DE102020002462A1 - DC-DC Kappa Schaltwandler mit kontinuierlichem Eingangs- und Ausgangsstrom - Google Patents

DC-DC Kappa Schaltwandler mit kontinuierlichem Eingangs- und Ausgangsstrom Download PDF

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Abstract

Die hierin vorgestellte Kappa Wandlerschaltung kann zum Tiefstell- (Abwärts-), Hochstell- (Aufwärts-) oder Aufwärts-/Abwärtsbetrieb konfiguriert sein. Die Kappa Wandlerschaltung weist kleinere elektromagnetische Interferenz (EMI) auf als andere Abwärts-, Aufwärts- oder Aufwärts-/Abwärtstopologien, wie etwa ohne zusätzliche Eingangs- oder Ausgangsfilterschaltungen. Die Kappa Wandlerschaltung kann eine hohe Strombelastbarkeit und geringere Gleichstromwiderstandsverluste aufweisen, beispielsweise auf Grund einer Verteilung von Stromsignalen durch jeweilige Induktivitäten. Die Kappa Wandlerschaltung beinhaltet isolierende Induktivitäten an deren Eingang und Massereferenzknoten, um Signalprellen oder Signalpulsationen auf Versorgungs- und Massereferenzbussen vermindern zu helfen, wodurch EMC Rauschen wegen Schaltens in der Schaltung weiter reduziert wird. Wenn der Kappa Wandler konfiguriert zum Hochstellbetrieb konfiguriert ist, weist der Wandler keine Nullstelle in der rechten Halbebene auf.

Description

  • Hintergrund
  • Stromversorgungssysteme können eine oder mehrere Spannungs- oder Stromwandlerschaltungen beinhalten. Eine Wandlerschaltung kann ein elektrisches Eingangssignal empfangen, das verschiedene Eingangssignaleigenschaften aufweist, wie beispielsweise Signalgröße, Frequenz und/oder Phase. In Antwort auf das Eingangssignal kann die Wandlerschaltung ein elektrisches Ausgangssignal bereitstellen, welches beispielsweise Eigenschaften hat, die ähnlich sind zu oder unterschiedlich sind von denjenigen des Eingangssignals.
  • Stromversorgungssysteme können einen oder mehrere Schalter beinhalten, die konfiguriert sind, eine Ausgangssignalgröße, -frequenz und/oder -phase anzupassen. Einige Stromversorgungssysteme können eine Isolationsschaltung beinhalten, wie beispielsweise einen Transformator, um eine Wandlerausgangsstufe elektrisch von einer Wandlereingangsstufe zu isolieren, unter Verwendung jeweiliger Seiten des Transformators.
  • Schaltende Wandlerschaltungen, oder Schaltregler, können unter Verwendung von Transistorschaltern, die entweder an oder aus sind, eine Leistungswandlung bereitstellen, welche beispielsweise eine Ausgangssignalspannungsregelung oder eine Ausgangsstromregelung beinhaltet. Das heißt, in einem schaltenden Wandler mögen die Transistoren nicht in einem linearen Bereich arbeiten, in welchem sowohl der Schalterstrom als auch die Schalterspannung ungleich null sind. In einem Beispiel ist zu allen Zeiten zumindest eines von dem Transistorstrom und der Transistorspannung nahe null, und dementsprechend ist die Verlustleistung minimiert.
  • In einem Beispiel ist ein Schaltregler konfiguriert, eine geregelte Ausgangsspannung zu erzeugen. Beispielsweise kann ein Schaltregler einen oder mehrere Schalter beinhalten, die gemäß einem Tastverhältnis bzw. Arbeitszyklus an- oder ausgeschaltet werden können. Das Tastverhältnis der Schalter kann so ausgewählt werden, die Ausgangsspannung zu steuern oder zu regulieren. Beispiele von Schaltreglern beinhalten beispielsweise DC-DC Wandler wie beispielsweise Abwärtswandler und Aufwärtswandler. Derartige Wandler können verwendet werden, um ein Gleichspannungs- (DC) Signal von einem Spannungspegel zu einem anderen zu wandeln. DC-DC Wandler können in Anwendungen nützlich sein, die mehrere Teilsysteme verwenden, welche beispielsweise unterschiedliche Spannungspegel verwenden können oder bei diesen arbeiten.
  • Einige DC-DC Wandler können ein magnetisches Energiespeicherelement beinhalten oder verwenden, wie beispielsweise eine oder mehrere Induktivitäten oder Transformatoren. In einem solchen Beispiel kann eine Wandlerausgangsspannung gesteuert und/oder geregelt werden durch Modulieren eines Tastverhältnisses des bzw. der Signal(e), das bzw. die verwendet werden, um Leistungsschalter zum Laden oder Entladen der induktiven Komponente(n) anzusteuern. In einem Beispiel kann ein Abwärtswandler oder ein Aufwärtswandler ein magnetisches Energiespeicherelement beinhalten oder verwenden.
  • Leistungswandler können für einen kontinuierlichen oder einen diskontinuierlichen Betrieb konfiguriert sein. In einem Beispiel kann ein Wandler, der für einen kontinuierlichen Betrieb konfiguriert ist, einen kontinuierlichen Ausgangsstrom oder eine kontinuierliche Ausgangsspannung bereitstellen, wie es beispielsweise für verschiedene versorgungsempfindliche Anwendungen wünschenswert oder erforderlich sein kann. In einem Beispiel kann eine kontinuierliche Betriebsart ein verringertes Rauschen, oder verringerte elektromagnetische Interferenz (EMI) aufweisen, wenn verglichen mit einer diskontinuierlichen Betriebsart. In einem Beispiel kann von einem Wandler generiertes EMI Rauschen auf einer Versorgungsschiene oder einer Masseschiene detektiert werden, und derartiges Rauschen kann für einige Anwendungen nicht wünschenswert oder nachteilig sein.
  • Einige Wandlerschaltungen beinhalten oder verwenden verschiedene Filter, die dazu beitragen, Ausgangssignale zu glätten oder EMI Effekte zu verringern, allerdings können derartige Filter die Systemgröße und -kosten erhöhen.
  • Übersicht
  • Der vorliegende Erfinder hat unter anderem erkannt, dass ein zu lösendes Problem beinhaltet, eine Leistungswandlerschaltung bereitzustellen, die in mehreren unterschiedlichen Betriebsarten arbeiten kann. Das Problem kann beispielsweise beinhalten, einen Wandler bereitzustellen, der zur Aufwärts- und zur Abwärtswandlung konfiguriert werden kann. In einem Beispiel beinhaltet das Problem, einen Schaltwandler bereitzustellen, der begrenztes Rauschen erzeugt und ein relative einfach zu verwendendes Steuer- und/oder Regelschema beinhaltet. In einem Beispiel beinhaltet das Problem, einen Wandler mit einem nichtinvertierenden Ausgang bereitzustellen unter Verwendung einer minimalen Anzahl von Standard Schaltungskomponenten, und beinhaltet weiter Bereitstellen eines kontinuierlichen Ausgangssignals mit geringer Welligkeit und minimaler Ausgangsfilterung.
  • In einem Beispiel kann eine Lösung für das oben beschriebene Problem eine Kappa Wandlerschaltung beinhalten oder verwenden. Die Kappa Wandlerschaltung wird hierin vorgestellt. In einem Beispiel kann die Kappa Wandlerschaltung zum Abwärts-(Tiefstell-), Aufwärts- (Hochstell-) oder Abwärts-/Aufwärtsbetrieb konfiguriert sein. In einem Beispiel kann die Wandlerschaltung geringe Gleichspannungswiderstandsverlusteigenschaften aufweisen, und die Wandlerschaltung kann Induktivitäten verwenden, um eine Isolation zwischen Schaltvorrichtungen in dem Wandler und einer oder mehreren Busleitungen bereitzustellen. In einem Beispiel kann die Kappa Wandlerschaltung ein relative simples Steuer- und/oder Regelschema mit einer minimalen Anzahl an Schaltern verwenden. In einem Beispiel kann die Kappa Wandlerschaltung relativ zu einem Signal an dem Eingang der Wandlerschaltung ein nicht invertiertes Ausgangssignal bereitstellen. Das heißt die Kappa Wandlerschaltung kann ein Ausgangssignal bereitstellen, welches dieselbe Polarität hat wie dessen entsprechendes Eingangssignal. Die Kappa Wandlerschaltung kann einen im Wesentlichen kontinuierlichen Eingangs- und Ausgangsstrom mit minimaler Welligkeit bereitstellen, und ohne große kapazitive Filter an dem Eingangs- und dem Ausgangsknoten zu erfordern.
  • Aspekt 1 kann einen Gegenstand (wie beispielsweise ein Gerät, ein System, eine Vorrichtung, ein Verfahren, ein Mittel zum Ausführen von Aktionen oder ein von einer Vorrichtung lesbares Medium, welches Anweisungen beinhaltet, welche, wenn sie von der Vorrichtung ausgeführt werden, die Vorrichtung dazu veranlassen können, Aktionen auszuführen, oder ein Herstellungsgegenstand), beinhalten oder verwenden, wie er etwa ein bidirektionales, transformatorloses schaltendes Leistungswandlersystem beinhalten oder verwenden kann, welches in einem ersten Modus arbeiten kann, in welchem ein Leistungssignal in einem Leistungssignalpfad von einem ersten Knoten zu einem zweiten Knoten fließt, um ein herabgesetztes Leistungssignal an dem zweiten Knoten bereitzustellen, und wobei das Leistungswandlersystem in einem zweiten Modus arbeiten kann, in welchem ein anderes Leistungssignal in dem Leistungssignalpfad von dem zweiten Knoten zu dem ersten Knoten fließt, um ein hochgesetztes Leistungssignal an dem ersten Knoten bereitzustellen. In Aspekt 1 kann das Leistungswandlersystem eine Schaltschaltung beinhalten, die an den zweiten Knoten gekoppelt ist, einen Kondensator, der parallel zur Schaltschaltung vorgesehen ist, eine erste Induktivität, die zwischen einem ersten Anschluss des Kondensators und dem ersten Knoten gekoppelt ist, und eine zweite Induktivität, die zwischen einem zweiten Anschluss des Kondensators und einem Referenzknoten gekoppelt ist.
  • Aspekt 2 kann den Gegenstand des Aspekts 1 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, um optional die Schaltschaltung zu beinhalten, welche einen ersten Schalter in einem Signalpfad zwischen dem ersten Anschluss des Kondensators und dem zweiten Knoten beinhaltet, und einen zweiten Schalter in einem Signalpfad zwischen dem zweiten Anschluss des Kondensators und dem zweiten Knoten.
  • Aspekt 3 kann den Gegenstand von einem oder einer Kombination der Aspekte 1 oder 2 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, um optional zu beinhalten oder zu verwenden, in dem ersten Modus, dass das System als ein einphasiger Abwärtswandler konfiguriert ist, der konfiguriert ist ein Eingangssignal höherer Spannung an dem ersten Knoten zu empfangen und ein Ausgangssignal niedrigerer Spannung an dem zweiten Knoten bereitzustellen.
  • Aspekt 4 kann den Gegenstand von einem oder einer Kombination der Aspekte 1 bis 3 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, um optional zu beinhalten oder zu verwenden, in dem zweiten Modus, dass das System als ein einphasiger Aufwärtswandler konfiguriert ist, der konfiguriert ist ein Eingangssignal niedrigerer Spannung an dem zweiten Knoten zu empfangen und ein Ausgangssignal höherer Spannung an dem ersten Knoten bereitzustellen.
  • Aspekt 5 kann den Gegenstand von einem oder einer Kombination der Aspekte 1 bis 4 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, um optional eine Steuer- und/oder Regelschaltung zu beinhalten oder zu verwenden, die konfiguriert ist, Schaltsteuersignale an jeweilige Schalter in der Schaltschaltung bereitzustellen, um das Wandlersystem zu konfigurieren, in dem ersten oder in dem zweiten Modus zu arbeiten.
  • Aspekt 6 kann den Gegenstand des Aspekts 5 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, optional die Steuer- und/oder Regelschaltung zu beinhalten oder zu verwenden, die konfiguriert ist, ein Stromversorgungssignal von einem Versorgungsknoten zu empfangen, wobei der Versorgungsknoten an den ersten Anschluss des Kondensators angeschlossen ist.
  • Aspekt 7 kann den Gegenstand von einem oder einer Kombination der Aspekte 5 oder 6 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, um optional zu beinhalten, dass die Steuer- und/oder Regelschaltung Betriebsleistung von einem Knoten in dem Leistungssignalpfad empfängt.
  • Aspekt 8 kann den Gegenstand des Aspekts 7 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, optional den Kondensator als einen fliegenden Kondensator zu beinhalten, und wobei die Steuer- und/oder Regelschaltung Leistung von dem ersten und dem unterschiedlichen zweiten Anschluss des fliegenden Kondensators zu erhalten.
  • Aspekt 9 kann den Gegenstand von einem oder einer Kombination der Aspekte 1 bis 8 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, optional einen Ausgangskondensator zu beinhalten oder zu verwenden, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Knotens gekoppelt ist, und wobei das System in einem Aufwärts-/Abwärtsmodus betreibbar ist, um ein kontinuierliches Ausgangssignal über den Ausgangskondensator bereitzustellen.
