DE102020200927A1

DE102020200927A1 - Hybrid-Mehrpegel-Leistungsumsetzer mit lnduktor zwischen Stufen

Info

Publication number: DE102020200927A1
Application number: DE102020200927.9A
Authority: DE
Inventors: Francesco Cannillo; Holger Petersen
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date: 2020-01-27
Filing date: 2020-01-27
Publication date: 2021-07-29
Also published as: US20230041093A1; US20210234462A1; US11515793B2

Abstract

Das vorliegende Dokument bezieht sich auf einen Leistungsumsetzer mit einem Induktor, einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe. Die erste Stufe kann zwischen einen Eingang des Leistungsumsetzers und den Induktor gekoppelt sein und die erste Stufe kann einen ersten fliegenden Kondensator umfassen. Die zweite Stufe kann zwischen den Induktor und einen Ausgang des Leistungsumsetzers gekoppelt sein und die zweite Stufe kann einen zweiten fliegenden Kondensator umfassen. Ein zweiter Anschluss des ersten fliegenden Kondensators kann mit einem ersten Anschluss des Induktors verbunden sein und ein erster Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators kann mit einem zweiten Anschluss des Induktors verbunden sein.

Description

Technisches Gebiet
Das vorliegende Dokument bezieht sich auf Leistungsumsetzer. Insbesondere bezieht sich das vorliegende Dokument auf Hybrid-Mehrpegel-Leistungsumsetzer mit verbesserter Effizienz.
Hintergrund
Es besteht ein zunehmender Bedarf an regulierten Leistungsumsetzern mit hoher Effizienz in mehreren Marktsegmenten wie z. B. Halbleiterlaufwerken (SSDs), einer Rechenvorrichtung, Aufladungsvorrichtungen oder tragbaren integrierten Leistungsmanagementschaltungen (PMICs). Insbesondere ist es sehr erwünscht, Leistungsumsetzer mit höherer Effizienz und kleinerer Fläche als herkömmliche Tiefsetzumsetzer zu entwerfen.
Innerhalb dieses Dokuments werden Hybrid-Mehrpegel-Leistungsumsetzer vorgeschlagen. Dabei gibt der Begriff „Mehrpegel“ an, dass der Leistungsumsetzer einen Induktor umfasst und dass der Leistungsumsetzer in der Lage ist, mehr als zwei verschiedene Spannungen über diesen Induktor anzulegen. Überdies betrifft das vorliegende Dokument „Hybrid“-Leistungsumsetzer, d. h. Leistungsumsetzer mit sowohl fliegenden Kondensatoren als auch Induktoren. Im Hinblick auf die Gesamtfläche des Leistungsumsetzers sind die Größen der erforderlichen Induktoren und fliegenden Kondensatoren wichtige Entwurfsparameter. Folglich ist es wichtig, die Größen der letzteren Schaltungselemente zu verringern.
Überdies besteht ein Bedarf an Leistungsumsetzern, die eine Leistungsumsetzung mit einem kleinen Umsetzungsverhältnis V_OUT/V_IN von Eingangs- zu Ausgangsspannung durchführen, insbesondere wenn V_OUT/V_IN < 1/4. Als weiteres Ziel ist es für die Umsetzereffizienz vorteilhaft, die Spannung über dem Induktor während des Betriebs des Leistungsumsetzers zu begrenzen.
Das vorliegende Dokument geht die vorstehend erwähnten technischen Probleme an.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt wird ein Tiefsetzleistungsumsetzer vorgestellt. Der Tiefsetzleistungsumsetzer kann einen Induktor, eine erste Stufe und eine zweite Stufe umfassen. Die erste Stufe kann zwischen einen Eingang des Tiefsetzleistungsumsetzers und den Induktor gekoppelt sein und die erste Stufe kann einen ersten fliegenden Kondensator umfassen. Die zweite Stufe kann zwischen den Induktor und einen Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers gekoppelt sein und die zweite Stufe kann einen zweiten fliegenden Kondensator umfassen.
Der Tiefsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, eine Ausgangsspannung am Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers zu regulieren, die kleiner ist als eine Eingangsspannung am Eingang des Tiefsetzleistungsumsetzers. Dazu kann der Tiefsetzleistungsumsetzer mehrere Schaltelemente zum Steuern der Ströme, die durch die Komponenten des Tiefsetzleistungsumsetzers fließen, umfassen. Ferner kann der Tiefsetzleistungsumsetzer eine Rückkopplungsschleife zum Vergleichen der Ausgangsspannung (oder eines Ausgangsstroms) mit einem Referenzwert und Erzeugen von jeweiligen Steuersignalen zum Steuern der mehreren Schaltelemente umfassen.
Im Allgemeinen können der erste und der zweite fliegende Kondensator passive elektronische Komponenten sein, die in der Lage sind, elektrische Energie in einem elektrischen Feld zu speichern. Die Kondensatoren können verschiedene Kapazitäten aufweisen oder können dieselbe Kapazität aufweisen. Jeder Kondensator kann einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss umfassen. Der Begriff „fliegend“ kann von der Tatsache stammen, dass ein Anschluss des Kondensators während des Umsetzerbetriebs mit verschiedenen Referenzspannungen verbunden wird. Das ist so, als ob der geladene Kondensator von einer Spannung zur anderen fliegt.
Ein zweiter Anschluss des ersten fliegenden Kondensators kann mit einem ersten Anschluss des Induktors verbunden sein und ein erster Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators kann mit einem zweiten Anschluss des Induktors verbunden sein. Mit anderen Worten, der erste fliegende Kondensator, der Induktor und der zweite fliegende Kondensator können eine Reihenschaltung zwischen dem Eingang des Tiefsetzleistungsumsetzers und dem Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers bilden.
Die erste Stufe kann einen Speicherkondensator umfassen und der Tiefsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, abwechselnd einen ersten Anschluss des Speicherkondensators mit dem zweiten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators (der mit dem Induktor verbunden sein kann) oder mit einem ersten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators zu koppeln. Da ein zweiter Anschluss des Speicherkondensators mit einem Referenzpotential (wie z. B. Masse) verbunden sein kann, kann der Speicherkondensator einen durch den Induktor fließenden Strom im ersten Fall entladen und zu diesem beitragen, wohingegen der erste fliegende Kondensator im zweiten Fall den Speicherkondensator aufladen kann.
Die erste Stufe kann ein erstes Schaltelement umfassen, das zwischen den Eingang des Tiefsetzleistungsumsetzers und den ersten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators gekoppelt ist. Die erste Stufe kann ein zweites Schaltelement umfassen, das zwischen den ersten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators und einen Zwischenknoten gekoppelt ist. Die erste Stufe kann ein drittes Schaltelement umfassen, das zwischen den Zwischenknoten und den zweiten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators gekoppelt ist. Die erste Stufe kann ein viertes Schaltelement umfassen, das zwischen den zweiten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators und ein Referenzpotential gekoppelt ist. Der Speicherkondensator kann zwischen den Zwischenknoten und das Referenzpotential gekoppelt sein. Insbesondere kann der erste Anschluss des Speicherkondensators mit dem Zwischenknoten verbunden sein und der zweite Anschluss des Speicherkondensators kann mit dem Referenzpotential verbunden sein.
In diesem gesamten Dokument ist der Begriff „Referenzpotential“ in seiner breitestmöglichen Hinsicht gemeint. Insbesondere ist das Referenzpotential nicht auf Masse, d. h. ein Referenzpotential mit einer direkten physikalischen Verbindung zur Erde, begrenzt. Vielmehr kann sich der Begriff „Referenzpotential“ auf irgendeinen Referenzpunkt beziehen, zu dem und von dem elektrische Ströme fließen können oder von dem Spannungen gemessen werden können. Überdies sollte erwähnt werden, dass die in diesem Dokument erwähnten Referenzpotentiale sich nicht notwendigerweise auf denselben physikalischen Kontakt beziehen können. Stattdessen können sich die in diesem Dokument erwähnten Referenzpotentiale auf verschiedene physikalische Kontakte beziehen, obwohl manchmal auf „das“ Referenzpotential für eine leichte Darstellung Bezug genommen wird.
Jedes Schaltelement kann mit irgendeiner geeigneten Vorrichtung implementiert werden, wie beispielsweise einem Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), einem MOS-gesteuerten Thyristor oder anderen geeigneten Leistungsvorrichtungen. Jedes Schaltelement kann ein Gate aufweisen, an das eine Ansteuerspannung oder ein Steuersignal angelegt werden kann, um das jeweilige Schaltelement einzuschalten (d. h. das Schaltelement zu schließen) oder das jeweilige Schaltelement auszuschalten (d. h. das Schaltelement zu öffnen).
Die zweite Stufe kann ein fünftes Schaltelement umfassen, das zwischen den ersten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators und den Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers gekoppelt ist. Die zweite Stufe kann ein sechstes Schaltelement umfassen, das zwischen den Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers und einen zweiten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators gekoppelt ist. Die zweite Stufe kann ein siebtes Schaltelement umfassen, das zwischen den zweiten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators und ein Referenzpotential gekoppelt ist.
