DE102022121344A1 - Hybrid-mehrphasen-leistungswandler mit phasen-shedding - Google Patents

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Abstract

Ein Leistungswandler, der einen Speicherkondensator, einen ersten fliegenden Kondensator und erste und zweite Induktoren aufweist, die mit einem Netzwerk von Schaltern gekoppelt sind, wird vorgestellt. Eine Ansteuervorrichtung ist ausgebildet, um das Netzwerk von Schaltern mit einer Sequenz von Zuständen während einer Ansteuerperiode anzusteuern. Der Leistungswandler ist in einem ersten Modus betreibbar, um einen Ausgangsstrom unter Verwendung sowohl des ersten als auch des zweiten Induktors zu liefern, und in einem zweiten Modus, um den Ausgangsstrom unter Verwendung des ersten Induktors und ohne Verwendung des zweiten Induktors zu liefern. Wenn ein Laststrom über einem Schwellenwert ist, steuert die Ansteuervorrichtung das Netzwerk von Schaltern in einer ersten Sequenz von Zuständen an, um den Leistungswandler in dem ersten Modus zu betreiben. Wenn der Laststrom gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, steuert die Ansteuervorrichtung das Netzwerk von Schaltern in einer zweiten Sequenz von Zuständen an, um den Leistungswandler in dem zweiten Modus zu betreiben.

Description

  • VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung bezieht sich auf die Anmeldung Nr. 17/123,417 , eingereicht am 16. Dezember 2020, Anmeldenr. 17/110,765 , eingereicht am 3. Dezember 2020, Anmeldenr. 16/900,678 , eingereicht am 12. Juni 2020, Anmeldenr. 16/900,669 , eingereicht am 12. Juni 2020, die einem gemeinsamen Rechtsnachfolger übertragen sind und die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind.
  • Technischer Bereich
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Mehrphasen-Leistungswandler und insbesondere einen Mehrphasen-Leistungswandler mit einer Fähigkeit zum Phasen-Shedding.
  • Hintergrund
  • Mehrphasen-Abwärtswandler, die einen fliegenden Kondensator, vier Schalter und zwei Induktoren verwenden, wurden im Stand der Technik beschrieben, einschließlich 1) US7230405 , Jang, „Non-isolated Power Conversion System Having Multiple Switching Power Converters“, 2004; 2) Nishijima, „Analysis of Double Step-Down Two Phase Buck Converter for VRM“, IEEE, 2005" und 3) Jang, „Multi-Phase Buck Converters with Extended Duty Cycle“, IEEE, 2006. Die in diesen Dokumenten beschriebene Topologie verringert 50% der Eingangsspannung über Schaltkapazität, so dass die induktiven Stufen wie ein mehrphasiger Buck mit der Hälfte der Eingangsspannung arbeiten.
  • Wie in Shenoy „introduction to Series Capacitor Buck Converter“, Texas Instruments SLVA750A, 2016, hervorgehoben wird, ist diese Topologie durch eine reduzierte maximale Ausgangsspannung (oder Minimum-Eingangsspannung) und die Undurchführbarkeit eines Phasen-Sheddings begrenzt. Die theoretische maximale Ausgangsspannung VOUT < VIN/4 verursacht Probleme insbesondere bei batteriebetriebenen Anwendungen, bei denen die Eingangsspannung des Wandlers um 50% und mehr abfallen kann.
  • Die Patentanmeldung 17/123,417 beschreibt eine abgeleitete Dual-Flying-Kondensator-Topologie und schlägt vor, die maximale Ausgangsspannung durch Einführen eines zusätzlichen Magnetisierungsschaltzustands zu erhöhen. Diese Topologien werden durch erhöhte Kernverluste von zwei oder mehr Induktoren begrenzt, insbesondere bei mittlerem und niedrigem Laststrom, was zu einer reduzierten Wandlereffizienz führt.
  • Zusammenfassung
  • Es ist eine Aufgabe der Offenbarung, eine oder mehrere der oben erwähnten Beschränkungen anzugehen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung ist ein Leistungswandler zum Vorsehen einer Ausgangsspannung mit einem Ausgangs-zu-Eingangs-Umwandlungsverhältnis vorgesehen, wobei der Leistungswandler einen Masse-Port, einen ersten Port und einen zweiten Port hat, wobei, wenn der Leistungswandler als ein Step-Down- bzw. Abwärtswandler arbeitet, der erste Port eine Eingangsspannung empfängt und der zweite Port die Ausgangsspannung vorsieht, und, wenn der Leistungswandler als ein Step-up- bzw. Aufwärtswandler arbeitet, der zweite Port eine Eingangsspannung empfängt und der erste Port die Ausgangsspannung vorsieht; wobei der Leistungswandler einen Reservoir- bzw. Speicherkondensator, einen ersten fliegenden Kondensator, einen ersten Induktor und einen zweiten Induktor aufweist, die mit einem Netzwerk von Schaltern gekoppelt sind; und einen Treiber bzw. eine Ansteuervorrichtung, die ausgebildet ist, um das Netzwerk von Schaltern mit einer Sequenz von Zuständen während einer Ansteuerperiode anzusteuern; wobei der Leistungswandler in einem ersten Modus betreibbar ist, um einen Ausgangsstrom unter Verwendung sowohl des ersten Induktors als auch des zweiten Induktors zu liefern, und in einem zweiten Modus, um den Ausgangsstrom unter Verwendung des ersten Induktors und ohne Verwendung des zweiten Induktors zu liefern; wobei, wenn ein Laststrom über einem Schwellenwert ist, die Ansteuervorrichtung das Netzwerk von Schaltern in einer ersten Sequenz von Zuständen ansteuert, um den Leistungswandler in dem ersten Modus zu betreiben, und, wenn der Laststrom gleich oder unter dem Schwellenwert ist, die Ansteuervorrichtung das Netzwerk von Schaltern in einer zweiten Sequenz von Zuständen ansteuert, um den Leistungswandler in dem zweiten Modus zu betreiben.