  • Aspekt 10 kann den Gegenstand von einem oder einer Kombination der Aspekte 1 bis 9 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, um optional in dem ersten Modus ein Ausgangssignal an dem zweiten Knoten zu beinhalten, welches dieselbe Polarität aufweist wie dessen entsprechendes Eingangssignal an dem ersten Knoten, und in dem zweiten Modus ein Ausgangssignal an dem ersten Knoten, welches dieselbe Polarität aufweist wie dessen entsprechendes Eingangssignal an dem zweiten Knoten.
  • Aspekt 11 kann den Gegenstand von einem oder einer Kombination der Aspekte 1 bis 10 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, um optional zu beinhalten, dass in dem ersten Modus das System konfiguriert ist, ein kontinuierliches Ausgangssignal an dem zweiten Knoten bereitzustellen, und wobei in dem zweiten Modus das System konfiguriert ist, ein kontinuierliches Ausgangssignal an dem ersten Knoten bereitzustellen.
  • Aspekt 12 kann den Gegenstand von einem oder einer Kombination der Aspekte 1 bis 11 beinhalten, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, einen Gegenstand (wie beispielsweise ein Gerät, ein Verfahren, ein Mittel zum Ausführen von Aktionen, oder ein maschinenlesbares Medium, welches Anweisungen beinhaltet, welche, wenn sie von der Maschine ausgeführt werden, die Maschine dazu veranlassen können, Aktionen auszuführen) zu beinhalten oder zu verwenden, wie er beispielsweise einen verpacktes, transformatorloses schaltendes Leistungswandlersystem beinhalten kann, welches eingerichtet ist, in einem Abwärts-(Herabsetz-), Aufwärts- (Hochsetz-) und/oder Aufwärts-/Abwärtswandlermodus (Herabsetz-/Hochsetzmodus) zu arbeiten. In einem Beispiel kann Aspekt 12 einen ersten Anschluss mit doppeltem Verwendungszweck beinhalten, der konfiguriert ist zum: (a) in einem Abwärtswandlermodus, Empfangen eines ersten Eingangssignals hoher Spannung, oder (b) in einem Aufwärtswandlermodus, Bereitstellen eines mit Bezug auf ein zweites Eingangssignal geringer Spannung hochgesetzten Ausgangssignals. Aspekt 12 kann einen zweiten Anschluss mit doppeltem Verwendungszweck beinhalten, der konfiguriert ist zum: (a) in dem Abwärtswandlermodus, Bereitstellen eines mit Bezug auf das erste Eingangssignal hoher Spannung heruntergesetzten Ausgangssignals, oder (b) in dem Aufwärtswandlermodus, Empfangen des zweiten Eingangssignals geringer Spannung. Aspekt 12 kann einen ersten Schalter beinhalten, der an den zweiten Anschluss mit doppeltem Verwendungszweck gekoppelt und konfiguriert ist, selektiv Signale zu oder von dem ersten Anschluss mit doppeltem Verwendungszweck zu leiten, und einen zweiten Schalter, der an den zweiten Anschluss mit doppeltem Verwendungszweck gekoppelt und konfiguriert ist, selektiv Signale zu einem Referenzknoten zu leiten.
  • Aspekt 13 kann den Gegenstand des Aspekts 12 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, optional einen Steuer- und/oder Regelsignaleingang zu beinhalten oder zu verwenden, und eine Steuer- und/oder Regelschaltung, welche konfiguriert ist, ein Steuer- und/oder Regelsignal von dem Steuer- und/oder Regelsignaleingang zu empfangen, und in Antwort den ersten Schalter und den zweiten Schalter zu steuern, das System in einem von dem Abwärts-, Aufwärts- und/oder Aufwärts-/Abwärtswandlermodus zu betreiben.
  • Aspekt 14 kann den Gegenstand von einem oder einer Kombination der Aspekte 12 oder 13 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, optional eine erste Induktivität zu beinhalten oder zu verwenden, welche zwischen dem ersten Anschluss mit doppeltem Verwendungszweck und dem ersten Schalter gekoppelt ist, und eine zweite Induktivität, welche zwischen dem zweiten Schalter und dem Referenzknoten gekoppelt ist.
  • Aspekt 15 kann den Gegenstand des Aspekts 14 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, optional einen Kondensator zu beinhalten oder zu verwenden, welcher zwischen der ersten und der zweiten Induktivität gekoppelt ist. Der Kondensator kann ein fliegender Kondensator sein, mit einem Spannungspegel, welcher gemäß der Operation des Wandlers schwebt.
  • Aspekt 16 kann den Gegenstand von einem oder einer Kombination der Aspekte 12 bis 15 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, um optional zu beinhalten, dass, in dem Abwärtswandlermodus, der zweite Anschluss konfiguriert ist, ein kontinuierliches und mit Bezug auf das erste Eingangssignal hoher Spannung nicht invertiertes Ausgangsstromsignal bereitzustellen, und in dem Aufwärtswandlermodus, der erste Anschluss konfiguriert ist, ein kontinuierliches und mit Bezug auf das zweite Eingangssignal niedriger Spannung nicht invertiertes Ausgangsstromsignal bereitzustellen.
  • Aspekt 17 kann den Gegenstand von einem oder einer Kombination der Aspekte 12 bis 16 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, optional einen Messwiderstand zu beinhalten oder zu verwenden, der konfiguriert ist, einen Strom in dem Wandler zu überwachen. In einem Beispiel kann der Messwiderstand an den ersten Anschluss gekoppelt sein. Aspekt 17 kann eine oder mehrere LED Vorrichtungen beinhalten, welche zwischen dem Messwiderstand und dem zweiten Anschluss gekoppelt sind, und die Steuer- und/oder Regelschaltung kann konfiguriert sein, Information über ein Stromsignal in dem Widerstand zu empfangen und in Antwort den ersten und den zweiten Schalter zu steuern, um ein im Wesentlichen kontinuierliches Leistungssignal an die eine oder die mehreren LED Vorrichtungen an dem ersten Anschluss bereitzustellen.
  • Aspekt 18 kann den Gegenstand von einem oder einer Kombination der Aspekte 1 bis 17 beinhalten, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, einen Gegenstand (wie beispielsweise ein Gerät, ein Verfahren, ein Mittel zum Ausführen von Aktionen, oder ein maschinenlesbares Medium, welches Anweisungen beinhaltet, welche, wenn sie von der Maschine ausgeführt werden, die Maschine dazu veranlassen können, Aktionen auszuführen) zu beinhalten oder zu verwenden, wie er beispielsweise ein Verfahren beinhalten oder verwenden kann zum Hochsetzen oder Heruntersetzen eines Leistungssignals unter Verwendung eines Wandlersystems, umfassend einen ersten Knoten mit doppeltem Verwendungszweck, einen zweiten Knoten mit doppeltem Verwendungszweck, eine Schaltschaltung, welche einen ersten und einen zweiten Schalter beinhaltet, einen Kondensator, der parallel zur Schaltschaltung vorgesehen ist, eine erste Induktivität, die zwischen einem ersten Anschluss des Kondensators und dem ersten Knoten gekoppelt ist, und eine zweite Induktivität, welche zwischen einem zweiten Anschluss des Kondensators und einem Referenzknoten gekoppelt ist. In einem Beispiel kann der Aspekt 18 beinhalten, in einem Herabsetzmodus, Steuern des ersten Schalters in einem ersten Leistungssignalpfad, um einen Betrag eines ersten Leistungssignals, das von der ersten Induktivität zu dem zweiten Knoten fließt, zu ändern, und Steuern des zweiten Schalters in einem Nebenschlusspfad, um einen Betrag des Leistungssignals, das von einem Referenzknoten zu dem zweiten Knoten fließt, zu ändern. Der Aspekt 18 kann beinhalten, in einem Hochsetzmodus, Steuern des ersten Schalters in dem ersten Leistungssignalpfad, um einen Betrag eines Leistungssignals, das von dem zweiten Knoten zu der ersten Induktivität fließt, zu ändern, und Steuern des zweiten Schalters, um einen Betrag des Leistungssignals, das von dem Referenzknoten zu dem ersten Knoten fließt, zu ändern.
  • Aspekt 19 kann den Gegenstand des Aspekts 18 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, um optional zu beinhalten, in dem Aufwärtsmodus, Messen einer Größe eines Stromsignals, das von der ersten Induktivität an eine Lastschaltung bereitgestellt wird, und basierend auf der gemessenen Größe, Verwenden einer Steuer- und/oder Regelschaltung, um ein Tastverhältnis des ersten und des zweiten Schalters zu ändern oder zu modulieren, um ein im Wesentlichen kontinuierliches Treibersignal an die Lastschaltung bereitzustellen.
  • Aspekt 20 kann den Gegenstand von einem oder einer Kombination der Aspekte 18 oder 19 beinhalten oder verwenden, oder kann optional mit diesem kombiniert werden, um optional zu beinhalten, in dem Aufwärtsmodus, Bereitstellen eines im Wesentlichen kontinuierlichen, von Null verschiedenen Treibersignals von der ersten Induktivität an eine Lastschaltung.
  • Jeder dieser nichtbeschränkenden Aspekte kann eigenständig sein, oder kann in verschiedenen Permutationen oder Kombinationen mit einem oder mehreren der anderen Aspekte oder mit einem oder mehreren Teilen davon kombiniert werden.
  • Diese Übersicht ist dazu gedacht, eine Übersicht über den Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung zu geben. Sie ist nicht dazu gedacht, eine ausschließliche oder abschließende Erläuterung der Erfindung zu geben. Die detaillierte Beschreibung ist enthalten, um weitere Information über die vorliegende Patentanmeldung zu geben.
  • Figurenliste
  • In den Zeichnungen, die nicht notwendiger Weise maßstabsgerecht sind, können gleiche Bezugszeichen ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Ansichten bezeichnen. Gleiche Bezugszahlen, die mit unterschiedlichen Buchstabenzusätzen versehen sind, können unterschiedliche Instanzen gleicher Komponenten bezeichnen. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhaft, ohne hierauf beschränkt zu sein, allgemein verschiedene Ausführungsformen, die in dem vorliegenden Dokument beschrieben werden.
    • 1 zeigt allgemein ein Beispiel eines einphasigen Abwärtswandlers.
    • 2 zeigt allgemein ein Beispiel eines zweiphasigen Abwärtswandlers.
    • 3 zeigt allgemein ein Beispiel eines Aufwärtswandlers.
    • 4 zeigt allgemein ein Beispiel eines Kappa Wandlers.
    • 5 zeigt allgemein ein Beispiel eines Kappa Abwärtswandlers.
    • 6 zeigt allgemein ein Beispiel eines Kappa Aufwärtswandlers.
    • 7 zeigt allgemein ein Beispiel eines Kappa Aufwärts-/Abwärtswandlers.
    • 8 zeigt allgemein ein Beispiel einer LED Treiberschaltung, die eine oder mehrere unterschiedliche Wandler beinhalten oder verwenden kann.
    • 9A zeigt allgemein ein erstes Beispiel eines Kappa Aufwärtswandlers, der eine oder mehrere LEDs treibt.
    • 9B zeigt allgemein ein zweites Beispiel eines Kappa Aufwärtswandlers, der eine oder mehrere LEDs treibt.
    • 10 zeigt allgemein ein drittes Beispiel eines Kappa Aufwärts-/Abwärtswandlers, der eine oder mehrere LEDs treibt.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die hierin beschriebene Kappa Wandlerschaltung, kann zum Abwärtswandlungs-(Herabsetz-), Aufwärtswandlungs- (Hochstell-) oder zum Aufwärts-/Abwärtswandlungsbetrieb konfiguriert sein. Die Kappa Wandlerschaltung kann dabei helfen, die elektromagnetische Interferenz (EMI) im Vergleich zu herkömmlichen Abwärts-, Aufwärts- oder Abwärts-/Aufwärtswandlertopologien zu verringern, wie beispielsweise ohne zusätzliche Eingangs- oder Ausgangsfilterschaltungen zu erfordern. Die Kappa Wandlerschaltung kann dabei helfen, eine hohe Leistungstragfähigkeit und kleinere Gleichstromwiderstandsverluste bereitzustellen, beispielsweise auf Grund einer Verteilung von Stromsignalen durch jeweilige Induktivitäten. Die Kappa Wandlerschaltung kann isolierende Induktivitäten an deren Eingang und Massereferenzknoten beinhalten, wie beispielsweise zur Verringerung von Signalprellen oder Signalpulsationen an Versorgungs- und MasseReferenzbussen, wodurch zu einer weiteren Reduzierung des EMI-Rauschens durch Schalten in der Schaltung beigetragen wird.
  • In einem Beispiel kann die Kappa Wandlerschaltung geringe Gleichstromwiderstandsverlusteigenschaften aufweisen. Verglichen beispielsweise mit einem einphasigen Abwärtswandler mit äquivalenter Stromleistungsfähigkeit und Gesamtinduktivitätswert kann der Kappa Wandler geringere Gleichspannungswiderstands- bzw. DCR (I2R) Verluste aufweisen auf Grund einer Verteilung von Stromsignalen. Verglichen mit einem zweiphasigen Abwärtswandler mit jeweiligen Induktivitätspaaren und zwei Schalterpaaren verwendet der Kappa Wandler ein einzelnes Schalterpaar und weist geringere Leitungsverluste auf.
  • In einem Beispiel kann die Kappa Wandlerschaltung relativ zu einem Signal am Eingang der Wandlerschaltung ein nicht invertiertes Ausgangssignal bereitstellen. Genauer kann die Kappa Wandlerschaltung ein Ausgangssignal bereitstellen, welches dieselbe Polarität wie das zugehörige Eingangssignal aufweist. Die Kappa Wandlerschaltung kann einen im Wesentlichen kontinuierlichen Eingangs- und Ausgangsstrom bereitstellen, mit verringerter oder minimierter Welligkeit und ohne große kapazitive Filter an dem Eingangs- und an dem Ausgangsknoten zu erfordern.
