DE102016211163B4 - Mehrphasen-Mehrstufen-Schaltleistungsumsetzersystem, elektronische Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Mehrphasen-Mehrstufen-Schaltleistungsumsetzersystems - Google Patents

Mehrphasen-Mehrstufen-Schaltleistungsumsetzersystem, elektronische Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Mehrphasen-Mehrstufen-Schaltleistungsumsetzersystems Download PDF

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Abstract

Mehrphasen-Mehrstufen-Schaltleistungsumsetzersystem (Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System), das umfasst:mindestens eine Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (215), die dazu ausgelegt ist, eine Eingangsspannung (V_IN) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems in eine Ausgangsspannung (V_OUT) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems umzusetzen, und die mit einer elektronischen Lastschaltung verbunden ist, um die Ausgangsspannung (V_OUT) an die elektronische Lastschaltung (245) zu übertragen; undmindestens eine Mehrstufen-Phasen-SMPC-Schaltung, die umfasst:mindestens eine Primärstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (220), die dazu ausgelegt ist, eine Eingangsspannung (V_IN) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems in eine Zwischenspannung (V) umzusetzen, undmindestens eine Sekundärstufen-Phase (240) der Mehrstufen-SMPC-Schaltung, die angeschlossen ist, um die Zwischenspannung (V) aus der mindestens einen Primärstufen-SMPC-Schaltung (220) zu empfangen, und die dazu ausgelegt ist, die Zwischenspannung (V) in eine Ausgangsspannung (V_OUT) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems umzusetzen, wobei die mindestens eine Sekundärstufe (240) der Mehrstufen-Schaltleistungsversorgungsschaltung umfasst:einen Spannungsaufbereiter (255), der dazu ausgelegt ist, die Zwischenspannung (V) so zu transformieren, dass sie annähernd auf dem Pegel der Ausgangsspannung (V_OUT) ist, um als eine Referenzspannung (V) für die Sekundärstufe (240) beim Bestimmen der Schaltcharakteristiken der Sekundärstufen-SMPC-Schaltung (240) zu fungieren.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Schaltleistungsumsetzer. Speziell bezieht sich diese Offenbarung auf einen Mehrphasen-Mehrstufen-Schaltleistungsumsetzer. Noch spezieller bezieht sich diese Offenbarung auf die Regulierung eines Mehrstufen-Schaltleistungsumsetzers in einem Mehrphasen-Mehrstufen-Schaltleistungsumsetzer durch eine Zwischenspannungssteuerung.
  • Hintergrund
  • Schaltleistungsumsetzer, die insbesondere in Elektronikvorrichtungen mit niedriger Leistungsaufnahme nützlich sind, setzen eine Eingangsleistungsquelle von einem ersten Spannungspegel auf einen zweiten Spannungspegel um. Ein typischer Schaltleistungsumsetzer (SMPC) ist ein Schaltgleichspannungsumsetzer, der den ersten Spannungspegel durch Zwischenspeichern von Energie in einer magnetischen Komponente (z. B. einem Induktor oder Transformator) oder einer Kondensatorschaltung (z. B. einer geschalteten Kondensatorschaltung) und anschließendes Freisetzen der Energie bei einer anderen Spannung aus der magnetischen Komponente oder Kondensatorschaltung an eine Last in den zweiten Spannungspegel umsetzt. 1 ist eine schematische Darstellung eines Abwärts-SMPC 5 des Standes der Technik, der die grundlegende Struktur eines elementaren SMPC veranschaulicht. Die schematische Darstellung eines Abwärts-SMPC 5 weist drei Abschnitte, einen Steuerabschnitt 10, einen Schaltabschnitt 15 und einen Filterabschnitt 20, auf. Der Steuerabschnitt weist einen Fehlerverstärker 25 auf, der eine Referenzspannung VREF empfängt, die die Amplitude der Ausgangsspannung VOUT angibt. Die Ausgangsfehlerspannung VEA des Fehlerverstärkers 25 wird an einen phasenverschobenen Eingang (-) eines Komparators 30 angelegt. Der phasengleiche Eingang (+) des Komparators 30 empfängt ein Rampenspannungssignal VRAMP von einem Rampengenerator 35. Die Ausgabe des Komparators 30 ist ein digitales Logiksignal, das angibt, ob die Fehlerspannung VEA größer als die Referenzspannung VREF ist. Das digitale Ausgangssignal des Komparators 30 wird an den Rücksetzeingang des Setz-Rücksetz-Latch 40 angelegt. Der Rücksetzeingang (R) deaktiviert den Datenausgang Q in einen logischen Null-Zustand und aktiviert den Datenausgang Q in einen logischen Eins-Zustand. Der Setzeingang (S) des Setz-Rücksetz-Latch 40 empfängt ein Taktsignal VSET . Der Setzeingang (S) aktiviert den Datenausgang (Q) in einen logischen Eins-Zustand und deaktiviert den Datenausgang Q in einen logischen Null-Zustand.
  • Die Schalttransistoren MP und MN bilden den Schaltabschnitt 15. Die Eingangsversorgungsspannung VIN des SMPC 5 wird an die Source des Schalttransistors Mp angelegt. Die Source des Schalttransistors MN ist mit der Massereferenzspannungsquelle verbunden. Die Drains der Schalttransistoren MP und MN sind miteinander und mit einem ersten Anschluss des Induktors L verbunden. Der zweite Anschluss des Induktors L ist mit einem ersten Anschluss des Lastkondensators CL und einem ersten Eingang der elektronischen Lastschaltung 50 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Lastkondensators und die Last sind mit der Massereferenzspannungsquelle verbunden.
  • Der Datenausgang (Q) wird an das Gate des p-Typ-Schalttransistors MP angelegt, und der Datenausgang Q wird an das Gate des n-Typ-Schalttransistors MN angelegt. Der Steuerabschnitt 10 bildet einen Pulsbreitenmodulator zum Steuern der Schaltzeit der Schalttransistoren MP und MN . Die Schalttransistoren MP und MN steuern wiederum den Fluss des Induktorstroms IL, der durch den Induktor L zu dem Lastkondensator CL und der Last 50 an dem Ausgang des Abwärts-SMPC 5 fließt. Der Induktor L und der Kondensator CL bilden den Filterabschnitt 20 des Abwärts-SMPC 5. Der Filterabschnitt 20 entfernt jedes Schaltrauschen an der Ausgangsspannung VOUT des Abwärts-SMPC 5.
  • Moderne integrierte Schaltungen erfordern eine höhere Stromstärke und eine niedrigere Spannung. Ein Mehrphasen-SMPC ist eine Antwort auf diese Anforderung. Mehrphasen-SMPCs verwenden zwei oder mehr identische, verschachtelte Umsetzer, die so verschaltet sind, dass ihr Ausgangssignal eine Summierung der Ausgangssignale jeder Phase des Mehrphasen-SMPC ist. Traditionell hat jede der mehreren Phasen ein Taktsignal, das bei einer gemeinsamen Schaltfrequenz arbeitet. Jedoch ist der Takt von jeder Phase verschoben, so dass in regelmäßigen Intervallen eine Umsetzungsschaltung auftritt, die durch eine gemeinsame Steuerschaltung gesteuert wird. Die Steuerschaltung versetzt die Schaltzeit jedes Umsetzers so, dass der Phasenwinkel zwischen jedem Mehrphasen-SMPC-Schalten 360°/n beträgt, wobei n die Anzahl der Mehrphasen-SMPC-Phasen ist. Die Ausgänge der Mehrphasen-SMPCs sind parallel geschaltet, so dass die effektive Ausgangswelligkeitsfrequenz n x f ist, wobei f die Betriebsfrequenz jedes Umsetzers ist. Dies bietet ein besseres dynamisches Leistungsvermögen und eine wesentlich geringere Entkopplungskapazität als ein Einphasen-SMPC, der eine äquivalente Stromstärke und Spannung bereitstellt.
  • Der Mehrphasenansatz zur Gestaltung der SMPCs bietet auch Platzvorteile. Jeder Umsetzer liefert 1/n der Gesamtausgangsleistung, wodurch die physische Größe und die Induktivität des Induktors, der in jeder Phase des Mehrphasen-SMPC verwendet wird, verringert werden. Außerdem müssen die Schalttransistoren in jeder Phase nur mit 1/n der Gesamtleistung umgehen. Dies verteilt die interne Verlustleistung auf mehrere Leistungsvorrichtungen, wodurch das Wärmemanagement des Mehrphasen-SMPC vereinfacht wird.
  • Ein Verwenden des gleichen Typs von Induktor für jede Phase von Mehrphasen-SMPCs maximiert die Leistungsfähigkeit aller Phasen im Hinblick auf ein besseres Einschwingverhalten, eine kleinere Welligkeit und ein geringeres harmonisches Rauschen. Dies ist möglicherweise nicht die beste Lösung in Bezug auf den Wirkungsgrad, insbesondere in Fällen, in denen ein höherer Wirkungsgrad über einen weiten Bereich von Lastbedingungen erforderlich ist. Bei kleineren Induktivitäten von Mehrphasen-SMPCs mit identischen Komponenten für jede Phase liefern die Induktoren mit niedrigeren Werten ein gutes Einschwingverhalten. Unter Niederlastbedingungen weisen die kleineren Induktoren jedoch höhere Wechselspannungsverluste auf. Wenn ferner eine oder mehrere der Phasen des Mehrphasen-SMPC einen Induktor mit größerem Wert aufweisen, weisen sie geringe Wechselspannungsverluste auf, die einen höheren Wirkungsgrad unter Niederlastbedingungen bieten.
  • Das Patent US 8 417 980 B1 (Mimberg) beschreibt eine Leistungs- bzw. Stromversorgung, die mit einer elektrischen Last verbunden ist, die der elektrischen Last eine Ausgangsspannung bereitstellt. Die Leistungs- bzw. Stromversorung enthält einen ersten Anschnitt, der eine Schnell-Transienten-Antwort-Topologie [fast transient response topology] hat, die einen ersten Teil eines Ausgangsstroms liefert, und einen zweiten Anschnitt, der eine Langsam-Transienten-Antwort-Topologie [slow transient response topology] hat, die einen zweiten Teil des Ausgangsstroms liefert, so dass der zweite Teil des Ausgangsstroms nicht so schnell wie der erste Teil des Ausgangsstroms zunimmt oder abnimmt.
  • Zusammenfassung
  • Eine Aufgabe dieser Offenbarung ist es, Verfahren und Schaltungen zum Betreiben eines Mehrstufen-Schaltleistungsumsetzers in einem Mehrphasen-Mehrstufen-Schaltleistungsumsetzersystem zum Steuern der entfernten Phasen bereitzustellen, um es ihnen zu ermöglichen, unabhängig von der Primärstufen-Phase eines Mehrstufen-Schaltleistungsumsetzers zu arbeiten und gleichzeitig in dem gesamten Mehrphasen-Mehrstufen-Schaltleistungsumsetzersystem (Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System) korrekt zu regeln.
  • Eine weitere Aufgabe dieser Offenbarung ist es, Verfahren und Schaltungen zur Verwendung einer Zwischenspannung bereitzustellen, die von einer Primärstufe eines Mehrstufen-SMPC ausgebildet wird, um eine Ausgangsspannung der Endstufen-Phasen zu steuern.
  • Eine weitere Aufgabe dieser Offenbarung ist es ferner, Verfahren und Schaltungen zur Verwendung einer Zwischenspannung bereitzustellen, die von einer Primärstufe einer Mehrstufen-SMPC entwickelt wurde, um die Eingangsspannung in die Endstufen-Phasen zu sein.
  • Eine weitere Aufgabe dieser Offenbarung ist es ferner, Verfahren und Schaltungen zum Steuern der Zwischenspannung bereitzustellen, so dass die Endstufen-Phasen eines Mehrstufen-SMPC einen korrekten Anteil der Gesamtlaststromstärke bereitstellen.
  • Um mindestens eine dieser Aufgaben zu lösen, ist ein Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System, das mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung und mindestens eine Mehrstufen-SMPC-Schaltung aufweist, bereitgestellt. Die mindestens eine Mehrstufen-SMPC-Schaltung umfasst eine Primärstufen-SMPC-Schaltung und mindestens eine Sekundärstufe der Mehrstufen-SMPC-Schaltung. Die mindestens eine Primärstufen-SMPC-Schaltung ist in unmittelbarer Nähe zu der mindestens einen Einstufen-Mehrphasen-SMPC-Schaltung angeordnet. Die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung ist entfernt von der mindestens einen Primärstufen-SMPC-Schaltung und in unmittelbarer Nähe der elektronischen Last des Mehrstufen-SMPC-Systems angeordnet. In verschiedenen Ausführungsformen sind die mindestens eine Primärstufen-SMPC-Schaltung und die mindestens eine Einstufen-Mehrphasen-SMPC-Schaltung gemeinsam in einer ersten Funktionseinheit wie beispielsweise einer Leistungsverwaltungsschaltung angeordnet. Die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung ist bei einer entfernten zweiten Funktionseinheit wie beispielsweise einer Systemfunktionseinheit angeordnet, um nahe bei den Funktionsschaltungen eines elektronischen Systems zu sein.