  • Optional weist die zweite Sequenz von Zuständen einen ersten Zustand (D1') und einen zweiten Zustand (DV') auf, wobei in dem ersten Zustand (D1') der erste Port mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt ist, der den ersten fliegenden Kondensator und den ersten Induktor aufweist; und wobei die Masse mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt ist, der den Speicherkondensator und den ersten Induktor aufweist; wobei in dem zweiten Zustand (DV') die Masse mit der Masse über einen Pfad gekoppelt ist, der den ersten fliegenden Kondensator und den Speicherkondensator umfasst; und wobei die Masse mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt ist, der den ersten Induktor umfasst.
  • Optional weist das Netzwerk von Schaltern einen ersten Schalter (S1), um den ersten fliegenden Kondensator mit dem ersten Port zu koppeln; einen zweiten Schalter (S7), um den Speicherkondensator mit dem ersten Induktor zu koppeln; einen dritten Schalter (S8), um den Speicherkondensator mit dem ersten fliegenden Kondensator zu koppeln; einen ersten Masseschalter (S4), um den ersten Induktor mit Masse zu koppeln; einen zweiten Masseschalter (S3), um den zweiten Induktor mit Masse zu koppeln; und einen ersten Induktorschalter (S2) auf, um den ersten fliegenden Kondensator mit dem zweiten Induktor zu koppeln.
  • Optional weist der Leistungswandler einen zweiten fliegenden Kondensator auf; wobei das Netzwerk von Schaltern einen vierten Schalter (S5), um den zweiten fliegenden Kondensator mit dem ersten Port zu koppeln; und einen zweiten Induktorschalter (S6) aufweist, um den zweiten fliegenden Kondensator mit dem ersten Induktor zu koppeln.
  • Optional ist der Leistungswandler in einem dritten Modus betreibbar, um zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus überzugehen oder um einen stationären unsymmetrischen Induktorstrom vorzusehen.
  • Optional ist die Ansteuervorrichtung ausgebildet, um das Netzwerk von Schaltern in einer dritten Sequenz von Zuständen anzusteuern, um den Leistungswandler in dem dritten Modus zu betreiben, wobei die dritte Sequenz von Zuständen einen dritten Zustand (D1), einen vierten Zustand (D1T), einen fünften Zustand (D2) und einen sechsten Zustand (D2T) aufweist.
  • Optional ist in dem dritten Zustand (D1) der erste Port mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt, der den ersten fliegenden Kondensator und den ersten Induktor aufweist; und wobei die Masse mit dem zweiten Port über zwei Pfade gekoppelt ist, wobei ein erster Pfad den zweiten Induktor aufweist und ein zweiter Pfad den zweiten fliegenden Kondensator und den ersten Induktor aufweist; und wobei in dem vierten Zustand (D1T) der erste Port mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt ist, der den ersten fliegenden Kondensator und den ersten Induktor aufweist; und wobei die Masse mit dem zweiten Port über zwei Pfade gekoppelt ist, wobei ein erster Pfad den Speicherkondensator und den ersten Induktor aufweist und ein zweiter Pfad den zweiten Induktor aufweist.
  • Optional ist in dem fünften Zustand (D2) der erste Port mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt, der den zweiten fliegenden Kondensator und den zweiten Induktor aufweist; und wobei die Masse mit dem zweiten Port über zwei Pfade gekoppelt ist, wobei ein erster Pfad den ersten Induktor aufweist und ein zweiter Pfad den ersten fliegenden Kondensator und den zweiten Induktor aufweist; und wobei in dem sechsten Zustand (D2T) der erste Port mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt ist, der den zweiten fliegenden Kondensator und den zweiten Induktor aufweist; und wobei die Masse mit der Masse über einen Pfad gekoppelt ist, der den ersten fliegenden Kondensator und den Speicherkondensator aufweist, und wobei die Masse mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt ist, der den ersten Induktor aufweist.
  • Optional ist die Ansteuervorrichtung konfiguriert, um einen Arbeitszyklus des vierten Zustands (D1T) und des sechsten Zustands (D2T) allmählich zu erhöhen, um einen Strom durch den zweiten Induktor zu reduzieren.
  • Optional ist die Ansteuervorrichtung in dem ersten Modus ausgebildet, um das Netzwerk von Schaltern unter Verwendung einer Sequenz von Zuständen anzusteuern, die den dritten Zustand (D1), den fünften Zustand (D2) und einen siebten Zustand (DV) aufweist.
  • Optional ist in dem siebten Zustand (DV) der Masse-Port mit dem zweiten Port über einen ersten Pfad, der den ersten Induktor aufweist, und einen zweiten Pfad gekoppelt, der den zweiten Induktor aufweist.