  • In einem Beispiel, wenn der Kappa Wandler für den Aufwärtswandlungsbetrieb konfiguriert ist, weist der Wandler keine Nullstelle in der rechten Halbebene auf. Im Gegensatz dazu weisen andere Aufwärtswandlertopologien eine intrinsische niederfrequente Nullstelle in der rechten Halbebene auf, welche die Wandlerbandbreite begrenzen und das Einschwingverhalten verlangsamen kann.
  • In einem Beispiel kann die Kappa Wandlerschaltung eine Steuereinheit oder eine Steuer- und/oder Regelschaltung beinhalten oder verwenden. Eine Feedback- oder Pegelverschiebungsschaltung kann bereitgestellt sein, um das Verhalten der Wandlerschaltung zu erfassen und Schaltzeiten oder anderes Wandlerverhalten anzupassen. In einem Beispiel kann die Steuer- und/oder Regelschaltung Information von einem Messwiderstand erhalten, der konfiguriert ist, eine Stromlast zu überwachen, und in Antwort darauf kann die Steuer- und/oder Regelschaltung ein Tastverhältnis von Schaltern in der Kappa Wandlerschaltung anpassen, um dazu beizutragen, einen Zustand kontinuierlicher Stromausgabe beizubehalten.
  • Um die verschiedenen potentiellen Merkmale und Vorteile des Kappa Wandlers zu illustrieren, wird der Kappa Wandler allgemein in Gegenüberstellung mit anderen Abwärts-, Aufwärts- und Aufwärts-/Abwärtswandlertopologien diskutiert. Die anderen Topologien werden nachstehend in der Diskussion der 1 bis 3 vorgestellt und kurz erläutert.
  • 1 zeigt allgemein ein Beispiel eines einphasigen Abwärtswandlers 100. Der Abwärtswandler 100 kann konfiguriert sein, ein Eingangsspannungssignal VHV an einem ersten Knoten 102 zu empfangen und ein reguliertes Ausgangsspannungssignal VLV an einem Ausgangsknoten 108 bereitzustellen. Der Abwärtswandler 100 beinhaltet einen ersten Schalter 111, der konfiguriert ist, einen Signalpfad zwischen dem ersten Knoten 102 und einem zweiten Knoten 103 zu schalten, und der Abwärtswandler 100 beinhaltet einen zweiten Schalter 112, der konfiguriert ist, einen Signalpfad zwischen dem zweiten Knoten 103 und einem Referenzknoten 101 zu schalten. Der Abwärtswandler 100 beinhaltet eine Induktivität 121 in einem Signalpfad zwischen dem zweiten Knoten 103 und einem Ausgangsknoten 108. Der Ausgangsknoten 108 kann kapazitiv an den Referenzknoten 101 gekoppelt sein, wie beispielsweise unter Verwendung eines Kondensators 131. Das heruntergesetzte oder regulierte Ausgangsspannungssignal VLV an dem Ausgangsknoten 108 weist eine Signalgröße auf, die kleiner ist als die Größe des Eingangsspannungssignals VHV, und weist eine gewisse Stromwelligkeit auf wegen einem Tastverhältnis des ersten und des zweiten Schalters 111 und 112.
  • In dem Beispiel von 1 schaltet der erste Schalter 111 zwischen einer offenen (nicht leitenden) und einer geschlossenen (leitenden) Konfiguration um gemäß einem ersten Schaltsignal ST, und der zweite Schalter 112 schaltet zwischen einer offenen und einer geschlossenen Konfiguration um gemäß einem zweiten Schaltsignal SB. Allgemein sind das erste und das zweite Schaltsignal ST und SB komplementär, so dass das erste Schaltsignal ST High ist, wenn das zweite Schaltsignal SB Low ist, und das erste Schaltsignal ST ist Low, wenn das zweite Schaltsignal SB High ist. In dem Beispiel von 1 ist der erste Schalter 111 an einen Versorgungsbus gekoppelt an dem ersten Knoten 102. Das Schalten des ersten Schalters 111 kann Schaltrauschen oder EMI auf dem Versorgungsbus erzeugen, was für andere Schaltungen schädlich sein kann, welche denselben Bus teilen. Das heißt, ein pulsierendes Signal an dem ersten Knoten 102 kann ein unerwünschtes Rauschen erzeugen. In einigen Beispielen kann das Rauschen mit Hilfe von anderen Filtern oder Komponenten abgeschwächt werden.
  • In dem Beispiel des einphasigen Abwärtswandlers 100 von 1 ist der zweite Knoten 103 an den ersten Knoten 102 gekoppelt, wenn der erste Schalter 111 in einer geschlossenen Konfiguration ist (zum Beispiel ist das erste Schaltsignal ST High und das zweite Schaltsignal SB ist Low), und der zweite Knoten 103 ist an den Referenzknoten 101 gekoppelt, wenn der zweite Schalter 112 in einer geschlossenen Konfiguration ist (zum Beispiel ist das zweite Schaltsignal SB High und das erste Schaltsignal ST ist Low). Da der Eingang von dem ersten Knoten 102 fließt und durch den ersten und den zweiten Schalter 111 und 112 moduliert wird, ist der resultierende Strom ähnlich moduliert und ruft unerwünschtes Schaltrauschen auf den Busleitungen an dem ersten Knoten 102 und dem Referenzknoten 101 hervor. Das Rauschen kann eine oder mehrere andere Schaltungen stören, welche dieselben Busleitungen teilen.
  • In dem Beispiel von 1 beinhaltet der einphasige Abwärtswandler 100 die Induktivität 121. Die Induktivität 121 weist eine inhärente Widerstandscharakteristik auf und daher existiert ein Gleichstromwiderstandsverlust über die Induktivität 121.
  • Für einen einphasigen Wandler wird der Verlust berechnet als I121 2*R121, wobei 1121 der Strom durch die Induktivität 121 und R121 der Widerstandswert der Induktivität 121 ist. In dem Beispiel von 1, wenn der Ausgang an dem Ausgangsknoten 108 ein 4A Stromsignal beinhaltet, dann ist der Gleichstromwiderstandsverlust durch die Induktivität 121 gleich 16*R121. Der einphasige Abwärtswandler 100 weist daher einen relativ großen Leistungsverlust auf.
  • In dem Beispiel von 1 beinhaltet der einphasige Abwärtswandler 100 den Kondensator 131 an dem Ausgangsknoten 108. Ein Wert des Kondensators 131 kann spezifiziert werden gemäß der Anwendung des Wandlers. Der Kondensator 131 kann beispielsweise eine Kapazität aufweisen, die hinreichend groß ist, so dass ein Strom am Ausgangsknoten 108 im Wesentlichen kontinuierlich ist für einen gegebenen Spannungspegel und ein gegebenes Tastverhältnis des ersten Schaltsignals ST und des zweiten Schaltsignals SB.
  • 2 zeigt allgemein ein Beispiel eines zweiphasigen Abwärtswandlers 200. Der Abwärtswandler 200 kann ein Paar Schaltstufen beinhalten, wie beispielsweise eine erstphasige Schaltstufe 251 und eine zweitphasige Schaltstufe 252. Die erstphasige und die zweitphasige Schaltstufe 251 und 252 können im Wesentlichen ähnliche Konfigurationen aufweisen in Begriffen von Komponenten und Funktion. In einem Beispiel umfassen die erstphasige und die zweitphasige Schaltstufe 251 und 252 jeweilige Abwärtswandler mit Ausgängen, die gekoppelt sind an einem Zweiphasen-Wandler Ausgangsknoten 208.
  • Die erstphasige Schaltstufe 251 kann Komponenten beinhalten, die ähnlich sind zu denjenigen in dem Beispiel des einphasigen Abwärtswandlers 100 von 1. Mit gleichen Bezugszeichen versehene Komponenten in 1 und 2 können allgemein anzeigen, dass die Komponenten eine gleiche oder ähnliche Konfiguration, Funktion oder Wert aufweisen. Beispielsweise kann die erstphasige Schaltstufe 251 konfiguriert sein, ein Eingangssignal VHV an einem erstphasigen Eingangsknoten 102A zu empfangen und ein reguliertes Ausgangssignal an einem erstphasigen Ausgangsknoten 108A bereitzustellen. Die erstphasige Schaltstufe 251 kann einen ersten Schalter 111A beinhalten, der konfiguriert ist, einen Signalpfad zwischen dem erstphasigen Eingangsknoten 102A und einem erstphasigen Schaltknoten 103A zu schalten. Die erstphasige Schaltstufe 251 kann einen zweiten Schalter 112A beinhalten, der konfiguriert ist, einen Signalpfad zwischen dem erstphasigen Schaltknoten 103A und einem Referenzknoten 201 zu schalten. Die erstphasige Schaltstufe 251 kann eine erste Induktivität 121A in einem Signalpfad zwischen dem erstphasigen Schaltknoten 103A und dem erstphasigen Ausgangsknoten 108A beinhalten. Der erstphasige Ausgangsknoten 108A kann kapazitiv an den Referenzknoten 201 gekoppelt sein, wie beispielsweise unter Verwendung eines Ausgangskondensators 231. In dem Beispiel von 1 wird der erste Schalter 111A gemäß einem ersten Schaltsignal ST1 zwischen einer offenen (nichtleitenden) und einer geschlossenen (leitenden) Konfiguration umgeschaltet, und der zweite Schalter 112A wird gemäß einem zweiten Schaltsignal SB1 zwischen einer offenen und einer geschlossenen Konfiguration umgeschaltet. Allgemein sind das erste und das zweite Schaltsignal ST1 und SB1 komplementär, so dass das erste Schaltsignal ST1 High ist, wenn das zweite Schaltsignal SB1 Low ist, und das erste Schaltsignal ST1 Low ist, wenn das zweite Schaltsignal SB1 High ist.
  • Wie ähnlich vorstehend in dem Beispiel des einphasigen Abwärtswandlers 100 von 1 beschrieben, kann die erstphasige Schaltknoten 103A an den erstphasigen Eingangsknoten 102A gekoppelt sein, wenn der erste Schalter 111A geschlossen ist, und der erstphasige Schaltknoten 103A kann an den Referenzknoten 201 gekoppelt sein, wenn er zweite Schalter 112A geschlossen ist.
  • Die erstphasige Schaltstufe 251 beinhaltet eine erste Induktivität 121A. Die erste Induktivität 121A weist eine inhärente Widerstandscharakteristik auf, und daher existiert ein Gleichstromwiderstandsverlust über die Induktivität 121A. Für die erstphasige Schaltstufe 251 wird der Verlust berechnet als I121A2*R121A, wobei I121A der Strom durch die erste Induktivität 121A und R121A der Widerstandswert der ersten Induktivität 121A ist. In dem Beispiel von 2, wenn der Ausgang an dem erstphasigen Ausgangsknoten 108A ein 2A Stromsignal beinhaltet, dann ist der Gleichstromwiderstandsverlust durch die erste Induktivität 121A gleich 4*R121A.
  • Die zweitphasige Schaltstufe 252 kann eine zweite und diskrete Instanz der erstphasigen Schaltstufe 251 sein, beispielsweise indem sie im Wesentlichen gleiche oder identisch dieselben Komponenten beinhaltet, wie durch die mit gleichen Bezugszeichen in 2 angezeigt. Die zweitphasige Schaltstufe 252 kann beispielsweise konfiguriert sein, das Eingangssignal VHV an einem zweitphasigen Eingangsknoten 102B zu empfangen und ein reguliertes Ausgangssignal an einem zweitphasigen Ausgangsknoten 108B bereitzustellen. Die zweitphasige Schaltstufe 252 kann einen dritten Schalter 111B beinhalten, welcher beispielsweise ähnlich oder identisch konfiguriert ist wie der erste Schalter 111A von der erstphasigen Schaltstufe 251. Der dritte Schalter 111B kann konfiguriert sein, einen Signalpfad zwischen dem zweitphasigen Eingangsknoten 102B und einem zweitphasigen Schaltknoten 103B zu schalten. Die zweitphasige Schaltstufe 252 kann einen vierten Schalter 112B beinhalten, welcher beispielsweise ähnlich oder identisch konfiguriert ist wie der zweite Schalter 112A von der erstphasigen Schaltstufe 251. Der vierte Schalter 112B kann konfiguriert sein, einen Signalpfad zwischen dem zweitphasigen Schaltknoten 103B und dem Referenzknoten 201 zu schalten.
  • Die zweitphasige Schaltstufe 252 kann eine zweite Induktivität 121B in einem Signalpfad zwischen dem zweitphasigen Schaltknoten 103B und dem zweitphasigen Ausgangsknoten 108A beinhalten. Der zweitphasige Ausgangsknoten 108B kann kapazitiv an den Referenzknoten 201 gekoppelt sein, wie beispielsweise unter Verwendung des Ausgangskondensators 231. Das heißt, der erstphasige und der zweitphasige Ausgangsknoten 108A und 108B können gemeinsam an den Referenzknoten 201 gekoppelt sein unter Verwendung desselben Ausgangskondensators 231.
