DE102017212349B4

DE102017212349B4 - Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller (Buck-Boost)-Umsetzer mit Hysterese

Info

Publication number: DE102017212349B4
Application number: DE102017212349.4A
Authority: DE
Inventors: Kemal Ozanoglu; Guillaume De Cremoux; Pier Cavallini; Martin Faerber
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2023-03-16
Anticipated expiration: 2037-07-20
Also published as: DE102017212349A1; US20180287489A1; US10256720B2

Abstract

Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzersystem (200) mit Hysterese, das die Tiefsetzstellerpulse und die Hochsetzstellerpulse trennt, wobei die Betriebsbereiche und die Tiefsetzstellerzyklen oder die Hochsetzstellerzyklen des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers auf der Basis des Überwachens einer Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers und einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers und einer Referenzspannung (Vref) gesteuert werden, das Folgendes umfasst:einen Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzer, der konfiguriert ist, die Ausgangsspannung (Vout) bereitzustellen, die höher oder niedriger als eine Eingangsspannung (Vg) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers sein kann, der ein induktives Bauelement (Lo) und getrennte Schalter für den Tiefsetzstellerbetrieb (251, 252) und den Hochsetzstellerbetrieb (253, 254) umfasst, wobei in einem gegebenen Zyklus entweder die Schalter für den Tiefsetzstellerbetrieb (251, 252) oder die Schalter für den Hochsetzstellerbetrieb (253, 254) konfiguriert sind zu schalten;eine Eingangsstufe, die die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers überwacht, die eine Anzahl Komparatoren (20-22) umfasst, die parallel geschaltet sind, wobei ein erster Komparator (20) die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers mit einer Referenzspannung (Vref) vergleicht und jeder der anderen Komparatoren (21-22) detektiert, ob die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzstellers in ein Spannungsintervall abfällt, das niedriger als die Referenzspannung (Vref) ist, wobei das Spannungsintervall für jeden der anderen Komparatoren verschieden ist, wobei ein Ausgang jedes Komparators ein Eingang in einen Logik-und-Zeitgeber-Block (24) ist;den Logik-und-Zeitgeber-Block (24), der konfiguriert ist, abhängig vom Eingang der Komparatoren einen Betriebsbereich des Tiefsetzstellerbetriebsmodus oder des Hochsetzstellerbetriebsmodus und die Tiefsetzstellerzykluszeit oder die Hochsetzstellerzykluszeit zu definieren, und wobei der Logik-und-Zeitgeber-Block (24) in einem gegebenen Zyklus konfiguriert ist, die Tiefsetzstellerschalter oder die Hochsetzstellerschalter (251-254) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers gemäß dem Betriebsbereich zu aktivieren, der durch den Logik-und-Zeitgeber-Block (24) definiert wird, wobei die Betriebsbereiche davon abhängen, wie weit die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers von der Referenzspannung (Vref) entfernt ist; undeinen Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblock (23), der konfiguriert ist, zu detektieren, ob die Ausgangsspannung (Vout) abfällt oder ansteigt, wobei der Ausgang des Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblocks ein zusätzlicher Eingang in den Logik-und-Zeitgeber-Block (24) ist.

Description

(1) Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Gleichstrom-Gleichstrom-Umsetzer und genauer auf Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller (Buck-Boost)-Umsetzer unter Verwendung einer Hysteresesteuerung.
(2) Hintergrund
Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller (Back-Boost)-Umsetzer werden in Anwendungen verwendet, in denen die gewünschte Ausgangsspannung (z. B. 3,3 V) niedriger oder höher als die Eingangsspannung (Generatorspannung) (z. B. V_g = 2,5 V-5,5 V) sein kann. Die Druckschrift DE 23 23 482 A beschreibt ein transformatorloses, durch Taktung stabilisiertes Stromversorgungsgerät zum Anschluss an Gleichspannungsquellen, das eingangsseitig an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. 1A, Stand der Technik, führt ein Beispiel einer üblichen Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Schalterkonfiguration an. Diese Konfiguration wird nicht invertierender oder positiver Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzer genannt, da die Ausgangsspannung dasselbe Vorzeichen wie die Eingangsspannung aufweist.
Das grundlegende Arbeitsprinzip eines üblichen Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller (Buck-Boost)-Umsetzers ist in 1A, Stand der Technik, gezeigt. Wenn sich beide Schalter in Phase 1 befinden, ist das induktive Bauelement mit der Versorgungsspannung verbunden und wird mit Strom aufgeladen, und wenn sich beide Schalter in Phase 2 befinden, lädt der Strom des induktiven Bauelements den Ausgangskondensator auf. Die Beziehung Ausgangsspannung versus Eingangsspannung (Versorgungsspannung) (V_g) als eine Funktion des Arbeitszyklus ist in diesem Betriebsmodus für den Hochsetzstellerbetrieb gegeben durch: $\frac{V o u t}{V g} = \frac{D}{1 - D}$
Für den Tiefsetzstellerbetrieb lautet die Formel: $\frac{V o u t}{V g} = D$
Somit kann der Umsetzer im Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Betrieb Ausgangsspannungen erreichen, die niedriger oder höher als die Eingangsspannung sind.
1B, Stand der Technik, gibt die Topologie einer Ausgangsstufe einer synchronen Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Steuereinrichtung mit integrierten Schaltern wieder.
Unter erneuter Bezugnahme auf den grundlegenden Betrieb aus 1A, Stand der Technik, werden in Phase 1 M1 und M3 eingeschaltet sein, M2 und M4 werden ausgeschaltet sein, und in Phase 2 werden M2 und M4 eingeschaltet sein, und M1 und M3 werden ausgeschaltet sein.
Im Vergleich des grundlegenden Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Betriebs mit einem üblichen Tiefsetzsteller-Umsetzer oder Hochsetzsteller-Umsetzer können die folgenden Nachteile aufgezählt werden:

• 4 Schalter ändern in jedem Zyklus ihren Zustand, somit beträgt der Schaltverlust das 2-fache eines üblichen Tiefsetzsteller-Umsetzers oder Hochsetzsteller-Umsetzers.
• Der durchschnittliche Induktivitätsstrom ist erheblich höher als der Laststrom, und ist wie folgt gegeben: $I_{L} = I_{LOAD} / (1 - D) (z .B . wenn D = 0,5 {, V}_{g} = V_{out}, I_{L} = 2 \times I_{LOAD}),$
was zu Folgendem führt:
- ◯ einer Erhöhung des Induktorstroms
- ◯ einer Erhöhung der Wirkverluste (z. B. werden für das Beispiel D = 0,5 die Verluste aufgrund von R_ESR,L das 4-fache eines Tiefsetzstellers betragen.)
• in Phase 1 versorgt lediglich der Kondensator die Last, somit wird ein Kondensator mit niedrigem ESR benötigt.
• eine höhere Stromwelligkeit auf dem induktiven Bauelement.

Es besteht eine wachsende Nachfrage nach tragbaren elektronischen Vorrichtungen. Jedoch ist für tragbare Anwendungen die Netztransiente eine wichtige Spezifikation, da die Batterie sehr klein ist. Eine Spannungsmodussteuerung benötigt komplexe Vorwärtskopplungstechniken, um die Netztransientenantwort zu verbessern.
Eine Hysteresesteuerung ist ein bevorzugtes Steuerverfahren für eine gute Netztransientenantwort. Eine Hysteresesteuerung weist andere Vorteile auf, wie etwa die Einfachheit der Konstruktion, einen Betrieb bei extrem niedriger Leistung und eine unbedingte Stabilität. Der Laststrom tragbarer Anwendungen ist relativ niedrig, daher besser geeignet für eine Hysteresesteuerung.
Es ist wünschenswert, einen Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller (Back-Boost)-Umsetzer mit Hysteresesteuerung zu besitzen, der „getrennte Tiefsetzsteller- und Hochsetzstellerpulse“ verwendet, was somit zu Folgendem führt:

• einem höheren Wirkungsgrad,
• einer niedrigeren Induktivitätsstromwelligkeit
• einer einfachen Konstruktion,
• einer guten Netztransientenleistung und
• einer niedrigeren Leerlaufleistung.

Es ist eine Herausforderung für Konstrukteure, die oben beschriebenen Chancen vollständig zu nutzen.
Zusammenfassung
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Offenbarung ist, in einem Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller (Buck-Boost)-Umsetzer mit Hysterese getrennte Tiefsetzsteller- und Hochsetzstellerpulse einzusetzen, was somit zu Folgendem führt:

• einem höheren Wirkungsgrad,
• einer niedrigeren Induktivitätsstromwelligkeit,
• einer einfachen Konstruktion,
• einer guten Netztransientenleistung, und
• einer niedrigeren Leerlaufleistung.

Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller (Back-Boost)-Umsetzer zu schaffen, der für Anwendungen mit niedrigem Strom, wie z. B. für tragbare Produkte, geeignet ist.
In Übereinstimmung mit den Aufgaben dieser Offenbarung wird ein Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller (Back-Boost)-Umsetzersystem mit Hysterese geschaffen, das die Tiefsetzsteller- und Hochsetzstellerpulse auf der Basis des Überwachens einer Ableitung einer Ausgangsspannung des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller (Back-Boost)-Umsetzers über der Zeit und des Überwachens einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers und einer Referenzspannung (Fehlerspannung) trennt. Das offenbarte Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzersystem umfasst zunächst einen Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzer, der konfiguriert ist, die Ausgangsspannung bereitzustellen, die höher oder niedriger als eine Eingangsspannung des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers sein kann, der ein induktives Bauelement und getrennte Schalter für den Tiefsetzstellerbetrieb und den Hochsetzstellerbetrieb umfasst, wobei in einem gegebenen Zyklus entweder die Schalter für den Tiefsetzstellerbetrieb oder die Schalter für den Hochsetzstellerbetrieb konfiguriert sind zu schalten. Ferner umfasst das Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzersystem eine Eingangsstufe, die die Ausgangsspannung des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers überwacht, die einen Abtast-und-Ableitungs-Schaltungsblock umfasst, der konfiguriert ist, eine Ableitung der Ausgangsspannung des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers bereitzustellen, und eine Anzahl Komparatoren umfasst, die parallel geschaltet sind, wobei ein erster Komparator die Ausgangsspannung des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers mit einer Referenzspannung vergleicht und jeder der anderen Komparatoren detektiert, ob die Ausgangsspannung des Tiefsetzsteller-Hochsetzstellers in ein Spannungsintervall abfällt, das niedriger als die Referenzspannung ist, wobei das Spannungsintervall für jeden der anderen Komparatoren verschieden ist, wobei ein Ausgang jedes Komparators und des Schaltungsblocks, der die Ableitung der Ausgangsspannung des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers bereitstellt, ein Eingang in einen Logik-und-Zeitgeber-Block ist. Außerdem umfasst das Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzersystem den Logik-und-Zeitgeber-Block, der konfiguriert ist, abhängig vom Eingang der Komparatoren und dann, wenn die Ausgangsspannung des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers niedriger als die Referenzspannung ist, vom Ausgang des Abtast-und-Ableitungs-Schaltungsblocks einen Betriebsbereich des Tiefsetzstellerbetriebsmodus oder des Hochsetzstellerbetriebsmodus zu definieren, wobei der Logik-und-Zeitgeber-Block in einem gegebenen Zyklus konfiguriert ist, die Tiefsetzstellerschalter oder die Hochsetzstellerschalter des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers gemäß dem Betriebsbereich zu aktivieren, der durch den Logik-und-Zeitgeber-Block definiert wird, wobei die Betriebsbereiche davon abhängen, wie weit die Ausgangsspannung des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers von der Referenzspannung entfernt ist, und vom Ausgang des Abtast-und-AbleitungsBlocks.
In Übereinstimmung mit den Aufgaben dieser Offenbarung wurde ein Verfahren, um den Betrieb von Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzern zu verbessern, geschaffen. Das erfundene Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (1) Bereitstellen eines Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers mit Hysterese, der Komparatoren, Zeitgeberblöcke, einen Abtast-und-Ableitungs-Schaltungsblock, um eine Richtung einer Änderung der Ausgangsspannung zu überwachen, und Steuerlogikzellen umfasst; (2) Konstruieren des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers ausschließlich unter Verwendung getrennter Tiefsetzsteller- und Hochsetzstellerpulse; (3) Einstellen von Zykluszeiten sowohl für den Tiefsetzstellermodus als auch für den Hochsetzstellermodus; und (4) Überwachen einer Ausgangsspannung des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers und ihrer Ableitung, um den Tiefsetzstellerbetriebsmodus oder den Hochsetzstellerbetriebsmodus des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers zu definieren.
Figurenliste
In den begleitenden Zeichnungen, die einen wesentlichen Teil dieser Beschreibung bilden, ist Folgendes gezeigt:

1A, Stand der Technik, zeigt einen grundlegenden, nicht invertierenden Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzer.
1B, Stand der Technik, bildet einen grundlegenden, nicht invertierenden Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzer mit integrierten Schaltern ab.
2A veranschaulicht ein allgemeines Blockdiagramm des vorgeschlagenen Systems.
2B veranschaulicht ein ausführlicheres Blockdiagramm des vorgeschlagenen Systems.
2C zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform eines Ableitungsblocks, der konfiguriert ist, eine Ableitung der Ausgangsspannung des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers bereitzustellen, in größerer Detailtiefe.
3A veranschaulicht detaillierte Informationen über den Systembetrieb des Umsetzers, der für V_g = 3,8 V, V_OUT = 3,3 V, I_LOAD = 100 mA vorgeschlagen ist.
3B zeigt detaillierte Informationen über den Systembetrieb für V_g = 4,8 V, V_OUT = 3,3 V, I_LOAD = 100 mA.
3C zeigt detaillierte Informationen über den Systembetrieb für V_g = 2,5 V, V_OUT = 3,3 V, I_LOAD = 100 mA.
3D zeigt eine Netztransientenantwort, wobei V_g von 3,8 V auf 2,5 V abfällt, bei I_LOAD = 100 mA, V_OUT = 3,3 V.
3E bildet detaillierte Informationen über den Systembetrieb für V_g = 3,3 V, V_OUT = 3,3 V, I_LOAD =100 mA ab.
3F führt die Ergebnisse einer Transientensimulation mit ansteigender Last für V_g = 3,8 V, V_OUT = 3,3 V, L = 1 µH, C_out = 30 µF, ESR = 10 mΩ, I-_LOAD = 100 mA → 500 mA an.
4 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens, um einen Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzer mit Hysterese mit einer vereinfachten Topologie ohne einen Modulatorblock und ohne Frequenzausgleich zu erzeugen.

Genaue Beschreibung
Die erwähnten Nachteile können verringert werden, wenn getrennte Tiefsetzsteller- und Hochsetzstellerpulse verwendet werden, was bedeutet, dass in einem gegebenen Zyklus entweder die Tiefsetzstellerschalter (M1 und M2) ODER die Hochsetzstellerschalter (M3 und M4) schalten werden. Während des Tiefsetzstellerschaltens wird M3 ausgeschaltet sein, und M4 wird eingeschaltet sein, ebenso wird während des Hochsetzstellerschaltens M1 eingeschaltet sein, und M2 wird ausgeschaltet sein.

Es werden Ausführungsformen von Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzern unter Verwendung getrennter Tiefsetzsteller- und Hochsetzstellerpulse in einem Umsetzer mit Hysterese offenbart. Eine erste Ausführungsform der Erfindung basiert auf dem Überwachen der Fehlerspannung, d. h der Differenz zwischen der Ausgangsspannung und einer Referenzspannung (Vout- Vref), wie in Tabelle 1.1 angeführt ist: Tabelle 1.1: Betriebsmodusbereiche auf der Basis der Fehlerspannung

Zustand Vout	Betriebsmodus des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers
Vout > Vref	Schalter ausgeschaltet
Vref > Vout > Vref - ΔV₁	Tiefsetzstellermodus
Vref - ΔV₁ > Vout	Hochsetzstellermodus

ΔV₁ und ΔV₂ definieren Betriebsmodusbereiche. 10 mV kann sowohl für ΔV₁ als auch für ΔV₂ verwendet werden. Wenn diese Werte zu klein sind (z. B. 1 mV), kann das System bezüglich Rauschens empfindlich sein, z. B. kann sich der Betriebsmodus unvorhersehbar ändern. Wenn diese Werte zu groß sind (100 mV), wird sich die Lastregulierungsleistung verschlechtern.
Im Fall mehrerer verschiedener Bereiche könnten mehr verschiedene Delta-Spannungen angewendet werden.
Unter Bezugnahme auf 1B sind im Tiefsetzstellermodus M4 = ein, M3 = aus, und M1 & M2 werden schalten. Ebenso sind im Hochsetzstellermodus M1= ein, M2 = aus, und M3 & M4 werden schalten.
Jedoch würde ein System, das mit Tabelle 1.1 definiert ist, eine erhebliche Ausgangsspannungswelligkeit und Spulenstromwelligkeit ergeben, z. B. wird der Spulenstrom während des Hochsetzstellermodus (des unteren Bereichs) fortfahren zu integrieren, bis Vout über den definierten Schwellenwert ansteigt, anschließend wird der integrierte Spulenstrom für einige Zeit fortfahren, den Ausgangskondensator aufzuladen, wobei eine unerwünschte Spannungswelligkeit erzeugt wird.
Also wird die vorgeschlagene Technik durch Hinzufügen einer weiteren Überwachungseinrichtung unter Verwendung einer Ableitung z. B. der Ausgangsspannung verbessert: ∂V_OUT/∂t.
Die Ableitung der Ausgangsspannung ist der Indikator für die Beziehung Spulenstromwert versus Laststrom, wenn z. B. der Spulenstrom kleiner als die Last ist, wird die Ausgangsspannung abfallen. Somit trägt das Überwachen von ∂V_OUT zu einer erheblichen Verringerung der Spulenstromwelligkeit und der Ausgangsspannungswelligkeit bei.