Der Tiefsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, in einem Magnetisierungszustand einen ersten Magnetisierungsstrompfad vom Eingang des Tiefsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator, über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers herzustellen. Der Tiefsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, im Magnetisierungszustand einen zweiten Magnetisierungsstrompfad vom Speicherkondensator über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers herzustellen. Für diesen Zweck kann der Tiefsetzleistungsumsetzer dazu konfiguriert sein, im Magnetisierungszustand das erste Schaltelement, das dritte Schaltelement und das sechste Schaltelement zu schließen und die restlichen Schaltelemente zu öffnen.
Der Tiefsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, in einem Entmagnetisierungszustand einen Entmagnetisierungsstrompfad von einem Referenzpotential über den Induktor zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers herzustellen. Der Tiefsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, im Entmagnetisierungszustand einen ersten Strompfad von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den Speicherkondensator zum Referenzpotential und einen zweiten Strompfad vom Referenzpotential über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers herzustellen. Für diesen Zweck kann der Tiefsetzleistungsumsetzer dazu konfiguriert sein, im Entmagnetisierungszustand das zweite Schaltelement, das vierte Schaltelement, das fünfte Schaltelement und das siebte Schaltelement zu schließen und die restlichen Schaltelemente zu öffnen. Der Tiefsetzleistungsumsetzer kann einen Ausgangskondensator umfassen, der zwischen dem Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers und dem Referenzpotential verbunden ist.
Der Leistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, zwischen dem Magnetisierungszustand und dem Entmagnetisierungszustand umzuschalten und die Schaltelemente dementsprechend zu steuern.
Der Fachmann versteht leicht, dass das Adjektiv „Magnetisierung“ hier verwendet wird, um den Zweck des Magnetisierungszustandes bzw. Magnetisierungsstrompfades zu beschreiben. Während er sich im Magnetisierungszustand befindet, kann ein Strom entlang des Magnetisierungsstrompfades fließen und kann zunehmen, was zu einer Zunahme der magnetischen Energie, die im Induktor gespeichert ist, führt. Mit anderen Worten, der Induktor kann während des Magnetisierungszustandes als „magnetisiert“ bezeichnet werden. Analog versteht der Fachmann leicht, dass das Adjektiv „Entmagnetisierung“ hier verwendet wird, um den Zweck des Entmagnetisierungszustandes bzw. des Entmagnetisierungsstrompfades zu beschreiben. Während er sich im Entmagnetisierungszustand befindet, kann ein Strom entlang des Entmagnetisierungsstrompfades fließen und kann abnehmen, was zu einer Abnahme der im Induktor gespeicherten magnetischen Energie führt. Mit anderen Worten, der Induktor kann während des Entmagnetisierungszustandes als „entmagnetisiert“ bezeichnet werden.
Der Tiefsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, in einem alternativen Magnetisierungszustand einen ersten Magnetisierungsstrompfad vom Eingang des Tiefsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator und über den Induktor zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers herzustellen. Der Tiefsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, im alternativen Magnetisierungszustand einen zweiten Magnetisierungsstrompfad vom Speicherkondensator und über den Induktor zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers herzustellen. Der Tiefsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, im alternativen Magnetisierungszustand einen dritten Strompfad von einem Referenzpotential über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers herzustellen.
Der Tiefsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, in einem alternativen Entmagnetisierungszustand einen Entmagnetisierungsstrompfad von einem Referenzpotential über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers herzustellen. Der Tiefsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, im alternativen Entmagnetisierungszustand einen Strompfad von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den Speicherkondensator zum Referenzpotential herzustellen.
Der Leistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, zwischen dem Magnetisierungszustand, dem alternativen Magnetisierungszustand, dem Entmagnetisierungszustand und dem alternativen Entmagnetisierungszustand umzuschalten und die Schaltelemente dementsprechend zu steuern.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Hochsetzleistungsumsetzer vorgestellt. Der Hochsetzleistungsumsetzer kann einen Induktor, eine erste Stufe, die zwischen einen Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers und den Induktor gekoppelt ist, wobei die erste Stufe einen ersten fliegenden Kondensator umfasst, und eine zweite Stufe, die zwischen den Induktor und einen Ausgang des Hochsetzleistungsumsetzers gekoppelt ist, wobei die zweite Stufe einen zweiten fliegenden Kondensator umfasst, umfassen.
Der Hochsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, eine Ausgangsspannung am Ausgang des Hochsetzleistungsumsetzers zu regulieren, die größer ist als eine Eingangsspannung am Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers. Dazu kann der Hochsetzleistungsumsetzer mehrere Schaltelemente zum Steuern der Ströme, die durch die Komponenten des Hochsetzleistungsumsetzers fließen, umfassen. Ferner kann der Hochsetzleistungsumsetzer eine Rückkopplungsschleife zum Vergleichen der Ausgangsspannung (oder eines Ausgangsstroms) mit einem Referenzwert und Erzeugen von jeweiligen Steuersignalen zum Steuern der mehreren Schaltelemente umfassen.
Ein zweiter Anschluss des ersten fliegenden Kondensators kann mit einem ersten Anschluss des Induktors verbunden sein und ein erster Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators kann mit einem zweiten Anschluss des Induktors verbunden sein.
Die zweite Stufe kann ferner einen Speicherkondensator umfassen und der Hochsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, einen ersten Anschluss des Speicherkondensators abwechselnd mit dem ersten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators oder mit einem zweiten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators zu koppeln.
Die zweite Stufe kann ein erstes Schaltelement umfassen, das zwischen den Ausgang des Hochsetzleistungsumsetzers und den zweiten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators gekoppelt ist. Die zweite Stufe kann ein zweites Schaltelement umfassen, das zwischen den zweiten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators und einen Zwischenknoten gekoppelt ist. Die zweite Stufe kann ein drittes Schaltelement umfassen, das zwischen den Zwischenknoten und den ersten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators gekoppelt ist. Die zweite Stufe kann ein viertes Schaltelement umfassen, das zwischen den ersten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators und ein Referenzpotential gekoppelt ist, wobei der Speicherkondensator zwischen den Zwischenknoten und das Referenzpotential gekoppelt ist.
Die erste Stufe kann ein fünftes Schaltelement umfassen, das zwischen den zweiten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators und den Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers gekoppelt ist. Die erste Stufe kann ein sechstes Schaltelement umfassen, das zwischen den Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers und einen ersten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators gekoppelt ist. Die erste Stufe kann ein siebtes Schaltelement umfassen, das zwischen den ersten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators und ein Referenzpotential gekoppelt ist.
Der Hochsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, in einem Entmagnetisierungszustand einen ersten Entmagnetisierungsstrompfad vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator, über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Hochsetzleistungsumsetzers herzustellen. Der Hochsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, im Entmagnetisierungszustand einen zweiten Entmagnetisierungsstrompfad vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator, über den Induktor und über den Speicherkondensator zu einem Referenzpotential herzustellen.