  • Die mindestens eine Primärstufen-SMPC-Schaltung setzt die Eingangsspannung in das Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System in eine Zwischenspannung um, die an die mindestens eine SMPC-Sekundärstufe überträgt wird. Die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung setzt ferner die Zwischenspannung in die Ausgangsspannung um, die an die elektronische Last angelegt wird. Die Zwischenspannung wird an einen Spannungsaufbereiter angelegt, der die Zwischenspannung ungefähr auf den Pegel der Ausgangsspannung transformiert, damit sie als eine Referenzspannung für die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung beim Bestimmen der Schaltcharakteristiken der mindestens einen Sekundärstufen-SMPC-Schaltung fungiert.
  • Das Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System weist eine Leistungssteuerschaltung auf, die direkt mit der mindestens einen Einstufen-SMPC-Schaltung und der mindestens einen Primärstufe mindestens einer Mehrstufen-SMPC-Schaltung verbunden ist. Die Leistungssteuerschaltung ist dazu ausgelegt ist, einen Referenzpegel an die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung und die mindestens eine Primärstufe mindestens einer Mehrstufen-SMPC-Schaltung zu übertragen. Die Referenz kann eine Referenzspannung, eine Referenzstromstärke oder eine digitale Darstellung des Referenzpegels sein. In verschiedenen Ausführungsformen weisen die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung und die mindestens eine Primärstufe mindestens einer Mehrstufen-SMPC-Schaltung einen Digital/Analog-Umsetzer auf, um die digitale Darstellung des Referenzpegels in eine Referenzspannung oder eine Referenzstromstärke zum Steuern eines Pulsbreitenmodulators und damit der Schaltzeit der Umschaltschaltung innerhalb der mindestens einen Einstufen-SMPC-Schaltung und der mindestens einen Primärstufe mindestens einer Mehrstufen-SMPC-Schaltung. Die mindestens eine Einzelstufe erzeugt die Ausgangsspannung, die erforderlich ist, um die Schaltungen der elektronischen Last zu betreiben.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist der Ausgang der mindestens einen Primärstufen-SMPC-Schaltung mit einem Filter zum Entfernen von Rauschen aus der Zwischenspannung verbunden. Ferner ist die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung zum Anhalten des Betriebs des Schaltabschnitts ausgelegt, wenn sich die Laststromstärke einem Nullpegel annähert. Wenn die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung den Schaltbetrieb unterbricht, da sich die Laststromstärke dem Nullpegel nähert, ist die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung zum Bereitstellen der Laststromstärke für die Last ausgelegt. In einigen Ausführungsformen ist die mindestens eine Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung für Umschaltvorgänge von einem kontinuierlichen Modus in einem diskontinuierlichen Modus ausgelegt. In anderen Ausführungsformen ist die mindestens eine Primärstufen-SMPC-Schaltung dazu ausgelegt, eine sehr große Gleichstromverstärkung aufzuweisen, um sicherzustellen, dass die statische Zwischenspannung immer korrekt ist und nicht mit einer plötzlichen Erhöhung der Laststromstärke der Ausgabe der mindestens einen Sekundärstufen-SMPC-Schaltung abfällt.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung zum Erzeugen einer kleinen Offsetspannung ausgelegt, die zu der transformierten Zwischenspannung addiert und mit der Ausgangsspannung verglichen wird. Ein Vergleich der offsettransformierten Zwischenspannung mit der Ausgangsspannung verhindert, dass eine Freigabeschaltung ihr Freigabesignal aktiviert, um zu verhindern, dass die entfernten Phasen bei niedrigen Lasten schalten.
  • Wenn der Vergleich angibt, dass die Laststromstärke sinkt, wird die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung deaktiviert. Die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung regelt dann die Ausgangsspannung korrekt. Wenn die Laststromstärke steigt, erhöht die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung die Laststromstärke, bis der Vergleich angibt, dass die Laststromstärke drastisch auf einen Hochlastzustand ansteigt, und die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung aktiviert wird.
  • In einigen Ausführungsformen weisen die Leistungssteuerschaltung, die direkt mit einer ersten Steuerschaltung innerhalb der mindestens einen Einstufen-SMPC-Schaltung verbunden ist, und die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung eine erste Stromstärkeüberwachung auf, die die Ausgangsstromstärke der mindestens einen Einstufen-SMPC-Schaltung erfasst. Der Pegel der erfassten Stromstärke wird von der ersten Stromstärkeüberwachung an einen Eingang einer zweiten Steuerschaltung der mindestens einen Primärstufen-SMPC-Schaltung übertragen. Die mindestens eine Primärstufen-SMPC-Schaltung weist eine zweite Stromstärkeüberwachung auf, die die Stromstärke an dem Ausgang der mindestens einen Primärstufen-SMPC-Schaltung erfasst. Der Ausgang der zweiten Stromstärkeüberwachung ist mit einer Transformationsschaltung verbunden, um die erfasste Stromstärke von der zweiten Stromstärkeüberwachung zu empfangen. Die erfasste Stromstärke aus der zweiten Stromstärkeüberwachung wird von der Transformationsschaltung transformiert, um ungefähr äquivalent zu der Ausgangsstromstärke der mindestens einen Sekundärstufen-SMPC-Schaltung zu sein. Die transformierte erfasste Stromstärke wird dem Eingang der zweiten Steuerschaltung zum Vergleich mit der erfassten Stromstärke der mindestens einen Einstufen-SMPC-Schaltung zugeführt.
  • Das Überwachen der Ausgangsstromstärke der mindestens einen Primärstufen-SMPC-Schaltung steuert die Ausgangsstromstärke der entfernten mindestens einen Sekundärstufen-SMPC-Schaltung in Bezug auf die Ausgangsstromstärke der mindestens einen Einstufen-SMPC-Schaltung. Wenn die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung im Vergleich zu der mindestens einen Einstufen-SMPC-Schaltung zu viel Stromstärke liefert, ist die mindestens eine Primärstufen-SMPC-Schaltung dazu ausgelegt, die Zwischenspannung geringfügig zu reduzieren, um die entfernte mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung dazu zu veranlassen, auf eine etwas niedrigere Spannung zu regeln. Dies bewirkt, dass die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung ihre Ausgangsstromstärke verringert. Wenn die entfernte mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung verglichen mit der lokalen mindestens einen Einstufen-SMPC-Schaltung eine zu geringe Stromstärke liefert, ist die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung dazu ausgelegt, die Zwischenspannung geringfügig zu erhöhen, um die Ausgangsstromstärke der mindestens einen Sekundärstufen-SMPC-Schaltung zu erhöhen.
  • In einigen Ausführungsformen fällt die Laststromstärke der Zwischenspannung auf einen Wert ab, der angibt, dass die Laststromstärke der mindestens einen Sekundärstufen-Phase eine Laststromstärke aufweist, der ausreichend niedrig ist, dass die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung ausgeschaltet werden muss. Die mindestens eine Primärstufen-SMPC-Schaltung ist dazu ausgelegt, den Pegel der Zwischenspannung derart zu verringern, dass dann, wenn der transformierte Zwischenspannungspegel mit dem Ausgangsspannungspegel verglichen wird, die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung deaktiviert wird. Die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung hält dann die Regelung der Ausgangsspannung aufrecht. Wenn die Laststromstärke steigt, gibt die erste Stromstärkeüberwachung an, dass die Laststromstärke steigt, und die mindestens eine Primärstufen-SMPC-Schaltung erhöht den Zwischenspannungspegel. Die transformierte Zwischenspannung wird mit der Ausgangsspannung verglichen und die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung wird aktiviert.
  • In verschiedenen Ausführungsformen, die mindestens eine dieser Aufgaben erfüllen, beginnt ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems mit einem Aktivieren einer Hauptleistungsquelle, um Leistung an eine erste Baugruppe einer elektronischen Vorrichtung zu liefern, die das Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System enthält. Die an der ersten Baugruppe zugeführte Leistung wird somit mindestens einer Einstufen-SMPC-Schaltung und mindestens einer einzelnen Stufe einer Mehrstufen-SMPC-Schaltung zugeführt. Die Laststromstärke wird aktiviert und die Spannung, die an die Last angelegt wird, wird geregelt und es wird verifiziert, dass die Last korrekt funktioniert. Die Laststromstärke wird überwacht, um zu bestimmen, ob sie zunimmt oder abnimmt. Wenn die Stromstärke abnimmt, wird die Zwischenspannung abgesenkt, so dass dann, wenn die transformierte oder geteilte Zwischenspannung mit der Ausgangsspannung der mindestens einen Sekundärstufen-SMPC-Schaltung verglichen wird, die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung deaktiviert wird.
  • In einigen Ausführungsformen weist die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung einen Generator einer Offsetspannung auf, die für den Vergleich mit der Ausgangsspannung der mindestens einen SMPC-Sekundärstufe zu der Zwischenspannung addiert wird. In anderen Ausführungsformen wird die Zwischenspannung selbst für den Vergleich zum Steuern der Aktivierung und Deaktivierung der mindestens einen Sekundärstufen-SMPC-Schaltung angepasst.
  • Wenn die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung deaktiviert wird, beginnt die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung, in einem diskontinuierlichen Stromstärkemodus zu arbeiten, und dann, wenn es mehrere Einstufen-SMPC-Schaltungen gibt, werden jeweilige der Einstufen-SMPC-Schaltungen aussortiert, während die Stromstärke abnimmt.
  • Wenn bestimmt wird, dass die Stromstärke steigt, erhöht die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung ihre Stromstärke oder beginnt, im Fall der mehrfachen Einstufen-SMPC-Schaltung, Phasen zu addieren, bis alle Phasen aktiviert sind. Zu diesem Zeitpunkt wird die Zwischenspannung der mindestens einen Primärstufen-SMPC-Schaltung erhöht. Die transformierte Zwischenspannung wird durch eine Offsetspannung versetzt, entweder durch den Offsetspannungsgenerator in der mindestens einen SMPC-Sekundärstufe oder als Folge davon, dass sie direkt durch die mindestens eine Primärstufen-SMPC-Schaltung zu der Zwischenspannung addiert wird, um mit der Ausgangsspannung der mindestens einen Sekundärstufen-Phase verglichen. Wenn der Vergleich eine Erhöhung der Laststromstärke des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems angibt, wird die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung aktiviert und beginnt, die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Zwischenspannung, die durch die mindestens eine Primärstufen-SMPC-Schaltung geregelt wird, zu regulieren.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines Abwärts-SMPC des Standes der Technik.
    • 2 ist eine schematische Darstellung eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC der verwandten Technik.
    • 3 ist ein Blockdiagramm einer elektronischen Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung.
    • 4 ist ein schematisches Diagramm eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems, das in der elektronischen Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung enthalten ist, wie sie in 3 gezeigt ist.
    • 5a-5d sind Diagramme der Spannungs- und Stromstärkepegel, die eine Transkonduktanz des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC von 4 mit den Beiträgen aus der Einstufen-SMPC-Schaltung und der Primärstufen-SMPC-Schaltung darstellen.
    • 6 ist ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems, das in das Leistungsverteilungssystem der vorliegenden Offenbarung wie in 3 gezeigt eingegliedert ist.
    • 7a-7d sind der Spannungs- und Stromstärkepegel, die die Transkonduktanz des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC von 6 mit den Beiträgen aus der Einstufen-SMPC-Schaltung und der Primärstufen-SMPC-Schaltung darstellen.
    • 8 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems.
