DE102016124655B4

DE102016124655B4 - Stromerfassung in einer leistungsversorgung

Info

Publication number: DE102016124655B4
Application number: DE102016124655.7A
Authority: DE
Inventors: Gary Polhemus
Original assignee: Infineon Technologies North America Corp
Current assignee: Infineon Technologies North America Corp
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2021-12-23
Anticipated expiration: 2036-12-17
Also published as: US20170179824A1; CN106899205A; DE102016124655A1; CN106899205B; US9831773B2

Abstract

Vorrichtung, die aufweist:einen Eingangsspannungsschaltkreis (210), der dazu ausgebildet ist, eine Eingangsspannung (175) zu erhalten, die einen Strom (ILD) repräsentiert, der von einer Leistungsversorgung (102) an eine Last geliefert (118) wird; undeinen Abtastschaltkreis (220), der mit dem Eingangsspannungsschaltkreis (210) gekoppelt ist, um die Eingangsspannung (175) zu empfangen,wobei der Eingangsspannungsschaltkreis (210) die Eingangsspannung (175) steuerbar überträgt, um den Abtastschaltkreis (220) vor Schäden zu schützen,wobei der Abtastschaltkreis (220) die von dem Eingangsspannungsschaltkreis (210) übertragene Eingangsspannung (175) verwendet, um eine Abtastspannung zu speichern, die den Strom (ILD) repräsentiert,wobei der Eingangsspannungsschaltkreis (210) eine erste Schalterschaltung aufweist, die Eingangsspannungswerte aushält, die größer als ein erster Schwellenwert sind,wobei der Abtastschaltkreis (220) eine zweite Schalterschaltung aufweist, die empfindlich gegenüber Schäden durch Eingangsspannungswerte sind, die größer als der erste Schwellenwert sind, undwobei der Eingangsspannungsschaltkreis dazu ausgebildet ist, die erste Schalterschaltung so zu steuern, dass sie ein Übertragen der Eingangsspannung an die zweite Schalterschaltung in dem Abtastschaltkreis (220) verhindert, wenn die Eingangsspannung Eingangsspannungswerte aufweist, die größer als der erste Schwellenwert sind.

Description

Herkömmliche Schaltleistungsversorgungen (engl.: switching power supplies) umfassen oftmals ein Mittel, um eine Strommenge zu überwachen, die an eine jeweilige Last geliefert wird. Die gelieferte Strommenge kann aus einer Vielzahl von Gründen wie zum Beispiel eine Telemetrie, eine Leitungslastregelung, eine Stromverbrauchsverfolgung überwacht werden, um den Umwandlungswirkungsgrad usw. zu verbessern.
Zahlreiche Verfahren wurden verwendet, um den von einer entsprechenden Leistungsversorgung an eine Last gelieferten Strom zu messen. Zum Beispiel können Hall-Effekt-Sensoren eingesetzt werden, um ein magnetisches Feld zu messen und den entsprechenden Strom zu berechnen. Leider sind die Hall-Effekt-Sensoren teuer und können nicht in entsprechende Halbleitervorrichtungen integriert werden.
Andere herkömmliche Gestaltungen umfassen ein Hinzufügen eines entsprechenden Widerstands in einen Stromquellenpfad der Leistungsversorgung . Ein Spannungsüberwachungsschaltkreis misst den Strom; der durch den hinzugefügten Widerstand fließt, um zu identifizieren, wie viel Strom an eine entsprechende Last geliefert wird. Dieses Verfahren ist unerwünscht, da der hinzugefügte Widerstand eine Leistung verbraucht, mit der die Last nicht versorgt wird.
Ein weiteres Verfahren ist als DCR (Gleichstromwiderstand, DC Resistance) bekannt. Dieses Verfahren umfasst ein Verwenden des Widerstands einer entsprechenden Drossel, durch die ein Strom fließt, um die Strommenge zu berechnen, die an eine entsprechende Last geliefert wird. Das Verfahren ist unerwünscht, da es nicht in eine Halbleitervorrichtung integriert werden kann; es erfordert ein Abgleichen eines entsprechenden Verstärkungsschaltkreises; es erfordert eine Temperaturkompensation usw.
Weitere Verfahren umfassen Stromspiegelungstechniken und ein Messen der Spannung über einen entsprechenden synchronen Feldeffekttransistor in einer Leistungsversorgung. Beide Verfahren sind unerwünscht. Das Stromspiegeln erfordert zum Beispiel eine komplexe Schaltung und eine Verstärkerschaltung mit großer Bandbreite. Das herkömmliche Verfahren zum Messen der Spannung über eine entsprechende Drain-Source eines synchronen Feldeffekttransistors erfordert einen komplexen und sehr widerstandsfähigen Schaltkreis, da die Spannung am Schaltknoten (Übergangsknoten des Steuerschalters, synchroner Schalter und Drossel) empfindlich ist gegenüber durch einen Schaltzyklus ausgelöste transiente Spannungen.
Die DE 10 2014 018 182 A1 beschreibt eine Strommessschaltung. Die Strommessschaltung umfasst einen Shunt-Widerstand, eine an den Shunt-Widerstand gekoppelte Spannungsklemmschaltung, eine an die Spannungsklemmschaltung gekoppeltes Filter, einen Verstärker und einen Analog-Digital-Wandler.
Hier beschriebene Ausführungsformen umfassen eine neue Schaltung, die geeignet ist, um einen Ausgangsstrom einer Leistungsversorgungsschaltung zu berechnen. Bei einer Ausführungsform ist die neue Schaltung kompakt in Bezug auf herkömmliche Stromerfassungsschaltkreise und stellt ein genaueres Mittel zum Messen eines Stroms bereit, der von einer Leistungsversorgungsphase mithilfe von Niedrigspannungstransistoren an eine Last geliefert wird. Die ganze oder ein Teil der hier beschriebenen Schaltung kann in einer geeigneten Weise wie zum Beispiel in einer Halbleitervorrichtung wie zum Beispiel einem Chip umgesetzt werden.
Eine hier beschriebene Ausführungsform umfasst insbesondere einen Stromüberwachungsschaltkreis. Der Stromüberwachungsschaltkreis umfasst einen Eingangsspannungsschaltkreis (wie zum Beispiel einen Schutzschaltkreis) und einen Abtastschaltkreis. Während des Betriebs empfängt der Eingangsspannungsschaltkreis eine Eingangsspannung, die einen Strom repräsentiert, der von einer Leistungsversorgung an eine Last geliefert wird. Bei einer Ausführungsform ist die Eingangsspannung eine Spannung über jeweils einen Drain- und einen Source-Knoten eines synchronen Schalters (Low-Side-Schalters), der in einer Schaltleistungsversorgung angeordnet ist. Die empfangene Eingangsspannung kann Spannungsspitzen umfassen. Der Eingangsspannungsschaltkreis steuert die Übertragung der Eingangsspannung, sodass schädliche transiente Spannungen in der Eingangsspannung nicht an den Abtastschaltkreis geleitet werden.
Der Abtastschaltkreis verwendet die von dem Eingangsspannungsschaltkreis empfangene Eingangsspannung, um eine Abtasteingangsspannung herzustellen und zu speichern, die den Strom repräsentiert, der an die Last geliefert wird. Eine weitere Schaltung in der Leistungsversorgung wandelt die gespeicherte Abtastspannung in einen Wert um, der den Strom repräsentiert, mit dem die Last versorgt wird.
Bei einer Ausführungsform ist der Eingangsspannungsschaltkreis ein Schutzschaltkreis, der verhindert, dass transiente Spannungen in der Eingangsspannung (über einem positiven Schwellenwert und unter einem negativen Schwellenwert) an den Abtastschaltkreis übertragen werden. Der Eingangsspannungsschaltkreis kann aus einer ersten Gruppe von einer oder mehreren Arten von Transistorvorrichtungen hergestellt werden, die eine Belastung durch größere Spannungsspitzen aushalten können, die in der Eingangsspannung vorhanden sind. Der Abtastschaltkreis wird aus einer zweiten Gruppe von einer oder mehreren Arten von Transistorvorrichtungen hergestellt, die eine geringere Toleranz für Spannungsspitzen aufweisen, aber das Verwenden eines kleinen Abtastkondensatorschaltkreises ermöglichen, um die Abtastspannung zu speichern.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst der Abtastschaltkreis einen Abtastschalter, der geeignet ist, um den Eingangsspannungsschaltkreis selektiv mit einer Kondensatorschaltung in dem Abtastschaltkreis zu verbinden. Diese speichert eine Abtastung der Eingangsspannung. Zum Beispiel stellt eine Aktivierung des Abtastschalters eine elektrische Verbindung der von dem Eingangsspannungsschaltkreis empfangenen Eingangsspannung mit der Kondensatorschaltung in dem Abtastschaltkreis her.
Der Eingangsspannungsschaltkreis kann konfiguriert sein, um das Übertragen der Eingangsspannung zu steuern und um in beliebiger Weise einen Schutz für den Abtastschaltkreis bereitzustellen. Bei einer Ausführungsform umfasst der Eingangsspannungsschaltkreis zum Beispiel mehrere Schalter, um die Eingangsspannung steuerbar an den Abtastschaltkreis zu übertragen. Die mehreren Schalter können konfiguriert sein, um eine Reihenschaltung eines ersten Schalters (wie zum Beispiel einer, der die positiven Spannungstransienten blockiert) und eines zweiten Schalters (wie zum Beispiel einer, der die negativen Spannungstransienten blockiert) bereitzustellen, durch welche die Eingangsspannung steuerbar an den Abtastschaltkreis übertragen wird. Ein gleichzeitiges Aktivieren der mehreren in Reihe geschalteten Schalter in dem passenden Zeitfenster (wie zum Beispiel, wenn keine Spannungsspitzen in der Eingangsspannung vorhanden sind) stellt einen niederohmigen Pfad (wie zum Beispiel mit weniger als 100 Ohm) bereit, über den die Eingangsspannung durch den Eingangsspannungsschaltkreis an den Abtastschaltkreis übertragen wird. Bei einer Ausführungsform kann außerdem ein gleichzeitiges Deaktivieren der mehreren in Reihe geschalteten Schalter außerhalb des Fensters einen hochohmigen Pfad herstellen, der verhindert, dass die transienten Spannungen in der Eingangsspannung an den Abtastschaltkreis übertragen werden und Schäden verursachen.