Der Hochsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, in einem Magnetisierungszustand einen Magnetisierungsstrompfad vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers, über den Induktor zu einem Referenzpotential herzustellen. Der Hochsetzleistungsumsetzer kann ferner dazu konfiguriert sein, im Magnetisierungszustand einen ersten Strompfad von einem Referenzpotential über den Speicherkondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator zum Referenzpotential herzustellen. Der Hochsetzleistungsumsetzer kann ferner dazu konfiguriert sein, im Magnetisierungszustand einen zweiten Strompfad vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator zum Referenzpotential herzustellen.
Der Hochsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, in einem alternativen Entmagnetisierungszustand einen ersten Entmagnetisierungsstrompfad vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Hochsetzleistungsumsetzers herzustellen. Der Hochsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, im alternativen Entmagnetisierungszustand einen zweiten Entmagnetisierungsstrompfad vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den Induktor und über den Speicherkondensator zu einem Referenzpotential herzustellen. Überdies kann der Hochsetzleistungsumsetzer dazu konfiguriert sein, im alternativen Entmagnetisierungszustand einen Strompfad vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator zu einem Referenzpotential herzustellen.
Der Hochsetzleistungsumsetzer kann dazu konfiguriert sein, in einem alternativen Magnetisierungszustand einen Magnetisierungsstrompfad vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator, über den Induktor zu einem Referenzpotential herzustellen. Der Hochsetzleistungsumsetzer kann ferner dazu konfiguriert sein, im alternativen Magnetisierungszustand einen Strompfad von einem Referenzpotential über den Speicherkondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator zum Referenzpotential herzustellen.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Tiefsetzleistungsumsetzers beschrieben. Das Verfahren kann Schritte umfassen, die den Merkmalen des Tiefsetzleistungsumsetzers entsprechen, die im vorliegenden Dokument beschrieben sind. Der Tiefsetzleistungsumsetzer kann einen Induktor, eine erste Stufe mit einem ersten fliegenden Kondensator und eine zweite Stufe mit einem zweiten fliegenden Kondensator umfassen. Das Verfahren kann das Koppeln der ersten Stufe zwischen einen Eingang des Tiefsetzleistungsumsetzers und den Induktor umfassen. Das Verfahren kann das Koppeln der zweiten Stufe zwischen den Induktor und einen Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers umfassen.
Die erste Stufe kann ferner einen Speicherkondensator umfassen. Das Verfahren kann das abwechselnde Koppeln eines ersten Anschlusses des Speicherkondensators mit einem ersten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators oder mit einem zweiten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators umfassen.
Das Verfahren kann das Herstellen eines ersten Magnetisierungsstrompfades vom Eingang des Tiefsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator, über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers in einem Magnetisierungszustand umfassen. Das Verfahren kann das Herstellen eines zweiten Magnetisierungsstrompfades vom Speicherkondensator über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers im Magnetisierungszustand umfassen.
Das Verfahren kann das Herstellen eines Entmagnetisierungsstrompfades von einem Referenzpotential über den Induktor zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers in einem Entmagnetisierungszustand umfassen. Das Verfahren kann das Herstellen eines ersten Strompfades von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den Speicherkondensator zum Referenzpotential im Entmagnetisierungszustand umfassen. Das Verfahren kann das Herstellen eines zweiten Strompfades vom Referenzpotential über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers im Entmagnetisierungszustand umfassen.
Gemäß einem nochmals anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Hochsetzleistungsumsetzers vorgestellt. Das Verfahren kann Schritte umfassen, die den Merkmalen des Hochsetzleistungsumsetzers entsprechen, die im vorliegenden Dokument beschrieben sind. Der Hochsetzleistungsumsetzer kann einen Induktor, eine erste Stufe mit einem ersten fliegenden Kondensator und eine zweite Stufe mit einem zweiten fliegenden Kondensator umfassen. Das Verfahren kann das Koppeln der ersten Stufe zwischen einen Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers und den Induktor umfassen. Das Verfahren kann das Koppeln der zweiten Stufe zwischen den Induktor und einen Ausgang des Hochsetzleistungsumsetzers umfassen.
Die zweite Stufe kann ferner einen Speicherkondensator umfassen und das Verfahren kann ferner das abwechselnde Koppeln eines ersten Anschlusses des Speicherkondensators mit dem ersten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators oder mit einem zweiten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators umfassen.
Das Verfahren kann das Herstellen eines ersten Entmagnetisierungsstrompfades vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator, über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Hochsetzleistungsumsetzers in einem Entmagnetisierungszustand umfassen. Das Verfahren kann das Herstellen eines zweiten Entmagnetisierungsstrompfades vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator, über den Induktor und über den Speicherkondensator zu einem Referenzpotential im Entmagnetisierungszustand umfassen.
Das Verfahren kann das Herstellen eines Magnetisierungsstrompfades vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den Induktor zu einem Referenzpotential in einem Magnetisierungszustand umfassen. Das Verfahren kann das Herstellen eines ersten Strompfades von einem Referenzpotential über den Speicherkondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator zum Referenzpotential im Magnetisierungszustand umfassen. Das Verfahren kann das Herstellen eines zweiten Strompfades vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator zum Referenzpotential im Magnetisierungszustand umfassen.
Das Verfahren kann das Herstellen eines ersten Entmagnetisierungsstrompfades vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Hochsetzleistungsumsetzers in einem alternativen Entmagnetisierungszustand umfassen. Das Verfahren kann das Herstellen eines zweiten Entmagnetisierungsstrompfades vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den Induktor und über den Speicherkondensator zu einem Referenzpotential im alternativen Entmagnetisierungszustand umfassen. Überdies kann das Verfahren das Herstellen eines Strompfades vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator zu einem Referenzpotential im alternativen Entmagnetisierungszustand umfassen.
Das Verfahren kann das Herstellen eines Magnetisierungsstrompfades vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator, über den Induktor zu einem Referenzpotential in einem alternativen Magnetisierungszustand umfassen. Das Verfahren kann das Herstellen eines Strompfades von einem Referenzpotential über den Speicherkondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator zum Referenzpotential im alternativen Magnetisierungszustand umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software-Programm beschrieben. Das Software-Programm kann für die Ausführung auf einem Prozessor und zum Durchführen der Verfahrensschritte, die im vorliegenden Dokument umrissen sind, wenn es durch den Prozessor ausgeführt wird, ausgelegt sein.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein Software-Programm umfassen, das für die Ausführung auf einem Prozessor und zum Durchführen der Verfahrensschritte, die im vorliegenden Dokument umrissen sind, wenn es durch den Prozessor ausgeführt wird, ausgelegt sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt beschrieben. Das Computerprogrammprodukt kann Befehle zum Durchführen der Verfahrensschritte, die im vorliegenden Dokument umrissen sind, wenn es durch den Prozessor ausgeführt wird, ausgelegt sein.
Es sollte beachtet werden, dass die Verfahren und Systeme, einschließlich ihrer bevorzugten Ausführungsformen, wie im vorliegenden Dokument umrissen, eigenständig oder in Kombination mit den anderen Verfahren und Systemen, die in diesem Dokument offenbart sind, verwendet werden können. Außerdem sind die im Zusammenhang mit einem System umrissenen Merkmale auch auf ein entsprechendes Verfahren anwendbar. Ferner können alle Aspekte der Verfahren und Systeme, die im vorliegenden Dokument umrissen sind, beliebig kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im vorliegenden Dokument bezieht sich der Begriff „koppeln“ oder „gekoppelt“ auf Elemente, die miteinander in elektrischer Kommunikation stehen, ob direkt verbunden, z. B. über Drähte, oder in irgendeiner anderen Weise.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft und nicht zur Begrenzung in den Figuren der begleitenden Zeichnungen dargestellt, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf ähnliche oder identische Elemente beziehen; es zeigen:

1 einen beispielhaften Leistungsumsetzer;
2 Strompfade, wenn der beispielhafte Leistungsumsetzer in einem Tiefsetzmodus in einem Magnetisierungszustand betrieben wird;
3 Strompfade, wenn der beispielhafte Leistungsumsetzer in einem Tiefsetzmodus in einem Entmagnetisierungszustand betrieben wird;
4 eine Induktorstromwelligkeit für verschiedene Umsetzungsverhältnisse für einen herkömmlichen Tiefsetzleistungsumsetzer und für den vorgeschlagenen Mehrpegel-Hybrid-Leistungsumsetzer, der im Tiefsetzmodus betrieben wird;
5 Strompfade, wenn der beispielhafte Leistungsumsetzer in einem Tiefsetzmodus in einem alternativen Magnetisierungszustand betrieben wird;
6 Strompfade, wenn der beispielhafte Leistungsumsetzer in einem Tiefsetzmodus in einem alternativen Entmagnetisierungszustand betrieben wird;
7 Strompfade, wenn der beispielhafte Leistungsumsetzer in einem Hochsetzmodus in einem Magnetisierungszustand betrieben wird;
8 Strompfade, wenn der beispielhafte Leistungsumsetzer in einem Hochsetzmodus in einem Entmagnetisierungszustand betrieben wird;
9 Strompfade, wenn der beispielhafte Leistungsumsetzer in einem Hochsetzmodus in einem alternativen Magnetisierungszustand betrieben wird; und
10 Strompfade, wenn der beispielhafte Leistungsumsetzer in einem Hochsetzmodus in einem alternativen Entmagnetisierungszustand betrieben wird.