  • Genaue Beschreibung
  • Diese Offenbarung beschreibt ein Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System. Mindestens eine der mehreren Phasen ist eine einzelne Einstufen-SMPC-Schaltung und andere Phasen sind zweistufige SMPC-Schaltungen. Die Einstufen-SMPC-Schaltung ist in einer Leistungsverwaltungssteuereinheit instanziiert. Die mindestens eine Primärstufen-SMPC-Schaltung von Mehrstufen-SMPC-Schaltungen ist in ähnlicher Weise in der Leistungsverwaltungssteuereinheit instanziiert. Die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung ist in mindestens einer Systemfunktionseinheit instanziiert. In Ausführungsformen mit mehreren Funktionseinheiten sind die Sekundärstufen-SMPC-Schaltungen als getrennte Funktionseinheiten angeordnet, um den Funktionsschaltungen jeder Funktionseinheit Leistung zuzuführen. Die Leistungsverwaltungssteuereinheit und die Systemfunktionseinheit können separate physische Baugruppen, Chips mit integrierter Schaltung oder sogar separate Bereiche eines einzelnen Ein-Chip-Systems sein. Die Primärstufen-SMPC-Schaltung der Mehrstufen-Phasen wird unter Verwendung einer lokalen Steuerschleife gesteuert. Die Sekundärstufen-SMPC-Schaltungen werden unter Verwendung einer eigenen, unabhängigen Steuerschleife gesteuert.
  • Das Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System funktioniert wie folgt: bei sehr niedrigen Lasten arbeiten die Einstufen-Phasen unabhängig voneinander entweder in einem kontinuierlichen Leitungsmodus (CCM) oder einem diskontinuierlichen Leitungsmodus (DCM), die einen Strom für die Last der mindestens einen Funktionseinheit liefern. In dem Niederlastzustand werden die entfernten Sekundärstufen-Phasen deaktiviert und schalten nicht, während die Primärstufen in einem nahezu ruhigen Modus arbeiten, der eine Zwischenspannung aufrechterhält, die an die Sekundärstufen-Phasen geliefert werden soll. Wenn die Last steigt, beginnen die Einstufen-Phasen, ihre an die Last gelieferte Stromstärke zu erhöhen und arbeiten in dem kontinuierlichen Strommodus. Sobald die Laststromstärke einen Schwellenpegel erreicht hat, werden die Sekundärphasen aktiviert. Die Laststromstärke, die die Sekundärstufen-Phasen liefern, wird erhöht, wenn die gesamte Laststromstärke erhöht wird. Die Laststromstärke wird in allen Phasen relativ zueinander gut gesteuert, so dass die Stromstärke in allen Phasen ansteigt und alle Phasen zur gleichen Zeit die maximale Ausgangsstromstärke erreichen.
  • In Systemen, die einen weiten Bereich von Betriebsmodi einschließlich eines „Schlaf“-Modus erfordern, ist es wünschenswert, Induktoren mit verschiedenen Induktivitätswerten, Größen und Typen zu mischen.
  • Ein Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC (Abwärts-, Aufwärts- oder Abwärts-Aufwärts-Umsetzer) kann so strukturiert sein, dass einige der Phasen einstufig arbeiten, indem sie direkt von der Versorgungsspannung bis zu der Ausgangsspannung regeln, und andere Phasen in einer zweistufigen (oder mehrstufigen) Konfiguration arbeiten, wobei auf eine Zwischenspannung geregelt wird und dann bis zu der Ausgangsspannung geregelt wird. Bei dem Mehrphasen-SMPC arbeiten die Einstufen-Phasen bei niedrigen Lasten mit einer niedrigen Schaltfrequenz und die Mehrstufen-Phasen arbeiten bei einer hohen Schaltfrequenz bei hohen Lasten.
  • Die Steuerung der sämtlichen Phasen des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems ist leicht durchführbar, wenn alle Phasen unter Verwendung einer einzigen Leistungsverwaltungssteuerschaltung gesteuert werden. Die Leistungsverwaltungssteuerschaltung steuert jede Phase und hat daher Kenntnis des Zustands jeder Phase, um die erforderlichen Steuersignale bereitzustellen. 2 ist eine schematische Darstellung eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC, bei dem die Stufen der Mehrstufen-Phasen physisch in getrennte Funktionseinheiten getrennt sind. Das Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC weist eine Systemleistungsverwaltungseinheit 100 auf, die die Einstufen-Phasen und die Primärstufen-Phasen des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC enthält. Die Systemleistungsverwaltungseinheit 100 weist eine Leistungssteuerschaltung 110 zum Liefern von Steuersignalen an die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltungsphase 115a, ..., 115n auf. Die Einstufen-Phasen 115a, ..., 115n bestehen aus der Pulsbreitenmodulatorschaltung, die ähnlich der Steuerschaltung 10 von 1 und der Umschaltschaltung 15 von 1 ist. Jede der Einstufen-Phasen 115a, ..., 115n weist einen Induktor L11 , ..., L1n auf, wobei der Ausgang der Einstufen-Phasen 115a, ..., 115n mit dem ersten Anschluss der zugehörigen Induktoren L11 , ..., L1n verbunden ist. Die zweiten Anschlüsse der Induktoren L11 , ..., L1n sind mit dem ersten Anschluss des Lastkondensators CL und der elektronischen Last 130 verbunden. Die zweiten Anschlüsse des Lastkondensators CL und der elektronischen Last 130 sind mit der Massereferenzspannungsquelle verbunden. Der Lastkondensator CL und die elektronische Last 130 sind in der Systemfunktionseinheit 105 montiert, die physisch von der Systemleistungsverwaltungssteuerung 100 getrennt ist. Die Systemleistungsverwaltungssteuerung 100 und die Systemfunktionseinheit 105 können separate physische Baugruppen, Chips mit integrierten Schaltungen oder sogar getrennte Bereiche eines einzelnen Ein-Chip-Systems sein.
  • Die Leistungssteuerschaltung 110 liefert die Steuersignale an die mindestens eine Primärstufen-SMPC-Schaltung 120 der Mehrstufen-SMPC-Schaltung. Die Mehrstufen-SMPC-Schaltung weist die mindestens eine Primärstufen-SMPC-Schaltung 120 und die mehreren Phasen der entfernten Sekundärstufen-SMPC-Schaltung 125a, ..., 125n auf. Die entfernten Sekundärstufen-SMPC-Schaltungsphasen 125a, ..., 125n sind ebenfalls auf der Systemfunktionseinheit 105 montiert. Die Primärstufen-SMPC-Schaltung 120 der Mehrstufen-SMPC-Schaltung besteht aus der Pulsbreitenmodulatorschaltung, die ähnlich der Steuerschaltung 10 von 1 und der Umschaltschaltung 15 von 1 ist. Der Ausgang der Primärstufe 120 des Mehrstufen-SMPC ist mit dem ersten Anschluss des zugeordneten Induktors L21 verbunden. Die zweiten Anschlüsse des Induktors L21 sind mit Ausgangsanschlüssen des Systemleistungsverwaltungs-Controllers 100 verbunden, der seinerseits mit einem Eingangsanschluss der Systemfunktionseinheit 105 und damit mit den Eingängen der entfernten Sekundärstufen-SMPC-Schaltungsphasen 125a, ..., 125n verbunden ist.
  • Die mehreren Phasen der entfernten Sekundärstufen-SMPC-Schaltungsphasen 125a, ..., 125n der Mehrstufen-SMPC-Schaltung bestehen aus der Pulsbreitenmodulatorschaltung, die ähnlich der Steuerschaltung 10 von 1 und der Umschaltschaltung 15 von 1 ist. Die Ausgänge der mehreren Phasen der entfernten Sekundärstufen-SMPC-Schaltungsphasen 125a, ..., 125n der Mehrstufen-SMPC-Schaltung sind mit dem ersten Anschluss der zugeordneten Induktoren L31 , ..., L3n verbunden. Die zweiten Anschlüsse der zugeordneten Induktoren L31 , ..., L3n sind mit ersten Anschlüssen des Lastkondensators CL und der elektronischen Last 130 verbunden, um die Ausgangsspannung VOUT an die elektronische Last 130 zu liefern.
  • Die Leistungseinheit 110 ist mit einem oder mehreren Ausgangsanschlüssen der Leistungssystemverwaltungssteuerung 100 zur Verbindung mit einer Kommunikationsverbindung 135 verbunden, die mit einem Eingangsanschluss der Systemfunktionseinheit 105 und damit mit den Eingängen der entfernten Sekundärstufen-SMPC-Schaltungsphasen 125a, ..., 125n verbunden sind. Die Sekundärstufen-SMPC-Schaltungsphasen 125a, ..., 125n sind physisch nahe dem Punkt der elektronischen Last 130 angeordnet.
  • Eines der Probleme mit dem Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC von 2 ist eine Steuerung der entfernten Sekundärstufen-SMPC-Schaltungsphasen 125a, ..., 125n. Die Einstufen-SMPC-Schaltungsphasen 115a, ..., 115n, die Primärstufen-SMPC-Schaltungsphase 120 und die entfernten Sekundärstufen-SMPC-Schaltungsphasen 125a, ..., 125n müssen als Teil der Steuerung durch die Leistungssteuerschaltung 100 gesteuert werden, um das Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System unter Verwendung der gleichen Steuersignale für alle Phasen 115a, ..., 115n, 120 und 125a, ..., 125n vollständig zu steuern. Dies ermöglicht eine Maximierung des Wirkungsgrads. Dies erfordert jedoch signifikante Zwischenverbindungssignale zwischen den beiden physischen Baugruppen 100 und 105, die die Einstufen-SMPC-Schaltungsphasen 115a, ..., 115n, die Primärstufen-SMPC-Schaltungsphase 120 und die entfernten Sekundärstufen-SMPC-Schaltungsphasen 125a, ..., 125n enthalten.
  • Wenn mehrere Orte für die Einstufen-SMPC-Schaltungsphasen 115a, ..., 115n, die Primärstufen-SMPC-Schaltungsphase 120 und die entfernten Sekundärstufen-SMPC-Schaltungsphasen 125a, ..., 125n vorhanden sind, wird die Zwischenverbindungsverdrahtung für jedes der Steuersignale, die zwischen der Leistungsverwaltungssteuerschaltung und den Einstufen-Phasen, den Primärstufen-Phasen und den Sekundärstufen-Phasen verbunden werden sollen, kompliziert. Dies trifft insbesondere zu, wenn die Sekundärstufen-Phasen auf mehrere Systemfunktionseinheiten 105 verteilt sind und das Steuersignal nun auf mehreren Kommunikationsverbindungen 135 übertragen werden muss. Um die Steuersignale zu minimieren und die Kommunikationsverbindung 135 effektiv zu beseitigen, minimiert diese Offenbarung die Steuerverdrahtung, indem eine Zwischenspannung zwischen den Primär- und Sekundärstufen-Phasen gesteuert wird.
  • 3 ist ein Blockdiagramm einer elektronischen Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung. Die elektronische Vorrichtung weist eine Hauptleistungsquelle 200 wie beispielsweise eine Batterie oder Verbindungen mit dem Versorgungsnetz auf. Die Hauptleistungsquelle 200 liefert eine Spannung und eine Stromstärke an die Leistungsverwaltungsschaltung 205. Die Leistungsverwaltungsschaltung 205 weist eine Leistungssteuerschaltung auf, die Steuersignale zum Steuern der Einstufen-Phasen der SMPC-Schaltungen 215 und der Primärstufen-Phasen der Mehrstufen-Phasen der SMPC-Schaltungen 220 bereitstellt. Die Einstufen-Phasen der SMPC-Schaltungen 215 sind Abwärts-SMPCs, wie es in 1 gezeigt ist, Aufwärts-SMPC-Schaltungen, Abwärts-Aufwärts-SMPCs oder andere bekannte SMPCs. Die Einstufen-Phasen der SMPC-Schaltungen 215 sind dazu ausgelegt, eine niedrige Stromstärke für eine Niederlast-Stromstärkeanforderung bereitzustellen, und können nach Bedarf in dem CCM-Modus oder in dem DCM-Modus arbeiten.
  • Die Primärstufen-Phasen der Mehrstufen-Phasen der SMPC-Schaltungen 220 sind ebenso Abwärts-SMPCs, wie es in 1 gezeigt ist, Aufwärts-SMPC-Schaltungen, Abwärts-Aufwärts-SMPCs oder andere bekannte SMPCs. Die Primärstufen-Phasen der Mehrstufen-Phasen der SMPC-Schaltungen 220 liefern eine hohe Stromstärke als eine Hochlaststromstärke. Die Primärstufen-Phasen der Mehrstufen-Phasen der SMPC-Schaltungen 220 sind dazu ausgelegt, bei einer höheren Schaltfrequenz zu arbeiten, und weisen kleinere Komponentenbaugruppen als die Einstufen-Phasen der SMPC-Schaltungen 215 auf, wodurch das physische Format sparsamer wird.