  • Optional ist der Leistungswandler in einem vierten Modus betreibbar; wobei, wenn das Ausgangs-zu-Eingangs-Umwandlungsverhältnis größer als 0,25 für eine Abwärtswandlung oder kleiner als 4 für eine Aufwärtswandlung ist, die Ansteuervorrichtung ausgebildet ist, das Netzwerk von Schaltern in einer vierten Sequenz von Zuständen anzusteuern, um den Leistungswandler in dem vierten Modus zu betreiben.
  • Optional, wobei die vierte Sequenz von Zuständen den dritten Zustand (D1), den fünften Zustand (D2), einen achten Zustand (DP), einen neunten Zustand (D1A) und einen zehnten Zustand (D2A) aufweist; wobei in dem achten Zustand (DP) der erste Port mit dem zweiten Port über einen ersten Pfad gekoppelt ist, der den ersten fliegenden Kondensator und den ersten Induktor aufweist; und einen zweiten Pfad, der den zweiten fliegenden Kondensator und den zweiten Induktor aufweist; wobei in dem neunten Zustand (D1A) die Masse mit dem zweiten Port über einen ersten Pfad gekoppelt ist, der den zweiten fliegenden Kondensator und den ersten Induktor aufweist; und einen zweiten Pfad, der den zweiten Induktor aufweist; wobei in dem zehnten Zustand (D2A) die Masse mit dem zweiten Port über einen ersten Pfad gekoppelt ist, der den ersten fliegenden Kondensator und den zweiten Induktor aufweist; und einen zweiten Pfad, der den ersten Induktor aufweist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung ist ein Verfahren zum Umwandeln von Leistung mit einem Ausgangs-zu-Eingangs-Umwandlungsverhältnis vorgesehen, wobei das Verfahren aufweist
  • Vorsehen eines Leistungswandlers mit einem Masse-Port, einem ersten Port und einem zweiten Port, wobei, wenn der Leistungswandler als Abwärtswandler arbeitet, der erste Port eine Eingangsspannung empfängt und der zweite Port die Ausgangsspannung vorsieht, und, wenn der Leistungswandler als Aufwärtswandler arbeitet, der zweite Port eine Eingangsspannung empfängt und der erste Port die Ausgangsspannung vorsieht; wobei der Leistungswandler einen Speicherkondensator, einen ersten fliegenden Kondensator, einen ersten Induktor und einen zweiten Induktor aufweist, die mit einem Netzwerk von Schaltern gekoppelt sind; und eine Ansteuervorrichtung, die ausgebildet ist, um das Netzwerk von Schaltern mit einer Sequenz von Zuständen während einer Ansteuerperiode anzusteuern; wobei der Leistungswandler in einem ersten Modus betreibbar ist, um einen Ausgangsstrom unter Verwendung sowohl des ersten Induktors als auch des zweiten Induktors zu liefern, und in einem zweiten Modus, um den Ausgangsstrom unter Verwendung des ersten Induktors und ohne Verwendung des zweiten Induktors zu liefern;
    Ansteuern des Netzwerks von Schaltern in einer ersten Sequenz von Zuständen, um den Leistungswandler in dem ersten Modus zu betreiben, wenn ein Laststrom über einem Schwellenwert ist;
    Ansteuern des Netzwerks von Schaltern in einer zweiten Sequenz von Zuständen, um den Leistungswandler in dem zweiten Modus zu betreiben, wenn der Laststrom gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist.
  • Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Offenbarung beschriebenen Optionen sind auch dem zweiten Aspekt der Offenbarung gemein.
  • Figurenliste
  • Die Offenbarung wird im Folgenden beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben, in denen:
    • 1 ein Serienkondensator-Abwärtswandler gemäß dem Stand der Technik ist;
    • 2 eine abgeleitete Topologie der Wandlerschaltung von 1 gemäß dem Stand der Technik ist;
    • 3A-3H Betriebszustände der Schaltung von 2 sind;
    • 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Umwandeln von Leistung mit einem Ausgangs-zu-Eingangs-Umwandlungsverhältnis gemäß der Offenbarung ist;
    • 5 ein Diagramm eines DC-DC-Wandlers zum Implementieren des Verfahrens von 4 ist;
    • 6A ein Diagramm des Wandlers von 5 ist, der in einem Entmagnetisierungszustand DVx arbeitet;
    • 6B ein Diagramm des Wandlers von 5 ist, der in einem Magnetisierungszustand DP arbeitet;
    • 6C ein Diagramm des Wandlers von 5 ist, der in einem anderen Zustand D1 arbeitet;
    • 6D ein Diagramm des Wandlers von 5 ist, der in einem anderen Zustand D2 arbeitet;
    • 6E ein Diagramm des Wandlers von 5 ist, der in einem anderen Zustand D1A arbeitet;
    • 6F ein Diagramm des Wandlers von 5 ist, der in einem anderen Zustand D2A arbeitet;
    • 7A ein Diagramm des Wandlers von 5 ist, der in einem Phasen-Shedding-Modus-Zustand D1' arbeitet;
    • 7B ein Diagramm des Wandlers von 5 ist, der in einem Phasen-Shedding-Modus-Entmagnetisierungszustand DV' arbeitet;
    • 8A ein Diagramm des Wandlers von 5 ist, der in einem Übergangsmodus-Zustand D1T arbeitet;
    • 8B ein Diagramm des Wandlers von 5 ist, der in einem anderen Übergangsmodus-Zustand D2T arbeitet;
    • 9 ein weiteres Diagramm eines DC-DC-Wandlers zum Implementieren des Verfahrens von 4 ist.