In einer bevorzugten Ausführungsform basiert das vorgeschlagene Arbeitsprinzip auf dem Überwachen der Fehlerspannung, d. h. (Vout- Vref) ist mit Tabelle 1.2 gegeben: Tabelle 1.2: Betriebsmodusbereiche auf der Basis der Fehlerspannung und von ∂V_OUT

Zustand Vout	Bereich	∂V_OUT/∂t	Betriebsmod us des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers

Vout > Vref	1	(nicht releva nt)	Schalter aus
Vref > Vout > Vref - ΔV₁	2	∂ > O, Vout steigt an	Tiefsetzsteller-modus, D = D_buck
Vref > Vout > Vref - ΔV₁	3	∂ < O, Vout fällt ab	Tiefsetzsteller-modus, D = 100 % = Hochsetzstellermodus, D = 0 %
Vref - ΔV₁ > Vout > Vref - ΔV₂	3	∂ > O, Vout steigt an
Vref - ΔV₁ > Vout > Vref - ΔV₂	4	∂ < O, Vout fällt ab	Hochsetzstellermodus, D = D_boost
Vref - ΔV₂ > Vout	5	(nicht relevant)	Hochsetzstellermodus, D = D_boost

In Tabelle 1.2 steht D für den Arbeitszyklus in den spezifischen Betriebsmodi. Tabelle 1.2 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit 5 Bereichen. Alternativ könnte ebenso eine andere Anzahl der Bereiche implementiert sein. Die oben stehende Tabelle 1.2 ist ein Beispiel, das eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Die Ausdrücke ΔV₁ und ΔV₂ sind Schwellenwerte, die Bereiche für die Betriebsmodusbereiche definieren. Als ein Beispiel kann 10 mV sowohl für ΔV₁ als auch für ΔV₂ verwendet werden. Wenn diese Werte zu klein sind (z. B. 1 mV), kann das System bezüglich Rauschens empfindlich sein, z. B. kann sich der Betriebsmodus unvorhersehbar ändern. Wenn diese Werte zu groß sind (100 mV), wird sich die Lastregulierungsleistung verschlechtern.
Im Fall einer höheren Anzahl verschiedener Bereiche kann eine höhere Anzahl verschiedener Delta-Spannungen verwendet werden, die die Bereiche der Betriebsmodi definieren.
Als ein Beispiel wird dann, wenn [Vref > Vout > Vref - ΔV₁] und [Vout] ansteigt (Bereich 2), der Spulenstrom höher als die Last ist, der Umsetzer im Tiefsetzstellermodus arbeiten, während M1 & M2 schalten, M3 = aus, M4 = ein (D = Dbuck). Das Schalten von M2 wird zum Verringern des Spulenstroms beitragen.
Als ein weiteres Beispiel wird dann, wenn [Vref > Vout > Vref - ΔV₁] und [Vout abfällt] (Bereich 3), mehr Spulenstrom benötigt, dann wird der Umsetzer mit M1= ein, M2 = aus (D = 100 % Tiefsetzsteller), M3 = aus, M4 = ein arbeiten. Im Hochsetzstellermodus wird sich das System ähnlich verhalten.
Hier ist der Bereich 5 als ein „Anker“ hinzugefügt (um sicherzustellen, dass der Umsetzer nicht in einen Zustand gelangt, in dem Vout niedrig ist, jedoch langsam ansteigt, was eine schlechte Transientenantwort erzeugen würde).
Ferner sei erwähnt, dass die Arbeitszyklen D_buck und D_boost (wie in Tabelle 1.2 definiert) keine konstanten Werte sein müssen. Die Arbeitszyklenwerte können z. B. durch eine Zustandsmaschine oder selbst durch eine CPU anpassbar auf veränderliche Werte eingestellt werden (z. B. D_buck1, D_buck2, D_buck3, D_buck4, ...).
Die Zustandsmaschine kann daraufhin die Arbeitszyklen D_buck und D_boost abhängig von

• der Eingangsversorgungsspannung,
• der Zielausgangsspannung (Vref),
• den Bereichsübergängen von Vout (versus Vref) und
• der Ableitung von Vout

Bereichsänderungen können genau von einem Bereich in einen benachbarten, anschließenden Bereich erfolgen, jedoch nicht über benachbarte Bereiche hinweg. Eine Änderung in einen benachbarten Bereich kann lediglich nach einer gewissen Sperrzeit durchgeführt werden.
Mit anderen Worten, anstelle einer direkten Änderung vom Bereich 4 in den Bereich 2, könnte das System entscheiden, die Änderungen als zuerst Bereich 4, anschließend Bereich 3 (nach einer gewissen Sperrzeit), anschließend Bereich 2 zu definieren.
Diese Bereichsänderungsfunktion kann entweder sowohl bei aufsteigenden als auch bei absteigenden Bereichsänderungen aktiviert sein, oder es kann bevorzugt sein, dass sie lediglich bei einer absteigenden (oder aufsteigenden) Bereichsänderung implementiert ist. (Für das Beispiel aus 3C und 3D wird lediglich eine Einschränkung der absteigenden Bereichsänderung benötigt.)
Ferner könnte die Zustandsmaschine außerdem die Häufigkeit von Bereichsänderungen und Bereichsübergängen usw. beschränken.
Der Betrieb der Schalter wird mit Simulationsergebnissen (weiter unten gezeigt) besser zu verstehen sein.
2A bietet eine allgemeine Ausführungsform des vorgeschlagenen Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers 200, wie oben beschrieben, gemäß Tabelle 1.2. Die Komparatoren 20-22 und der Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblock 23, der in einer bevorzugten Ausführungsform die Ableitung ∂V_OUT/∂t der Ausgangsspannung Vout bereitstellt, werden zusammen mit den Logikfunktionen des Logik-und-Zeitgeber-Blocks 24 den Betriebsbereich (1-5) bestimmen, und die Zeitgeberfunktionen des Logik-und-Zeitgeber-Blocks 24 werden konstante Einschaltzeiten und konstante Ausschaltzeiten für den Hysteresebetrieb bereitstellen. Andere Verfahren, Änderungen der Ausgangsspannung zu detektieren, sind ebenfalls möglich.
Es versteht sich, dass der Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblock 23 für die Funktionalität des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers nicht zwingend notwendig ist, jedoch verbessert er die Leistung des Systems erheblich.
Eine genauere Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des vorgeschlagenen Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Systems ist in 2B gezeigt. Der Komparator 20 vergleicht die Ausgangsspannung Vout des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers mit der Referenzspannung Vref. Der Ausgang 360 des Komparators 20 nach der Invertierung ist ein erster Eingang des UND-Logikblocks 240 und des UND-Logikblocks 241.
Der Komparator 21 vergleicht die Ausgangsspannung Vout des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers mit der Referenzspannung Vref- ΔV₁. Der Ausgang 361 des Komparators 21 ist ein zweiter Eingang des UND-Logikblocks 241, ein zweiter Eingang des UND-Logikblocks 240, und der invertierte Ausgang des Komparators 21 ist ein erster Eingang des UND-Logikblocks 244.
Der Komparator 22 vergleicht die Ausgangsspannung Vout des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers mit der Referenzspannung Vref- ΔV₂. Der Ausgang 362 des Komparators 22 ist ein zweiter Eingang des UND-Logikblocks 242 und des INVERTER-Logikblocks 245.
2C zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform des Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblocks 23, wie bereits in 2A gezeigt, in größerer Detailtiefe. Der Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblock 23 umfasst ein RS-Flip-Flop 231, einen Abtast-&-Halte-Block 232, einen Ableitungsblock 233 und einen Inverter-Block 234. Der Ableitungsfunktion ∂V_OUT/∂t von Block 233 ist ein Abtast-und-Halte-Block 232 vorangestellt, um die Welligkeit im Hochsetzstellermodus zu unterdrücken, wenn der Schalter M3 253 eingeschaltet ist. Ein RS-Flip-Flop 231 am Ausgang des Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblocks 23 wartet bis zum Ende des Arbeitszyklus, bevor es den Betriebsbereich ändert. Andernfalls könnte ein Hochfrequenzbetrieb eintreten, der zu kapazitiven Verlusten führen würde.
Der Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblock 23 weist drei Eingänge auf. Der erste Eingang ist ein Taktpuls, der mit einem Rückstelleingang des RS-Flip-Flops 231 verbunden ist. Der zweite Eingang des Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblocks 23 ist ein Puls Go_boost 318, der ein Ausgang des Arbeitszyklusblocks 248 ist. Nach der Invertierung aktiviert der Go_boost-Puls 318 den Abtast-&-Halte-Block 232, der die Ausgangsspannung Vout des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers 200 abtastet, während die Ausgangsspannung Vout der dritte Eingang des Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblocks 23 ist. Der Abtast-und-Halte-Wert von Vout ist ein Eingang des Ableitungsblocks 233, der die Ableitung ∂V_OUT/∂t der Ausgangsspannung Vout bereitstellt. Der Ableitungsblock 233 erzeugt ein risesense-Signal 315, das ein Rückstelleingang des RS-Flip-Flops 231 ist. Der positive Ausgang des RS-Flip-Flops 231 ist das Vout_rising-Signal 316, Vout_rising 316 ist das rise_sense-Signal 315, das auf seiner abfallenden Kante mit dem Takt synchronisiert ist. Der negative Ausgang des RS-Flip-Flops 231 ist das Vout_falling-Signal 320. Der positive Ausgang 316 des Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblocks 23 ist der dritte Eingang des UND-Logikblocks 240. Der negative Ausgang 320 von Block 23 ist der dritte Eingang des logischen UND-Blocks 241 und des logischen UND-Blocks 244.
Die Ableitung der Ausgangsspannung ist der Indikator für die Beziehung Spulenstromwert versus Laststrom, wenn z. B. der Spulenstrom kleiner als die Last ist, fällt die Ausgangsspannung Vout ab. Somit trägt das Überwachen von ΔVOUT zu einer erheblichen Verringerung der Spulenstromwelligkeit und der Ausgangsspannungswelligkeit bei.

