DE102019207377A1 - Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung und Verfahren zum Verbessern der Stabilität eines Mehrphasenumsetzers - Google Patents

Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung und Verfahren zum Verbessern der Stabilität eines Mehrphasenumsetzers Download PDF

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Abstract

Es wird eine Lösung für ein Stromausgleichs-Rückkopplungsverfahren zum Verbessern der Stabilität in einem Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer geschaffen, wobei das Stromausgleichs-Rückkopplungssignal nach dem PWM-Komparator zu dem PWM-Tastgradsignal addiert wird. Unter Verwendung dieses Rückkopplungsverfahrens können Stromausgleichs-Schwingungsprobleme, die durch die Nichtlinearität der Hauptregelschleife verursacht sind, gelöst werden und kann eine bessere Stromausgleichsstabilität in dem Schaltumsetzer sichergestellt werden. Vorteile enthalten die Verbesserung der Stabilität der Stromausgleichs-Rückkopplungsschleife durch Einführen der Korrektur nach der PW-Modulation in dem Zeitbereich, wodurch die Wechselwirkung mit dem PW-Modulator effektiv umgangen wird. Die Stromausgleichs-Rückkopplungsschleifen-Stabilitätsverbesserung verringert den PCB-Entwurfsaufwand und die PCB-Iteration.

Description

  • Hintergrund
  • Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf einen Gleichstromschaltumsetzer und insbesondere auf ein Stromausgleichs-Rückkopplungsverfahren, um die Stabilität zu verbessern.
  • Hintergrund
  • In einem Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer ist eine Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung erforderlich, um den Strom jeder Phase auszugleichen. Die Schaltung überwacht den Ausgangsstrom und addiert den Versatz des Regelsignals jeder Phase zu dem Ausgangsstrom, um die Phase anzugleichen und in dem Schaltumrichter eine bessere Effizienz und Stromfähigkeit zu erzielen.
  • Allerdings gibt es in der Praxis in der Hauptregelschleife eines Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzers eine gewisse Nichtlinearität. Die Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung kann Instabilität und Stromschwingung veranlassen, wobei der Strom jeder Phase nicht stabil ist, auch wenn der Gesamtausgangsstrom konstant bleibt.
  • Somit ist in einem Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer ein Stromausgleichs-Rückkopplungsverfahren zum Verbessern der Stabilität erwünscht.
  • Zusammenfassung
  • Dementsprechend ist es eine Aufgabe einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, ein Stromausgleichs-Rückkopplungsverfahren zur Verbesserung der Stabilität in einem Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer zu schaffen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe einer oder mehrerer Ausführungsformen der Offenbarung, durch Einführen der Korrektur nach der Pulsbreitenmodulation die Stabilität des Stromausgleichs-Rückkopplungsverfahrens in dem Zeitbereich zu verbessern und die Wechselwirkung mit dem Pulsbreitenmodulator effektiv zu umgehen.
  • Es ist eine nochmals weitere Aufgabe einer oder mehrerer Ausführungsformen der Offenbarung, ein Stromausgleichs-Rückkopplungsverfahren zu schaffen, das die Leiterplatten- (PCB-) Entwurfsarbeit verringert und den PCB-Aufwand und die PCB-Iteration verringert.
  • Weitere Aufgaben ergeben sich aus dem Folgenden.
  • Die obigen und weitere Aufgaben der vorliegenden Offenbarung können auf die folgende Weise gelöst werden. Es wird eine Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung in einem Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer offenbart, der einen Pulsbreitenmodulator umfasst, der ferner ein primäres Pulsbreiten-Modulationssignal an seinem Ausgang umfasst. Ferner umfasst die Schaltung eine Stromschaltung, die dafür konfiguriert ist, einen Strom der ersten Phase mit einem Strom der zweiten Phase zu vergleichen und ein Stromfehlersignal bereitzustellen. Ferner umfasst die Schaltung einen Pulsexpander, der mit der Stromschaltung und mit dem Pulsbreitenmodulator gekoppelt ist, wobei der Pulsexpander dafür konfiguriert ist, zu dem primären Pulsbreiten-Modulationssignal eine Verzögerung zu addieren und ein sekundäres Pulsmodulationssignal bereitzustellen, wobei die Verzögerung mit dem Stromfehlersignal linear variiert.