Wie oben erörtert wurde, kann der Eingangsspannungsschaltkreis (Schutzschaltkreis) konfiguriert werden, um eine Schaltersteuerschaltung zu umfassen, die geeignet ist, um die erste Schalterschaltung und die zweite Schalterschaltung während eines Fensters gleichzeitig zu aktivieren, in dem eine Größe der Eingangsspannung innerhalb eines Betriebsbereichs liegt, in dem keine Schäden an dem Abtastschaltkreis verursacht werden. Bei einem solchen Beispiel ist der Eingangsspannungsschaltkreis geeignet, um ein Übertragen der Eingangsspannung an den Abtastschaltkreis während einer ersten Bedingung zu verhindern, bei der eine Größe der Eingangsspannung größer als oder potenziell größer als ein erster Schwellenwert ist, der Eingangsspannungsschaltkreis ist außerdem geeignet, die Eingangsspannung an den Abtastschaltkreis während einer zweiten Bedingung zu übertragen, bei der eine Größe der Eingangsspannung innerhalb eines sicheren Betriebsbereichs liegt, in dem keine Schäden an dem Abtastschaltkreis verursacht werden.
Wie oben erörtert wurde, überträgt der Eingangsspannungsschaltkreis gemäß weiteren Ausführungsformen die empfangene Eingangsspannung während eines Zeitfensters an einen Abtastschalter in dem Abtastschaltkreis, wenn bekannt ist oder es wahrscheinlich ist, dass in der Eingangsspannung keine Transienten vorhanden sind, wie oben erwähnt wurde. Der Abtastschaltkreis kann so konfiguriert sein, dass er eine Kondensatorschaltung umfasst. Ein Steuersignal aktiviert in dem Zeitfenster den Abtastschalter, um die empfangene Eingangsspannung mit der Kondensatorschaltung elektrisch zu verbinden. Auf diese Weise speichert das Aktivieren eines Schalters in dem Abtastschaltkreis einen Spannungswert, der die Strommenge anzeigt, die von einer Leistungsversorgung an eine entsprechende Last geliefert wird.
Weitere Ausführungsformen umfassen hier einen Ladungsverstärker sowie eine entsprechende nachgeschaltete Verarbeitungsschaltung, um den gespeicherten Spannungswert (Abtastung der Eingangsspannung) in einen berechneten Wert umzuwandeln, der die Strommenge anzeigt, die von einer Leistungsversorgung an eine entsprechende Last geliefert wird. Eine Ausführungsform umfasst zum Beispiel ein Betreiben eines Ladungsverstärkerschaltkreises, um die gespeicherte Abtastspannung zu speichern, die den Strom repräsentiert.
Wie oben erörtert wurde, kann die gespeicherte Abtastung der Eingangsspannung eine Spannung über einen Drain-Knoten und einen Source-Knoten eines Feldeffekttransistors sein, durch den der Strom zu der Last geleitet wird. Ein jeweiliger RDS_ON-Wert des Feldeffekttransistors stellt einen Widerstandswert des Feldeffekttransistors dar, durch den der Strom fließt. Nachgeschaltet zu dem Ladungsverstärker verwendet die Verarbeitungsschaltung einen RDS_ON-Wert des Feldeffekttransistors und die verstärkte gespeicherte Abtastspannung, um einen berechneten Stromwert abzuleiten, der den Strom anzeigt, der von einer Leistungsversorgung an eine entsprechende Last geliefert wird.
Diese und weitere spezielle Ausführungsformen werden weiter unten ausführlicher offenbart. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind vorteilhaft im Vergleich zu herkömmlichen Strommesstechniken. Wie oben erörtert wurde, umfassen hier beschriebene Ausführungsformen zum Beispiel einen Eingangsspannungsschaltkreis, um einen nachgeschalteten Schaltkreis (wie zum Beispiel eine Abtast-HalteSchaltung, einen Ladungsverstärkerschaltkreis usw.) vor Schäden zu schützen. Bei einer Ausführungsform wird der nachgeschaltete Schaltkreis aus einer Art von Halbleitervorrichtungen hergestellt, sodass der Schaltkreis einen hochgenauen berechneten Stromwert produziert und die Möglichkeit eröffnet, einen oder mehrere kleine Kondensatoren zu verwenden, in denen die Eingangsspannungsabtastungen aus der Eingangsspannung während des Zeitfensters gespeichert werden.
Wie hier erörtert wurde, ist zu beachten, dass Ausführungsformen zum Messen eines Stroms in Gleichspannungswandlern, Spannungsreglern mit einer Tiefsetztopologie, Aufwärtsreglern, Abwärts-Aufwärtsreglern usw. anwendbar sind. Die hier offenbarten Konzepte sind anwendbar auf andere geeignete Nicht-Leistungsversorgungsschaltungen, bei denen es wünschenswert ist, eine Strommenge zu kennen oder zu berechnen, die von einer jeweiligen Phase an eine Last geliefert wird.
Es ist zu beachten, dass hier beschriebene Ausführungsformen eine Schaltkreiskonfiguration einer oder mehrerer Prozessorvorrichtungen umfassen können, um einen Teil oder alle hier offenbarten Verfahrensvorgänge auszuführen und/oder zu unterstützen. Mit anderen Worten kann eine oder mehrere der Computervorrichtungen oder einer oder mehrere der Prozessoren programmiert und/oder konfiguriert werden, um wie hier erörtert so betrieben zu werden, dass sie verschiedene Ausführungsformen der Erfindung ausführen.
Weitere hier beschriebene Ausführungsformen umfassen Softwareprogramme, um die oben kurz dargestellten und weiter unten ausführlicher offenbarten Schritte und Vorgänge auszuführen. Eine solche Ausführungsform umfasst ein Computerprogrammprodukt, das ein nichtflüchtiges Computerspeichermedium (z.B. einen Speicher, ein Speicherlaufwerk, einen Flashspeicher, ...) aufweist, in dem eine codierte Computerprogrammlogik enthalten ist, die, wenn sie in einer Computervorrichtung, die einen Prozessor und einen entsprechenden Speicher aufweist, den Prozessor programmiert, die darin enthaltenen Vorgänge auszuführen. Diese Anordnungen werden typischerweise als Software, Code und/oder andere Daten (z.B. Datenstrukturen) bereitgestellt, die auf einem computerlesbaren Speichermedium oder einem nichtflüchtigen computerlesbaren Medium, wie zum Beispiel einem optischen Medium (z.B. einem CD-ROM), einer Diskette oder einem Festplattenlaufwerk oder einem anderen Medium wie zum Beispiel einer Firmware oder einem Mikrocode in einem oder mehreren ROM- oder RAM- oder PROM-Chips, einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit, ASIC) angeordnet oder codiert sind. Die Software oder Firmware oder andere dieser Konfigurationen können in einer Steuereinheit installiert werden, um die Steuereinheit zu veranlassen, die hier erläuterten Techniken auszuführen.
Dementsprechend bezieht sich eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf ein Computerprogrammprodukt, das ein computerlesbares Medium umfasst, das Befehle aufweist, die darin gespeichert sind, um eine Spannung zu überwachen und/oder einen Strom zu berechnen. Bei einer Ausführungsform veranlassen die Befehle zum Beispiel, wenn sie von einer Computerprozessorhardware in einer Steuereinheitsressource ausgeführt werden: Empfangen einer Eingangsspannung, die einen Strom repräsentiert, der von einer Leistungsversorgung an eine Last geliefert wird, Steuern einer Übertragung der empfangenen Eingangsspannung an einen Abtastschaltkreis, wobei die gesteuerte Übertragung den Abtastschaltkreis vor Schäden schützt; und Verwenden der übertragenen Eingangsspannung, um eine Abtastspannung in dem Abtastschaltkreis zu speichern, wobei die Abtastspannung den Strom repräsentiert, der von der Leistungsversorgung an die Last geliefert wird. Die Reihenfolge der Schritte wurde der Deutlichkeit halber hinzugefügt. Diese Schritte können in jeder beliebigen geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden.
Es ist selbstverständlich, dass das System, das Verfahren, die Vorrichtung, die Einrichtung usw., wie sie hier erörtert werden, streng als Hardware, als ein Hybrid aus Software und Hardware oder allein als eine Software wie zum Beispiel in einem Prozessor oder in einem Betriebssystem oder in einer Softwareanwendung verkörpert werden können.
Es ist zu beachten, dass, obwohl unterschiedliche Merkmale, Techniken, Konfigurationen usw. hier an verschiedenen Stellen dieser Offenbarung erörtert werden können, dort wo es angemessen ist, vorgesehen ist, dass alle Konzepte optional unabhängig voneinander oder in Kombination miteinander ausgeführt werden können. Folglich können die eine oder mehreren Erfindungen, wie sie hier beschrieben werden, in vielen verschiedenen Weisen verkörpert und betrachtet werden.
Es ist auch zu beachten, dass diese einleitende Erörterung der hier beschriebenen Ausführungsformen absichtlich nicht jede Ausführungsform und/oder jeden zunehmend neuen Aspekt der vorliegenden Offenbarung oder der beanspruchten Erfindung(en) spezifiziert. Stattdessen stellt die Kurzbeschreibung nur allgemeine Ausführungsformen und entsprechende Punkte der Neuheit gegenüber den herkömmlichen Techniken dar. Für zusätzliche Einzelheiten und/oder mögliche Perspektiven (Veränderungen) der Erfindung(en) wird der Leser auf den Abschnitt „Detaillierte Beschreibung“ und die entsprechenden Figuren der vorliegenden Offenbarung verwiesen, die weiter unten erörtert werden.
Die obigen und weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden spezielleren Beschreibung der hier bevorzugten Ausführungsformen offensichtlich, wie sie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt werden, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf die gleichen Bauteile in allen verschiedenen Ansichten beziehen. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet, stattdessen wird die Aufmerksamkeit auf das Darstellen der Ausführungsformen, Prinzipien, Konzepte usw. der Erfindung gerichtet.

1 ist ein beispielhaftes Blockschaltbild einer Leistungsversorgung und eines entsprechenden Stromüberwachungsschaltkreises gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen.
2 ist ein beispielhaftes Blockschaltbild eines Stromüberwachungsschaltkreises, der gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen konfiguriert ist, um eine empfangene Eingangsspannung in einen entsprechenden Wert umzuwandeln, der eine Strommenge anzeigt, der von einer Leistungsversorgung an eine Last geliefert wird.
3 ist ein beispielhaftes Blockschaltbild eines Eingangsspannungsschaltkreises (eines Schutzschaltkreises) gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen.
4 ist ein beispielhaftes Zeitablaufdiagramm, welches das Erzeugen eines Steuersignals einer Eingangsspannung gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen darstellt.
5 ist ein beispielhaftes Blockschaltbild einer Kombination eines Eingangsspannungsschaltkreises, eines Abtastschaltkreises und eines Ladungsverstärkerschaltkreises usw. gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen.