  • Die Ausgangsverbindungen 225 und 230 der Einstufen-Phasen der SMPC-Schaltungen 215 und der Primärstufen-Phasen der SMPC-Schaltungen 220 sind mit der Funktionseinheit 235 des elektronischen Systems verbunden. Die Funktionseinheit 235 weist die Sekundärstufen-Phasen der SMPC-Schaltungen 240 auf, die mit dem Ausgang der Primärstufen-Phasen der SMPC-Schaltungen 220, mit dem Lastkondensator CL und mit der elektronischen Last des Funktionssystems 245 verbunden sind. Wenn die elektronische Last 245 in einem Niederlastzustand arbeitet, arbeiten die Einstufen-Phasen der SMPC-Schaltungen 215 in einem Niederlastzustand, der entweder in dem CCM-Modus oder in dem DCM-Modus ist. Wenn die Laststromstärke der elektronischen Last 245 steigt, erhöhen die Einstufen-Phasen der SMPC-Schaltungen 215 ihre Ausgangsstromstärken, bis ein Schwellenwert erreicht ist, wobei zu diesem Zeitpunkt die Sekundärstufen-Phasen 240 aktiviert werden. Die Primär- und Sekundärstufen-Phasen der SMPC-Schaltungen 220 und 240 beginnen, die hohen Stromstärkepegel an die elektronische Last 245 zu liefern. Um die notwendigen Steuerungen für die Sekundärstufen-Phasen 240 bereitzustellen, variieren die Primärstufen-Phasen 220 den Zwischenspannungspegel VIM an dem Ausgang der Primärstufen-Phasen 220.
  • Die Sekundärstufen-Phasen 240, die entfernt von der Systemfunktionseinheit 235 angeordnet sind, regeln auf einen festen Bruchteil der Zwischenspannung VIM . Für ein einfaches Beispiel sei angenommen, dass die entfernten Sekundärstufen-Phasen auf die Hälfte der Zwischenspannung VIM regeln. Das Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System wird dann eingestellt, um auf 0,8 V zu regeln. Die Primärstufen-Phasen 220 regeln die Zwischenspannung VIM auf 1,6 V. Die Sekundärstufen-Phase weist einen Widerstandsteiler 255 (nachstehend beschrieben) auf, der einen Eingangsanschluss aufweist, der angeschlossen ist, um die Zwischenspannung VIM zu empfangen, und der Mittelpunktanschluss des Widerstandsteilers 255 liefert eine Bruchteilspannung VREF3 , die mit der Ausgangsspannung VOUT verglichen wird. Dies bewirkt, dass das Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System auf die Hälfte der Versorgungsspannung regelt, die nach Bedarf 0,8 V beträgt. Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung jeder der Sekundärstufen-Phasen 240 gesteuert, um so geregelt zu werden, dass sie mit dem Ausgangsspannungspegel VOUT der Primärstufen-Phasen 215 übereinstimmt.
  • 4 ist ein schematisches Diagramm eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems, das in der elektronischen Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung einbezogen ist, wie es in 4 gezeigt ist. Die Leistungsverwaltungseinheit 205 weist die Leistungssteuerschaltung 210 auf, die mit den Einstufen-Phasen des SMPC 215 und den Primärstufen-Phasen 220 der Mehrstufen-Phasen verbunden ist. Der Mehrstufen-SMPC ist aus mindestens einer Primärstufen-Phase 220 ausgebildet, die mit mindestens einer Sekundärstufen-Phase 240 verbunden ist, die an der Systemfunktionseinheit 235 montiert ist. Die Sekundärstufen-Phase 240 kann mehrere Phasen sein und zusätzliche Stufen aufweisen, die effektiv eine Baumstruktur bilden. Die Einstufen-Phasen 215 sind als eine Stufe dargestellt, können jedoch mehrere Stufen sein. Es gibt keine theoretische Grenze für die Anzahl von Stufen. In Wirklichkeit senkt jede Stufe den Wirkungsgrad, so dass zwei Stufen potentiell die größte Anzahl von Stufen ist, die praktikabel ist. Die dargestellte Struktur dient der Einfachheit der Erläuterung.
  • Die Leistungssteuerschaltung 210 ist mit einem Digital/Analog-Umsetzer (DAU) 250 verbunden, der dazu ausgelegt ist, die Referenzspannungen VREF1 bzw. VREF2 an die Einstufen-Phasen 215 und die Primärstufen-Phasen 220 der Mehrstufen-Phasen zu liefern. Die Referenzspannung VREF1 , die aus dem Digital/Analog-Umsetzer 250 an die Einstufen-Phasen 215 geliefert wird, wird an einen Fehlerverstärker 217 angelegt. Der Fehlerverstärker 217 empfängt eine Hauptrückkopplungsspannung VFBM aus dem Sensor 270. Der Sensor 270 überwacht die Ausgangsspannung VOUT des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems. Der Ausgang der Einstufen-Phasen 215 ist über die Zwischenverbindung 225 mit dem Spannungsversorgungseingang der elektronischen Last 245 verbunden. Die Hauptrückkopplungsspannung VFBM gibt den Pegel der Ausgangsspannung VOUT an. Die Ausgabe des Fehlerverstärkers 217 ist ein Fehlersignal, das an die Steuerschaltung 218 angelegt wird. Ein zweiter Eingang der Steuerschaltung 218 ist das erste Modussteuersignal aus der Leistungssteuerschaltung 210. Das Fehlersignal und das erste Modussteuersignal erzeugen die Gatesignale für die Schalttransistoren MP und MN des Schaltabschnitts 219 zum Steuern der Induktorstromstärke in dem CCM-Modus oder in dem DCM-Modus.
  • Die Referenzspannung VREF2 , die aus dem Digital/Analog-Umsetzer 250 an die Primärstufen-Phasen 220 geliefert wird, wird an einen Fehlerverstärker 222 angelegt. Der Fehlerverstärker 222 empfängt eine Zwischenrückkopplungsspannung VFBIM direkt aus dem Ausgangsanschluss und der Zwischenverbindung 230, die den Pegel der Zwischenspannung VIM angibt, die durch die Primärstufen-Phasen erzeugt wird. Der Ausgang der Primärstufen-Phasen ist über die Zwischenverbindung 230 mit den Sekundärstufen-Phasen 240 in der Systemfunktionseinheit 235 verbunden. Die Ausgabe des Fehlerverstärkers 222 ist ein Fehlersignal, das an die Steuerschaltung 223 angelegt wird. Eine zweite Eingabe der Steuerschaltung 218 ist ein zweites Modussteuersignal aus der Leistungssteuerschaltung 210. Die Steuerschaltung 218 ist zum Kombinieren des Fehlersignals und des zweiten Modussteuersignals zum Erzeugen der Gatesignale für die Schalttransistoren MP und MN des Schaltabschnitts 224 zum Steuern der Induktorstromstärke IL durch den Induktor L ausgelegt. Der zweite Anschluss des Induktors L ist mit dem ersten Anschluss des Filterkondensators CFIM zum Filtern der Hochfrequenzkomponenten des Schaltsignalrauschens verbunden. Der zweite Anschluss des Filterkondensators CFIM ist mit der Massereferenzspannungsquelle verbunden. Der Verbindungspunkt des zweiten Anschlusses des Induktors L und des ersten Anschlusses des Filterkondensators CFIM ist mit dem Eingang der Systemfunktionseinheit 235 und somit mit dem Schaltabschnitt 268 und einer Zwischenspannungstransformationsschaltung 255 verbunden, um die gefilterte Zwischenspannung VIM bereitzustellen.
  • Die gezeigte Zwischenspannungstransformationsschaltung 255 ist ein Spannungsteiler, der durch die Widerstände R1 und R2 gebildet wird. Die Zwischenrückkopplungsspannung VFBIM ist an den ersten Anschluss des Widerstands R1 angelegt und der zweite Anschluss des Widerstands R1 ist mit dem ersten Anschluss des zweiten Widerstands R2 verbunden. Der zweite Anschluss des Widerstands R2 ist mit der Massereferenzspannungsquelle verbunden.
  • Die gemeinsame Verbindung der Widerstände R1 und R2 ist mit einem ersten Anschluss des Fehlerverstärkers 264 verbunden, um eine transformierte Zwischenspannung bereitzustellen, die die dritte Referenzspannung VREF3 bildet. Der zweite Anschluss des Fehlerverstärkers 264 empfängt eine sekundäre Rückkopplungsspannung VFB2 aus einem Sensor 275. Der Sensor 275 überwacht die Ausgangsspannung VOUT an dem Lastkondensator CL und dem Eingangsanschluss zu der elektronischen Last 245. Die Ausgabe des Fehlerverstärkers 264 wird dann an den Eingang der Steuerschaltung 266 angelegt.
  • Die gemeinsame Verbindung der Widerstände R1 und R2 ist mit einem ersten Anschluss einer Offsetspannungsquelle 260 verbunden. Der zweite Anschluss der Offsetspannungsquelle 260 ist mit einem ersten Eingang eines Komparators 264 verbunden. Der zweite Anschluss des Komparators 264 ist angeschlossen, um eine sekundäre Rückkopplungsspannung VFB2 aus dem Sensor 275 zu empfangen. Der Ausgang des Komparators 264 ist mit dem zweiten Eingang der Steuerschaltung 266 verbunden. Die Offsetspannungsquelle wird mit der dritten Referenzspannung VREF3 kombiniert, um eine Offsetreferenzspannung VOFFSET zu erzeugen. Die Offsetreferenzspannung VOFFSET wird mit der sekundären Rückkopplungsspannung VFB2 verglichen, um zu bestimmen, ob die Ausgangsspannung VOUT auf einen Spannungspegel abgesunken ist, auf dem die Sekundärstufen-Phasen deaktiviert werden sollen, oder die Ausgangsspannung VOUT so angestiegen ist, dass die Sekundärstufen-Phasen aktiviert werden sollen.
  • Der Komparator 264 und der Verstärker 262 empfangen die sekundäre Rückkopplungsspannung VFB2 aus dem Sensor 275 bei der Ausgangsspannung VOUT des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems. Dies ist ein Spannungssignal, das direkt mit dem Spannungspegel VOUT des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems zusammenhängt. In einigen Ausführungsformen kann die Ausgangsstromstärke durch den Sensor 275 als das Rückkopplungssignal erfasst werden. Dies ist in der Technik bekannt und wird nicht diskutiert.
  • Wenn die Ausgabe des Komparators 264 angibt, dass die Laststromstärke einen Schwellenwert unterschritten hat, deaktiviert die Steuerschaltung 266 die Schalttransistoren Mp und MN des Schaltabschnitts 268. Wenn die Ausgabe des Komparators 264 angibt, dass die Laststromstärke die Schwelle überschritten hat, und die Schalttransistoren MP und MN deaktiviert werden, schaltet die Steuersteuerschaltung 266 die Schalttransistoren Mp und MN gemäß den pulsbreitenmodulierten Steuersignalen aus der Steuerschaltung 266 ein, um die Ausgangsspannung VOUT zu steuern, um während der aktiven Periode der Sekundärstufen-Phasen 240 die Induktorstromstärke IL an den Lastkondensator CL und die elektronische Last 245 zu liefern.
  • Wenn Sekundärstufen-Phasen 240 Leistung an die elektronische Last 245 liefern, wird die Zwischenspannung VIM sinken, wenn die Primärstufen-Phasen 220 eine endliche Ausgangsimpedanz aufweisen. Um einen Spannungsabfall an dem Ausgang der Primärstufen-Phasen 220 zu verhindern, weisen die Primärstufen-Phasen 220 eine sehr hohe Gleichstromverstärkung eines integrierenden Steuersystems auf, um sicherzustellen, dass die statische Zwischenspannung den korrekten Spannungspegel beibehält. Durch das Filtern mit dem Zwischenfilterkondensator VIM wird jegliches vorübergehende Überschwingen und Unterschwingen entfernt.
  • Wenn die Einstufen-Phasen 215 unter Verwendung eines Proportional-Steuersystems gesteuert werden, das so ausgelegt ist, dass es eine endliche Ausgangsimpedanz aufweist, fällt die Ausgangsspannung proportional zu der Last. Um diese Eigenschaft zu nutzen, sind die Sekundärstufen-Phasen 240 mit der Quelle einer kleinen Offsetspannung 260 versehen, um sicherzustellen, dass die Sekundärstufen-Phasen 240 nicht schalten, wenn das mehrstufige, Mehrstufen-SMPC-System bei niedriger Last geregelt wird.
  • Diese Struktur der Primär- und Sekundärstufen-Phase wird korrekt regeln. Wenn die elektronische Last 235 auf eine niedrige Laststromstärke sinkt, regeln die Primärstufen-Phasen 220 bei der Zielzwischenspannung VIM und die entfernten Sekundärstufen-Phasen 240 schalten nicht. Wenn die von der elektronischen Last 245 benötigte Laststromstärke zunimmt, nimmt die Ausgangsspannung VOUT des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems ab, so dass der Komparator 264 die Schaltstufe aktiviert, um die entfernten Sekundärstufen-Phasen 240 einzuschalten Während die durch die elektronische Last 245 angeforderte Laststromstärke weiter zunimmt, sinkt die Ausgangsspannung VOUT weiter und alle Einstufen-Phasen 215, die Primärstufen-Phasen 220 und die Sekundärstufen-Phasen 240 erhöhen ihre Ausgangsstromstärke durch die Induktoren L.