  • Die oben und weitere Aufgaben der vorliegenden Offenbarung können ferner durch ein Verfahren für ein Stromausgleichs-Rückkopplungsverfahren gelöst werden, um die Stabilität in einem Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer zu verbessern. Die Schritte enthalten das Bereitstellen eines primären Pulsbreiten-Modulationssignals. Außerdem enthalten die Schritte das Vergleichen eines Stroms der ersten Phase mit einem Strom der zweiten Phase, um ein Stromfehlersignal bereitzustellen. Außerdem enthalten die Schritte das Addieren einer Verzögerung zu dem primären Pulsbreiten-Modulationssignal, wobei eine Länge der Verzögerung auf dem Stromfehlersignal beruht, um ein sekundäres Pulsmodulationssignal bereitzustellen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die Funktion für einen Spannungsbetriebsart-Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer verwendet werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die Funktion für einen Strombetriebsart-Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer verwendet werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die Funktion erzielt werden, bei der die Master-Phase und die Slave-Phase dieselbe Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung gemeinsam nutzen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die Funktion erzielt werden, bei der die Master- und die Slave-Phase einen Pulsexpander mit einer festen Eingabe in der Master-Phase nutzen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die Funktion mit einer analogen Konfiguration erzielt werden.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Offenbarung wird deutlicher verständlich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche oder einander entsprechende Elemente, Gebiete und Abschnitte bezeichnen und in denen:
    • 1A und 1B eine Stromausgleichsrückkopplung, die zu der Fehlerverstärkerausgabe oder zu dem Stromerfassungs-Rampensignal addiert wird, mit herkömmlichen Verfahren darstellen.
    • 2 eine Stromausgleichsrückkopplung, die nach dem PWM-Komparator addiert wird, in der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • 3A und 3B einen Spannungsbetriebsart-Mehrphasen-Blockschaltplan sowohl für ein herkömmliches Verfahren als auch für ein Verfahren der vorliegenden Offenbarung darstellen.
    • 4 eine lineare Beziehung zwischen dem Regelsignal und dem PWM-Tastgradsignal für ideale Bedingungen zeigt.
    • 5 eine lineare Beziehung zwischen dem Regelsignal und dem PWM-Tastgradsignal für nicht ideale Bedingungen darstellt.
    • 6 eine Stromsignalform eines induktiven Bauelements mit Stromausgleichsinstabilität in einem Zweiphasen-Schaltumsetzer zeigt.
    • 7 einen Pulsexpander-Stromlaufplan der vorliegenden Offenbarung darstellt.
    • 8 einen Zeitablaufplan für das erweiterte PWM-Signal mit der zusätzlichen Verzögerung der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • 9 ein Ablaufplan eines Stromausgleichs-Rückkopplungsverfahrens zum Verbessern der Stabilität in einem Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer ist.
    • 10A darstellt, wo ein festes Signal in den Pulsexpander in der Master-Phase des Gleichstromschaltumsetzers eingegeben wird.
    • 10B darstellt, wo ein Stromausgleichsverstärker, der in der Slave-Phase verwendet ist, zum Bereitstellen einer festen Eingabe in den Pulsexpander in der Master-Phase des Gleichstromschaltumsetzers verwendet ist.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die vorliegende Offenbarung schafft ein Stromausgleichs-Rückkopplungsverfahren, um die Stabilität in einem Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer zu verbessern.
