DE102018216156A1 - Abwärts-aufwärts-schaltwandler - Google Patents

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DE102018216156A1
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Abstract

Ein Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler, der eine Eingangsspannung empfängt und eine Ausgangsspannung vorsieht, wird dargestellt. Der Wandler umfasst einen ersten Satz von Schaltern mit einem ersten Leistungsschalter und einem ersten Masseschalter, einen zweiten Satz von Schaltern mit einem zweiten Leistungsschalter und einem zweiten Masseschalter. Eine Steuervorrichtung ist ausgebildet zum Senden von Steuersignalen an den ersten und den zweiten Satz von Schaltern. Die Steuervorrichtung ist ausgebildet derart, dass, in einem Abwärts-Modus, der erste Satz von Schaltern arbeitet, um eine Abwärts-Regelung vorzusehen, während der zweite Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand gehalten wird. In einem Aufwärts-Modus arbeitet der zweite Satz von Schaltern, um eine Aufwärts-Regelung vorzusehen, während der erste Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand gehalten wird, und die Steuervorrichtung ist ausgebildet, den Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler selektiv in dem Abwärts-Modus oder in dem Aufwärts-Modus zu betreiben basierend auf einer Länge einer Zeitperiode.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Regeln eines Ausgangs eines nicht-invertierenden Buck-Boost- bzw. Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers mit vier Schaltern.
  • Hintergrund
  • Nicht-invertierende Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler mit vier Schaltern können in Abhängigkeit von der Beziehung zwischen einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung des Schaltwandlers zwischen verschiedenen Betriebsmodi schalten. 1 ist eine schematische Darstellung eines nicht-invertierenden Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 10 mit vier Schaltern. Eine Eingangsspannung VIN wird an einem Eingangsanschluss empfangen und eine Ausgangsspannung VOUT wird an einem Ausgangsanschluss vorgesehen. Ein Induktor 12 hat einen ersten Anschluss, der mit einem ersten Satz von Schaltern 14 an einem ersten Knoten LXU gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss, der mit einem zweiten Satz von Schaltern 16 an einem zweiten Knoten LXO gekoppelt ist. Ein Fehlerverstärker 18 wird verwendet, um ein Steuersignal basierend auf der Ausgangsspannung VOUT und einer Referenzspannung VREF zu erzeugen. Das Steuersignal wird an eine Steuervorrichtung 19 vorgesehen und die Steuervorrichtung 19 sieht das Steuersignal zum Regeln der Leistungsschalter 14, 16 vor. Der erste Satz von Leistungsschaltern weist einen hochseitigen Schalter auf, der den Induktor 12 mit der Eingangsspannung VIN koppelt, wenn in einem geschlossenen Zustand, und der zweite Satz von Leistungsschaltern weist einen hochseitigen Schalter auf, der den Induktor 12 mit der Ausgangsspannung VOUT koppelt, wenn in einem geschlossenen Zustand.
  • Wenn die Eingangsspannung VIN wesentlich größer als die Ausgangsspannung VOUT ist, kann der Schaltwandler in einem Abwärts-Modus arbeiten, indem nur der erste Satz von Schaltern 14 betätigt wird, die als die Abwärts-Modus-Leistungsschalter bezeichnet werden können. In dem Abwärts-Modus ist der hochseitige Schalter des zweiten Satzes von Schaltern 16 in dem geschlossenen Zustand und koppelt den Induktor 12 mit der Ausgangsspannung VOUT. Wenn die Eingangsspannung VIN wesentlich geringer ist als die Ausgangsspannung VOUT, kann der Schaltwandler in einem Aufwärts-Modus arbeiten, indem nur der zweite Satz von Schaltern 16 betätigt wird, die als Aufwärts-Modus-Leistungsschalter bezeichnet werden können. In dem Aufwärts-Modus ist der hochseitige Schalter des ersten Satzes von Leistungsschaltern 14 in dem geschlossenen Zustand und koppelt den Induktor 12 mit der Eingangsspannung VIN. Wenn die Eingangsspannung VIN ungefähr gleich der Ausgangsspannung VOUT ist, arbeitet der Schaltwandler in einem Abwärts-Aufwärts-Modus, der als Abwärts-Aufwärts-Fenster bezeichnet werden kann, bei dem alle Leistungsschalter 14, 16 zur Regelung der Ausgangsspannung VOUT verwendet werden.
  • Es gibt verschiedene existierende Verfahren zum Steuern des nicht-invertierenden Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers mit vier Schaltern und zum Auswählen des geeigneten Betriebsmodus. 2 ist eine schematische Darstellung einer ersten Implementierung eines nicht-invertierenden Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 20 mit vier Schaltern. Die Ausgangsspannung VOUT und die Referenzspannung VREF werden an einem Fehlerverstärker empfangen, und eine Fehlerverstärkerspannung VEA wird an einen ersten Komparator 22 und einen zweiten Komparator 24 vorgesehen. Der erste Komparator 22 empfängt eine erste Spannungsrampe und der zweite Komparator 24 empfängt eine zweite Spannungsrampe. Ein Ausgang des ersten Komparators 22 wird an einen Reset- bzw. Rücksetzen-Anschluss eines ersten SR-Latches 26 vorgesehen. Ein Ausgang des zweiten Komparators 24 wird an einen Reset-Anschluss eines zweiten SR-Latches 28 vorgesehen. Der erste SR-Latch 26 empfängt ein erstes Taktsignal und der zweite SR-Latch 28 empfängt ein zweites Taktsignal. Das erste SR-Latch 26 sieht das Steuersignal MagBOOST für einen Betrieb des zweiten Satzes von Schaltern 16 vor und der zweite SR-Latch 28 sieht das Steuersignal MagBUCK für einen Betrieb des ersten Satzes von Schaltern 14 vor.
  • Das Verfahren zum Steuern des nicht-invertierenden Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 20 mit vier Schaltern wird typischerweise als „Spannungsmodus“ bezeichnet. Dies betrifft den Vergleich von Spannungen, d.h. die Spannungsrampen mit der Fehlerverstärkerspannung VEA.
  • 3 ist ein Diagramm, das den Betrieb des Schaltwandlers 20 zeigt, wobei die Eingangsspannung VIN von links nach rechts abnimmt. Die abnehmende Eingangsspannung VIN resultiert in einer zunehmenden Fehlerverstärkerspannung VEA. 3 zeigt ein zweites Taktsignal 30, ein erstes Taktsignal 31, eine erste Spannungsrampe 32, eine zweite Spannungsrampe 33, eine Fehlerverstärkerspannung VEA 34, ein Steuersignal MagBUCK 35, ein Steuersignal MagBOOST 36 und einen Strom 37 durch den Induktor 12.
  • Für eine kleine Ausgangsspannung VOUT im Vergleich zu der Eingangsspannung VIN ist die Fehlerverstärkerspannung VEA klein, so dass die Fehlerverstärkerspannung VEA die zweite Spannungsrampe 33 schneidet derart, dass das Steuersignal MagBUCK 35 ein geeignetes Signal zur Regelung des ersten Satzes von Schaltern vorsieht, wodurch der Schaltwandler 20 als Abwärts-Wandler betrieben wird.
  • Für eine große Ausgangsspannung VOUT im Vergleich zu der Eingangsspannung VIN ist die Fehlerverstärkerspannung VEA groß, so dass die Fehlerverstärkerspannung VEA die erste Spannungsrampe 32 schneidet derart, dass das Steuersignal MagBOOST 36 ein geeignetes Signal zur Regelung des zweiten Satzes von Schaltern vorsieht, wodurch der Schaltwandler 20 als Aufwärts-Wandler betrieben wird.
  • Für eine Ausgangsspannung VOUT, die ungefähr gleich der Eingangsspannung VIN ist, schneidet die Fehlerverstärkerspannung VEA die erste Spannungsrampe 32 und die zweite Spannungsrampe 33, so dass das Steuersignal MagBUCK 35 und das Steuersignal MagBOOST 36 geeignete Signale zur Regelung des ersten Satzes von Leistungsschaltern und des zweiten Satzes von Schaltern vorsehen, wodurch der Schaltwandler 20 als ein Abwärts-Aufwärts-Wandler betrieben wird.
  • Eine schematische Darstellung einer zweiten Implementierung eines nicht-invertierenden Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers mit vier Schaltern ist in 4 gezeigt. Der nicht-invertierende Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler mit vier Schaltern von 4 ist ein Strommodus-Abwärts-Aufwärts-Wandler 40. Der Betrieb des Strommodus-Abwärts-Aufwärts-Wandlers 40 weist drei Phasen auf: eine erste Phase, die sich auf den Aufwärts-Modus-Betrieb und einen Ladestrom bezieht; eine zweite Phase, die sich auf den Abwärts-Modus-Betrieb und einen Entladestrom bezieht; und eine Bypass-Phase, in der ein erster hochseitiger Schalter 42 und ein zweiter hochseitiger Schalter 44 geschlossen sind. Der Abwärts-Aufwärts-Wandler 40 weist eine Stromerfassungsfunktion auf.
  • Der Strommodus-Abwärts-Aufwärts-Wandler 40 weist einen Stromerfassungswiderstand 46 auf, der einen Widerstandswert von 10 mΩ hat. Der Stromerfassungswiderstand 46 wandelt einen durch einen Induktor 48 fließenden Strom in eine erfasste Spannung um. Die erfasste Spannung wird von einem ersten Komparator 41 und einem zweiten Komparator 43 empfangen. Die erfasste Spannung wird durch den ersten Komparator 41 mit einer ersten Einschränkung -k.VEA verglichen, und die erfasste Spannung wird durch den zweiten Komparator 43 mit einer zweiten Einschränkung +k.VEA verglichen. Ein Ausgang des ersten Komparators 41 wird verwendet, um das Steuersignal MagBUCK zu erzeugen, und ein Ausgang des zweiten Komparators 43 wird verwendet, um das Steuersignal MagBOOST zu erzeugen. Das Verfahren zum Steuern des Strommodus-Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 40 wird typischerweise als „Strommodus“ bezeichnet.
  • Die in den 1, 2 und 4 gezeigten Schaltwandler erfordern einen konstanten Takt. Zusätzlich sind die in den 1, 2 und 4 gezeigten Schaltwandler auf prozess- und zeitabhängige Komparatoren und Spannungsrampen angewiesen, was zu einer Schwankung der Spannungen führen kann, bei denen die Fehlerverstärkerspannung VEA mit den Spannungsrampen 32, 33 überlappt. Dies kann die Werte der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT ändern, über die die Schaltwandler in dem Abwärts-Aufwärts-Modus arbeiten. Trimm-Schritte oder zusätzliche Korrekturschleifen sind erforderlich, um dieses Problem zu lösen.
  • Die Schaltwandler der 1, 2 und 4 erfordern auch die Gestaltung zusätzlicher analoger Schaltungsblöcke, einschließlich: Oszillatoren, Stromsensoren, Komparatoren und Kompensation. Daher ist es wünschenswert, die Komplexität der obigen Schaltwandler zu reduzieren.
  • Zusammenfassung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, die Komplexität von nicht-invertierenden Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlern mit vier Schaltern zu reduzieren.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung wird ein Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler mit einem Eingang zum Empfangen einer Eingangsspannung und einem Ausgang zum Vorsehen einer Ausgangsspannung vorgesehen, der einen ersten Satz von Schaltern aufweist, die einen ersten Leistungsschalter und einen ersten Masseschalter aufweisen, einen zweiten Satz von Schaltern, die einen zweiten Leistungsschalter und einen zweiten Masseschalter aufweisen, eine Steuervorrichtung, die ausgebildet ist zum Senden von Steuersignalen an den ersten Satz von Schaltern und den zweiten Satz von Schaltern, und ausgebildet ist derart, dass in einem Abwärts-Modus der erste Satz von Schaltern arbeitet, um eine Abwärts-Regelung vorzusehen, während der der zweite Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand gehalten wird, in einem Aufwärts-Modus der zweite Satz von Schaltern arbeitet, um eine Aufwärts-Regelung vorzusehen, während der der erste Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand gehalten wird, und die Steuervorrichtung ausgebildet ist, den Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler selektiv in dem Abwärts-Modus oder in dem Aufwärts-Modus zu betreiben basierend auf einer Länge einer Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind.
  • Optional ist, bei einem Betrieb in dem Abwärts-Modus, die Steuervorrichtung ausgebildet zum Schalten des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers in den Aufwärts-Modus, wenn die Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind, eine erste Schwelle übersteigt, und, bei einem Betrieb in dem Aufwärts-Modus, die Steuervorrichtung ausgebildet ist zum Schalten des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers in den Abwärts-Modus, wenn die Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind, eine zweite Schwelle übersteigt.