  • Beschreibung
  • 1 zeigt einen Serienkondensator-Abwärtswandler gemäß dem Stand der Technik. Die Beschreibung einer solchen Schaltungstopologie ist in mehreren Dokumenten zu finden, einschließlich 1) US7230405 , Jang, „Non-isolated Power Conversion System Having Multiple Switching Power Converters“, 2004; 2) Nishijima, „Analysis of Double Step-Down Two Phase Buck Converter for VRM“, IEEE, 2005" und 3) Jang, „Multi-Phase Buck Converters with Extended Duty Cycle“, IEEE, 2006.
  • Die Topologie von 1 wird verwendet, um einen Strom von dem Eingangs-Terminal über einen fliegenden Kondensator zu ziehen, wodurch die Magnetisierungsspannung des Induktors auf VL = VIN - VCF - VOUT abfällt. Für einen Arbeitszyklus D < 0,5 konvergiert die Spannung VCF des fliegenden Kondensators idealerweise zu: V C F = V I N 2   D ∈ [ 0,0,5 ]
    Figure DE102022121344A1_0001
  • Dies führt zu einem Schaltvorgang wie bei einem zweiphasigen Abwärtswandler mit der Hälfte der Eingangsspannung.
  • Nicht ideale Timings, asymmetrische parasitäre Impedanz und Toleranzen von Komponenten (Induktoren, Kondensatoren) können zu einem asymmetrischen Betrieb mit der Notwendigkeit führen, die Spannung über den fliegenden Kondensatoren zu regeln, zum Beispiel über nicht-identische Arbeitszyklen für die Magnetisierung von Induktor L1 und L2.
  • Ein Senken der Eingangsspannung um die Hälfte über die fliegende Kapazität reduziert eine Induktorstromwelligkeit und ermöglicht die Verwendung von Leistungsfeldeffekttransistoren FETs (field effect transistors) S3 und S4 mit reduzierter Nennspannung. Vorrichtungen mit niedrigerer Nennspannung bieten typischerweise eine verbesserte Leistungszahl, d.h. einen kleineren spezifischen Widerstand und eine kleinere Gate-Kapazität. Bei einem kleinen Spannungsumwandlungsverhältnis sind die Induktorentmagnetisierungsschalter zu dem Masse-Terminal (FETs S3 und S4) die am stärksten belasteten Strompfade. Der Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung wird erhalten durch Anwenden des Volt-Sek.-Ausgleichsprinzips auf die Spannungen der zwei Induktoren L1 und L2: V O U T V I N = D 2   D ∈ [ 0,0,5 ]
    Figure DE102022121344A1_0002
  • Aus Gleichung (2) kann abgeleitet werden, dass das maximale VOUT/VIN-Umwandlungsverhältnis des Wandlers kleiner ist als VOUT/VIN = ¼ (bei D = 0,5).
  • Für D > 0,5 überlappen die Magnetisierungsphasen für die Induktoren L1 und L2, da die Schalter S1 und S2 parallel geschlossen werden müssen. Folglich muss der Schalter S3 seine Nennspannung verdoppeln. Außerdem steigt die Magnetisierungsspannung des Induktors L2 zeitweise auf VL = VIN - VOUT, wodurch Kernverluste des Induktors erhöht werden. in diesem Fall würde die Phase einschließlich des Induktors L2 auf ähnliche Weise wie ein herkömmlicher Abwärtswandler arbeiten, jedoch mit 2x Hochnennspannungs-FETs, die in Serie verbunden sind während der Induktormagnetisierung, und einem Hochnennspannungs-Low-Side-FET zur Induktorentmagnetisierung.
  • 2 zeigt eine abgeleitete Topologie der Wandlerschaltung von 1, wie in US7230405 , und „Multi-Phase Buck Converters with Extended Duty Cycle“, IEEE, 2006, gezeigt.
  • Die Topologie von 2 ermöglicht eine Reduzierung von Leitungsverlusten und einer Eingangsstromwelligkeit (um 50%). Die Spannungen der fliegenden Kondensator konvergieren idealerweise zu: V C F 1 = V C F 2 = V I N 2   D ∈ [ 0,0,5 ]
    Figure DE102022121344A1_0003
    bei einem Spannungsumwandlungsverhältnis nach (2).
  • Die 3A-3H zeigen mehrere Betriebszustände der Schaltung von 2.
  • Der Wandler von 2 arbeitet bei kleinen Spannungsumwandlungsverhältnissen den größten Teil seiner Schaltsequenz in einem Entmagnetisierungszustand DV, wie in 3A gezeigt.
  • In dem DV-Zustand werden beide Induktoren entmagnetisiert, während ein Ausgangsstrom von Masse vorgesehen wird. Um den Volt-x-Sekunden-Ausgleich über die Induktoren zu erfüllen, muss eine bestimmte Dauer der Schaltsequenz gemäß einem in 3C gezeigten Schaltzustand D1 und dem in 3D gezeigten Schaltzustand D2 konfiguriert werden. in dem Zustand D1 ist der Induktor L1 magnetisiert. in dem Zustand D2 ist der Induktor L2 magnetisiert.