  • 5a-5d sind Graphen der Spannungs- und Strompegel, die die Transkonduktanz des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC von 4 mit den Beiträgen aus den Einstufen-Phasen 215, den Primärstufen-Phasen 220 darstellen. Unter Bezugnahme auf 5a beginnt die Ausgangsspannung VOUT bei der Zielreferenzspannung VREF1 zu dem Zeitpunkt τo , wenn die Laststromstärke, die durch die elektronische Last 245 gesenkt wird, auf einem Minimum ist, wie es in 5b gezeigt ist. Wenn die elektronische Last 245 mehr Laststromstärke benötigt, nimmt die Ausgangsspannung VOUT bis zum Erreichen der Offsetschwellenspannung VOFFSET zu dem Zeitpunkt τ1 ab. Zu dem Zeitpunkt τ1 werden die Sekundärstufen-Phasen 240 aktiviert und die Ausgangsstromstärke IL der Sekundärstufen-Phasen 240 beginnt, von einem Nullpegel ab zuzunehmen. Vor der Zeit τ1 wird die Laststromstärke durch die Einstufen-Phasen 215 der Leistungsverwaltungseinheit 205 geliefert. Nach der Zeit τ1 ist die Laststromstärke IOUT zu der elektronischen Last 245 die Summe der Induktorstromstärken IL aus den Einstufen-Phasen 215 und den Sekundärstufen-Phasen 240.
  • Die Offsetschwellenspannung VOFFSET ist der Spannungspegel der Offsetspannungsquelle 264, der an den Komparator 264 angelegt wird, der die Aktivierung und Deaktivierung des Schaltabschnitts 268 der Sekundärstufen-Phasen 240 steuert. Die Zwischenspannung VIM ist die Ausgangsspannung der Primärstufen-Phasen 220 und ist ein festes Vielfaches der Offsetschwellenspannung VOFF - SET . In dem dargestellten Fall beträgt die Zwischenspannung VIM das Zweifache der Offsetschwellenspannung VOFFSET .
  • Die Induktorstromstärken IL aus den Einstufen-Phasen 215 und den Sekundärstufen-Phasen 240 steigen jeweils an, bis sie ihre jeweiligen Maximalstromstärken IMAX-PMU und IMAX-2ND erreichen. Die Laststromstärke IOUT zu der elektronischen Last 245 liegt dann bei ihrer Maximalstromstärke IMAX . In dem beschriebenen Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC verwenden weder die Einstufen-Phasen 215 noch die Sekundärstufen-Phasen 240 einen Integrator in der Steuerschleife. Die Primärstufen-Phasen 220 verwenden einen Integrator, um sicherzustellen, dass die Zwischenspannung VIM zur Steuerung verwendet werden kann. Der Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC hat daher eine endliche Ausgangsimpedanz und die Ausgangsspannung wird fallen, wenn die Laststromstärke erhöht wird.
  • 6 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC, der in das Leistungsverteilungssystem des SMPC der vorliegenden Offenbarung, wie er in 3 gezeigt ist, einbezogen ist. Die Leistungsverwaltungseinheit 205 weist die Leistungssteuerschaltung 210 auf, die mit den Einstufen-Phasen des SMPC 315 und der Erststufen-Phasen 320 der Mehrstufen-Phasen verbunden ist. Der Mehrstufen-SMPC wird von mindestens einer Primärstufen-Phase 320 gebildet, die mit mindestens einer Sekundärstufen-Phase 340 verbunden ist, die an der Systemfunktionseinheit 235 montiert ist. Die Sekundärstufen-Phase 340 kann mehrere Phasen sein und zusätzliche Stufen aufweisen, die effektiv eine Baumstruktur bilden. Die Einstufen-Phasen 315 sind als eine Stufe dargestellt, können jedoch mehrere Stufen sein. Die dargestellte Struktur dient der Einfachheit der Erläuterung.
  • Die Leistungssteuerschaltung 310 ist zum Bereitstellen der Referenzspannungen VREF1 317 ausgelegt und mit einer Steuerschaltung 317 der Einstufen-Phasen 315 verbunden. Die Steuerschaltung 317 empfängt eine Hauptrückkopplungsspannung VFBM aus dem Sensor 370. Der Sensor 370 überwacht die Ausgangsspannung VOUT des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems. Der Ausgang der Einstufen-Phasen 315 ist über die Zwischenverbindung 225 mit dem Spannungsversorgungseingang der elektronischen Last 245 verbunden. Die Hauptrückkopplungsspannung VFBM gibt den Pegel der Ausgangsspannung VOUT an. Die Ausgaben der Steuerschaltung 317 sind die Gatesignale für die Schalttransistoren Mp und MN des Schaltabschnitts 219 zum Steuern der Induktorstromstärke in dem CCM-Modus oder in dem DCM-Modus. Der Ausgang des Schaltabschnitts 317 ist über die Zwischenverbindung 225 mit dem Spannungsversorgungseingang der elektronischen Last 245 verbunden, um die Laststromstärke bereitzustellen. Die Stromstärkeüberwachung 319 erfasst die Induktorstromstärke IL, die an die elektronische Last 245 übertragen wird. Das Stromstärkeerfassungssignal VMON1 wird an die Steuerschaltung 317 übertragen. Die Steuerschaltung 317 bestimmt aus dem Stromstärkeerfassungssignal VMON1 , ob die Einstufen-Phasen in einem CCM-Modus oder DCM-Modus betrieben werden sollten und steuert die Gatesignale zu dem Schaltabschnitt 219 dementsprechend.
  • Das Erfassungssignal VMON1 wird dem Eingang der Steuerschaltung 321 der Primärstufen-Phasen 320 der Mehrstufen-Phasen zugeführt. Die Ausgänge der Steuerschaltung 321 sind mit dem Schaltabschnitt 322 verbunden, um die Aktivierung und Deaktivierung der Schalttransistoren Mp und MN zu steuern. Die Ausgangsstromstärke des Schaltabschnitts wird durch die Stromstärkeüberwachung 323 überwacht, und das Stromstärkeerfassungssignal VMON2 ist eine Schätzung des Wertes der Ausgangsstromstärke der Primärstufen-Phasen 320. Das Stromstärkeerfassungssignal VMON2 ist an eine Transformationsschaltung 324 angelegt, die dazu ausgelegt ist, den Wert von der Ausgangsstromstärke der Primärstufen-Phasen 320 und somit der Eingangsstromstärke der Sekundärstufen-Phasen 340 auf annähernd den Wert der Ausgangsstromstärke der Sekundärstufen-Phasen 340 zu transformieren. Das transformierte Stromstärkeüberwachung VMON2T ist an einen zweiten Eingang der Steuerschaltung 321 angelegt.
  • Das erste Stromstärkeerfassungssignal VMON1 und das transformierte Stromstärkeerfassungssignal VMON2T werden verglichen und der Vergleich wird verwendet, um die relative Ausgangsstromstärke der Einstufen-Phasen 315 und die Ausgangsstromstärke der Sekundärstufen-Phasen 340 so zu regeln, dass sie gut gesteuert sind. In einigen Ausführungsformen wird das transformierte Stromstärkeerfassungssignal VMON2T mit einem Schwellen-Ruhestromstärkewert verglichen, um festzustellen, ob die Sekundärstufen-Phasen 340 aktiviert oder deaktiviert sind.
  • Der Schaltabschnitt 322 überträgt die Induktorstromstärke IL durch die Stromstärkeüberwachung 323 an den Ausgangsanschluss der Primärstufen-Phasen 320, damit sie an den Filterkondensator CFIM angelegt wird, der die Hochfrequenzkomponenten aus der Zwischenspannung VIM filtert. Die Zwischenspannung VIM wird durch die Verbindung 230 an den Eingangsanschluss der sekundären Phasenphasen 340 in der Systemfunktionseinheit 235 übertragen. Der Eingangsanschluss der sekundären Phasenphasen 240 ist mit einer Zwischenspannungstransformationsschaltung 255 verbunden, um die gefilterte Zwischenspannung VIM bereitzustellen.
  • Die gezeigte Zwischenspannungstransformationsschaltung 255 ist ein Spannungsteiler, der von den Widerständen R1 und R2 gebildet wird. Die Zwischenrückkopplungsspannung VFBIM ist an den ersten Anschluss des Widerstands R1 angelegt und der zweite Anschluss des Widerstands R1 ist mit dem ersten Anschluss des zweiten Widerstands R2 verbunden. Der zweite Anschluss des Widerstands R2 ist mit der Massereferenzspannungsquelle verbunden.
  • Die gemeinsame Verbindung der Widerstände R1 und R2 ist mit einem ersten Anschluss des Fehlerverstärkers 264 verbunden, um eine transformierte Zwischenspannung bereitzustellen, die die dritte Referenzspannung VREF3 bildet. Der zweite Anschluss des Fehlerverstärkers 264 empfängt eine sekundäre Rückkopplungsspannung VFB2 aus dem Sensor 275. Der Sensor 275 überwacht die Ausgangsspannung VOUT an dem Lastkondensator CL und dem Eingangsanschluss zu der elektronischen Last 245. Die Ausgabe des Fehlerverstärkers 264 ist dann an den Eingang der Steuerschaltung 266 angelegt.
  • Die gemeinsame Verbindung der Widerstände R1 und R2 ist mit einem ersten Anschluss einer Offsetspannungsquelle 260 verbunden. Der zweite Anschluss der Offsetspannungsquelle 260 ist mit einem ersten Eingang eines Komparators 264 verbunden. Der zweite Eingangsanschluss des Komparators 264 angeschlossen, um eine zweite Rückkopplungsspannung VFB2 aus dem Sensor 275 zu empfangen. Der Ausgang des Komparators 264 ist mit dem zweiten Eingang der Steuerschaltung 266 verbunden. Die Offsetspannungsquelle wird mit der dritten Referenzspannung VREF3 kombiniert, um eine Offsetreferenzspannung VOFFSET zu erzeugen. Die Offsetreferenzspannung VOFFSET wird mit der sekundären Rückkopplungsspannung VFB2 verglichen, um zu bestimmen, ob die Ausgangsspannung VOUT auf einen Spannungspegel abgesunken ist, bei dem die Sekundärstufen-Phasen deaktiviert werden sollen, oder die Ausgangsspannung VOUT so angestiegen ist, dass die Sekundärstufen-Phasen aktiviert werden sollen.
  • Wenn die Ausgabe des Komparators 264 angibt, dass die Laststromstärke eine Schwelle unterschritten hat, deaktiviert die Steuerschaltung 266 die Schalttransistoren Mp und MN des Schaltabschnitts 268. Wenn die Ausgabe des Komparators 264 angibt, dass die Laststromstärke die Schwelle überschritten hat und die Schalttransistoren MP und MN deaktiviert werden, schaltet die Steuerschaltung 266 die Schalttransistoren Mp und MN gemäß den pulsbreitenmodulierten Steuersignalen aus der Steuerschaltung 266 ein, um die Ausgangsspannung VOUT zu steuern, um während der aktiven Periode der Sekundärstufen-Phasen 240 die Induktorstromstärke IL an den Lastkondensator CL und die elektronische Last 245 zu liefern.
  • Wie oben erwähnt, müssen die Sekundärstufen-Phasen 340 bei niedriger Laststromstärke an einem Schalten gehindert werden. In einer Ausführungsform wird die Offsetspannung VOFFSET anstatt in den entfernten Sekundärstufen-Phasen zu der Zwischenspannung als die Offsetspannungsquelle 260 addiert. Der Pegel der Offsetspannung VOFFSET wird von der Leistungssteuerschaltung 210 über die Offsetsteuerverbindung 360 gesteuert. Wie oben bemerkt bestimmt das Überwachen der Ausgangsstromstärke der Primärstufen-Phasen mit der Stromstärkeüberwachung 323, die durch die Zwischenspannung erforderlich ist, dass die Sekundärstufen-Phasen 340 aktiviert oder deaktiviert werden. Wenn der Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC eine niedrige Laststromstärke an die elektronische Last 245 liefert, befiehlt die Leistungssteuerschaltung 210 den Primärstufen-Phasen, die Zwischenspannung VIM zu reduzieren, bis die Sekundärstufen-Phasen 340 aufhören zu schalten. Wenn die Sekundärstufen-Phasen 340 aufhören zu schalten, detektiert die Stromstärkeüberwachung 323 die Beendigung des Schaltens durch einen Abfall der Laststromstärke, die den Sekundärstufen-Phasen 340 zugeführt wird.