6 ist ein beispielhaftes Zeitablaufdiagramm, welches das Erzeugen eines Steuersignals gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen darstellt.
7 ist ein beispielhaftes Blockschaubild, das eine Computerprozessorhardware und die zugehörige Software zum Ausführen von Verfahren gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen darstellt.
8 bis 10 sind beispielhafte Ablaufpläne, die Verfahren gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen darstellen.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Überwachungsschaltkreis einen Eingangsspannungsschaltkreis (Schutzschaltkreis) und einen nachgeschalteten Abtast-Halte-Schaltkreis. Während des Betriebs empfängt der Eingangsspannungsschaltkreis eine Eingangsspannung, die einen Strom repräsentiert, der von einer Leistungsversorgungsphase an eine Last geliefert wird. Bei einer Konfiguration wird die Eingangsspannung als eine Spannung über jeweils einen Drain- und einen Source-Knoten eines synchronen Schalters (Low-Side-Schalters) empfangen, der in einer Leistungsversorgung angeordnet ist. Der Eingangsspannungsschaltkreis steuert die Übertragung der Eingangsspannung selektiv, sodass schädliche transiente Spannungen in der Eingangsspannung nicht an den nachgeschalteten Abtastschaltkreis geleitet werden. Der Abtastschaltkreis umfasst einen Kondensatorschaltkreis, um eine Abtastung der Eingangsspannung zu speichern, die den Strom repräsentiert, der an die Last geliefert wird.
Nachfolgend zum Abtasten der Eingangsspannung in einem passenden Zeitraum wie zum Beispiel einem Zeitfenster verwendet ein Verarbeitungsschaltkreis die abgetastete Eingangsspannung, um eine Schätzung oder einen Wert der Strommenge zu produzieren, die an die Last geliefert wird. Der Eingangsspannungsschaltkreis wird aus einer oder mehreren Transistorarten hergestellt, die in der Lage sind, Spannungsspitzen in der empfangenen Eingangsspannung auszuhalten. Da der Eingangsspannungsschaltkreis den Abtastschaltkreis vor Schäden durch transiente Spannungen schützt, wird der Abtastschaltkreis aus einer oder mehreren angemessenen Transistorarten (Niedrigspannungstransistoren wie zum Beispiel einem CMOS) hergestellt, was genaue Stromberechnungen mithilfe eines Kondensatorschaltkreises mit geringer Größe erleichtert, um die Abtastung der Eingangsspannung zu speichern.
1 ist ein beispielhaftes Blockschaltbild einer Leistungsversorgung gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen. Wie gezeigt, umfasst die Leistungsversorgung 100 eine Steuerschaltung 140. Wie der Name sagt, steuert die Steuerschaltung 140 einen Betrieb einer Leistungsversorgungsschaltung 102 und wandelt die (von der Spannungsquelle 121 empfangene) Eingangsspannung 116 VIN in eine Ausgangsspannung 190 um, die mindestens teilweise auf einer oder mehreren Schaltsteuerfunktionen beruht. Wie außerdem gezeigt wird, liefert die Ausgangsspannung 190 einen Ausgangsstrom 191 (I_LD), um die Last 118 mit Energie zu versorgen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen empfängt die Steuerschaltung 140 zusätzlich zum Empfangen der Eingangsspannung 116 (V_IN) ein Feedback 105 (ein Feedback 105-1 wie zum Beispiel die Ausgangsspannung 190 (V_OUT), ein Feedback 105-2 wie zum Beispiel eine Größe des Ausgangsstroms 191 usw.). Die Steuerschaltung 140 verwendet ein oder mehrere Feedbacksignale von dem Feedback 105, um die Steuersignale 108 zu produzieren, die ihrerseits den Betrieb der Leistungsversorgungsschaltung 102 und die Erzeugung der Ausgangsspannung 190 steuern.
Bei einer Ausführungsform ist die Leistungsversorgungsschaltung 102 eine Schaltleistungsversorgung wie zum Beispiel ein Gleichstromabwärtswandler. Es ist jedoch zu beachten, dass die Leistungsversorgungsschaltung 102 jede beliebige Art eines Leistungswandlers sein kann. Wie außerdem gezeigt wird, umfasst die Leistungsversorgung 100 eine Ausgangskondensatorschaltung 120 (Co) wie zum Beispiel einen oder mehrere Kondensatoren. Das Vorhandensein der Ausgangskondensatorschaltung 120 hilft dabei, die Ausgangsspannung 190 zu stabilisieren. Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst die Leistungsversorgung 100 eine Stromüberwachungsschaltung 151. Die Stromüberwachungsschaltung 151 empfängt eine Eingangsspannung 175, die den Strom 191 repräsentiert, der von der Leistungsversorgungsphase 170-1 an die Last 118 geliefert wird. Während des Betriebs wandelt die Stromüberwachungsschaltung 151 die Eingangsspannung 175 in das Feedback 105-2 um, das eine Strommenge repräsentiert, die an die Last 118 geliefert wird.
Die Steuerschaltung 140 und/oder die Stromüberwachungsschaltung 151 können eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung oder eine Kombination aus beiden umfassen. Es ist zu beachten, dass die Steuerschaltung 140 und/oder die Stromüberwachungsschaltung 151 ein Computer, ein Prozessor, eine Mikrosteuereinheit, ein digitaler Signalprozessor usw. sein können oder diese umfassen, die konfiguriert sind, einen Teil oder alle hier offenbarten Verfahrensvorgänge auszuführen und/oder zu unterstützen. Mit anderen Worten können die Steuerschaltung 140 und/oder die Stromüberwachungsschaltung 151 konfiguriert sein, um einen oder mehrere Computervorrichtungen, Prozessoren, digitale Signalprozessoren usw. zu umfassen, um, wie hier erläutert wird, verschiedene Ausführungsformen der Erfindung auszuführen.
Einige hier beschriebene Ausführungsformen können außerdem einen ausführbaren Code von Softwareprogrammen umfassen, die in einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um die oben kurz dargestellten und weiter unten ausführlicher offenbarten Schritte und Vorgänge auszuführen. Eine solche Ausführungsform umfasst zum Beispiel ein Computerprogrammprodukt, das ein Computerspeichermedium (z.B. ein oder mehrere nichtflüchtige computerlesbare Medien), das eine Computerprogrammlogik (z. B. eine Software, eine Firmware, Befehle, ...) aufweist, die in demselben so codiert sind, dass, wenn sie in der Steuerschaltung 140 ausgeführt werden, die einen Prozessor und einen entsprechenden Speicher aufweist, die Steuerschaltung 140 programmiert, um die hier offenbarten Vorgänge digital auszuführen. Diese Anordnungen können als Software, Code und/oder andere Daten (z.B. Datenstrukturen) umgesetzt werden, die in einem computerlesbaren Medium wie zum Beispiel einem optischen Medium (z.B. CD-ROM), einer Diskette oder einem Festplattenlaufwerk oder einem anderen Medium wie zum Beispiel einer Firmware oder einem Mikrocode in einem oder mehreren ROM- oder RAM- oder PROM-Chips einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit, ASIC) angeordnet oder codiert sind. Die Software oder Firmware oder andere dieser Konfigurationen können in der Steuerschaltung 140 und/oder der Stromüberwachungsschaltung 151 gespeichert sein oder für diese zugänglich sein, um die Steuereinheit 140 zu veranlassen, die hier erläuterten Techniken auszuführen.
Dementsprechend bezieht sich eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zusätzlich zu der Hardware und/oder der Firmware auf ein Computerprogrammprodukt, das ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium (z.B., einen Speicher, eine Speicherablage, einen optischen Datenspeicher, einen integrierten Schaltkreis usw.) umfasst.
2 ist ein beispielhaftes Blockschaltbild eines Leistungsversorgungsschaltkreises gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen. Wie gezeigt, produziert die Steuerschaltung 140 aufgrund des empfangenen Feedbacks 105 (d.h. den Eingängen, wie sie oben erörtert wurden) und aufgrund der Konfigurationseinstellungen (Leistungsversorgungseinstellungsinformationen 116) die Steuersignale 108 und gibt diese aus, um die High-Side-Schalterschaltung 150 und die Low-Side-Schalterschaltung 160 auf jeweilige EIN/AUS-Zustände zu schalten, wenn die Phase 170-1 aktiviert ist (oder mehrere Phasen aktiviert sind).
Bei einer Ausführungsform umfasst die High-Side-Schalterschaltung 150 eine erste Feldeffekttransistorschaltung, eine erste Bipolartransistorschaltung usw. Die Low-Side-Schalterschaltung 160 umfasst eine zweite Feldeffekttransistorschaltung, eine zweite Bipolartransistorschaltung usw.
Die Schalterschaltung kann eine beliebige Schaltung sein, die eine angemessene Strommenge und/oder Spannungsmenge aushält und die gesteuert werden kann, um eine gewünschte Leistungsmenge an die Last 118 zu liefern. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel können die High- und die Low-Side-Schalterschaltung einen oder mehrere vertikale oder horizontale Leistungsschalter (coolMos, HexFet), die normalerweise im AUS-Zustand sind (typische FET-Schaltung), usw. umfassen.
Ein Schaltvorgang der High-Side-Schalterschaltung 150 und der Low-Side-Schalterschaltung 160 über die Steuersignale 108 wandelt eine Eingangsgleichspannung V_IN von der Spannungsquelle 121 in eine Ausgangsspannung 190, um die Last 118 mit Energie zu versorgen.
Bei einer Ausführungsform erzeugt die Steuerschaltung 140 Signale, welche die Treiberschaltkreise 110-1 und 110-2 steuern. Aufgrund der von der Steuerschaltung 140 empfangenen Steuersignale 108 steuert der Treiber 110-1 einen Zustand der High-Side-Schalterschaltung 150 (z.B. der Steuerschalterschaltung) und der Treiber 110-2 steuert einen Zustand der Low-Side-Schalterschaltung 160 (z.B. eine synchrone Schalterschaltung) in der Leistungsversorgung 100. Es ist zu beachten, dass die Treiberschaltkreise 110 (z.B. der Treiberschaltkreis 110-1 und der Treiberschaltkreis 110-2) in der Steuerschaltung 140 angebracht sein können oder dass sie an einem fernen Standort in Bezug auf die Steuerschaltung 140 untergebracht sein können.
