DE102016204974B4

DE102016204974B4 - Schaltung und Verfahren zum Reduzieren einer Empfindlichkeit einer analogen Abwärts-Stromsteuerschleife zum Liefern eines Pfadwiderstands

Info

Publication number: DE102016204974B4
Application number: DE102016204974.7A
Authority: DE
Inventors: Shafqat Ali
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2036-03-25
Also published as: US10056838B2; DE102016204974A1; US20170277212A1

Abstract

Diese Anmeldung betrifft eine Leistungswandlerschaltung zum Umwandeln einer an einem Eingangsknoten empfangenen Versorgungsspannung und Vorsehen, an einem Ausgangsknoten, eines Stroms bei der umgewandelten Versorgungsspannung. Die Leistungswandlerschaltung umfasst eine DC-DC-Wandlerschaltung zum Erzeugen des Stroms an dem Ausgangsknoten unter Steuerung eines Steuersignals, eine Stromerfassungsschaltung zum Erfassen eines Stroms, der einen Strom an dem Eingangsknoten angibt, eine Spannungsanpassungsschaltung zum Erfassen einer Spannung, die die Versorgungsspannung angibt, und Erzeugen einer angepassten Spannung auf der Basis der erfassten Spannung und des erfassten Stroms, und eine Fehlerverstärkerstufe zum Erzeugen des Steuersignals auf der Basis der angepassten Spannung und einer Referenzspannung. Die Anmeldung betrifft weiter ein Verfahren für einen Betrieb einer derartigen Leistungswandlerschaltung.

Description

Technischer Bereich
Diese Anmeldung betrifft Leistungswandlerschaltungen und Verfahren zum Umwandeln einer empfangenen Eingangsspannung und Vorsehen eines Ausgangsstroms bei der umgewandelten Spannung. Die Anmeldung betrifft insbesondere solche Schaltungen und Verfahren, die zum Beispiel in Ladeschaltungen von mobilen Vorrichtungen verwendet werden können.
Hintergrund
Ladegeräte nach dem Stand der Technik (zum Beispiel Ladegeräte für mobile batteriebetriebene Vorrichtungen) umfassen eine Vielzahl von Rückkopplungsschleifen, um ihre Leistung unter spezifizierten Betriebsbedingungen zu garantieren. Eine dieser Rückkopplungsschleifen überwacht die Eingangsspannung (Versorgungsspannung, Busspannung). Ein Kabelwiderstand und ein Source-Ausgangswiderstand bestimmen die Eingangsspannung in das Ladegerät bei einem gegebenen Eingangsstrom. Wenn das Ladegerät zu viel Strom bezieht, kann die Eingangsspannung des Ladegeräts fallen und im schlimmsten Fall Systemfehler verursachen. Um einen Abfall der Eingangsspannung über eine bestimmte Schwelle hinaus zu verhindern, kann die Eingangsspannung überwacht werden und der Eingangsstrom kann entsprechend gesteuert werden, zum Beispiel durch Steuern des Stroms (Ausgangsstroms), der durch das Ladegerät ausgegeben wird.
Beispiele von Ladegeräten können eine Schalt-DC-DC-Wandlerschaltung umfassen, wie einen Buck- bzw. Abwärtswandler. Der Abwärtswandler kann durch eine Rückkopplungsschleife gesteuert werden, die üblicherweise als eine „analoge Abwärts-Stromsteuer(ABCC - analog buck current control)“-Schleife bezeichnet wird. In dieser Schleife wird die Eingangsspannung mit einer Referenzspannung verglichen, zum Beispiel mittels eines Operationstranskonduktanzverstärkers (OTA - operational transconductance amplifier) und eine Fehlerspannung zur Steuerung des Abwärtswandlers wird basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs erzeugt. Die Fehlerspannung kann erzeugt werden durch Leiten eines Ausgangs des OTAs durch ein Kompensationsnetzwerk, das dazu dienen kann, eine Frequenzantwort der Schleife zu kompensieren. In einem derartigen Ladegerät würde die DC-Schleifenverstärkung der ABCC-Schleife gegeben durch $L_{D C} = - [R_{c a b}] \frac{A_{A B C C_O T A} G_{m_b u c k}}{1 + s τ_{2}}$
wobei R_cab den Kabelwiderstand darstellt, A_{ABCC_OTA} die Spannungsverstärkung des OTAs ist (einschließlich Laden durch das Kompensationsnetzwerk), G_{m_buck} die Abwärts-Transkonduktanz-Übertragungsfunktion ist und τ₂ die dominante Zeitkonstante der ABCC-Schleife ist. Wie aus Gleichung [1] ersichtlich ist, ist die DC-Schleifenverstärkung L_DC direkt von dem Kabelwiderstand R_cab abhängig. Der Kabelwiderstand R_cab kann von wenigen Milliohm (in Prüfstandsszenarien) bis zu einigen Ohm (typischerweise ein bis zwei Ohm, aber im schlimmsten Fall auch mehr, zum Beispiel aufgrund von fehlerhaften Kabeln oder schlechten Verbindern usw.) variieren.
Als Ergebnis davon ändert sich in Techniken gemäß dem Stand der Technik auch die Übergangsfrequenz der Schleife direkt mit dem Kabelwiderstand R_cab und die DC-Verstärkung L_DC ist für einen niedrigen Kabelwiderstand R_cab niedrig.
Alle oben genannten Tatsachen beeinträchtigen eine korrekte Regelung der Eingangsspannung des Ladegeräts erheblich.
Somit besteht eine Notwendigkeit für eine verbesserte Schaltung (Leistungswandlerschaltung) zum Umwandeln einer empfangenen Eingangsspannung und Vorsehen eines Ausgangsstroms bei der umgewandelten Spannung und für ein verbessertes Verfahren (Leistungswandlungsverfahren) zum Umwandeln einer empfangenen Eingangsspannung und Vorsehen eines Ausgangsstroms bei der umgewandelten Spannung. Es besteht weiter eine Notwendigkeit für eine solche Schaltung und ein Verfahren, die/das ein Reduzieren einer Empfindlichkeit einer Rückkopplungsschleife zum Steuern einer Leistungs/Strom-Umwandlung in einen Eingangswiderstand eines Versorgungsschaltungspfads ermöglicht, der die Eingangsspannung liefert, wie zum Beispiel ein Kabelwiderstand. Es besteht eine weitere Notwendigkeit für eine solche Schaltung und ein Verfahren, die/das die Einsverstärkungs-Bandbreitenvariation reduziert, die aus einer Variation des Eingangswiderstands resultiert. Es besteht eine weitere Notwendigkeit für eine solche Schaltung und ein Verfahren, die/das eine Verstärkung der Steuerschleife für einen geringen Eingangswiderstand erhöht.
Die Druckschrift US 2015 / 0 372 613 A1 offenbart einen Leistungswandler, der eine Eingangsspannung am Eingangsknoten in eine Ausgangsspannung am Ausgangsknoten bei einem entsprechenden Ausgangsstrom umwandelt. Der Leistungswandler beinhaltet einen Tiefsetzsteller zur Bereitstellung eines geregelten Stroms am Ausgangsknoten, einen Stromsensor zum Messen eines Eingangsstroms und einen Fehlerverstärker zum Erzeugen eines Steuersignals für den Tiefsetzsteller auf Grundlage des erfassten Stroms und einer Referenzspannung.
Die Druckschrift US 2010 / 0 320 973 A1 zeigt einen Stromsensor, der eine Stromsenke und einen dazu in Reihe geschalteten Widerstand besitzt.
Zusammenfassung
Angesichts einiger oder aller dieser Notwendigkeiten schlägt das vorliegende Dokument Leistungswandlerschaltungen und Leistungswandlungsverfahren mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche vor.
Ein Aspekt der Offenbarung betrifft eine Leistungswandlerschaltung oder -vorrichtung zum Umwandeln einer Eingangsspannung (zum Beispiel Versorgungsspannung), die an einem Eingangsknoten empfangen wird, und Vorsehen, an einem Ausgangsknoten, eines Stroms (zum Beispiel Ausgangsstrom) bei der umgewandelten Spannung. Die Leistungswandlerschaltung/vorrichtung kann eine DC-DC-Wandlerschaltung zum Erzeugen des Stroms an dem Ausgangsknoten unter Steuerung eines Steuersignals umfassen. Die DC-DC-Wandlerschaltung kann ein Schaltleistungswandler (auch als Schaltmodus-Leistungswandler bezeichnet) sein, wie zum Beispiel ein Abwärtswandler. Die Leistungswandlerschaltung kann weiter eine Stromerfassungsschaltung umfassen zum Erfassen eines Stroms, der einen Strom (zum Beispiel Eingangsstrom) an dem Eingangsknoten angibt. Der erfasste Strom kann dem Strom an dem Eingangsknoten entsprechen (zum Beispiel Eingangsstrom) oder dieser sein. Die Leistungswandlerschaltung kann weiter eine Spannungsanpassungsschaltung umfassen zum Erfassen einer Spannung, die die Eingangsspannung angibt. Die erfasste Spannung kann der Eingangsspannung entsprechen oder diese sein. Die Spannungsanpassungsschaltung kann weiter konfiguriert sein zum Erzeugen einer angepassten Spannung auf der Basis der erfassten Spannung und des erfassten Stroms. Zum Beispiel kann die Spannungsanpassungsschaltung die erfasste Spannung auf der Basis des erfassten Stroms anpassen. Die Leistungswandlerschaltung kann weiter eine Fehlerverstärkerstufe umfassen zum Erzeugen des Steuersignals auf der Basis der angepassten Spannung und einer Referenzspannung. Die Fehlerverstärkerstufe kann die angepasste Spannung und die Referenzspannung als Differenzeingang empfangen. Demgemäß kann das Steuersignal auf der Basis einer Differenz zwischen der angepassten Spannung und der Referenzspannung erzeugt werden. Die Fehlerverstärkerstufe kann einen Fehlerverstärker umfassen, wie zum Beispiel einen Operationstranskonduktanzverstärker (OTA- operational transconductance amplifier). Die Fehlerverstärkerstufe kann weiter ein Kompensationsnetzwerk umfassen zum Empfangen und Verarbeiten eines Ausgangs des Fehlerverstärkers.
