtungen zwischen dem Schaltknoten und dem Ausgangsknoten verbunden ist, und konfiguriert ist, um im Wesentlichen ein Ausgangsspannungspotential zu dem Ausgangsknoten in Antwort auf ein zweites des wenigstens einen Steuersignals zu passieren, und eine dritte der Mehrzahl von Schaltvorrichtungen zwischen dem Schaltknoten und dem Eingangsknoten verbunden ist, und konfiguriert ist, um die Induktivität mit einer Eingangsleistungs-Versorgungsspannung in Antwort auf ein drittes des wenigstens einen Steuersignals zu laden.
  20. Leistungswandler nach Anspruch 19, wobei: die Energiespeichervorrichtung eine Induktivität ist, und die Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731) konfiguriert ist, um eine Ladezeit der Induktivität basierend auf wenigstens einem Spannungspotential an dem Eingangsknoten anzupassen, wenn die Schaltsteuerschaltung (160, 515, 625, 731) PFM als einen der Mehrzahl von Leistungsübertragungs-Betriebsmodi durchführt.
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