  • In einem herkömmlichen Stromausgleichs-Rückkopplungsverfahren wird das Signal vor dem PWM-Komparator in dem Schaltumsetzer rückgekoppelt und zu dem Regelsignal addiert. In der neuen Stromausgleichsschaltung der Offenbarung wird das Stromausgleichs-Rückkopplungssignal nach dem PWM-Komparator rückgekoppelt und zu dem PWM-Tastgradsignal addiert. Unter Verwendung dieses neuen Rückkopplungsverfahrens kann das durch die Nichtlinearität der Hauptregelschleife verursachte Stromausgleichs-Schwingungsproblem gelöst werden und eine bessere Stromausgleichsstabilität sichergestellt werden.
  • 1A und 1B stellen eine Stromausgleichsrückkopplung, die in 100 zu der Fehlerverstärkerausgabe oder in 150 zu dem Stromerfassungs-Rampensignal addiert wird, für herkömmliche Verfahren dar. In dieser Vorgehensweise wird die Stromausgleichsrückkopplung vor dem PWM-Komparator in den Gleichstromschaltumsetzer eingegeben. Zum Beispiel kann die Stromausgleichsrückkopplung entweder, wie in 1A gezeigt ist, zu dem Regelsignal (der Fehlerverstärkerausgabe) bei dem nichtinvertierenden Eingang in den PWM-Komparator addiert werden oder, wie in 1B gezeigt ist, zu dem Stromerfassungs-Rampensignal bei dem invertierenden Eingang in den PWM-Komparator addiert werden.
  • 2 zeigt eine Stromausgleichsrückkopplung 200, die nach dem PWM-Komparator addiert wird, in der vorliegenden Offenbarung. Es wird vorgeschlagen, die Stromausgleichsrückkopplung nach dem PWM-Komparator zu addieren. Auf diese Weise wird die Stromausgleichs-Rückkopplungsschleife von der Signal-zu-Tastgrad-Umwandlung, wie sie in 4 dargestellt und später beschrieben ist, die durch den PWM-Komparator erfolgt, nicht beeinflusst.
  • In einer verrauschten Umgebung ist die Signal-zu-Tastgrad-Umwandlung nicht ideal und enthält sie eine gewisse Nichtlinearität. Falls diese Nichtlinearität in der Stromausgleichs-Rückkopplungsschleife enthalten ist, besteht ein Risiko, dass eine Stromausgleichsschleifen-Instabilität verursacht wird. Das Beseitigen der Signal-zu-Tastgrad-Umwandlung von der Stromausgleichsschleife veranlasst, dass der Stromausgleich in Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzern stabiler und weniger rauschempfindlich wird.
  • 3A und 3B stellen einen Spannungsbetriebsart-Mehrphasen-Blockschaltplan sowohl für ein herkömmliches Verfahren 300 als auch für ein Verfahren der vorliegenden Offenbarung 350 dar. Der Fehlerverstärker (Error Amp) ist bei beiden Phasen gemeinsam genutzt und empfängt die Ausgangsrückkopplungsspannung Vout bei FB und eine Referenzspannung DAC. Obwohl nur zwei Phasen gezeigt sind, betreffen 3A und 3B ebenfalls Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer.
  • Jede Phase (die Master-Phase und die Phase 2) in 3A und 3B weist einen dedizierten PWM-Komparator (PWM Comp), ein Stromerfassungs-Rampensignal (Ramp Gen) und eine Ausgangsstufe, die aus der Stromerfassung der hohen Seite und der tiefen Seite, aus einer Regellogik, aus einem Tiefsetztreiber und aus Treibern P1/N1 und P2/N2 der hohen Seite und der tiefen Seite besteht, auf.
  • Mit den herkömmlichen Verfahren des Stromausgleichs in 1A, 1B und 3A wird der Ausgangsstrom über die Treiber der hohen Seite und der tiefen Seite oder unter Verwendung eines Reihenersatzwiderstands (ESR), der mit dem Ausgangskondensator Cout zusammenhängt, überwacht. In 3A werden die erfassten Ströme von der Stromerfassung der tiefen Seite in dem Stromausgleichsverstärker verglichen. Das Stromausgleichs-Fehlersignal, das von dem Stromausgleichsverstärker ausgegeben wird, wird zu dem Regelsignal (der Fehlerverstärkerausgabe) addiert und in den PWM-Komparator (PWM Comp) eingegeben. Der PWM-Komparator erzeugt daraufhin das Pulsbreitenmodulations- (PWM-) Tastgradsignal.