Wie oben konfiguriert, unter Bezugnahme auf die angepasste Spannung anstelle der erfassten Spannung, hat die Leistungswandlerschaltung eine Schleifenverstärkung der Steuerschleife für die DC-DC-Wandlerschaltung (zum Beispiel Abwärtswandler), die eine reduzierte Empfindlichkeit gegenüber einem Eingangswiderstand (zum Beispiel Kabelwiderstand) eines Versorgungspfads hat, der mit dem Eingangsknoten verbunden ist und die Eingangsspannung (Eingangsstrom) liefert. Insbesondere führt dies zu einer reduzierten Einsverstärkungs-Bandbreitenvariation der Steuerschleife und stellt sicher, dass die Schleifenverstärkung einen ausreichend großen Wert auch für einen sehr geringen Eingangswiderstand hat. Im Allgemeinen entspricht eine Verwendung der angepassten Spannung anstelle der erfassten Spannung zum Erzeugen des Steuersignals für die DC-DC-Wandlerschaltung einem Hinzufügen eines virtuellen Widerstands zu dem Eingangswiderstand, ohne dass ein erhöhter Stromverbrauch auftritt, der durch diesen virtuellen Widerstand verursacht wird, und somit ohne signifikant verringerte Gesamteffizienz.
In Ausführungsbeispielen kann die Spannungsanpassungsschaltung konfiguriert sein zum Skalieren des erfassten Stroms. Zu diesem Zweck kann die Spannungsanpassungsschaltung einen Stromspiegel mit einem Skalierungsverhältnis zum Spiegeln des erfassten Stroms zu dem skalierten Strom umfassen. Durch Bezugnahme auf den skalierten Strom kann der Gesamtstromverbrauch der Leistungswandlerschaltung reduziert werden.
In Ausführungsbeispielen kann die Spannungsanpassungsschaltung eine steuerbare Stromsenke umfassen zum Abführen, von einem Spannungspegel der Eingangsspannung (zum Beispiel von dem Eingangsknoten), eines Senkenstroms, der von dem erfassten Strom abhängt. Die steuerbare Stromsenke kann einen Strom entsprechend des skalierten Stroms abführen. Die steuerbare Stromsenke kann einen Stromspiegel umfassen. Die steuerbare Stromsenke kann zwischen Masse und dem Spannungspegel der Eingangsspannung gekoppelt sein (zum Beispiel verbunden). Zum Beispiel kann die steuerbare Stromsenke zwischen Masse und dem Eingangsknoten gekoppelt sein (zum Beispiel verbunden). Die Spannungsanpassungsschaltung kann weiter ein Widerstandselement umfassen, um den Senkenstrom durch das Widerstandselement zu leiten. Das Widerstandselement und die steuerbare Stromsenke können in Reihe gekoppelt sein (zum Beispiel verbunden). Demgemäß kann die erfasste Spannung durch den Spannungsabfall an dem Widerstandselement verringert werden. Der Spannungsabfall kann von dem Senkenstrom und dem Widerstand des Widerstandselements abhängen. Das Widerstandselement kann einen Widerstand bzw. Resistor aufweisen. Die Spannungsanpassungsschaltung kann weiter einen Schaltungszweig umfassen, der zwischen dem Spannungspegel der Eingangsspannung und Masse gekoppelt ist (zum Beispiel verbunden). Zum Beispiel kann der Schaltungszweig zwischen dem Eingangsknoten und Masse gekoppelt sein (zum Beispiel verbunden). Der Schaltungszweig kann das Widerstandselement und die steuerbare Stromsenke gekoppelt (zum Beispiel verbunden) in Serie umfassen. Die angepasste Spannung kann an einem Zwischenknoten des Schaltungszweigs zwischen dem Widerstandselement und der steuerbaren Stromsenke ausgegeben werden.
Derart konfiguriert, sieht die Leistungswandlerschaltung eine einfache und effiziente Implementierung der Spannungsanpassungsschaltung vor, die ein Anpassen der erfassten Spannung in Abhängigkeit von (zum Beispiel in Übereinstimmung mit) dem erfassten Strom ermöglicht.
In Ausführungsbeispielen kann die Leistungswandlerschaltung weiter eine Referenzanpassungsschaltung zum Erzeugen der Referenzspannung für die Fehlerverstärkerstufe auf der Basis der erfassten Spannung und einer festen (zum Beispiel vorgegebenen) Referenzspannung umfassen. Die Referenzanpassungsschaltung kann konfiguriert sein zum Erzeugen der Referenzspannung derart, dass sie von der festen Referenzspannung um einen Betrag versetzt ist, der auf der Basis der erfassten Spannung und der festen Referenzspannung bestimmt wird (im Allgemeinen um einen Betrag, der von der erfassten Spannung und der festen Referenzspannung abhängt). Gemäß dieser Konfiguration kann jede Fehlanpassung zwischen der Eingangsspannung und einer Solleingangsspannung, die aus einem Liefern der angepassten Spannung (anstelle der erfassten Spannung) an die Fehlerverstärkerstufe resultiert, kompensiert werden.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung betrifft eine Leistungswandlerschaltung zum Umwandeln einer Eingangsspannung (zum Beispiel Versorgungsspannung), die an einem Eingangsknoten empfangen wird, und Vorsehen, an einem Ausgangsknoten, eines Stroms (zum Beispiel Ausgangsstrom) bei der umgewandelten Spannung. Die Leistungswandlerschaltung kann eine DC-DC-Wandlerschaltung zum Erzeugen des Stroms an dem Ausgangsknoten unter Steuerung eines Steuersignals umfassen. Die DC-DC-Wandlerschaltung kann ein Schaltleistungswandler sein, wie zum Beispiel ein Abwärtswandler. Die Leistungswandlerschaltung kann weiter eine Bestimmungsschaltung (Widerstandsbestimmungsschaltung) zum Bestimmen einer Quantität umfassen, die einen Widerstand (Eingangswiderstand) eines Schaltungspfads (Versorgungsschaltungspfads) angibt. Der Schaltungspfad kann mit dem Eingangsknoten gekoppelt sein (zum Beispiel verbunden) und einen Eingangsstrom (Eingangsspannung) an den Eingangsknoten vorsehen. Der Schaltungspfad kann ein Kabel umfassen oder diesem entsprechen. Der Widerstand kann einen Kabelwiderstand des Kabels umfassen oder diesem entsprechen. Die Leistungswandlerschaltung kann weiter eine Spannungserfassungsschaltung zum Erfassen einer Spannung umfassen, die die Eingangsspannung angibt. Die erfasste Spannung kann der Eingangsspannung entsprechen oder diese sein. Die Leistungswandlerschaltung kann weiter eine Fehlerverstärkerstufe umfassen zum Erzeugen des Steuersignals auf der Basis einer Referenzspannung, der bestimmten Quantität und der erfassten Spannung. Die Fehlerverstärkerstufe kann die erfasste Spannung und die Referenzspannung als Differenzeingang empfangen. Demgemäß kann das Steuersignal auf der Basis einer Differenz zwischen der erfassten Spannung und der Referenzspannung erzeugt werden. Die Fehlerverstärkerstufe kann weiter die bestimmte Quantität empfangen (zum Beispiel eine Spannung oder einen Strom, die/der die bestimmte Quantität angibt), zum Beispiel an einem Steueranschluss eines Fehlerverstärkers der Fehlerverstärkerstufe.
In Ausführungsbeispielen kann die Fehlerverstärkerstufe einen Fehlerverstärker umfassen. Die Fehlerverstärkerstufe kann weiter eine Schaltung zum Anpassen einer Verstärkung des Fehlerverstärkers auf der Basis der bestimmten Quantität umfassen. Der Fehlerverstärker kann zum Beispiel ein OTA sein. Die Fehlerverstärkerstufe kann weiter ein Kompensationsnetzwerk zum Empfangen eines Ausgangs des Fehlerverstärkers umfassen.
Wie oben konfiguriert, kann durch variables Anpassen der Verstärkung des Fehlerverstärkers eine Empfindlichkeit der Schleifenverstärkung des Steuerschleife für die DC-DC-Wandlerschaltung (zum Beispiel Abwärtswandler) hinsichtlich des Eingangswiderstands (zum Beispiel Kabelwiderstand) eines Versorgungspfads, der mit dem Eingangsknoten verbunden ist und die Eingangsspannung (Eingangsstrom) liefert, reduziert werden. Insbesondere ermöglicht dies, eine reduzierte Einsverstärkungs-Bandbreitenvariation sicherzustellen und eine ausreichend große Schleifenverstärkung auch für einen sehr kleinen Eingangswiderstand zu erlangen. Andererseits beeinflusst ein variables Anpassen der Verstärkung des Fehlerverstärkers nicht den Hauptpfad der Leistungswandlerschaltung und führt somit nicht zu einem signifikant erhöhten Stromverbrauch und einer signifikant reduzierten Gesamteffizienz.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung betrifft ein Leistungswandlungsverfahren zum Umwandeln einer Eingangsspannung (zum Beispiel Versorgungsspannung) und Vorsehen eines Ausgangsstroms bei der umgewandelten Spannung. Das Leistungswandlungsverfahren kann ein Durchführen einer DC-DC-Wandlung unter Steuerung eines Steuersignals zum Erzeugen des Ausgangsstroms umfassen. Die DC-DC-Wandlung kann mittels einer DC-DC-Wandlerschaltung erfolgen, wie zum Beispiel ein Schaltleistungswandler, insbesondere ein Abwärtswandler. Das Leistungswandlungsverfahren kann weiter ein Erfassen eines Stroms umfassen, der einen Eingangsstrom angibt. Der erfasste Strom kann dem Eingangsstrom entsprechen oder dieser sein. Das Leistungswandlungsverfahren kann weiter ein Erfassen einer Spannung umfassen, die die Eingangsspannung angibt. Die erfasste Spannung kann der Eingangsspannung entsprechen oder diese sein. Das Leistungswandlungsverfahren kann weiter ein Erzeugen einer angepassten Spannung auf der Basis der erfassten Spannung und des erfassten Stroms umfassen. Das Leistungswandlungsverfahren kann weiter ein Erzeugen des Steuersignals auf der Basis einer Differenz zwischen der angepassten Spannung und einer Referenzspannung umfassen. Das Erzeugen des Steuersignals kann eine Verwendung einer Fehlerverstärkerstufe umfassen. Die angepasste Spannung und die Referenzspannung können an die Fehlerverstärkerstufe als Differenzeingang geliefert werden. Demgemäß kann das Steuersignal auf der Basis einer Differenz zwischen der angepassten Spannung und der Referenzspannung erzeugt werden. Die Fehlerverstärkerstufe kann einen Fehlerverstärker umfassen, wie zum Beispiel einen OTA. Das Leistungswandlungsverfahren kann weiter ein Empfangen und Verarbeiten eines Ausgangs des Fehlerverstärkers umfassen, zum Beispiel durch ein Kompensationsnetzwerk der Fehlerverstärkerstufe.
