DE102018211483A1

DE102018211483A1 - Leistungswandler mit einzelnem Induktor und mehreren Ausgängen mit Überlastungssteuerung

Info

Publication number: DE102018211483A1
Application number: DE102018211483.8A
Authority: DE
Inventors: Lourans Samid
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2020-01-16
Also published as: US20200021194A1; US10715043B2

Abstract

Das vorliegende Dokument betrifft einen Einzel-Induktor-Mehrfachausgangs(SIMO - single inductor multiple output)-Leistungswandler, der einen einzelnen Induktor und zumindest zwei Ausgangsanschlüsse aufweist, die als erster Ausgangsanschluss und zweiter Ausgangsanschluss bezeichnet werden. Der SIMO-Leistungswandler weist weiter ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement auf, wobei das erste Schaltelement zwischen einem Ausgangsanschluss des Induktors und dem ersten Ausgangsanschluss des SIMO-Leistungswandlers gekoppelt ist. Das zweite Schaltelement ist zwischen dem Ausgangsanschluss des Induktors und dem zweiten Ausgangsanschluss des SIMO-Leistungswandlers gekoppelt. Der SIMO-Leistungswandler weist auch eine Steuerschaltung auf, die konfiguriert ist zum Erfassen eines Überlastungszustands an dem ersten Ausgangsanschluss und zum Erzeugen von Steuersignalen zum Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements basierend auf dem erfassten Überlastungszustand.

Description

Technisches Gebiet
Das vorliegende Dokument betrifft Einzel-Induktor-Mehrfachausgangs(SIMO - single inductor multiple output)-Leistungswandler, wie z.B. Einzel-Induktor-Dualausgangs(SIDO - single inductor dual output)-Leistungswandler. Insbesondere betrifft das vorliegende Dokument SIMO-Leistungswandler mit Überlastungserfassung, wobei die SIMO-Leistungswandler für einen robusten Betrieb in dem Fall eines erfassten Überlastungszustands konfiguriert sind.
Hintergrund
SIMO-Leistungswandler sind vielversprechende Kandidaten für integrierte Schaltungen zur Leistungsverwaltung (PMICs - power management integrated circuits), da nur ein Induktor verwendet wird, um mehrere Ausgänge quasi gleichzeitig zu versorgen. Ein Fall eines solchen SIMO-Wandlertyps ist der SIDO-Wandler, der Typ mit einem Induktor und zwei Ausgängen. Die vorliegende Erfindung kann mit einer Vielzahl von DC-DC-Leistungswandler-Gestaltungen praktiziert werden, wie zumindest einer aus einer Gruppe, die DC-DC-Aufwärtswandler (Boost-Wandler) mit mehreren Ausgängen, DC-DC-Abwärts-Wandler (Buck-Wandler) mit mehreren Ausgängen, DC-DC-Aufwärts/Abwärts-Wandler (Buck-Boost-Wandler) mit mehreren Ausgängen, invertierende DC-DC-Wandler mit mehreren Ausgängen, Mehrfachausgangs-DC-DC-Wandler mit positivem und negativem Ausgang, und Mehrfachausgangs-DC-DC-Aufwärts/Abwärts-Wandler mit mehreren positiven und negativen Ausgängen umfasst, jedoch nicht darauf beschränkt. Einschränkungen bei der gewählten Anzahl von Ausgängen treten in Abhängigkeit von Leistungsanforderungen auf, wie einer Lastregelung oder einem maximalen Last- und Ungleichgewichtsbereich von Lasten bei den verschiedenen Ausgängen.
Normalerweise ist die Systemstromgrenze die Summe der einzelnen Ausgangsströme. Ein Thema von Interesse ist die Handhabung von Ausgangsüberlastungssituationen, d.h. Situationen, in denen die Summe der von den Ausgängen des SIMO-Leistungswandlers bezogenen Ströme die Systemstromgrenze übersteigt. In Systemen nach dem Stand der Technik verursachen derartige Ausgangsüberlastungssituationen die starken Spannungsabfälle nicht nur an dem Ausgang des SIMO-Leistungswandlers, der tatsächlich überlastet ist. In einem SIDO-Leistungswandler können zum Beispiel beide Ausgangsspannungen an beiden Ausgängen signifikant abfallen, obwohl nur ein Ausgang überlastet ist. Infolgedessen kann auch ein Betrieb der versorgten Vorrichtung an dem nicht-überlasteten Ausgang des SIDO unterbrochen werden, solange der Überlastungszustand anhält. Dieses Problem wird durch Regelschemen verursacht, die den gemeinsamen Spulenstrom an die einzelnen Ausgänge übermitteln. Diese Funktion funktioniert unter normalen Bedingungen gut, jedoch neigen diese Schemen in dem Fall einer Überlastung des Systems dazu, die mehreren Ausgänge nachteilig zu beeinflussen.
Typischerweise weisen herkömmliche SIMO-Leistungswandler individuelle Schaltelemente für jeden Ausgang auf, wobei die Schaltelemente einen Teil einer Schaltmatrix 12 bilden können, wie z.B. in 1 zu sehen ist. Reguläre Ausgangsmatrix-Steuerschemen regeln typischerweise Ein- und Aus-Zeiten der Schaltelemente, um die Werte der erforderlichen (durchschnittlichen) Ausgangsströme zu steuern. In dem Fall einer Überlastung an einem Ausgang kann der Leistungswandler den Strom der energetisierten Spule jedoch vollständig an diesen überlasteten Ausgang übertragen, und die Spannungen an den anderen Ausgängen können ebenfalls abfallen, wenn eine Ausgangslast zu liefern ist.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit den oben genannten technischen Problemen. Insbesondere befasst sich das vorliegende Dokument mit dem technischen Problem, einen SIMO-Leistungswandler vorzusehen, der in dem Fall der beschriebenen Überlastungszustände robust ist.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt kann ein SIMO(single inductor multiple output)-Leistungswandler einen Induktor, einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss aufweisen. Genauer, der SIMO-Leistungswandler muss nur einen Induktor aufweisen. Der SIMO-Leistungswandler kann ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement aufweisen, wobei das erste Schaltelement zwischen einem Ausgangsanschluss des Induktors und dem ersten Ausgangsanschluss des SIMO-Leistungswandlers gekoppelt ist und das zweite Schaltelement zwischen dem Ausgangsanschluss des Induktors und dem zweiten Ausgangsanschluss des SIMO-Leistungswandlers gekoppelt ist. Der SIMO-Leistungswandler kann weiter eine Steuerschaltung aufweisen, die konfiguriert ist zum Erfassen eines Überlastungszustands an dem ersten Ausgangsanschluss und zum Erzeugen von Steuersignalen zum Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements basierend auf dem erfassten Überlastungszustand.