  • In einigen Ausführungsformen werden die Einstufen-Phasen 315 und die Sekundärstufen-Phasen 340 unter Verwendung einer Hochgleichstromverstärkungsschleife mit einer Integrationsfunktion geregelt, um eine Gleichspannungsausgangsimpedanz von null sicherzustellen. Die Zwischenspannung VIM muss so gesteuert werden, dass sie linear steigt, wenn der Laststromstärke der Sekundärphasen 340 erhöht wird. In anderen Ausführungsformen werden die Einstufen-Phasen 315 und die Sekundärstufen-Phasen 340 unter Verwendung einer endlichen Ausgangsimpedanz gesteuert. In diesem Fall wird dann, wenn die Zielspannung erhöht wird, die Ausgangsstromstärke der Einstufen-Phasen 315 und der sekundären Phasenphasen 340 so zunehmen, dass die Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC eine effektive Gleichspannungsausgangsimpedanz von null aufweist.
  • 7a-7d sind Graphen der Spannungs- und Stromstärkepegel, die die Transkonduktanz des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC von 6 mit den Beiträgen aus den Einstufen-Phasen 315 und den Primärstufen-Phasen 320 darstellen. Die Einstufen-Phasen 315 und die Primärstufen-Phasen 320 weisen jeweils eine Rückkopplungsschleife auf, die als Integrator ausgelegt ist, um sicherzustellen, dass der Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC eine effektive Gleichspannungsausgangsimpedanz von null aufweist. Die effektive Gleichspannungsausgangsimpedanz von null legt fest, dass die statische Ausgangsspannung VOUT immer exakt gleich der Zielreferenzspannung VREF3 ist, wie es in 7a gezeigt ist. Die Sekundärstufen-Phasen 340 sind nicht so konfiguriert, dass sie einen Integrator in ihrer Steuerrückkopplungsschleife aufweisen. Die Zieloffsetschwellenspannung VOFFSET wird nun so gesteuert, dass sie steigt, wenn die Ausgangsstromstärke IPMU der Einstufen-Phasen 315 und der Primärstufen-Phasen 320 ansteigt. Der Anstieg der Zieloffsetschwellenspannung VOFFSET ist ein Ergebnis davon, dass die Leistungssteuerschaltung 210 veranlasst, dass die Primärstufen-Phasen 320 die Zwischenspannung VIM erhöhen, um zu erzwingen, dass die Zwischenspannung VIM ein festes Vielfaches der beabsichtigten Zieloffsetschwellenspannung VOFFSET ist.
  • Unter Bezugnahme auf 7a beginnt die Ausgangsspannung VOUT bei der Zielreferenzspannung VREF1 zu dem Zeitpunkt τ0 , zu dem die Laststromstärke, die durch die elektronische Last 245 gesenkt wird, auf einem Minimum ist, wie es in 7b gezeigt ist. Wenn die elektronische Last 245 mehr Laststromstärke benötigt, steigt die Offsetschwellenspannung VOFFSET an, bis sie den Pegel der Ausgangsspannung VOUT zu dem Zeitpunkt τ1 erreicht. Zu dem Zeitpunkt τ1 , zu dem die Offsetschwellenspannung VOFFSET auf dem geeigneten Pegel ist, der größer als die Rückkopplungsspannung VFB der Sekundärstufen-Phasen 240 ist, werden die Sekundärstufen-Phasen 340 aktiviert und der Ausgangsstromstärke I2nd der Sekundärstufen-Phasen 340 beginnt, von einem Pegel von null zuzunehmen. Vor der Zeit τ1 wird die Laststromstärke von den Einstufen-Phasen 315 der Leistungsverwaltungseinheit 205 geliefert. Nach der Zeit τ1 ist die Laststromstärke IOUT der elektronischen Last 245 die Summe der Induktorstromstärken IL aus den Einstufen-Phasen 315 und den Sekundärstufen-Phasen 340.
  • Die Offsetschwellenspannung VOFFSET ist an den Komparator 264 angelegt, der die Aktivierung und Deaktivierung des Schaltabschnitts 268 der Sekundärstufen-Phasen 240 steuert. Die Zwischenspannung VIM ist die Ausgangsspannung der Primärstufen-Phasen 220 und ist ein festes Vielfaches der Offsetschwellenspannung VOFF - SET .
  • Die Induktorstromstärken IL aus den Einstufen-Phasen 215 und den Sekundärstufen-Phasen 240 steigen jeweils an, bis sie ihre jeweiligen Maximalstromstärken IMAX-PMU und IMAX-2ND erreichen. Der Laststromstärke IOUT zu der elektronischen Last 245 ist dann bei ihrer Maximalstromstärke IMAX . Die Ausgangsspannung VOUT des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC bleibt konstant, wenn die Ausgangsstromstärke IOUT ansteigt. Da die Ausgangsspannung VOUT des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC konstant bleibt, nimmt die Zwischenspannung VIM ab und somit nimmt die Offsetschwellenspannung VOFFSET ab.
  • Der Integrator in der Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Steuerschleife vergleicht die Differenz zwischen der Referenzspannung VREF1 und der tatsächlichen Ausgangsspannung VOUT des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC. Dann integriert er diesen Fehler über die Zeit und verschiebt die Zwischenspannung VIM nach Bedarf, um diesen Fehler auf null zu reduzieren. Wenn die Ausgangsspannung VOUT zu niedrig ist, erhöht die Steuerschleife die Amplitude der Zwischenspannung VIM . Der Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC reagiert dann, indem er die Ausgangsspannung VOUT erhöht, und dies verringert den Spannungsfehler an dem Ausgang des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC. Dieser Prozess wird solange fortgesetzt, bis der Fehler null ist. Bei sehr hohen Lasten kann der Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC nicht mehr korrekt regeln und die Zwischenspannung VIM kann in Sättigung gelangen. In diesem Fall beginnt die Ausgangsspannung VOUT mit zunehmender Last zu fallen.
  • 8 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems. Das Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System wird durch Bilden (Box 500) von Einstufen-SMPC-Schaltungsphasen und Anordnen auf einer ersten Baugruppe einer elektronischen Vorrichtung strukturiert, wobei die Einstufen-Phasen mit einem Lastkondensator und einer elektronischen Last, die auf einer zweiten Baugruppe montiert ist, verbunden sind. Das Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System wird ferner durch Bilden (Box 505) der SMPC-Primärstufenphasen eines Mehrstufen-SMPC und Anordnen auf der ersten Baugruppe strukturiert. Das mehrstufige, Mehrstufen-SMPC-System wird ferner durch Bilden (Box 510) von Sekundärstufen-SMPC-Schaltungsphasen eines Mehrstufen-SMPC und Anordnen auf der zweiten Baugruppe weiter strukturiert. Der Ausgang der Primärstufenphasen ist mit den Sekundärstufenphasen durch Zwischenverbindungen von der ersten Baugruppe zu der zweiten Baugruppe verbunden. Der Ausgang der Sekundärstufenphasen ist mit dem Lastkondensator und der elektronischen Last durch Zwischenverbindungen aufder zweiten Baugruppe verbunden.
  • Die erste Baugruppe und die zweite Baugruppe können separate und diskrete Leiterplatten sein. Alternativ können die erste Baugruppe und die zweite Baugruppe getrennte und diskrete integrierte Schaltungen sein, die auf einem gemeinsamen Träger (Chipbaugruppe oder Leiterplatte) montiert sind. Zudem können die erste Baugruppe und die zweite Baugruppe separate Funktionsabschnitte innerhalb eines integrierten Schaltkreises sein. Die erste Baugruppe ist entfernt von der zweiten Baugruppe angeordnet und steuert die Leistungsverteilung auf die zweite Baugruppe für die funktionalen elektronischen Schaltungen funktionell.
  • Der Betrieb eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems beginnt mit Aktivieren (Box 515) einer Hauptleistungsquelle, um Leistung an die erste Baugruppe der elektronischen Vorrichtung, die das Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System enthält, zu liefern. Die an die erste Baugruppe gelieferte Leistung wird somit an die Einstufen-Phasen und die Einstufen-Phasen geliefert. Die Laststromstärke wird aktiviert und die an die elektronische Last angelegte Spannung wird geregelt und die Last verifiziert (Box 520). Die Laststromstärke wird überwacht (Box 525), um zu bestimmen, ob sie zunimmt oder abnimmt. Wenn die Stromstärke abnimmt, wird eine Zwischenspannung aus den Primärstufenphasen abgesenkt, so dass dann, wenn die transformierte oder geteilte Zwischenspannung mit der Ausgangsspannung der Sekundärstufenphase verglichen wird, die Sekundärstufenphase deaktiviert wird (Box 530).
  • In einigen Ausführungsformen weisen die Sekundärstufenphasen einen Offsetspannungsgenerator auf, der zu der Zwischenspannung für den Vergleich mit der Ausgangsspannung der Sekundärphasenphase addiert wird. In anderen Ausführungsformen wird die Zwischenspannung selbst für den Vergleich zum Steuern der Aktivierung und Deaktivierung der Sekundärstufenphasen angepasst.
  • Wenn die Sekundärstufenphasen deaktiviert sind, wird die Laststromstärke durch die Einstufen-Phasen, die in einem CCM-Modus arbeiten, bereitgestellt (Box 535). Wenn die Laststromstärke weiter abnimmt, werden die Einstufen-Phasen (Box 535) fortschreitend deaktiviert, bis eine einzelne Einstufen-Phase in dem DCM-Modus arbeitet.
  • Wenn die Stromstärke erhöht wird, erhöhen die Einstufen-Phasen die Ausgangsstromstärke oder es wird, im Fall der mehrfachen Einstufen-Phasen, begonnen, Phasen hinzuzufügen, bis alle Phasen aktiviert sind, um im CCM-Modus zu arbeiten (Box 540). Zu diesem Zeitpunkt nimmt die Zwischenspannung der Primärstufenphasen zu. Die transformierte Zwischenspannung wird durch eine Offsetspannung, entweder durch den Offsetspannungsgenerator in der Sekundärphasenstufe oder der Zwischenspannung direkt durch die Primärstufenphasen zugeführt, versetzt und mit der Ausgangsspannung der Sekundärstufenphase verglichen. Wenn der Vergleich angibt, dass eine Zunahme der Laststromstärke zu der elektronischen Last zunimmt, werden die Sekundärstufenphasen aktiviert (Box 545) und beginnen, die Ausgangsspannung abhängig von der Zwischenspannung zu regeln, so wie sie durch die Primärstufenphasen und den Ausgangsfilterkondensator geregelt (Box 550) und gefiltert (Box 555) wird.
  • Die Laststromstärke zu der elektronischen Last wird ständig auf Erhöhen oder Verringern überwacht (Box 525) und die Phasen des Mehrphasen-Mehrstufen-Schaltleistungssystems verwenden die Zwischenspannung zum Steuern der Ausgangsspannung der Sekundärphasen und zum Liefern der Eingangsspannung an die Sekundärstufenphasen. Die Zwischenspannung wird so gesteuert, dass die Sekundärstufenphasen den korrekten Anteil der Gesamtlaststromstärke ausgeben, obwohl die Ausgangsspannung des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems auf der Zielspannung bleibt.

Claims (51)

  1. Mehrphasen-Mehrstufen-Schaltleistungsumsetzersystem (Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System), das umfasst: mindestens eine Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (215), die dazu ausgelegt ist, eine Eingangsspannung (V_IN) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems in eine Ausgangsspannung (V_OUT) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems umzusetzen, und die mit einer elektronischen Lastschaltung verbunden ist, um die Ausgangsspannung (V_OUT) an die elektronische Lastschaltung (245) zu übertragen; und mindestens eine Mehrstufen-Phasen-SMPC-Schaltung, die umfasst: mindestens eine Primärstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (220), die dazu ausgelegt ist, eine Eingangsspannung (V_IN) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems in eine Zwischenspannung (VIM) umzusetzen, und mindestens eine Sekundärstufen-Phase (240) der Mehrstufen-SMPC-Schaltung, die angeschlossen ist, um die Zwischenspannung (VIM) aus der mindestens einen Primärstufen-SMPC-Schaltung (220) zu empfangen, und die dazu ausgelegt ist, die Zwischenspannung (VIM) in eine Ausgangsspannung (V_OUT) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems umzusetzen, wobei die mindestens eine Sekundärstufe (240) der Mehrstufen-Schaltleistungsversorgungsschaltung umfasst: einen Spannungsaufbereiter (255), der dazu ausgelegt ist, die Zwischenspannung (VIM) so zu transformieren, dass sie annähernd auf dem Pegel der Ausgangsspannung (V_OUT) ist, um als eine Referenzspannung (VREF3) für die Sekundärstufe (240) beim Bestimmen der Schaltcharakteristiken der Sekundärstufen-SMPC-Schaltung (240) zu fungieren.