Ferner kann die Entscheidung, welcher Betriebsbereich und welche Tiefsetzstellerzykluszeit oder Hochsetzstellerzykluszeit gewählt werden sollen, außerdem zusätzlich auf den Strömen, insbesondere auf jenem, der durch das induktive Bauelement und die Last fließt, basieren. Dies bedeutet, dass die Betriebsbereiche z. B. auf der Basis von Beziehungen der Ausgangsspannung zu Referenzspannungen und zusätzlich auf der Basis von Beziehungen des Laststroms zum Spulenstrom. und zu einem oder mehreren Referenzströmen oder auf der Basis der Beziehungen entweder des Laststroms oder des Spulenstroms zu einem oder mehreren Referenzströmen definiert werden. Ähnlich den Betriebsbereichen, die in Tabelle 1.2 gezeigt sind, wo Schwellenwertspannungen die Bereiche der Eingangsspannung definieren, sind die Bereiche der Ausgangsspannung und der Ströme, die zum Überwachen verwendet werden, durch Schwellenwertspannungen und entsprechend durch Schwellenwertströme definiert. Das Überwachen der Ausgangsspannungsbeziehungen und der Last-/Spulenstrombeziehungen kann entweder durch eine Anzahl Komparatoren, die parallel geschaltet sind, oder durch eine Zustandsmaschine durchgeführt werden. Die Tabelle 1.3 unten zeigt ein Beispiel, wie Tiefsetzstellerzyklen und Hochsetzstellerzyklen definiert sein können: Tabelle 1.3

Bedingung	I_load ⁽¹⁾
V_out VS. V_ref		I_load < I₀	I_L< I_load < I₁	I₁ < I_load < I₂
V_out > V_ref		aus	aus	aus
V_ref > V_out > Vref - ΔV₁		D_buck,1 ⁽²⁾	D_buck.1	D_buck,2
V_ref - ΔV₁ > V_out > V_ref - ΔV₂		D_buck,1 ⁽²⁾	D_buck,2	D_buck,2
V_ref - ΔV₂ > V_out > Vref - ΔV₃		D_buck,2	D_buck,2	D_buck.max
V_ref - ΔV₃ > V_out > V_ref - ΔV₄		D_buck,2	D_buck,max	D_boost,1
V_ref - ΔV₄ > V_out > Vref - ΔV₅		D_buck,max	D_boost.1	D_boost,1
V_ref - ΔV₅ > V_out > V_ref - ΔV₆		D_boost,1	D_boost,1	D_boost,2
Vref - ΔV₆ > V_out > V_ref - ΔV₇		D_boost,1	D_boost,2	D_boost,2
V_ref - ΔV₇ > V_out > V_ref - ΔV₈		D_boost,2	D_boost,2	D_boost,max