Wenn die High-Side-Schalterschaltung 150 über die von der Steuerschaltung 140 erzeugten Steuersignale auf EIN geschaltet (d.h. aktiviert) wird (während die Low-Side-Schaltung 160 oder der synchrone Schalter AUS ist), steigt der Strom durch die Drossel 144 (d.h. ein Energiespeicherelement) über einen hoch leitfähigen elektrischen Pfad an, der von der High-Side-Schalterschaltung 150 zwischen der Spannungsquelle 121 und dem Eingangsknoten 143 der Drossel 144 bereitgestellt wird.
Wenn die Low-Side-Schalterschaltung 160 über die von der Steuerschaltung 140 erzeugten Steuersignale auf EIN geschaltet (d.h. aktiviert) wird (während die High-Side-Schalterschaltung 150 oder der Steuerschalter AUS ist), nimmt der Strom durch die Drossel 114 aufgrund eines elektrisch leitfähigen elektrischen Pfads ab, der von der Low-Side-Schalterschaltung 160 zwischen dem Eingangsknoten 143 der Drossel 144 und der Erdung bereitgestellt wird. Der Strom fließt aufgrund der gespeicherten Energie in die Drossel 144.
Aufgrund eines passenden Schaltens der High-Side-Schalterschaltung 150 und der Low-Side-Schalterschaltung 160 regelt die Steuereinheit 140 die Ausgangsspannung 190 (an dem Ausgangsknoten 146 der Drossel 144) innerhalb eines gewünschten Bereichs, um die Last 118 mit Energie zu versorgen.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Leistungsversorgung 100, wie gezeigt, mehrere Phasen (die Phase 170-1, die Phase 170-2 usw.). Jede der mehreren Phasen kann ähnlich wie die in 1 gezeigte beispielhafte Phase 170-1 sein. Während Bedingungen mit einer größeren Last 118 initiiert die Steuereinheit 140 eine Aktivierung mehrerer Phasen. Während Bedingungen mit einer geringeren Last 118 aktiviert die Steuereinheit weniger Phasen wie zum Beispiel eine einzige Phase 170-1. Wie oben erörtert wurde, aktiviert die Steuereinheit 140 eine oder mehrere Phasen, sodass die Ausgangsspannung 190 innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten wird, um die Last 118 mit Energie zu versorgen. Falls gewünscht, kann die Stromüberwachungsschaltung 151 nachgebildet werden, um jede der Phasen zu überwachen.
Wie gezeigt, kann jede Phase jeweils eine High-Side-Schalterschaltung und eine Low-Side-Schalterschaltung umfassen, wie oben erörtert wurde. Zum Deaktivieren einer entsprechenden Phase kann die Phasensteuereinheit 140 sowohl die High-Side-Schalterschaltung als auch die Low-Side-Schalterschaltung der entsprechenden Phase in einen AUS-Zustand setzen. Wenn die entsprechende Phase im AUS-Zustand oder deaktiviert ist, trägt sie nicht dazu bei, die Ausgangsspannung 190 zu produzieren, um die Last 118 mit Energie zu versorgen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Steuereinheit 140 aufgrund einer von der Last 118 verbrauchten Strommenge auswählen, wie viele Phasen aktiviert werden. Wenn die Last 118 zum Beispiel eine relativ große Strommenge verbraucht, kann die Steuereinheit 140 mehrere Phasen aktivieren, um die Last 118 mit Energie zu versorgen. Wenn die Last 118 eine relativ geringe Strommenge verbraucht, kann die Steuereinheit 140 weniger Phasen oder eine einzige Phase aktivieren, um die Last 118 mit Energie zu versorgen. Die Phasen können phasenverschoben in Bezug zueinander betrieben werden.
Wie oben erörtert wurde, umfasst eine Ausführungsform der Leistungsversorgung 100 eine Stromüberwachungsschaltung 151. Wie außerdem gezeigt wurde, kann die Stromüberwachungsschaltung 151 konfiguriert sein, um eine Eingangsspannungsschaltung 210 (wie zum Beispiel einen Schutzschaltkreis), einen Abtastschaltkreis 220, einen Ladungsverstärkerschaltkreis 230 und einen Verarbeitungsschaltkreis 240 zu umfassen.
Während des Betriebs empfängt der Eingangsspannungsschaltkreis 210 (Schutzschaltkreis) eine Eingangsspannung 175, die den Strom 191 repräsentiert, der von der Phase 170-1 an die Last 118 geliefert wird. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist die Eingangsspannung 175 eine Spannung über einen Drain-Knoten und einen Source-Knoten der Low-Side-Schalterschaltung 160 (einen oder mehrere Feldeffekttransistoren), durch die der Strom 191 zu der Last 118 geleitet wird. Ein jeweiliger RDS_ON-Wert der Low-Side-Schalterschaltung 160 stellt einen Widerstandswert der Low-Side-Schalterschaltung 160 dar, durch den der Strom 191 fließt.
Der Eingangsspannungsschaltkreis 210 steuert das Übertragen der empfangenen Eingangsspannung 175 an den Abtastschaltkreis 220, wobei der Abtastschaltkreis 220 vor Schäden geschützt wird. Wie in der Beschreibung weiter unten erörtert wird, initiiert die Schaltersteuerschaltung 320 zum Beispiel eine Aktivierung der Schalterschaltung in dem Eingangsspannungsschaltkreis 210 während eines Zeitfensters, um einen elektrisch leitfähigen Pfad bereitzustellen, über den die empfangene Eingangsspannung 175 an den Abtastschaltkreis 220 übertragen wird. Bei einer Ausführungsform tritt das Zeitfenster nachfolgend zur und während der Aktivierung der Low-Side-Schalterschaltung 160 in einen entsprechenden EIN-Zustand auf.
Der Abtastschaltkreis 220 verwendet die übertragene Eingangsspannung V_DS, um eine Abtastspannung zu speichern, die den Strom 191 repräsentiert. Außerdem verstärkt der Ladungsverstärkerschaltkreis 230 während des Betriebs die gespeicherte Abtastspannung. Der Verarbeitungsschaltkreis 240 verwendet den RDS_ON-Wert der Low-Side-Schalterschaltung und die gespeicherte Abtastspannung, um einen Wert abzuleiten, der den von der Phase 170-1 an die Last 118 gelieferten Strom anzeigt. Bei einer Ausführungsform leitet die Stromüberwachungsschaltung 151 den Wert, der den Strom als Feedback 105-2 anzeigt, an die Steuerschaltung 140 weiter.
3 ist ein beispielhaftes Blockschaltbild eines Eingangsspannungsschaltkreises (eines Schutzschaltkreises) gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen. Wie gezeigt, überträgt der Eingangsspannungsschaltkreis 210 die Eingangsdifferenzspannung 175 (die Spannung V_D und die Spannung Vs) selektiv an den Abtastschaltkreis 220. Der Schaltersteuerschaltkreis 320 erzeugt die jeweiligen Steuersignale Ven und Vsample, um das Übertragen der Spannung V_D durch eine Reihenschaltung des Schalters Q11 und des Schalters Q12 an den Schalter Q41 zu steuern. Bei einer Ausführungsform ist der Schalter Q11 ein Typ einer lateral diffundierten Hochvolt-Metalloxidhalbleitervorrichtung (High Voltage Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor, HVNLDMOS) und der Schalter Q12 ist ein Typ einer p-Kanal-Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistorvorrichtung (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, P-channel MOSFET). Diese Schalter können jede beliebige Art einer Vorrichtung sein, die transiente Spannungen aushält, die in der Eingangsspannung 175 vorhanden sind. Wenn der Schalter Q11 auf einen AUS-Zustand deaktiviert wird, blockiert er transiente Spannungen, die größer als ein positiver Schwellenwert sind, sodass sie nicht an den Schalter Q41 geleitet werden. Wenn der Schalter Q12 auf einen AUS-Zustand deaktiviert wird, blockiert er transiente Spannungen, die kleiner als ein negativer Schwellenwert sind, sodass sie nicht an den Schalter Q41 geleitet werden. Der Schaltersteuerschaltkreis 320 erzeugt die jeweiligen Steuersignale Ven und Vsample, um das Übertragen der Spannung Vs durch eine Reihenschaltung des Schalters Q11 und des Schalters Q12 an den Schalter Q41 zu steuern.
Gemäß weiteren Ausführungsformen ist der Schalter Q21 ein Typ einer lateral diffundierten Hochvolt-Metalloxidhalbleitervorrichtung (High Voltage Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor, HVNLDMOS) und der Schalter Q22 ist ein Typ einer p-Kanal-Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistorvorrichtung (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, P-channel MOSFET). Diese Schalter können jede beliebige Art einer Vorrichtung sein, die transiente Spannungen aushält, die in der Eingangsspannung 175 in einer Weise vorhanden sind, wie sie oben erörtert wurde. Wenn der Schalter Q22 zum Beispiel auf einen AUS-Zustand deaktiviert wird, blockiert er transiente Spannungen, die größer als ein positiver Schwellenwert sind, sodass sie nicht an den Schalter Q42 geleitet werden. Wenn der Schalter Q22 auf einen AUS-Zustand deaktiviert wird, blockiert er transiente Spannungen, die kleiner als ein negativer Schwellenwert sind, sodass sie nicht an den Schalter Q42 geleitet werden.
4 ist ein beispielhaftes Zeitablaufdiagramm, welches das Steuern des Eingangsspannungsschaltkreises gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen darstellt. Die folgende Erläuterung des Schaltkreisbetriebs bezieht sich hauptsächlich auf die 3 und 4, kann aber ebenso Bezug auf andere Figuren nehmen. Wie in 4 gezeigt wird, erzeugt der Schaltersteuerschaltkreis 320 die in dem Zeitablaufdiagramm 405 gezeigten Steuersignale. Ungefähr zum Zeitpunkt T₀ deaktiviert die Steuerschaltung 140 die High-Side-Schalterschaltung 150 und aktiviert die entsprechende Low-Side-Schalterschaltung 160. Rund um diesen Übergangszeitpunkt ist die Spannung, Vsw empfindlich gegenüber Transienten, welche die nachgeschalteten Schaltungen wie zum Beispiel den Abtastschaltkreis 220, den Ladungsverstärkerschaltkreis 230 usw. potenziell schädigen können. Die transiente Spannung in der Eingangsspannung 175 (Vsw, V_D oder Vs) kann, wie durch den Bereich 420 angezeigt wird, so groß sein, dass sie Schäden an der nachgeschalteten Schaltung wie zum Beispiel dem Abtastschaltkreis 220, dem Ladungsverstärkerschaltkreis 230, dem Schutzschaltkreis 240 usw. verursachen würde. Bei einer Ausführungsform ist die nachgeschaltete Schaltung in der Lage, eine Belastung durch Spannungen innerhalb des Bereichs 410 auszuhalten.