  • In dem Beispiel von 2 wird der dritte Schalter 111B zwischen einer offenen (nichtleitenden) und einer geschlossenen (leitenden) Konfiguration umgeschaltet gemäß einem dritten Schaltsignal ST2, und der vierte Schalter 112B wird zwischen einer offenen und einer geschlossenen Konfiguration umgeschaltet gemäß einem vierten Schaltsignal SB2. Allgemein sind das dritte und das vierte Schaltsignal ST2 und SB2 komplementär, so dass das dritte Schaltsignal ST2 High ist, wenn das vierte Schaltsignal SB2 Low ist, und das dritte Schaltsignal ST2 Low ist, wenn das vierte Schaltsignal SB2 High ist. In einem Beispiel stellt eine Steuer- und/oder Regelschaltung (in dem Beispiel von 2 nicht gezeigt) das erste, das zweite, das dritte und das vierte Schaltsignal ST1, SB1, ST2 und SB2 bereit, wie beispielsweise basierend auf einem Feedbacksignal, welches Information über einen Strom- oder Spannungsstatus des Zweiphasen-Wandler Ausgangsknotens 208 beinhaltet. In einem Beispiel sind das erste und das dritte Schaltsignal, ST1 und ST2, im Wesentlichen gleich oder weisen dasselbe Tastverhältnis auf, und das zweite und das vierte Schaltsignal, SB1 und SB2, sind im Wesentlichen gleich oder weisen dasselbe Tastverhältnis auf.
  • Wie ähnlich oben beschrieben in dem Beispiel des einphasigen Abwärtswandlers 100 von 1 kann der erstphasige Schaltknoten 103A an den erstphasigen Eingangsknoten 102A gekoppelt sein, wenn der erste Schalter 111A geschlossen ist, und der erstphasige Schaltknoten 103A kann an den Referenzknoten 201 gekoppelt sein, wenn der zweite Schalter 112A geschlossen ist. Ähnlich kann ein zweitphasiger Schaltknoten 103B an einen zweitphasigen Eingangsknoten 102B gekoppelt sein, wenn der dritte Schalter 111B geschlossen ist, und der zweitphasige Schaltknoten 103B kann an den Referenzknoten 201 gekoppelt sein, wenn der vierte Schalter 112B geschlossen ist.
  • Die zweitphasige Schaltstufe 252 beinhaltet eine zweite Induktivität 121B. Die zweite Induktivität 121B kann im Wesentlichen dieselben oder ähnliche Eigenschaften aufweisen wie die erste Induktivität 121A der erstphasigen Schaltstufe 251. In einem Beispiel weist die zweite Induktivität 121B eine inhärente Widerstandscharakteristik auf, und daher existiert ein Gleichstromwiderstandsverlust über die zweite Induktivität 121B. Für die zweitphasige Schaltstufe 252 wird der Verlust berechnet als I121B 2*R121B, wobei I121B der Strom durch die zweite Induktivität 121B und R121B der Widerstandswert der zweiten Induktivität 121B ist. In dem Beispiel von 2, wenn der Ausgang an dem zweitphasigen Ausgangsknoten 108B ein 2A Stromsignal beinhaltet, dann ist der Gleichstromwiderstandsverlust durch die zweite Induktivität 121B gleich 4*R121B.
  • In einem Beispiel ist die erstphasige Schaltstufe 251 konfiguriert, ein 2A Signal an dem erstphasigen Ausgangsknoten 108A bereitzustellen, und die zweitphasige Schaltstufe 252 ist konfiguriert, ein 2A Signal an dem zweitphasigen Ausgangsknoten 108B bereitzustellen. Die Signale an dem erstphasigen Ausgangsknoten 108A und an dem zweitphasigen Ausgangsknoten 108B können addiert werden an dem Zweiphasen-Wandler Ausgangsknoten 208, um ein 4A Ausgangssignal an dem Ausgangskondensator 231 bereitzustellen. In diesem Beispiel kann die Gesamtheit der Gleichstromwiderstandsverluste des Zweiphasen-Abwärtswandlers 200 berechnet werden als 4*R121A + 4*R121B. Wenn die erste und die zweite Induktivität 121A und 121B ähnlich konfiguriert sind wie die Induktivität 121 des Beispiels von 1, dann ist R121 = R121A = R121B und der gesamte Gleichspannungswiderstands-basierte Verlust des Zweiphasen-Abwärtswandlers 200 ist 8*R121 für ein 4A Ausgangssignal an dem Zweiphasen-Wandler Ausgangsknoten 208. Anders gesagt können die Widerstandswerts-basierten Verluste des zweiphasigen Abwärtswandlers 200 halb so groß sein wie diejenigen für den einphasigen Abwärtswandler 100 wie beispielsweise für dasselbe Ausgangsstromsignal. Diese Verringerung im Leistungsverlust wird erzielt unter Inkaufnahme zusätzlicher Komponenten im Vergleich zum einphasigen Design, was zu erhöhten Kosten und Implementierungsherausforderungen führt. Im Vergleich zum einphasigen Design werden in dem zweiphasigen Wandler beispielsweise zusätzliche Schaltvorrichtungen und eine zusätzliche Induktivität verwendet, und die Steuer- und/oder Regelschaltung, die zum Steuern der Schaltvorrichtungen in dem zweiphasigen Wandler verwendet wird, ist konfiguriert, vier statt zwei Schalter anzusteuern.
  • In dem Beispiel von 2 sind der erste Schalter 111A und der dritte Schalter 111 B an einen Versorgungsbus gekoppelt an dem Eingangsknoten 102A bzw. 102B. Ein Schalten des ersten Schalters 111A und des dritten Schalters 111B kann ein Schaltrauschen oder EMI auf dem Versorgungsbus hervorrufen, was für eine andere Schaltung, die denselben Bus verwendet, schädlich sein kann. Im Vergleich zu einem einphasigen Abwärtswandler können die zusätzlichen Schalter in dem zweiphasigen Abwärtswandler entsprechend mehr Schaltrauschen hervorrufen. In einem Beispiel können der einphasige Abwärtswandler 100 und/oder der zweiphasige Abwärtswandler 200 eine strikte Phasenregelung von einer Steuer- und/oder Regelschaltung und einer genauen Ausgangsstrom- oder Ausgangsspannungserfassung verwenden, um ausgeglichene Induktivitätsströme zu erzielen und um eine Ausgangsspannungswelligkeit zu optimieren.
  • 3 zeigt allgemein ein Beispiel eines Aufwärtswandlers 300. Der Aufwärtswandler 300 ist konfiguriert, ein Eingangssignal VIN an einem ersten Knoten 302 zu empfangen und ein hochgestelltes, reguliertes Ausgangssignal VOUT an einem Ausgangsknoten 308 bereitzustellen. Der Aufwärtswandler 300 beinhaltet eine Induktivität 321, die zwischen dem ersten Knoten 302 und einem geschalteten Knoten 303 gekoppelt ist. Der Aufwärtswandler 300 beinhaltet einen ersten Schalter 311, der konfiguriert ist, einen Signalpfad zwischen dem geschalteten Knoten 303 und dem Ausgangsknoten 308 zu schalten, und der Aufwärtswandler 300 beinhaltet einen zweiten Schalter 312, der konfiguriert ist, einen Signalpfad zwischen dem geschalteten Knoten 303 und einem Referenzknoten 301 zu schalten. Der Ausgangsknoten 308 kann kapazitiv an den Referenzknoten 301 gekoppelt sein, wie beispielsweise unter Verwendung eines Kondensators 331. Das hochgesetzte oder regulierte Ausgangssignal VOUT an dem Ausgangsknoten 308 weist einen Spannungsgröße auf, die größer ist als eine Größe des Eingangssignals VIN, und weist eine Stromwelligkeit wegen eines Tastverhältnisses des ersten und des zweiten Schalters 311 und 312 auf. Da die Leistung beibehalten und die Ausgangsspannung erhöht ist, ist ein Strom an dem Ausgangsknoten 308 vermindert im Verhältnis zu einem Strom an dem ersten Knoten 302.
  • In dem Beispiel von 3 wird der erste Schalter 311 zwischen einer offenen (nicht leitenden) und einer geschlossenen (leitenden) Konfiguration umgeschaltet gemäß einem ersten Schaltsignal ST3, und der zweite Schalter 312 wird zwischen einer offenen und einer geschlossenen Konfiguration umgeschaltet gemäß einem zweiten Schaltsignal SB3. Allgemein sind das erste und das zweite Schaltsignal ST3 und SB3 komplementär, so dass das erste Schaltsignal ST3 High ist, wenn das zweite Schaltsignal SB3 Low ist, und das erste Schaltsignal ST3 Low ist, wenn das zweite Schaltsignal SB3 High ist.
  • In einem Beispiel kann im Betrieb ein Eingang zu dem Aufwärtswandler 300 von dem ersten Knoten 302 über einen gesamten Zyklus im Wesentlichen kontinuierlich sein. Dementsprechend kann eine Größe oder Induktanzeigenschaft des Eingangsfilters, welcher beispielsweise die Induktivität 321 beinhaltet, abgeschwächt werden im Vergleich beispielsweise zu ähnlichen Eigenschaften eines Ausgangsfilters eines Abwärtswandlers, um einen kontinuierlichen Betrieb sicherzustellen.
  • In einem Beispiel kann der Aufwärtswandler 300 konfiguriert sein, Strom an den Ausgangsknoten 308 abzugeben, wenn der erste Schalter 311 an ist und leitet. Wenn der erste Schalter 311 aus und nicht leitend ist, wird jedoch kein Strom an den Ausgangsknoten 308 geliefert, und man sagt, dass der Ausgang diskontinuierlich ist. Um einen im Wesentlichen kontinuierliche Ausgang bereitzustellen, kann der Aufwärtswandler 300 einen relativ großen Ausgangskondensator 331 beinhalten oder verwenden, um die Ausgangsspannung zu glätten und Ausgangssignalwelligkeit zu reduzieren. Der Ausgangskondensator 331 kann beispielsweise groß sein im Vergleich zu einem Ausgangskondensator in einem Abwärtswandler, um einen kontinuierlichen Betrieb sicherzustellen oder eine pulsierenden Ausgabe zu dämpfen.
  • In einem Beispiel kann ein Aufwärtswandler in einem diskontinuierlichen Modus arbeiten, insbesondere unter leichten Lastbedingungen. In einem diskontinuierlichen Modus kann sich die Induktivität 321 vollständig entladen, und dementsprechend kann die Ausgangsspannung abfallen. Ein derartiger Abfall im Ausgang kann in einigen Anwendungen nachteilig oder fatal sein. Ein diskontinuierlicher Modus mag beispielsweise nicht toleriert werden in einer LED Treiberanwendung, die einen Konstantstrom verwendet, um eine Einschwingperformance zu unterstützen.
  • Andere Topologien können verwendet werden, um eine Spannungs- oder Stromregulierung bereitzustellen, und jede Topologie kann einhergehende Vorteile und Beschränkungen haben. Beispielsweise kann ein Cuk Wandler kontinuierliche Eingangs- und Ausgangsströme beinhalten oder verwenden, aber ein Cuk Wandler stellt allgemein einen im Vergleich zu dessen Eingang invertierten Ausgang bereit. Es können zusätzliche Komponenten oder Schaltungen einem Cuk Wandler hinzugefügt werden, um einen nichtinvertierten Ausgang bereitzustellen. Allgemein beinhalten die zusätzlichen Komponenten oder Schaltungen zusätzliche Schalter, was zu einer erhöhten Komplexität und zu erhöhten Regelungsanforderungen führt. Weiter können die Schalter in einem solchen Design an Masse oder an einen MasseReferenzknoten gekoppelt sein, wodurch sie zu zusätzlichem Rauschen beitragen.
  • In einem Beispiel kann ein asymmetrischer Primärinduktivitäts-Wandler („singleended primary-inductivity converter“, SEPIC) verwendet werden als eine Alt4ernative zu einer herkömmlichen Aufwärts-/Abwärtswandlerkonfiguration, um ein Ausgangssignal bereitzustellen, das größer ist als, geringer ist als, oder gleich ist wie ein Eingangssignal. Ein Ausgang eines SEPIC Wandlers wird auf ähnliche Weise gesteuert oder geregelt durch ein Tastverhältnis dessen Schalter. Jedoch kann ein Ausgangswert eines SEPIC Wandlers eine große Pulscharakteristik aufweisen und kann daher einen relativ großen Ausgangskondensator erfordern oder verwenden, um das Ausgangssignal zu glätten. Zudem kann der Schalter in einem herkömmlichen SEPIC Wandler an Masse gekoppelt sein, was Schaltrauschen auf dem Massebus hervorrufen kann.
  • Kappa DC-DC Schaltwandler Beispiel
  • In einem Beispiel kann ein Kappa Wandler einen DC-DC Schaltwandler beinhalten, der konfiguriert ist, im Vergleich zu einem Eingangssignal hochgesetzte und/oder heruntergesetzte Ausgangssignale bereitzustellen. Die hierin diskutierten Kappa Wandler Beispiele sind transformatorlos, jedoch können andere Beispiele Transformatoren für ein weiteres Hochsetzen oder Herabsetzen, und/oder zur Isolation beinhalten oder verwenden. In einem Beispiel kann der Kappa Wandler mehrere Energiespeicherkomponenten beinhalten, und zwei Schalter können konfiguriert sein, einen kontinuierlichen Eingangsstrom zu verwenden und einen kontinuierlichen Ausgangsstrom bereitzustellen. In einem Beispiel beinhaltet der Kappa Wandler zwei Induktivitäten und einen Kondensator. Der Kondensator kann als ein „fliegender“ Kondensator betrachtet werden, da er von einem statischen Referenzknoten, wie beispielsweise Masse, entkoppelt werden kann.