  • Optional sind die erste und die zweite Schwelle gleich.
  • Optional weist der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler ein Energiespeicherelement auf, wobei der Ausgang mit dem Energiespeicherelement gekoppelt ist, wenn der zweite Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand ist, und der Eingang mit dem Energiespeicherelement gekoppelt ist, wenn der erste Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand ist.
  • Optional ist der gleiche Zustand ein geschlossener Zustand.
  • Optional ist das Energiespeicherelement ein Induktor.
  • Optional weist der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler einen Eingang einer ersten Integrationsschaltung auf, der mit einem ersten Anschluss des Induktors gekoppelt ist, wobei die erste Integrationsschaltung ausgebildet ist zum Empfangen eines ersten Spannungssignals von dem ersten Anschluss des Induktors und zum Vorsehen eines integrierten ersten Spannungssignals an einem Ausgang der ersten Integrationsschaltung, einen Eingang einer zweiten Integrationsschaltung, der mit einem zweiten Anschluss des Induktors gekoppelt ist, wobei die zweite Integrationsschaltung ausgebildet ist zum Empfangen eines zweiten Spannungssignals von dem zweiten Anschluss des Induktors und zum Vorsehen eines integrierten zweiten Spannungssignals an einem Ausgang der zweiten Integrationsschaltung, und einen Komparator mit einem ersten Eingang, der mit dem Ausgang der ersten Integrationsschaltung gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang, der mit dem Ausgang der zweiten Integrationsschaltung gekoppelt ist, wobei der Komparator ausgebildet ist zum Ausgeben der Steuersignale an einem Ausgang des Komparators und zum Vorsehen der Steuersignale an die Steuervorrichtung.
  • Optional ist der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler ein Hysterese-Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler, wobei der Komparator eine Hysterese zeigt.
  • Optional weist der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler eine Rückkopplungsspannung auf, die mit dem ersten Eingang des Komparators gekoppelt ist, und eine Referenzspannung, die mit dem zweiten Eingang des Komparators gekoppelt ist.
  • Optional weist die Steuervorrichtung einen Demultiplexer auf, der ausgebildet ist zum Empfangen der Steuersignale von dem Ausgang des Komparators und zum Vorsehen der Steuersignale an den ersten Satz von Schaltern in dem Abwärts-Modus und zum Vorsehen der Steuersignale an den zweiten Satz von Schaltern in dem Aufwärts-Modus.
  • Optional sieht der Demultiplexer die Steuersignale an den ersten Satz von Schaltern vor bei einem Betrieb in einem ersten Demultiplexer-Zustand und sieht die Steuersignale an den zweiten Satz von Schaltern vor bei einem Betrieb in einem zweiten Demultiplexer-Zustand, wobei der Demultiplexer ausgebildet ist für einen selektiven Betrieb in dem ersten Demultiplexer-Zustand oder dem zweiten Demultiplexer-Zustand basierend auf der Länge der Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in dem gleichen Zustand sind.
  • Optional weist die erste Integrationsschaltung einen ersten Widerstand und einen ersten Kondensator auf und die zweite Integrationsschaltung weist einen zweiten Widerstand und einen zweiten Kondensator auf.
  • Optional ist der Ausgang der ersten Integrationsschaltung über ein erstes Übertragungselement mit dem ersten Eingang des Komparators gekoppelt und der Ausgang der zweiten Integrationsschaltung ist über ein zweites Übertragungselement mit dem zweiten Eingang des Komparators gekoppelt.
  • Optional sind das erste und das zweite Übertragungselement Kondensatoren.
  • Optional weist die Steuervorrichtung eine Entscheidungsschaltung auf, wobei, bei einem Betrieb in dem Abwärts-Modus, die Entscheidungsschaltung ausgebildet ist zum Vorsehen eines ersten Modus-Signals, um den Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler in den Aufwärts-Modus zu schalten, wenn die Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind, die erste Schwelle übersteigt, und, bei einem Betrieb in dem Aufwärts-Modus, die Entscheidungsschaltung ausgebildet ist zum Vorsehen eines zweiten Modus-Signals, um den Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler in den Abwärts-Modus zu schalten, wenn die Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind, die zweite Schwelle übersteigt.
  • Optional weist die Entscheidungsschaltung ein UND-Gatter auf, das aufweist einen ersten Eingang, der mit dem ersten Leistungsschalter gekoppelt ist, und einen zweiten Eingang, der mit dem zweiten Leistungsschalter gekoppelt ist, eine Timing-Schaltung, die einen Eingang aufweist, der mit einem Ausgang des UND-Gatters gekoppelt ist, und eine Modus-Schaltung, die einen Eingang aufweist, der mit einem Ausgang der Timing-Schaltung gekoppelt ist; wobei das UND-Gatter ein „Hoch“-Signal ausgibt, wenn der erste Leistungsschalter und der zweite Leistungsschalter in dem gleichen Zustand sind, wobei, bei einem Betrieb in dem Abwärts-Modus, wenn ein „Hoch“-Signal an dem Eingang der Timing-Schaltung für die erste Schwelle empfangen wird, die Timing-Schaltung ein Signal an die Modus-Schaltung ausgibt, und in Reaktion die Modus-Schaltung das erste Modus-Signal vorsieht, um den Betriebsmodus des Schaltwandlers von dem Abwärts-Modus in den Aufwärts-Modus zu schalten, und, bei einem Betrieb in dem Aufwärts-Modus, wenn ein „Hoch“-Signal an dem Eingang der Timing-Schaltung für die zweite Schwelle empfangen wird, die Timing-Schaltung ein Signal an die Modus-Schaltung ausgibt, und in Reaktion die Modus-Schaltung das zweite Modus-Signal vorsieht, um den Betriebsmodus des Schaltwandlers von dem Aufwärts-Modus in den Abwärts-Modus zu schalten.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung ist ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers des Typs vorgesehen, der einen ersten Satz von Schaltern aufweist, die einen ersten Leistungsschalter und einen ersten Masseschalter aufweisen, und einen zweiten Satz von Schaltern, die einen zweiten Leistungsschalter und einen zweiten Masseschalter aufweisen, wobei das Verfahren aufweist ein Senden von Steuersignalen an den ersten Satz von Schaltern und den zweiten Satz von Schaltern, in einem Abwärts-Modus, Betreiben des ersten Satzes von Schaltern zum Vorsehen einer Abwärts-Regelung, während der zweite Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand gehalten wird, in einem Aufwärts-Modus, Betreiben des zweiten Satzes von Schaltern zum Vorsehen einer Aufwärts-Regelung, während der erste Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand gehalten wird, und selektives Betreiben des Schaltwandlers in dem Abwärts-Modus oder dem Aufwärts-Modus basierend auf einer Länge einer Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind.
  • Optional weist das Verfahren auf, bei einem Betrieb in dem Abwärts-Modus, ein Schalten des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers in den Aufwärts-Modus, wenn die Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind, eine erste Schwelle übersteigt, und, bei einem Betrieb in dem Aufwärts-Modus, Schalten des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers in den Abwärts-Modus, wenn die Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind, eine zweite Schwelle übersteigt.
  • Optional sind die erste und die zweite Schwelle gleich.
  • Optional weist der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler ein Energiespeicherelement auf, wobei ein Ausgang des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers mit dem Energiespeicherelement gekoppelt ist, wenn der zweite Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand ist, und ein Eingang mit dem Energiespeicherelement gekoppelt ist, wenn der erste Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand ist.
  • Optional ist der gleiche Zustand ein geschlossener Zustand.
  • Optional ist das Energiespeicherelement ein Induktor.
  • Optional weist das Verfahren auf ein Integrieren eines ersten Spannungssignals von einem ersten Anschluss des Induktors und Vorsehen eines integrierten ersten Spannungssignals an einen ersten Eingang eines Komparators, Integrieren eines zweiten Spannungssignals von einem zweiten Anschluss des Induktors und Vorsehen einer integrierten zweiten Spannung an einen zweiten Eingang des Komparators und Ausgeben der Steuersignale von einem Ausgang des Komparators.
  • Optional zeigt der Komparator eine Hysterese.
  • Optional weist das Verfahren auf ein Vorsehen einer Rückkopplungsspannung an den ersten Eingang des Komparators und ein Vorsehen einer Referenzspannung an den zweiten Eingang des Komparators.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Offenbarung ist ein Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler mit einem Eingang zum Empfangen einer Eingangsspannung und einem Ausgang zum Vorsehen einer Ausgangsspannung vorgesehen, der einen ersten Satz von Schaltern aufweist, die einen ersten Leistungsschalter und einen ersten Masseschalter aufweisen, einen zweiten Satz von Schaltern, die einen zweiten Leistungsschalter und einen zweiten Masseschalter aufweisen, einen Komparator, ein Energiespeicherelement, wobei der Ausgang mit dem Energiespeicherelement gekoppelt ist, wenn der zweite Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand ist, und der Eingang mit dem Energiespeicherelement gekoppelt ist, wenn der erste Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand ist, ein Eingang einer ersten Integrationsschaltung mit einem ersten Anschluss des Energiespeicherelements gekoppelt ist, wobei die erste Integrationsschaltung ausgebildet ist zum Empfangen eines ersten Spannungssignals von dem ersten Anschluss des Energiespeicherelements und zum Vorsehen eines integrierten ersten Spannungssignals an einen Ausgang der ersten Integrationsschaltung, und ein Eingang einer zweiten Integrationsschaltung mit einem zweiten Anschluss des Energiespeicherelements gekoppelt ist, wobei die zweite Integrationsschaltung ausgebildet ist zum Empfangen eines zweiten Spannungssignals von dem zweiten Anschluss des Energiespeicherelements und zum Vorsehen eines integrierten zweiten Spannungssignals an einen Ausgang der zweiten Integrationsschaltung, wobei der Komparator einen ersten Eingang hat, der mit dem Ausgang der ersten Integrationsschaltung gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang der zweiten Integrationsschaltung gekoppelt ist, der Komparator ausgebildet ist zum Ausgeben der Steuersignale an einem Ausgang des Komparators und zum Vorsehen von Steuersignalen an den ersten Satz von Schaltern und den zweiten Satz von Schaltern und ausgebildet ist derart, dass, in einem Abwärts-Modus, der erste Satz von Schaltern arbeitet, um eine Abwärts-Regelung vorzusehen, während der zweite Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand gehalten wird, und, in einem Aufwärts-Modus, der zweite Satz von Schaltern arbeitet, um eine Aufwärts-Regelung vorzusehen, während der erste Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand gehalten wird.
  • Optional ist das Energiespeicherelement ein Induktor.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der Offenbarung ist ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers des Typs vorgesehen, der einen ersten Satz von Schaltern aufweist, die einen ersten Leistungsschalter und einen ersten Masseschalter aufweisen, und einen zweiten Satz von Schaltern, die einen zweiten Leistungsschalter und einen zweiten Masseschalter aufweisen, wobei das Verfahren aufweist ein Integrieren eines ersten Spannungssignals von einem ersten Anschluss eines Energiespeicherelements, wobei der Eingang mit dem Energiespeicherelement gekoppelt ist, wenn der erste Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand ist, Vorsehen eines integrierten ersten Spannungssignals an einen ersten Eingang eines Komparators, Integrieren eines zweiten Spannungssignals von einem zweiten Anschluss des Energiespeicherelements, wobei der Ausgang mit dem Energiespeicherelement gekoppelt ist, wenn der zweite Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand ist, Vorsehen eines integrierten zweiten Spannungssignals an einen zweiten Eingang des Komparators, und Empfangen von Steuersignalen an dem ersten Satz von Schaltern und dem zweiten Satz von Schaltern von einem Ausgang des Komparators, wobei, in einem Abwärts-Modus, der erste Satz von Schaltern arbeitet, um eine Abwärts-Regelung vorzusehen, während der zweite Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand gehalten wird, und, in einem Aufwärts-Modus, der zweite Satz von Schaltern arbeitet, um eine Aufwärts-Regelung vorzusehen, während der erste Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand gehalten wird.