In Ausführungsbeispielen kann das Erzeugen der angepassten Spannung ein Skalieren des erfassten Stroms umfassen. Dies kann mittels eines Stromspiegels mit einem Skalierungsverhältnis zur Spiegelung des erfassten Stroms zu dem skalierten Strom durchgeführt werden.
In Ausführungsbeispielen kann das Erzeugen der angepassten Spannung umfassen ein Abführen, von einem Spannungspegel der Versorgungsspannung, eines Senkenstroms, der von dem erfassten Strom abhängt. Das Erzeugen der angepassten Spannung kann weiter ein Leiten des Senkenstroms durch ein Widerstandselement umfassen, das zwischen dem Spannungspegel der Eingangsspannung und einer steuerbaren Stromsenke gekoppelt ist, die den Senkenstrom abführt. Die steuerbare Stromsenke kann einen Strom entsprechend des skalierten Stroms abführen. Die steuerbare Stromsenke kann einen Stromspiegel umfassen. Die steuerbare Stromsenke kann zwischen Masse und dem Spannungspegel der Eingangsspannung gekoppelt sein (zum Beispiel verbunden). Demgemäß kann die erfasste Spannung durch den Spannungsabfall an dem Widerstandselement abfallen. Der Spannungsabfall kann von dem Senkenstrom und dem Widerstand des Widerstandselements abhängen. Das Widerstandselement kann einen Widerstand umfassen.
In Ausführungsbeispielen kann das Leistungswandlungsverfahren weiter ein Erzeugen der Referenzspannung zum Erzeugen des Steuersignals auf der Basis der erfassten Spannung und einer festen (zum Beispiel vorgegebenen) Referenzspannung umfassen. Dies kann ein Erzeugen der Referenzspannung umfassen derart, dass sie von der festen Referenzspannung um einen Betrag versetzt ist, der auf der Basis der erfassten Spannung und der festen Referenzspannung bestimmt wird (im Allgemeinen um einen Betrag, der von der erfassten Spannung und der festen Referenzspannung abhängig ist).
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung betrifft ein Leistungswandlungsverfahren zum Umwandeln einer Eingangsspannung (zum Beispiel. Versorgungsspannung) und Vorsehen eines Ausgangsstroms bei der umgewandelten Spannung. Das Leistungswandlungsverfahren kann ein Durchführen einer DC-DC-Wandlung unter Steuerung eines Steuersignals zum Erzeugen des Ausgangsstroms umfassen. Die DC-DC-Wandlung kann mittels einer DC-DC-Wandlerschaltung durchgeführt werden, wie zum Beispiel ein Schaltleistungswandler, insbesondere ein Abwärtswandler. Das Leistungswandlungsverfahren kann weiter ein Bestimmen einer Quantität umfassen, die einen Widerstand (Eingangswiderstand) eines Schaltungspfads angibt, der die Eingangsspannung (Eingangsstrom) vorsieht. Der Schaltungspfad kann ein Kabel umfassen oder diesem entsprechen. Der Widerstand kann einen Kabelwiderstand des Kabels umfassen oder diesem entsprechen. Das Leistungswandlungsverfahren kann weiter ein Erfassen einer Spannung umfassen, die die Eingangsspannung angibt. Die erfasste Spannung kann der Eingangsspannung entsprechen oder diese sein. Das Leistungswandlungsverfahren kann weiter ein Erzeugen des Steuersignals auf der Basis einer Referenzspannung, der bestimmten Quantität und der erfassten Spannung umfassen. Das Erzeugen des Steuersignals kann eine Verwendung einer Fehlerverstärkerstufe umfassen. Die erfasste Spannung und die Referenzspannung können an die Fehlerverstärkerstufe als Differenzeingang geliefert werden. Demgemäß kann das Steuersignal auf der Basis einer Differenz zwischen der erfassten Spannung und der Referenzspannung erzeugt werden. Die Fehlerverstärkerstufe kann weiter die bestimmte Quantität (zum Beispiel eine Spannung oder ein Strom, die/der die bestimmte Quantität angibt) empfangen, zum Beispiel an einem Steueranschluss eines Fehlerverstärkers der Fehlerverstärkerstufe.
In Ausführungsbeispielen kann das Steuersignal unter Verwendung eines Fehlerverstärkers erzeugt werden. Der Fehlerverstärker kann zum Beispiel ein OTA sein. Das Leistungswandlungsverfahren kann weiter ein Anpassen einer Verstärkung des Fehlerverstärkers auf der Basis der bestimmten Quantität umfassen. Das Leistungswandlungsverfahren kann weiter ein Empfangen und Verarbeiten eines Ausgangs des Fehlerverstärkers umfassen, zum Beispiel durch ein Kompensationsnetzwerk der Fehlerverstärkerstufe.
Es ist anzumerken, dass die oben angeführten Verfahren auf die oben beschriebenen Schaltungen angewendet werden können, zum Beispiel als Verfahren zum Betreiben dieser Schaltungen.
Es ist offensichtlich, dass sich in dem vorliegenden Dokument der Begriff „koppeln“ oder „gekoppelt“ auf Elemente bezieht, die in elektrischer Kommunikation miteinander sind, entweder direkt verbunden, zum Beispiel über Drähte, oder auf eine andere Weise.
Darüber hinaus ist offensichtlich, dass Verfahrensschritte und Vorrichtungsmerkmale auf verschiedene Weise untereinander ausgetauscht werden können. Insbesondere können die Details des offenbarten Verfahrens als eine Vorrichtung implementiert werden, die ausgebildet ist, einige oder alle der Schritte des Verfahrens auszuführen, und umgekehrt, wie für Fachleute offensichtlich ist. Insbesondere ist offensichtlich, dass Verfahren gemäß der Offenbarung Verfahren für einen Betrieb der Leistungswandlerschaltungen gemäß den obigen Ausführungsbeispielen und Variationen davon betreffen und dass jeweilige Aussagen, die in Bezug auf die Leistungswandlerschaltungen gemacht werden, genauso für die entsprechenden Verfahren zutreffen.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Offenbarung werden im Folgenden auf beispielhafte Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei

1 schematisch ein Beispiel einer Leistungswandlerschaltung zeigt, auf die Ausführungsbeispiele der Offenbarung angewendet werden können,
2 schematisch Beispiele einer Frequenzabhängigkeit einer Steuerschleifenverstärkung in der Leistungswandlerschaltung von 1 zeigt,
3 ein Ablaufdiagramm ist, das schematisch ein Beispiel eines Betriebs einer Leistungswandlerschaltung gemäß Ausführungsbeispielen der Offenbarung zeigt,
4 schematisch ein Beispiel einer Leistungswandlerschaltung gemäß Ausführungsbeispielen der Offenbarung zeigt,
Figur 5A und 5B simulierte Beispiele einer Frequenzabhängigkeit einer Steuerschleifenverstärkung in der Leistungswandlerschaltung von 4 zeigen,
6 schematisch ein weiteres Beispiel einer Leistungswandlerschaltung gemäß Ausführungsbeispielen der Offenbarung zeigt,
7 schematisch eine Vorrichtung zur Überwachung eines Prozesses zum Versorgen einer elektronischen Vorrichtung mit Energie zeigt, und
8 schematisch verschiedene Signale zeigt, die bei einem Schätzen eines realen Teils und eines imaginären Teils einer komplexen Impedanz einer Kabelanordnung beteiligt sind.

Detaillierte Beschreibung
1 zeigt schematisch ein Beispiel einer Leistungswandlerschaltung 100, auf die Ausführungsbeispiele der Offenbarung angewendet werden können. Die Leistungswandlerschaltung 100 kann Teil eines Ladegeräts sein, wie zum Beispiel ein Ladegerät für mobile batteriebetriebene Vorrichtungen. Die Leistungswandlerschaltung 100 kann einen Eingangsknoten 10 und einen Ausgangsknoten 15 aufweisen. Die Leistungswandlerschaltung 100 kann eine Eingangsspannung V_prt (zum Beispiel eine Versorgungsspannung oder Busspannung) und einen Eingangsstrom I_in an dem Eingangsknoten 10 empfangen, die Eingangsspannung V_prt (zum Beispiel in eine Ausgangsspannung V_out) umwandeln und an dem Ausgangsknoten 15 einen Strom (zum Beispiel einen Ausgangsstrom lout) bei der umgewandelten Spannung vorsehen. Die Leistungswandlerschaltung 100 kann eine DC-DC-Wandlerschaltung 20 zum Erzeugen des Stroms an dem Ausgangsknoten 15 aufweisen. Die DC-DC-Wandlerschaltung 20 kann ein Schaltleistungswandler sein, wie zum Beispiel ein Abwärtswandler. Die DC-DC-Wandlerschaltung 20 kann unter Steuerung eines Steuersignals arbeiten (zum Beispiel schalten). Das Steuersignal kann zum Beispiel eine Fehlerspannung V_err sein. Das Steuersignal kann den Strom steuern, der durch die DC-DC-Wandlerschaltung 20 geleitet wird (im Allgemeinen den Strom, der durch die Leistungswandlerschaltung 100 zwischen dem Eingangsknoten 10 und dem Ausgangsknoten 15 geleitet wird).