Ungefähr zwischen dem Zeitpunkt T₀ und dem Zeitpunkt T₉ aktiviert die Steuerschaltung 140 die Low-Side-Schalterschaltung 160; die High-Side-Schalterschaltung 150 wird in den AUS-Zustand gesetzt. Wie oben erörtert wurde, erzeugt das Fließen eines Stroms durch die Low-Side-Schalterschaltung 160 eine Differenzspannung (Eingangsspannung 175) V_DS über dem entsprechenden Drain und der entsprechenden Source der Low-Side-Schalterschaltung 160, die den Strom 191 repräsentiert. Wie in dem Zeitablaufdiagramm 405 gezeigt wird, treten die Transienten allgemein am oder rund um den Zeitpunkt T₀ auf, wenn weder die High-Side-Schalterschaltung noch die Low-Side-Schalterschaltung in einem EIN-Zustand ist.
Zwischen dem Zeitpunkt T₀ und dem Zeitpunkt T₁ erzeugt der Schaltersteuerschaltkreis 320 das Steuersignal Ven, sodass es ein logisches LOW ist. Der Zustand hält die Schalter Q11 und Q21 und die Schalter Q12 und Q22 in den AUS-Zuständen, wodurch die Komponenten V_S und V_D der Eingangsspannung 175 daran gehindert werden, an den Abtastschaltkreis 220 weitergeleitet zu werden. Zu diesem Zeitpunkt ist das Steuersignal Venb ein logisches HIGH, wodurch die Schalter Q13 und Q23 in die EIN-Zustände geschaltet werden. Dies zieht die Knoten 391 und 392 mithilfe eines niederohmigen Pfads auf das Erdpotential.
Am oder rund um den Zeitpunkt T₁ bis zu dem Zeitpunkt T₈ setzt der Schaltersteuerschaltkreis 320 das Steuersignal Ven auf ein logisches HIGH. Dies verursacht, dass das Steuersignal Venb auf ein logisches LOW gesetzt wird. Das Setzen des Steuersignals Ven auf einen HIGH-Zustand aktiviert sowohl die Schalter Q11 und Q12 als auch die Schalter Q21 und Q22. Somit stellt die zwischen dem Zeitpunkt T₁ und dem Zeitpunkt T₈ in einem EIN-Zustand befindliche Reihenschaltung des Schalters Q11 und des Schalters Q12 einen elektrisch leitfähigen Pfad bereit, über den die Spannung V_D an den Knoten 391 des Abtastschaltkreises 220 übertragen wird. Das Steuersignal Venb wird auf einen logischen LOW-Zustand gesetzt, um die Schalter Q13 und Q23 in die AUS-Zustände zu steuern.
In dem Zeitfenster, das durch die Zeitpunkte T₄ und T₅ definiert wird, setzt die Schaltersteuerschaltung 320 das Steuersignal Vsample auf einen logischen HIGH-Zustand (zum Beispiel wird das Gate des Schalters Q41 auf 1,8 V gesetzt). Dies aktiviert den Schalter Q41, der die Spannung V_D1 an die Kondensatorschaltung Cin1 überträgt und die Kondensatorschaltung Cin1 auf die Spannung V_D1 auflädt. Das Setzen von Vsample auf ein logisches HIGH aktiviert auch den Schalter Q42, der die Spannung Vsi an die Kondensatorschaltung Cin2 überträgt und die Kondensatorschaltung Cin2 auf die Spannung V_D auflädt.
Dementsprechend ist die Schaltersteuerschaltung 320 geeignet, um die ersten Schalter Q11 und Q21 und die zweiten Schalter Q12 und Q22 während eines ersten Zeitfensters (zwischen den Zeitpunkten T₁ und T₈) selektiv zu aktivieren, um entsprechende elektrisch leitfähige Pfade von dem Eingang des Eingangsspannungsschaltkreises 210 zu dem Abtastschaltkreis 220 bereitzustellen. Während dieses Fensters übertragen die elektrisch leitfähigen Pfade die an dem Eingang empfangene Eingangsspannung V_DS an den Abtastschaltkreis 220. Außerhalb des Fensters zwischen T₁ und T₈ ist die Schaltersteuerschaltung 320 geeignet, um die ersten Schalter Q11 und Q21 und die zweiten Schalter Q12 und Q22 zu deaktivieren, um zu verhindern, dass die empfangene Eingangsspannung 175 durch den Eingangsspannungsschaltkreis 210 an den Abtastschaltkreis 220 übertragen wird.
Die Abtastung der Spannung an dem Knoten 391 tritt in einem kleineren Fenster zwischen dem Zeitpunkt T₄ und dem Zeitpunkt T₅ auf, wenn zum Beispiel Vsample auf ein logisches HIGH gesetzt wird, was die beiden Schalter Q41 und Q42 auf die EIN-Zustände aktiviert.
5 ist ein beispielhaftes Blockschaltbild einer Kombination eines Eingangsschutzschaltkreises, eines Abtastschaltkreises und eines Ladungsverstärkerschaltkreises gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen. 6 ist ein Diagramm, das Steuersignale gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen darstellt. Wenn auf die 5 und 6 in einer Weise Bezug genommen wird, wie sie oben erörtert wurde, steuert die Schaltersteuerschaltung 320 sowohl die Schalter Q11 und Q12 als auch die Schalter Q21 und Q22 während des Zeitfensters T₁ bis T₅ auf die EIN-Zustände in dem Eingangsspannungsschaltkreis 210. Die Schaltersteuerschaltung 320 steuert die Abtastschalter Q41 und Q42 in dem kleineren Zeitfenster T₄ bis T₅ auf die EIN-Zustände. Dieser letzte Vorgang lädt die Kondensatorschaltungen Cin1 und Cin2 in dem Zeitfenster T₁ bis T₅ auf die jeweiligen Abtastspannungen V_D1 und Vsi auf.
Die Schaltersteuerschaltung 320 erzeugt außerdem ein Steuersignal PH2, um die Schalter Q71 und Q72 zwischen dem Zeitpunkt T₃ und dem Zeitpunkt T₆ auf die EIN-Zustände zu steuern. Dies setzt die unteren Platten der Kondensatoren Cin1 und Cin2 auf das Erdpotenzial. Nach dem Zeitpunkt T₆ wird PH2 von der Schaltersteuerschaltung erzeugt, um die Schalter Q71 und Q72 auf die AUS-Zustände zu deaktivieren. Zum Zeitpunkt T₆ erzeugt die Schaltersteuerschaltung 320 ein Steuersignal PH2b, um die Schalter Q81 und Q82 zu aktivieren. Dies setzt die entsprechenden unteren Platten der Kondensatoren Cin1 und Cin2 anstatt auf das Erdpotenzial auf eine gemeinsame Modusspannung Vcm.
Nachfolgend zum Speichern der Abtastspannung V_D1 in dem Kondensator Cin1 und zum Speichern der Abtastspannung Vsi in dem Kondensator Cin2 in einer oben erörterten Weise deaktiviert die Schaltersteuerschaltung 320 die Schalter Q41 und Q42, indem die Schalter Q41 und Q42 zum Zeitpunkt T₅ deaktiviert werden (das Steuersignal PH1 auf LOW gesetzt wird). Die Schaltersteuerschaltung 320 steuert außerdem die Schalter Q51 und Q52 (zum oder rund um den Zeitpunkt T₇) auf die EIN-Zustände und die Schalter Q61 und Q62 (zum oder rund um den Zeitpunkt T₇) auf die AUS-Zustände. Zu dieser Zeit, verstärkt der Verstärker 530 für den nach dem Zeitpunkt T₇ folgenden Zyklus die Spannung V_D1 und die Spannung Vsi auf die entsprechenden Differenzspannungen VcurrA und VcurrB.
Wiederum in 2, empfängt der Verarbeitungsschaltkreis 240, nachdem der Operationsverstärker 530 in Ruhe geht, die Spannung Vcurr (die Differenzspannung zwischen VcurrA und VcurrB, die eine Verstärkung des Differenzsignals V_D1 - V_S1 ist) von dem Operationsverstärker 530 und wandelt sie in einen entsprechenden Stromwert um, der den Strom 191 repräsentiert, der von der Phase 170-1 an die Last geliefert wird.
Wenn somit PH3 HIGH ist (PH3b ist LOW), wird die Ausgabe des Operationsverstärkers 530 zurück in den Eingang gespeist und von dem Abtastschaltkreis 220 isoliert. Dies lädt den Feedbackkondensator CF1 vorab auf 0 V und stellt die Ausgänge und die Eingänge auf Vcm. Auf diese Weise wird der Operationsverstärker 530 in diesen Modus gesetzt, während das Eingangsspannungssignal in die Eingangskondensatoren Cin1 und Cin2 abgetastet wird. Sobald PH3 auf LOW geht (PH3b geht auf HIGH), werden die oberen Platten des Cin-Kondensators (Cin1 und Cin2) mit den Eingängen des Operationsverstärkers 530 verbunden. Die Ausgänge des Operationsverstärkers 530 reagieren dann auf die neue Differenzspannung V_D1 - V_S1. Die Ausgänge des Operationsverstärkers 530 ändern sich gerade ausreichend, um eine 0-V-Differenz an den Eingängen beizubehalten. Wenn der Ausgang bei Vcm beginnt und die unteren Platten von Cin auf die Spannung Vcm gesetzt werden, wenn der CF-Wert gleich Cin ist, würde der Ausgang eine gleiche aber umgekehrte Größe des in Cin enthaltenen abgetasteten Spannungswerts bewegen müssen. Bei einer Ausführungsform ist es jedoch wünschenswert, eine Spannungsverstärkung aufzuweisen. Unter der Annahme, dass die Ladung erhalten werden muss, ist die Änderung der Ausgangsspannung (Vcurr) das Verhältnis von Cin/CF mal der Abtastspannung. (Nachfolgend bezeichnen Cin und CF nicht nur die Kondensatoren, sondern auch die Kapazitäten der jeweiligen Kondensatoren.)
Dies erlaubt dann dem Ladungsverstärkerschaltkreis 530 (OPAMP), anders als in der kurzen Öffnungszeit zum Abtasten der Eingangsspannung V_DS, während der gesamten Zykluszeit zu ruhen, wobei der OPAMP während dieser Zeit „Offline“ ist. Dies stellt größere Einsparungen beim Ruhestrom des Operationsverstärkers 530 und somit der Leistung und der Größe bereit, da der Operationsverstärker 530 ein wenig langsamer sein kann, als wenn es erforderlich ist, den Ladungsverstärkerschaltkreis 530, in einem sehr kurzen Zeitfenster zu betreiben.