  • Optional ist das Energiespeicherelement ein Induktor.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben, wobei:
    • 1 ein schematisches Diagramm eines nicht-invertierenden Abwärts-Aufwärts-Wandlers mit vier Schaltern gemäß dem Stand der Technik ist;
    • 2 ein schematisches Diagramm einer ersten Implementierung eines nicht-invertierenden Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers mit vier Schaltern gemäß dem Stand der Technik ist;
    • 3 ein Diagramm ist, das den Betrieb des nicht-invertierenden Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers mit vier Schaltern zeigt, wie in 2 gezeigt, und gemäß dem Stand der Technik;
    • 4 ein schematisches Diagramm einer zweiten Implementierung eines nicht-invertierenden Abwärts-Aufwärts-Wandlers mit vier Schaltern gemäß dem Stand der Technik ist;
    • 5 ein schematisches Diagramm eines Spitzenstrom-Abwärts-Reglers gemäß dem Stand der Technik ist;
    • 6 ein Diagramm ist, das den Betrieb von zwei Beispielen zeigt, die den Spitzenstrom-Abwärts-Regler von 5 implementieren gemäß dem Stand der Technik;
    • 7 ein schematisches Diagramm eines anderen Spitzenstrom-Abwärts-Reglers gemäß dem Stand der Technik ist;
    • 8 ein schematisches Diagramm eines Abwärts-Reglers ist, der ein Verfahren ohne Sensor gemäß dem Stand der Technik verwendet;
    • 9 ein schematisches Diagramm eines Hysterese-Abwärts-Wandlers gemäß dem Stand der Technik ist;
    • 10 ein schematisches Diagramm eines Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Offenbarung ist;
    • 11 ein schematisches Diagramm eines Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Offenbarung ist;
    • 12 ein schematisches Diagramm eines Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Offenbarung ist;
    • 13 ein Diagramm ist, das den Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers von 11 zeigt;
    • 14 ein erstes Diagramm von Simulationsergebnissen ist, die sich auf einen Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers von 11 beziehen;
    • 15 ein zweites Diagramm von Simulationsergebnissen ist, die sich auf den Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers von 11 beziehen;
    • 16A und 16B ein drittes Diagramm von Simulationsergebnissen zeigen, die sich auf den Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers von 11 beziehen; und
    • 17 ein schematisches Diagramm eines Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Offenbarung ist.
  • Beschreibung
  • Zum Reduzieren einer Komplexität von nicht-invertierenden Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlern mit vier Schaltern ist es wünschenswert, Aspekte eines Strommodus-Schaltwandlers zu implementieren, wie dem Strommodus-Schaltwandlers 40 von 4, jedoch eine Implementierung einer Stromerfassungsfunktion zu vermeiden.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Spitzenstrom-Abwärts-Reglers 50 gemäß dem Stand der Technik. Ein Fehlerverstärker 52 gibt eine Fehlerspannung Verr an einen Komparator 54 aus. Die Fehlerspannung Verr wird verwendet, um einen Spitzenwert eines Induktorstroms IL abzustimmen, wobei der Induktorstrom IL der Strom durch einen Induktor 56 ist. Der Induktorstrom IL wird unter Verwendung eines Stromsensors 58 erfasst und an den Komparator 54 als eine Stromerfassungsspannung VCUR vorgesehen. Der Komparator 54 gibt ein Stoppsignal an ein SR-Latch 59 aus, das auch ein Taktsignal clk empfängt. Das SR-Latch 59 gibt ein Steuersignal mag aus, um den Satz von Schaltern 51 zu regeln.
  • 6 ist ein Diagramm, das den Betrieb eines ersten Beispiels und eines zweiten Beispiels zeigt, wobei beide Beispiele die gleiche Schaltung implementieren, d.h. den Spitzenstrom-Abwärts-Regler 50 von 5.
  • Das zweite Beispiel umfasst eine Diskrepanz bei einem Erfassen der Stromerfassungsspannung VCUR im Vergleich zu dem ersten Beispiel. Es kann eine Diskrepanz zwischen Beispielen geben, wenn beispielsweise jedes Beispiel auf einem anderen Die implementiert wird.
  • In 6 ist ein Taktsignal 60 gezeigt, eine Spannung an einem Schaltknoten LX an einem ersten Anschluss des Induktors 56 für das erste Beispiel 62, eine Spannung an dem Schaltknoten LX an einem ersten Anschluss des Induktors 56 für das zweite Beispiel 64, eine Fehlerspannung Verr(S1) des ersten Beispiels und eine Fehlerspannung Verr(S2) des zweiten Beispiels, eine Stromerfassungsspannung VCUR (S1) des ersten Beispiels und eine Stromerfassungsspannung VCUR (S2) des zweiten Beispiels.
  • Anfänglich führt die Diskrepanz bei einem Erfassen der Stromerfassungsspannung VCUR zu einem kürzeren Arbeitszyklus, wie durch die Spannung an dem Schaltknoten LX für das zweite Beispiel 64 gezeigt wird. Jedoch stellt die Regelschleife schließlich die Fehlerspannung Verr(S2) ein und erhöht diese, bis der Arbeitszyklus für beide Beispiele übereinstimmt. Daher ist ein DC-Inhalt des Stroms in dem Induktor 56 für den Spitzenstrom-Abwärts-Regler 50 nicht erforderlich.
  • 7 zeigt einen Spitzenstrom-Abwärts-Regler 70 entsprechend dem Spitzenstrom-Abwärts-Regler 50 von 5, der jedoch weiter ein Hochpassfilter 72 aufweist, um den DC-Inhalt des erfassten Stroms von dem Induktor 56 zu entfernen.
  • Die Stromerfassungsspannung VCUR des Spitzenstrom-Abwärts-Reglers 50, wie in 5 gezeigt, kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden: VCUR = R I V . ∫ 0 t V ( LX ) − V ( OUT ) L ÷ DC constant
    Figure DE102018216156A1_0001
    wobei RIV ein Umwandlungsverhältnis zwischen dem Induktorstrom IL und der Stromerfassungsspannung VCUR ist, t die Zeit ist, V(LX) die Spannung an dem Schaltknoten LX ist, V(OUT) die Ausgangsspannung VOUT ist, L die Induktanz des Induktors 56 ist und DC_constant der DC-Inhalt des erfassten Stroms in dem Induktor 56 ist, dargestellt als eine Spannung.
  • Die AC(alternating current)-Charakteristik des Induktors ist die integrierte Spannung über den Induktor 56. Wie in 6 gezeigt, ist es möglich, die DC-Komponente und damit DC_constant aus der obigen Gleichung zu entfernen. Anstatt ein Stromerfassungsverfahren zu verwenden, ist es daher möglich, den AC-Inhalt der obigen Gleichung direkt zu implementieren, wie durch das Schema in 8 gezeigt. 8 zeigt einen Abwärts-Regler 80 entsprechend dem Schaltwandler von 7, jedoch unter Verwendung eines Verfahrens ohne Sensor. Der Abwärts-Regler 80 weist eine Integrationsschaltung 82 auf, die ermöglicht, dass die integrierte Spannung über den Induktor verwendet wird, um die Ausgangsspannung VOUT des Abwärts-Reglers 80 zu regeln.
  • Das Verfahren ohne Sensor kann in einem Abwärts-Wandler, einem Aufwärts-Wandler, einem Hysterese-Abwärts-Wandler oder einem Hysterese-Aufwärts-Wandler implementiert werden.
  • 9 zeigt ein Diagramm eines Hysterese-Abwärts-Wandlers 100, der ein Verfahren ohne Sensor zum Regeln einer Ausgangsspannung Vout gemäß dem Stand der Technik verwendet. Der Abwärts-Wandler 100 weist einen ersten Satz von Schaltern auf, die einen ersten Leistungsschalter 105, der als ein hochseitiger Leistungsschalter bezeichnet werden kann, und einen ersten Masseschalter 110 aufweisen, der als ein niedrigseitiger Leistungsschalter bezeichnet werden kann, der mit einem ersten Anschluss eines Induktors 115 über einen Schaltknoten LX1 verbunden ist. Ein Gate-Treiber 130 hat einen ersten Ausgang, der mit dem ersten Leistungsschalter 105 gekoppelt ist, und einen zweiten Ausgang, der mit dem ersten Masseschalter 110 gekoppelt ist. Der erste Leistungsschalter 105 empfängt eine Eingangsspannung Vin und der erste Masseschalter 110 ist mit Masse gekoppelt. Ein zweiter Anschluss des Induktors 115 ist mit einem ersten Anschluss eines Ausgangskondensators 120 gekoppelt, der einen zweiten Anschluss hat, der mit Masse gekoppelt ist. Der erste Anschluss des Ausgangskondensators 120 ist bei der Ausgangsspannung Vout.
  • Der zweite Anschluss des Induktors 115 ist mit einem ersten Anschluss eines ersten Potentialteilerwiderstands RH gekoppelt. Ein zweiter Anschluss des ersten Potentialteilerwiderstands RH ist mit einem ersten Anschluss eines zweiten Potentialteilerwiderstands RL an einem Rückkopplungsknoten Nfb gekoppelt, der bei einer Rückkopplungsspannung Vfb ist. Ein zweiter Anschluss des zweiten Potentialteilerwiderstands RL ist mit Masse gekoppelt.
  • Es ist bekannt, dass herkömmliche Hysterese-Abwärts-Wandler instabil sein können aufgrund dessen, dass der Ausgangskondensator 120 klein ist, und/oder aufgrund hoher Lasten. Der Ausgangskondensator 120 weist einen äquivalenten Serienwiderstand (ESR - equivalent series resistance) auf, der eine Null in der linken Halbebene durch Stapeln einer ersten ESR-Spannung an dem Ausgang hinzufügt, wobei die erste ESR-Spannung gleich einem Strom durch den Induktor 115 ist multipliziert mit dem ESR. Eine Standardtechnik zum Kompensieren des ESR des Kondensators 120 und zum Beibehalten einer Stabilität besteht darin, den ESR zu imitieren durch Hinzufügen, an dem Rückkopplungsknoten Nfb, einer zweiten ESR-Spannung, die die gleiche Information wie der ESR und der Strom durch den Induktor 115 aufweist.
  • Eine Integrationsschaltung 125 weist einen ersten Widerstand R1 mit einem ersten Anschluss, der mit dem Schaltknoten LX1 gekoppelt ist, und einem zweiten Anschluss auf, der mit einem ersten Anschluss eines ersten Kondensators C1 gekoppelt ist, der einen zweiten Anschluss hat, der mit Masse gekoppelt ist. Ein erster Anschluss eines ersten Übertragungskondensators CT1 ist mit einem Knoten zwischen dem ersten Widerstand R1 und dem ersten Kondensator C1 gekoppelt.
  • Der Rückkopplungsknoten Nfb und ein zweiter Anschluss des ersten Übertragungskondensators CT1 sind mit einem ersten Eingang eines Komparators 135 gekoppelt. Ein zweiter Eingang des Komparators 135 empfängt eine Referenzspannung Vref. Ein Ausgang des Komparators 135 ist mit einem Eingang des Gate-Treibers 130 gekoppelt.
  • In Betrieb treibt der Gate-Treiber 130 den Schaltvorgang des ersten Leistungsschalters 105 und des ersten Masseschalters 110 basierend auf Steuersignalen, die von dem Komparator 135 erzeugt werden. Der Ausgang des Komparators 135 ist abhängig von dem Vergleich der Rückkopplungsspannung Vfb und der Referenzspannung Vref.
  • In Betrieb integriert die Integrationsschaltung 125 ein Spannungssignal an dem Schaltknoten LX1, was den AC-Charakteristiken des Induktors entspricht. Die Rückkopplungsspannung Vfb weist Beiträge von der Ausgangsspannung Vout und das integrierte Spannungssignal von dem Schaltknoten LX1 auf.
  • Das integrierte Spannungssignal von dem Schaltknoten LX1 wird auf die Rückkopplungsspannung Vfb unter Verwendung des Übertragungskondensators CT1 gestapelt. Dies ermöglicht, dass eine Welligkeit auf der Rückkopplungsspannung Vfb gestapelt wird, als ob ein ESR auf dem Ausgangskondensator 120 vorhanden wäre. Dies stellt sicher, dass der Hysterese-Abwärts-Wandler 100 stabil ist.
  • „Gestapelt“ bedeutet, dass zwei Spannungen addiert werden. In dem obigen Beispiel wird das integrierte Spannungssignal von dem Schaltknoten LX1 auf die Rückkopplungsspannung Vfb gestapelt. Dies bedeutet, dass das integrierte Spannungssignal von dem Schaltknoten LX1 zu der Rückkopplungsspannung Vfb hinzugefügt wird, die vorhanden wäre, wenn es keine Kopplung zwischen dem ersten Übertragungskondensator CT1 und dem Rückkopplungsknoten Nfb gäbe.