Die DC-DC-Wandlerschaltung 20 kann einen Satz von Schaltern 22 aufweisen, die unter Steuerung einer Steuerschaltung 21 schalten. Die Steuerschaltung 21 kann das Schalten des Satzes von Schaltern 22 in Übereinstimmung mit dem Steuersignal steuern. Die DC-DC-Wandlerschaltung 20 kann weiter eine LC-Schaltung (Filterschaltung) mit einer Ausgangsinduktivität 23 und einer Ausgangskapazität 24 aufweisen, verbunden zwischen einem Schaltknoten 25 der DC-DC-Wandlerschaltung 20 und dem Ausgangsknoten 15.
Die Leistungswandlerschaltung 100 kann weiter eine Schaltung zum Erfassen einer Spannung aufweisen, die die Eingangsspannung angibt (Stromerfassungsschaltung). Die erfasste Spannung kann der Eingangsspannung V_prt entsprechen oder diese sein. Die erfasste Spannung kann zum Beispiel durch Abgreifen der Eingangsspannung V_prt an dem Eingangsknoten 10 erlangt werden. Die Leistungswandlerschaltung 100 kann weiter eine Fehlerverstärkerstufe aufweisen zum Vergleichen der erfassten Spannung mit einer Referenzspannung ABCC_REF und zum Erzeugen des Steuersignals (zum Beispiel Fehlerspannung V_err) auf der Basis des Vergleichs, zum Beispiel auf der Basis einer Differenz zwischen der erfassten Spannung und der Referenzspannung ABCC_REF. Ein Spannungspegel des Steuersignals (zum Beispiel die Fehlerspannung V_err) kann proportional zu dieser Differenz sein.
Die Fehlerverstärkerstufe kann einen Fehlerverstärker 50 und ein Kompensationsnetzwerk 55 aufweisen. Der Fehlerverstärker 50 kann zum Beispiel einen OTA umfassen oder dieser sein. Der Fehlerverstärker 50 kann die erfasste Spannung und die Referenzspannung ABCC_REF an seinen positiven beziehungsweise negativen (d.h. nicht-invertierenden und invertierenden) Eingangsanschlüssen empfangen. Der Fehlerverstärker 50 kann dann einen Einzelausgang (wie zum Beispiel einen Strom oder eine Spannung) abhängig von dem Differenzeingang erzeugen, d.h. abhängig von der Differenz zwischen der erfassten Spannung und der Referenzspannung ABCC_REF. Der Ausgang des Fehlerverstärkers 50 kann an das Kompensationsnetzwerk 55 geliefert werden, das dann das Steuersignal (zum Beispiel die Fehlerspannung V_err) erzeugt. Das Kompensationsnetzwerk 55 kann den Ausgang des Fehlerverstärkers 50 für die Frequenzantwort der Rückkopplungsschleife kompensieren, die die DC-DC-Wandlerschaltung 20 steuert. Die Rückkopplungsschleife kann als eine ABCC-Schleife bezeichnet werden. Die obige Erzeugung des Steuersignals kann in der ABCC-Schleife durchgeführt werden.
Ein Eingangsstrom I_in kann an den Eingangsknoten 10 der Leistungswandlerschaltung 100 durch einen Schaltungspfad (Versorgungspfad) geliefert werden, der eine Spannungsquelle 90 mit dem Eingangsknoten 10 koppelt. Der Schaltungspfad kann ein Kabel aufweisen oder diesem entsprechen. Das Kabel kann einen Kabelwiderstand 92, eine Kabelinduktivität 94 (einschließlich einer parasitären Kabelkapazität) und eine Kabelkapazität 80 aufweisen. Der Schaltungspfad kann optional weiter einen externen Schalter mit einem Widerstand 85 aufweisen.
Die Leistungswandlerschaltung 100 kann weiter einen Feldeffekttransistor (FET - field effect transistor) 70 aufweisen, der neben anderen Funktionen als Schutzschalter für die Leistungswandlerschaltung 100 wirken kann. Der FET 70 kann ein großer Transistor sein und einen niedrigen Widerstand haben. Die Leistungswandlerschaltung 100 kann weiter ein kapazitives Element 75 aufweisen, das mit einem Eingang der DC-DC-Wandlerschaltung 20 gekoppelt ist (zum Beispiel verbunden), um die Spannung an dem Eingang der DC-DC-Wandlerschaltung 20 zu glätten.
In der Leistungswandlerschaltung 100 kann die DC-Schleifenverstärkung der Rückkopplungsschleife durch Gleichung [1] gegeben werden. Wenn die Rückkopplung (d.h. die erfasste Spannung) für die Rückkopplungsschleife an der rechten Seite des FETs 70 erlangt wird (d.h. an dessen niedrigeren Spannungsseite), würde die DC-Schleifenverstärkung L_DC gegeben durch $L_{D C} = - [R_{c a b} + R_{F E T}] \frac{A_{A B C C_O T A} G_{m_b u c k}}{1 + s τ_{2}}$
Da jedoch der Widerstand R_FET des FETs 70 sehr klein ist (typischerweise 10 bis 20 Milliohm), leidet die Leistungswandlerschaltung 100 unter den oben angeführten Problemen in Bezug auf die direkte Abhängigkeit der DC-Schleifenverstärkung L_DC von dem Kabelwiderstand R_cab.
2 zeigt schematisch die Frequenzabhängigkeit der DC-Schleifenverstärkung L_DC in der Leistungswandlerschaltung 100 für unterschiedliche Werte des Kabelwiderstands R_cab. Die horizontale Achse gibt die Frequenz an und die vertikale Achse gibt die DC-Schleifenverstärkung an. Eine Einsverstärkung wird durch die gestrichelte horizontale Linie angegeben. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, hängt die Übergangsfrequenz (Einsverstärkungsfrequenz, d.h. die Frequenz, bei der die DC-Schleifenverstärkung L_DC Eins ist) von dem Kabelwiderstand R_cab ab.
Demgemäß kann die Übergangsfrequenz gleich f1 für einen ersten Wert des Kabelwiderstands R_cab sein und gleich f2 für einen zweiten anderen Wert des Kabelwiderstands R_cab sein.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Offenbarung unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben. Insbesondere können Ausführungsbeispiele der Offenbarung auf die oben beschriebene Leistungswandlerschaltung 100 angewendet werden.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das schematisch ein Beispiel des Konzepts von Ausführungsbeispielen der Offenbarung darstellt, die auf eine Leistungswandlerschaltung angewendet werden können, wie zum Beispiel die Leistungswandlerschaltung 100 von 1. In Schritt S3010 kann der in der Leistungswandlerschaltung fließende Strom (zum Beispiel der Eingangsstrom I_in) erfasst werden. In anderen Worten, eine Angabe des durch die Leistungswandlerschaltung fließenden Stroms kann erlangt werden. Der Strom kann an dem FET 70 erfasst werden. In Schritt S3020 kann der erfasste Strom verarbeitet werden. Diese Verarbeitung kann eine Skalierung des erfassten Stroms (zum Beispiel durch einen Stromspiegel) und/oder ein Umwandeln des skalierten Stroms in eine Spannung (zum Beispiel mittels eines Widerstands) umfassen. In Schritt S3030 kann der verarbeitete Strom verwendet werden, um eine erfasste Spannung anzupassen, die die Eingangsspannung der Leistungswandlerschaltung angibt. Dieses Anpassen kann ein Abfallen der erfassten Spannung um einen Betrag abhängig von dem (skalierten) erfassten Strom umfassen. In anderen Worten, ein Teil des erfassten Stroms kann nach der Umwandlung in den Spannungsbereich zu der erfassten Spannung hinzugefügt werden. Dies kann einem Hinzufügen eines virtuellen Widerstands zu dem Eingangswiderstand (zum Beispiel dem Kabelwiderstand R_cab) entsprechen, wobei das Hinzufügen derart durchgeführt wird, dass der Hauptpfad der Leistungswandlerschaltung nicht beeinflusst wird. Da das Hinzufügen des virtuellen Widerstands den Hauptpfad der Leistungswandlerschaltung nicht beeinflusst, wird eine Effizienz der Leistungswandlerschaltung nicht beeinträchtigt oder anderweitig beeinflusst. In Schritt S3040 kann die angepasste Spannung mit einer Referenzspannung verglichen werden und das Ergebnis des Vergleichs kann verwendet werden, um die DC-DC-Wandlerschaltung der Leistungswandlerschaltung zu steuern. Dabei kann die Eingangsspannung auf einen gewünschten Wert gesteuert werden, der von der Referenzspannung abhängt.
4 zeigt schematisch ein Beispiel einer Leistungswandlerschaltung 200 gemäß Ausführungsbeispielen der Offenbarung. Sofern nicht anders angegeben, sind gleich nummerierte Elemente in 1 und 4 identisch und deren wiederholte Beschreibung wird aus Gründen der Prägnanz weggelassen.