Bei einer Ausführungsform verwendet die Verarbeitungsschaltung 240 die folgende Formel, um den Strom 191 zu berechnen, der an die Last 118 geliefert wird. $Gr \ddot{o} ße des Stroms 191=Vcurr* ({1/RDS}_{ON}) * (CF1/Cin1),$
wobei Cin1 = Cin2, CF1 = CF2 ist.
Die Kapazitäten Cin1 und Cin2 können beliebige geeignete Werte haben. Bei einer Ausführungsform ermöglicht das Vorhandensein des Eingangsspannungsschaltkreises 210 (Schutzschaltkreises) ein Herstellen des Abtastschaltkreises 220, des Ladungsverstärkerschaltkreises 230, des Verarbeitungsschaltkreises 230 usw. mithilfe von CMOS-Transistoren, die in der Lage sind, Spannungen von ungefähr 2,5 V auszuhalten.
Die Kondensatoren Cin können in jeder beliebigen Weise hergestellt werden und können jede beliebige Größe (Kapazität) aufweisen. Bei einer Ausführungsform werden die Kondensatoren Cin1 und Cin2 und/oder die Kondensatoren CF1 und CF2 als streifenartige Kondensatoren auf einem Halbleiternacktchip (Chip) gefertigt. In einem nicht einschränkenden Beispiel hat jeder der Kondensatoren eine Größe zwischen 200 und 5000 Femtofarad. Gemäß weiteren Ausführungsformen beträgt die Kapazität von jedem der Kondensatoren Cin1 und Cin2 weniger als 2000 Femtofarad.
Bei weiteren Ausführungsformen kann die Kombination der Schaltungen, obwohl sie, wie oben erörtert wurde, verschiedener Art sind, auf einer einzigen Halbleitervorrichtung gefertigt werden. Somit können der Eingangsspannungsschaltkreis 210 (Schutzschaltkreis), der Abtastschaltkreis 220, der Ladungsverstärkerschaltkreis 230 und/oder der Verarbeitungsschaltkreis usw. auf einem einzigen Halbleiterchip/-nacktchip gefertigt werden.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Eingangsspannungsschaltkreis 210 eine erste Gruppe von einer oder mehreren verschiedenen Arten von Schalterschaltungen, die Eingangsspannungsgrößen aushalten, die größer als ein Schwellenwert wie zum Beispiel größer als 2 und bis zu 20 V sind. Der Abtastschaltkreis 220, der Ladungsverstärkerschaltkreis 230 usw. können mit einer zweiten Gruppe von einer oder mehreren verschiedenen Arten von Schalterschaltungen gefertigt werden, die empfindlich gegenüber Schäden durch Spannungsgrößen sind, die größer als der Schwellenwert von ungefähr 2 V sind. Wie oben erörtert wurde, verhindert der Eingangsspannungsschaltkreis 210 (eine erste Gruppe von Schalterschaltungen) das Übertragen der Eingangsspannungsgrößen, die größer als ein erster Schwellenwert und kleiner als ein zweiter Schwellenwert sind, an eine nachgeschaltete Schaltung, wie zum Beispiel den Abtastschaltkreis 220, den Ladungsverstärkerschaltkreis 230 usw. (wie zum Beispiel die zweiten Schalterschaltungen).
7 ist ein beispielhaftes Blockschaubild einer Computervorrichtung zum Umsetzen jedes der Vorgänge, die hier gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen erörtert werden. Wie oben erörtert wurde, kann die Stromüberwachungsschaltung 151 eine Computerprozessorhardware wie zum Beispiel ein Computersystem 700 umfassen. Wie gezeigt, umfasst das Computersystem 700 wie zum Beispiel in der Stromüberwachungsschaltung 151 des vorliegenden Beispiels ein Verbindungselement 711, das ein computerlesbares Speichermedium 712 wie zum Beispiel eine nichtflüchtige Medienart (d.h., eine beliebige Art eines Hardwarespeichermediums), in dem digitale Informationen gespeichert und abgerufen werden können, einen Prozessor 713 (z.B. Computerprozessorhardware wie zum Beispiel eine oder mehrere Prozessorvorrichtungen), eine E/A-Schnittstelle 714 und eine Kommunikationsschnittstelle 717 miteinander verbindet. Die E/A-Schnittstelle 714 stellt eine Konnektivität bereit, um die Eingangsspannung 175 V_IN usw. zu empfangen und um ein Feedback 105-2 zu produzieren.
Das computerlesbare Speichermedium 712 kann jede beliebige Hardwarespeicherressource wie zum Beispiel ein Speicher, ein optisches Laufwerk, ein Festplattenlaufwerk, ein Diskettenlaufwerk usw. sein. Bei einer Ausführungsform speichert das computerlesbare Speichermedium 712 Befehle und/oder Daten, die von der Stromüberwachungsanwendung 151-1 verwendet werden, um den Wert zu berechnen, der den Strom 191 in einer Weise anzeigt, wie sie oben erörtert wurde. Die Kommunikationsschnittstelle 717 ermöglicht dem Computersystem 700 und dem Prozessor 713, über eine Ressource wie zum Beispiel ein Netzwerk 193 miteinander zu kommunizieren, um Informationen von fernen Quellen abzurufen und mit anderen Computern zu kommunizieren.
Wie gezeigt, weist das computerlesbare Speichermedium 712 die codierte Stromüberwachungsanwendung 151-1 (z.B. eine Software, eine Firmware usw.) auf, die von dem Prozessor 713 ausgeführt wird. Die Stromüberwachungsanwendung 151-1 kann konfiguriert sein, um Befehle zu umfassen, mit denen jeder beliebige der Vorgänge umgesetzt wird, die hier erörtert werden.
Während des Betriebs einer Ausführungsform greift der Prozessor 713 auf das computerlesbare Speichermedium 712 durch das Verwenden des Verbindungselements 711 zu, um die in dem computerlesbaren Speichermedium 712 gespeicherten Befehle in der Stromüberwachungsanwendung 151-1, zu starten, ablaufen zu lassen, auszuführen, zu interpretieren oder anderweitig durchzuführen. Das Ausführen der Stromüberwachungsanwendung 151-1 produziert in dem Prozessor 713 eine Verarbeitungsfunktionalität wie zum Beispiel einen Stromüberwachungsprozess 151-2. Mit anderen Worten repräsentiert der dem Prozessor 713 zugeordnete Stromüberwachungsprozess 151-2 einen oder mehrere Aspekte des Ausführens der Stromüberwachungsanwendung 151-1 in oder auf dem Prozessor 713 in dem Computersystem 150. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist zu beachten, dass das Computersystem eine Mikrosteuervorrichtung sein kann, die konfiguriert ist, um eine Leistungsversorgung zu steuern und jeden der hier beschriebenen Vorgänge auszuführen.
Die von den verschiedenen Ressourcen unterstützte Funktionalität wird nun mithilfe der Ablaufpläne in den 8 bis 10 erörtert. Es ist zu beachten, dass die Schritte in den Ablaufplänen in jeder geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden können. 8 ist ein Ablaufplan 800, der ein beispielhaftes Verfahren gemäß einigen Ausführungsformen darstellt. Es ist zu beachten, dass es einige Überschneidungen hinsichtlich der oben erörterten Konzepte gibt. Im Verarbeitungsvorgang 810 empfängt der Eingangsspannungsschaltkreis 210 die Eingangsspannung 175, die den Ausgangsstrom 191 repräsentiert, der von der Leistungsversorgung 102 an die Last 118 geliefert wird. Im Verarbeitungsvorgang 820 steuert der Eingangsspannungsschaltkreis 210 das Übertragen der empfangenen Eingangsspannung 175 an den Abtastschaltkreis 220. Das gesteuerte Übertragen der Eingangsspannung 175 schützt den Abtastschaltkreis 220 vor Schäden. Im Verarbeitungsvorgang 830 verwendet der Abtastschaltkreis 220 die von dem Eingangsspannungsschaltkreis 210 übertragene Eingangsspannung, um eine Abtastspannung in dem Abtastschaltkreis 220 zu speichern. Die Abtastspannung repräsentiert den Strom, der von der Leistungsversorgung 102 an die Last 118 geliefert wird.
Die 9 und 10 werden kombiniert, um den Ablaufplan 900 (Ablaufplan 900-1 und Ablaufplan 900-2) zu bilden, der ein beispielhaftes Verfahren gemäß einigen Ausführungsformen darstellt. Es ist zu beachten, dass es einige Überschneidungen hinsichtlich der oben erörterten Konzepte gibt. Im Verarbeitungsvorgang 910 empfängt der Eingangsspannungsschaltkreis 210 eine Eingangsspannung 175, die den Ausgangsstrom 191 repräsentiert, der von der Leistungsversorgungsphase 170-1 an die Last 118 geliefert wird. Im Verarbeitungsvorgang 920 ist die Eingangsspannung 175 eine Spannung über einen Drain-Knoten und einen Source-Knoten des Schalters 160 (wie zum Beispiel eines Feldeffekttransistors), durch den der Strom 191 zu der Last 118 geleitet wird. Ein entsprechender RDS_ON-Wert des Schalters 160 stellt einen Widerstandswert des Feldeffekttransistors dar, durch den der Strom 191 durch die Drossel 144 zu der Last 118 fließt. Im Verarbeitungsvorgang 930 steuert der Eingangsspannungsschaltkreis 210 das Übertragen der empfangenen Eingangsspannung 175 an den nachgeschalteten Abtastschaltkreis 220. Wie oben erörtert wurde, schützt das gesteuerte Übertragen der Eingangsspannung 175 den Abtastschaltkreis 220 vor Schäden. Im Verarbeitungsvorgang 940 initiiert die Schaltersteuerschaltung 320 eine Aktivierung einer Schalterschutzschaltung (wie zum Beispiel des Schalters Q11 und des Schalters Q12 sowie des Schalters Q21 und des Schalters Q22) in dem Eingangsspannungsschaltkreis 210 während eines entsprechenden Zeitfensters, um einen elektrisch leitfähigen Pfad bereitzustellen, über den die empfangene Eingangsspannung 175 an den Abtastschaltkreis 220 übertragen wird. Bei einer Ausführungsform tritt das Zeitfenster nachfolgend zur Aktivierung auf und während der Schalterschaltkreis 160 in einen EIN-Zustand gesteuert wird. Im Verarbeitungsvorgang 950 initiiert der Schaltersteuerschaltkreis 320 eine Deaktivierung der Schalterschutzschaltung (wie zum Beispiel des Schalters Q11 und des Schalters Q12 sowie des Schalters Q21 und des Schalters Q22) außerhalb des Zeitfensters, um zu verhindern, dass die empfangene Eingangsspannung 175 (und entsprechende Spannungsspitzen) durch den Eingangsspannungsschaltkreis 210 an den Abtastschaltkreis 220 übertragen wird. Wie oben erörtert wurde, kann der Eingangsspannungsschaltkreis 210 konfiguriert sein, um mehrere in Reihe geschaltete Schalter zu umfassen. Erste Schalter (wie zum Beispiel der Schalter Q11 und der Schalter Q21) blockieren in einer entsprechenden Reihenschaltung schädliche positive Spannungen über einem Schwellenwert; zweite Schalter (wie zum Beispiel der Schalter Q12 und der Schalter Q22) blockieren in einer entsprechenden Reihenschaltung schädliche negative Spannungen unter einem Schwellenwert. Dementsprechend werden die nachgeschalteten Schaltungen wie zum Beispiel der Abtastschaltkreis 220 und der Ladungsverstärkerschaltkreis 230 nicht schädlichen Spannungsspitzen ausgesetzt, die in der Eingangsspannung 175 enthalten sind.