  • In einem Beispiel kann der Kappa Wandler ein bidirektionaler Transformator sein, der konfiguriert ist, in verschiedenen Betriebsarten zu arbeiten, die ähnlich einem Abwärtswandler, einem Aufwärtswandler oder einem Aufwärts-/Abwärtswandler sein können. Der Kappa Wandler kann jedoch dabei helfen, verschiedene Vorteile gegenüber anderen Abwärts-, Aufwärts- oder Aufwärts-/Abwärtswandlerkonfigurationen zu erreichen. Beispielsweise kann der Kappa Wandler geringere elektromagnetische Konferenzen aufweisen oder erzeugen auf Grund dessen begrenzter Anzahl an Schaltern und Isolierung derartiger Schalter von den Versorgungsschienen oder Massereferenzknoten.
  • Der Kappa Wandler kann relativ kleine Eingangs- oder Ausgangsfilter beinhalten oder verwenden, wie beispielsweise Kapazitäten oder Induktivitäten mit kleinen Werten. Der Kappa Wandler kann konfiguriert sein, eine Ausgangsleistung bereitzustellen, die gleich oder ähnlich zu dessen Abwärts-, Aufwärts- oder Aufwärts-/Abwärtswandler-Verwandten ist, und kann geringere Gleichstromwiderstandsverluste aufweisen, teilweise auf Grund einer Verteilung des Stroms durch mehrere Induktivitäten. In einem Beispiel ist der Kappa Wandler nichtinvertierend, was bedeutet, dass eine Polarität dessen Eingang dieselbe ist wie der Ausgang des Wandlers.
  • 4 zeigt allgemein ein Beispiel eines Kappa Wandlers 400. Der Kappa Wandler 400 kann konfiguriert sein zur Hochsetz-, Herabsetz- oder Hoch- und Herabsetz-Signalregulation. Der Kappa Wandler 400 beinhaltet einen ersten Knoten 402, einen ersten Schaltknoten 405, einen zweiten Schaltknoten 407 und einen zweiten Knoten 408. In dem Beispiel von 4 wird ein erstes Signal V1 an dem ersten Knoten 402 bereitgestellt, und ein zweite Signal V2 wird an dem zweiten Knoten 408 bereitgestellt. Relative Signalgrößen an dem ersten und dem zweiten Knoten 402 und 408 können sich ändern abhängig von einem Betriebsmodus oder einer Stromflussrichtung des Kappa Wandlers 400. Beispielsweise kann eine Größe von V1 an dem ersten Knoten 402 größer sein als eine Größe von V2 an dem zweiten Knoten 408, wenn der Kappa Wandler 400 zum Abwärtswandlungs- oder Herabsetzbetrieb konfiguriert ist, und die Energie wird von V1 zu V2 konvertiert. In einem Beispiel kann eine Größe von V1 an dem ersten Knoten 402 hochgesetzt werden relativ zu einer Eingangsquelle mit einer geringeren Größe von V2 an dem zweiten Knoten 408, wenn der Kappa Wandler 400 zum Aufwärtswandlungs- oder Hochstellbetrieb konfiguriert ist. Einer oder beide von dem ersten Knoten 402 und dem zweiten Knoten 408 kann bzw. können unter Verwendung eines Kondensators an einen Referenzknoten gekoppelt sein. In dem Beispiel von 4 ist der Kappa Wandler 400 zum Abwärtswandlungsbetrieb konfiguriert und der zweite Knoten 408 ist an einen Referenzknoten gekoppelt unter Verwendung eines ersten Filterkondensators 432.
  • Der Kappa Wandler 400 kann eine erste Induktivität 421 mit einem Induktivitätswert LT beinhalten, und die erste Induktivität 421 kann zwischen dem ersten Knoten 402 und dem ersten Schaltknoten 405 vorgesehen sein. Der Kappa Wandler 400 kann eine zweite Induktivität 422 mit einem Induktivitätswert LB und zwischen dem zweiten Schaltknoten 407 und einem Referenzknoten 401 vorgesehen aufweisen. Der Referenzknoten 401 kann eine Schaltungsmasse oder eine andere Referenz beinhalten. In dem Beispiel von 4 beinhaltet der Kappa Wandler 400 einen fliegenden Kondensator 431 mit einer Kapazität Cf. In einem Beispiel ist der fliegende Kondensator 431 zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltknoten 405 und 407 gekoppelt. In dem Beispiel von 4 kann eine Spannung Vc über dem fliegenden 431 im Wesentlichen gleich einer Spannung des ersten Signals V1 an dem ersten Knoten 402 sein.
  • Der Kappa Wandler 400 kann weiter einen ersten und einen zweiten Schalter 411 und 412 beinhalten. Der erste Schalter 411 kann zwischen dem ersten Schaltknoten 405 und dem zweiten Knoten 408 gekoppelt sein, und der zweite Schalter 412 kann zwischen dem zweiten Schaltknoten 407 und dem zweiten Knoten 408 gekoppelt sein. In dem Beispiel von 4 wird der erste Schalter 411 zwischen einer offenen (nichtleitenden) und einer geschlossenen (leitenden) Konfiguration umgeschaltet gemäß einem ersten Schaltsignal STK, und der zweite Schalter 412 wird zwischen einer offenen und einer geschlossenen Konfiguration umgeschaltet gemäß einem zweiten Schaltsignal SBK. Das erste und das zweite Schaltsignal STK und SBK können komplementär oder überlappend sein abhängig von einem gewünschten Betriebszustand des Kappa Wandlers 400. In einem Beispiel können das erste und das zweite Schaltsignal STK und SBK pulsweitenmodulierte oder PWM Signale sein.
  • In einem Beispiel beinhaltet der Kappa Wandler 400 eine Steuer- und/oder Regelschaltung 470. Die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 kann konfiguriert sein, den ersten und den zweiten Schalter 411 und 412 anzusteuern, wie beispielsweise durch Erzeugen oder Bereitstellen des ersten und des zweiten Schaltsignals STK und SBK. In einem Beispiel ist die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 konfiguriert, Information über Signale an einem oder an mehreren von dem ersten Schaltknoten 405, dem zweiten Knoten 408, dem zweiten Schaltknoten 407 oder an anderer Stelle zu empfangen und in Antwort das erste und das zweite Schaltsignal STK und SBK zu erzeugen. Das heißt, das erste und das zweite Schaltsignal STK und SBK können auf Signalaktivität oder Signalbedingungen in dem Kappa Wandler 400 oder andernorts basieren. In einem Beispiel kann die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 konfiguriert sein, Information über ein Ausgangsspannungssignal von dem Kappa Wandler 400 empfangen, um dadurch eine Ausgangsspannungsregulierung bereitzustellen.
  • In einem Beispiel kann die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 ein Leistungssignal empfangen von, oder Leistungsanschlüsse teilen mit, dem fliegenden Kondensator 431. Das heißt, in einem Beispiel kann die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 konfiguriert sein, den ersten und den zweiten Schalter 411 zu Treiben unter Verwendung von Leistung, die von dem fliegenden Kondensator 431 empfangen wird, welche Leistung von dem ersten oder dem zweiten Knoten 402 oder 408 empfangen werden kann. In einem Beispiel kann die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 einen Steuer- und/oder Regelsignaleingang beinhalten, der konfiguriert ist, ein Steuer- und/oder Regelsignal zu empfangen, welches eine Betriebsart des Kappa Wandlers 400 definiert. Beispielsweise kann, in Antwort auf ein erstes Steuer- und/oder Regelsignal an dem Steuer- und/oder Regelsignaleingang, der Kappa Wandler 400 konfiguriert sein, als ein Tiefsetzsteller oder Abwärtswandler zu arbeiten. In Antwort auf ein anderes zweites Steuer- und/oder Regelsignal an dem Steuer- und/oder Regelsignaleingang kann der Kappa Wandler 400 konfiguriert sein, als ein Hochsetzsteller oder Aufwärtswandler zu arbeiten. In Antwort auf ein anderes drittes Steuer- und/oder Regelsignal an dem Steuer- und/oder Regelsignaleingang kann der Kappa Wandler 400 konfiguriert sein, als ein Abwärts- oder Aufwärtswandler zu arbeiten (anders gesagt, als ein Aufwärts-/Abwärtswandler zu arbeiten).
  • In einem Beispiel können die verschiedenen Komponenten des Kappa Wandlers 400 in einer integrierten Schaltung (IC) oder einem anderen physisch kleinen Leistungsmodul bereitgestellt werden. Das heißt, der Kappa Wandler 400 kann als ein vergossenes und gepacktes System bereitgestellt werden, oder ein im Wesentlichen alleinstehendes Modul. Eine Betriebsart des Wandlers kann be3sipielsweise durch einen oder durch mehrere Eingänge der Steuer- und/oder Regelschaltung 470 spezifiziert werden. In einem Beispiel können Filter- oder andere Komponenten an den als IC Baustein implementierten Kappa Wandler 400 gekoppelt werden, um dessen Funktionen weiter zu verbessern.
  • Kappa Wandler verwendet als ein Abwärtswandler
  • 5 zeigt allgemein ein Beispiel eines Kappa Abwärtswandlers 500. Der Kappa Abwärtswandler 500 beinhaltet oder verwendet den Kappa Wandler 400 zur Tiefstell-Spannungsregulierung. Der Kappa Abwärtswandler 500 ist beispielsweise konfiguriert, ein Hochspannungs-Eingangssignal VHV an dem ersten Knoten 402 zu empfangen und ein herabgesetztes Ausgangssignal VLV kleinerer Spannung an dem zweiten Knoten 408 bereitzustellen. Eine Kontinuität des Stroms an dem zweiten Knoten 408 und ein Betrag der Spannung des Ausgangssignals VLV an dem zweiten Knoten 408 kann eine Funktion des Tastverhältnisses des ersten und des zweiten Schalters 411 und 412 sein.
  • In dem Beispiel von 5 kann eine Spannung über den fliegenden Kondensator 431 balanciert werden auf VHV, was einer Spannung des Eingangssignals an dem ersten Knoten 402 entspricht. Über einen ersten Teil eines vollen Schaltzyklus kann ein erstes Stromsignal von dem ersten Knoten 402 durch die erste Induktivität 421, durch den ersten Schalter 411 und zu dem zweiten Knoten 408 fließen, und über einen nachfolgenden zweiten Teil des vollen Schaltzyklus kann ein zweites Stromsignal von dem Referenzknoten 401 durch die zweite Induktivität 422, durch den fliegenden Kondensator 431 zu dem zweiten Knoten 408 fließen.
  • In einem Beispiel, wenn der erste Schalter 411 angeschaltet wird, wie beispielsweise, wenn STK High ist, dann kann ein Strom durch die erste Induktivität 421 ansteigen, basierend auf dem Spannungssignal über die erste Induktivität 421. In dem Beispiel von 5 kann der erste Schalter 411 an sein, wenn der zweite Schalter 412 aus ist, und die Spannung über der ersten Induktivität 421 kann beispielsweise VHV- VLV sein über einen ersten Teil eines Tastverhältnisses bzw. Arbeitszyklus D, wenn ein Strom von dem ersten Knoten 402 zu einem ersten Schaltknoten 405 fließt. Ähnlich kann während dem ersten Teil des Arbeitszyklus ein Strom durch die zweite Induktivität 422 anwachsen basierend auf einem Spannungssignal über der zweiten Induktivität 422. Wenn der erste Schalter 411 an ist, dann kann eine Spannung an dem zweiten Schaltknoten 407 etwa VLV - VHV sein, wobei ein Strom von dem Referenzknoten 401 durch die zweite Induktivität 422 und zu dem zweiten Schaltknoten 407 fließt.
  • Während eines zweiten Teils des Arbeitszyklus kann der erste Schalter 411 aus und der zweite Schalter 412 kann an sein, und eine Größe der Spannung über der ersten Induktivität 421 kann gleich einer Größe der Spannung des Ausgangssignals VLV sein. Wenn der zweite Schalter 412 an geschaltet wird, dann kann der erste Schaltknoten 405 eine Spannung von ungefähr VLV + VHV aufweisen, und eine Spannung über der ersten Induktivität 421 kann -VLV sein, und ein Strom von der ersten Induktivität 421 kann abfallen. Ähnlich kann, wenn der zweite Schalter 412 an ist, eine Spannung über der zweiten Induktivität 422 -VLV sein, und ein Strom von der zweiten Induktivität 422 kann abfallen.
  • Anders gesagt kann die Stromänderung durch die erste Induktivität 421 ausgedrückt werden als D * (VHV - VLV) / LT über den ersten Teil des Tastverhältnisses bzw. Arbeitszyklus, und kann ausgedrückt werden als (1 - D) * (VLV) / LT über den zweiten Teil des Tastverhältnisses bzw. Arbeitszyklus. Durch Gleichsetzen der zwei Ausdrücke und Umordnen der Terme ist die Beziehung zwischen dem Spannungseingangssignal VHV und dem Spannungsausgangssignal VLV gegeben als VHV * D = VLV. Dies ist der Spannungswandlungsausdruck für einen herkömmlichen Abwärtswandler, und die Beziehung ist unabhängig von dem Induktivitätswert. Dementsprechend kann derselbe Ausdruck der Übertragungsfunktion hergeleitet werden unter Verwendung der zweiten Induktivität 422. In einem Beispiel können die jeweiligen Ströme durch die erste und die zweite Induktivität 421 und 422 asynchron sein, anders als in einem zweiphasigen Abwärtswandler.