Die Leistungswandlerschaltung 200 kann eine Stromerfassungsschaltung 30 zum Erfassen eines Stroms aufweisen, der einen Strom an dem Eingangsknoten 10 angibt (im Allgemeinen einen Strom, der durch die Leistungswandlerschaltung 200 fließt). Der Strom kann an dem FET 70 erfasst werden. Das Erfassen des Stroms kann durch ein geeignetes Mittel zur Durchführung einer solchen Aufgabe erfolgen, wobei offensichtlich ist, dass mehrere derartige geeignete Mittel für Fachleute ersichtlich sind. Die Leistungswandlerschaltung 200 kann weiter eine Spannungsanpassungsschaltung aufweisen zum Erfassen einer Spannung, die die Eingangsspannung V_prt angibt (d.h. zum Erlangen einer Angabe der Eingangsspannung V_prt). Die erfasste Spannung kann der Eingangsspannung V_prt entsprechen oder diese sein. Jedoch kann die erfasste Spannung auch niedriger als die Eingangsspannung V_prt sein um eine Differenzspannung, die aus einem Spannungsabfall entlang eines Teils des Hauptpfads der Leistungswandlerschaltung 200 resultiert, zum Beispiel ein Spannungsabfall an dem FET 70. Die Spannungsanpassungsschaltung kann weiter konfiguriert sein zum Erzeugen einer angepassten Spannung auf der Basis der erfassten Spannung. Die angepasste Spannung kann an die Fehlerverstärkerstufe geliefert werden, anstatt der erfassten Spannung, wie dies bei der Leistungswandlerschaltung 100 in 1 der Fall war. Somit muss in entsprechenden Aussagen, die sich auf die Fehlerverstärkerstufe beziehen, die oben unter Bezugnahme auf 1 gemacht wurden, die erfasste Spannung durch die angepasste Spannung ersetzt werden. Zum Beispiel erzeugt die Fehlerverstärkerstufe der Leistungswandlerschaltung 200 das Steuersignal (zum Beispiel die Fehlerspannung V_err) auf der Basis der angepassten Spannung und der Referenzspannung ABCC_REF. Ansonsten, abgesehen von dem Ersetzen der erfassten Spannung durch die angepasste Spannung an ihrem Eingang, kann die Fehlerverstärkerstufe der Leistungswandlerschaltung 200 identisch sein zu der oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Fehlerverstärkerstufe. Insbesondere kann die Fehlerverstärkerstufe der Leistungswandlerschaltung 200 den Fehlerverstärker 50 und das Kompensationsnetzwerk 55 aufweisen.
Die Spannungsanpassungsschaltung kann weiter konfiguriert sein zum Skalieren des erfassten Stroms. Die Skalierung kann durch ein Skalierungsverhältnis 1/M durchgeführt werden, wobei M > 1. Das heißt, der erfasste Strom kann um einen Faktor M größer sein als die skalierte Version des erfassten Stroms. Zu diesem Zweck kann die Spannungsanpassungsschaltung einen Stromspiegel (in 4 nicht gezeigt) mit einem Skalierungsverhältnis M aufweisen.
Die Spannungsanpassungsschaltung kann einen Schaltungszweig aufweisen, der zwischen dem Eingangsknoten 10 und Masse gekoppelt ist (zum Beispiel verbunden ist). Der Schaltungszweig kann ein Widerstandselement 40 und eine steuerbare Stromsenke 45, in Serie gekoppelt, aufweisen. Das Widerstandselement 40 kann einen Widerstand (Widerstandswert) R_a aufweisen.
Im Allgemeinen hängen mögliche Werte für das Skalierungsverhältnis M und den Widerstand R_a von der Spannungsreserve (zum Beispiel der Versorgungsspannung) und den Maximumeingangsstromspezifikationen ab. Insbesondere müssen die Werte des Skalierungsverhältnisses M und des Widerstands R_a derart gewählt werden, dass der Spannungsabfall über dem Widerstandselement 40 weiterhin gehandhabt werden kann. Wenn der Spannungsabfall zu groß wird, wird die Schaltung gesättigt. Wenn der Spannungsabfall zu klein wird, reduziert sich die Effektivität der vorgeschlagenen Technik. Es ist somit bevorzugt, dass das Verhältnis R_a/M des Widerstandswerts R_a des Widerstandselements 40 und des Skalierungsfaktors M auf den Maximalwert gesetzt wird, für den Sättigungsprobleme (noch) nicht auftreten.
In spezifischen nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen kann der Skalierungsfaktor M zwischen 50·10³ (50k) und 150k sein, vorzugsweise zwischen 80k und 120k. Der Widerstandswert R_a des Widerstandselements 40 kann in diesen spezifischen nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen zwischen 50 kΩ und 150 kΩ sein, vorzugsweise zwischen 80 kΩ und 120 kΩ. Weiter kann das Verhältnis R_a/M des Widerstandswerts R_a des Widerstandselements 40 und des Skalierungsfaktors M zwischen 0,50 und 1,50 sein, vorzugsweise zwischen 0,80 und 1,2Ω. Der Skalierungsfaktor M und der Widerstandswert Ra können programmierbare Parameter sein.
Die steuerbare Stromsenke 45 kann konfiguriert sein zum Abführen eines Stroms, der von dem erfassten Strom von dem Eingangsknoten 10 abhängt. Insbesondere kann die steuerbare Stromsenke 45 einen Strom abführen, der von dem skalierten Strom abhängt. Zum Beispiel kann der Senkenstrom dem skalierten Strom entsprechen oder gleich diesem sein. Die steuerbare Stromsenke 45 kann einen Stromspiegel zur Erzeugung des Senkenstroms in Abhängigkeit von dem erfassten Strom aufweisen. Der Senkenstrom kann durch das Widerstandselement 40 gehen, was zu einem Spannungsabfall über dem Widerstandselement 40 führt. Der Spannungsabfall an dem Widerstandselement kann durch I_sense·R_a/M gegeben werden, wobei I_sense der erfasste Strom ist. Für den Erfassungsstrom, der dem Eingangsstrom I_in entspricht, würde der Spannungsabfall durch I_in · R_a/M gegeben.
Die angepasste Spannung kann durch Abgreifen einer Spannung an einem Zwischenknoten 42 zwischen dem Widerstandselement 40 und der steuerbaren Stromsenke 45 erlangt werden. Die angepasste Spannung kann der erfassten Spannung (zum Beispiel Eingangsspannung) entsprechen, die durch den Spannungsabfall an der Widerstandselement 40 nach unten verschoben ist. Der Zwischenknoten 42 des Schaltungszweigs der Spannungsanpassungsschaltung kann mit einem Eingangsanschluss der Fehlerverstärkerstufe (zum Beispiel mit einem Eingangsanschluss des Fehlerverstärkers 50) gekoppelt sein (zum Beispiel verbunden).
In Ausführungsbeispielen kann die Leistungswandlerschaltung 200 weiter eine Referenzanpassungsschaltung aufweisen zum Erzeugen der Referenzspannung, die an die Fehlerverstärkerstufe als Teil des Differenzeingangs geliefert wird. Die Referenzanpassungsschaltung kann die Referenzspannung auf der Basis der erfassten Spannung und einer festen (zum Beispiel vorgegebenen) Referenzspannung erzeugen. Die Referenzanpassungsschaltung kann einen Fehlerverstärker 60 (zweiter Fehlerverstärker) und ein Kompensationsnetzwerk 65 (zweites Kompensationsnetzwerk) aufweisen. Der zweite Fehlerverstärker 60 kann an seinen positiven und negativen Eingangsanschlüssen die feste Referenzspannung (entsprechend der Referenzspannung ABCC_REF in 1) beziehungsweise die erfasste Spannung empfangen. Zu diesem Zweck kann einer der Eingangsanschlüsse des zweiten Fehlerverstärkers 60 mit dem Eingangsknoten 10 gekoppelt sein (zum Beispiel verbunden). Ein Ausgang des zweiten Fehlerverstärkers 60 kann an das zweite Kompensationsnetzwerk 65 geliefert werden, das dann die Referenzspannung ausgibt zur Verwendung durch die Fehlerverstärkerstufe der Leistungswandlerschaltung 200. Somit kann ein Ausgang des zweiten Kompensationsnetzwerks 65 (im Allgemeinen ein Ausgang der Referenzanpassungsschaltung) mit dem anderen Eingangsanschluss der Fehlerverstärkerstufe (zum Beispiel mit dem anderen Eingangsanschluss des Fehlerverstärkers 50) verbunden sein.
Der Grund zum Vorsehen der Referenzanpassungsschaltung ist der folgende. Ohne ein Vorsehen der Referenzanpassungsschaltung würde die Eingangsspannung V_prt derart geregelt, dass sie im Wesentlichen gleich der Referenzspannung ABCC_REF plus dem Spannungsabfall an dem Widerstandselement 40 ist (streng genommen würde die Eingangsspannung V_prt, die durch den Spannungsabfall an dem Widerstandselement 40 reduziert ist, derart geregelt, dass sie im Wesentlichen der Referenzspannung ABCC_REF entspricht) durch Regeln des in der DC-DC-Wandlerschaltung 20 fließenden Stroms. Um sicherzustellen, dass die Eingangsspannung V_prt auf die vorgegebene Referenzspannung ABCC_REF geregelt wird, muss die Referenzspannung, die für den Vergleich an der Fehlerverstärkerstufe verwendet wird, angepasst werden. Dies kann mittels der Referenzanpassungsschaltung erfolgen. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Referenzanpassungsschaltung optional ist und für den Betrieb der Leistungswandlerschaltung 200 nicht unbedingt erforderlich ist. Wenn die Leistungswandlerschaltung 200 die Referenzanpassungsschaltung nicht aufweist, kann der Spannungsabfall ΔV = I_sense · R_a/M über dem Widerstandselement 40 bei einem Setzen der Referenzspannung ABCC_REF berücksichtigt werden.