Jedes der zwei Schaltelemente kann mit einer geeigneten Vorrichtung implementiert werden, wie zum Beispiel einem Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET - metal-oxide-semiconductor field effect transistor), einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT - insulated-gate bipolar transistor), einem MOS-Gate-Thyristor oder einer anderen geeigneten Leistungsvorrichtung. Jedes Schaltelement kann ein Gate haben, an das eine entsprechende Ansteuerspannung oder ein Steuersignal angelegt werden kann, um das Schaltelement ein- oder auszuschalten.
Die Steuerschaltung kann konfiguriert sein zum Erfassen des Überlastungszustands an dem ersten Ausgangsanschluss, wenn ein erster Ausgangsstrom an dem ersten Ausgangsanschluss größer ist als ein zweiter Ausgangsstrom an dem zweiten Ausgangsanschluss, und wenn eine Summe des ersten Ausgangsstroms und des zweiten Ausgangsstroms eine maximale Stromgrenze des SIMO-Leistungswandlers übersteigt. Obwohl die folgende Beschreibung Überlastungszustände an dem ersten Ausgangsanschluss betrifft, ist für Fachleute offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auch Überlastungszustände an dem zweiten Ausgangsanschluss abdeckt, wobei in diesem Fall - während die maximale Stromgrenze überschritten wird - der zweite Ausgangsstrom an dem zweiten Ausgangsanschluss größer ist als der erste Ausgangsstrom an dem ersten Ausgangsanschluss. Darüber hinaus kann der SIMO-Leistungswandler mehr als zwei Ausgangsanschlüsse aufweisen und die beschriebene Erfindung ist nicht auf den Fall eines SIDOs beschränkt.
Der beanspruchte SIMO-Leistungswandler ermöglicht, dass durch Erfassen des Überlastungszustands und entsprechendes Erzeugen der Steuersignale die Ausgangsspannungen an dem/den nicht-überlasteten Ausgangsanschluss/anschlüssen vor einem Abfallen geschützt sein können, z.B. durch Trennen der überlasteten Ausgangsanschlüsse von dem Induktor für definierte Zeitintervalle. Auf diese Weise wird ein robuster Systembetrieb in dem Fall eines Überlastungsfehlerzustands ermöglicht.
Insbesondere kann die Steuerschaltung konfiguriert sein, bei einem Erfassen des Überlastungszustands an dem ersten Ausgangsanschluss, zum Öffnen des ersten Schaltelements und zum Schließen des zweiten Schaltelements durch Erzeugen entsprechender Steuersignale. Durch Öffnen des ersten Schaltelements wird der erste Ausgangsanschluss von dem Induktor getrennt, während ein leitender Pfad zwischen dem zweiten, nicht-überlasteten Ausgangsanschluss und dem Induktor zumindest für ein begrenztes Zeitintervall hergestellt wird. Die Steuerschaltung kann einen Komparator aufweisen, der konfiguriert ist zum Vergleichen einer Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss mit einer Schwellenspannung, und die Steuerschaltung kann konfiguriert sein, wenn die Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss die Schwellenspannung übersteigt, zum (erneuten) Schließen des ersten Schaltelements und zum (erneuten) Öffnen des zweiten Schaltelements durch Erzeugen entsprechender Steuersignale. Dabei kann die Schwellenspannung so gewählt werden, dass sie gleich einer Differenz zwischen einer Referenzspannung minus einem vorgegebenen Spannungsabfall ist, wobei die Referenzspannung einen Sollspannungswert der Spannungsregelung des SIMO-Leistungswandlers für diesen ersten Ausgangsanschluss repräsentieren kann. In anderen Worten, die oben beschriebene Konfiguration der Steuerschaltung ermöglicht, dass während definierter Zeitintervalle die Ausgangsanschlüsse des Leistungswandlers, die nicht-überlastet sind, ausschließlich bedient werden, bis sich die Ausgangsspannung an dem nicht-überlasteten Ausgangsanschluss erholt hat und oberhalb der Schwellenspannung ist.
Umgekehrt kann die Steuerschaltung konfiguriert sein, wenn die Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss unter die Schwellenspannung fällt, zum (erneuten) Öffnen des ersten Schaltelements und (erneuten) Schließen des zweiten Schaltelements durch Erzeugen entsprechenden Steuersignale. Zum Beispiel kann der Komparator eine Komparatorschaltung mit Hysterese zum Durchführen des Vergleichs zwischen der Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss und der Schwellenspannung aufweisen. Die Komparatorschaltung mit Hysterese kann z.B. ein Schmitt-Trigger sein, der durch Anwenden einer positiven Rückkopplung auf den nicht-invertierenden Eingang eines Komparators oder eines Differenzverstärkers implementiert wird.
Im Allgemeinen kann die Steuerschaltung einerseits konfiguriert sein, wenn der Überlastungszustand an dem ersten Ausgangsanschluss erfasst wird, zum Erhöhen eines durchschnittlichen Ausgangsstroms durch das zweite Schaltelement zu dem zweiten Ausgangsanschluss durch Erzeugen entsprechender Steuersignale. Andererseits kann die Steuerschaltung konfiguriert sein, wenn der Überlastungszustand an dem ersten Ausgangsanschluss erfasst wird, zum Verringern eines durchschnittlichen Ausgangsstroms durch das erste Schaltelement zu dem ersten Ausgangsanschluss durch Erzeugen entsprechender Steuersignale. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung konfiguriert sein zum Empfangen von primären Steuersignalen, die von einem herkömmlichen SIMO-Leistungswandler erzeugt werden, um die Schaltelemente in Zeiten ohne Überlastung zu steuern, und die Steuerschaltung kann konfiguriert sein zum Überschreiben der primären Steuersignale in Zeiten einer Überlastung durch Erzeugen eines geeigneten Steuersignals, wie oben beschrieben. Im Vergleich zu den primären Steuersignalen, die diese Überlastung nicht berücksichtigen, sondern nur zur Steuerung der Stromverhältnisse an den Ausgangsanschlüssen konfiguriert sind, führen die von der beanspruchten Steuerschaltung in Überlastungssituationen erzeugten Steuersignale zu längeren Ein-Zeiten des zweiten Schaltelements (und kürzeren Ein-Zeiten des ersten Schaltelements) und somit zu einem höheren durchschnittlichen Ausgangsstrom an dem zweiten Ausgangsanschluss im Vergleich zu Strömen, die aus herkömmlichen Steuerschemen resultieren.