  • 10 ist eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 200 gemäß der Offenbarung. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 200 empfängt eine Eingangsspannung Vin und verwendet ein Verfahren ohne Sensor, um eine geregelte Ausgangsspannung Vout vorzusehen. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 200 ist ausgebildet für einen Betrieb in einem Abwärts-Modus oder einem Aufwärts-Modus.
  • Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 200 weist einen Induktor 215 auf, der ein Typ eines Energiespeicherelements ist, mit einem ersten Anschluss, der mit einem ersten Satz von Schaltern gekoppelt ist, und einem zweiten Anschluss, der mit einem zweiten Satz von Schaltern gekoppelt ist.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht der Abwärts-Modus einem Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 200 als Abwärts-Wandler und der Aufwärts-Modus entspricht dem Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 200 als Aufwärts-Wandler. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 200 arbeitet in dem Abwärts-Modus, entsprechend einem Betrieb als Abwärts-Wandler, wenn die Ausgangsspannung Vout wesentlich niedriger als die Eingangsspannung Vin ist; arbeitet in dem Aufwärts-Modus, entsprechend einem Betrieb als Aufwärts-Wandler, wenn die Ausgangsspannung Vout wesentlich größer als die Eingangsspannung Vin ist; und wechselt zwischen einem Betrieb als Abwärts-Wandler und einem Betrieb als Aufwärts-Wandler, wenn die Ausgangsspannung Vout und die Eingangsspannung Vin ungefähr gleich sind.
  • In dem vorliegenden Beispiel weist der erste Satz von Schaltern einen ersten Leistungsschalter 205 auf, der als erster hochseitiger Leistungsschalter bezeichnet werden kann, und einen ersten Masseschalter 210, der als erster niedrigseitiger Leistungsschalter bezeichnet werden kann, gekoppelt mit einem ersten Anschluss des Induktors 215 über einen ersten Schaltknoten LX1. Der erste Schaltknoten LX1 ist bei einer ersten Schaltknotenspannung VLX1. Ein erster Gate-Treiber 230 hat einen ersten Ausgang, der mit dem ersten Leistungsschalter 205 gekoppelt ist, und einen zweiten Ausgang, der mit dem ersten Masseschalter 210 gekoppelt ist. Der erste Leistungsschalter 205 empfängt die Eingangsspannung Vin und der erste Masseschalter 210 ist mit Masse gekoppelt. Der erste Leistungsschalter 205 ist mit einem ersten Anschluss eines Eingangskondensators 221 gekoppelt, dessen zweiter Anschluss mit Masse gekoppelt ist.
  • Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 200 weist weiter einen zweiten Satz von Schaltern auf, die einen zweiten Leistungsschalter 206, der als zweiter hochseitiger Leistungsschalter bezeichnet werden kann, und einen zweiten Masseschalter 211 aufweisen, der als zweiter niedrigseitiger Schalter bezeichnet werden kann, gekoppelt mit einem zweiten Anschluss des Induktors 215 über einen zweiten Schaltknoten LX2. Der zweite Schaltknoten LX2 ist bei der zweiten Schaltknotenspannung VLX2. Ein zweiter Gate-Treiber 231 hat einen ersten Ausgang, der mit dem zweiten Leistungsschalter 206 gekoppelt ist, und einen zweiten Ausgang, der mit dem zweiten Masseschalter 211 gekoppelt ist. Der zweite Leistungsschalter 206 hat einen Ausgang bei der Ausgangsspannung Vout und der zweite Masseschalter 211 ist mit Masse gekoppelt. Der zweite Leistungsschalter 206 ist mit einem ersten Anschluss eines Ausgangskondensators 220 gekoppelt, dessen zweiter Anschluss mit Masse gekoppelt ist.
  • Der Ausgang ist mit dem Induktor 215 gekoppelt, wenn der zweite Leistungsschalter 206 in einem geschlossenen Zustand ist, und der Eingang ist mit dem Induktor 215 gekoppelt, wenn der erste Leistungsschalter 205 in einem geschlossenen Zustand ist.
  • In dem Abwärts-Modus arbeitet der erste Satz von Schaltern zum Vorsehen einer Abwärts-Regelung, während der zweite Leistungsschalter 206 in dem geschlossenen Zustand gehalten wird. In dem Aufwärts-Modus arbeitet der zweite Satz von Schaltern zum Vorsehen einer Aufwärts-Regelung, während der erste Leistungsschalter 205 in dem geschlossenen Zustand gehalten wird.
  • Der erste Schaltknoten LX1 ist mit einem Eingang einer ersten Integrationsschaltung 225 gekoppelt. Der Eingang der ersten Integrationsschaltung 225 empfängt die erste Schaltknotenspannung VLX1, die als ein erstes Spannungssignal bezeichnet werden kann. Die erste Integrationsschaltung 225 gibt eine integrierte erste Schaltknotenspannung JVLX1, die als ein integriertes erstes Spannungssignal bezeichnet werden kann, an einem Ausgang aus. Der Ausgang der ersten Integrationsschaltung 225 ist mit einem ersten Eingang eines Komparators 235 über ein erstes Übertragungselement 227 gekoppelt.
  • Die erste Integrationsschaltung 225 weist einen ersten Widerstand R1 mit einem ersten Anschluss, der mit dem ersten Schaltknoten LX1 gekoppelt ist, und einem zweiten Anschluss auf, der mit einem ersten Anschluss eines ersten Kondensators C1 gekoppelt ist, der einen zweiten Anschluss hat, der mit Masse gekoppelt ist. Das erste Übertragungselement 227 weist einen ersten Übertragungskondensator CT1 mit einer Kapazität auf, die kleiner als C1 ist. Die Kapazität des ersten Übertragungskondensators CT1 kann zum Beispiel 10% der Kapazität des ersten Kondensators C1 sein. Ein erster Anschluss des ersten Übertragungskondensators CT1 ist mit einem Knoten zwischen dem ersten Widerstand R1 und dem ersten Kondensator C1 gekoppelt. Ein zweiter Anschluss des ersten Übertragungskondensators CT1 ist mit dem ersten Eingang des Komparators 235 gekoppelt.
  • Der zweite Schaltknoten LX2 ist mit einem Eingang einer zweiten Integrationsschaltung 226 gekoppelt. Der Eingang der zweiten Integrationsschaltung 226 empfängt die zweite Schaltknotenspannung VLX2, die als zweites Spannungssignal bezeichnet werden kann. Die zweite Integrationsschaltung 226 gibt eine integrierte zweite Schaltknotenspannung ∫VLX2, die als integriertes zweites Spannungssignal bezeichnet werden kann, an einem Ausgang aus. Der Ausgang der zweiten Integrationsschaltung 226 ist mit einem zweiten Eingang des Komparators 235 über ein zweites Übertragungselement 228 gekoppelt.
  • Die zweite Integrationsschaltung 226 weist einen zweiten Widerstand R2 mit einem ersten Anschluss, der mit dem zweiten Schaltknoten LX2 gekoppelt ist, und einem zweiten Anschluss auf, der mit einem ersten Anschluss eines zweiten Kondensators C2 gekoppelt ist, der einen zweiten Anschluss hat, der mit Masse gekoppelt ist. Das zweite Übertragungselement 228 weist einen zweiten Übertragungskondensator CT2 mit einer Kapazität auf, die kleiner als C2 ist. Die Kapazität des zweiten Übertragungskondensators CT2 kann zum Beispiel 10% der Kapazität des zweiten Kondensators C1 sein. Ein erster Anschluss des zweiten Übertragungskondensators CT2 ist mit einem Knoten zwischen dem zweiten Widerstand R2 und dem zweiten Kondensator C2 gekoppelt. Ein zweiter Anschluss des zweiten Übertragungskondensators CT2 ist mit dem zweiten Eingang des Komparators 235 gekoppelt.
  • In Betrieb gibt der Komparator 235 Steuersignale an einem Ausgang aus, um den ersten Satz von Schaltern in dem Abwärts-Modus zu regeln und den zweiten Satz von Schaltern in dem Aufwärts-Modus zu regeln. Der Komparator 235 kann eine Hysterese zeigen, die dazu führen würde, dass der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 200 ein Hysterese-Abwärts-Aufwärts-SchaItwandler ist.
  • Der erste Anschluss des Ausgangskondensators 220 ist mit einem Eingang einer Rückkopplungsspannungsschaltung 229 gekoppelt, die einen Ausgang bei einer Rückkopplungsspannung Vfb hat. Die Rückkopplungsspannungsschaltung 229 kann als ein Potentialteiler implementiert sein, der einen ersten Potentialteilerwiderstand RH1 aufweist mit einem ersten Anschluss, der mit dem ersten Anschluss des Ausgangskondensators 220 gekoppelt ist, und einem zweiten Anschluss, der mit einem ersten Anschluss eines zweiten Potentialteilerwiderstands RL1 gekoppelt ist, der einen zweiten Anschluss hat, der mit Masse gekoppelt ist. Der erste Potentialteilerwiderstand RH1 und der zweite Potentialteilerwiderstand RL1 sind an einen Rückkopplungsknoten Nfb gekoppelt, der bei der Rückkopplungsspannung Vfb ist. Der Rückkopplungsknoten Nfb ist mit dem ersten Eingang eines Komparators 235 gekoppelt.
  • Ein Eingang einer Impedanzanpassungsschaltung 236 empfängt eine anfängliche Referenzspannung Vref0. Ein Ausgang der Impedanzanpassungsschaltung 236 ist bei einer Referenzspannung Vref.
  • Die Impedanzanpassungsschaltung 236 weist einen ersten Anpassungswiderstand RH2 auf, der parallel zu einem zweiten Anpassungswiderstand RL2 gekoppelt ist, wodurch ein Anpassungswiderstandspaar gebildet wird. Ein erster Widerstandswert, der einer parallelen Kombination des ersten Anpassungswiderstands RH2 und des zweiten Anpassungswiderstands RL2 entspricht, ist gleich einem zweiten Widerstandswert, der einer parallelen Kombination des ersten Potentialteilerwiderstands RH1 und des zweiten Potentialteilerwiderstands RL1 entspricht. Zum Beispiel kann dies entsprechen, dass der erste Anpassungswiderstand RH2 und der erste Potentialteilerwiderstand RH1 gleich sind; und der zweite Anpassungswiderstand RL2 und der zweite Potentialteilerwiderstand RL1 gleich sind. Ein erster Anschluss des Anpassungswiderstandspaares empfängt eine anfängliche Referenzspannung Vref0. Ein zweiter Anschluss des Anpassungswiderstandspaares ist bei Vref und ist mit dem zweiten Eingang des Komparators 235 gekoppelt. Die Impedanzanpassungsschaltung 236 stellt sicher, dass die durch CT1 gesehene Impedanz dieselbe ist wie die durch CT2 gesehene Impedanz.
  • Der Ausgang der Spannungsrückkopplungsschaltung 229 und der zweite Anschluss des ersten Übertragungskondensators CT1 sind mit dem ersten Eingang eines Komparators 235 gekoppelt. Der Ausgang der Impedanzanpassungsschaltung 236 und der zweite Anschluss des zweiten Übertragungskondensators CT2 sind mit dem zweiten Eingang des Komparators 235 gekoppelt. Die Rückkopplungsspannung Vfb weist Beiträge von der Ausgangsspannung Vout und der integrierten ersten Schaltknotenspannung JVLX1 auf. Die Referenzspannung Vref weist Beiträge von der anfänglichen Referenzspannung Vref0 und der integrierten zweiten Schaltknotenspannung fVLX2 auf.
  • Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 200 weist eine Steuervorrichtung auf, die ausgebildet ist zum Senden der Steuersignale an den ersten Satz von Schaltern und den zweiten Satz von Schaltern. Die Steuervorrichtung empfängt die Steuersignale von dem Komparator 235. Die Steuervorrichtung ist ausgebildet zum selektiven Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 200 in dem Abwärts-Modus oder dem Aufwärts-Modus basierend auf einer Länge einer Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter 205 als auch der zweite Leistungsschalter 206 in einem gleichen Zustand sind. In dem vorliegenden Beispiel liegt der gleiche Zustand vor, wenn die Leistungsschalter 205, 206 in dem geschlossenen Zustand sind.
  • Bei einem Betrieb in dem Abwärts-Modus ist die Steuervorrichtung ausgebildet zum Schalten des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 200 in den Aufwärts-Modus, wenn die Zeitperiode, während der beide Schalter 205, 206 in dem gleichen Zustand sind, eine erste Schwelle übersteigt. Bei einem Betrieb in dem Aufwärts-Modus ist die Steuervorrichtung ausgebildet zum Schalten des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 200 in den Abwärts-Modus, wenn die Zeitperiode, während der beide Schalter 205, 206 in dem gleichen Zustand sind, eine zweite Schwelle übersteigt. Die erste und die zweite Schwelle können gleich sein, zum Beispiel eine Zeit von 300 ns.