Unter Zusammenfassung von Schlüsselaspekten der Offenbarung, kann der durch die Leistungswandlerschaltung 200 fließende Strom erfasst werden und dann um einen Faktor M nach unten skaliert werden. Der skalierte Strom kann durch das Widerstandselement 40 geleitet werden, das mit dem Eingangsknoten 10 verbunden ist. Die Eingangsspannung V_prt, die durch den Spannungsabfall an dem Widerstandselement 40 reduziert ist, kann dann an die Fehlerverstärkerstufe geliefert werden zum Vergleich mit der Referenzspannung ABCC_REF (oder der angepassten Referenzspannung). Dadurch wird ein zusätzlicher fester und ausreichend großer Eingangswiderstand (zum Beispiel Kabelwiderstand R_cab) emuliert, ohne die Effizienz der Leistungswandlerschaltung 200 (d.h. der Leistungsumwandlung) signifikant zu reduzieren. Durch den großen emulierten Eingangswiderstand wird die Abhängigkeit der DC-Schleifenverstärkung und der Bandbreite der Rückkopplungsschleife der Leistungswandlerschaltung 200 von dem tatsächlichen Eingangswiderstand wesentlich verringert und eine vernünftige DC-Schleifenverstärkung kann auch für kleine Werte des tatsächlichen Eingangswiderstands erreicht werden.
Für die Leistungswandlerschaltung 200 von 4 wird die DC-Schleifenverstärkung L_DC gegeben durch $L_{D C} \approx - [\frac{R_{c a b} A_{1} (1 + \frac{s τ_{1}}{A_{1}})}{1 + s τ_{1}} + \frac{R_{a}}{M}] \frac{A_{A B C C_O T A} G_{m_b u c k}}{1 + s τ_{2}}$
wobei A₁ eine Verstärkung des zweiten Fehlerverstärkers 60 repräsentiert und τ₁ die Zeitkonstante des zweiten Fehlerverstärkers 60 ist (zum Beispiel mit dem zweiten Kompensationsnetzwerk 65 geladen). τ₂ ist die dominante Zeitkonstante der ABCC-Schleife. Die Gleichung [3] nimmt an, dass M und A₁ groß genug sind, dass ihre Reziproken zur Vereinfachung ignoriert werden können. R_cab wird mit dem Faktor A₁ in Gleichung [3] multipliziert. Es ist jedoch anzumerken, dass die Referenzanpassungsschaltung, die den zweiten Fehlerverstärker 60 und das zweite Kompensationsnetzwerk 65 umfasst, optional ist, wie oben angegeben.
Wie aus Gleichung [3] ersichtlich ist, wird ein Term R_a/M (mit einem typischen Wert nahe zum Beispiel 1Ω, wie ein Wert zwischen 0,8Ω und 1,2Ω) zu dem Kabelwiderstand R_cab hinzugefügt. Somit wird die DC-Schleifenverstärkung L_DC durch die Summe von zwei Termen gegeben. Wenn einer dieser Terms zu viel reduziert (zum Beispiel aufgrund des geringen Kabelwiderstands R_cab), bleibt der andere weiter bestehen. Als Ergebnis, selbst wenn der Kabelwiderstand R_cab vernachlässigbar klein ist, hat die DC-Schleifenverstärkung L_DC einen definierten Minimumwert. Effektiv wird ein virtueller Widerstand von R_a/M in Serie mit dem Kabelwiderstand R_cab hinzugefügt, ohne einen entsprechenden Anstieg des Stromverbrauchs und einen Verlust der Effizienz zu verursachen. Der definierte Minimumwert der DC-Schleifenverstärkung L_DC kann gegeben werden durch $L_{D C m i n} \approx - \frac{R_{a}}{M} \frac{A_{A B C C_O T A} G_{m_b u c k}}{1 + s τ_{2}}$
Gleichung [3] kann geschrieben werden als $L_{D C} \approx - [\frac{R_{a}}{M}] \frac{A_{A B C C_O T A} G_{m_b u c k}}{1 + s τ_{2}} - [\frac{R_{c a b} A_{1} (1 + \frac{s τ_{1}}{A_{1}})}{1 + s τ_{1}}] \frac{A_{A B C C_O T A} G_{m_b u c k}}{1 + s τ_{2}}$
Bei Frequenzen, die höher als A₁/τ₁ sind, kann die Gleichung [5] approximiert werden durch $L_{D C} \approx - [\frac{R_{a}}{M} + R_{c a b}] \frac{A_{A B C C_O T A} G_{m_b u c k}}{1 + s τ_{2}}$
Figur 5A und 5B zeigen simulierte Beispiele einer Frequenzabhängigkeit der DC-Schleifenverstärkung L_DC in der Leistungswandlerschaltung 200 von 4. 5A zeigt die Frequenzabhängigkeit der DC-Schleifenverstärkung L_DC für unterschiedliche Werte des Kabelwiderstands R_cab zwischen 20mΩ und 2Ω (d.h. variierend um einen Faktor von 100), unter der Annahme von τ₁ >> τ₂. 5B zeigt die Frequenzabhängigkeit der DC-Schleifenverstärkung L_DC für andere Werte des Kabelwiderstands R_cab zwischen 20mΩ und 2Ω (d.h. variierend um einen Faktor von 100), unter der Annahme von τ₁ = τ₂. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, würde die Verstärkungsbändbreite (gemäß Gleichung [6]) um einen Faktor von drei variieren, anstatt um einen Faktor von 100, der erwartet würde, wenn die Spannungsanpassungsschaltung und/oder die Referenzanpassungsschaltung nicht eingesetzt würden.
6 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel einer Leistungswandlerschaltung 300 gemäß Ausführungsbeispielen der Offenbarung. Sofern nicht anders angegeben, sind gleich-nummerierte Elemente in 1 und 6 identisch und deren wiederholte Beschreibung wird aus Gründen der Prägnanz weggelassen.
Die Leistungswandlerschaltung 300 kann die Elemente der Leistungswandlerschaltung 100 von 1 aufweisen. Im Vergleich zu der Leistungswandlerschaltung 100 von 1 kann die Leistungswandlerschaltung 300 eine zusätzliche Bestimmungsschaltung (Widerstandsbestimmungsschaltung) 140 aufweisen zum Bestimmen einer Quantität, die einen Widerstand eines Schaltungspfads (Versorgungspfads) angibt, der mit dem Eingangsknoten 10 verbunden ist, und zum Vorsehen des Eingangsstroms I_in (Eingangsspannung V_prt). Zum Beispiel kann die Bestimmungsschaltung 140 konfiguriert sein zum Bestimmen des Kabelwiderstands R_cab. Beispiele für Verfahren und Schaltungen (Vorrichtungen), die verwendet werden können, um den Kabelwiderstand R_cab zu bestimmen, werden nachfolgend beschrieben. Wie in dem Fall der Leistungswandlerschaltung 100 kann in der Leistungswandlerschaltung 300 die Fehlerverstärkerstufe (zum Beispiel einschließlich des Fehlerverstärkers 50 und des Kompensationsnetzwerks 55) das Steuersignal für die DC-DC-Wandlerschaltung 20 auf der Basis der erfassten Spannung (zum Beispiel der Eingangsspannung V_prt) und der Referenzspannung ABCC_REF erzeugen. In dem vorliegenden Fall kann jedoch die Fehlerverstärkerstufe konfiguriert sein zum Erzeugen des Steuersignals weiter auf der Basis der von der Bestimmungsschaltung 140 bestimmten Quantität. Das heißt, die Fehlerverstärkerstufe kann das Steuersignal auf der Basis der erfassten Spannung, der Referenzspannung ABCC_REF und der bestimmten Quantität (zum Beispiel Kabelwiderstand R_cab) erzeugen.
Zu diesem Zweck kann der Fehlerverstärker 50 der Fehlerverstärkerstufe die bestimmte Quantität (d.h. eine Angabe davon, wie zum Beispiel eine Spannung oder einen Strom, der die bestimmte Quantität angibt) zum Beispiel an einem Steueranschluss der Fehlerverstärkerstufe (zum Beispiel Fehlerverstärker 50) empfangen. Die empfangene Angabe kann dann verwendet werden, um eine Verstärkung des Fehlerverstärkers 50 anzupassen. Im Allgemeinen kann die Leistungswandlerschaltung 300 eine Schaltung zum Anpassen der Verstärkung des Fehlerverstärkers 50 in Abhängigkeit von (zum Beispiel in Übereinstimmung mit) der bestimmten Quantität (zum Beispiel Kabelwiderstand R_cab) aufweisen. Zum Beispiel kann die Verstärkung des Fehlerverstärkers 50 in Übereinstimmung mit der empfangenen Angabe für einen geringen Kabelwiderstand R_cab erhöht werden und/oder kann in Übereinstimmung mit der empfangenen Angabe für einen großen Kabelwiderstand R_cab verringert werden.
Im Folgenden werden Beispiele für Verfahren und Schaltungen (Vorrichtungen), die verwendet werden können, um den Kabelwiderstand R_cab zu überwachen und/oder zu bestimmen, unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben.
In den folgenden Abschnitten wird Bezug genommen auf eine Vorrichtung zur Überwachung eines Ladesystems, das auf beispielhafte Weise ein Energieversorgungssystem verkörpert. Der Begriff „Laden einer elektronischen Vorrichtung“ bezieht sich auf eine Situation, in der elektrische Energie an die elektronische Vorrichtung geliefert wird und eine Art von Energiespeicher auf der elektronischen Vorrichtung (wie zum Beispiel eine Batterie oder ein Superkondensator) mit der vorgesehenen elektrischen Energie aufgefüllt wird. Andererseits bezieht sich der Begriff „Versorgen einer elektronischen Vorrichtung mit Energie“ auf elektronische Vorrichtungen, die nicht unbedingt einen Energiespeicher haben, oder auf Situationen, in denen die elektronische Vorrichtung einen Energiespeicher hat, aber dieser Speicher nicht notwendigerweise durch die vorgesehene Energie aufgeladen wird. Die letztere Situation kann zum Beispiel auftreten, wenn der Energiespeicher vollständig aufgeladen ist und die vorgesehene Energie direkt von der elektronischen Vorrichtung verbraucht wird. Die Offenbarung soll nicht als auf ein Ladesystem oder auf ein Laden einer batteriebetriebenen Vorrichtung beschränkt verstanden werden, sondern soll sich im Allgemeinen auf ein Energieversorgungssystem und ein Versorgen einer tragbaren Vorrichtung mit Energie beziehen.