  • In einem Beispiel kann der Kappa Abwärtswandler 500 ein einfacherer oder leistungseffizienterer Wandler sein, wenn verglichen mit einphasigen oder mehrphasigen Abwärtswandlern. Wenn zum Beispiel mit einem einphasigen Abwärtswandler mit äquivalenter Strombelastbarkeit und Gesamtinduktivität kann der Kappa Abwärtswandler 500 einen geringeren Gleichstromwiderstandsverlust (I2R Verlust von der ersten und/oder der zweiten Induktivität 421 und 422) aufweisen wegen der Verteilung der Stromsignalen über die unterschiedlichen Induktivitäten. In einem Beispiel beinhaltet, im Vergleich mit einem zweiphasigen Abwärtswandler, wie beispielsweise dem zweiphasigen Abwärtswandler 200 von 2, der Kappa Abwärtswandler 500 zwei Schalter anstelle von vier, und kann im Wesentlichen nicht pulsierende und kontinuierliche Eingangs- und Ausgangsströme aufweisen.
  • Der Kappa Abwärtswandler 500 kann auf verschiedene Weisen unterschiedliche arbeiten als ein herkömmlicher Abwärtswandler. Der Kappa Abwärtswandler 500 beinhaltet zum Beispiel die erste Induktivität 421, die in Reihe geschaltet ist mit dem ersten Knoten 402 oder Eingangsanschluss, welcher ein Hochspannungssignal empfängt. Die erste Induktivität 421 kann dazu beitragen, dass der Wandler einen Zustand eines kontinuierlichen Eingangsstroms beibehält, was wiederum dazu beitragen kann, eine Eingangssignalwelligkeit zu verringern. In einem Beispiel kann die erste Induktivität 421 dazu beitragen, EMI Rauschen zu mindern, das auf einen Bus eingebracht wird, der mit dem ersten Knoten 402 assoziiert oder mit diesem gekoppelt ist, wie etwa indem der erste Knoten 402 von den Schaltern in dem Wandler isoliert wird. In einem Beispiel kann die erste Induktivität 421 dazu beitragen, die Anforderungen an Eingangsfilter, wie etwa Eingangskondensatoren, die in anderen Abwärtswandlertopologien verwendet werden können, abzuschwächen.
  • Der Kappa Abwärtswandler 500 kann beinhalten, dass die zweite Induktivität 422 an den Referenzknoten 401 gekoppelt ist. In dem Beispiel von 5 ist somit jeder von dem ersten und dem zweiten Schalter 411 und 412 von dem Referenzknoten 401 oder Masse isoliert oder entkoppelt. Diese Konfiguration kann dabei helfen, Masserauschen zu verringern, und kann dabei helfen, AC Masseschwankungen zu reduzieren, die in herkömmlichen schaltenden Abwärtswandlern auftreten können. Weiterhin kann die Funktion des Kappa Abwärtswandlers 500 im Wesentlichen immun gegenüber Eingangs- oder Masseinduktivitäten sein, und daher kann der Wandler Anwendungen mit langen Versorgungs- oder Masseleitern unterstützen.
  • Kappa Wandler verwendet als Aufwärtswandler Beispiel
  • 6 zeigt allgemein ein Beispiel eines Kappa Aufwärtswandlers 600. Der Kappa Aufwärtswandler 600 kann den Kappa Wandler 400 beinhalten oder verwenden zur Hochsetz-Spannungsregulierung. Der Kappa Aufwärtswandler 600 ist zum Beispiel konfiguriert, ein Niederspannungseingangssignal VLV an dem zweiten Knoten 408 zu empfangen, und ein hochgesetztes Ausgangssignal VHV höherer Spannung an dem ersten Knoten 402 bereitzustellen. In dem Beispiel von 6 kann der Kappa Aufwärtswandler 600 einen Ausgangskondensator 462 beinhalten, der an den ersten Knoten 402 gekoppelt ist. Eine Kontinuität des Stroms an dem ersten Knoten 402 und eine Größe der Spannung des Ausgangssignals VHV an dem ersten Knoten 402 können eine Funktion des Tastverhältnisses des ersten und des zweiten Schalters 411 und 412 sein.
  • In dem Beispiel von 6 kann eine Spannung über den fliegenden Kondensator 431 auf VHV balanciert werden, entsprechend dem Eingangssignal an dem zweiten Knoten 408. Über einen ersten Teil eines ganzen Schaltzyklus kann ein erstes Stromsignal von dem zweiten Knoten 408 durch den ersten Schalter 411, durch die erste Induktivität 421 und zu dem ersten Knoten 402 fließen, und über einen nachfolgenden zweiten Teil des ganzen Schaltzyklus kann ein zweites Stromsignal von dem zweiten Knoten 408 durch den ersten Schalter 411, durch den fliegenden Kondensator 431, durch die zweite Induktivität 422 und zu dem Referenzknoten 401 fließen. Wenn der erste Schalter 411 angeschaltet ist, und mit einer Spannung von (VHV - VLV) über der ersten Induktivität 421, kann ein Strom von der ersten Induktivität 421 fließen kann abfallen. Wenn der zweite Schalter 412 angeschaltet ist, ist der Knoten 407 (VLV - VHV), und ein Strom in der zweiten Induktivität 422 fällt ab.
  • In einem Beispiel, wenn der zweite Schalter 412 angeschaltet wird, wie etwa wenn SBK High ist, dann kann ein Strom durch die zweite Induktivität 422 ansteigen, basierend auf dem Spannungssignal über der zweiten Induktivität 422. In dem Beispiel von 6 kann der zweite Schalter 412 an sein, wenn der erste Schalter 411 aus ist, und die Spannung über die zweite Induktivität 422 kann ansteigen bis zu einer Spannung, die etwa VLV ist, über einen ersten Teil eines Tastverhältnisses bzw. Arbeitszyklus D. Während eines zweiten Teils des Arbeitszyklus kann der zweite Schalter 412 aus sein, wenn der erste Schalter 411 an ist, und die Spannung an dem ersten Schaltknoten 405 kann VLV sein. Dementsprechend kann eine Spannung über der ersten Induktivität 421 etwa VLV - VHV sein. Anders gesagt kann die Änderung des Stroms durch die zweite Induktivität 422 ausgedrückt werden als D * VLV / LB über den ersten Teil des Arbeitszyklus, und kann ausgedrückt werden als (1 - D) * (VHV - VLV) / LB über den zweiten Teil des Arbeitszyklus. Mit Gleichsetzen der zwei Ausdrücke und Umordnen der Terme ist die Beziehung zwischen dem Spannungseingangssignal VLV und dem Spannungsausgangssignal VHV gegeben als VHV = VLV / (1 - D). Dies ist der Spannungswandlungsausdruck für einen herkömmlichen Aufwärtswandler, und die Beziehung ist unabhängig von der Induktivität.
  • In einem Beispiel kann ein herkömmlicher Aufwärtswandler, wie beispielsweise der Aufwärtswandler 300 aus dem Beispiel von 3, eine Nullstelle in der rechten Halbebene aufweisen, welche die Bandbreite des Wandlers begrenzt und das Einschwingverhalten beeinträchtigt. Eine Nullstelle in der rechten Halbebene kann hervorgerufen werden, wenn die Induktivität von der Wandlerlast entkoppelt oder von dieser getrennt wird. Wenn dies auftritt, kann die Wandlerausgangsspannung abfallen und ein Stellsignal kann ausgegeben werden, um zu versuchen, den Ausgang zu korrigieren. Nach dem Ablauf einer Zeitkonstante, die mit der Nullstelle in der rechten Halbebene assoziiert ist, kann der Ausgang beginnen, gemäß dem Steuer- und/oder Regelsignal wieder anzusteigen. Das heißt, wegen einer Nullstelle in der rechten Halbebene mag ein herkömmlicher Aufwärtswandler langsam auf Steuer- und/oder Regelsignaländerungen reagieren.
  • Der Kappa Aufwärtswandler 600 beinhaltet jedoch keine Konfiguration, welche empfänglich für das Problem einer Nullstelle in der rechten Halbebene sein kann. Das heißt, der Kappa Wandler 600 kann ein verbessertes Einschwingverhalten bieten im Vergleich zu einem herkömmlichen Aufwärtswandler, weil ein Strom in der ersten Induktivität 421 über einen ganzen Schaltzyklus hinweg kontinuierlich sein kann. Das heißt, in dem Kappa Aufwärtswandler 600 kann die erste Induktivität 421 über den ganzen Schaltzyklus hinweg an die Last gekoppelt sein. Dementsprechend kann der Kappa Aufwärtswandler 600 eine relativ große Bandbreite und schnelles Einschwingverhalten aufweisen im Vergleich zu einer herkömmlichen Aufwärtsschaltung.
  • Kappa Wandler verwendet als Aufwärts-/Abwärtswandler
  • 7 zeigt allgemein ein Beispiel eines Kappa Aufwärts-/Abwärtswandlers 700. Der Kappa Aufwärts-/Abwärtswandler 700 kann den Kappa Wandler 400 beinhalten oder verwenden zur Hochsetz- oder Herabsetz-Spannungsregulierung. In dem Beispiel von 7 ist der Kappa Aufwärts-/Abwärtswandler 700 konfiguriert, ein Eingangssignal VIN an dem zweiten Knoten 408 zu empfangen. Der Kappa Aufwärts-/Abwärtswandler 700 beinhaltet einen Ausgangskondensator 472, der zwischen dem ersten Knoten 402 und dem zweiten Knoten 408 gekoppelt ist, und ein Ausgangssignal VOUT kann über die Anschlüsse des Ausgangskondensators 472 bereitgestellt werden. In einem Beispiel kann eine Lastschaltung 475 parallel zum Ausgangskondensator 472 geschaltet sein.
  • In dem Beispiel von 7 kann der fliegende Kondensator 431 auf ein Ausgangsspannungssignal VOUT geladen werden. Wenn der zweite Schalter 412 angeschaltet wird, wie etwa wenn SBK High ist, dann kann ein Strom durch die erste Induktivität 421 ansteigen, basierend auf dem Spannungssignal über der ersten Induktivität 421. In dem Beispiel von 7 kann der erste Schalter 411 aus sein, wenn der zweite Schalter 412 an ist, und die Spannung über der ersten Induktivität 421 kann ansteigen auf eine Spannung von ungefähr VIN über einen ersten Teil eines Tastverhältnisses bzw. Arbeitszyklus D. Während eines zweiten Teils des Tastverhältnisses bzw. Arbeitszyklus kann der erste Schalter 411 an sein, wenn der zweite Schalter 412 aus ist, und die Spannung über der ersten Induktivität 421 kann - VOUT sein. Anders gesagt kann ein Strom in der ersten Induktivität 421 über den ersten Teil des Arbeitszyklus bzw. Tastverhältnisses ausgedrückt werden als D * VIN / LT, und der Strom in der ersten Induktivität 421 über den zweiten Teil des Tastverhältnisses kann ausgedrückt werden als (-VOUT / LT) (D - 1). Ein Spannungswandlungsausdruck für den Kappa Aufwärts-/Abwärtswandler 700 kann hergeleitet werden durch Gleichsetzen dieser Ausdrücke für den Strom in der ersten Induktivität 421. Beispielsweise VOUT = VIN * (D / (1 - D)). Dies ist der Spannungswandlungsausdruck für einen herkömmlichen Aufwärts-/Abwärtswandler, und die Beziehung ist unabhängig von der Induktivität.
  • 8 zeigt allgemein ein Beispiel einer LED Treiberschaltung 800, welche mehrere unterschiedliche Wandler beinhalten oder verwenden kann. Beispielsweise kann die LED Treiberschaltung 800 eine Hochsetzstufe 801 beinhalten, die konfiguriert ist, einen Eingang VIN zu empfangen und einen hochgesetzten Ausgang, wie etwa bei 48V, an einen Versorgungsbus bereitzustellen. Der Versorgungsbus an eine oder an mehrere parallele Lasten oder Schaltungszweige gekoppelt sein, welche eine Leistungsregulierung für verschiedene LED Vorrichtungen bereitstellen können. Der Versorgungsbus kann beispielsweise an einen ersten Abwärtswandler 811 gekoppelt sein, der konfiguriert ist, die Busspannung auf einen spezifizierten Wert herunterzusetzen für eine oder mehrere LEDs in einem ersten Zweig, wie beispielsweise D1 und D2 in dem Beispiel von 8. Der Versorgungsbus kann an einen zweiten Abwärtswandler 812 gekoppelt sein, der konfiguriert ist, die Busspannung auf einen spezifizierten Wert herunterzusetzen für eine oder mehrere LEDs in einem zweiten Zweig, wie beispielsweise D3 und D4. Die verschiedenen Zweige von LEDs können unterschiedliche Anzahlen oder Typen von LEDs aufweisen, welche beispielsweise unterschiedliche Spannungs- oder Stromanforderungen aufweisen können. Das Beispiel von 8 beinhaltet zwei Zweige, es können jedoch weitere oder weniger Zweige verwendet werden, wie beispielsweise mit demselben Versorgungsbus.