  • Die Steuervorrichtung weist einen Demultiplexer 240 auf. Ein Ausgang des Komparators 235 ist mit einem ersten Eingang des Demultiplexers 240 gekoppelt derart, dass der erste Eingang des Demultiplexers 240 die Steuersignale empfängt. Der Demultiplexer 240 hat einen ersten Demultiplexer-Zustand 241, in dem der erste Eingang des Demultiplexers mit einem ersten Ausgang gekoppelt ist, und einen zweiten Demultiplexer-Zustand 242, in dem der erste Eingang des Demultiplexers 240 mit einem zweiten Ausgang gekoppelt ist. Der erste Ausgang des Demultiplexers 240 ist mit einem Eingang des ersten Gate-Treibers 230 gekoppelt und der zweite Ausgang der Schaltschaltung ist mit einem Eingang des zweiten Gate-Treibers 231 gekoppelt.
  • In dem vorliegenden Beispiel entspricht der Abwärts-Modus einem Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Wandlers 200 als Abwärts-Wandler. In dem Abwärts-Modus ist der Demultiplexer 240 in dem ersten Demultiplexer-Zustand 241 und der Ausgang des Komparators 235 ist mit dem ersten Gate-Treiber 230 gekoppelt derart, dass die Steuersignale an den ersten Satz von Schaltern vorgesehen werden. Der erste Gate-Treiber 230 treibt den Schaltvorgang des ersten Leistungsschalters 205 und des ersten Masseschalters 210 basierend auf einem von dem Komparator 235 erzeugten Signal.
  • Während des Abwärts-Modus ist der zweite Leistungsschalter 206 geschlossen und der zweite Masseschalter 211 ist offen.
  • In dem vorliegenden Beispiel entspricht der Aufwärts-Modus einem Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Wandlers 200 als ein Aufwärts-Wandler. In dem Aufwärts-Modus ist der Demultiplexer 240 in dem zweiten Demultiplexer-Zustand 242 und der Ausgang des Komparators 235 ist mit dem zweiten Gate-Treiber 231 gekoppelt derart, dass die Steuersignale an den zweiten Satz von Schaltern vorgesehen werden. Der zweite Gate-Treiber 231 treibt den Schaltvorgang des zweiten Leistungsschalters 206 und des zweiten Masseschalters 211 basierend auf einem von dem Komparator 235 erzeugten Signal. Während des Aufwärts-Modus ist der erste Leistungsschalter 205 geschlossen und der erste Masseschalter 210 ist offen.
  • Der Demultiplexer 240 ist ausgebildet für einen Betrieb in dem ersten Demultiplexer-Zustand 241 oder dem zweiten Demultiplexer-Zustand 242 basierend auf der Länge der Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter 205 als auch der zweite Leistungsschalter 206 in dem gleichen Zustand sind, zum Beispiel dem geschlossenen Zustand.
  • Der Ausgang des Komparators 235 ist abhängig von dem Vergleich der Rückkopplungsspannung Vfb und der Referenzspannung Vref.
  • In Betrieb integriert die erste Integrationsschaltung 225 die erste Schaltknotenspannung VLX1 an dem ersten Schaltknoten LX1, um die integrierte erste Schaltknotenspannung JVLX1 zu liefern. Die integrierte erste Schaltknotenspannung ∫VLX1 entspricht den AC-Charakteristiken des Induktors 215 bei einem Betrieb in dem Abwärts-Modus. Das erste Übertragungselement 227 wird verwendet, um die integrierte erste Schaltknotenspannung ∫VLX1 auf die Rückkopplungsspannung Vfb zu stapeln. Daher weist die Rückkopplungsspannung Vfb einen Beitrag von der Ausgangsspannung Vout, wie von der Rückkopplungsspannungsschaltung 229 eingestellt, und der integrierten ersten Schaltknotenspannung JVLX1 auf.
  • In Betrieb integriert die zweite Integrationsschaltung 226 die zweite Schaltknotenspannung VLX2 an dem zweiten Schaltknoten LX2, um die integrierte zweite Schaltknotenspannung JVLX2 zu liefern. Die integrierte zweite Schaltknotenspannung ∫VLX2 entspricht den AC-Charakteristiken des Induktors 215 bei einem Betrieb in dem Aufwärts-Modus. Das zweite Übertragungselement 228 wird verwendet, um die integrierte zweite Schaltknotenspannung ∫VLX2 auf die Referenzspannung Vref zu stapeln. Daher weist die Referenzspannung Vref einen Beitrag von der anfänglichen Referenzspannung Vref0, wie von der Impedanzanpassungsschaltung 236 eingestellt, und der integrierten zweiten Schaltknotenspannung ∫VLX2 auf. Da die integrierte erste Schaltknotenspannung ∫VLX1 eine Komponente der Rückkopplungsspannung Vfb ist und die integrierte zweite Schaltknotenspannung ∫VLX2 eine Komponente der Referenzspannung Vref ist, ist eine abnehmende Vref äquivalent zu einer zunehmenden Vfb bei dem Betrieb des Komparators 235.
  • Es ist nicht möglich, den Schaltwandler 200 durch Stapeln der integrierten zweiten Schaltknotenspannung JVLX2 auf die Rückkopplungsspannung Vfb zu betreiben, da eine negative Welligkeit auf die Rückkopplungsspannung Vfb gestapelt würde. Dies würde dazu führen, dass sich in dem Induktor 215 Energie aufbaut, wenn der Induktorstrom IL ansteigt. Die Energie wird nicht an den Ausgang übertragen, was zu einer abnehmenden Ausgangsspannung Vout führt. In Reaktion darauf würde der Komparator 235 versuchen, die Ausgangsspannung Vout zu erhöhen, da jedoch die Energie nicht an den Ausgang übertragen würde, könnte der Schaltwandler 200 die Ausgangsspannung Vout nicht anpassen.
  • 11 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 300 gemäß der Offenbarung. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 300 empfängt eine Eingangsspannung Vin und verwendet ein Verfahren ohne Sensor, um eine geregelte Ausgangsspannung Vout vorzusehen. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 300 ist ausgebildet für einen Betrieb in einem Abwärts-Modus oder einem Aufwärts-Modus. Gemeinsame Merkmale zwischen dem Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 300 und dem Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 200 von 10 haben gemeinsame Bezugszeichen. Der Vorgang, der sich auf gemeinsame Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel bezieht, wird nicht wiederholt, da auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels Bezug genommen werden kann, um den Betrieb weiterer Ausführungsbeispielen zu verstehen.
  • Zusätzlich zu den gemeinsamen Merkmalen zwischen dem Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 300 und dem Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 200 weist die Steuervorrichtung des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 300 weiter eine Entscheidungsschaltung 245 auf.
  • Bei einem Betrieb in dem Abwärts-Modus ist die Entscheidungsschaltung 245 ausgebildet zum Vorsehen eines ersten Modus-Signals, das den Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 300 in den Aufwärts-Modus schaltet, wenn die Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter 205 als auch der zweite Leistungsschalter 206 in dem gleichen Zustand sind, die erste Schwelle übersteigt.
  • Bei einem Betrieb in dem Aufwärts-Modus, ist die Entscheidungsschaltung 245 ausgebildet zum Vorsehen eines zweiten Modus-Signals, um den Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 300 in den Abwärts-Modus zu schalten, wenn die Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter 205 als auch der zweite Leistungsschalter 206 in dem gleichen Zustand sind, die zweite Schwelle übersteigt.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist der gleiche Zustand ein geschlossener Zustand und die erste und die zweite Schwelle sind gleich.
  • Die Entscheidungsschaltung 245 hat einen ersten Eingang, der mit dem ersten Schaltknoten LX1 gekoppelt ist, und empfängt die erste Schaltknotenspannung VLX1. Die Entscheidungsschaltung 245 hat einen zweiten Eingang, der mit dem zweiten Schaltknoten LX2 gekoppelt ist, und empfängt die zweite Schaltknotenspannung VLX2. Ein Ausgang der Entscheidungsschaltung 245 ist mit einem zweiten Eingang des Demultiplexers 240 gekoppelt. In Betrieb sieht der Ausgang der Entscheidungsschaltung 245 ein Modus-Signal vor, um den Zustand des Demultiplexers 240 zu steuern. Wenn der Demultiplexer 240 das erste Modus-Signal von der Entscheidungsschaltung 245 empfängt, schaltet der Demultiplexer 240 von dem ersten Demultiplexer-Zustand 241, der einem Betrieb des Schaltwandlers 300 in dem Abwärts-Modus entspricht, in den zweiten Demultiplexer-Zustand 242, der einem Betrieb des Schaltwandlers 300 in dem Aufwärts-Modus entspricht. Wenn der Demultiplexer 240 das zweite Modus-Signal von der Entscheidungsschaltung 245 empfängt, schaltet der Demultiplexer 240 von dem zweiten Demultiplexer-Zustand 242, der einem Betrieb des Schaltwandlers 300 in dem Aufwärts-Modus entspricht, in den ersten Demultiplexer-Zustand 241, der einem Betrieb des Schaltwandlers 300 in dem Abwärts-Modus entspricht.
  • Die Entscheidungsschaltung 245 weist ein UND-Gatter 305, eine Timing-Schaltung 310 und eine Modus-Schaltung 315 auf. Das UND-Gatter 305 hat einen ersten Eingang, der mit dem ersten Schaltknoten LX1 gekoppelt ist, um die erste Schaltknotenspannung VLX1 zu empfangen. Das UND-Gatter 305 hat einen zweiten Eingang, der mit dem zweiten Schaltknoten LX2 gekoppelt ist, um die zweite Schaltknotenspannung VLX2 zu empfangen. Ein Ausgang des UND-Gatters 305 ist mit einem Eingang der Timing-Schaltung 310 gekoppelt. Ein Ausgang der Timing-Schaltung 310 ist mit einem Eingang der Modus-Schaltung 315 gekoppelt. Ein Ausgang der Modus-Schaltung 315 ist mit dem zweiten Eingang des Demultiplexers 240 gekoppelt.
  • Jeder der Schaltknoten LX1, LX2 kann mit dem UND-Gatter über einen Hochzustandsdetektor, zum Beispiel einen Schmitt-Trigger, gekoppelt sein.
  • In Betrieb gibt das UND-Gatter 305 ein „Hoch“-Signal an die Timing-Schaltung 310 aus, wenn beide Eingänge des UND-Gatters 305 ein „Hoch“-Signal von der ersten und der zweiten Schaltknotenspannung VLX1, VLX2 empfangen. Ein „Hoch“-Signal an einem ersten Eingang des UND-Gatters 305 kann einer logischen 1 für einen ersten Zustand entsprechen, in dem die erste Schaltknotenspannung VLX1 einen Schwellenwert übersteigt. Dies tritt auf, wenn der erste Leistungsschalter 205 geschlossen ist und der erste Masseschalter 210 offen ist. Ein „Niedrig“-Signal kann einer logischen 0 für einen zweiten Zustand entsprechen, in dem die erste Schaltknotenspannung VLX1 unter einem Schwellenwert ist. Dies tritt auf, wenn der erste Leistungsschalter 205 offen ist und der erste Masseschalter 210 geschlossen ist. Ein „Hoch“-Signal an einem zweiten Eingang des UND-Gatters 305 kann einer logischen 1 für einen ersten Zustand entsprechen, in dem die zweite Schaltknotenspannung VLX2 einen Schwellenwert übersteigt. Dies tritt auf, wenn der zweite Leistungsschalter 206 geschlossen ist und der zweite Masseschalter 211 offen ist. Ein „Niedrig“-Signal kann einer logischen 0 für einen zweiten Zustand entsprechen, in dem die zweite Schaltknotenspannung VLX2 unter einem Schwellenwert ist. Dies tritt auf, wenn der zweite Leistungsschalter 206 offen ist und der zweite Masseschalter 211 geschlossen ist. Folglich kann ein „Hoch“-Signal an beiden Eingängen des UND-Gatters 305 empfangen werden, wenn der erste Leistungsschalter 205 und der zweite Leistungsschalter 206 geschlossen sind und der erste Masseschalter 210 und der zweite Masseschalter 211 offen sind.