Das Bezugszeichen (1) bedeutet, dass der Laststrom außerdem durch eine Strommessung in den Schaltern und der Spule indirekt bestimmt werden kann.
Das Bezugszeichen (2) bedeutet, dass zwei übereinander liegende Zellen der Tabelle mit gleichen Arbeitszyklen angeben, dass die Änderung des Laststroms üblicherweise weniger Einfluss als die Fehlerspannung aufweist.
ΔV₁ bis ΔV₈ sind, ähnlich wie in Tabelle 1.2, Schwellenwertspannungen, um Bereiche der Ausgangsspannung zu definieren.
I₁ und I₂ sind Schwellenwertstromwerte, um Bereiche des Laststroms zu definieren. I_L steht für den Spulenstrom.
Es versteht sich, dass die Tabelle 1.3 lediglich ein Beispiel zeigt, wie der Laststrom und der Spulenstrom verwendet werden können, um die Tiefsetzstellerzykluszeit oder die Hochsetzstellerzykluszeit zu definieren. Andere Stromvergleiche können ebenso verwendet werden.
Außerdem sei erwähnt, dass die Betriebsbereiche oder die Arbeitszyklen ebenso alternativ auf der Basis der Fehlerspannung und zusätzlich außerdem auf der Basis der Beziehung der Versorgungsspannung V_g zur Ausgangsspannung Vout definiert sein können, dies kann insbesondere in Betracht gezogen werden, wenn die Versorgungsspannung V_g bereits gemessen ist. Wenn die Versorgungsspannung V_g verwendet wird, um den Betriebsmodus zu bestimmen, hängt dieser Modus normalerweise vom Verhältnis von V_out/V_g ab, was hauptsächlich den Arbeitszyklus und den Betriebsmodus bestimmt. Im Vergleich zu Tabelle 1.2 werden zusätzliche Bereiche der Ausgangsspannung verwendet, die durch zusätzliche Schwellenwertspannungen definiert sind. Das Überwachen der Ausgangsspannungsbeziehungen und der Ausgangsspannungs/Versorgungsspannungs-Beziehungen kann entweder durch eine Anzahl Komparatoren, die parallel geschaltet sind, oder durch eine Zustandsmaschine durchgeführt werden. Die Arbeitszyklen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren können ähnlich wie in dem Verfahren, das in Tabelle 1.3 beschrieben ist, definiert werden.
Die Hysterese (unten beschrieben) und der Hochsetzstellermodus-Abtast-und-Halte-Schaltungsblock 232 (in diesem Text weiter zu beschreiben) tragen zum Unterdrücken dieser parasitären Wirkungen bei, die oben als Welligkeit im Hochsetzstellermodus und im Hochfrequenzbetrieb beschrieben sind.
Ein Hysterese-Komparator mit einer symmetrischen Hysterese wird als ∂V_OUT/∂t-Überwachungseinrichtung verwendet, um Rauschen und parasitäre Wirkungen aufgrund von ESR und ESL zu unterdrücken und um einen stabileren Betriebsbereich aufzuweisen. Der Hysterese-Komparator ist Teil des Abtast-und-Ableitungs-Blocks 233.
Der Nachteil dieser Hysterese ist, dass sie eine Verzögerung des ∂V_OUT/∂t-Signals hinzufügt. Der Wert der Hysterese kann als eine programmierbare Wahlmöglichkeit gehalten werden.
Abhängig von einem Typ des Ausgangskondensators 255, könnte ein Filter auf Vout notwendig sein (nicht gezeigt), wenn die ESL erhebliche Ausgangsstörungen erzeugt, die bei den Tiefsetzstellermodus-/Hochsetzstellermodus-Komparatoren ein falsches Auslösen erzeugen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2B wird der Tiefsetzstellerarbeitszyklus (D_buck) im Betriebsbereich 2 durch den Tiefsetzstellerzeitgeberblock 249 eingestellt. Der Zeitgeberblock erzeugt konstante Einschaltdauerpulse, die durch die festgelegte Frequenz des Taktsignals ausgelöst werden.
Der Hochsetzstellerarbeitszyklus (D_boost) wird in den Betriebsbereichen 4 & 5 gemäß Tabelle 1.2 durch den Hochsetzstellerzeitgeberblock 248 eingestellt - der ähnlich dem Tiefsetzstellerzeitgeber implementiert ist. Der Arbeitszyklus für diesen Betriebsbereich wird durch Lasttransientenspezifikationen im untersten Versorgungseingangsquadranten eingestellt. Ein Hochsetzstellerbetrieb mit einem niedrigen Arbeitszsyklus ist bevorzugt, um die Spulenwelligkeit zu minimieren.
Der Ausgang des logischen UND-Blocks 240 signalisiert den Tiefsetzstellermodus des Bereichs 2 gemäß Tabelle 1.2 und ist mit dem Tiefsetzstellerzeitgeberblock 249 verbunden, der außerdem die Systemtaktpulse des Tiefsetzsteller-Höchsetzsteller-Umsetzers empfängt. Der Tiefsetzstellerzeitgeberblock 249 implementiert den Arbeitszyklus D aus der Tabelle 1.2, Bereich 2.
Die Ausgänge der logischen UND-Blöcke 241 und 242 signalisieren beide den 100 %-Tiefsetzstellermodus gemäß Tabelle 1.2 und sind mit dem logischen ODER-Block 243 verbunden. Die Ausgänge des Tiefsetzstellerzeitgeberblocks 249 und des logischen ODER-Blocks 243 sind beide Eingänge des logischen ODER-Blocks 250, wobei der Ausgang des logischen ODER-Blocks 250 den Schalter 251 des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers aktiviert.
Der Ausgang des logischen UND-Blocks 244 signalisiert den Hochsetzstellermodus gemäß dem Bereich 4 der Tabelle 1.2, der Ausgang des INVERTER-Logikblocks 245 signalisiert den Hochsetzstellermodus des Bereichs 5 gemäß Tabelle 1.2. Sowohl der Ausgang von Block 244 als auch der Ausgang von Block 245 sind mit dem Block 248 verbunden, der den Arbeitszyklus des Hochsetzstellermodus implementiert. Der Ausgang von Block 248 aktiviert die Schalter 253 und 254 des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers.
Der zweite Eingang des logischen NICHT-ODER-Blocks 247 ist das Ausgangssignal des logischen ODER-Blocks 250. Der Ausgang des logischen NICHT-ODER-Blocks 247 aktiviert den Schalter 252 des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers.
Es sei erwähnt, dass die Logikblöcke des Logik-und-Zeitgeber-Blocks 24, wie in 2B gezeigt, lediglich ein Beispiel einer Implementierung der Steuerung des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers gemäß Tabelle 1.2 sind. Die Logikbeziehungen aus Tabelle 1.2 könnten ebenso durch andere Logikblöcke implementiert sein.
Bereichsänderungen könnten genau von einem Bereich in den nächsten Bereich stattfinden, jedoch nicht über zwei Bereiche hinweg. Lediglich nach einer gewissen Sperrzeit könnte die nächste Bereichsänderung stattfinden.
Mit anderen Worten, anstelle einer direkten Änderung vom Bereich 4 in den Bereich 2, könnte das System entscheiden, die Änderungen als zuerst Bereich 4, anschließend Bereich 3 (nach einer gewissen Sperrzeit), anschließend Bereich 2 zu definieren.
Diese Bereichsänderungsfunktion kann entweder sowohl bei aufsteigenden als auch bei absteigenden Bereichsänderungen aktiviert sein, oder es kann bevorzugt sein, dass sie lediglich bei einer absteigenden (oder aufsteigenden) Bereichsänderung implementiert ist. (Für das Beispiel aus 4.4 und 4.5 wird lediglich eine Einschränkung der absteigenden Bereichsänderung benötigt.)
Es sei erwähnt, dass D_buck und D_boost keine konstanten Werte sein müssen. Ihre Werte können mit digitaler Unterstützung anpassbar eingestellt werden. Die Arbeitszyklenwerte können durch eine Zustandsmaschine auf verschiedene Werte eingestellt werden (z. B. D_buck1, D_buck2, D_buck3, D_buck4, ...). Die Zustandsmaschine kann daraufhin D_buck und D_boost abhängig von den Bereichsübergängen von Vout (versus Vref) und möglicherweise von den Bereichsübergängen der Ableitung von Vout definieren.
Simulationsergebnisse
Für die folgenden Simulationen sind die Schalter des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers zur Vereinfachung der Signalisierung und des Verständnisses des grundlegenden Systemverhaltens ideale Schalter (M1 & M3) und Dioden (M2 & M4) (Ron = 100 mΩ). Falls nicht anderweitig angegeben, gilt ESR = 1 mΩ, L = 1µH und C = 30 µF. Die Betriebsfrequenz liegt in einem Bereich von 3 bis 6 MHz. Diese Werte sind lediglich Beispiele, andere Werte könnten ebenso implementiert sein.
Die folgenden Bezugszeichen werden auf die Zeitdiagramme aus 3A-3F angewendet. Dieselben Bezugszeichen werden außerdem auf 2B und 2C angewendet.

311: Spulenstrom,
312: Laststrom,
313: Spannung Tiefsetzstellermodus,
314: Hochsetzstellermodus,
315: Vorzeichen von rise_sense,
316: Vout_rising,
317: go_buck-Puls,
318: go_boost-Puls,
319: Vout,
320: Vout_sampled,
321: Vg (Versorgungsspannung).