Die Steuerschaltung kann weiter einen Multiplexer aufweisen, der mit einem ersten Eingang des Komparators gekoppelt ist, wobei der Multiplexer konfiguriert ist, um den zweiten Ausgangsanschluss mit dem ersten Eingang des Komparators zu verbinden, falls der Überlastungszustand an dem ersten Ausgangsanschluss erfasst wird, oder um den ersten Ausgangsanschluss mit dem ersten Eingang des Komparators zu verbinden, falls ein Überlastungszustand an dem zweiten Ausgangsanschluss erfasst wird, und wobei die Schwellenspannung an einen zweiten Eingang des Komparators angelegt wird. Darüber hinaus kann die Steuerschaltung einen zweiten Multiplexer aufweisen, der mit dem zweiten Eingang des Komparators verbunden ist, um zwischen zwei verschiedenen Schwellenspannungen zu schalten, d.h. eine Schwellenspannung für einen Vergleich mit der Spannung an dem ersten Ausgangsanschluss und eine andere Schwellenspannung für einen Vergleich mit der Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss. Die Verwendung des beschriebenen Multiplexers bietet den Vorteil, dass nur ein Komparator erforderlich ist, um beide Ausgangsspannungen selektiv mit entsprechenden der jeweiligen Schwellenspannungen zu vergleichen. Anders ausgedrückt, die Steuerschaltung kann einen Vergleich von entweder (a) der Ausgangsspannung an dem ersten Ausgangsanschluss mit einer ersten Schwellenspannung oder (b) der Ausgangsspannung an dem zweiten Ausgangsanschluss mit einer zweiten Schwellenspannung durchführen. Alternativ kann auch ein zweiter Komparator verwendet werden.
Die Steuerschaltung kann konfiguriert sein zum Erzeugen eines ersten Steuersignals zum Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements und zum Erzeugen eines zweiten Steuersignals zum Steuern des Schaltens des zweiten Schaltelements, wobei das erste Steuersignal und das zweite Steuersignal binäre Signale sind, und wobei das erste Steuersignal eine invertierte Version des zweiten Steuersignals ist.
Auch kann der SIMO-Leistungswandler weiter einen Modulator und eine Halbbrücke (auch als Leistungsstufe bekannt) mit einem hochseitigen Schaltelement und einem niedrigseitigen Schaltelement aufweisen, wobei der Modulator mit der Halbbrücke gekoppelt ist und konfiguriert ist zum Steuern des Schaltverhaltens des hochseitigen Schaltelements und des niedrigseitigen Schaltelements basierend auf einer Spannung an dem ersten Ausgangsanschluss und/oder einer Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss. Wiederum können das hochseitige Schaltelement und das niedrigseitige Schaltelement mit einer geeigneten Vorrichtung implementiert werden, zum Beispiel einem MOSFET, einem IGBT, einem MOS-Gate-Thyristor oder einer anderen geeigneten Leistungsvorrichtung. Das hochseitige Schaltelement und das niedrigseitige Schaltelement können Gates haben, an die jeweilige Ansteuerspannungen oder Steuersignale angelegt werden können, um die Schaltelemente ein- oder auszuschalten.
Insbesondere kann die Steuerschaltung konfiguriert sein zum Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements unabhängig von dem Modulator, der das Schaltverhalten des hochseitigen Schaltelements und des niedrigseitigen Schaltelements steuert. Als ein Vorteil kann das vorgestellte Überlastungssteuerungsverfahren auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Leistungswandlerarchitekturen angewendet werden, wie z.B. DC-DC-Leistungswandler, die in einer Strommodussteuerung oder einer Spannungsmodussteuerung betrieben werden.
Zusätzlich kann der Modulator konfiguriert sein zum Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements durch Erzeugen der primären Steuersignale, und die primären Steuersignale können direkt an das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement angelegt werden, wenn keine Überlastung erfasst wird. Wenn eine Überlastung erfasst wird, kann die Steuerschaltung konfiguriert sein zum Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements durch Erzeugen der Steuersignale, die die durch den Modulator erzeugten primären Steuersignale ersetzen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren für einen Betrieb eines SIMO(single inductor multiple output)-Leistungswandlers dargestellt, wobei der SIMO-Leistungswandler einen Induktor, einen ersten Ausgangsanschluss, einen zweiten Ausgangsanschluss, ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement und eine Steuerschaltung aufweist. Das Verfahren weist ein Koppeln des ersten Schaltelements zwischen einem Ausgangsanschluss des Induktors und dem ersten Ausgangsanschluss des SIMO-Leistungswandlers und ein Koppeln des zweiten Schaltelements zwischen dem Ausgangsanschluss des Induktors und dem zweiten Ausgangsanschluss des SIMO-Leistungswandlers auf. Die Steuerschaltung erfasst einen Überlastungszustand an dem ersten Ausgangsanschluss und erzeugt, basierend auf dem erfassten Überlastungszustand, Steuersignale zum Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements.
Das Verfahren kann weiter, bei einem Erfassen des Überlastungszustands an dem ersten Ausgangsanschluss, ein Öffnen des ersten Schaltelements durch Erzeugen entsprechender Steuersignale aufweisen. Gleichzeitig kann, bei einem Erfassen des Überlastungszustands an dem ersten Ausgangsanschluss, das zweite Schaltelement durch die Steuerschaltung durch Erzeugen entsprechender Steuersignale geschlossen werden.
Das Verfahren kann weiter ein Vergleichen, durch einen Komparator der Steuerschaltung, einer Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss mit einer Schwellenspannung aufweisen. Wenn die Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss die Schwellenspannung übersteigt, kann durch Erzeugen entsprechender Steuersignale das erste Schaltelement geschlossen werden und das zweite Schaltelement kann geöffnet werden.
Das Verfahren kann weiter aufweisen ein Vorsehen eines Multiplexers, der mit einem ersten Eingang des Komparators gekoppelt ist, ein Verbinden, durch den Multiplexer, des zweiten Ausgangsanschlusses mit dem ersten Eingang des Komparators, falls der Überlastungszustand an dem ersten Ausgangsanschluss erfasst wird. Das Verfahren kann auch ein Verbinden des ersten Ausgangsanschlusses mit dem ersten Eingang des Komparators, falls ein Überlastungszustand an dem zweiten Ausgangsanschluss erfasst wird, und ein Anlegen der Schwellenspannung an einen zweiten Eingang des Komparators aufweisen.