  • Wenn ein „Hoch“-Signal an beiden Eingängen des UND-Gatters 305 empfangen wird, wird ein „Hoch“-Signal, zum Beispiel logisch 1, an die Timing-Schaltung 310 ausgegeben. Die Timing-Schaltung 310 weist eine Timing-Funktion auf, wobei, wenn ein „Hoch“-Signal an dem Eingang empfangen wird und das „Hoch“-Signal für eine Zeitperiode, zum Beispiel 300 ns, unverändert bleibt, die Timing-Schaltung 310 ein Signal an die Modus-Schaltung 315 ausgibt. In Reaktion auf das Signal schaltet die Modus-Schaltung 315 den Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 300 von dem Abwärts-Modus zu dem Aufwärts-Modus oder von dem Aufwärts-Modus zu dem Abwärts-Modus. Die erforderliche Zeitperiode, um von dem Abwärts-Modus in den Aufwärts-Modus zu schalten, kann von der Zeitperiode verschieden sein, die erforderlich ist, um von dem Aufwärts-Modus in den Abwärts-Modus zu schalten. Dies entspricht der ersten Schwelle und der zweiten Schwelle, wie zuvor definiert. Alternativ kann die Zeitperiode in beiden Fällen gleich sein. Die Timing-Schaltung 310 kann unter Verwendung einer Widerstands-Kondensator-Verzögerungsschaltung implementiert werden.
  • Da die Dauer der Zeitperiode, in der beide Schalter geschlossen sind, das Kriterium für das Schalten der Modi ist, ist ein Schalten zwischen Modi unabhängig von der Schaltfrequenz der Steuersignale, die für einen Betrieb des ersten Satzes von Schaltern und des zweiten Satzes von Schaltern verwendet werden. Es ist offensichtlich, dass die Zeitperiode eine von 300 ns verschiedene Zeit sein kann. Ein Anpassen der Zeitperiode kann verwendet werden, um die Werte der Eingangsspannung VIN und der Ausgangsspannung VOUT anzupassen, über die der Schaltwandler 300 in dem Abwärts-Aufwärts-Modus arbeitet.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel schaltet die Modus-Schaltung 315 einen Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 300 durch Ausgeben eines „Hoch“-Signals oder eines „Niedrig“-Signals an den Demultiplexer 240 in Reaktion auf das von der Timing-Schaltung 310 empfangene Signal. Das „Hoch“-Signal entspricht dem ersten Modus-Signal, wie zuvor beschrieben, und das „Niedrig“-Signal entspricht dem zweiten Modus-Signal, wie zuvor beschrieben.
  • Die Modus-Schaltung 315 kann ein Speicherelement sein, das das Signal von der Timing-Schaltung 310 empfängt, und in Reaktion auf das Empfangen des Signals von der Timing-Schaltung 310 den Betriebsmodus des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 300 schaltet.
  • Wenn der Demultiplexer 240 ein „Hoch“-Signal von der Modus-Schaltung 315 empfängt, wird der Zustand des Demultiplexers in den zweiten Demultiplexer-Zustand 242, der einem Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Wandlers in dem Aufwärts-Modus entspricht, als Aufwärts-Wandler geschaltet. Wenn der Demultiplexer 240 ein „Niedrig“-Signal von der Modus-Schaltung 315 empfängt, wird der Zustand des Demultiplexers 240 in den ersten Demultiplexer-Zustand 241, der einem Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Wandlers in dem Abwärts-Modus entspricht, als Abwärts-Wandler geschaltet.
  • Das Signal wird verwendet, um den Zustand des Demultiplexers 240 wie folgt zu ändern: wenn der Demultiplexer 240 in dem ersten Demultiplexer-Zustand 241 ist, schaltet es in den zweiten Demultiplexer-Zustand 242, und wenn der Demultiplexer 240 in dem zweiten Demultiplexer-Zustand 242 ist, schaltet es in den ersten Demultiplexer-Zustand 241. Wenn zum Beispiel der erste Leistungsschalter 205 und der zweite Leistungsschalter 206 für eine Zeitperiode von 300 ns geschlossen sind, sendet die Timing-Schaltung 310 ein Signal an die Modus-Schaltung 315, die ein Signal an den Demultiplexer 240 sendet, und der Demultiplexer 240 ändert seinen Zustand. Ein Abwärts-Aufwärts-Modus-Betrieb entspricht dem Fall, in dem ein Schalten zwischen den zwei Zuständen nach jedem Zeitperiodenzyklus erfolgt.
  • 12 zeigt ein Diagramm eines dritten Ausführungsbeispiels des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 400, der ein Verfahren ohne Sensor zum Regeln einer Ausgangsspannung Vout verwendet.
  • Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 400 ist wie in 11 beschrieben, jedoch sind in diesem Fall die Spannungsrückkopplungsschaltung 229 und die Impedanzanpassungsschaltung 236 wie folgt implementiert. Die Spannungsrückkopplungsschaltung 229 weist einen Vorwärtskopplungskondensator Cff1 auf, der parallel zu dem ersten Potentialteilerwiderstand RH1 gekoppelt ist. Die Impedanzanpassungsschaltung 236 weist einen Anpassungskondensator Cff2 auf, der mit dem zweiten Anschluss des Anpassungswiderstandspaares gekoppelt ist, wobei Cff1 = Cff2 ist. Die Einbeziehung von Cff1 und Cff2 verbessert das Einschwingverhalten des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 400.
  • 13 zeigt ein Zeitdiagramm des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 300, wie in 11 gezeigt, während des Betriebs für verschiedene Eingangsspannungen Vin 400 relativ zu der Ausgangsspannung Vout 405. Die folgenden Profile sind auch gezeigt: ein Zustand des ersten Schaltknotens LX1 410, ein Zustand des zweiten Schaltknotens LX2 415 und die AC-Komponente des Induktorstroms 420. Der Zustand des ersten Schaltknotens LX1410 ist ein „Hoch“-Signal, zum Beispiel eine logische 1, wenn der erste Leistungsschalter 205 geschlossen ist und der erste Masseschalter 210 offen ist. Der Zustand des ersten Schaltknotens LX1410 ist ein „Niedrig“-Signal, zum Beispiel eine logische 0, wenn der erste Leistungsschalter 205 offen ist und der erste Masseschalter 210 geschlossen ist. Der Zustand des zweiten Schaltknotens LX2 415 ist ein „Hoch“-Signal, wenn der zweite Leistungsschalter 206 geschlossen ist und der zweite Masseschalter 211 offen ist. Der Zustand des zweiten Schaltknotens LX2 415 ist ein „Niedrig“-Signal, wenn der zweite Leistungsschalter 206 offen ist und der zweite Masseschalter 211 geschlossen ist.
  • In einem Abschnitt S1 ist die Eingangsspannung Vin 400 wesentlich größer als die Ausgangsspannung Vout 405. Der erste Leistungsschalter 205 und der erste Masseschalter 210 werden einem Schaltvorgang 410 unterzogen. Der zweite Leistungsschalter 206 ist geschlossen, wie durch den Zustand des zweiten Schaltknotens LX2 415 gezeigt. Unter diesen Umständen arbeitet der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler als ein Abwärts-Wandler. Die AC-Komponente des Induktorstroms 420 ist charakteristisch für eine Spannungswelligkeit, die durch die integrierte erste Schaltknotenspannung ∫VLX1 an die Rückkopplungsspannung Vfb während des Abwärts-Wandler-Betriebs vorgesehen ist. Da die Steigung der integrierten ersten Schaltknotenspannung ∫VLX1 nach dem Stapeln auf die Rückkopplungsspannung Vfb ausreichend steil ist, unterbricht sie die Referenzspannung Vref innerhalb einer ausreichend kurzen Zeitperiode, um weiter als Abwärts-Wandler zu arbeiten.
  • Die Steigung des Induktorstroms 420 ist durch die folgende Gleichung gegeben: DI dt = Vin − Vout L
    Figure DE102018216156A1_0002
    wobei dl eine Änderung des Induktorstroms über eine Zeitperiode dt ist, Vin die Eingangsspannung Vin ist, Vout die Ausgangsspannung Vout ist und L die Induktanz des Induktors 215 ist.
  • In einem Abschnitt S3 ist die Eingangsspannung Vin 400 wesentlich geringer als die Ausgangsspannung Vout 405. Der zweite Leistungsschalter 206 und der zweite Masseschalter 211 werden einem Schaltvorgang 415 unterzogen. Der erste Leistungsschalter 205 ist geschlossen 410. Unter diesen Umständen arbeitet der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler als Aufwärts-Wandler. Die AC-Komponente des Induktorstroms 420 ist charakteristisch für eine Spannungswelligkeit, die durch die integrierte zweite Schaltknotenspannung ∫VLX2 für die Referenzspannung Vref während eines Aufwärts-Wandler-Betriebs vorgesehen wird. Da die Steigung der integrierten zweiten Schaltknotenspannung JVLX2 ausreichend steil ist, unterbricht sie die Rückkopplungsspannung Vfb innerhalb einer ausreichend kurzen Zeitperiode, um in einem Betrieb als Aufwärts-Wandler zu bleiben.
  • In Abschnitt S2 ist die Eingangsspannung Vin 400 ungefähr gleich der Ausgangsspannung Vout 405. In Abschnitt S2a arbeitet der Wandler anfänglich als Abwärts-Wandler. Die AC-Komponente des Induktorstroms 420 ist charakteristisch für eine Spannungswelligkeit, die durch die integrierte erste Schaltknotenspannung fVLX1 für die Rückkopplungsspannung Vfb während des Abwärts-Wandler-Betriebs vorgesehen wird. Da die Steigung der integrierten ersten Schaltknotenspannung ∫VLX1 nicht ausreichend steil ist, unterbricht sie die Referenzspannung Vref nicht innerhalb einer ausreichend kurzen Zeitperiode, um in einem Betrieb als Abwärts-Wandler zu bleiben. Der erste Leistungsschalter 205 und der zweite Leistungsschalter 206 sind beide für die Zeitperiode t geschlossen, wie in der Diskussion der Entscheidungsschaltung 245 definiert. Da die Zeitperiode t überschritten wurde, während beide Leistungsschalter 205, 206 hoch sind 410, 415, gibt die Entscheidungsschaltung 245 ein Signal an den Demultiplexer 240 aus, in dem der Demultiplexer 240 von dem ersten Demultiplexer-Zustand 241, der dem Abwärts-Wandler-Betrieb entspricht, in den zweiten Demultiplexer-Zustand 242 geändert wird, der dem Aufwärts-Wandler-Betrieb entspricht.
  • In Abschnitt S2b arbeitet der Wandler anfänglich als Aufwärts-Wandler. Die AC-Komponente des Induktorstroms 420 ist charakteristisch für eine Spannungswelligkeit, die durch die integrierte zweite Schaltknotenspannung JVLX2 für die Referenzspannung Vref während des Aufwärts-Wandler-Betriebs vorgesehen wird. Da die Steigung der integrierten zweiten Schaltknotenspannung JVLX2 nicht ausreichend steil ist, unterbricht sie die Rückkopplungsspannung Vfb nicht innerhalb einer ausreichend kurzen Zeitperiode, um in einem Betrieb als Aufwärts-Wandler zu bleiben. Der erste Leistungsschalter 205 und der zweite Leistungsschalter 206 sind beide für die Zeitperiode t geschlossen, wie in der Diskussion der Entscheidungsschaltung 245 definiert. Da die Zeitperiode t überschritten wurde, während beide Leistungsschalter 205, 206 hoch sind 410, 415, gibt die Entscheidungsschaltung 245 ein Signal an den Demultiplexer 240 aus, wobei die Schaltschaltung 240 von dem zweiten Demultiplexer-Zustand 242, der dem Aufwärts-Wandler-Betrieb entspricht, in den ersten Demultiplexer-Zustand 241 geändert wird, der dem Abwärts-Wandler-Betrieb entspricht.
  • In Abschnitt S2 wird die Bedingung, die für die Entscheidungsschaltung 245 erforderlich ist, um den Zustand des Demultiplexers 240 zu ändern, immer erfüllt und daher schaltet der Schaltwandler nach jedem Zyklus der Zeitperiode t wiederholt zwischen dem Abwärts-Wandler-Betrieb und dem Aufwärts-Wandler-Betrieb, wodurch er als ein Abwärts-Aufwärts-Wandler arbeitet.