Ausführliche Beschreibung
1 zeigt einen beispielhaften Leistungsumsetzer 100 gemäß den Lehren des vorliegenden Dokuments. Der beispielhafte Leistungsumsetzer 100 umfasst einen Induktor 1, eine erste Stufe und eine zweite Stufe. Die erste Stufe ist zwischen einen Eingang des Leistungsumsetzers 100 und den Induktor 1 gekoppelt, ein Kondensator 2 ist mit einem ersten Anschluss des Induktors 1 verbunden und ein erster Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators 3 ist mit einem zweiten Anschluss des Induktors 1 verbunden.
Die erste Stufe des beispielhaften Leistungsumsetzers 100 umfasst ein erstes Schaltelement 11, das zwischen den Eingang des Leistungsumsetzers und den ersten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators 2 gekoppelt ist. Sie umfasst ferner ein zweites Schaltelement 12, das zwischen den ersten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators 2 und einen Zwischenknoten gekoppelt ist. Der Leistungsumsetzer 100 umfasst ferner ein drittes Schaltelement 13, das zwischen den Zwischenknoten und den zweiten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators 2 gekoppelt ist, und ein viertes Schaltelement 14, das zwischen den zweiten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators 2 und ein Referenzpotential gekoppelt ist. Ein Speicherkondensator 4 ist zwischen den Zwischenknoten und das Referenzpotential gekoppelt. Der Leistungsumsetzer 100 steuert das zweite Schaltelement 12 und das dritte Schaltelement 13, so dass ein erster Anschluss des Speicherkondensators 4 abwechselnd mit (a) dem zweiten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators 2 oder (b) mit einem ersten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators 2 gekoppelt wird. Mit anderen Worten, in der ersten Stufe werden der erste fliegende Kondensator C_F1 und der Speicherkondensator C_R abwechselnd in Reihe und parallel angeordnet und entwickeln daher eine Spannung von V_IN/2 über ihnen, wobei V_IN die Eingangsspannung am Eingang des Leistungsumsetzers 100 bezeichnet.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die zweite Stufe ein fünftes Schaltelement 15, das zwischen den ersten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators 3 und den Ausgang des Leistungsumsetzers gekoppelt ist, ein sechstes Schaltelement 16, das zwischen den Ausgang des Leistungsumsetzers und einen zweiten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators 3 gekoppelt ist, und ein siebtes Schaltelement 17, das zwischen den zweiten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators 3 und ein Referenzpotential gekoppelt ist. Überdies ist typischerweise ein Ausgangskondensator 5 zwischen dem Ausgang des Leistungsumsetzers und dem Referenzpotential verbunden. In der zweiten Stufe wird der zweite fliegende Kondensator 3 periodisch mit der Ausgangsspannung VOUT des Leistungsumsetzers verbunden, wobei daher seine mittlere Spannung bestimmt wird.
Der vorgeschlagene Leistungsumsetzer 100 kann in einer Durchlassrichtung betrieben werden, die als Tiefsetzmodus bezeichnet wird, in dem der Leistungsumsetzer 100 eine Ausgangsspannung am Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers reguliert, die kleiner ist als eine Eingangsspannung am Eingang des Tiefsetzleistungsumsetzers. Der Tiefsetzmodus ist unter Verwendung von jeweiligen Stromflüssen in 2, 3, 5 und 6 dargestellt.
Im Tiefsetzmodus kann der vorgeschlagene Leistungsumsetzer 100 mit nur zwei Zuständen ohne den Bedarf am Regulieren der Spannung seiner fliegenden Kondensatoren 2 und 3 arbeiten. Tatsächlich werden die Spannungen über den fliegenden Kondensatoren grundsätzlich durch den Leistungsumsetzerbetrieb bestimmt, wie in der folgenden Beschreibung erörtert wird. Der Leistungsumsetzer kann beispielsweise zwischen einem Magnetisierungszustand und einem Entmagnetisierungszustand umschalten.
2 zeigt Strompfade (durch jeweilige Pfeile dargestellt), wenn der beispielhafte Leistungsumsetzer in einem Tiefsetzmodus in einem Magnetisierungszustand D1 betrieben wird. Während des Magnetisierungszustandes D1 wird der Induktor magnetisiert. Die Spannung des Knotens X ist V_IN/2. Das erste 11 und das dritte 13 Schaltelement sind geschlossen und das zweite 12 und das vierte 14 Schaltelement sind offen. Das Schaltelement 16 ist geschlossen und das Schaltelement 15 und 17 sind offen. Der Knoten Y liegt auf einer Spannung 2V_OUT. Der Induktorstrom wird durch sowohl die Eingangsspannung V_IN über den fliegenden Kondensator C_F1 (auf einer Spannung von V_IN/2) als auch durch den Speicherkondensator C_R (auf V_IN/2 aufgeladen) bezogen. Der zweite fliegende Kondensator C_F2 (auf einer Spannung von V_OUT) koppelt den Knoten Y vom Ausgang des Leistungsumsetzers ab.
Mit anderen Worten, der erste fliegende Kondensator und der zweite fliegende Kondensator werden zwischen V_IN und dem Referenzpotential während D1 in Reihe und während D2 parallel angeordnet.
3 zeigt Strompfade, wenn der beispielhafte Leistungsumsetzer in einem Tiefsetzmodus in einem Entmagnetisierungszustand D2 betrieben wird. Während des Entmagnetisierungszustandes D2 wird der Induktor durch den Verbindungsknoten X auf das Referenzpotential und den Knoten Y auf VOUT entmagnetisiert. Der erste fliegende Kondensator C_F1 wird mit dem Speicherkondensator C_R parallel angeordnet, da S1 und S3 offen sind, und S2 und S4 geschlossen sind. Der zweite fliegende Kondensator C_F2 ist parallel zum Ausgangskondensator C_OUT. S5 und S7 sind geschlossen und S6 ist offen.
Der Ladungsausgleich der fliegenden und Speicherkondensatoren wird während des Umsetzerbetriebs garantiert, wenn die Kondensatoren Stromflüsse mit entgegengesetzten Richtungen während der zwei Zustände D1 und D2 erfahren. Während des Magnetisierungszustandes D1 laden sich der erste fliegende Kondensator C_F1 und der zweite fliegende Kondensator C_F2 auf, während sich der Speicherkondensator C_R entlädt. Während des Entmagnetisierungszustandes D2 entladen sich C_F1 und C_F2, während sich C_R auflädt. Die Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung wird durch Anwenden des Voltsekundenausgleichsprinzips (mit D1=D und D2=1-D) auf die Induktorspannung V_L erhalten: $\frac{V_{O U T}}{V_{I N}} = \frac{0.5 \cdot D}{1 + D} D \in [0,1]$
Das maximale theoretische Eingangs-Ausgangs-Umsetzungsverhältnis V_OUT/V_IN ist 1/4 für D=1. 4 zeigt die Induktorstromwelligkeit ΔI_L für verschiedene Umsetzungsverhältnisse für einen herkömmlichen Tiefsetzleistungsumsetzer (0< V_OUT/V_IN <1) und für den vorgeschlagenen Mehrpegel-Hybrid-Leistungsumsetzer, der im Tiefsetzmodus betrieben wird (0< V_OUT/V_IN<0,25). Aufgrund der verringerten Induktorstromwelligkeit ΔI_L werden Induktorkernverluste für 0< V_OUT/V_IN<0,25 signifikant verringert.
Da der Induktor zwischen den zwei Stufen angeordnet ist, wird der mittlere Induktorstrom um das Spannungsumsetzungsverhältnis der zweiten Stufe im Vergleich zu Topologien verringert, die den Induktor am Umsetzerausgang verwenden. Für einen gegebenen Induktor werden daher DCR-Verluste um das Quadrat des Spannungsumsetzungsverhältnisses der zweiten Stufe verringert. Der verringerte Nennstrom für den Induktor ermöglicht auch, seine physikalischen Abmessungen zu verringern.
Nun soll die Nennspannung der FETs im neuen Umsetzer untersucht werden. Vorrichtungen mit einer geringeren Nennspannung weisen typischerweise eine bessere Gütezahl (kleineren spezifischen Widerstand und kleinere Gate-Kapazität) auf. Unter stationären Bedingungen ist die Nennspannung für die Vorrichtungen des neuen Hybridumsetzers:

• V_IN/2 für S1, S2, S3, S4
• VOUT für S5, S6, S7

Die Nennspannung wird im Vergleich zu jener eines herkömmlichen Tiefsetzumsetzers (der auf V_IN bemessene Vorrichtungen erfordert) verringert.
Der Betrieb des Leistungsumsetzers kann verbessert werden, indem ermöglicht wird, dass der fliegende Kondensator der zweiten Stufe C_F2 weiter einen Teil des Laststroms bereitstellt. Dies kann durch Einführen von zwei zusätzlichen Betriebszuständen DP und DV erreicht werden. 5 zeigt Strompfade, wenn der beispielhafte Leistungsumsetzer in einem Tiefsetzmodus in einem alternativen Magnetisierungszustand DP betrieben wird. 6 zeigt Strompfade, wenn der beispielhafte Leistungsumsetzer in einem Tiefsetzmodus in einem alternativen Entmagnetisierungszustand DV betrieben wird.
Während des Zustandes DP wird C_F2 zum Ausgang auch während der Magnetisierungsphase des Induktors entladen (im Zweiphasenbetrieb von 3 und 4 ist dies auf den Entmagnetisierungszustand D2 begrenzt). Während des Zustandes DV wird die Ladung an C_F2 durch Aufladen desselben ausgeglichen. Der Ladungsausgleich wird auch für C_F1 und C_R wie im vorher beschriebenen Zweiphasenbetrieb von 3 und 4 garantiert.
Außerdem kann die Phase DP verwendet werden, um den Abfall der Ausgangsspannung zu verringern, wenn ein vorübergehender Laststrom angelegt wurde. In einer ähnlichen Weise kann die Betriebsphase DV in die Schaltsequenz eingefügt werden, um das Spannungsüberschwingen zu verringern, wenn der Laststrom plötzlich entfernt wird.
Die Dauer der Phasen DP und DV kann in einer Weise gewählt werden, die die Verluste (nicht adiabatisch und Leitung) aufgrund des Entladungsstroms, der von C_F2 zu C_OUT geht, begrenzt. Daher kann die Magnetisierungsphase des Induktors zwischen den Zuständen D1 und DP aufgeteilt werden, während die Entmagnetisierungsphase zwischen den Zuständen D2 und DV aufgeteilt werden kann. Das Umsetzungsverhältnis von Eingangs- zu Ausgangsspannung für zwei verschiedene Beispielzuweisungen von Phasendauern ist nachstehend ausgewiesen: $\begin{array}{l} \frac{V_{O U T}}{V_{I N}} = \frac{3 \cdot D}{10} & D 1 = D, & D P = 0, & D 2 = \frac{1}{3}, & D V = \frac{2}{3} - D & D \in [0, \frac{2}{3}] \end{array}$
$\begin{array}{l} \frac{V_{O U T}}{V_{I N}} = \frac{D}{3} & D 1 = D P = \frac{D}{2}, & D 2 = D V = \frac{1 - D}{2}, & D \in [0,1] \end{array}$
Daher wird in (2) und (3) der fliegende Kondensator C_F2 mit C_OUT für eine feste Dauer (während DP und D2) verbunden: 1/3 bzw. 1/2 der Schaltperiode. Die entsprechende Aufladungsphase für C_F2 (während D1 und DV) ist 2/3 oder 1/2 der Schaltperiode für die Fälle (2) bzw. (3). Daher ist der mittlere C_F2-Entladungsstrom zweimal der oder gleich dem entsprechenden Aufladungsstrom in den Fällen (2) bzw. (3). Dies führt zu einem verringerten Spitzenstrom im Schalter S5, einem verringerten (40 % bzw. 33%) mittleren Induktorstrom und einem unterschiedlichen theoretischen maximalen Umsetzungsverhältnis V_OUT/V_IN von Eingangs- zu Ausgangsspannung (1/5 bzw. 1/3). Es sollte beachtet werden, dass ein Betrieb mit D nahe 1 nur theoretisch betrachtet werden kann, da das Zeitintervall für den Ladungsausgleich von C_F1 (und C_F2) sich dann null nähert. Von da an bleibt das maximale reale Eingangs-Ausgangs-Umsetzungsverhältnis typischerweise V_OUT/V_IN < 1/4.
Wie bereits erwähnt, kann der vorgeschlagene Leistungsumsetzer als „Mehrpegel“-Leistungsumsetzer bezeichnet werden, was angibt, dass der Leistungsumsetzer in der Lage ist, mehr als zwei verschiedene Spannungen über diesem Induktor zu erzeugen. Insbesondere sind die Spannungen über dem Induktor:

• V_IN/2 - 2V_OUT während D1
• -V_OUT während D2
• V_IN/2 - V_OUT während DP
• -2V_OUT während DV.