Ein Übersichtssystemblockdiagramm einer Vorrichtung zum Überwachen eines Prozesses zum Laden einer elektronischen Vorrichtung wird in 7 dargestellt. Die elektronische Vorrichtung, die in 7 nicht gezeigt wird, wird über ein Kabel 1001 geladen.
Die Vorrichtung zum Überwachen des Ladevorgangs weist auf: einen Synchronisationssignalgenerator 1002, einen Testsignalgenerator 1003, eine Filtereinheit 1004 und eine Impedanzschätzeinheit 1005. Die in 7 gezeigte beispielhafte Vorrichtung umfasst eine Stromquelle 1031, die mit dem Testsignalgenerator 1003 elektrisch gekoppelt ist und von diesem gesteuert wird. Die Stromquelle 1031 ist weiter mit einem Ende des Kabels 1001 verbunden, um das Kabel 1001 mit einem oder mehreren periodischen Testsignalen zu stimulieren, wie zum Beispiel sinusförmigen Testsignalen. Zum Beispiel moduliert die Stromquelle 1031 einen Ladestrom zum Laden der elektronischen Vorrichtung mit einer sinusförmigen Strommodulation, deren Amplitude im Vergleich zu der Amplitude des Ladestroms klein ist. Die Testsignale können bei einer oder mehreren vorgegebenen Frequenzen erzeugt werden. Selbstverständlich kann die Stromquelle 1031 auch ein Teil des Testsignalgenerators 1003 sein, anstatt extern zu letzterem zu sein.
In 7 ist die Filtereinheit 1004 mit demselben Ende des Kabels 1001 wie die Stromquelle 1031 verbunden. Die Filtereinheit 1004 ist konfiguriert zum Empfangen eines Antwortsignals, das aus einem Anwenden des Testsignals auf die Kabelanordnung resultiert, die das Kabel 1001 umfasst. Neben dem Kabel 1001 kann die Kabelanordnung Verbinder an einem oder beiden Enden des Kabels 1001 umfassen sowie Bahnen von Leiterplatten (PCB - printed circuit board). Zusätzlich kann die Kabelanordnung weitere leitfähige Komponenten umfassen, die elektrisch mit dem Kabel 1001 gekoppelt sind.
In 7 wird weder die elektronische Vorrichtung noch eine Energieversorgung dargestellt. Die elektronische Vorrichtung und die Energieversorgung können sich an gegenüberliegenden Enden des Kabels 1001 oder an demselben Ende des Kabels 1001 befinden. Insbesondere kann sich die elektronische Vorrichtung an dem Ende des Kabels 1001 befinden, an dem sich die Stromquelle 10031 und die Filtereinheit 1004 befinden, und die Energieversorgung kann sich an dem anderen Ende des Kabels 1001 befinden. Wie in 7 gezeigt, sind beide Enden des Kabels 1001 letztlich mit derselben absoluten Masse verbunden.
Wie in 7 gezeigt, wird der Betrieb des Testsignalgenerators 1003, der Filtereinheit 1004 und der Impedanzschätzeinheit 1005 durch den Synchronisationssignalgenerator 1002 synchronisiert. Zu diesem Zweck ist der Synchronisationssignalgenerator elektrisch verbunden mit den letzteren Komponenten und sendet Synchronisationssignale an diese. Die Synchronisationssignale können jede Art von Taktsignalen sein, die zum Synchronisieren von analogen und/oder digitalen Schaltungskomponenten geeignet sind.
Die Filtereinheit 1004 kann ein Hochpassfilter oder ein Bandpassfilter sein zum Erfassen des Antwortsignals. In jedem Fall sollten DC-Komponenten aus dem Antwortsignal entfernt werden. Als eine Folge kann das Antwortsignal eine periodische (zum Beispiel sinusförmige oder Rechteckwelle) Spannungsänderung sein, die um einen Nullspannungspegel oszilliert. Dabei können sowohl die Phase als auch die Amplitude des Antwortsignals im Vergleich zu dem Testsignal abhängig von den Charakteristiken der Kabelanordnung geändert werden. Die Amplitude des Antwortsignals kann durch resistive Komponenten der Kabelanordnung gedämpft werden, während induktive oder kapazitive Komponenten der Kabelanordnung eine Phasenverschiebung des Antwortsignals relativ zu dem Testsignal bewirken.
Dann wird das Antwortsignal an die Impedanzschätzeinheit 1005 geliefert. Die Impedanzschätzeinheit 1005 ist konfiguriert zum Bestimmen, basierend auf sowohl dem Antwortsignal als auch dem Synchronisationssignal, einer ersten Quantität, die einen realen Teil einer Impedanz der Kabelanordnung angibt, und einer zweiten Quantität, die einen imaginären Teil der Impedanz der Kabelanordnung angibt. Ein erster Zweig der Impedanzschätzeinheit 1005 weist eine erste Schalteinheit 1051 und einen ersten Tiefpassfilter 1053 auf, der einen ersten Widerstand 1061 und einen ersten Kondensator 1062 aufweist. In einem ersten Schritt wird das Antwortsignal an die erste Schalteinheit 1051 geliefert, die durch das Synchronisationssignal gesteuert wird, das von dem Synchronisationssignalgenerator 1002 erzeugt wird.
In der folgenden Beschreibung wird eine Rechteckwelle, die zwischen einem hohen Zustand und einem niedrigen Zustand mit einem Arbeitszyklus von 50% oszilliert, als ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Synchronisationssignals diskutiert. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf dieses spezifische Taktsignal beschränkt ist und dass stattdessen andere Synchronisationssignale mit verschiedenen Zuständen und/oder Wellenformen verwendet werden können.
Die Diagramme (a) und (b) von 8 zeigen beispielhafte vereinfachte Signalmuster in dem ersten Zweig der Impedanzschätzeinheit 1005. Wie in Diagramm (a) zu sehen ist, ist das Antwortsignal 1071, das durch eine gestrichelte Linie dargestellt wird, phasengleich mit einem Synchronisationssignal 1072, das durch eine durchgezogene Linie dargestellt wird. Das dargestellte beispielhafte Antwortsignal 1071 kann an einem Ende eines Kabels erfasst werden, wenn die Kabelanordnung ausschließlich resistive Komponenten aufweist und keine Phasenverschiebung aufgrund induktiver oder kapazitiver Komponenten aufgetreten ist. Das Diagramm (b) zeigt das Ausgangssignal 1073 der ersten Schalteinheit 1051 als eine gestrichelte Linie. Da die beispielhafte erste Schalteinheit 1051 während der Zeiten geschlossen ist, in denen das Synchronisationssignal 1072 in einem hohen Zustand ist, werden die negativen Halbwellen des Antwortsignals 1071 in dem Ausgangssignal 1073 der ersten Schalteinheit 1051 abgeschnitten. Nach einem Passieren durch den ersten Tiefpassfilter 1053 repräsentiert das Ausgangssignal 1074, das in Diagramm (b) durch eine durchgezogene Linie dargestellt wird, einen positiven Mittelwert, der über die Zeit mehr oder weniger konstant ist.
Die Diagramme (c) und (d) in 8 zeigen beispielhafte vereinfachte Signalmuster in einem zweiten Zweig der Impedanzschätzeinheit 1005. Der zweite Zweig der Impedanzschätzeinheit 1005 weist eine zweite Schalteinheit 1052 und einen zweiten Tiefpassfilter 1054 auf, der einen zweiten Widerstand 1063 und einen zweiten Kondensator 1064 aufweist. Dieses Mal wird jedoch ein invertiertes Synchronisationssignal 1075 des Synchronisationssignals 1072 durch einen Inverter 1056 erzeugt und an einen Steuereingang der zweiten Schalteinheit 1052 angelegt. In 8 (c) wird das invertierte Synchronisationssignal 1075 durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Wiederum wird angenommen, dass das Antwortsignal 1071 keiner Phasenverschiebung unterzogen wurde, und beide in dem Diagramm (c) dargestellten Signale sind phasengleich. Wie in dem Diagramm (d) dargestellt, entfernt die zweite Schalteinheit 1052 die negativen Halbwellen des sinusförmigen Antwortsignals 1071 und erzeugt das Ausgangssignal 1076. Das Ausgangssignal 1076 wird dann gemittelt und ein nahezu konstanter negativer Mittelwert 1077 kann an dem Ausgang des zweiten Tiefpassfilters 1054 gemessen werden.
In einem letzten Schritt bestimmt eine Differenzbestimmungseinheit 1055 der Impedanzschätzeinheit 105 die erste Quantität, die den realen Teil der komplexen Impedanz angibt, durch Berechnen einer Differenz zwischen den Ausgangssignalen 1074 und 1077 der zwei Zweige. Obwohl 7 die Differenzbestimmungseinheit 1055 mit einem „Minus“ -Symbol an dem ersten Zweig und einem „Plus“ -Symbol an dem zweiten Zweig zeigt, ist für Fachleute offensichtlich, dass beide Symbole ausgetauscht werden können. In jedem Fall berechnet die Differenzbestimmungseinheit 1055 eine Differenz zwischen den zwei Mittelwerten, die von den zwei Zweigen vorgesehen werden. Die bestimmte Differenz dient als eine Schätzung für den realen Teil der komplexen Impedanz.