  • 14 ist ein erstes Diagramm von Simulationsergebnissen der in 11 dargestellten Schaltung, bei der die Ausgangsspannung Vout und die Eingangsspannung Vin ungefähr gleich sind. Daher wechselt unter diesen Bedingungen der Abwärts-Aufwärts-Wandler 400 zwischen einem Betrieb als Abwärts-Wandler und als Aufwärts-Wandler. Die folgenden Merkmale sind gezeigt: Zustand des ersten Schaltknotens LX1 605, Zustand des zweiten Schaltknotens LX2 610, Zustand einer Magnetisierung 615, Zustand des Aufwärts-Modus 620, Rückkopplungsspannung Vfb 625, Referenzspannung Vref 630, Hysterese-Spannung VOUT_COMP 635 und Induktorstrom 640.
  • Die Hysterese-Spannung VOUT_COMP 635 ist ein interner Zustand des Komparators 235, der zeigt, was der Komparator 235 an seinem ersten Eingang aufgrund der Hysterese sieht. Wenn zum Beispiel der Zustand der Magnetisierung 615 hoch ist, sieht der Komparator 235 einen Eingang an dem ersten Eingang, der kleiner als die Rückkopplungsspannung Vfb ist; und wenn der Zustand der Magnetisierung 615 niedrig ist, dann sieht der Komparator 235 die Rückkopplungsspannung Vfb an dem ersten Eingang.
  • Die Hysterese-Spannung VOUT_COMP 635 ist effektiv eine Replik der Rückkopplungsspannung Vfb 625, jedoch unter Einbeziehung eines Hystereseeffekts. Folglich vergleicht der Komparator 235 im Betrieb die Hysterese-Spannung VOUT_COMP 635 und die Referenzspannung Vref 630.
  • Der Zustand des ersten Schaltknotens LX1 605 ist hoch, wenn der erste Leistungsschalter 205 geschlossen ist und der erste Masseschalter 210 offen ist. Der Zustand des ersten Schaltknotens LX1 605 ist niedrig, wenn der erste Leistungsschalter 205 offen ist und der erste Masseschalter 210 geschlossen ist. Der Zustand des zweiten Schaltknotens LX2 610 ist hoch, wenn der zweite Leistungsschalter 206 geschlossen ist und der zweite Masseschalter 211 offen ist. Der Zustand des zweiten Schaltknotens LX2 610 ist niedrig, wenn der zweite Leistungsschalter 206 offen ist und der zweite Masseschalter 211 geschlossen ist.
  • Wenn der Aufwärts-Modus 620 hoch ist, arbeitet der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler als Aufwärts-Wandler, und wenn der Aufwärts-Modus 620 niedrig ist, arbeitet der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler als Abwärts-Wandler.
  • Die Magnetisierung 615 ist der Ausgang des Komparators 235 und entspricht daher den Steuersignalen, wie zuvor definiert. Das Magnetisierung-Signal 615 wird an den ersten Gate-Treiber 230 angelegt, wenn das Signal des Aufwärts-Modus 620 niedrig ist, und das Magnetisierung-Signal 615 wird an den zweiten Gate-Treiber 231 angelegt, wenn das Signal des Aufwärts-Modus 620 hoch ist. Der durch das Magnetisierung-Signal 615 gezeigte Schaltvorgang wird durch die Rückkopplungsspannung Vfb 625 und die Referenzspannung Vref 630 gesteuert, wobei ein Schalten stattfindet, wenn Vfb 625 und Vref 630 überlappen.
  • Ein hohes Magnetisierung-Signal 615, das an den ersten Gate-Treiber 230 angelegt wird, entsprechend einem Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers als Abwärts-Wandler, entspricht einem geschlossenen ersten Leistungsschalter 205 und einem offenen ersten Masseschalter 210. Der Zustand des ersten Schaltknotens LX1 605 ist hoch. Ein niedriges Magnetisierung-Signal 615, das an den ersten Gate-Treiber 230 angelegt wird, entspricht dem offenen ersten Leistungsschalter 205 und dem geschlossenen ersten Masseschalter 210. Der Zustand des ersten Schaltknotens LX1 605 ist niedrig. Während des Betriebs als Abwärts-Wandler bleibt der zweite Leistungsschalter 206 geschlossen und der zweite Masseschalter 211 bleibt offen.
  • Ein hohes Magnetisierung-Signal 615, das an den zweiten Gate-Treiber 231 angelegt wird, entsprechend einem Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers als Aufwärts-Wandler, entspricht dem offenen zweiten Leistungsschalter 206 und dem geschlossenen zweiten Masseschalter 211. Der Zustand des zweiten Schaltknotens LX2 610 ist niedrig. Ein niedriges Magnetisierung-Signal 615, das an den zweiten Gate-Treiber 231 angelegt wird, entspricht dem geschlossenen zweiten Leistungsschalter 206 und dem offenen zweiten Masseschalter 211. Der Zustand des zweiten Schaltknotens LX2 610 ist hoch. Während des Betriebs als Aufwärts-Wandler bleibt der erste Leistungsschalter 205 geschlossen und der erste Masseschalter 210 bleibt offen.
  • Unmittelbar vor einem Zeitpunkt t1 ist das Aufwärts-Modus-Signal 620 hoch und der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler arbeitet als Aufwärts-Wandler. Das Magnetisierung-Signal 615 wird an den zweiten Gate-Treiber 231 angelegt. Da die Eingangsspannung Vin und die Ausgangsspannung Vout ungefähr gleich sind, bleibt der Zustand der Schaltknoten LX1 605 und LX2 610 für die Zeitperiode von 300 ns hoch, so dass der Zustand des Aufwärts-Modus 620 geschaltet wird, an dem Zeitpunkt t1, entsprechend der in 11 gezeigten Schaltung.
  • Vor dem Schalten des Aufwärts-Modus-Signals hat der entladende Induktorstrom 640 eine glatte Steigung, die durch ihren kleinen Gradienten identifiziert wird, und die Komparatoreingänge, d.h. die Hysterese-Spannung VOUT_COMP 635 und die Referenzspannung Vref 630, kreuzen sich nicht.
  • Zwischen dem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt t2 arbeitet der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler als ein Abwärts-Wandler und das Magnetisierung-Signal 615 wird an den ersten Gate-Treiber 230 angelegt. An dem Zeitpunkt t1 führt das niedrige Magnetisierung-Signal 615 dazu, dass der Zustand des ersten Schaltknotens LX1 605 auf niedrig wechselt und der Induktor 640 mit einer steileren Steigung entladen wird als die glatte Steigung unmittelbar vor dem Zeitpunkt t1. Folglich kreuzen sich die Hysterese-Spannung VOUT_COMP 635 und die Referenzspannung Vref 630, und das Magnetisierung-Signal 615 wird geschaltet, was dazu führt, dass LX1 605 in einen hohen Zustand zurückkehrt. Der Induktor 640 entlädt erneut mit einer glatten Steigung, und die Referenzspannung Vref 630 und die Rückkopplungsspannung Vfb 625 kreuzen sich nicht innerhalb der Zeitperiode von 300 ns.
  • An dem Zeitpunkt t2 schaltet der Aufwärts-Modus 620 in einen hohen Zustand und der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler arbeitet als ein Aufwärts-Wandler. Das Magnetisierung-Signal 615 wird an den zweiten Gate-Treiber 231 angelegt, und das „Hoch“-Signal führt dazu, dass der zweite Schaltknoten LX2 610 auf niedrig schaltet. Der Induktorstrom 640 steigt an und die Referenzspannung Vref 630 und die Hysterese-Spannung VOUT_COMP 635 kreuzen sich, was zu dem Schalten des Magnetisierung-Signals 615 führt. Das niedrige Magnetisierung-Signal 615 führt dazu, dass LX2 610 in einen hohen Zustand zurückkehrt.
  • Der für 14 beschriebene Zyklus wiederholt sich und entspricht einem Betrieb des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers als Abwärts-Aufwärts-Wandler für den Fall, in dem die Ausgangsspannung Vout und die Eingangsspannung Vin ungefähr gleich sind.
  • 15 ist ein zweites Diagramm von Simulationsergebnissen der in 11 dargestellten Schaltung, in der die Eingangsspannung Vin plötzlich von einem Wert unter der Ausgangsspannung Vout zu einem Wert größer als die Ausgangsspannung Vout übergeht. Die folgenden Merkmale sind gezeigt: die Eingangsspannung Vin 705, Zustand des Aufwärts-Modus 710, Zustand der Magnetisierung 715, Zustand des ersten Schaltknotens LX1 720, Zustand des zweiten Schaltknotens LX2 725, Induktorstrom 730, Laststrom 735 und die Ausgangsspannung Vout 740.
  • Vor einem Zeitpunkt t3 liegt die Eingangsspannung Vin bei 2,5 V, was wesentlich niedriger ist als die Ausgangsspannung des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers. Folglich arbeitet der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler als ein Aufwärts-Wandler. Dies wird auch durch den hohen Zustand des Aufwärts-Modus-Signals 710 und das Schalten des Zustands des zweiten Schaltknotens LX2 725 dargestellt, während der Zustand des ersten Schaltknotens LX1 720 fest bleibt. Von dem Zeitpunkt t3 bis zu einem Zeitpunkt t4, der 1 µs ist, steigt die Eingangsspannung Vin auf 5,5 V an. Während dieser Übergangsperiode schaltet der Zustand des Aufwärts-Modus 710 in einen niedrigen Zustand, und der Abwärts-Aufwärts-Wandler arbeitet als Abwärts-Wandler. Dies wird durch das Schalten des Zustands des ersten Schaltknotens LX1 720 gezeigt, während der Zustand des zweiten Schaltknotens LX2 725 fest bleibt.
  • Die 16A und 16B zeigen ein drittes Diagramm von Simulationsergebnissen der in 11 dargestellten Schaltung, in der die Eingangsspannung Vin allmählich von einem Wert unter der Ausgangsspannung Vout auf einen Wert ansteigt, der größer als die Ausgangsspannung Vout ist. Die folgenden Merkmale sind gezeigt: Zustand des Aufwärts-Modus 805, Zustand des ersten Schaltknotens LX1810, Zustand des zweiten Schaltknotens LX2 815, Induktorstrom 820, Ausgangsspannung 825 und Eingangsspannung 830.
  • Zu einer Zeitperiode t5 ist die Eingangsspannung Vin wesentlich geringer als die Ausgangsspannung Vout und der Abwärts-Aufwärts-Wandler arbeitet in dem Aufwärts-Modus. Der Zustand des Aufwärts-Modus 805 ist hoch, der Zustand des ersten Schaltknotens LX1 810 ist hoch und der Zustand des zweiten Schaltknotens LX2 815 zeigt den Schaltvorgang, der mit dem als Aufwärts-Wandler arbeitenden Wandler assoziiert ist.
  • Zu einer Zeitperiode t6 ist die Eingangsspannung Vin 830 auf einen Wertebereich gestiegen derart, dass der Zustand des Aufwärts-Modus 810 zwischen hoch und niedrig wechselt. An dem Zeitpunkt t6 wechselt der Abwärts-Aufwärts-Wandler zwischen einem Abwärts-Wandler-Betrieb und einem Aufwärts-Wandler-Betrieb, wie durch den Zustand des ersten Schaltknotens LX1810 und den Zustand des zweiten Schaltknotens LX2 815 gezeigt.
  • Zu einer Zeitperiode t7 ist die Eingangsspannung Vin wesentlich größer als die Ausgangsspannung Vout und der Abwärts-Aufwärts-Wandler arbeitet in dem Abwärts-Modus. Der Zustand des Aufwärts-Modus 805 ist niedrig, der Zustand des zweiten Schaltknotens LX2 815 ist hoch und der Zustand des ersten Schaltknotens LX1 810 zeigt den Schaltvorgang, der mit dem als Abwärts-Wandler arbeitenden Wandler assoziiert ist.
  • 17 zeigt ein Diagramm eines vierten Ausführungsbeispiels des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers 900, der ein Verfahren ohne Sensor zum Regeln einer Ausgangsspannung Vout verwendet. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler 900 ist wie in 11 beschrieben, jedoch unterscheiden sich die Eingänge des Komparators 235 von den zuvor beschriebenen. Der erste Eingang ist mit einem ersten Anschluss eines Anpassungskondensators Cff3, einem ersten Anschluss eines dritten Anpassungswiderstands RH3 und einem ersten Anschluss eines vierten Anpassungswiderstands RL3 gekoppelt. Ein zweiter Anschluss des Anpassungskondensators Cff3 ist mit Masse gekoppelt. Ein zweiter Anschluss des dritten Anpassungswiderstands RH3 ist mit einem zweiten Anschluss des vierten Anpassungswiderstands RL3 gekoppelt. Die zweiten Anschlüsse des dritten Anpassungswiderstands RH3 und des vierten Anpassungswiderstands RL3 sind mit einer festen Spannungsquelle bei einer ersten Referenzspannung Vref1 gekoppelt. Der Anpassungskondensator Cff3, der dritte Anpassungswiderstand RH3 und der vierte Anpassungswiderstand RL3 werden verwendet, um eine Impedanzanpassungsfunktion für die erste Referenzspannung Vref1 vorzusehen. Der Anpassungskondensator Cff2 ist an den Anpassungskondensator Cff3 angepasst, wie es erreicht wird, wenn Cff2 = Cff3. Der Vorwärtskopplungskondensator Cff1 ist optional und kann weggelassen werden. Zusätzlich sind der Anpassungskondensator Cff2 und der Anpassungskondensator Cff3 optional, und einer oder beide können weggelassen werden.