Im Verarbeitungsvorgang 1010 in 10 (Ablaufplan 900-2) verwendet der Abtastschaltkreis 220 die während des Zeitfensters übertragene Eingangsspannung 175, um eine Abtastspannung in einer entsprechenden Kondensatorschaltung zu speichern. Die Abtastspannung repräsentiert den Strom 191, der von der Leistungsversorgungsphase 170-1 an die Last 118 geliefert wird. Im Verarbeitungsvorgang 1020 verstärkt der Ladungsverstärkerschaltkreis 230 die gespeicherte Abtastspannung (V_D1 und Vsi) in einer Weise, die oben erörtert wurde. Im Verarbeitungsvorgang 1030 verwendet der Verarbeitungsschaltkreis 240 den RDS_ON der Low-Side-Schalterschaltung 160 und die gespeicherte Abtastspannung (der Eingangsspannung 175, die während des Fensters abgetastet wurde), um ein Feedback 105-2 (einen Stromgrößenwert) abzuleiten, das eine Strommenge 191 anzeigt, die von der Leistungsversorgungsphase 170-1 an die Last 118 geliefert wird.
Die hier beschriebenen Techniken sind sehr gut geeignet für eine Verwendung in Leistungsversorgungsanwendungen und für eine Berechnung des Ausgangsstroms einer jeweiligen Phase zu einer Last. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen nicht auf eine Verwendung in solchen Anwendungen beschränkt sind und dass die hier erörterten Techniken genau so gut für andere Anwendungen geeignet sind.
Auf der Grundlage der hier erläuterten Beschreibung wurden zahlreiche spezifische Einzelheiten erläutert, um ein umfassendes Verständnis des beanspruchten Erfindungsgegenstands bereitzustellen. Für den Fachmann ist es jedoch selbstverständlich, dass der beanspruchte Erfindungsgegenstand ohne diese spezifischen Einzelheiten in die Praxis umgesetzt werden kann. In anderen Fällen wurden Verfahren, Vorrichtungen, Systeme usw., die dem Fachmann bekannt sind, nicht ausführlicher beschrieben, um den beanspruchten Erfindungsgegenstand nicht zu verschleiern. Einige Teile der detaillierten Beschreibung wurden in Bezug auf Algorithmen und symbolische Darstellungen von Operationen an Datenbits oder binären digitalen Signalen dargestellt, die in einem Computersystemspeicher wie zum Beispiel einem Computerspeicher gespeichert sind. Diese algorithmischen Beschreibungen oder Darstellungen sind Beispiele für Techniken, die vom Fachmann der Datenverarbeitungstechniken verwendet werden, um anderen Fachmännern den Gegenstand ihrer Arbeit zu vermitteln. Ein hier und allgemein beschriebener Algorithmus wird als eine eigenständige Sequenz von Operationen oder ähnlichen Verarbeitungen verstanden, die zu einem gewünschten Ergebnis führt. In diesem Zusammenhang beinhalten die Operationen und Verarbeitungen physische Manipulationen von physikalischen Größen. Typischerweise, aber nicht notwendigerweise, nehmen diese Größen die Form von elektrischen oder magnetischen Signalen an, die in der Lage sind, gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen oder anderweitig manipuliert zu werden. Hauptsächlich aus Gründen einer gemeinsamen Nutzung hat es sich manchmal als zweckmäßig erwiesen, sich auf diese Signale in Form von Bits, Werten, Elementen, Symbolen, Zeichen, Begriffen, Zahlen oder ähnlichen Elementen zu beziehen. Es ist jedoch selbstverständlich, dass all diese und ähnliche Begriffe den geeigneten physikalischen Größen zugeordnet werden und rein zweckmäßige Bezeichnungen sind. Wie es aus der nachfolgenden Erörterung offensichtlich wird, ist es selbstverständlich, dass sich in der gesamten Beschreibung, ausgenommen, wenn dies ausdrücklich gegenteilig angemerkt wird, Erörterungen, welche die Begriffe wie zum Beispiel „Verarbeiten“, „Berechnen“, „Ermitteln“ oder Ähnliche verwenden, auf Aktionen und Prozesse einer Computerplattform wie zum Beispiel eines Computers oder einer ähnlichen Computervorrichtung beziehen, die Daten manipuliert und umwandelt, die als physikalische, elektronische oder magnetische Größen in Speichern, Registern oder anderen Informationsspeichervorrichtungen, Übertragungsvorrichtungen oder Anzeigevorrichtungen der Computerplattform dargestellt wird.

Claims

Vorrichtung, die aufweist: einen Eingangsspannungsschaltkreis (210), der dazu ausgebildet ist, eine Eingangsspannung (175) zu erhalten, die einen Strom (I_LD) repräsentiert, der von einer Leistungsversorgung (102) an eine Last geliefert (118) wird; und einen Abtastschaltkreis (220), der mit dem Eingangsspannungsschaltkreis (210) gekoppelt ist, um die Eingangsspannung (175) zu empfangen, wobei der Eingangsspannungsschaltkreis (210) die Eingangsspannung (175) steuerbar überträgt, um den Abtastschaltkreis (220) vor Schäden zu schützen, wobei der Abtastschaltkreis (220) die von dem Eingangsspannungsschaltkreis (210) übertragene Eingangsspannung (175) verwendet, um eine Abtastspannung zu speichern, die den Strom (I_LD) repräsentiert, wobei der Eingangsspannungsschaltkreis (210) eine erste Schalterschaltung aufweist, die Eingangsspannungswerte aushält, die größer als ein erster Schwellenwert sind, wobei der Abtastschaltkreis (220) eine zweite Schalterschaltung aufweist, die empfindlich gegenüber Schäden durch Eingangsspannungswerte sind, die größer als der erste Schwellenwert sind, und wobei der Eingangsspannungsschaltkreis dazu ausgebildet ist, die erste Schalterschaltung so zu steuern, dass sie ein Übertragen der Eingangsspannung an die zweite Schalterschaltung in dem Abtastschaltkreis (220) verhindert, wenn die Eingangsspannung Eingangsspannungswerte aufweist, die größer als der erste Schwellenwert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die zweite Schalterschaltung in dem Abtastschaltkreis (220) einen Abtastschalter (Q41, Q42) aufweist, der dazu ausgebildet ist, den Eingangsspannungsschaltkreis (210) selektiv mit einer Kondensatorschaltung (Cin1, Cin2) in dem Abtastschaltkreis (220) zu verbinden, wobei das Aktivieren des Abtastschalters (Q41, Q42) die von dem Eingangsspannungsschaltkreis (210) empfangene Eingangsspannung elektrisch mit der Kondensatorschaltung (Cin1, Cin2) in dem Abtastschaltkreis (220) koppelt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die erste Schalterschaltung in dem Eingangsspannungsschaltkreis (210) mehrere Schalter aufweist (Q11, Q12, Q21, Q22), um die Eingangsspannung steuerbar an den Abtastschaltkreis (220) zu übertragen, wobei die mehreren Schalter eine Reihenschaltung eines ersten Schalters (Q11, Q21) und eines zweiten Schalters (Q12, Q22) aufweisen, durch welche die Eingangsspannung steuerbar an den Abtastschaltkreis (220) übertragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, die außerdem aufweist: eine ersten Steuerschaltkreis (320), der dazu ausgebildet ist, den ersten Schalter (Q11, Q12) und den zweiten Schalter (Q12, Q22) während eines Zeitfensters selektiv zu aktivieren, um einen elektrisch leitfähigen Pfad von dem Eingang zu dem Abtastschaltkreis (220) bereitzustellen, wobei der elektrisch leitfähige Pfad die an dem Eingang empfangene Eingangsspannung an den Abtastschaltkreis (220) überträgt; und wobei der erste Steuerschaltkreis (320) dazu ausgebildet ist, den ersten Schalter (Q11, Q12) und den zweiten Schalter (Q12, Q22) außerhalb des Zeitfensters selektiv zu deaktivieren, um zu verhindern, dass die empfangene Eingangsspannung von dem Eingangsspannungsschaltkreis (210) an den Abtastschaltkreis (220) übertragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, die außerdem aufweist: einen zweiten Steuerschaltkreis, der dazu ausgebildet ist, den Abtastschalter (Q41, Q42) während eines Teils des Zeitfensters, in dem der elektrisch leitfähige Pfad die Eingangsspannung von dem Eingang zu der Kondensatorschaltung (Cin1, Cin2) des Abtastschaltkreises (220) überträgt, einzuschalten und in der übrigen Zeit auszuschalten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Eingangsspannungsschaltkreis (210) dazu ausgebildet ist, ein Übertragen der Eingangsspannung an den Abtastschaltkreis (210) zu verhindern, wenn die Eingangsspannung größer ist als ein erster Schwellenwert; und bei der der Eingangsspannungsschaltkreis (210) dazu ausgebildet ist, ein Übertragen der Eingangsspannung an den Abtastschaltkreis zu verhindern, wenn die Eingangsspannung kleiner ist als ein zweiter Schwellenwert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem aufweist: einen Ladungsverstärkerschaltkreis (230), der dazu ausgebildet ist, die gespeicherte Abtastspannung zu speichern, die den Strom repräsentiert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die gespeicherte Abtastspannung eine Differenzspannung ist, wobei der Ladungsverstärkerschaltkreis (230) die gespeicherte Differenzspannung in eine ausgegebene Differenzspannung umwandelt, die den Strom repräsentiert, der von der Leistungsversorgung (102) an die Last (118) geliefert wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Eingangsspannung, eine Spannung zwischen einem Drain-Knoten (D) und einem Source-Knoten (S) eines Feldeffekttransistors (160) ist, wobei ein RDS_ON-Wert des Feldeffekttransistors (160) einen Widerstandswert des Feldeffekttransistors darstellt, wobei die Vorrichtung außerdem aufweist: einen Verarbeitungsschaltkreis (240), der dazu ausgebildet ist, den RDS_ON-Wert des Feldeffekttransistors (160) und die gespeicherte Abtastspannung zu verwenden, um einen Wert abzuleiten, der den Strom anzeigt, der von der Leistungsversorgung (102) an die Last (118) geliefert wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Leistungsversorgung (102) eine Schaltleistungsversorgung