  • Der entsprechende Schaltvorgang würde typischerweise wie eine wiederholte Sequenz von Zuständen D1 -> DV1 -> D2 -> DV2 -> D1 -> ... aussehen. Der Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung wird erhalten durch Anwenden des Volt-Sek.-Ausgleichsprinzips auf die Spannungen der zwei Induktoren L1 und L2: V O U T V I N = D 2   D 1 = D 2 = D ,   D V 1 = D V 2 = 1 − 2 D 2   D ∈ [ 0,0,5 ]
    Figure DE102022121344A1_0004
  • Die Topologie von 2 kann auch mit vier Zuständen betrieben werden. Solch ein 4-Phasen-Verschachtelungsbetrieb teilt die Betriebszustände D1 und D2 effektiv in zwei Unterzustände D1A & D1B bzw. D2A & D2B. Die Zustände D1A und D1B sind in 3E und 3F gezeigt. Die Zustände D2A und D2B sind in 3G und 3H gezeigt.
  • Der entsprechende Schaltvorgang würde typischerweise wie eine wiederholte Sequenz von Zuständen D1A -> DV1 -> D1B -> DV2 -> D2B -> DV3 -> D2A -> DV4 -> D1A ->... mit Spannungen der fliegenden Kondensatoren und einem Spannungsumwandlungsverhältnis nach den Gleichungen (2) bzw. (4) aussehen.
  • Die Patentanmeldung 17/123,417 schlägt vor, die maximale Ausgangsspannung durch Einführen eines zusätzlichen Magnetisierungsschaltzustands DP zu erhöhen, der in eine modifizierte Wandlerschaltsequenz für D > 0,5 eingefügt werden kann. Der Zustand DP ist in 3B gezeigt und der entsprechende Schaltvorgang würde typischerweise wie eine Sequenz von Zuständen aussehen: D1 -> D1A -> DP -> D2A -> D2-> (wiederholen). Der entsprechende Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung wird erhalten durch Anwenden des Volt-Sek.-Ausgleichsprinzips auf die Spannungen der zwei Induktoren L1 und L2: V O U T V I N = D + 1 6   D 1 = D 2 = 1 − D ,   D 1 A = D 2 A = D P = 2 D − 1 3   D ∈ [ 0,5,1 ]
    Figure DE102022121344A1_0005
  • Alternativ kann der Zustand DP in zwei Unterzustände DP1 und DP2 mit einem entsprechenden beispielhaften Zustand der Sequenz aufgeteilt werden: D1 -> DP1 -> D1A -> D2A -> DP2 -> D2 -> (wiederholen).
  • Bei allen Schaltsequenzen kann die Ladung, die durch einen Strom, der durch einen Induktor von dem Eingangs-Terminal fließt, in einen fliegenden Kondensator injiziert wird, nur über einen Strom ausgeglichen werden, der durch den anderen Induktor von Masse fließt. Dies bedeutet, dass der erforderliche Ladungsausgleich über den fliegenden Kondensatoren zu einem Umschalten von Strom durch beide Induktoren führt, wodurch ein Phasen-Shedding effektiv verhindert wird.
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Umwandeln von Leistung mit einem Ausgangs-zu-Eingangs-Umwandlungsverhältnis. Bei Schritt 410 wird ein Leistungswandler mit einem Masse-Port, einem ersten Port und einem zweiten Port vorgesehen. Wenn der Leistungswandler als Abwärtswandler arbeitet, empfängt der erste Port eine Eingangsspannung und der zweite Port sieht die Ausgangsspannung vor, und, wenn der Leistungswandler als Aufwärtswandler arbeitet, empfängt der zweite Port eine Eingangsspannung und der erste Port sieht die Ausgangsspannung vor. Der Leistungswandler hat einen Speicherkondensator, einen ersten fliegenden Kondensator, einen ersten Induktor und einen zweiten Induktor, die mit einem Netzwerk von Schaltern gekoppelt sind, und eine Ansteuervorrichtung. Die Ansteuervorrichtung ist ausgebildet, um das Netzwerk von Schaltern mit einer Sequenz von Zuständen während einer Ansteuerperiode anzusteuern. Der Leistungswandler ist in einem ersten Modus betreibbar, um einen Ausgangsstrom unter Verwendung sowohl des ersten Induktors als auch des zweiten Induktors zu liefern, und in einem zweiten Modus, um den Ausgangsstrom unter Verwendung des ersten Induktors und ohne Verwendung des zweiten Induktors zu liefern.
  • Bei Schritt 420 wird das Netzwerk von Schaltern in einer ersten Sequenz von Zuständen angesteuert, um den Leistungswandler in dem ersten Modus zu betreiben, wenn ein Laststrom über einem Schwellenwert ist.
  • Bei Schritt 430 wird das Netzwerk von Schaltern in einer zweiten Sequenz von Zuständen angesteuert, um den Leistungswandler in dem zweiten Modus zu betreiben, wenn der Laststrom gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist.
  • Die Verwendung dieses Ansatzes verbessert die Effizienz bei mittleren und leichten Lastströmen.
  • 5 ist ein Diagramm eines DC-DC-Wandlers zum Implementieren des Verfahrens von 4. Der Leistungswandler 500 hat einen Masse-Port, einen ersten Port 502 und einen zweiten Port 504. Der Leistungswandler 500 kann als ein Abwärtswandler oder als Aufwärtswandler betrieben werden. Bei einem Betrieb als Abwärtswandler empfängt der erste Port 502 eine Eingangsspannung und der zweite Port 504 sieht die Ausgangsspannung vor. Umgekehrt, wenn der Leistungswandler als Aufwärtswandler arbeitet, empfängt der zweite Port 504 eine Eingangsspannung und der erste Port 502 sieht die Ausgangsspannung vor. in 5 wird der Wandler 500 als Abwärtswandler beschrieben, in diesem Fall kann der erste Port 502 als Eingangs-Port bezeichnet werden, während der zweite Port 504 als Ausgangs-Port bezeichnet werden kann.