  • Falls es eine Fehlanpassung von PWM-Komparatoren, Treiberstufen oder sogar induktiven Ausgangsbauelementen L1 und L2 gibt, weist jede Phase einen anderen Ausgangsstrom auf. In 3A könnte eine Phase z. B. 100 mA ausgeben und könnte eine andere Phase 900 mA ausgeben, um einen Strom von 1A auszugeben. Da die Ausgangsspannung Vout reguliert wird, muss die Hauptregelschleife daraufhin das Stromungleichgewicht in dem Schaltumsetzer korrigieren. Die Fehlanpassung der PWM-Komparatoren, Treiberstufen oder induktiven Bauelemente erzeugt zwischen den Phasen eine durchschnittliche Ausgangsstrom-Fehlanpassung, was die neue Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung erwünscht macht.
  • Mit den Verfahren der vorliegenden Offenbarung in 3B wird der Ausgangsstrom weiterhin über die Treiber der hohen Seite und der tiefen Seite oder über die ESR-Erfassung in Bezug auf den Ausgangskondensator Cout überwacht und werden die erfassten Ströme von der Stromerfassung der tiefen Seite in dem Stromausgleichsverstärker verglichen. Was sie unterscheidet, ist, dass das von dem Stromausgleichsverstärker ausgegebene Stromausgleichs-Fehlersignal nun verwendet wird, um zu der fallenden Flanke des anfangs durch den PWM-Komparator erzeugten PWM-Signals eine gewisse Verzögerung zu addieren, und dass das korrigierte PWM-Signal das Pulsbreitenmodulations- (PWM-) Tastgradsignal der Regellogik zuführt. Der Stromausgleichsverstärker erzeugt ein Signal, das proportional zu der Differenz zwischen seinen zwei Eingaben ist, wobei eines das Master-Phasen-Stromerfassungs-Ausgangssignal ist und das andere das Slave-Phasen-Stromerfassungs-Ausgangssignal ist. Für mehrere Phasen ist der Stromausgleichsverstärker in der Weise verbunden, dass die Stromerfassung einer Phase in jeder Phase mit der Master-Phasen-Stromerfassung verglichen wird.
  • 4 zeigt 400, eine lineare Beziehung zwischen dem Regelsignal und dem PWM-Tastgradsignal für ideale Bedingungen. Zum Beispiel hängen in der Spannungsbetriebsartregelung die Fehlerverstärkerausgabe und das PWM-Tastgradsignal wie in 410 linear zusammen. Solange die Umwandlung ideal kontinuierlich und linear ist, gibt es in der Stromausgleichs-Rückkopplungsschleife keine Hysterese.
  • 5 stellt 500, eine lineare Beziehung zwischen dem Regelsignal und dem PWM-Tastgradsignal, für typischere und nicht ideale Bedingungen dar. Zum Beispiel ist der Gleichstromschaltumsetzer üblicherweise verrauscht, wobei sich die Umwandlung so verhalten wird, als ob es in der Stromausgleichs-Rückkopplungsschleife einen diskontinuierlichen Punkt mit Hysterese gäbe, wie er in 510 durch „A“ angegeben ist.
  • Eine solche Hysterese ist nicht erwünscht und erzeugt Jitter oder ein Niveau der Übergangsverhaltensverschlechterung an dem Ausgang. Solange dieses auf einem akzeptabel niedrigen Niveau ist, ist es in einem Einphasenschaltregler kein kritisches Problem. Allerdings ist es für die Stromausgleichs-Rückkopplungsschleife in einem Mehrphasen-Schaltumsetzer ein kritisches Problem. Falls in der Regelsignal-zu-Tastgradsignal-Umwandlung die diskontinuierliche Bedingung und Hysteresebedingung vorhanden sind und falls das PWM-Tastgradsignal ähnlich „A“ in 5 ist, verursacht die Stromausgleichs-Rückkopplungsschleife eine Instabilität und tritt eine große Stromschwingung auf. Ohne das nichtlineare Problem des Regelsignals und der PWM-Tastgradsignale zu beheben, kann die Strominstabilität nicht vermieden werden.