  • Die LED Treiberschaltung 800 kann konfiguriert sein, eine oder mehrere Steuer- und/oder Regeleinheiten zu beinhalten oder zu verwenden, um Steuer- und/oder Regelsignale an die Schalter in der Hochsetzstufe 801, die Schalter in dem ersten Abwärtswandler 811, die Schalter in dem zweiten Abwärtswandler 812 und/oder Schalter in einer oder mehreren Stufen oder Wandlern, die an den Versorgungsbus gekoppelt sein können, bereitzustellen. Die LED Treiberschaltung 800 kann daher Herausforderungen in der Implementierung darstellen, welche teilweise in den unterschiedlichen Steuer- und/oder Regelschemata gründen, welche von den verschiedenen unterschiedlichen Wandlern verwendet werden. Wenn zum Beispiel eine gemeinsame Steuer- und/oder Regeleinheit für die LED Treiberschaltung 800 verwendet wird, dann wird die gemeinsame Steuer- und/oder Regeleinheit Steuer- und/oder Regelsignale für sowohl Abwärts- als auch Aufwärtswandlerschaltungen erzeugen, und kann Feedbackinformation von mehreren unterschiedlichen Teilen der Schaltung verwenden.
  • 9A zeigt allgemein ein erstes Beispiel 901 eines Kappa Hochsetz- oder Aufwärtswandlers zum Treiben einer oder mehrerer LEDs. Das erste Beispiel 901 kann im Wesentlichen ähnliche Komponenten verwenden wie der Kappa Aufwärtswandler 600 aus dem Beispiel von 6. Das erste Beispiel 901 beinhaltet eine Last, welche zwischen dem ersten Knoten 402 und dem Massereferenzknoten 401 gekoppelt ist.
  • Das erste Beispiel 901 beinhaltet einen ersten Widerstand 910, welcher in Reihe mit der ersten Induktivität 421 vorgesehen ist. Der erste Widerstand 910 ist als ein Messwiderstand konfiguriert, um Information über einen Strom zu messen, der durch die erste Induktivität 421 gezogen und an die Last bereitgestellt oder von dieser aufgenommen wird.
  • Das erste Beispiel 901 beinhaltet ein LED Gerät 975 als die Lastschaltung, welche sich mit einem dem Ausgang von VHV von dem Beispiel von 6 verbindet. Das LED Gerät 975 ist LED Vorrichtungen D5, D6 und DN beinhaltend gezeigt, aber es können auf ähnliche Weise auch weniger oder mehr Vorrichtungen verwendet werden.
  • In dem Beispiel von 9A können die LED Vorrichtungen in Reihe geschaltet sein, und die in Reihe gekoppelten LED Vorrichtungen können zwischen dem ersten Knoten 402 und dem Referenzknoten 401 gekoppelt sein. In einem Beispiel können optional verschiedene andere Schalter oder Schaltungen vorgesehen sein, um zu ermöglichen, die LED Vorrichtungen unabhängig ein oder aus zu schalten, und in einem Beispiel kann das Leistungssignal, das dem LED Gerät 975 bereitgestellt wird, durch die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 im Wesentlichen in Echtzeit angepasst werden, um sich an die LED Vorrichtungen anzupassen, die zu jedem Zeitpunkt im Einsatz sind. Indem beispielsweise ein Tastverhältnis des ersten und des zweiten Schalters 411 und 412 angepasst wird, kann das Ausgangsspannungssignal VOUT erhöht oder abgesenkt werden gemäß der oben für den Kappa Aufwärtswandler 600 hergeleiteten Übertragungsfunktion, das heißt, V OUT = V IN / ( 1 − D ) .
    Figure DE102020002462A1_0001
    In einem Beispiel kann die Spannungs- oder Strominformation von dem ersten Widerstand 910 von der Steuer- und/oder Regelschaltung 470 verwendet werden, um ein Tastverhältnis für den ersten und den zweiten Schalter 411 und 412 zu bestimmen, beispielsweise um einen konstanten oder kontinuierlichen Strom am Ausgang des Wandlers aufrecht zu erhalten. Die Steuer- und/oder Regelschaltung kann beispielsweise Messanschlüsse ISP und ISN beinhalten, die an jeweilige Seiten des ersten Widerstands 910 gekoppelt sind. Die Information von den Messanschlüssen kann von der Steuer- und/oder Regelschaltung 470 verwendet werden, um ein Strom- oder Spannungssignal zu überwachen, das dem LED Gerät 975 bereitgestellt wird.
  • Das erste Beispiel 901 weist eine relativ geringe Ausgangswelligkeit auf und kann mit relativ kleinen Ausgangskondensatoren oder -filtern verwendet werden, wie beispielsweise dem Ausgangskondensator COUT, welcher parallel zum LED Gerät 975 geschaltet ist. Das erste Beispiel 901 verwendet daher zwei Schalter, um eine Aufwärts- oder Abwärtswandlung eines Eingangssignals an dem zweiten Knoten 408 bereitzustellen, im Gegensatz zur LED Treiberschaltung 800 von dem Beispiel von 8, welche zumindest drei Schalter beinhalten oder verwenden kann.
  • 9B zeigt allgemein ein zweites Beispiel 902 eines Kappa Aufwärtswandlers zum Treiben einer oder mehrerer LEDs. Das zweite Beispiel 902 kann im Wesentlichen dieselben Komponenten wie das erste Beispiel 901 von 9A beinhalten. Anstelle jedoch wie in 9B den ersten Widerstand 910 zu beinhalten, der zwischen der ersten Induktivität 421 und dem ersten Schalter 411 gekoppelt ist, wie in 9A, beinhaltet das zweite Beispiel 902 einen zweiten Widerstand 912, der zwischen dem ersten Knoten 402 und dem LED Gerät 975 gekoppelt ist.
  • In dem Beispiel von 9B kann eine der Versorgungsschienen für die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 an den zweiten Schaltknoten 407 gekoppelt sein, und der zweite Schaltknoten 407 kann einen auf Grund des Schaltverhaltens des Wandlers variablen Signalpegel aufweisen. Das zweite Beispiel 902 kann daher einen Pegelverschieber zwischen dem zweiten Widerstand 912 und der Steuer- und/oder Regelschaltung 470 aufweisen, um die Signale, die an den Messanschlüssen ISP und ISN empfangen werden, anzupassen oder zu Puffern. Der Pegelverschieber kann beispielsweise in dem ersten Beispiel 901 von 9A ausgelassen werden, weil die Signalpegel an dem ersten und dem zweiten Schaltknoten 405 und 407 fliegen oder sich gemeinsam mit den Versorgungsschienen für die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 ändern.
  • 10 zeigt allgemein ein drittes Beispiel 1000 eines Kappa Aufwärts-/Abwärtswandlers zum Treiben einer oder mehrerer LEDs. Das dritte Beispiel 1000 kann im Wesentlichen dieselben Komponenten aufweisen wie in dem ersten Beispiel 901, wie etwa den ersten Widerstand 910 beinhalten, der in Reihe mit der ersten Induktivität 421 vorgesehen ist. Das LED Gerät 975 ist als LED Vorrichtungen D5, D6 und DN beinhaltend dargestellt, aber es können auf ähnliche Weise auch weniger oder weitere Vorrichtungen verwendet werden.
  • In dem Beispiel von 10 können die LED Vorrichtungen in dem LED Gerät 975 in Reihe angeordnet sein, und die in Reihe geschalteten LED Vorrichtungen können zwischen dem ersten Knoten 402 und dem zweiten Knoten 408 gekoppelt sein. Diese Konfiguration kann dem ersten Beispiel 901 von 9 gegenübergestellt werden, welches das LED Gerät 975 beinhaltet, das zwischen dem ersten Knoten 402 und dem Referenzknoten 401 gekoppelt ist.
  • In einem Beispiel können optional verschiedene andere Schalter oder Schaltungen vorgesehen sein, um es zu ermöglichen, die LED Vorrichtungen einzeln an oder aus zu schalten, und in einem Beispiel kann das Leistungs- oder Spannungssignal, das dem LED Gerät 975 bereitgestellt wird, von der Steuer- und/oder Regelschaltung 470 im Wesentlichen in Echtzeit angepasst werden, um sich an die LED Vorrichtungen anzupassen, die zu jedem Zeitpunkt im Einsatz sind.
  • Indem beispielsweise ein Tastverhältnis des ersten und des zweiten Schalters 411 und 412 angepasst wird, kann das Ausgangsspannungssignal VOUT erhöht oder abgesenkt werden gemäß der oben für den Kappa Aufwärtswandler 700 hergeleiteten Übertragungsfunktion, das heißt, VOUT = VIN * (D / (1 - D)).
  • In einem Beispiel kann die Spannungs- oder Strominformation von dem ersten Widerstand 910 von der Steuer- und/oder Regelschaltung 470 gemessen verwendet werden, um ein Tastverhältnis für den ersten und den zweiten Schalter 411 und 412 zu bestimmen, beispielsweise um einen konstanten oder kontinuierlichen Strom am Ausgang der Schaltung des dritten Beispiels 1000 bereitzustellen. Wie das erste Beispiel 901 weist das dritte Beispiel 1000 eine relativ geringe Ausgangswelligkeit unter Verwendung von zwei Schaltern auf, und kann mit relativ kleinen Ausgangskondensatoren oder -filtern verwendet werden.
  • Kappa Wandler Steuerung und/oder Regelung
  • In einem Beispiel kann die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 konfiguriert sein, die Operation des Kappa Abwärtswandlers 500, des Kappa Aufwärtswandlers 600 und/oder des Kappa Aufwärts-/Abwärtswandlers 700 zu steuern und/oder zu regeln. Das heißt, in einer beispielhaften Vorrichtung, kann dieselbe Steuer- und/oder Regelschaltung 470 verwendet werden, um die verschiedenen Wandlertopologien zu implementieren. Beispielsweise kann die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 konfiguriert sein, Information über Signalen an den verschiedenen Knoten der Wandlerschaltungen zu empfangen oder zu überwachen, und dann darauf zu reagieren durch Erzeugen der Steuer- und/oder Regelsignale STK und SBK für den ersten und den zweiten Schalter 411 und 412. In einem Beispiel kann einen Wandlerschaltung eine Sensorvorrichtung beinhalten, wie beispielsweise den ersten Widerstand 910, Information von dem Sensor kann von der Steuer- und/oder Regelschaltung 470 empfangen und verwendet werden, um ein Tastverhältnis für die Schaltsteuersignale zu bestimmen.
  • In einem Beispiel ist die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 konfiguriert, Information in einer Feedback-Schleife zu empfangen. Die Feedback-Schleife kann einen Ausgang des Wandlers oder einen oder mehrere Knoten oder Aspekte des Wandlers überwachen. In einem Beispiel, wenn die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 zum Betrieb mit dem Kappa Abwärtswandler 500 konfiguriert ist, kann die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 Information über das Ausgangsspannungssignal VLV an dem zweiten Knoten 408 empfangen. In einem Beispiel kann die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 eine Komparatorschaltung beinhalten oder verwenden, um das Ausgangsspannungssignal VLV mit einem spezifizierten Referenzwert oder Zielwert zu vergleichen, und die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 kann die Schaltsteuersignale basierend auf der Beziehung zwischen dem Ausgangsspannungssignal VLV und dem Referenzwert oder Zielwert anpassen. Wenn die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 zum Betrieb mit dem Kappa Aufwärtswandler 600 konfiguriert ist, kann die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 Information über das Ausgangsspannungssignal VHV an dem ersten Knoten 402 empfangen. In einem Beispiel kann die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 zum Betrieb mit dem Kappa Aufwärts-/Abwärtswandler 700 konfiguriert sein, und die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 kann Information über das Ausgangsspannungssignal VOUT an dem ersten Knoten 402 empfangen. In einem Beispiel kann die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 zum Betrieb mit dem Wandler des ersten Beispiels 901 konfiguriert sein, und die Steuer- und/oder Regelschaltung 470 kann Information von dem ersten Widerstand 910 empfangen, welche einer Stromsignalgröße in der ersten Induktivität 421 entspricht. Die Information von dem ersten Widerstand 910 kann beispielsweise Information über eine Spannung über den ersten Widerstand 910 oder über einen Strom durch den ersten Widerstand 910 beinhalten.
  • Verschiedene Bemerkungen und Beispiele
  • Diese detaillierte Beschreibung enthält Bezüge auf die beigefügten Zeichnungen, welche einen Teil der detaillierten Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen veranschaulichend spezifische Ausführungsformen, in welchen die Erfindung ausgeführt werden können. Diese Ausführungsformen sind hierin auch als „Beispiele“ bezeichnet. Derartige Beispiele können Elemente beinhalten, die zusätzlich zu den gezeigten oder beschriebenen vorgesehen sind. Die vorliegenden Erfinder erwägen jedoch auch Beispiele, in welchen nur die gezeigten oder beschriebenen Elemente vorgesehen sind. Die vorliegenden Erfinder erwägen Beispiele, welche jede beliebige Kombination oder Permutation der gezeigten oder beschriebenen Elemente (oder einen oder mehrere Aspekte davon) verwenden, entweder mit Bezug auf ein bestimmtes Beispiel (oder einen oder mehrere Aspekte davon), oder mit Bezug auf andere hierin gezeigte oder beschriebene Beispiele (oder einen oder mehrere Aspekte davon).
  • In diesem Dokument werden die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie in Patentdokumenten üblich, verwendet, um ein oder mehr als eines zu beinhalten, unabhängig von anderen Fällen oder Verwendungen von „zumindest ein“ oder „ein oder mehrere“. In diesem Dokument wird der Begriff „oder“ verwendet, um ein nicht ausschließliches oder zu bezeichnen, so dass „A oder B“ beinhaltet „A, aber nicht B“, „B, aber nicht A“ und „A und B“, solange nicht anderweitig angegeben. In diesem Dokument werden die Begriffe „beinhaltend“ und „worin“ als die einfachsprachlichen Äquivalente der jeweiligen Begriffe „umfassend“ und „wobei“ verwendet.