Die Signale 313 bis 318 sind digitale Signale. Daher könnten sie möglicherweise lediglich eine 0/1 auf der y-Achse und keine Spannungen aufweisen.
3A bietet detaillierte Informationen über den Systembetrieb für das Beispiel V_IN = 3,8 V, V_OUT = 3,3 V, I_LOAD = 100 mA. Eine Ausgangsspannungswelligkeit von 3,13 mV wird beobachtet. Während die Änderung von Vout klein ist, bleibt der Komparator der ∂V_OUT/∂t-Überwachungseinrichtung aufgrund der Hysterese hoch.
Während der ersten paar Mikrosekunden ist die Ausgangsspannung Vout des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers höher als 3,29 V (Vref - ΔV₁), derart, dass sich das System im Betriebsbereich 2 befindet; ein Betrieb mit hohem Arbeitszyklus (D = 85 %) wird beobachtet, bis Vout unter 3,29 V liegt. Danach schaltet der Betriebsbereich auf 3, der Tiefsetzstellerschalter ist immer eingeschaltet. Während dieser Zeit steigt Vout über 3,29 V an, und das System bewegt sich in den Betriebsbereich 2. Es werden keine Hochsetzstellerpulse beobachtet.
Aufgrund der Hysterese der ∂V_OUT/∂t-Überwachungseinrichtung 204 bleibt das Vout_rising-Signal 316 auf einer logischen 1, selbst obwohl Vout tatsächlich zwischen 16 µs - 19 µs abfällt.
3B bietet detaillierte Informationen über den Systembetrieb für V_g = 4,8 V, V_OUT = 3,3 V, I_LOAD = 100 mA. Eine Ausgangsspannungswelligkeit von 1,1 mV wird beobachtet.
Bei t = 17,0 µs ist Vout größer als 3,3 V, derart, dass das System sich im Betriebsbereich 1 befindet; die Schalter ausgeschaltet sind und die Ausgangsspannung aufgrund des Laststroms abfällt.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem Vout unter 3,3 V abfällt, ist „Vout_rising“ 316 tief, derart, dass sich das System im Betriebsbereich 3 befindet; der Tiefsetzstellerschalter ist immer eingeschaltet.
Wenn „Vout_rising“ 316 hoch ist, wird ein Tiefsetzstellerpuls beobachtet, bis Vout > 3,3.
3C bietet detaillierte Informationen über den Systembetrieb für V_g = 2,5 V, V_OUT = 3,3 V, I_LOAD = 100 mA. Eine Ausgangsspannungswelligkeit von 1,61 mV wird beobachtet.
Bei t = 15,4 µs ist Vout größer als 3,29 V (Vref - ΔV₁), derart, dass sich das System im Betriebsbereich 2 befindet; ein Betrieb mit hohem Arbeitszyklus (D = 85 %) wird beobachtet, bis Vout unter 3,29 V liegt (t = 15,8 µs).
Es sei erwähnt, dass der erste Tiefsetzsteller-min-aus-Puls 317 bei t = 15,4 µs kürzer als erwartet ist, dies ist auf eine Stromimplementierung des Tiefsetzstellerzeitgebers 249 zurückzuführen. Der Zeitgeber beginnt mit dem „Vout_rising“-Signal 316 zu arbeiten, nicht mit dem „boost_mode“-Signal. Ferner ändert „Vout_rising“ 316 aufgrund des RS-Flip-Flops in 2C seinen Zustand, nachdem bei t = 16,03 µs der Tiefsetzstellerarbeitszyklus abgeschlossen ist.
Das „boost_mode“-Signal wird ausgelöst, wenn Vout kleiner als Vref - ΔV₁ = 3,29 V ist.
Bei t = 15,9 µs beginnt der Betrieb im Bereich 4, wobei das „boost_mode“-Signal auf hoch ansteigt und „rise_sense“ = 0. In diesem Bereich werden Hochsetzstellerpulse mit D = D_boost beobachtet.
Bei t = 16,6 µs wird der Betrieb im Bereich 3 beobachtet, wobei das „boost_mode“-Signal nach wie vor hoch ist und das „rise_sense“-Signal = 1 ist (Dieser Betriebsbereich ist auch als Hochsetzstellermodus mit D = 0 definiert).
Bei t = 17,05 µs beginnt der Betrieb im Bereich 4, wobei das „boost_mode“-Signal nach wie vor hoch ist und „rise_sense“ = 0.
Bei t = 17,8µs wird mit dem Abfallen des „boost_mode“-Signals und „Vout_rising“ = 1 der Betrieb im Bereich 2 wieder aufgenommen.
Als ein Systemdetail beginnen die Hochsetzstellerpulse mit dem „rise_sense“-Signal, das der Ausgang des ∂V_OUT/∂t-Komparators ist, eine direkte Verbindung ist implementiert, um die Antwort zu beschleunigen. Das Erhöhen der dV/dt-Hysterese kann ebenfalls dazu beitragen, diese Wirkungen zu beseitigen.
Die zuvor erwähnten, digital unterstützten Systemverbesserungen können für dieses Simulationsergebnis genutzt werden. Zum Beispiel ist bei t = 17,8 µs buck_sw für ein sehr kurzes Zeitfenster ausgeschaltet. Wenn ein Modusübergang von hoch nach tief (Bereich 4 zu 2) durch eine Einer-nach-dem-Anderen-Technik durchgeführt wird, würde dieses Schalten die Steigerung des Systemleistung beseitigen.
Wenn „rise_sense“ 315 hoch ist und (Vref - ΔV₁ > Vout > Vref - ΔV₂), befindet sich das System im Bereich 3, somit werden keine Hochsetzstellerpulse beobachtet. Der Spulenstrom klingt in diesem Bereich auf null ab, da V_g < V_OUT.
3D führt eine Netztransientenantwort an, wobei V_g bei I_LOAD = 100 mA, V_OUT = 3,3 V von 3,8 V auf 2,5 V abfällt. Eine Transiente der Ausgangsspannung von 3,6 mV wird beobachtet.
In einer getrennten Transientensimulation (nicht gezeigt), die den definierten Bereich der Lastströme (100 mA → 500 mA) und Versorgungsspannungen (2,5 V → 4,8 V) überstreicht, wird eine maximale, beobachtete Welligkeit mit 12,5 mV wahrgenommen. Die Simulationsbedingungen waren: L = 1µH, Cout = 30 µF, ESR = 1 mΩ, ESL = O, was zu einer Betriebsfrequenz in einem Bereich von 3-6 MHz führt.
3E führt detaillierte Informationen über den Systembetrieb für V_g = 3,3 V, V_OUT = 3,3 V, I_LOAD = 100 mA an. Eine Ausgangsspannungswelligkeit von 2,1 mV wird beobachtet. Die Simulationsparameter sind: L = 1µH, Cout = 30 µF, ESR = 1 mΩ. Gleichzeitige Tiefsetzstellerpulse und Hochsetzstellerpulse werden beobachtet.
Ähnlich zu 3C tritt das System in 3E in den Bereich 4 ein, wobei es auf das „rise_sense“-Signal 315 im Hochsetzstellermodus reagiert.
3F führt die Ergebnisse einer Transientensimulation mit ansteigender Last für V_g = 3,8 V, V_OUT = 3,3 V, L = 1µH, Cout = 30 µF, ESR = 1 mΩ, I-_LOAD = 100 mA → 500 mA an.
4 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens, einen Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzer mit Hysterese mit einer vereinfachten Topologie ohne einen Modulatorblock und ohne Frequenzausgleich zu erzeugen. Ein erster Schritt 40 veranschaulicht das Bereitstellen eines Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzer mit Hysterese, der Komparatoren, Zeitgeberblöcke, einen Ableitungsblock, um eine Richtung einer Änderung der Ausgangsspannung zu überwachen oder um eine Richtung eines Spulenstroms oder eines Laststroms oder sowohl des Spulenstroms als auch des Laststroms zu überwachen, und Steuerlogikzellen umfasst. Schritt 41 beschreibt das Konstruieren des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers ausschließlich unter Verwendung getrennter Tiefsetzsteller- und Hochsetzstellerpulse. Schritt 42 beschreibt das Einstellen von Zykluszeiten sowohl für den Tiefsetzstellermodus als auch für den Hochsetzstellermodus. Schritt 43 beschreibt das Überwachen derAusgangsspannungdesTiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers und ihrer Ableitung oder das Überwachen einer Richtung eines Spulenstroms oder eines Laststroms oder sowohl des Spulenstroms als auch des Laststroms, um den Tiefsetzstellerbetriebsmodus oder den Hochsetzstellerbetriebsmodus des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers zu definieren.
Obwohl die Offenbarung insbesondere unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, wird der Fachmann auf dem Gebiet verstehen, dass diverse Änderungen in Form und Details vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgeist und vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.