Das Verfahren kann weiter ein Erfassen, durch die Steuerschaltung, des Überlastungszustands an dem ersten Ausgangsanschluss aufweisen, wenn ein erster Ausgangsstrom an dem ersten Ausgangsanschluss größer ist als ein zweiter Ausgangsstrom an dem zweiten Ausgangsanschluss, und wenn eine Summe des ersten Ausgangsstroms und des zweiten Ausgangsstroms eine maximale Stromgrenze des SIMO-Leistungswandlers übersteigt.
Das Verfahren kann weiter ein Erzeugen, durch die Steuerschaltung, eines ersten Steuersignals zum Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements aufweisen. Ein zweites Steuersignal kann zum Steuern des Schaltens des zweiten Schaltelements erzeugt werden, wobei das erste Steuersignal und das zweite Steuersignal binäre Signale sind und wobei das erste Steuersignal eine invertierte Version des zweiten Steuersignals ist.
Das Verfahren kann weiter ein Vorsehen, in dem SIMO-Leistungswandler, eines Modulators und einer Halbbrücke mit einem hochseitigen Schaltelement und einem niedrigseitigen Schaltelement aufweisen. Der Modulator kann mit der Halbbrücke gekoppelt sein und der Modulator kann das Schaltverhalten des hochseitigen Schaltelements und des niedrigseitigen Schaltelements basierend auf einer Spannung an dem ersten Ausgangsanschluss und/oder einer Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss steuern. Tatsächlich kann das Schalten des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements unabhängig von dem Schaltverhalten des hochseitigen Schaltelements und des niedrigseitigen Schaltelements gesteuert werden. Zusätzlich kann das Verfahren weiter ein Steuern, durch den Modulator, des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements, wenn keine Überlastung erfasst wird, und ein Steuern, durch die Steuerschaltung, des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements aufweisen, wenn die Überlastung erfasst wird.
Insgesamt kann das Verfahren weiter aufweisen, wenn der Überlastungszustand an dem ersten Ausgangsanschluss erfasst wird, ein Erhöhen eines durchschnittlichen Ausgangsstroms durch das zweite Schaltelement durch Erzeugen entsprechender Steuersignale. Somit kann das Verfahren weiter aufweisen, wenn der Überlastungszustand an dem ersten Ausgangsanschluss erfasst wird, ein Verringern eines durchschnittlichen Ausgangsstroms durch das erste Schaltelement durch Erzeugen entsprechender Steuersignale.
Es sollte angemerkt werden, dass die Verfahren und Systeme, einschließlich ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele, wie in dem vorliegenden Dokument beschrieben, eigenständig oder in Kombination mit den anderen, in diesem Dokument offenbarten Verfahren und Systemen verwendet werden können. Darüber hinaus sind die in dem Kontext eines Systems dargelegten Merkmale auch auf ein entsprechendes Verfahren anwendbar. Darüber hinaus können alle Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren und Systeme beliebig kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.
In dem vorliegenden Dokument bezieht sich der Begriff „koppeln“, „verbinden“, „gekoppelt“ oder „verbunden“ auf Elemente, die in elektrischer Kommunikation miteinander sind, ob direkt verbunden, z.B. über Drähte, oder auf andere Weise.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden auf beispielhafte Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei

1 eine Gesamtarchitektur eines SIMO-Leistungswandlers zeigt;
2 ein Schaltungsdiagramm eines SIDO-Abwärts-Wandlers zeigt;
3 ein Signalisierungsschema für einen SIDO-Abwärts-Wandler zeigt;
4 ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm einer Steuerschaltung für einen SIDO-Abwärts-Wandler zeigt;
5 eine Tabelle mit einem beispielhaften Signalisierungsschema zeigt;
6 ein vereinfachtes Schaltungsdiagramm einer Steuerschaltung für einen SIDO-Abwärts-Wandler zeigt;
7 Simulationsparameter darstellt;
8 Simulationsergebnisse für einen SIDO-Abwärts-Wandler ohne Überlastungsschutz zeigt;
9 Simulationsergebnisse für einen SIDO-Abwärts-Wandler mit Überlastungsschutz zeigt;
10 ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm einer alternativen Steuerschaltung für einen SIDO-Abwärts-Wandler zeigt;
11 ein Signalisierungsschema für einen SIDO-Abwärts-Wandler zeigt;
12 Simulationsparameter darstellt;
13 Simulationsergebnisse für einen SIDO-Abwärts-Wandler mit Überlastungsschutz zeigt;
14 ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm eines SIMO-Abwärts-Wandlers zeigt; und
15 ein anderes beispielhaftes Schaltungsdiagramm eines SIMO-Abwärts-Wandlers zeigt.

Detaillierte Beschreibung
1 zeigt die Gesamtarchitektur eines SIMO-Leistungswandlers, der einen DC-DC-Wandler 10, einen Induktor 11 und eine Ausgangsschaltmatrix 12 umfasst, die konfiguriert ist zum Zuweisen des Induktorstroms zu einer Vielzahl von Ausgangsanschlüssen 1 bis n. Wie in 1 zu sehen ist, kann eine Vielzahl von Ausgangskondensatoren 13 jeweils mit jedem Ausgangsanschluss der Ausgangsschaltmatrix 12 verbunden sein.
In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung ohne Verlust der Allgemeinheit unter Verwendung eines beispielhaften SIDO-Abwärts-Wandlers beschrieben. Ein aus dem Stand der Technik bekannter SIDO-Abwärts-Wandler ist in 2 dargestellt. Dieser umfasst zwei Gm-Transkonduktanzstufen 21, 22, einen Modulator 23, eine Abwärts-Halbbrücke, die einen hochseitigen Schalter 25 und einen niedrigseitigen Schalter 26 aufweist. Der Leistungswandler weist weiter einen Induktor 11, ein erstes Schaltelement 27 und ein zweites Schaltelement 28 auf. Das erste Schaltelement 7 ist zwischen einem Ausgangsanschluss des Induktors 11 und dem ersten Ausgangsanschluss des SIDO-Leistungswandlers gekoppelt, und das zweite Schaltelement 28 ist zwischen dem Ausgangsanschluss des Induktors 11 und dem zweiten Ausgangsanschluss des SIDO-Leistungswandlers gekoppelt. Wie in 2 unter Verwendung von zwei Invertiererschaltungen 24 und 29 dargestellt ist, ist ein erstes Steuersignal zum Steuern des hochseitigen Schalters 25 eine invertierte Version eines zweiten Steuersignals zum Steuern des niedrigseitigen Schalters 26. Auf ähnliche Weise ist ein Steuersignal SW0 zum Steuern des ersten Schaltelements 27 eine invertierte Version eines Steuersignals SW1 zum Steuern des zweiten Schaltelements 28. In der folgenden Beschreibung können die Steuersignale SW0 und SW1 auch als primäre Steuersignale bezeichnet werden. Ein Kern 20 des SIDO-Abwärts-Wandlers in 2 besteht aus den Komponenten, die innerhalb des durch die gestrichelte Linie angezeigten Bereichs angezeigt werden, d.h. der Kern 20 des SIDO-Abwärts-Wandlers weist die zwei Gm-Transkonduktanzstufen 21, 22, den Modulator 23, die Halbbrücke und die Invertiererschaltungen 24 und 29 auf.