  2. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Primärstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (220) in unmittelbarer Nähe zu der mindestens einen Einstufen-Mehrphasen-SMPC-Schaltung (215) angeordnet ist.
  3. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eine Sekundärstufen-Phase (240) der Mehrstufen-SMPC-Schaltung entfernt von der mindestens einen Primärstufen-SMPC-Schaltung (220) und in unmittelbarer Nähe der elektronischen Lastschaltung (245) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems angeordnet ist.
  4. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Primärstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (220) und die mindestens eine Einstufen-Mehrphasen-SMPC-Schaltung (215) innerhalb einer ersten Funktionseinheit (205) eines elektronischen Systems angeordnet sind.
  5. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Sekundärstufen-SMPC-Schaltung (240) innerhalb einer entfernten zweiten Funktionseinheit (235) angeordnet ist, um sich in unmittelbarer Nähe zu den Funktionsschaltungen der elektronischen Lastschaltung (245) zu befinden.
  6. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Leistungssteuerschaltung (210) umfasst, die direkt mit der mindestens einen Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (215) und der mindestens einen Primärstufen-Phase (220) mindestens einer Mehrstufen-SMPC-Schaltung verbunden ist und dazu ausgelegt ist, einen Referenzpegel (VREF, VREF2) an die mindestens eine Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (215) und die mindestens eine Primärstufen-Phase (220) zu übertragen.
  7. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach Anspruch 6, wobei die Referenz (VREF, VREF2) eine Referenzspannung, eine Referenzstromstärke oder eine digitale Darstellung des Referenzpegels ist.
  8. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung (215) und die mindestens eine Primärstufen-Phase (220) jeweils einen Digital/Analog-Umsetzer (250) zum Umsetzen der digitalen Darstellung des Referenzpegels in eine Referenzspannung (VREF, VREF2) oder eine Referenzstromstärke zum Steuern eines Pulsbreitenmodulators (217, 222) und damit der Schaltzeit einer Umschaltschaltung (219, 224) innerhalb der mindestens einen Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (215) und der mindestens einen Primärstufen-Phase (220) umfassen.
  9. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausgang der mindestens einen Primärstufen-Phase (220) mit einem Filter (L, CL) zum Entfernen von Rauschen aus der Zwischenspannung (VIM) verbunden ist.
  10. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (240) dazu ausgelegt ist, den Betrieb eines Schaltabschnitts der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (240) anzuhalten, wenn sich die Laststromstärke wie durch die Zwischenspannung (VIM) angegeben einem Nullpegel annähert.
  11. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach Anspruch 10, wobei dann, wenn die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (240) den Schaltbetrieb anhält, da sich die Laststromstärke dem Nullpegel annähert, die mindestens eine Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (215) dazu ausgelegt ist, die Laststromstärke an die Last (245) zu liefern.
  12. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (215) dazu ausgelegt ist, einen Betrieb von einem kontinuierlichen Modus in einen diskontinuierlichen Modus umzuschalten.
  13. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Primärstufen-Phase (220) so ausgelegt ist, dass sie eine sehr große Gleichstromverstärkung aufweist, um sicherzustellen, dass die Zwischenspannung (VIM) immer korrekt ist und nicht mit einer plötzlichen Erhöhung der Laststromstärke des Ausgangs der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (240) abfällt.
  14. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (240) dazu ausgelegt ist, eine kleine Offsetspannung (260) zu erzeugen, die zu der Zwischenspannung (VIM) addiert wird und mit der Ausgangsspannung (V_OUT) verglichen wird.
  15. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach Anspruch 14, wobei dann, wenn der Vergleich der kleinen Offsetspannung (260), so wie sie zu der Zwischenspannung (VIM) addiert ist, und der Ausgangsspannung (V_OUT) angibt, dass die Laststromstärke (IL) abnimmt, die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (240) deaktiviert wird und dann die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung (220) die Ausgangsspannung korrekt regelt.
  16. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach Anspruch 15, wobei dann, wenn die Laststromstärke ansteigt, die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung (215) die Laststromstärke zunehmend höher bereitstellt, bis der Vergleich angibt, dass die Laststromstärke drastisch auf einen Hochlastzustand ansteigt, und die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (220) aktiviert wird.
  17. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung (315) eine erste Stromstärkeüberwachung (319) umfasst, die dazu ausgelegt ist, die Ausgangsstromstärke der mindestens einen Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (315) zu überwachen und ein Einstufen-Ausgangsstromstärkenerfassungssignal (VMON1) zu erzeugen, das von der ersten Stromstärkeüberwachung (319) an einen Eingang der mindestens einen Primärphasenstufen-Phase (320) übertragen wird.
  18. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach Anspruch 17, wobei die mindestens eine Primärstufen-Phase (320) umfasst: eine zweite Stromstärkeüberwachung (323), die dazu ausgelegt ist, die Stromstärke an dem Ausgang der mindestens einen Primärstufe (320) zu erfassen, um ein Stromstärkeerfassungssignal (VMON2) zu erzeugen; eine Transformationsschaltung (324), die mit einem Ausgang der zweiten Stromstärkeüberwachung (323) in Verbindung steht, um das Stromstärkeerfassungssignal (VMON2) zu empfangen, und dazu ausgelegt ist, das Stromstärkeerfassungssignal (VMON2) so zu transformieren, dass es ein transformiertes Primärstufen-Ausgangsstromstärkeerfassungssignal (VMON2T) ist, das einen Strompegel angibt, der ungefähr zu der Ausgangsstromstärke der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (340) äquivalent ist; und eine Steuerschaltung (321), die mit der ersten Stromstärkeüberwachung (319) zum Empfangen des Einstufen-Ausgangsstromstärkenerfassungssignals (VMON1) in Verbindung steht und mit der Transformationsschaltung (324) zum Empfangen des transformierten Primärstufen-Ausgangsstromstärkenerfassungssignals (VMON2T) in Verbindung steht und dazu ausgelegt ist, das Einstufen-Ausgangsstromstärkenerfassungssignal (VMON1) und das transformierte Primärstufen-Ausgangsstromstärkenerfassungssignal (VMON2T) zu vergleichen, um die Ausgangsstromstärke der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (340) in Bezug auf die Ausgangsstromstärke der mindestens einen Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (315) zu steuern.
  19. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach Anspruch 18, wobei dann, wenn die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) zu viel Stromstärke im Vergleich mit der mindestens einen Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (315) liefert, die mindestens eine Primärstufen-Phase (320) dazu ausgelegt ist, die Zwischenspannung (VIM) zu reduzieren, um zu bewirken, dass die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) auf eine etwas niedrigere Spannung (V_OUT) regelt, um zu bewirken, dass die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) ihre Ausgangsstromstärke verringert.
  20. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach Anspruch 19, wobei dann, wenn die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) zu wenig Stromstärke im Vergleich mit der mindestens einen Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (315) liefert, die mindestens eine Primärstufen-Phase (320) dazu ausgelegt ist, die Zwischenspannung (VIM) zu erhöhen, um zu bewirken, dass die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) auf eine etwas höhere Spannung regelt, um zu bewirken, dass die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) ihre Ausgangsstromstärke erhöht.
  21. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach Anspruch 20, wobei dann, wenn die Laststromstärke der Zwischenspannung (VIM) auf einen Pegel sinkt, der angibt, dass die Laststromstärke der mindestens einen Sekundärstufen-Phase einen Schwellenstrompegel erreicht hat, der angibt, dass die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (245) deaktiviert werden muss, die mindestens eine Primärstufen-Phase (320) dazu ausgelegt ist, den Pegel der Zwischenspannung (VIM) so zu verringern, dass dann, wenn der transformierte Zwischenspannungspegel (VMON2T) mit dem Ausgangsspannungspegel (V_OUT) verglichen wird, die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) deaktiviert wird und die mindestens eine Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (315) die Regelung der Ausgangsspannung (V_OUT) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems aufrechterhält.
  22. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach Anspruch 21, wobei dann, wenn die Laststromstärke der Zwischenspannung (VIM) auf einen Pegel ansteigt, der angibt, dass die Laststromstärke der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (340) einen Schwellenstrompegel erreicht hat, der angibt, dass die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) aktiviert werden muss, die mindestens eine Primärstufen-Phase (320) dazu ausgelegt ist, den Pegel der Zwischenspannung (VIM) so zu erhöhen, dass dann, wenn der transformierte Zwischenspannungspegel (VMON2T) mit dem Ausgangsspannungspegel (V_OUT) verglichen wird, die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) aktiviert wird und die mindestens eine Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (315) und die mindestens eine Sekundärstufen-Phase die Regelung der Ausgangsspannung (V_OUT) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems aufrechterhalten.
  23. Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Primärstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (320) dazu ausgelegt ist, die Zwischenspannung (VIM) so zu überwachen und zu steuern, dass eine Laststromstärke der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (340) der Mehrstufen-SMPC-Schaltung ein korrekter Teil der Gesamtlaststromstärke ist.
  24. Elektronische Vorrichtung, die umfasst: eine elektronischer Lastschaltung (245), die auf mindestens einer ersten Komponentenbaugruppe (235) angeordnet ist; ein Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System, das auf einer zweiten Komponentenbaugruppe (205) und der mindestens einen ersten Komponentenbaugruppe (235) angeordnet ist, wobei ein Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System umfasst: mindestens eine Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (215), die auf der zweiten Komponentenbaugruppe (205) angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, eine Eingangsspannung (V_IN) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems in eine Ausgangsspannung (V_OUT) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems umzusetzen, und die mit der elektronischen Lastschaltung (245) verbunden ist, um die Ausgangsspannung (V_OUT) an die elektronische Lastschaltung (245) zu übertragen; und; mindestens eine Mehrstufen-Phasen-SMPC-Schaltung, die umfasst: mindestens eine Primärstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (220), die auf der zweiten Komponentenbaugruppe (205) angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, eine Eingangsspannung (V_IN) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems in eine Zwischenspannung (VIM) umzusetzen, und mindestens eine Sekundärstufen-Phase (240) der Mehrstufen-SMPC-Schaltung, die angeschlossen ist, um die Zwischenspannung (VIM) von der mindestens einen Primärstufen-SMPC-Schaltung (220) zu empfangen, auf der ersten Komponentenbaugruppe (235) angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, die Zwischenspannung (VIM) in eine Ausgangsspannung (V_OUT) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems umzusetzen, wobei die mindestens eine Sekundärstufe (240) der Mehrstufen-Schaltleistungsversorgungsschaltung umfasst: einen Spannungsaufbereiter (255), der dazu ausgelegt ist, die Zwischenspannung (VIM) so zu transformieren, dass sie annähernd auf dem Pegel der Ausgangsspannung (V_OUT) ist, um als eine Referenzspannung (VREF3) für die Sekundärstufe (240) beim Bestimmen der Schaltcharakteristiken der Sekundärstufen-SMPC-Schaltung (240) zu fungieren.
  25. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die mindestens eine Primärstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (220) in unmittelbarer Nähe zu der mindestens einen Einstufen-Mehrphasen-SMPC-Schaltung (205) angeordnet ist.
  26. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, wobei mindestens eine Sekundärstufen-Phase (240) der Mehrstufen-SMPC-Schaltung entfernt von der mindestens einen Primärstufen-SMPC-Schaltung (220) und in unmittelbarer Nähe der elektronischen Lastschaltung (245) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems angeordnet ist.
  27. Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei das Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System ferner eine Leistungssteuerschaltung (210) umfasst, die direkt mit der mindestens einen Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (215) und der mindestens einen Primärstufen-Phase (220) mindestens einer Mehrstufen-SMPC-Schaltung verbunden ist und dazu ausgelegt ist, einen Referenzpegel (VREF1, VREF2) an die mindestens eine Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (215) und die mindestens eine Primärstufen-Phase (220) zu übertragen.
  28. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei der Referenzpegel (VREF1, VREF2) eine Referenzspannung, eine Referenzstromstärke oder eine digitale Darstellung des Referenzpegels ist.
  29. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung (215) und die mindestens eine Primärstufen-Phase (220) jeweils einen Digital/Analog-Umsetzer (250) zum Umsetzen der digitalen Darstellung des Referenzpegels (VREF1, VREF2) in eine Referenzspannung oder eine Referenzstromstärke zum Steuern eines Pulsbreitenmodulators (217, 222) und damit der Schaltzeit einer Umschaltschaltung (219, 224) innerhalb der mindestens einen Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (215) und der mindestens einen Primärstufen-Phase (220) umfassen.