  • Mit der vorliegenden Offenbarung wird eine Lösung vorgeschlagen, bei der ein zusätzliches Signal in der Tastgradsignal-Umwandlungsschaltung der Stromausgleichsrückkopplung gewidmet ist. Bei dieser Lösung kann die Hauptsignal-zu-Tastgradsignal-Umwandlung ein nichtlineares Verhalten aufweisen und ist die Stromausgleichs-Rückkopplungsschleife zur Stabilisierung hinzugefügt. Der Betrag der notwendigen Stabilisierung hängt von dem Grad der nicht idealen Bedingungen in dem vorhandenen System ab.
  • 6 zeigt 600, Stromsignalformen eines induktiven Bauelements mit Stromausgleichsinstabilität, in einem Zweiphasen-Schaltumsetzer. 620 und 610 zeigen die Phase 1 bzw. 2 der Ströme des induktiven Bauelements. Obwohl die Ausgangsspannung reguliert wird, wird jede Phase abwechselnd tief und hoch, was eine Stromschwingung und Hysterese veranlasst. In der vorliegenden Offenbarung ist an dem Ausgangssignal des PWM-Komparators eine Schaltung hinzugefügt. Die Schaltung addiert zu dem PWM-Tastgradsignal eine Verzögerung, die durch den Stromausgleichfehler bestimmt ist.
  • 7 zeigt den Pulsexpander 700, einen Stromlaufplan der vorliegenden Offenbarung. Der Mehrphasen-Schaltumsetzer umfasst für jede Phase einen Pulsbreitenmodulator (PWM-Komparator), der auf der Grundlage der Eingaben Error Amp und Ramp Gen ein primäres Pulsbreiten-Modulationssignal bereitstellt. Der Komparator stellt ein Ausgangssignal C für das ODER-Gatter 710 bereit. Die Pulsexpanderlogik ist dafür ausgelegt, die fallende Flanke des primären Pulsbreiten-Modulationssignals von dem Ausgang des PWM-Komparators zu verzögern und ein sekundäres Pulsmodulationssignal bereitzustellen. Die durch den Pulsexpander addierte Verzögerung variiert linear mit dem Stromausgleichs-Fehlersignal. Das primäre Pulsbreiten-Modulationssignal bei dem Ausgang des PWM-Komparators umfasst eine steigende Flanke und eine fallende Flanke, wobei die Verzögerung vorzugsweise zu der fallenden Flanke addiert wird, um zu veranlassen, dass das PWM-Tastgradsignal länger wird. Dadurch wird das PWM-Tastgradsignal (für den Ein-Puls) länger/erhöht und wird der Ausgangsstrom erhöht.
  • Die Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung umfasst einen Komparator zum Vergleichen eines Signals bei dem Knoten A mit einem Referenzwert bei B, der über die Referenzspannung VREF1 mit Masse verbunden ist. In 7 ist das Stromausgleichs-Fehlersignal verwendet, um den Anstieg der Ausgabe von VI 730, einem Spannungs-Strom-Umsetzer, zu regeln. Wenn sich die Ausgabe des PWM-Komparators von hoch auf tief ändert, wird der Schalter S1 eingeschaltet und wird der Schalter S2 ausgeschaltet. Der Ausgangsstrom von VI 730 beginnt den Kondensator C1 gemäß dem Stromausgleichs-Fehlersignal zu laden. Wenn das Stromausgleichs-Fehlersignal höher ist, ist der Ladestrom höher und lädt sich der Kondensator schneller.