In dem Fall einer Stromüberlastung an einem der zwei Ausgangsanschlüsse des SIDO-Abwärts-Wandlers in 2 kann der Spulenstrom des Induktors 11 vollständig durch den überlasteten Ausgang gehen, wodurch beide Ausgangsspannungen abfallen können und eine Leistungsversorgung an die Vorrichtungen, die mit den Ausgangsanschlüssen verbunden sind, kann unzureichend sein. Die Idee ist nun, zu erfassen, welcher Ausgang des SIDO-Abwärts-Wandlers überlastet ist, und einen Abfall des nicht-überlasteten Ausgangs zu vermeiden. Tabelle 3 von 3 zeigt ein Signalisierungsschema für den in 2 dargestellten SIDO-Abwärts-Wandler. Wenn der SIDO-Abwärts-Wandler überlastet ist, ist der Indikator c gleich 1. Die Indikatoren a und b geben an, welcher der beiden Ausgänge überlastet ist. Der beschriebene Überlastungsschutz beginnt, wenn das Enable-Signal en gleich 1 ist. In Tabelle 3 ist der Indikator a gleich 1, wenn der erste Ausgangsanschluss überlastet ist, und der Indikator b ist gleich 1, wenn der zweite Ausgangsanschluss überlastet ist, und Indikator c ist gleich 1 bedeutet, dass der SIDO-Abwärts-Wandler als solcher überlastet ist, z.B. da die Summe der zwei Ausgangsströme größer ist als die maximale Stromgrenze des SIDO-Abwärts-Wandlers.
4 zeigt ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm einer Steuerschaltung, die zwischen einem Kern 20 eines SIDO-Abwärts-Wandlers und Schaltelementen 48 und 49 gekoppelt ist. Der Kern 20 kann z.B. wie in 2 gezeigt implementiert werden. Insbesondere ist die dargestellte beispielhafte Steuerschaltung konfiguriert zum Erzeugen von Steuersignalen SW00 und SW11 zum Steuern der Schaltelemente 48 und 49 basierend auf den von dem Kern 20 vorgesehenen Primärsteuersignalen SW0 und SW1.
In 4 ist eine erste Körperdiode 480 des ersten Schaltelements 48 dargestellt. Die erste Körperdiode 480 ist parallel zu dem ersten Schaltelement 48 verbunden. Analog ist eine zweite Körperdiode 490 des zweiten Schaltelements 49 dargestellt. Die zweite Körperdiode 490 ist parallel zu dem zweiten Schaltelement 49 verbunden.
Die dargestellte beispielhafte Steuerschaltung weist einen Komparator 42 auf, der konfiguriert ist, abhängig von den bestimmten Werten der Indikatoren a und/oder b, und durch das Enable-Signal en aktiviert, zum Vergleichen einer der Ausgangsspannungen V0 und V1 mit einer der Schwellenspannungen (Vref0-Vdrop) bzw. (Vref1-Vdrop). Dabei wird die erste Schwellenspannung (Vref0 - Vdrop) als Differenz zwischen einer Referenzspannung Vref0 für den ersten Ausgangsanschluss und einem Spannungsabfall Vdrop gegeben. Zum Beispiel kann der Spannungsabfall Vdrop in einem Strommodus-Abwärts-Wandler gleich l-out/Gm sein. Die zweite Schwellenspannung (Vref1-Vdrop) ist als die Differenz zwischen einer Referenzspannung Vref1 für den zweiten Ausgangsanschluss und dem Spannungsabfall Vdrop gegeben. Mit Hilfe der dargestellten Multiplexer 40 und 41, die mit den Eingängen des Komparators 42 verbunden sind, wird die richtige Kombination von Signalen an den Komparator 42 gemäß den Indikatoren a und/oder b angelegt. Die dargestellte Schaltung zeigt den Vorteil, dass beide Ausgangsspannungen selektiv unter Verwendung nur eines Komparators überwacht werden können. Der Ausgang des Komparators 42 ist direkt mit einem Eingang eines ODER-Gatters 45 verbunden, so dass das erste Schaltelement 48 immer dann eingeschaltet wird, wenn der zweite Ausgangsanschluss überlastet ist und die erste Ausgangsspannung VO kleiner als die Schwellenspannungen (Vref0 - Vdrop) ist. Alternativ, wenn eine Hysterese des Komparators 42 berücksichtigt wird, wird das erste Schaltelement 48 eingeschaltet, wenn der zweite Ausgangsanschluss überlastet ist und die erste Ausgangsspannung VO kleiner als die Schwellenspannungen (Vref0 - Vdrop - Vhyst) ist, wobei Vhyst die Hysterese-Spannung des Komparators 42 bezeichnet. Umgekehrt wird das erste Schaltelement 48 ausgeschaltet, wenn der zweite Ausgangsanschluss überlastet ist und die erste Ausgangsspannung V0 größer als die Schwellenspannungen (Vref0 - Vdrop + Vhyst) ist. Weiter ist der Ausgang des Komparators 42 indirekt über den Invertierer 43 mit einem Eingang eines UND-Gatters 46 verbunden.