Die zweite Quantität, die einen imaginären Teil der komplexen Impedanz angibt, kann durch die Impedanzschätzeinheit 1005 unter Verwendung eines verschobenen Synchronisationssignals 1078 bestimmt werden. Letzteres Signal wird durch eine durchgezogene Linie in Diagramm (e) von 8 dargestellt. Das verschobene Synchronisationssignal kann durch den Synchronisationssignalgenerator 1002 durch Verschieben einer Phase des Synchronisationssignals um +90 Grad oder -90 Grad erzeugt werden. Alternativ kann die Impedanzschätzeinheit 1005 oder eine andere Einheit der Vorrichtung das verschobene Synchronisationssignal erzeugen. Wie in 7 gezeigt, wird das verschobene Synchronisationssignal direkt an den ersten Zweig angelegt und über den Inverter 1056 an den zweiten Zweig der Impedanzschätzeinheit 1005 angelegt.
In Diagramm (e) von 8 wird weiter angenommen, dass das Antwortsignal 1071 phasengleich mit dem Testsignal ist. Als Ergebnis ist die zweite Quantität, die von der Differenzbestimmungseinheit 1055 bestimmt wird, gleich null, da beide Ausgangssignale der zwei Zweige gleich null sind. Somit ist für das gewählte Beispiel der imaginäre Teil der Impedanz null aufgrund fehlender kapazitiver oder induktiver Komponenten innerhalb der Kabelanordnung.
Die in 8 dargestellten beispielhaften Signale werden als nützlich angesehen für ein Verständnis der vorliegenden Offenbarung. Offensichtlich, wenn eine Phasenverschiebung zwischen dem Testsignal und dem Antwortsignal auftritt, können die Ausgangssignale 1074, 1077 der zwei Zweige variieren. Für den besonderen Fall eines Antwortsignals, das um 90 Grad in Bezug auf das Testsignal verschoben ist, kann das Ausgangssignal 1074 des ersten Zweigs gleich null sein und das Ausgangssignal 1077 des zweiten Zweigs kann einen Mittelwert haben, der von null verschieden ist, was den imaginären Teil der komplexen Impedanz darstellt.
Zum Erfassen des Antwortsignals kann die Filtereinheit 1004 einen analogen oder digitalen Bandpassfilter aufweisen. Da die Messung der komplexen Impedanz durchgeführt werden muss, während die elektronische Vorrichtung geladen wird, ist eine Bandbreite eingeschränkt, aus der die vorgegebene Frequenz des Testsignals ausgewählt werden muss. Insbesondere kann eine Regelschleife zum Regeln der Ausgangsspannung der Energieversorgung (wie zum Beispiel ein Wandsteckerladegerät (WPC - wall plug charger)) aktiv sein und es kann nicht möglich sein, eine DC-Messung zu verwenden. Zusätzlich kann Rauschen aus Lastübergängen der Ladeschaltung der elektronischen Vorrichtung entstehen.
Es sollte angemerkt werden, dass die oben beschriebenen Vorrichtungsmerkmale jeweiligen Verfahrensmerkmalen entsprechen, die jedoch aus Gründen der Prägnanz nicht explizit beschrieben werden können. Die Offenbarung des vorliegenden Dokuments soll sich auch auf derartige Verfahrensmerkmale erstrecken. Insbesondere soll sich die vorliegende Offenbarung auf Verfahren für einen Betrieb der oben beschriebenen Schaltungen beziehen.
Es sollte weiter angemerkt werden, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Vorrichtung darstellen. Fachleute werden in der Lage sein, verschiedene Anordnungen zu implementieren, die, obwohl hier nicht explizit beschrieben oder gezeigt, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und in ihrem Sinn und Umfang aufgenommen sind. Weiterhin sollen alle in dem vorliegenden Dokument beschriebenen Beispiele und Ausführungsbeispiele prinzipiell ausdrücklich nur für erläuternde Zwecke vorgesehen sein, um dem Leser beim Verständnis der Prinzipien des vorgeschlagenen Verfahrens zu unterstützen. Weiterhin sollen alle Aussagen, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsbeispiele der Erfindung vorsehen, sowie spezifische Beispiele davon, Äquivalente davon umfassen.

Claims

Eine Leistungswandlerschaltung (200) zum Umwandeln einer an einem Eingangsknoten (10) empfangenen Eingangsspannung und zum Vorsehen, an einem Ausgangsknoten (15), eines Stroms bei der umgewandelten Spannung, wobei die Leistungswandlerschaltung (200) aufweist: eine DC-DC-Wandlerschaltung (20) zum Erzeugen des Stroms an dem Ausgangsknoten (15) unter Steuerung eines Steuersignals; eine Stromerfassungsschaltung (30) zum Erfassen eines Stroms, der einen Strom an dem Eingangsknoten (10) angibt; eine Spannungsanpassungsschaltung zum Erfassen einer Spannung, die die Eingangsspannung angibt, und zum Erzeugen einer angepassten Spannung auf der Basis der erfassten Spannung, die die Eingangsspannung angibt, und des erfassten Stroms, der den Strom an dem Eingangsknoten (10) angibt; und eine Fehlerverstärkerstufe zum Erzeugen des Steuersignals auf der Basis einer Differenz zwischen der angepassten Spannung und einer Referenzspannung.
Die Leistungswandlerschaltung (200) gemäß Anspruch 1, wobei die Spannungsanpassungsschaltung konfiguriert ist zum Skalieren des erfassten Stroms.
Die Leistungswandlerschaltung (200) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Spannungsanpassungsschaltung eine steuerbare Stromsenke (45) aufweist zum Abführen, von einem Spannungspegel der Eingangsspannung, eines Senkenstroms, der von dem erfassten Strom abhängt.
Die Leistungswandlerschaltung (200) gemäß Anspruch 3, wobei die Spannungsanpassungsschaltung ein Widerstandselement (40) umfasst zum Leiten des Senkenstroms durch das Widerstandselement (40).
Die Leistungswandlerschaltung (200) gemäß Anspruch 4, wobei die Spannungsanpassungsschaltung einen Schaltungszweig aufweist, der zwischen dem Spannungspegel der Eingangsspannung und Masse gekoppelt ist, wobei der Schaltungszweig das Widerstandselement (40) und die steuerbare Stromsenke (45) aufweist, gekoppelt in Serie.
Die Leistungswandlerschaltung (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiter aufweist: eine Referenzanpassungsschaltung zum Erzeugen der Referenzspannung auf der Basis der erfassten Spannung und einer festen Referenzspannung.
Eine Leistungswandlerschaltung (300) zum Umwandeln einer an einem Eingangsknoten (10) empfangenen Eingangsspannung und Vorsehen, an einem Ausgangsknoten (15), eines Stroms bei der umgewandelten Spannung, wobei die Leistungswandlerschaltung (300) aufweist: eine DC-DC-Wandlerschaltung (20) zum Erzeugen des Stroms an dem Ausgangsknoten (15) unter Steuerung eines Steuersignals; eine Bestimmungsschaltung (140) zum Bestimmen einer Quantität, die einen Widerstand eines Schaltungspfads angibt, der mit dem Eingangsknoten (10) gekoppelt ist, und Vorsehen eines Eingangsstroms; eine Spannungserfassungsschaltung zum Erfassen einer Spannung, die die Eingangsspannung angibt; und eine Fehlerverstärkerstufe zum Erzeugen des Steuersignals auf der Basis einer Referenzspannung, der bestimmten Quantität und der erfassten Spannung.
Die Leistungswandlerschaltung (300) gemäß Anspruch 7, wobei die Fehlerverstärkerstufe einen Fehlerverstärker (50) und eine Schaltung zum Anpassen einer Verstärkung des Fehlerverstärkers (50) auf der Basis der bestimmten Quantität aufweist.
Ein Leistungswandlungsverfahren zum Umwandeln einer Eingangsspannung und Vorsehen eines Ausgangsstroms bei der umgewandelten Spannung, wobei das Verfahren aufweist: Durchführen einer DC-DC-Wandlung unter Steuerung eines Steuersignals zum Erzeugen des Ausgangsstroms; Erfassen eines Stroms, der einen Eingangsstrom angibt; Erfassen einer Spannung, die die Eingangsspannung angibt; Erzeugen einer angepassten Spannung auf der Basis der erfassten Spannung, die die Eingangsspannung angibt, und des erfassten Stroms, der den Eingangsstrom angibt; und Erzeugen des Steuersignals auf der Basis einer Differenz zwischen der angepassten Spannung und einer Referenzspannung.
Das Leistungswandlungsverfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Erzeugen der angepassten Spannung ein Skalieren des erfassten Stroms umfasst.
Das Leistungswandlungsverfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das Erzeugen der angepassten Spannung ein Abführen, von einem Spannungspegel der Eingangsspannung, eines Senkenstroms umfasst, der von dem erfassten Strom abhängt.
Das Leistungswandlungsverfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Erzeugen der angepassten Spannung ein Leiten des Senkenstroms durch ein Widerstandselement (40) umfasst, das zwischen dem Spannungspegel der Eingangsspannung und einer steuerbaren Stromsenke (45) gekoppelt ist, die den Senkenstrom abführt.
Das Leistungswandlungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, das weiter aufweist: Erzeugen der Referenzspannung auf der Basis der erfassten Spannung und einer festen Referenzspannung.
Ein Leistungswandlungsverfahren zum Umwandeln einer Eingangsspannung und Vorsehen eines Ausgangsstroms bei der umgewandelten Spannung, wobei das Verfahren aufweist: Durchführen einer DC-DC-Wandlung unter Steuerung eines Steuersignals zum Erzeugen des Ausgangsstroms; Bestimmen einer Quantität, die einen Widerstand eines Schaltungspfads angibt, der die Eingangsspannung vorsieht; Erfassen einer Spannung, die die Eingangsspannung angibt; und Erzeugen des Steuersignals auf der Basis einer Referenzspannung, der bestimmten Quantität und der erfassten Spannung, wobei das Steuersignal unter Verwendung eines Fehlerverstärkers (50) erzeugt wird.
Das Leistungswandlungsverfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Verfahren weiter aufweist ein Anpassen einer Verstärkung des Fehlerverstärkers (50) auf der Basis der bestimmten Quantität.