Claims

Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzersystem (200) mit Hysterese, das die Tiefsetzstellerpulse und die Hochsetzstellerpulse trennt, wobei die Betriebsbereiche und die Tiefsetzstellerzyklen oder die Hochsetzstellerzyklen des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers auf der Basis des Überwachens einer Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers und einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers und einer Referenzspannung (Vref) gesteuert werden, das Folgendes umfasst: einen Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzer, der konfiguriert ist, die Ausgangsspannung (Vout) bereitzustellen, die höher oder niedriger als eine Eingangsspannung (Vg) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers sein kann, der ein induktives Bauelement (Lo) und getrennte Schalter für den Tiefsetzstellerbetrieb (251, 252) und den Hochsetzstellerbetrieb (253, 254) umfasst, wobei in einem gegebenen Zyklus entweder die Schalter für den Tiefsetzstellerbetrieb (251, 252) oder die Schalter für den Hochsetzstellerbetrieb (253, 254) konfiguriert sind zu schalten; eine Eingangsstufe, die die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers überwacht, die eine Anzahl Komparatoren (20-22) umfasst, die parallel geschaltet sind, wobei ein erster Komparator (20) die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers mit einer Referenzspannung (Vref) vergleicht und jeder der anderen Komparatoren (21-22) detektiert, ob die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzstellers in ein Spannungsintervall abfällt, das niedriger als die Referenzspannung (Vref) ist, wobei das Spannungsintervall für jeden der anderen Komparatoren verschieden ist, wobei ein Ausgang jedes Komparators ein Eingang in einen Logik-und-Zeitgeber-Block (24) ist; den Logik-und-Zeitgeber-Block (24), der konfiguriert ist, abhängig vom Eingang der Komparatoren einen Betriebsbereich des Tiefsetzstellerbetriebsmodus oder des Hochsetzstellerbetriebsmodus und die Tiefsetzstellerzykluszeit oder die Hochsetzstellerzykluszeit zu definieren, und wobei der Logik-und-Zeitgeber-Block (24) in einem gegebenen Zyklus konfiguriert ist, die Tiefsetzstellerschalter oder die Hochsetzstellerschalter (251-254) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers gemäß dem Betriebsbereich zu aktivieren, der durch den Logik-und-Zeitgeber-Block (24) definiert wird, wobei die Betriebsbereiche davon abhängen, wie weit die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers von der Referenzspannung (Vref) entfernt ist; und einen Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblock (23), der konfiguriert ist, zu detektieren, ob die Ausgangsspannung (Vout) abfällt oder ansteigt, wobei der Ausgang des Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblocks ein zusätzlicher Eingang in den Logik-und-Zeitgeber-Block (24) ist.
Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzersystem (200) nach Anspruch 1, wobei der Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblock einen Abtast-und-Halte-Schaltungsblock, der konfiguriert ist, die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers abzutasten und zu halten, einen Ableitungsschaltungsblock, der einen Eingang vom Abtast-und-Halteblock empfängt und konfiguriert ist, eine Ableitung der Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers zu erzeugen, und ein Flip-Flop, das auf einem Einstelleingang ein Ausgangssignal vom Ableitungsschaltungsblock und auf einem Rückstelleingang ein Taktsignal empfängt, umfasst, wobei ein erster Ausgang des Flip-Flops angibt, ob die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers ansteigt, und ein zweiter Ausgang des Flip-Flops angibt, ob die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers abfällt.
Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzersystem (200) nach Anspruch 2, wobei ein Hysterese-Komparator, der die Welligkeit eines Eingangs des Ableitungsblocks unterdrückt, im Ableitungsblock enthalten ist.
Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzersystem (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Logik-und-Zeitgeber-Block (24) eine Anzahl Logikgatter und Zeitgeberblöcke umfasst, die konfiguriert sind, abhängig von den Ausgängen der Eingangsstufe die Tiefsetzstellerarbeitszyklen oder die Hochsetzstellerarbeitszyklen einzustellen, wobei ein Tiefsetzstellerzeitgeberblock konfiguriert ist, die Tiefsetzstellerzykluszeit einzustellen, und ein Hochsetzstellerzeitgeberblock konfiguriert ist, die Hochsetzstellerzykluszeit einzustellen.
Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-System nach Anspruch 4, wobei der Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzer ferner einen Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblock umfasst, der konfiguriert ist, zu detektieren, ob die Ausgangsspannung (Vout) abfällt oder ansteigt, wobei der Ausgang des Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblocks ein zusätzlicher Eingang in den Logik-und-Zeitgeber-Block (24) ist und wobei dann, wenn die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers höher als die Referenzspannung (Vref) ist, ein Betriebsbereich 1 zugewiesen wird und alle Schalter des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers ausgeschaltet werden, dann, wenn die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers niedriger als die Referenzspannung (Vref) und höher als die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers minus einer ersten Schwellenwertspannung ist und die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers ansteigt, ein Betriebsbereich 2 zugewiesen wird, was bedeutet, dass die Tiefsetzstellermodusschalter unter Verwendung der Tiefsetzstellerzykluszeit geschlossen werden, die durch den Tiefsetzstellerzeitgeberblock eingestellt wird, dann, wenn die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers niedriger als die Referenzspannung (Vref) und höher als die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers minus einer ersten Schwellenwertspannung ist und die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers abfällt, ein Betriebsbereich 3 zugewiesen wird, was bedeutet, dass die Tiefsetzstellermodusschalter unter Verwendung der 100 %-Tiefsetzstellerzykluszeit geschlossen werden oder die Hochsetzstellerschalter unter Verwendung der 0 %-Hochsetzstellerzykluszeit geschlossen werden, dann, wenn die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers niedriger als die Referenzspannung (Vref) minus der ersten Schwellenwertspannung und höher als die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers minus einer zweiten Schwellenwertspannung ist und die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers ansteigt, ebenfalls der Betriebsbereich 3 zugewiesen wird, was bedeutet, dass die Tiefsetzstellermodusschalter unter Verwendung der 100 %-Tiefsetzstellerzykluszeit geschlossen werden oder die Hochsetzstellerschalter unter Verwendung der 0 %-Hochsetzstellerzykluszeit geschlossen werden, dann, wenn die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers niedriger als die Referenzspannung (Vref) minus der ersten Schwellenwertspannung und höher als die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers minus einer zweiten Schwellenwertspannung ist und die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers abfällt, der Betriebsbereich 4 zugewiesen wird, was bedeutet, dass die Hochsetzstellermodusschalter unter Verwendung der Hochsetzstellerzykluszeit geschlossen werden, die durch den Hochsetzstellerzeitgeberblock eingestellt wird, und dann, wenn die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers niedriger als die Referenzspannung (Vref) minus der zweiten Schwellenwertspannung ist, der Betriebsbereich 5 zugewiesen wird, was bedeutet, dass die Hochsetzstellermodusschalter unter Verwendung der 100 %-Hochsetzstellerzykluszeit geschlossen werden.
Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-System nach Anspruch 5, wobei der Tiefsetzstellerarbeitszyklus und der Hochsetzstellerarbeitszyklus durch eine Zustandsmaschine oder eine CPU auf veränderliche Werte eingestellt werden, wobei der Tiefsetzstellerarbeitszyklus und der Hochsetzstellerarbeitszyklus von der Eingangsversorgungsspannung, der Referenzspannung (Vref), den Betriebsbereichsübergängen oder den Ableitungen der Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers abhängen.
Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzersystem (200) mit Hysterese, das die Tiefsetzstellerpulse und die Hochsetzstellerpulse trennt, wobei die Betriebsbereiche und die Tiefsetzstellerzyklen oder die Hochsetzstellerzyklen des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers auf der Basis des Überwachens einer Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers und einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers und einer Referenzspannung (Fehlerspannung) und zusätzlich auf der Basis der Beziehungen des Laststroms zum Spulenstrom und zu einem oder mehreren Referenzströmen oder auf der Basis der Beziehungen entweder des Laststroms oder des Spulenstroms zu einem oder mehreren Referenzströmen gesteuert werden, das Folgendes umfasst: einen Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzer, der konfiguriert ist, die Ausgangsspannung (Vout) bereitzustellen, die höher oder niedriger als eine Eingangsspannung (Vg) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers sein kann, der ein induktives Bauelement (Lo) und getrennte Schalter für den Tiefsetzstellerbetrieb (251, 252) und den Hochsetzstellerbetrieb (253, 254) umfasst, wobei in einem gegebenen Zyklus entweder die Schalter für den Tiefsetzstellerbetrieb (251, 252) oder die Schalter für den Hochsetzstellerbetrieb (253, 254) konfiguriert sind zu schalten; eine Eingangsstufe, die konfiguriert ist, die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers in Beziehung zu Referenzspannungen zu überwachen und zusätzlich den Laststrom in Beziehung zum Spulenstrom und zu einem oder mehreren Referenzströmen zu überwachen oder den Spulenstrom in Beziehung zu dem einen oder den mehreren Referenzströmen zu überwachen, wobei das Überwachen entweder durch eine Anzahl Komparatoren, die parallel geschaltet sind, oder durch eine Zustandsmaschine durchgeführt wird und wobei die Ausgänge der Eingangsstufe Eingänge in einen Logik-und-Zeitgeber-Block (24) sind, wobei das Überwachen detektiert, ob die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers in ein Spannungsintervall, das niedriger als die Referenzspannung (Vref) ist, und in Spannungsintervalle zwischen der Referenzspannung (Vref) fällt, die von verschiedenen Schwellenwertspannungen vermindert