Die zwei Umsetzerstufen können in eine einzelne Umsetzereinheit integriert werden, aber alternativ auch innerhalb separater Einheiten implementiert werden. Als Beispiel könnten die Schalter S1 - S4, der fliegende Kondensator C_F1 und der Induktor L zu einem Teil einer Vorumsetzerstufe werden, die ein PWM-Signal mit einem mittleren Pegel nahe der erforderlichen Busspannung erzeugt. Ihr Betrieb kann darauf begrenzt sein, die Variationen der Umsetzereingangsspannung zu kompensieren (Leitungsregulierung). Die Schalter S5 - S7 und der fliegende Kondensator C_F2 können stattdessen als zweite Stufe dienen, die ihr Tastverhältnis anpasst, um die gesamte Umsetzerausgangsspannung fein abzustimmen, d. h. Handhaben des Abfalls, der durch den variablen Laststrom verursacht wird (Lastregulierung). Die 2. Stufe kann sogar mit dem POL (Lastpunkt) kombiniert werden, d. h. in das Paket eines Mikroprozessors gehen. Dies wird durch die Tatsache, dass Kondensatoren ~ 1000-mal die Energie eines Induktors mit demselben Volumen speichern können, und durch die Tatsache, dass die Schalter nur Spannungen im Bereich der Eingangsspannung der Last handhaben müssen, unterstützt. Daher könnte die zweite Stufe schließlich zu einem Teil der Mikroprozessor-IC selbst werden.
Durch Umkehren der Rollen von Eingangs- und Ausgangsports kann schließlich die beschriebene Topologie verwendet werden, um eine effiziente Hochsetzleistungsumsetzung mit großem Umsetzungsverhältnis durchzuführen. Die Magnetisierungsphase (Entmagnetisierungsphase) im Tiefsetzbetrieb wird zu einer Entmagnetisierungsphase (Magnetisierungsphase) im Hochsetzbetrieb. 7 zeigt Strompfade, wenn der beispielhafte Leistungsumsetzer in einem Hochsetzmodus in einem Magnetisierungszustand betrieben wird. 8 zeigt Strompfade, wenn der beispielhafte Leistungsumsetzer in einem Hochsetzmodus in einem Entmagnetisierungszustand betrieben wird. Die Spannung an den fliegenden Kondensatoren C_F1 und C_F2 ist V_OUT/2 bzw. V_IN. Während D1 wird der Induktor entmagnetisiert und C_F1 und C_F2 entladen sich, während sich C_R auflädt. Während D2, laden sich C_F1 und C_F2 auf, während sich C_R entlädt. Hinsichtlich des Tiefsetzbetriebs ist es auch für den Hochsetzbetrieb möglich, zwei zusätzliche Zustände einzuführen, wie in 9 und 10 gezeigt.
Zusammengefasst bietet der vorgeschlagene Leistungsumsetzer den Vorteil, dass die Regulierung des fliegenden Kondensators grundsätzlich durch die Topologie erreicht wird. Das heißt, die Spannung über den Kondensatoren ist durch das Kirchhoff-Spannungsgesetz (KVL) während des Betriebs des Umsetzers definiert. Ferner bietet der vorgeschlagene Leistungsumsetzer die folgenden Vorteile: verringerte Nennspannung für MOSFET-Vorrichtungen für dieselben Eingangs- und Ausgangsspannungen, verringerte Verluste, die dem Induktor-DCR (d. h. dem parasitären Gleichstromwiderstand DCR des Induktors) zugeordnet sind, für denselben Ausgangsstrom, verringerter Nennstrom (thermische und Sättigungsgrenze) für den Induktor, verbessertes Übergangslastansprechen und verringerte Spitzeneingangsstromwelligkeit.
Es sollte beachtet werden, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme darstellen. Der Fachmann auf dem Gebiet kann verschiedene Anordnungen implementieren, die, obwohl hier nicht explizit beschrieben oder gezeigt, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und innerhalb ihres Gedankens und Schutzbereichs enthalten sind. Ferner sind alle Beispiele und die Ausführungsform, die im vorliegenden Dokument umrissen sind, prinzipiell ausdrücklich nur für Erläuterungszwecke bestimmt, um dem Leser beim Verstehen der Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme zu helfen. Ferner sollen alle Aussagen hier, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung sowie spezielle Beispiele davon bereitstellen, Äquivalente davon umfassen.