Die beispielhafte Steuerschaltung weist weiter einen ersten Mehrwegeschalter 44 auf, der das Steuersignal SW0 mit dem zweiten Eingang des ODER-Gatters 45 und das Steuersignal SW1 mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters 46 verbindet, wenn der Überlastungsschutz aktiviert ist (en = 1) und der erste Ausgang überlastet ist (a = 1). Wenn der Überlastungsschutz aktiviert ist (en = 1) und der zweite Ausgang überlastet ist (a = 0 oder b = 1), ist das Steuersignal SW1 mit dem zweiten Eingang des ODER-Gatters 45 verbunden und das Steuersignal SW0 ist mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters 46 verbunden. Die beispielhafte Steuerschaltung weist weiter einen zweiten Mehrwegeschalter 47 auf, der den Ausgang des ODER-Gatters 45 mit einem Gate des ersten Schaltelements 48 verbindet und den Ausgang des UND-Gatters 46 mit einem Gate des zweiten Schaltelements 49 verbindet, wenn der Überlastungsschutz aktiviert ist (en = 1) und der erste Ausgang überlastet ist (a = 1). Wenn der Überlastungsschutz aktiviert ist (en = 1) und der zweite Ausgang überlastet ist (a = 0 oder b = 1), ist der Ausgang des ODER-Gatters 45 mit dem Gate des zweiten Schaltelements 49 verbunden und der Ausgang des UND-Gatters 46 ist mit dem Gate des ersten Schaltelements 48 verbunden. Die Verwendung des ersten Mehrwegeschalters 44 in Kombination mit dem zweiten Mehrwegeschalter 47 ermöglicht, nur ein UND-Gatter und ein ODER-Gatter in der Steuerschaltung zu verwenden, und das primäre Steuersignal SW0 und SW1 nach Bedarf selektiv durch die Mehrwegeschalter zu leiten, d.h. abhängig davon, welcher Ausgangsanschluss überlastet ist.
Der asynchrone Steuermechanismus, der von der Steuerschaltung in 4 implementiert wird, wird in den 5 bis 9 weiter erläutert. Tabelle 5 in 5 zeigt ein Signalisierungsschema, das erfasst wird, wenn der zweite Ausgang überlastet ist und der erste Ausgang nicht-überlastet ist. In diesem Szenario kann die in 4 gezeigte Schaltung vereinfacht werden, wie in 6 gezeigt. Tabelle 7 in 7 zeigt die Simulationsparameter, die für die in den 8 und 9 gezeigten Simulationsergebnisse verwendet werden, wobei 8 Simulationsergebnisse für die Schaltung in 2 ohne Überlastungssteuerung zeigt und 9 Simulationsergebnisse für die verbesserte Schaltung in 6 mit Überlastungssteuerung zeigt.
In 8 stellt das Signal 80 die Fehlerspannung Verror0 dar, die durch VO-Vref0 gegeben ist, d.h. die Differenz zwischen der ersten Ausgangsspannung minus der ersten Referenzspannung. Das Signal 81 zeigt die Fehlerspannung Verror1, die durch V1-Vref1 gegeben ist, d.h. die Differenz zwischen der zweiten Ausgangsspannung minus der zweiten Referenzspannung. Das Signal 82 zeigt die erste Ausgangsspannung V0 und das Signal 83 zeigt die zweite Ausgangsspannung V1. Das Signal 84 zeigt den ersten Ausgangsstrom i0 und das Signal 85 zeigt den zweiten Ausgangsstrom i1. Die Signale 86 und 87 stellen die Steuersignale SW0 bzw. SW1 dar.
An dem Zeitpunkt 88 ist der zweite Ausgangsanschluss überlastet, was zu einem schnellen und signifikanten Abfall der zweiten Ausgangsspannung (Signal 83) sowie zu einer verzögerten (aber dennoch signifikanten) Abnahme der ersten Ausgangsspannung (Signal 82) führt. Die Überlastung an dem Zeitpunkt 88 wird simutiert, indem der zweite Ausgangsstrom von 0,7 A auf 2A erhöht wird, während der erste Ausgangsstrom von 0,7 A auf 0,5 reduziert wird (siehe Tabelle 7).
In 9 wird die beschriebene Steuerschaltung für einen Überlastungsschutz angewendet. Das Signal 90 zeigt die Fehlerspannung Verror0, die durch V0-Vref0 gegeben ist, d.h. die Differenz zwischen der ersten Ausgangsspannung minus der ersten Referenzspannung. Das Signal 91 zeigt die Fehlerspannung Verror1, die durch V1-Vref1 gegeben ist, d.h. die Differenz zwischen der zweiten Ausgangsspannung minus der zweiten Referenzspannung. Das Signal 92 zeigt die erste Ausgangsspannung V0, die ziemlich stabil ist, obwohl eine Überlastung an dem zweiten Ausgangsanschluss an dem Zeitpunkt 992 auftritt, und das Signal 93 zeigt die zweite Ausgangsspannung V1. Das Signal 94 zeigt den ersten Ausgangsstrom i0 und das Signal 95 zeigt den zweiten Ausgangsstrom i1. Das Signal 96 zeigt den Indikator a, das Signal 97 zeigt den Indikator b und das Signal 98 zeigt den Indikator c. Die Signale 99 und 991 zeigen die Steuersignale SW00 bzw. SW10, wobei die Steuersignale SW00 und SW10 von der beispielhaften Steuerschaltung von 4 erzeugt werden.
Die Simulationsergebnisse von 9 im Vergleich zu den Simulationsergebnissen von 8 zeigen den Vorteil der beschriebenen Steuerschaltung. Durch Reduzieren der mittleren Zeit, während der der überlastete Ausgangsanschluss mit dem Induktor 11 gekoppelt ist, und gleichzeitigem Erhöhen der mittleren Zeit, während der der nicht-überlastete Ausgangsanschluss mit dem Induktor 11 gekoppelt ist, kann ein Abfall der Spannung an dem nicht-überlasteten Ausgangsanschluss vermieden werden.
10 zeigt ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm einer alternativen Steuerschaltung für einen SIDO-Abwärts-Wandler. In diesem Beispiel wird eine synchrone Steuerschaltung verwendet. Die synchrone Steuerschaltung weist zwei Überspannungskomparatoren 101, 102 zum Vergleichen der Ausgangsspannungen mit jeweiligen Referenzspannungen auf. Ein Taktsignal CLK wird an das UND-Gatter 104 angelegt und eine invertierte Version des Taktsignals CLK wird an das UND-Gatter 105 angelegt. Die synchrone Steuerschaltung weist weiter UND-Gatter 108 und 109, Invertierer 103, 106 und 107 und ODER-Gatter 110 und 111 auf. Wenn der Überlastungsschutz aktiviert ist, wird der Ausgang des 0-DER-Gatters 110 über den Multiplexer 112 mit einem Gate des ersten Schaltelements 48 gekoppelt. Ansonsten wird das primäre Steuersignal SW0 zur Steuerung des ersten Schaltelements 48 verwendet. Wenn andererseits der Überlastungsschutz aktiviert ist, wird der Ausgang des ODER-Gatters 111 über den Multiplexer 113 mit einem Gate des zweiten Schaltelements 49 gekoppelt. Ansonsten wird das primäre Steuersignal SW1 zur Steuerung des zweiten Schaltelements 49 verwendet.