  30. Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei der Ausgang der mindestens einen Primärstufen-Phase (220) mit einem Filter (CFIM) zum Entfernen von Rauschen aus der Zwischenspannung (VIM) verbunden ist.
  31. Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (240) dazu ausgelegt ist, den Betrieb anzuhalten, wenn sich die Laststromstärke wie durch die Zwischenspannung (VIM) angegeben einem Nullpegel annähert.
  32. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei dann, wenn die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (240) den Schaltbetrieb anhält, wenn sich die Laststromstärke dem Nullpegel annähert, die mindestens eine Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (215) dazu ausgelegt ist, die Laststromstärke (245) an die Last zu liefern.
  33. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei die mindestens eine Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (215) dazu ausgelegt ist, einen Betrieb von einem kontinuierlichen Modus in einen diskontinuierlichen Modus umzuschalten.
  34. Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 33, wobei die Primärstufen-Phase (220) so ausgelegt ist, dass sie eine sehr große Gleichstromverstärkung aufweist, um sicherzustellen, dass die Zwischenspannung (VIM) immer korrekt ist und nicht mit einer plötzlichen Erhöhung der Laststromstärke des Ausgangs der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (240) abfällt.
  35. Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 34, wobei die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (240) dazu ausgelegt ist, eine kleine Offsetspannung (260) zu erzeugen, die zu der Zwischenspannung (VIM) addiert wird und mit der Ausgangsspannung (V_OUT) verglichen wird.
  36. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei dann, wenn der Vergleich der kleinen Offsetspannung (260), so wie sie zu der Zwischenspannung (VIM) addiert ist, und der Ausgangsspannung (V_OUT) angibt, dass die Laststromstärke abnimmt, die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (240) deaktiviert wird und dann die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung (215) die Ausgangsspannung (V_OUT) korrekt regelt.
  37. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei dann, wenn die Laststromstärke ansteigt, die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung (215) die Laststromstärke zunehmend höher bereitstellt, bis der Vergleich angibt, dass die Laststromstärke (215) drastisch auf einen Hochlastzustand ansteigt, und die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (240) aktiviert wird.
  38. Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 37, wobei die mindestens eine Einstufen-SMPC-Schaltung (315) eine erste Stromstärkeüberwachung (319) umfasst, die dazu ausgelegt ist, die Ausgangsstromstärke der mindestens einen Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (315) zu überwachen und ein Einstufen-Ausgangsstromstärkenerfassungssignal (VMON1) zu erzeugen, das von der ersten Stromstärkeüberwachung (319) an einen Eingang der mindestens einen Primärphasenstufen-Phase (315) übertragen wird.
  39. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei die mindestens eine Primärstufen-Phase (320) umfasst: eine zweite Stromstärkeüberwachung (323), die dazu ausgelegt ist, die Stromstärke an dem Ausgang der mindestens einen Primärstufe (320) zu erfassen, um ein Stromstärkeerfassungssignal (VMON2) zu erzeugen; eine Transformationsschaltung (324), die mit einem Ausgang der zweiten Stromstärkeüberwachung (323) in Verbindung steht, um das Stromstärkeerfassungssignal (VMON2) zu empfangen, und dazu ausgelegt ist, das Stromstärkeerfassungssignal (VMON2) so zu transformieren, dass es ein transformiertes Primärstufen-Ausgangsstromstärkeerfassungssignal (VMON2T) ist, das einen Strompegel angibt, der ungefähr zu der Ausgangsstromstärke der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (340) äquivalent ist; und eine Steuerschaltung (321), die mit der ersten Stromstärkeüberwachung (319) zum Empfangen des Einstufen-Ausgangsstromstärkenerfassungssignals (VMON1) in Verbindung steht und mit der Transformationsschaltung (324) zum Empfangen des transformierten Primärstufen-Ausgangsstromstärkenerfassungssignals (VMON2T) in Verbindung steht und dazu ausgelegt ist, das Einstufen-Ausgangsstromstärkenerfassungssignal und das transformierte Primärstufen-Ausgangsstromstärkenerfassungssignal (VMON2T) zu vergleichen, um die Ausgangsstromstärke der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (340) in Bezug auf die Ausgangsstromstärke der mindestens einen Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (315) zu steuern.
  40. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei dann, wenn die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) zu viel Stromstärke im Vergleich mit der mindestens einen Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (315) liefert, die mindestens eine Primärstufen-Phase (320) dazu ausgelegt ist, die Zwischenspannung (VIM) zu reduzieren, um zu bewirken, dass die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) auf eine etwas niedrigere Spannung regelt, um zu bewirken, dass die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) ihre Ausgangsstromstärke verringert.
  41. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 40, wobei dann, wenn die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) zu wenig Stromstärke im Vergleich mit der mindestens einen Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (315) liefert, die mindestens eine Primärstufen-Phase (320) dazu ausgelegt ist, die Zwischenspannung (VIM) zu erhöhen, um zu bewirken, dass die mindestens eine Sekundärstufen-Phase auf eine etwas höhere Spannung regelt, um zu bewirken, dass die mindestens eine Sekundärstufen-Phase ihre Ausgangsstromstärke erhöht.
  42. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei dann, wenn die Laststromstärke der Zwischenspannung (VIM) auf einen Pegel sinkt, der angibt, dass die Laststromstärke der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (340) einen Schwellenstrompegel erreicht hat, der angibt, dass die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) deaktiviert werden muss, die mindestens eine Primärstufen-Phase (320) dazu ausgelegt ist, den Pegel der Zwischenspannung (VIM) so zu verringern, dass dann, wenn der transformierte Zwischenspannungspegel (VMON2T) mit dem Ausgangsspannungspegel (V_OUT) verglichen wird, die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) deaktiviert wird und die mindestens eine Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (315) die Regelung der Ausgangsspannung (V_OUT) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems aufrechterhält.
  43. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 42, wobei dann, wenn die Laststromstärke der Zwischenspannung (VIM) auf einen Pegel ansteigt, der angibt, dass die Laststromstärke der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (340) einen Schwellenstrompegel erreicht hat, der angibt, dass die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) aktiviert werden muss, die mindestens eine Primärstufen-Phase (320) dazu ausgelegt ist, den Pegel der Zwischenspannung (VIM) so zu erhöhen, dass dann, wenn der transformierte Zwischenspannungspegel (VMON2T) mit dem Ausgangsspannungspegel (V_OUT) verglichen wird, die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (340) aktiviert wird und die mindestens eine Einstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (315) und die mindestens eine Sekundärstufen-Phase (320) die Regelung der Ausgangsspannung (V_OUT) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems aufrechterhalten.
  44. Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 43, wobei die mindestens eine Primärstufen-Phasen-SMPC-Schaltung (320) dazu ausgelegt ist, die Zwischenspannung (VIM) so zu überwachen und zu steuern, dass eine Laststromstärke der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (340) der Mehrstufen-SMPC-Schaltung ein korrekter Anteil der Gesamtlaststromstärke ist.
  45. Verfahren zum Betreiben eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems, das die folgenden Schritte umfasst: Aktivieren (515) einer Hauptleistungsquelle (200), um Leistung für eine erste Baugruppe (205) einer elektronischen Vorrichtung, die das Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-System enthält, so bereitzustellen, dass die Leistung mindestens einer Einstufen-Phasen-Schaltmodus-Leistungsschaltung (215) und mindestens einer Primärstufen-Phase (220) einer Mehrstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltung zugeführt wird; Anlegen (520) einer Ausgangsspannung (V_OUT) der mindestens einen Einstufen-Phasen-Schaltmodus-Leistungsschaltung (215) an eine zweite Baugruppe (235) der elektronischen Vorrichtung und an eine elektronische Lastschaltung (245), die an der zweiten Baugruppe (235) montiert ist; Aktivieren (520) der elektronischen Lastschaltung (245) zum Verbrauchen einer Laststromstärke; Anlegen (545) einer Ausgangsspannung (V_OUT) der mindestens einen Primärstufen-Phasen-Schaltmodus-Leistungsschaltung (220) an mindestens eine Sekundärstufen-Phasen-Schaltmodus-Leistungsschaltung (240), die an der zweiten Baugruppe (235) der elektronischen Vorrichtung montiert ist; Anlegen (545) einer Ausgangsspannung (V_OUT) der mindestens einen Sekundärstufen-Phasen-Schaltmodus-Leistungsschaltung (240) an die elektronische Lastschaltung (245); Regeln (550) einer an die elektronische Lastschaltung (245) angelegten Spannung (V_OUT); Verifizieren, dass die elektronische Lastschaltung (245) korrekt arbeitet; Überwachen (525) der Laststromstärke der elektronischen Lastschaltung (245), um zu bestimmen, ob sie zunimmt oder abnimmt; dann, wenn das Überwachen (525) der Laststromstärke der elektronischen Lastschaltung (245) angibt, dass die Laststromstärke der elektronischen Lastschaltung (245) abnimmt: Deaktivieren (530) der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (240), wenn das Überwachen angibt, dass eine Abnahme der Laststromstärke der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (240) der Mehrstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltung auftritt; und dann, wenn das Überwachen (525) der Laststromstärke der elektronischen Lastschaltung angibt, dass die Laststromstärke der elektronischen Lastschaltung zunimmt: Aktivieren (540) der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (240) der Mehrstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltung und Steuern (555) der Ausgangsspannung (V_OUT) des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems in Abhängigkeit von der Zwischenspannung (VIM), so wie sie durch die mindestens eine Primärstufen-Phase (220) der Mehrstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltung geregelt wird, wenn das Überwachen (525) angibt, dass eine Zunahme der Laststromstärke des Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems auftritt.
  46. Verfahren zum Betreiben eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems nach Anspruch 45, wobei das Überwachen (525) der elektronischen Lastschaltung (245) ein Addieren einer Offsetspannung (260) zu der Zwischenspannung (VIM) für den Vergleich mit der Ausgangsspannung (V_OUT) der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (240) der Mehrstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltung zum Aktivieren (545) und Deaktivieren (535) der Sekundärstufen-Phase (240) der Mehrstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltung umfasst.
  47. Verfahren zum Betreiben eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems nach Anspruch 45 oder 46, wobei das Überwachen (525) der elektronischen Lastschaltung (245) ein Versetzen der Zwischenspannung (VIM) durch die Primärstufen-Phase (220) der Mehrstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltung für den Vergleich zum Steuern der Aktivierung (545) und Deaktivierung (535) der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (240) der Mehrstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltung umfasst.
  48. Verfahren zum Betreiben eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems nach einem der Ansprüche 45 bis 47, wobei das Deaktivieren (535) der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (245) ein fortschreitendes Deaktivieren jeder der Einstufen-Phasen (215) der mehreren Einstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltung-Phasen umfasst, wenn die Stromstärke sinkt.
  49. Verfahren zum Betreiben eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems nach Anspruch 48, wobei dann, wenn bestimmt (525) wird, dass die Laststromstärke der elektronischen Lastschaltung (245) zunimmt, eine einzelne Einstufen-Phase (215) der mehreren Einstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltungs-Phasen hinzugefügt wird, wenn die Laststromstärke der elektronischen Lastschaltung zunimmt (245), bis alle der mehreren Einstufen-Phasen (215) aktiviert sind.
  50. Verfahren zum Betreiben eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems nach Anspruch 48, wobei dann, wenn die Zwischenspannung (VIM) der mindestens einen Primärstufen-Phase (220) der Mehrstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltung zunimmt, das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: Versetzen der transformierten Zwischenspannung (VIM) um eine Offsetspannung (260); Vergleichen der versetzten, transformierten Zwischenspannung (VOFFSET) mit der Ausgangsspannung (V_OUT) der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (240) der Mehrstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltung; Aktivieren der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (240) der Mehrstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltung; und Regeln der Ausgangsspannung der mindestens einen Sekundärstufen-Phase (240) der Mehrstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltung in Abhängigkeit von der Zwischenspannung (VIM), so wie sie durch die mindestens eine Primärstufen-Phase (220) der Mehrstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltung geregelt wird.
  51. Verfahren zum Betreiben eines Mehrphasen-Mehrstufen-SMPC-Systems nach Anspruch 48, wobei das Versetzen der transformierten Zwischenspannung ein Addieren der Offsetspannung (260) zu der Zwischenspannung durch die mindestens eine Primärstufen-Phase (220) der Mehrstufen-Schaltmodus-Leistungsschaltung umfasst.
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