  • Der Leistungswandler 500 hat drei Kondensatoren (CR, CF1, CF2) und zwei Induktoren (L1, L2), die mit einem aus acht Schaltern (S1-S8) gebildeten Netzwerk von Schaltern gekoppelt sind.
  • Der Kondensator CR ist mit einer festen Massespannung verbunden und kann als Speicherkondensator bezeichnet werden. Zwei weitere Speicherkondensatoren CIN und COUT können an den Eingangs- bzw. Ausgangs-Ports vorgesehen werden. Die Kondensatoren CF1 und CF2 haben Terminals, die mit variierenden Spannungen vorgesehen sind, und können als fliegende Kondensatoren bezeichnet werden.
  • Der erste fliegende Kondensator CF1 hat einen ersten Terminal, an dem Knoten 506, der mit dem ersten Port 502 über einen ersten Eingangsschalter S1 gekoppelt ist; und einen zweiten Terminal, an dem Knoten 508, der mit Masse über einen ersten Masseschalter S4 gekoppelt ist. Der erste Masseschalter S4 koppelt auch den ersten Induktor mit Masse. Auf ähnliche Weise hat der zweite fliegende Kondensator CF2 einen ersten Terminal, an dem Knoten 510, der mit dem ersten Port 502 über einen zweiten Eingangsschalter S5 gekoppelt ist; und einen zweiten Terminal, an dem Knoten 512, der mit Masse über einen zweiten Masseschalter S3 gekoppelt ist. Der zweite Masseschalter S3 koppelt auch den zweiten Induktor mit Masse.
  • Der erste Induktor L1 hat einen ersten Terminal an dem Schaltknoten 514 (LX1) und einen zweiten Terminal, der mit dem zweiten Port 504 gekoppelt ist. Ähnlich hat der zweite Induktor L2 einen ersten Terminal an dem Schaltknoten 516 (LX2) und einen zweiten Terminal, der mit dem zweiten Port 504 gekoppelt ist.
  • Der erste Terminal von CF1 ist mit dem ersten Terminal von L2 über einen ersten Induktorschalter S2 gekoppelt.
  • In ähnlicher Weise ist der erste Terminal von CF2 mit dem ersten Terminal von L1 über einen zweiten Induktorschalter S6 gekoppelt.
  • Der Speicherkondensator CR hat einen ersten Terminal, der mit Masse gekoppelt ist, und einen zweiten Terminal, der mit dem ersten Terminal von CF1 über den Schalter S8 und mit dem zweiten Terminal von CF1 über den Schalter S7 gekoppelt ist. Der Schalter S7 koppelt auch den Speicherkondensator CR mit dem ersten Induktor an dem Knoten 508/514.
  • Eine Ansteuervorrichtung 520 ist vorgesehen, um das Netzwerk von Schaltern mit einer Sequenz von Zuständen während einer Ansteuerperiode anzusteuern. Die Ansteuervorrichtung 520 ist konfiguriert, um acht Steuersignale Ct1-Ct8 zu erzeugen, um jeweils die Schalter S1-S8 zu betätigen.
  • Wenn ein Laststrom über einem Schwellenwert ist, steuert die Ansteuervorrichtung das Netzwerk von Schaltern in einer ersten Sequenz von Zuständen an, um den Leistungswandler in einem ersten Modus zu betreiben. Wenn der Laststrom gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, steuert die Ansteuervorrichtung das Netzwerk von Schaltern in einer zweiten Sequenz von Zuständen an, um den Leistungswandler in einem zweiten Modus zu betreiben, der als Phasen-Shedding-Modus bezeichnet wird. Um einen reibungslosen Übergang zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus zu erleichtern, kann die Ansteuervorrichtung das Netzwerk von Schaltern in einer dritten Sequenz von Zuständen ansteuern, um den Leistungswandler in einem dritten Modus zu betreiben, der als Übergangsmodus bezeichnet wird. Wenn das Soll-Ausgangs-zu-Eingangs-Umwandlungsverhältnis VOUT/VIN größer als 0,25 für eine Abwärtswandlung oder kleiner als 4 für eine Aufwärtswandlung ist, steuert die Ansteuervorrichtung das Netzwerk von Schaltern in einer vierten Sequenz von Zuständen an, um den Leistungswandler in einem vierten Modus zu betreiben, der als erweiterter Modus bezeichnet wird.
  • In dem ersten Modus wird ein Ausgangsstrom an den Ausgangs-Port unter Verwendung sowohl des ersten Induktors L1 als auch des zweiten Induktors L2 geliefert. in dem zweiten Modus wird der Ausgangsstrom unter Verwendung des ersten Induktors L1 und ohne Verwendung des zweiten Induktors L2 geliefert.
  • In dem ersten Modus kann die erste Sequenz von Zuständen mehrere Zustände DVx, D1 und D2 umfassen, wie unter Bezugnahme auf die 6A, 6C und 6D beschrieben wird. Der erste Modus kann auch die Zustände D1A (6E), D2A (6F), D1B (implementiert wie in 3F) und D2B (implementiert wie in 3H) umfassen. Der Zustand DP (6B) könnte ebenfalls enthalten sein, um zum Beispiel die Zustände D1B und D2B zu ersetzen, wenn Umwandlungsverhältnisse > 0,25 erforderlich sind.