  • Wenn die Spannung des Kondensators C1 und die feste Referenzspannung VREF1 verglichen werden und die Ladegeschwindigkeit für ein höheres Stromausgleichs-Fehlersignal höher ist, wird die Spannung A des Kondensators C1 schnell zu dem Niveau der Spannungsreferenz VREF1 und wird die Verzögerungszeit des Pulsexpanders 700 kürzer. Wenn die Ladegeschwindigkeit für ein niedrigeres Stromausgleichs-Fehlersignal niedriger ist, dauert es eine längere Zeit, bis die Spannung A des Kondensators C1 zu dem Pegel der Spannungsreferenz VREF1 wird, und ist die Verzögerungszeit des Pulsexpanders 700 länger.
  • Eine alternative Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung setzt den Anstieg bei A fest, wobei die Verzögerung zu der fallenden Flanke des Pulsbreiten-Modulationssignals addiert werden kann. Unter der Annahme, dass die Stromausgleichschleife langsam ist und weniger hochfrequentes Rauschen als die Fehlerverstärkerausgabe enthält, ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren effektiv.
  • Der Pulsexpander 700 aus 7 ist zu allen Phasen mit Ausnahme der Master-Phase hinzugefügt. Die Aufgabe des Stromausgleichsverstärkers ist es, den Strom zwischen den Phasen anzugleichen. Falls der Slave-Phasen-Strom auf den Strom der Master-Phase eingestellt wird, ist die Aufgabe der Offenbarung gelöst und besteht keine Notwendigkeit, den Master-Phasen-Strom einzustellen.
  • In einer anderen Ausführungsform der Offenbarung kann sowohl die Master- als auch die Slave-Phase den Pulsexpander 700 mit einer festen Eingabe für den Pulsexpander in der Master-Phase nutzen, so dass es in der Master-Phase eine feste Verzögerung gibt. 10A stellt eine Änderung dieser Ausführungsform dar, bei der ein festes (Gleichstrom-) Signal in den Pulsexpander eingegeben wird, der ein PWM-Signal mit fester Verzögerung für die Regellogik bereitstellt. Wie in 10B gezeigt ist, kann ähnlich durch Verbinden beider Stromausgleichsverstärker-Eingänge mit Masse derselbe Stromausgleichsverstärker, wie er in der Slave-Phase (siehe 3B) verwendet ist, verwendet werden, um eine feste Eingabe in den Pulsexpander 700 bereitzustellen, was zu einer festen (Gleichstrom-) Signalausgabe führt.
  • Die vorliegende Offenbarung ist auf irgendeinen Mehrphasen-Leistungstreiber und auf irgendeine Anzahl von Phasen, bei der der Strom zwischen den mehreren Phasen genau ausgeglichen werden muss, anwendbar. Eine dritte oder irgendeine zusätzliche Phase hätte eine ähnliche Schaltung wie Phase 2 in 3B, wo die Slave-Phase mit einem Pulsexpander gezeigt ist. Die Schaltungsanordnung der Offenbarung ist in Mehrphasensystemen brauchbar, um eine vorzeitige Sättigung der induktiven Bauelemente zu vermeiden.
  • Die induktiven Bauelemente L1 und L2 können unterschiedliche Größen aufweisen, z. B. kann eines groß und eines klein sein. Da der durchschnittliche Ausgangsstrom analog ist, kann das gewünschte Stromverhältnis zwischen den zwei Phasen durch dementsprechendes Wählen der Werte der induktiven Bauelemente eingestellt werden.
  • 8 zeigt 800, einen Zeitablaufplan für das erweiterte PWM-Signal mit der zusätzlichen Verzögerung der vorliegenden Offenbarung. Wenn das Signal 820 A zum Zeitpunkt T1 niedriger als der Referenzwert 825 B wird, steigt die Ausgabe 830 C des Komparators an. Nachdem die Ausgabe des PWM-Komparators zum Zeitpunkt T2 gefallen ist, beginnt das Signal 820 bei dem Knoten A zu steigen, wobei es aber unter dem Referenzwert B liegt, so dass an dem korrigierten PWM-Signal eine Verzögerung erzeugt wird. Das korrigierte PWM-Signal 840 enthält eine zusätzliche Verzögerung, bei der der Betrag der Verzögerung mit dem Stromausgleichs-Fehlersignal auf lineare Weise zusammenhängt. Die zusätzliche Verzögerung endet zum Zeitpunkt T3, wenn das Signal 820 A höher als der Referenzwert 825 B wird.