ist, und bei der die Eingangsspannung (175), eine Spannung über einem synchronen Schalter (160) der Schaltleistungsversorgung repräsentiert, wobei der Eingangsspannungsschaltkreis (210) dazu ausgebildet ist, zu verhindern, dass transiente Spannungen, die größer als ein Schwellenwert sind, an den Abtastschaltkreis (220) übertragen werden, wobei der Abtastschaltkreis (220) empfindlich für Schäden ist, wenn er den transienten Spannungen oberhalb des Schwellenwerts ausgesetzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem aufweist: eine Schaltersteuerschaltung, die dazu ausgebildet, sowohl die erste Schalterschaltung in dem Eingangsspannungsschaltkreis (210) als auch die zweite Schalterschaltung in dem Abtastschaltkreis (220) gleichzeitig zu aktivieren, um die Eingangsspannung über einen elektrisch leitfähigen Pfad an eine Kondensatorschaltung (Cin1, Cin2) in dem Abtastschaltkreis (220) zu übertragen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Schaltersteuerschaltung dazu ausgebildet ist, die erste Schalterschaltung und die zweite Schalterschaltung während eines Fensters gleichzeitig zu aktivieren, in dem die Eingangsspannung innerhalb eines Spannungsbereichs liegt, in dem keine Schäden an dem Abtastschaltkreis (220) verursacht werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der Abtastschaltkreis (220) eine Kondensatorschaltung (Cin1, Cin2) aufweist, um die Eingangsspannung zu speichern, die von dem Eingangsspannungsschaltkreis (210) übertragen wird; und bei der die Kondensatorschaltung (Cin1, Cin2) als eine streifenartige Kondensatorschaltung hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der Abtastschaltkreis (220) eine Kondensatorschaltung (Cin1, Cin2) aufweist, um eine Abtastung der Eingangsspannung zu speichern, die von dem Eingangsspannungsschaltkreis (210) übertragen wird; und bei der die Kondensatorschaltung (Cin1, Cin2) auf einem Halbleiterchip hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Eingangsspannungsschaltkreis (210) die erste Schalterschaltung aufweist, um die empfangene Eingangsspannung während eines ersten Zeitfensters an einen Abtastschalter (Q41, Q42) in der zweiten Schalterschaltung des Abtastschaltkreises (220) zu übertragen, wobei der Abtastschalter in einem zweiten Zeitfenster aktiviert wird, um die empfangene Eingangsspannung mit einer Kondensatorschaltung (Cin1, Cin2) in dem Abtastschaltkreis (220) elektrisch zu verbinden, wobei die Vorrichtung außerdem aufweist: einen Nebenschlussschalter (Q13), der mit einem Knoten (391, 392), der die erste Schalterschaltung und den Abtastschalter (Q41, Q42) verbindet, verbunden ist, wobei der Nebenschlussschalter (Q13) aktiviert wird, um den Knoten (391, 392) außerhalb des zweiten Zeitfensters mit einer Erdung zu verbinden.
Verfahren, das aufweist: Erhalten einer Eingangsspannung (175), die einen Strom repräsentiert (I_LD), der von einer Leistungsversorgung (102) an eine Last (118) geliefert wird, durch einen Eingangsspannungsschaltkreis (210); Steuern einer Übertragung der empfangenen Eingangsspannung von dem Eingangsspannungsschaltkreis (210) an einen Abtastschaltkreis (220), wobei die gesteuerte Übertragung den Abtastschaltkreis (220) vor Schäden schützt; und Verwenden der übertragenen Eingangsspannung, um eine Abtastspannung in dem Abtastschaltkreis (220) zu speichern, wobei die Abtastspannung den Strom repräsentiert, der von der Leistungsversorgung (102) an die Last (118) geliefert wird, wobei der Eingangsspannungsschaltkreis (210) eine erste Schalterschaltung aufweist, die Eingangsspannungswerte aushält, die größer als ein erster Schwellenwert sind, wobei der Abtastschaltkreis (220) eine zweite Schalterschaltung aufweist, die empfindlich gegenüber Schäden durch Eingangsspannungswerte sind, die größer als der erste Schwellenwert sind, und wobei der Eingangsspannungsschaltkreis dazu ausgebildet ist, die erste Schalterschaltung so zu steuern, dass sie ein Übertragen der Eingangsspannung an die zweite Schalterschaltung in dem Abtastschaltkreis (220) verhindert, wenn die Eingangsspannung Eingangsspannungswerte aufweist, die größer als der erste Schwellenwert sind.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Steuern der Übertragung der empfangenen Eingangsspannung von dem Eingangsspannungsschaltkreis (210) an den Abtastschaltkreis (220) außerdem aufweist: Initiieren einer Aktivierung eines Abtastschalters (Q41, Q42) in der zweiten Schalterschaltung in dem Abtastschaltkreis (220), um die Eingangsspannung an eine Kondensatorschaltung (Cin1, Cin2) in dem Abtastschaltkreis (220) zu übertragen.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Steuern der Übertragung der empfangenen Eingangsspannung an den Abtastschaltkreis (220) außerdem aufweist: Steuern einer Aktivierung von mehreren Schaltern (Q11, Q12, Q21, Q22) in der ersten Schalterschaltung, wobei die mehreren Schalter (Q11, Q12, Q21, Q22) eine Reihenschaltung eines ersten Schalters (Q11, Q12) und eines zweiten Schalters (Q21, Q22) aufweisen, durch welche die Eingangsspannung steuerbar an die Kondensatorschaltung (Cin1, Cin2) in dem Abtastschaltkreis (220) übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem das Steuern der Übertragung der empfangenen Eingangsspannung an den Abtastschaltkreis (220) außerdem aufweist: Initiieren einer Aktivierung der ersten Schalterschaltung während eines Zeitfensters, um einen elektrisch leitfähigen Pfad bereitzustellen, über den die empfangene Eingangsspannung an den Abtastschaltkreis (220) übertragen wird; und Initiieren einer Deaktivierung der ersten Schalterschaltung außerhalb des Zeitfensters, um zu verhindern, dass die empfangene Eingangsspannung von dem Eingangsspannungsschaltkreis (210) an den Abtastschaltkreis (220) übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem das Steuern der Übertragung der empfangenen Eingangsspannung an den Abtastschaltkreis (220) außerdem aufweist: Übertragen der Eingangsspannung über einen elektrisch leitfähigen Pfad an den Abtastschaltkreis (220), wenn die Eingangsspannung kleiner als ein erster Schwellenwert ist; und Unterbrechen des elektrisch leitfähigen Pfads zu dem Abtastschaltkreis (220), wenn die Eingangsspannung größer als der erste Schwellenwert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, das außerdem aufweist: Betreiben eines Ladungsverstärkerschaltkreises (230), um die gespeicherte Abtastspannung zu verstärken, die den Strom (I_LD) repräsentiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei dem die Eingangsspannung, eine Spannung zwischen einem Drain-Knoten (D) und einem Source-Knoten (S) eines Feldeffekttransistors (160) darstellt, wobei ein entsprechender RDS_ON-Wert des Feldeffekttransistors (160), einen Widerstandswert des Feldeffekttransistors (160) darstellt, wobei das Verfahren außerdem aufweist: Verwenden des RDS_ON-Werts des Feldeffekttransistors (160) und der gespeicherten Abtastspannung, um einen Wert abzuleiten, der den Strom (I_LD) anzeigt, der von der Leistungsversorgung (102) an die Last (118) geliefert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, bei dem die Eingangsspannung eine Spannung über einem synchronen Schalter (160) der Schaltleistungsversorgung ist, und bei dem das Steuern der Übertragung der empfangenen Eingangsspannung an den Abtastschaltkreis (220) das Verhindern einer Übertragung von transienten Spannungen an den Abtastschaltkreis (220) aufweist, die größer als ein Schwellenwert sind, wobei der Abtastschaltkreis (220) empfindlich für Schäden ist, wenn er den transienten Spannungen oberhalb eines Schwellenwerts ausgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, bei dem das Steuern der Übertragung der empfangenen Eingangsspannung an den Abtastschaltkreis (220) aufweist: gleichzeitiges Aktivieren eines ersten Schalters (Q11, Q21) und eines zweiten Schalters (Q12, Q22) einer Reihenschaltung in dem Eingangsspannungsschaltkreis (210), um die Eingangsspannung über einen elektrisch leitfähigen Pfad an eine Kondensatorschaltung (Cin1, Cin2) in dem Abtastschaltkreis (220) zu übertragen, wobei der erste Schalter (Q11, Q21) dazu ausgebildet ist in einem AUS-Zustand, positive transiente Spannungen oberhalb eines ersten Schwellenwertes zu blockieren, und wobei der zweite Schalter (Q12, Q22) dazu ausgebildet ist, in einem AUS-Zustand, negative transiente Spannungen unterhalb eines zweiten Schwellenwertes zu blockieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, bei dem das Steuern der Übertragung der empfangenen Eingangsspannung an den Abtastschaltkreis (220) aufweist: gleichzeitiges Aktivieren der ersten Schalterschaltung und der zweiten Schalterschaltung während eines Zeitfensters, in dem die Eingangsspannung in einem Betriebsbereich des Abtastschaltkreises (220) liegt.
Verfahren nach Anspruch 25, das außerdem aufweist: Aktivieren eines Abtastschalters in der zweiten Schalterschaltung in dem Abtastschaltkreis (220) während des Zeitfensters, um die empfangene Eingangsspannung mit einer Kondensatorschaltung (Cin1, Cin2) in dem Abtastschaltkreis (220) elektrisch zu verbinden; und außerhalb des Zeitfensters, Aktivieren eines Nebenschlussschalters (Q13), der mit einem Knoten (391, 392) verbunden ist, der die erste Schalterschaltung und den Abtastschalter (Q41, Q42) verbindet, wobei der Nebenschlussschalter (Q13) aktiviert wird, um den Knoten (391, 392) außerhalb des Zeitfensters mit einer Erdung zu verbinden.