  • In den folgenden Ansprüchen sind die Begriffe „beinhaltend“ und „umfassend“ offen, das heißt, ein System, eine Vorrichtung, ein Gegenstand, eine Zusammensetzung, eine Formulierung oder ein Prozess, welcher zusätzlich zu denen nach einem solchen Begriff in einem Anspruch genannten weitere Elemente beinhaltet weiterhin als in den Bereich dieses Anspruchs fallend betrachtet wird. Weiter werden in den folgenden Ansprüchen die Ausdrücke „erste(r)“, „zweite(r)“, „dritte(r)“ und so weiter lediglich als Bezeichner verwendet und sind nicht dazu gedacht, numerische Anforderungen betreffend deren Objekte anzugeben.
  • Hierin beschriebene Verfahrensbeispiele können zumindest teilweise maschinen- oder computerimplementiert sein. Einige Beispiele können ein computerlesbares Medium oder maschinenlesbares Medium beinhalten, welches mit Anweisungen kodiert ist, die eingerichtet sind, eine elektronische Vorrichtung zu konfigurieren, um Verfahren wie in den obigen Beispielen beschrieben auszuführen. Eine Implementierung derartiger Verfahren kann Code b einhalten, wie Microcode, Assemblersprachencode, einen höhersprachigen Code oder ähnliches. Ein solcher Code kann computerlesbare Anweisungen zum Ausführen verschiedener Methoden beinhalten. Der Code kann Teile von Computerprogrammprodukten bilden. Weiter kann in einem Beispiel der Code greifbar auf einem oder auf mehreren volatilen, nichttransitorischen oder nicht volatilen, greifbaren computerlesbaren Medien gespeichert sein, wie etwa während der Ausführung oder zu anderen Zeiten. Beispiele dieser greifbaren computerlesbaren Medien können, ohne hierauf beschränkt zu sein, Festplatten, entfernbare Magnetplatten, entfernbare optische Platten (beispielsweise CDs oder DVDs), Magnetkassetten, Speicherkarten oder Speichersticks, Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAMs), Nur-Lese-Speicher (ROMs) und ähnliches beinhalten.
  • Die obige Beschreibung ist zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung gedacht. So können beispielsweise die oben beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Andere Ausführungsformen können verwendet werden, wie sie einem Fachmann ersichtlich sein werden nach Lektüre der obigen Beschreibung. Die Zusammenfassung wird bereitgestellt, um den Anforderungen der US Vorschrift 37 C.F.R. §1.72(b) genüge zu tun, um es dem Leser zu erlauben, auf rasche Weise die Natur der technischen Offenbarung zu Bestimmen. Sie wird mit dem Verständnis vorgelegt, dass sie nicht dazu verwendet wird, den Bereich oder die Bedeutung der Ansprüche zu interpretieren oder zu beschränken. Auch können in der obigen detaillierten Beschreibung verschiedene Merkmale zusammengruppiert sein, um die Offenbarung zu straffen. Dies soll nicht so verstanden werden, zu bedeuten, dass ein nicht beanspruchtes, offenbartes Merkmal für irgendeinen Anspruch wesentlich wäre. Vielmehr mag der erfinderische Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer offenbarten Ausführungsform liegen. Die nachfolgenden Ansprüche sind somit hierdurch als Beispiele oder Ausführungsformen in die detaillierte Beschreibung mit aufgenommen, wobei jeder Anspruch eine eigenständige Ausführungsform bildet, und es ist erwogen, dass diese Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen oder Permutationen miteinander kombiniert werden können. Der Bereich der Erfindung soll mit Bezug auf die beigefügten Ansprüche bestimmt werden, zusammen mit dem vollen Bereich von Äquivalenten, der den Ansprüchen gebührt.

Claims (13)

  1. Bidirektionales schaltendes Leistungswandlersystem, welches in einem ersten Modus betreibbar ist, in welchem ein Leistungssignal in einem Leistungssignalpfad von einem ersten Knoten zu einem zweiten Knoten fließt, um ein herabgesetztes Leistungssignal an dem zweiten Knoten bereitzustellen, und das Leistungswandlersystem in einem zweiten Modus betreibbar ist, in welchem ein anderes Leistungssignal in dem Leistungssignalpfad von dem zweiten Knoten zu dem ersten Knoten fließt, um ein hochgesetztes Leistungssignal an dem ersten Knoten bereitzustellen, wobei das Leistungswandlersystem umfasst: eine Schaltschaltung, die an den zweiten Knoten gekoppelt ist; einen Kondensator, der parallel zur Schaltschaltung vorgesehen ist; eine erste Induktivität, die zwischen einem ersten Anschluss des Kondensators und dem ersten Knoten gekoppelt ist; und eine zweite Induktivität, die zwischen einem zweiten Anschluss des Kondensators und einem Referenzknoten gekoppelt ist.
  2. Leistungswandlersystem nach Anspruch 1, wobei die Schaltschaltung beinhaltet: einen ersten Schalter in einem Signalpfad zwischen dem ersten Anschluss des Kondensators und dem zweiten Knoten; und einen zweiten Schalter in einem Signalpfad zwischen dem zweiten Anschluss des Kondensators und dem zweiten Knoten.
  3. Leistungswandlersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das System in dem ersten Modus als ein einphasiger Abwärtswandler konfiguriert ist, welcher konfiguriert ist, ein Eingangssignal höherer Spannung an dem ersten Knoten zu empfangen und ein Ausgangssignal niedrigerer Spannung an dem zweiten Knoten bereitzustellen; und/oder wobei das System in dem zweiten Modus als ein einphasiger Aufwärtswandler konfiguriert ist, welcher konfiguriert ist, ein Eingangssignal niedrigerer Spannung an dem zweiten Knoten zu empfangen und ein Ausgangssignal höherer Spannung an dem ersten Knoten bereitzustellen.
  4. Leistungswandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter umfassend eine Steuer- und/oder Regelschaltung, die konfiguriert ist, Schaltsteuersignale an jeweilige Schalter in der Schaltschaltung bereitzustellen, um das Wandlersystem zu konfigurieren, in dem ersten Modus oder in dem zweiten Modus zu arbeiten.
  5. Leistungswandlersystem nach Anspruch 4, wobei die Steuer- und/oder Regelschaltung konfiguriert ist, ein Leistungsversorgungssignal von einem Versorgungsknoten zu empfangen, wobei der Versorgungsknoten an den ersten Anschluss des Kondensators gekoppelt ist; und/oder wobei die Steuer- und/oder Regelschaltung Betriebsleistung von einem Knoten in dem Leistungssignalpfad empfängt; und optional wobei der Kondensator ein fliegender Kondensator ist und die Steuer- und/oder Regelschaltung Leistung von dem ersten und dem anderen, zweiten Anschluss des fliegenden Kondensators empfängt.
  6. Leistungswandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter umfassend einen Ausgangskondensator, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten gekoppelt ist, und wobei das System in einem Aufwärts-/Abwärts-Modus betreibbar ist, um ein kontinuierliches Ausgangssignal über den Ausgangskondensator bereitzustellen.
  7. Leistungswandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dem ersten Modus ein Ausgangssignal an dem zweiten Knoten dieselbe Polarität aufweist wie dessen entsprechendes Eingangssignal an dem ersten Knoten, und wobei in dem zweiten Modus ein Ausgangssignal an dem ersten Knoten dieselbe Polarität aufweist wie dessen entsprechendes Eingangssignal an dem zweiten Knoten; und/oder wobei in dem ersten Modus das System konfiguriert ist, ein kontinuierliches Ausgangssignal an dem zweiten Knoten bereitzustellen, und wobei in dem zweiten Modus das System konfiguriert ist, ein kontinuierliches Ausgangssignal an dem ersten Knoten bereitzustellen.
  8. Verpacktes, transformatorloses, schaltendes Leistungswandlersystem, welches in Abwärts-, Aufwärts- und/oder Aufwärts-/Abwärtswandlermodi betreibbar ist, wobei das System umfasst: einen ersten Anschluss mit doppeltem Verwendungszweck, welcher konfiguriert ist zum (a) in einem Abwärtswandlermodus, Empfangen eines ersten Eingangssignals hoher Spannung, oder (b) in einem Aufwärtswandlermodus, Bereitstellen eines im Vergleich zu einem zweiten Eingangssignal niedriger Spannung hochgesetzten Ausgangssignals; einen zweiten Anschluss mit doppeltem Verwendungszweck, welcher konfiguriert ist zum (a) in dem Abwärtswandlermodus, Bereitstellen eines im Vergleich zu dem ersten Eingangssignal hoher Spannung herabgesetzten Ausgangssignals, oder (b) in dem Aufwärtswandlermodus, Empfangen des zweiten Eingangssignals niedriger Spannung; einen ersten Schalter, welcher an den zweiten Anschluss mit doppeltem Verwendungszweck gekoppelt und konfiguriert ist, selektiv Signale zu oder von dem ersten Anschluss mit doppeltem Verwendungszweck zu leiten; und einen zweiten Schalter, welcher an den zweiten Anschluss mit doppeltem Verwendungszweck gekoppelt und konfiguriert ist, selektiv Signale zu einem Referenzknoten zu leiten.
  9. System nach Anspruch 8, weiter umfassend: einen Steuer- und/oder Regelsignaleingang; und eine Steuer- und/oder Regelschaltung, welche konfiguriert ist, ein Steuer- und/oder Regelsignal von dem Steuer- und/oder Regelsignaleingang zu empfangen und in Antwort darauf den ersten Schalter und den zweiten Schalter anzusteuern, um das System in einem von den Abwärts-, Aufwärts- und/oder Aufwärts-/Abwärtswandlermodi zu betreiben.
  10. System nach Anspruch 8 oder 9, weiter umfassend: eine erste Induktivität, welche zwischen dem ersten Anschluss mit doppeltem Verwendungszweck und dem ersten Schalter gekoppelt ist; und eine zweite Induktivität, welche zwischen dem zweiten Schalter und dem Referenzknoten gekoppelt ist.
  11. System nach Anspruch 10, weiter umfassend einen Kondensator, welcher zwischen der ersten und der zweiten Induktivität gekoppelt ist; und/oder wobei in dem Abwärtswandlermodus der zweite Anschluss konfiguriert ist, ein kontinuierliches und bezüglich des ersten Eingangssignals hoher Spannung nicht invertiertes Ausgangsstromsignal bereitzustellen, und wobei in dem Aufwärtswandlermodus der erste Anschluss konfiguriert ist, ein kontinuierliches und bezüglich des zweiten Eingangssignals niedriger Spannung nicht invertiertes Ausgangsstromsignal bereitzustellen; und/oder wobei das System weiter umfasst: einen Messwiderstand, welcher an den ersten Anschluss angeschlossen ist; und eine oder mehrere LED Vorrichtungen, welche zwischen dem Messwiderstand und dem zweiten Anschluss gekoppelt sind; wobei die Steuer- und/oder Regelschaltung konfiguriert ist, Information über ein Stromsignal in dem Widerstand zu empfangen und in Antwort den ersten und den zweiten Schalter so anzusteuern, ein im Wesentlichen kontinuierliches Leistungssignal an die eine oder die mehreren LED Vorrichtungen an dem ersten Anschluss bereitzustellen.
  12. Verfahren zum Hochsetzen oder Heruntersetzen eines Leistungssignals unter Verwendung eines Wandlersystems, welches einen ersten Knoten mit doppeltem Verwendungszweck umfasst, einen zweiten Knoten mit doppeltem Verwendungszweck, eine Schaltschaltung, welche einen ersten und einen zweiten Schalter beinhaltet, einen Kondensator, welcher parallel zur Schaltschaltung vorgesehen ist, eine erste Induktivität, welche zwischen einem ersten Anschluss des Kondensators und dem ersten Knoten gekoppelt ist, und eine zweite Induktivität, welche zwischen einem zweiten Anschluss des Kondensators und einem Referenzknoten gekoppelt ist, wobei das Verfahren umfasst: in einem Abwärtsmodus, Steuern des ersten Schalters in einem ersten Leistungssignalpfad, um einen Betrag eines ersten Leistungssignals, das von der ersten Induktivität zum zweiten Knoten fließt, zu ändern, und Steuern des zweiten Schalters in einem Nebenschlusspfad, um einen Betrag des Leistungssignals zu ändern, das von einem Referenzknoten zu dem zweiten Knoten fließt; und in einem Aufwärtsmodus, Steuern des ersten Schalters in dem ersten Leistungssignalpfad, um einen Betrag eines Leistungssignals zu ändern, das von dem zweiten Knoten zu der ersten Induktivität fließt, und Steuern des zweiten Schalters, um einen Betrag des Leistungssignals zu ändern, das von dem Referenzknoten zu dem ersten Knoten fließt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, weiter umfassend, in dem Aufwärtsmodus, Messen einer Größe eines Stromsignals, das durch die erste Induktivität an eine Lastschaltung bereitgestellt wird, und basierend auf der gemessenen Größe, Verwenden einer Steuer- und/oder Regelschaltung, um ein Tastverhältnis des ersten und des zweiten Schalters zu modulieren, um ein im Wesentlichen kontinuierliches Treibersignal an die Lastschaltung bereitzustellen; und/oder Bereitstellen eines im Wesentlichen kontinuierlichen, von Null verschiedenen Treibersignals von der ersten Induktivität an eine Lastschaltung.
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