  • Die vorliegende Offenbarung ist auf irgendeinen Mehrphasen-Leistungstreiber und auf irgendeine Anzahl von Phasen, bei der der Strom zwischen den mehreren Phasen genau ausgeglichen werden muss, anwendbar. Eine dritte oder irgendeine zusätzliche Phase hätte eine ähnliche Schaltung wie Phase 2 in 3B, wobei die Slave-Phase mit einem Pulsexpander gezeigt ist. Die Schaltungsanordnung der Offenbarung ist in Mehrphasensystemen wesentlich, um eine vorzeitige Sättigung der induktiven Bauelemente zu vermeiden.
  • 9 ist ein Ablaufplan 900 eines Stromausgleichs-Rückkopplungsverfahrens zum Verbessern der Stabilität in einem Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer. Die Schritte enthalten 910, das Bereitstellen eines primären Pulsbreiten-Modulationssignals. Außerdem enthalten die Schritte 920, das Vergleichen eines Stroms der ersten Phase mit einem Strom der zweiten Phase, um ein Stromfehlersignal bereitzustellen. Außerdem enthalten die Schritte 930, das Addieren einer Verzögerung zu dem primären Pulsbreiten-Modulationssignal, wo eine Länge der Verzögerung auf dem Stromfehlersignal beruht, um ein sekundäres Pulsmodulationssignal bereitzustellen.
  • Die Vorteile einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthalten das Verbessern der Stabilität der Stromausgleichs-Rückkopplungsschleife durch Einführen der Korrektur nach der PW-Modulation in dem Zeitbereich, wobei die Wechselwirkung mit dem PW-Modulator effektiv umgangen wird. Außerdem verringert die Stromausgleichs-Rückkopplungsschleifen-Stabilitätsverbesserung die PCB-Entwurfsarbeit und verringert sie den PCB-Aufwand und die PCB-Iteration. Wie in 5 gezeigt ist, erzeugen nicht ideale PCB-Muster mehr Rauschen und verursachen sie mehr Nichtlinearität dahingehend, wie das Regelsignal mit der PWM-Tastgradumwandlung variiert. Somit gibt es mit der herkömmlichen Stromausgleichs-Schaltungsanordnung eine höhere Wahrscheinlichkeit einer Strominstabilität.
  • Obwohl bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dargestellt und beschrieben worden sind, ist für den Fachmann auf dem Gebiet selbstverständlich, dass in Bezug auf die Form und Einzelheiten verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (22)

  1. Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung in einem Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer, wobei die Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung umfasst: einen Pulsbreitenmodulator, der dafür konfiguriert ist, ein primäres Pulsbreiten-Modulationssignal bereitzustellen; eine Stromschaltung, die dafür konfiguriert ist, einen Strom der ersten Phase mit einem Strom der zweiten Phase zu vergleichen und ein Stromfehlersignal bereitzustellen; und einen ersten Pulsexpander, der mit der Stromschaltung und mit dem Pulsbreitenmodulator gekoppelt ist, wobei der erste Pulsexpander dafür konfiguriert ist, zu dem primären Pulsbreiten-Modulationssignal eine Verzögerung zu addieren und ein sekundäres Pulsmodulationssignal bereitzustellen, wobei die Verzögerung mit dem Stromfehlersignal linear variiert.
  2. Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung nach Anspruch 1, wobei das primäre Pulsbreiten-Modulationssignal eine steigende Flanke und eine fallende Flanke umfasst und wobei die Verzögerung zu der fallenden Flanke addiert wird.
  3. Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Pulsexpander einen Komparator zum Vergleichen des Stromfehlersignals mit einem Referenzwert umfasst.