ist, und zusätzlich das Überwachen detektiert, ob der Laststrom niedriger als der Spulenstrom ist, ob der Laststrom in ein Stromintervall zwischen dem Spulenstrom und einem ersten Schwellenwertstrom fällt, und detektiert, ob der Laststrom in ein Intervall zwischen dem ersten Schwellenwertstrom und einem zweiten Schwellenwertstrom fällt, wobei die Ergebnisse jedes Überwachens eine Eingabe an den Logik-und-Zeitgeber-Block (24) ist; einen Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblock, der konfiguriert ist, zu detektieren, ob die Ausgangsspannung (Vout) abfällt oder ansteigt, wobei der Ausgang des Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblocks, der eine Ableitung der Ausgangsspannung (Vout) bereitstellt, ein weiterer zusätzlicher Eingang in den Logik-und-Zeitgeber-Block (24) ist, und den Logik-und-Zeitgeber-Block (24), der konfiguriert ist, einen Betriebsbereich des Tiefsetzstellerbetriebsmodus oder des Hochsetzstellerbetriebsmodus und die Tiefsetzstellerzykluszeit oder die Hochsetzstellerzykluszeit zu definieren, wobei der Logik-und-Zeitgeber-Block (24) eine Anzahl Logikgatter und Zeitgeberblöcke umfasst, die konfiguriert sind, abhängig von den Ausgängen der Eingangsstufe des Tiefsetzstellerarbeitszyklus oder des Hochsetzstellerarbeitszyklus einzustellen, wobei der Tiefsetzstellerzeitgeberblock konfiguriert ist, die Tiefsetzstellerzykluszeit einzustellen, und ein Hochsetzsellerzeitgeberblock konfiguriert ist, die Hochsetzstellerzykluszeit einzustellen, wobei der Logik-und-Zeitgeber-Block (24) in einem gegebenen Zyklus konfiguriert ist, die Tiefsetzstellerschalter oder die Hochsetzstellerschalter des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers gemäß dem Betriebsbereich zu aktivieren, der durch den Logik-und-Zeitgeber-Block (24) definiert wird, und wobei für den Fall, dass die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzstellers-Hochsetzstellers höher als die Referenzspannung (Vref) ist, beide Schalter für den Tiefsetzstellerbetrieb (251, 252) und den Hochsetzstellerbetrieb (253, 254) ausgeschaltet werden.
Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzersystem (200) mit Hysterese, das die Tiefsetzstellerpulse und die Hochsetzstellerpulse trennt, wobei die Betriebsbereiche und die Tiefsetzstellerzyklen oder die Hochsetzstellerzyklen des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers auf der Basis des Überwachens einer Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers und einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers und einer Referenzspannung (Fehlerspannung) und zusätzlich auf der Basis des Überwachens eines Verhältnisses der Ausgangsspannung (Vout) zu einer Versorgungsspannung des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers gesteuert werden, das Folgendes umfasst: einen Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzer, der konfiguriert ist, die Ausgangsspannung (Vout) bereitzustellen, die höher oder niedriger als eine Eingangsspannung (Vg) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers sein kann, der ein induktives Bauelement (Lo) und getrennte Schalter für den Tiefsetzstellerbetrieb (251, 252) und den Hochsetzstellerbetrieb (253, 254) umfasst, wobei in einem gegebenen Zyklus entweder die Schalter für den Tiefsetzstellerbetrieb (251, 252) oder die Schalter für den Hochsetzstellerbetrieb (253, 254) konfiguriert sind zu schalten; eine Eingangsstufe, die konfiguriert ist, die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers in Beziehung zu Referenzspannungen zu überwachen und eine Beziehung des Ausgangsspannungsstroms in Beziehung zur Versorgungsspannung zu überwachen, wobei Bereiche der Ausgangsspannung (Vout) verwendet werden, die durch Schwellenwertspannungen begrenzt sind, wobei das Überwachen entweder durch eine Anzahl Komparatoren, die parallel geschaltet sind, oder durch eine Zustandsmaschine durchgeführt wird und wobei die Ausgänge der Eingangsstufe Eingänge in einen Logik-und-Zeitgeber-Block (24) sind, wobei das Überwachen detektiert, ob die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers in ein Spannungsintervall, das niedriger als die Referenzspannung (Vref) ist, und in Spannungsintervalle zwischen der Referenzspannung (Vref) fällt, die von verschiedenen Schwellenwertspannungen vermindert ist, und zusätzlich das Überwachen detektiert, ob der Laststrom niedriger als der Spulenstrom ist, ob der Laststrom in ein Stromintervall zwischen dem Spulenstrom und einem ersten Schwellenwertstrom fällt, und detektiert, ob der Laststrom in ein Intervall zwischen dem ersten Schwellenwertstrom und einem zweiten Schwellenwertstrom fällt, wobei die Ergebnisse jedes Überwachens eine Eingabe an den Logik-und-Zeitgeber-Block (24) ist; einen Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblock, der konfiguriert ist, zu detektieren, ob die Ausgangsspannung (Vout) abfällt oder ansteigt, wobei der Ausgang des Ausgangsspannungsänderungsüberwachungsblocks, der eine Ableitung der Ausgangsspannung (Vout) bereitstellt, ein weiterer zusätzlicher Eingang in den Logik-und-Zeitgeber-Block (24) ist; und den Logik-und-Zeitgeber-Block (24), der konfiguriert ist, einen Betriebsbereich des Tiefsetzstellerbetriebsmodus oder des Hochsetzstellerbetriebsmodus und die Tiefsetzstellerzykluszeit oder die Hochsetzstellerzykluszeit zu definieren, wobei der Logik-und-Zeitgeber-Block (24) eine Anzahl Logikgatter und Zeitgeberblöcke umfasst, die konfiguriert sind, abhängig von den Ausgängen der Eingangsstufe den Tiefsetzstellerarbeitszyklus oder den Hochsetzstellerarbeitszyklus einzustellen, wobei der Tiefsetzstellerzeitgeberblock konfiguriert ist, die Tiefsetzstellerzykluszeit einzustellen, und ein Hochsetzstellerzeitgeberblock konfiguriert ist, die Hochsetzstellerzykluszeit einzustellen, wobei der Logik-und-Zeitgeber-Block (24) in einem gegebenen Zyklus konfiguriert ist, die Tiefsetzstellerschalter oder die Hochsetzstellerschalter des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers gemäß dem Betriebsbereich zu aktivieren, der durch den Logik-und-Zeitgeber-Block (24) definiert wird, und wobei für den Fall, dass die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzstellers-Hochsetzstellers höher als die Referenzspannung (Vref) ist, beide Schalter für den Tiefsetzstellerbetrieb (251, 252) und den Hochsetzstellerbetrieb (253, 254) ausgeschaltet werden.
Verfahren, um den Betrieb von Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzern zu verbessern, das die folgenden Schritte umfasst: (1) Bereitstellen eines Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers mit Hysterese, der Komparatoren, Zeitgeberblöcke, einen Hysterese-Ableitungsblock, um eine Richtung der Ausgangsspannung (Vout) zu überwachen, oder um zusätzlich einen Spulenstrom zu überwachen, oder eines Laststroms oder sowohl eines Spulenstroms als auch eines Laststroms zu überwachen oder um ein Verhältnis der Ausgangsspannung (Vout) zu einer Eingangsspannung (Vg) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers zu überwachen, und Steuerlogikzellen umfasst; (2) Konstruieren des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers ausschließlich unter Verwendung getrennter Tiefsetzsteller- und Hochsetzstellerpulse; (3) Einstellen von Zykluszeiten sowohl für den Tiefsetzstellermodus als auch für den Hochsetzstellermodus; und (4) Überwachen der Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers und ihrer Ableitung oder eine Richtung eines Spulenstroms oder eines Laststroms oder sowohl des Spulenstroms als auch des Laststroms zusätzlich zu überwachen oder ein Verhältnis der Ausgangsspannung (Vout) zu einer Eingangsspannung (Vg) zu überwachen, um den Tiefsetzstellerbetriebsmodus oder den Hochsetzstellerbetriebsmodus des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers zu definieren; Detektieren, ob die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers in ein Spannungsintervall, das niedriger als die Referenzspannung (Vref) ist, und in Spannungsintervalle zwischen der Referenzspannung (Vref) fällt, die von verschiedenen Schwellenwertspannungen vermindert ist, und zusätzlich Detektieren, ob der Laststrom niedriger als der Spulenstrom ist, ob der Laststrom in ein Stromintervall zwischen dem Spulenstrom und einem ersten Schwellenwertstrom fällt, und Detektieren, ob der Laststrom in ein Intervall zwischen dem ersten Schwellenwertstrom und einem zweiten Schwellenwertstrom fällt, wobei die Ergebnisse jedes Überwachens eine Eingabe an den Logik-und-Zeitgeber-Block (24) ist, und für den Fall, dass die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzstellers-Hochsetzstellers höher als die Referenzspannung (Vref) ist, Ausschalten beider Schalter für den Tiefsetzstellerbetrieb (251, 252) und den Hochsetzstellerbetrieb (253, 254).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Tiefsetzstellerarbeitszyklus und der Hochsetzstellerarbeitszyklus durch eine Zustandsmaschine oder eine CPU auf veränderliche Werte eingestellt werden, wobei der Tiefsetzstellerarbeitszyklus und der Hochsetzstellerarbeitszyklus von der Eingangsversorgungsspannung, der Referenzspannung (Vref), den Betriebsbereichsübergängen oder den Ableitungen der Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers abhängen.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Abtast-und-Ableitungs-Schaltungsblock einen Abtast-und-Halte-Schaltungsblock, der konfiguriert ist, die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers abzutasten und zu halten, einen Ableitungsschaltungsblock, der einen Eingang vom Abtast-und-Halteblock empfängt und konfiguriert ist, eine Ableitung der Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers zu erzeugen, und ein Flip-Flop, das auf einem Einstelleingang ein Ausgangssignal vom Ableitungsschaltungsblock und auf einem Rückstelleingang ein Taktsignal empfängt, umfasst, wobei ein erster Ausgang des Flip-Flops angibt, ob die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers ansteigt, und ein zweiter Ausgang des Flip-Flops angibt, ob die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers abfällt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei ein Hysterese-Komparator, der die Welligkeit eines Eingangs des Ableitungsblocks unterdrückt, im Ableitungsblock enthalten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei zusätzlich überwacht wird, ob die Ausgangsspannung (Vout) des Tiefsetzsteller-Hochsetzsteller-Umsetzers ansteigt oder abfällt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Überwachen, ob die Ausgangsspannung (Vout) ansteigt oder abfällt, durch einen Ableitungsblock durchgeführt wird, der konfiguriert ist, die Ausgangsspannung (Vout) über die Zeit abzuleiten.