  • Der Eingang der Impedanzanpassungsschaltung 236 ist mit einem Ausgang eines Front-End-Fehlerverstärkers 905 gekoppelt. Ein erster Eingang des Front-End-Fehlerverstärkers 905 ist mit dem Rückkopplungsknoten Nfb gekoppelt und ein zweiter Eingang des Front-End-Fehlerverstärkers 905 empfängt eine zweite Referenzspannung Vref2.
  • Die obigen Ausführungsbeispiele zeigen Implementierungen eines Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers mit analogen Blöcken, einem Komparator, einfachen RC-Netzwerken und einem 300-ns-Timer, der die gleiche Leistung wie komplexere Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler erzielt. Insbesondere ist es für ein komplexes System nicht erforderlich, Übergänge zwischen verschiedenen Betriebsmodi zu verwalten.
  • Für Fachleute ist offensichtlich, dass Variationen der offenbarten Anordnungen möglich sind, ohne von der Offenbarung abzuweichen. Dementsprechend wird die obige Beschreibung des spezifischen Ausführungsbeispiels nur beispielhaft und nicht zum Zwecke der Einschränkung vorgesehen. Es ist für Fachleute offensichtlich, dass geringfügige Modifikationen ohne wesentliche Änderungen der beschriebenen Operation vorgenommen werden können.

Claims (26)

  1. Was beansprucht wird:
  2. Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler mit einem Eingang zum Empfangen einer Eingangsspannung und einem Ausgang zum Vorsehen einer Ausgangsspannung, der aufweist: einen ersten Satz von Schaltern, der einen ersten Leistungsschalter und einen ersten Masseschalter aufweist: einen zweiten Satz von Schaltern, der einen zweiten Leistungsschalter und einen zweiten Masseschalter aufweist; eine Steuervorrichtung, die ausgebildet ist zum Senden von Steuersignalen an den ersten Satz von Schaltern und den zweiten Satz von Schaltern, und ausgebildet ist derart, dass: in einem Abwärts-Modus, der erste Satz von Schaltern arbeitet, um eine Abwärts-Regelung vorzusehen, während der zweite Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand gehalten wird; in einem Aufwärts-Modus, der zweite Satz von Schaltern arbeitet, um eine Aufwärts-Regelung vorzusehen, während der erste Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand gehalten wird; und die Steuervorrichtung ausgebildet ist, den Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler selektiv in dem Abwärts-Modus oder in dem Aufwärts-Modus zu betreiben basierend auf einer Länge einer Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind.
  3. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler gemäß Anspruch 1, wobei bei einem Betrieb in dem Abwärts-Modus, die Steuervorrichtung ausgebildet ist zum Schalten des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers in den Aufwärts-Modus, wenn die Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind, eine erste Schwelle übersteigt; und bei einem Betrieb in dem Aufwärts-Modus, die Steuervorrichtung ausgebildet ist zum Schalten des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers in den Abwärts-Modus, wenn die Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind, eine zweite Schwelle übersteigt.
  4. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler gemäß Anspruch 2, wobei die erste und die zweite Schwelle gleich sind.
  5. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler ein Energiespeicherelement aufweist, wobei der Ausgang mit dem Energiespeicherelement gekoppelt ist, wenn der zweite Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand ist, und der Eingang mit dem Energiespeicherelement gekoppelt ist, wenn der erste Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand ist.
  6. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei der gleiche Zustand ein geschlossener Zustand ist.
  7. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Energiespeicherelement ein Induktor ist.
  8. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler gemäß Anspruch 6, der aufweist: einen Eingang einer ersten Integrationsschaltung, der mit einem ersten Anschluss des Induktors gekoppelt ist, wobei die erste Integrationsschaltung ausgebildet ist zum Empfangen eines ersten Spannungssignals von dem ersten Anschluss des Induktors und zum Vorsehen eines integrierten ersten Spannungssignals an einem Ausgang der ersten Integrationsschaltung; einen Eingang einer zweiten Integrationsschaltung, der mit einem zweiten Anschluss des Induktors gekoppelt ist, wobei die zweite Integrationsschaltung ausgebildet ist zum Empfangen eines zweiten Spannungssignals von dem zweiten Anschluss des Induktors und zum Vorsehen eines integrierten zweiten Spannungssignals an einem Ausgang der zweiten Integrationsschaltung; und einen Komparator mit einem ersten Eingang, der mit dem Ausgang der ersten Integrationsschaltung gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang, der mit dem Ausgang der zweiten Integrationsschaltung gekoppelt ist, wobei der Komparator ausgebildet ist zum Ausgeben der Steuersignale an einem Ausgang des Komparators und zum Vorsehen der Steuersignale an die Steuervorrichtung.
  9. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler gemäß Anspruch 7, der ein Hysterese-Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler ist, wobei der Komparator eine Hysterese zeigt.
  10. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler gemäß Anspruch 7 oder Anspruch 8, der eine Rückkopplungsspannung aufweist, die mit dem ersten Eingang des Komparators gekoppelt ist, und eine Referenzspannung, die mit dem zweiten Eingang des Komparators gekoppelt ist.
  11. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Steuervorrichtung einen Demultiplexer aufweist, der ausgebildet ist zum Empfangen der Steuersignale von dem Ausgang des Komparators und zum Vorsehen der Steuersignale an den ersten Satz von Schaltern in dem Abwärts-Modus und zum Vorsehen der Steuersignale an den zweiten Satz von Schaltern in dem Aufwärts-Modus.
  12. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler gemäß Anspruch 10, wobei der Demultiplexer die Steuersignale an den ersten Satz von Schaltern vorsieht bei einem Betrieb in einem ersten Demultiplexer-Zustand, und die Steuersignale an den zweiten Satz von Schaltern vorsieht bei einem Betrieb in einem zweiten Demultiplexer-Zustand, wobei der Demultiplexer ausgebildet ist für einen selektiven Betrieb in dem ersten Demultiplexer-Zustand oder dem zweiten Demultiplexer-Zustand basierend auf der Länge der Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in dem gleichen Zustand sind.
  13. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die erste Integrationsschaltung einen ersten Widerstand und einen ersten Kondensator aufweist und die zweite Integrationsschaltung einen zweiten Widerstand und einen zweiten Kondensator aufweist.
  14. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei der Ausgang der ersten Integrationsschaltung über ein erstes Übertragungselement mit dem ersten Eingang des Komparators gekoppelt ist und der Ausgang der zweiten Integrationsschaltung über ein zweites Übertragungselement mit dem zweiten Eingang des Komparators gekoppelt ist.
  15. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler gemäß Anspruch 13, wobei das erste und das zweite Übertragungselement Kondensatoren sind.
  16. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Steuervorrichtung eine Entscheidungsschaltung aufweist, wobei: bei einem Betrieb in dem Abwärts-Modus, die Entscheidungsschaltung ausgebildet ist zum Vorsehen eines ersten Modus-Signals, um den Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler in den Aufwärts-Modus zu schalten, wenn die Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind, die erste Schwelle übersteigt; und bei einem Betrieb in dem Aufwärts-Modus, die Entscheidungsschaltung ausgebildet ist zum Vorsehen eines zweiten Modus-Signals, um den Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler in den Abwärts-Modus zu schalten, wenn die Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind, die zweite Schwelle übersteigt.
  17. Der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler gemäß Anspruch 15, wobei die Entscheidungsschaltung aufweist: ein UND-Gatter, das einen ersten Eingang, der mit dem ersten Leistungsschalter gekoppelt ist, und einen zweiten Eingang aufweist, der mit dem zweiten Leistungsschalter gekoppelt ist; eine Timing-Schaltung, die einen Eingang aufweist, der mit einem Ausgang des UND-Gatters gekoppelt ist; und eine Modus-Schaltung, die einen Eingang aufweist, der mit einem Ausgang der Timing-Schaltung gekoppelt ist; wobei das UND-Gatter ein „Hoch“-Signal ausgibt, wenn der erste Leistungsschalter und der zweite Leistungsschalter in dem gleichen Zustand sind; wobei bei einem Betrieb in dem Abwärts-Modus, wenn ein „Hoch“-Signal an dem Eingang der Timing-Schaltung für die erste Schwelle empfangen wird, die Timing-Schaltung ein Signal an die Modus-Schaltung ausgibt, und in Reaktion die Modus-Schaltung das erste Modus-Signal vorsieht, um den Betriebsmodus des Schaltwandlers von dem Abwärts-Modus in den Aufwärts-Modus zu schalten; und bei einem Betrieb in dem Aufwärts-Modus, wenn ein „Hoch“-Signal an dem Eingang der Timing-Schaltung für die zweite Schwelle empfangen wird, die Timing-Schaltung ein Signal an die Modus-Schaltung ausgibt, und in Reaktion die Modus-Schaltung das zweite Modus-Signal vorsieht, um den Betriebsmodus des Schaltwandlers von dem Aufwärts-Modus in den Abwärts-Modus zu schalten.
  18. Ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers des Typs, der einen ersten Satz von Schaltern aufweist, die einen ersten Leistungsschalter und einen ersten Masseschalter aufweisen, und einen zweiten Satz von Schaltern aufweist, die einen zweiten Leistungsschalter und einen zweiten Masseschalter aufweisen, wobei das Verfahren aufweist: Senden von Steuersignalen an den ersten Satz von Schaltern und den zweiten Satz von Schaltern; in einem Abwärts-Modus, Betreiben des ersten Satzes von Schaltern zum Vorsehen einer Abwärts-Regelung, während der zweite Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand gehalten wird; in einem Aufwärts-Modus, Betreiben des zweiten Satzes von Schaltern zum Vorsehen einer Aufwärts-Regelung, während der erste Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand gehalten wird; und selektives Betreiben des Schaltwandlers in dem Abwärts-Modus oder dem Aufwärts-Modus basierend auf einer Länge einer Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind.
  19. Das Verfahren gemäß Anspruch 17, das aufweist: bei einem Betrieb in dem Abwärts-Modus, ein Schalten des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers in den Aufwärts-Modus, wenn die Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind, eine erste Schwelle übersteigt; und bei einem Betrieb in dem Aufwärts-Modus, Schalten des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers in den Abwärts-Modus, wenn die Zeitperiode, während der sowohl der erste Leistungsschalter als auch der zweite Leistungsschalter in einem gleichen Zustand sind, eine zweite Schwelle übersteigt.
  20. Das Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei die erste und die zweite Schwelle gleich sind.
  21. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Abwärts-Aufwärts-Schaltwandler ein Energiespeicherelement aufweist, wobei ein Ausgang des Abwärts-Aufwärts-Schaltwandlers mit dem Energiespeicherelement gekoppelt ist, wenn der zweite Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand ist, und ein Eingang mit dem Energiespeicherelement gekoppelt ist, wenn der erste Leistungsschalter in einem geschlossenen Zustand ist.
  22. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei der gleiche Zustand ein geschlossener Zustand ist.
  23. Das Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei das Energiespeicherelement ein Induktor ist.
  24. Das Verfahren gemäß Anspruch 22, das aufweist: Integrieren eines ersten Spannungssignals von einem ersten Anschluss des Induktors und Vorsehen eines integrierten ersten Spannungssignals an einen ersten Eingang eines Komparators; Integrieren eines zweiten Spannungssignals von einem zweiten Anschluss des Induktors und Vorsehen einer integrierten zweiten Spannung an einen zweiten Eingang des Komparators; und Ausgeben der Steuersignale von einem Ausgang des Komparators.
  25. Das Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei der Komparator eine Hysterese zeigt.
  26. Das Verfahren gemäß Anspruch 23 oder Anspruch 24, das ein Vorsehen einer Rückkopplungsspannung an den ersten Eingang des Komparators und ein Vorsehen einer Referenzspannung an den zweiten Eingang des Komparators aufweist.
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