Claims

Tiefsetzleistungsumsetzer, der Folgendes umfasst: - einen Induktor, - eine erste Stufe, die zwischen einen Eingang des Tiefsetzleistungsumsetzers und den Induktor gekoppelt ist, wobei die erste Stufe einen ersten fliegenden Kondensator umfasst, und - eine zweite Stufe, die zwischen den Induktor und einen Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers gekoppelt ist, wobei die zweite Stufe einen zweiten fliegenden Kondensator umfasst.
Tiefsetzleistungsumsetzer nach Anspruch 1, wobei - ein zweiter Anschluss des ersten fliegenden Kondensators mit einem ersten Anschluss des Induktors verbunden ist, und - ein erster Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators mit einem zweiten Anschluss des Induktors verbunden ist.
Tiefsetzleistungsumsetzer nach Anspruch 2, wobei die erste Stufe ferner einen Speicherkondensator umfasst und der Tiefsetzleistungsumsetzer dazu konfiguriert ist, abwechselnd einen ersten Anschluss des Speicherkondensators - mit dem zweiten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators oder - mit einem ersten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators zu koppeln.
Tiefsetzleistungsumsetzer nach Anspruch 3, wobei die erste Stufe Folgendes umfasst - ein erstes Schaltelement, das zwischen den Eingang des Tiefsetzleistungsumsetzers und den ersten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators gekoppelt ist, - ein zweites Schaltelement, das zwischen den ersten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators und einen Zwischenknoten gekoppelt ist, - ein drittes Schaltelement, das zwischen den Zwischenknoten und den zweiten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators gekoppelt ist, und - ein viertes Schaltelement, das zwischen den zweiten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators und ein Referenzpotential gekoppelt ist, wobei der Speicherkondensator zwischen den Zwischenknoten und das Referenzpotential gekoppelt ist.
Tiefsetzleistungsumsetzer nach Anspruch 3 oder 4, wobei die zweite Stufe Folgendes umfasst - ein fünftes Schaltelement, das zwischen den ersten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators und den Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers gekoppelt ist, - ein sechstes Schaltelement, das zwischen den Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers und einen zweiten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators gekoppelt ist, und - ein siebtes Schaltelement, das zwischen den zweiten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators und ein Referenzpotential gekoppelt ist.
Tiefsetzleistungsumsetzer nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Tiefsetzleistungsumsetzer dazu konfiguriert ist, in einem Magnetisierungszustand - einen ersten Magnetisierungsstrompfad vom Eingang des Tiefsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator, über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers, und - einen zweiten Magnetisierungsstrompfad vom Speicherkondensator über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers herzustellen.
Tiefsetzleistungsumsetzer nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Tiefsetzleistungsumsetzer dazu konfiguriert ist, in einem Entmagnetisierungszustand - einen Entmagnetisierungsstrompfad von einem Referenzpotential über den Induktor zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers herzustellen.
Tiefsetzleistungsumsetzer nach Anspruch 7, wobei der Tiefsetzleistungsumsetzer ferner dazu konfiguriert ist, im Entmagnetisierungszustand - einen ersten Strompfad von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den Speicherkondensator zum Referenzpotential und - einen zweiten Strompfad vom Referenzpotential über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers herzustellen.
Tiefsetzleistungsumsetzer nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der Tiefsetzleistungsumsetzer dazu konfiguriert ist, in einem alternativen Magnetisierungszustand - einen ersten Magnetisierungsstrompfad vom Eingang des Tiefsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator und über den Induktor zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers, - einen zweiten Magnetisierungsstrompfad vom Speicherkondensator und über den Induktor zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers und - einen dritten Strompfad von einem Referenzpotential über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers herzustellen.
Tiefsetzleistungsumsetzer nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei der Tiefsetzleistungsumsetzer dazu konfiguriert ist, in einem alternativen Entmagnetisierungszustand - einen Entmagnetisierungsstrompfad von einem Referenzpotential über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers, und - einen Strompfad von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den Speicherkondensator zum Referenzpotential herzustellen.
Hochsetzleistungsumsetzer, der Folgendes umfasst: - einen Induktor, - eine erste Stufe, die zwischen einen Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers und den Induktor gekoppelt ist, wobei die erste Stufe einen ersten fliegenden Kondensator umfasst, und - eine zweite Stufe, die zwischen den Induktor und einen Ausgang des Hochsetzleistungsumsetzers gekoppelt ist, wobei die zweite Stufe einen zweiten fliegenden Kondensator umfasst.
Hochsetzleistungsumsetzer nach Anspruch 11, wobei - ein zweiter Anschluss des ersten fliegenden Kondensators mit einem ersten Anschluss des Induktors verbunden ist, und - ein erster Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators mit einem zweiten Anschluss des Induktors gekoppelt ist.
Hochsetzleistungsumsetzer nach Anspruch 12, wobei die zweite Stufe ferner einen Speicherkondensator umfasst und der Hochsetzleistungsumsetzer dazu konfiguriert ist, abwechselnd einen ersten Anschluss des Speicherkondensators - mit dem ersten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators oder - mit einem zweiten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators zu koppeln.
Hochsetzleistungsumsetzer nach Anspruch 13, wobei die zweite Stufe Folgendes umfasst: - ein erstes Schaltelement, das zwischen den Ausgang des Hochsetzleistungsumsetzers und den zweiten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators gekoppelt ist, - ein zweites Schaltelement, das zwischen den zweiten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators und einen Zwischenknoten gekoppelt ist, - ein drittes Schaltelement, das zwischen den Zwischenknoten und den ersten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators gekoppelt ist, und - ein viertes Schaltelement, das zwischen den ersten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators und ein Referenzpotential gekoppelt ist, wobei der Speicherkondensator zwischen den Zwischenknoten und das Referenzpotential gekoppelt ist.
Hochsetzleistungsumsetzer nach Anspruch 13 oder 14, wobei die erste Stufe Folgendes umfasst: - ein fünftes Schaltelement, das zwischen den zweiten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators und den Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers gekoppelt ist, - ein sechstes Schaltelement, das zwischen den Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers und einen ersten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators gekoppelt ist, und - ein siebtes Schaltelement, das zwischen den ersten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators und ein Referenzpotential gekoppelt ist.
Hochsetzleistungsumsetzer nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der Hochsetzleistungsumsetzer dazu konfiguriert ist, in einem Entmagnetisierungszustand - einen ersten Entmagnetisierungsstrompfad vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator, über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Hochsetzleistungsumsetzers herzustellen, und - einen zweiten Entmagnetisierungsstrompfad vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator, über den Induktor und über den Speicherkondensator zu einem Referenzpotential herzustellen.
Hochsetzleistungsumsetzer nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Hochsetzleistungsumsetzer dazu konfiguriert ist, in einem Magnetisierungszustand - einen Magnetisierungsstrompfad vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den Induktor zu einem Referenzpotential herzustellen.
Hochsetzleistungsumsetzer nach Anspruch 17, wobei der Hochsetzleistungsumsetzer ferner dazu konfiguriert ist, im Entmagnetisierungszustand - einen ersten Strompfad von einem Referenzpotential über den Speicherkondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator zum Referenzpotential, und - einen zweiten Strompfad vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator zum Referenzpotential herzustellen.
Verfahren zum Betreiben eines Tiefsetzleistungsumsetzers mit einem Induktor, einer ersten Stufe mit einem ersten fliegenden Kondensator und einer zweiten Stufe mit einem zweiten fliegenden Kondensator, wobei das Verfahren umfasst - Koppeln der ersten Stufe zwischen einen Eingang des Tiefsetzleistungsumsetzers und den Induktor, und - Koppeln der zweiten Stufe zwischen den Induktor und einen Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die erste Stufe ferner einen Speicherkondensator umfasst und das Verfahren das abwechselnde Koppeln eines ersten Anschlusses des Speicherkondensators - mit einem ersten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators oder - mit einem zweiten Anschluss des ersten fliegenden Kondensators umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Verfahren in einem Magnetisierungszustand das Herstellen - eines ersten Magnetisierungsstrompfades vom Eingang des Tiefsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator, über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers, und - eines zweiten Magnetisierungsstrompfades vom Speicherkondensator über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Verfahren in einem Entmagnetisierungszustand das Herstellen - eines Entmagnetisierungsstrompfades von einem Referenzpotential über den Induktor zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Verfahren im Entmagnetisierungszustand das Herstellen - eines ersten Strompfades von einem Referenzpotential über den ersten fliegenden Kondensator, über den Speicherkondensator zum Referenzpotential und - eines zweiten Strompfades vom Referenzpotential über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Tiefsetzleistungsumsetzers umfasst.
Verfahren zum Betreiben eines Hochsetzleistungsumsetzers mit einem Induktor, einer ersten Stufe mit einem ersten fliegenden Kondensator und einer zweiten Stufe mit einem zweiten fliegenden Kondensator, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: - Koppeln der ersten Stufe zwischen einen Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers und den Induktor und - Koppeln der zweiten Stufe zwischen den Induktor und einen Ausgang des Hochsetzleistungsumsetzers.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die zweite Stufe ferner einen Speicherkondensator umfasst und das Verfahren das abwechselnde Koppeln eines ersten Anschlusses des Speicherkondensators - mit dem ersten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators oder - mit einem zweiten Anschluss des zweiten fliegenden Kondensators umfasst.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Verfahren in einem Entmagnetisierungszustand das Herstellen - eines ersten Entmagnetisierungsstrompfades vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator, über den Induktor und über den zweiten fliegenden Kondensator zum Ausgang des Hochsetzleistungsumsetzers und - eines zweiten Entmagnetisierungsstrompfades vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator, über den Induktor und über den Speicherkondensator zu einem Referenzpotential umfasst.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Verfahren in einem Magnetisierungszustand das Herstellen - eines Magnetisierungsstrompfades vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den Induktor zu einem Referenzpotential umfasst.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Verfahren im Magnetisierungszustand das Herstellen - eines ersten Strompfades von einem Referenzpotential über den Speicherkondensator, über den zweiten fliegenden Kondensator zum Referenzpotential und - eines zweiten Strompfades vom Eingang des Hochsetzleistungsumsetzers über den ersten fliegenden Kondensator zum Referenzpotential umfasst.