  4. Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Stromschaltung eine analoge Schaltung ist.
  5. Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer ein Spannungsbetriebsart-Schaltumsetzer ist.
  6. Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer ein Strombetriebsart-Schaltumsetzer ist.
  7. Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer eine Master-Phase und eine Slave-Phase umfasst und wobei das sekundäre Pulsmodulationssignal zum Regeln der Slave-Phase verwendet wird.
  8. Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer eine Master-Phase und mehrere Slave-Phasen umfasst, wobei jede der mehreren Slave-Phasen eine der Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltungen enthält.
  9. Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der sekundäre Pulsmodulationssignalstrom zwischen mehreren induktiven Bauelementen ausgeglichen wird.
  10. Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung nach Anspruch 7 oder nach Anspruch 9, wenn abhängig von Anspruch 7, wobei die Master-Phase ferner einen zweiten Pulsexpander umfasst, der dafür konfiguriert ist, eine feste Verzögerung zum Regeln der Master-Phase bereitzustellen.
  11. Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung nach Anspruch 10, wobei an einem Eingang in den zweiten Pulsexpander ein festes Signal vorgesehen ist.
  12. Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung nach Anspruch 10 oder 11, wobei der zweite Pulsexpander zwei Eingänge aufweist, die beide mit Masse verbunden sind.
  13. Verfahren für die Stromausgleichsrückkopplung zum Verbessern der Stabilität eines Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzers, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines primären Pulsbreiten-Modulationssignals; Vergleichen eines Stroms der ersten Phase mit einem Strom der zweiten Phase, um ein Stromfehlersignal bereitzustellen; und Addieren einer Verzögerung zu dem primären Pulsbreiten-Modulationssignal, wobei eine Länge der Verzögerung auf dem Stromfehlersignal beruht, um ein sekundäres Pulsmodulationssignal bereitzustellen.
  14. Verfahren für die Stromausgleichsrückkopplung nach Anspruch 13, wobei die Verzögerung mit dem Stromfehlersignal linear variiert.
  15. Verfahren zur Stromausgleichsrückkopplung nach Anspruch 13 oder 14, wobei das primäre Pulsbreiten-Modulationssignal eine steigende Flanke und eine fallende Flanke umfasst und wobei die Verzögerung zu der fallenden Flanke addiert wird.
  16. Verfahren zur Stromausgleichsrückkopplung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Verzögerung durch einen ersten Pulsexpander erzeugt wird, der einem Komparator zum Vergleichen des Stromfehlersignals mit einem Referenzwert umfasst.
  17. Verfahren zur Stromausgleichsrückkopplung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer eine Master-Phase und einen Slave-Phase umfasst und wobei das sekundäre Pulsmodulationssignal die Slave-Phase regelt.
  18. Verfahren zur Stromausgleichsrückkopplung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Mehrphasen-Gleichstromschaltumsetzer eine Master-Phase und mehrere Slave-Phasen umfasst, wobei jede der mehreren Slave-Phasen eine Stromausgleichs-Rückkopplungsschaltung enthält.
  19. Verfahren zur Stromausgleichsrückkopplung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei der sekundäre Pulsmodulationssignalstrom zwischen mehreren induktiven Bauelementen ausgeglichen wird.
  20. Verfahren zur Stromausgleichsrückkopplung nach Anspruch 17 oder nach Anspruch 19, wenn abhängig von Anspruch 17, wobei die Master-Phase ferner einen zweiten Pulsexpander umfasst, der dafür konfiguriert ist, eine feste Verzögerung zum Regeln der Master-Phase bereitzustellen.
  21. Verfahren für die Stromausgleichsrückkopplung nach Anspruch 20, wobei bei einem Eingang in den zweiten Pulsexpander ein festes Signal bereitgestellt wird.
  22. Verfahren für die Stromausgleichsrückkopplung nach Anspruch 20 oder 21, wobei der zweite Pulsexpander zwei Eingänge aufweist, die beide mit Masse verbunden sind.
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