Zum Beispiel kann die Überlastungssteuerung durch Verwenden des durch 2 dividierten Takts realisiert werden, um einen Abfall des nicht-überlasteten Ausgangs zu verhindern, indem ein Steuersignal mit einer Pulsbreite von 50-50% als Schaltsteuerung verwendet wird. In Abhängigkeit von der Gestaltungsspezifikation kann die Steuersignalpulsbreite variiert werden (d.h. zwischen 0 und 100%). Die Gestaltung von 10 zeigt den Vorteil, dass im Vergleich zu der Gestaltung in 4 die Indikatoren a und b, die angeben, welcher Ausgangsanschluss tatsächlich überlastet ist, nicht erforderlich sind.
Die Idee ist, zwischen den beiden Ausgängen synchron mit (50-50%) Pulssignal zu schalten. In diesem Fall hat die nicht-überlastete Ausgangsspannung einen ausreichenden Strom, um das Abfallen zu verhindern, bis der Überspannungskomparator eine Überspannung anzeigt, der Schalter der Ausgangsspannung V0 ausgeschaltet wird und der Schalter der Ausgangsspannung V1 eingeschaltet wird. In dem dargestellten Beispiel werden zwei Komparatoren benötigt, um eine Überspannung bei den Ausgangsspannungen V0 und V1 zu vermeiden. Das Systemüberlastsignal c wird zum Starten der Überlastungssteuerung benötigt.
Der Synchronsteuermechanismus, der durch die Steuerschaltung in 10 implementiert wird, wird in den 11 bis 15 weiter erläutert. Tabelle 1100 in 11 zeigt ein Signalisierungsschema, und Tabelle 1200 in 12 zeigt die Simulationsparameter, die für Simulationsergebnisse verwendet werden, die in 13 dargestellt sind. 13 zeigt Simulationsergebnisse für die Schaltung in 10 mit synchroner Überlastungssteuerung.
In 13 wird die beschriebene Steuerschaltung für einen Überlastungsschutz angewendet. Das Signal 1300 zeigt die Fehlerspannung Verror0, die durch V0-Vref0 gegeben ist, d.h. die Differenz zwischen der ersten Ausgangsspannung minus der ersten Referenzspannung. Das Signal 1301 zeigt die Fehlerspannung Verror1, die durch V1-Vref1 gegeben ist, d.h. die Differenz zwischen der zweiten Ausgangsspannung minus der zweiten Referenzspannung. Das Signal 1302 zeigt die erste Ausgangsspannung V0 und das Signal 1303 zeigt die zweite Ausgangsspannung V1. Das Signal 1305 zeigt den ersten Ausgangsstrom i0 und das Signal 1304 zeigt den zweiten Ausgangsstrom i1. Die Signale 1307 und 1308 zeigen die Steuersignale SW00 bzw. SW10, wobei die Steuersignale SW00 und SW10 durch die beispielhafte Steuerschaltung von 10 erzeugt werden. Wieder wird ein Spannungsabfall an dem ersten Ausgangsanschluss erfolgreich vermieden.
Schließlich zeigt 14 ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm eines SIMO-Abwärts-Wandlers, das eine Erweiterung der Schaltung in 4 ist, die n Ausgangsanschlüsse berücksichtigt. Ähnlich zeigt 15 ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm eines SIMO-Abwärts-Wandlers, das eine Erweiterung der Schaltung in 10 ist, die n Ausgangsanschlüsse berücksichtigt.
Es sollte angemerkt werden, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme darstellen. Fachleute auf dem Gebiet werden in der Lage sein, verschiedene Anordnungen zu implementieren, die, obwohl hierin nicht explizit beschrieben oder gezeigt, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und in ihrem Sinn und Umfang enthalten sind.
Darüber hinaus sind alle in diesem Dokument dargelegten Beispiele und Ausführungsbeispiele ausdrücklich nur zu erläuternden Zwecken vorgesehen, um den Leser beim Verständnis der Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme zu unterstützen. Weiter sollen alle hierin enthaltenen Aussagen, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsbeispiele der Erfindung vorsehen, sowie spezifische Beispiele davon, Äquivalente davon umfassen.

Claims

Einzel-Induktor-Mehrfachausgangs(SIMO - single inductor multiple output)-Leistungswandler, der aufweist - einen Induktor; - einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss; - ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement, wobei das erste Schaltelement zwischen einem Ausgangsanschluss des Induktors und dem ersten Ausgangsanschluss des SIMO-Leistungswandlers gekoppelt ist und das zweite Schaltelement zwischen dem Ausgangsanschluss des Induktors und dem zweiten Ausgangsanschluss des SIMO-Leistungswandlers gekoppelt ist; und - eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist zum Erfassen eines Überlastungszustands an dem ersten Ausgangsanschluss und zum Erzeugen von Steuersignalen zum Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements basierend auf dem erfassten Überlastungszustand.
Der SIMO-Leistungswandler gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, bei Erfassen des Überlastungszustands an dem ersten Ausgangsanschluss, zum Öffnen des ersten Schaltelements und Schließen des zweiten Schaltelements durch Erzeugen entsprechender Steuersignale.
Der SIMO-Leistungswandler gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerschaltung einen Komparator aufweist, der konfiguriert ist zum Vergleichen einer Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss mit einer Schwellenspannung, und wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, wenn die Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss die Schwellenspannung übersteigt, zum Schließen des ersten Schaltelements und zum Öffnen des zweiten Schaltelements durch Erzeugen entsprechender Steuersignale.
Der SIMO-Leistungswandler gemäß Anspruch 3, wobei der Komparator eine Komparatorschaltung mit Hysterese zum Durchführen des Vergleichs zwischen der Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss und der Schwellenspannung aufweist.
Der SIMO-Leistungswandler gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Steuerschaltung weiter einen Multiplexer aufweist, der mit einem ersten Eingang des Komparators gekoppelt ist, wobei der Multiplexer konfiguriert ist zum Verbinden des zweiten Ausgangsanschlusses mit dem ersten Eingang des Komparators, falls der Überlastungszustand an dem ersten Ausgangsanschluss erfasst wird, oder zum Verbinden des ersten Ausgangsanschlusses mit dem ersten Eingang des Komparators, falls ein Überlastungszustand an dem zweiten Ausgangsanschluss erfasst wird, und wobei die Schwellenspannung an einen zweiten Eingang des Komparators angelegt wird.
Der SIMO-Leistungswandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist zum Erfassen des Überlastungszustands an dem ersten Ausgangsanschluss, wenn ein erster Ausgangsstrom an dem ersten Ausgangsanschluss größer ist als ein zweiter Ausgangsstrom an dem zweiten Ausgangsanschluss, und wenn eine Summe des ersten Ausgangsstroms und des zweiten Ausgangsstroms eine maximale Stromgrenze des SIMO-Leistungswandlers übersteigt.