  • 6A zeigt den DC-DC-Wandler von 5, der in einem Entmagnetisierungszustand DVx arbeitet. in diesem Zustand sind die Schalter S3, S4 geschlossen, während die übrigen Schalter S1, S2, S5-S7 offen sind. Der Masse-Port ist mit dem zweiten Port 504 über zwei Pfade gekoppelt; einen ersten Pfad, der S4 und L1 aufweist, und einen zweiten Pfad, der S3 und L2 aufweist.
  • Der Schalter S8 kann optional geschlossen sein, um in Kombination mit den Schaltzuständen D1 und D2 eine automatische Regelung der Spannungen über dem/den fliegenden Kondensator(en) zu implementieren und die Spannung VCR über dem Speicherkondensator CR auf den gleichen Spannungsbereich wie die Spannung VCF1 über dem fliegenden Kondensator CF1 zu zwingen.
  • 6B zeigt den DC-DC-Wandler von 5, der in einem Magnetisierungszustand DP arbeitet. in diesem Zustand sind die Schalter S1, S5 geschlossen, während die übrigen Schalter S2-S4, S6-S8 offen sind. Der erste Port ist mit zweiten Port 504 über zwei Pfade gekoppelt; einen ersten Pfad, der S1, CF1 und L1 aufweist, und einen zweiten Pfad, der S5, CF2 und L2 aufweist.
  • 6C zeigt den DC-DC-Wandler von 5, der in einem Zustand D1 arbeitet. in diesem Zustand sind die Schalter S1, S3, S6 geschlossen, während die Schalter S2, S4, S5, S8 offen sind. Der erste Port ist mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt, der S1, den ersten fliegenden Kondensator CF1 und den ersten Induktor L1 aufweist. Die Masse ist mit dem zweiten Port über zwei Pfade gekoppelt: einen ersten Pfad, der S3, den zweiten Induktor L2 aufweist, und einen zweiten Pfad, der S3, den zweiten fliegenden Kondensator CF2, S6 und den ersten Induktor L1 aufweist. in diesem Beispiel ist der Schalter S7 offen, jedoch kann in einem alternativen Betrieb der Schalter S7 während des Zustands D1 geschlossen sein.
  • 6D zeigt den DC-DC-Wandler von 5, der in einem Zustand D2 arbeitet. in diesem Zustand sind die Schalter S2, S4, S5 geschlossen, während die übrigen Schalter S1, S3, S6, S7, S8 offen sind. Der erste Port ist mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt, der S5, CF2 und L2 aufweist. Die Masse ist mit dem zweiten Port über zwei Pfade gekoppelt: einen ersten Pfad, der S4, L1 aufweist, und einen zweiten Pfad, der S4, CF1, S2 und den Induktor L2 aufweist.
  • 6E zeigt den DC-DC-Wandler von 5, der in einem Zustand D1A arbeitet. in diesem Zustand sind die Schalter S3, S6 geschlossen, während die Schalter S2, S4, S5, S7, S8 offen sind. Der Masse-Port ist mit dem zweiten Port über zwei Pfade gekoppelt: einen ersten Pfad, der S3 und L2 aufweist; und einen zweiten Pfad, der S3, CF2, S6 und den Induktor L1 aufweist.
  • 6F zeigt den DC-DC-Wandler von 5, der in einem Zustand D2A arbeitet. in diesem Zustand sind die Schalter S2, S4 geschlossen, während die Schalter S1, S3, S6, S7, S8 offen sind. Der Masse-Port ist mit dem zweiten Port über zwei Pfade gekoppelt: einen ersten Pfad, der S4 und L1 aufweist; und einen zweiten Pfad, der S4, CF1, S2 und den Induktor L2 aufweist.
  • Wenn das Soll-Ausgangs-zu-Eingangs-Umwandlungsverhältnis VOUT/VIN größer als 0,25 für eine Abwärtswandlung oder kleiner als 4 für eine Aufwärtswandlung ist, betreibt die Ansteuervorrichtung den Leistungswandler in dem vierten Modus.
  • In dem vierten Modus kann die Schaltsequenz die Zustände D1, D2, DP, D1A, D2A umfassen, wie in den 6B bis 6F gezeigt. Zum Beispiel kann eine beispielhafte Sequenz sein: D1 -> D1A -> DP -> D2A -> D2 -> (wiederholen). Der entsprechende Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung wird erhalten durch Anwenden des Volt-Sek.-Ausgleichsprinzips auf die Spannungen der zwei Induktoren L1 und L2 gemäß der Gleichung 5.
  • Wenn der Laststrom gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, kann der Leistungswandler in dem zweiten Modus (Phasen-Shedding-Modus) betrieben werden, in dem die Hälfte des Magnetisierungsstroms durch den Induktor L1 nicht länger durch den fliegenden Kondensator CF2 vorgesehen wird, sondern stattdessen durch den Speicherkondensator CR.
  • In dem Phasen-Shedding-Modus kann die zweite Sequenz von Zuständen die Zustände D1' und DV' umfassen, wie unter Bezugnahme auf die 7A und 7B beschrieben wird.
  • 7A zeigt den DC-DC-Wandler der 5, der in dem Zustand D1' arbeitet. in diesem Zustand sind die Schalter S1 und S7 geschlossen, während die übrigen Schalter S2-S6 und S8 offen sind. Der Masse-Port ist mit dem zweiten Port 504 über einen Pfad gekoppelt, der CR, S7 und L1 aufweist. Der erste Port ist mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt, der S1, CF1 und L1 aufweist.