Der SIMO-Leistungswandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist zum Erzeugen eines ersten Steuersignals zum Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements und zum Erzeugen eines zweiten Steuersignals zum Steuern des Schaltens des zweiten Schaltelements, wobei das erste Steuersignal und das zweite Steuersignal binäre Signale sind und wobei das erste Steuersignal eine invertierte Version des zweiten Steuersignals ist.
Der SIMO-Leistungswandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiter einen Modulator und eine Halbbrücke mit einem hochseitigen Schaltelement und einem niedrigseitigen Schaltelement aufweist, wobei der Modulator mit der Halbbrücke gekoppelt ist und konfiguriert ist zum Steuern des Schaltverhaltens des hochseitigen Schaltelements und des niedrigseitigen Schaltelements basierend auf einer Spannung an dem ersten Ausgangsanschluss und/oder einer Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss.
Der SIMO-Leistungswandler gemäß Anspruch 8, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist zum Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements unabhängig von dem Modulator, der das Schaltverhalten des hochseitigen Schaltelements und des niedrigseitigen Schaltelements steuert.
Der SIMO-Leistungswandler gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei der Modulator konfiguriert ist zum Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements, wenn keine Überlastung erfasst wird, und wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist zum Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements, wenn die Überlastung erfasst wird.
Der SIMO-Leistungswandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, wenn der Überlastungszustand an dem ersten Ausgangsanschluss erfasst wird, zum Erhöhen eines durchschnittlichen Ausgangsstroms durch das zweite Schaltelement durch Erzeugen entsprechender Steuersignale.
Der SIMO-Leistungswandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, wenn der Überlastungszustand an dem ersten Ausgangsanschluss erfasst wird, zum Verringern eines durchschnittlichen Ausgangsstroms durch das erste Schaltelement durch Erzeugen entsprechender Steuersignale.
Ein Verfahren für einen Betrieb eines Einzel-Induktor-Mehrfachausgangs(SIMO - single inductor multiple output)-Leistungswandlers, der einen Induktor, einen ersten Ausgangsanschluss, einen zweiten Ausgangsanschluss, ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement und eine Steuerschaltung aufweist, wobei das Verfahren aufweist - Koppeln des ersten Schaltelements zwischen einem Ausgangsanschluss des Induktors und dem ersten Ausgangsanschluss des SIMO-Leistungswandlers; - Koppeln des zweiten Schaltelements zwischen dem Ausgangsanschluss des Induktors und dem zweiten Ausgangsanschluss des SIMO-Leistungswandlers; - Erfassen eines Überlastungszustands an dem ersten Ausgangsanschluss durch die Steuerschaltung; und - Erzeugen, basierend auf dem erfassten Überlastungszustand, durch die Steuereinheit, von Steuersignalen zum Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements.
Das Verfahren gemäß Anspruch 13, das weiter aufweist: - bei Erfassen des Überlastungszustands an dem ersten Ausgangsanschluss, Öffnen des ersten Schaltelements durch Erzeugen entsprechender Steuersignale; und - bei Erfassen des Überlastungszustands an dem ersten Ausgangsanschluss, Schließen des zweiten Schaltelements durch Erzeugen entsprechender Steuersignale.
Das Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, das weiter aufweist: - Vergleichen, durch einen Komparator der Steuerschaltung, einer Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss mit einer Schwellenspannung; und - wenn die Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss die Schwellenspannung übersteigt, Schließen des ersten Schaltelements und Öffnen des zweiten Schaltelements durch Erzeugen entsprechender Steuersignale.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, das weiter aufweist: - Vorsehen eines Multiplexers, der mit einem ersten Eingang des Komparators gekoppelt ist; - Verbinden, durch den Multiplexer, des zweiten Ausgangsanschlusses mit dem ersten Eingang des Komparators, falls der Überlastungszustand an dem ersten Ausgangsanschluss erfasst wird; - Verbinden des ersten Ausgangsanschlusses mit dem ersten Eingang des Komparators, falls ein Überlastungszustand an dem zweiten Ausgangsanschluss erfasst wird; und - Anlegen der Schwellenspannung an einen zweiten Eingang des Komparators.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, das weiter aufweist: - Erfassen, durch die Steuerschaltung, des Überlastungszustands an dem ersten Ausgangsanschluss, wenn ein erster Ausgangsstrom an dem ersten Ausgangsanschluss größer ist als ein zweiter Ausgangsstrom an dem zweiten Ausgangsanschluss und wenn eine Summe des ersten Ausgangsstroms und des zweiten Ausgangsstroms eine maximale Stromgrenze des SIMO-Leistungswandlers übersteigt.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, das weiter aufweist: - Erzeugen, durch die Steuerschaltung, eines ersten Steuersignals zum Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements; und - Erzeugen, durch die Steuerschaltung, eines zweiten Steuersignals zum Steuern des Schaltens des zweiten Schaltelements, wobei das erste Steuersignal und das zweite Steuersignal binäre Signale sind und wobei das erste Steuersignal eine invertierte Version des zweiten Steuersignals ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, das weiter aufweist: - Vorsehen, in dem SIMO-Leistungswandler, eines Modulators und einer Halbbrücke mit einem hochseitigen Schaltelement und einem niedrigseitigen Schaltelement; - Koppeln des Modulators mit der Halbbrücke; und - Steuern, durch den Modulator, des Schaltverhaltens des hochseitigen Schaltelements und des niedrigseitigen Schaltelements basierend auf einer Spannung an dem ersten Ausgangsanschluss und/oder einer Spannung an dem zweiten Ausgangsanschluss.
Das Verfahren gemäß Anspruch 19, das weiter aufweist: - Steuern des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements unabhängig von dem Schaltverhalten des hochseitigen Schaltelements und des niedrigseitigen Schaltelements.
Das Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 20, das weiter aufweist: - Steuern, durch den Modulator, des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements, wenn keine Überlastung erfasst wird; - Steuern, durch die Steuerschaltung, des Schaltens des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements, wenn die Überlastung erfasst wird.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 21, das weiter aufweist: - Erhöhen, wenn der Überlastungszustand an dem ersten Ausgangsanschluss erfasst wird, eines durchschnittlichen Ausgangsstroms durch das zweite Schaltelement durch Erzeugen entsprechender Steuersignale; und - Verringern, wenn der Überlastungszustand an dem ersten Ausgangsanschluss erfasst wird, eines durchschnittlichen Ausgangsstroms durch das erste Schaltelement durch Erzeugen entsprechender Steuersignale.