  • 7B zeigt den DC-DC-Wandler von 5, der in dem Entmagnetisierungszustand DV' arbeitet. in diesem Zustand sind die Schalter S4 und S8 geschlossen, während die übrigen Schalter S1-S3, S5-S7 offen sind. Der Masse-Port ist mit dem zweiten Port 504 über einen Pfad gekoppelt, der S4 und L1 aufweist. Die Masse ist auch mit Masse über einen Pfad gekoppelt, der CF1 und CR aufweist. Während des Induktor-Entmagnetisierungszustands DV' wird Ladung in den Speicherkondensator CR übertragen, um die Ladung des fliegenden Kondensators CF1 auszugleichen. Dies ermöglicht den Ladungsausgleich von CF1 und CR gegen die Ladungsänderung aus Zustand D1'.
  • In dem zweiten Modus wird die Schaltsequenz D1' -> DV' iterativ wiederholt (D1' -> DV' -> D1' -> DV' ...). Die Schaltsequenz umfasst keinen Zustand, an dem der zweite Induktor L2 beteiligt ist. Der entsprechende Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung wird erhalten durch Anwenden des Volt-Sek.-Ausgleichsprinzips auf die Spannung des Induktor L1: V O U T V I N = D 2   D 1 ' = D ,   D V ' = 1 − D   D ∈ [ 0,0,5 ]
    Figure DE102022121344A1_0006
     V O U T V I N = D + 1 6   D 1 ' = 1 + D 3 ,   D V ' = 2 − D 3   D ∈ [ 0,5,1 ]
    Figure DE102022121344A1_0007
  • Um einen reibungslosen Übergang zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus zu erleichtern, kann der Leistungswandler in einem dritten Modus arbeiten, der auch als Übergangsmodus bezeichnet wird. in dem dritten Modus steuert die Ansteuervorrichtung das Netzwerk von Schaltern in einer dritten Sequenz von Zuständen an, in der der Zustand D1 in zwei Unterzustände D1 und D1T aufgeteilt ist; und der Zustand D2 in zwei Unterzustände D2 und D2T aufgeteilt ist. Als Ergebnis kann der Ausgangsstrom zeitweise asymmetrisch über die Induktoren verteilt werden.
  • 8A zeigt den DC-DC-Wandler von 5, der in dem Zustand D1T arbeitet. in diesem Zustand sind die Schalter S1, S3 und S7 geschlossen, während die übrigen Schalter S2, S4, S5, S6 und S8 offen sind. Der Masse-Port ist mit dem zweiten Port 504 über zwei Pfade gekoppelt: einen ersten Pfad, der CR, S7 und L1 aufweist, und einen zweiten Pfad, der S3 und L2 aufweist. Der erste Port ist mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt, der S1, CF1 und L1 aufweist.
  • 8B zeigt den DC-DC-Wandler von 5, der in dem Zustand D2T arbeitet. in diesem Zustand sind die Schalter S4, S5 und S8 geschlossen, während die übrigen Schalter S1, S2, S3, S6 und S7 offen sind. Der Masse-Port ist mit dem zweiten Port 504 über einen ersten Pfad gekoppelt, der S4 und L1 aufweist. Die Masse ist auch mit Masse über einen Pfad gekoppelt, der S4, CF1, S8 und CR aufweist. Der erste Port ist mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt, der S5, CF2 und L2 aufweist.
  • In dem dritten Modus kann die Schaltsequenz für D<0,5 D1 -> D1T -> DV1 -> D2 -> D2T -> DV2 -> (wiederholen) sein. Und für D>0,5 kann die Schaltsequenz entweder D1 -> D1T -> D1A -> DP -> D2A -> D2 -> D2T -> (wiederholen) oder D1 -> D1T -> DP1 -> D1A -> D2A -> DP2 -> D2 -> D2T -> (wiederholen) sein.
  • Ein Erhöhen des Arbeitszyklus der Schaltzustände D1T und D2T steuert den Ausgangsstromanteil des Induktors L2 von 50% auf 0% herunter. Dies liegt daran, dass der fliegende Kondensator CF2 über den Induktor L2 nur innerhalb des Zustands D1 entladen wird, der um die Dauer des Zustands D1T reduziert ist. Gleichzeitig muss der fliegende Kondensator CF2 in dem Zustand D2T den vollen Strom durch den Induktor L2 liefern (ohne Strom von dem fliegenden Kondensator CF1). Dies ist nur möglich, wenn der Strom durch den Induktor L2 reduziert wird.
  • Sobald sich der mittlere Strom durch den Induktor L2 null nähert, kann das Schalten des Induktors L2 gestoppt werden, ohne das übliche Unterschwingen der Ausgangsspannung. Für ein Verlassen des Phasen-Shedding-Betriebs ohne das übliche Überschwingen der Ausgangsspannung kann ein umgekehrter gesteuerter Übergang implementiert werden. Während des Phasen-Sheddings gibt es keinen Welligkeitsstrom (Wechselstrom) durch den Induktor L2 (somit keine Magnetisierung/Entmagnetisierung) und die Schalter S3, S5 und S6 sind statisch offen. Dadurch werden Kernverluste von dem Induktor L2 sowie Schaltverluste von den Schaltern S3, S5 und S6 entfernt. Der Phasen-Shedding-Betrieb fügt Schaltverluste von den Schaltern S7 und S8 hinzu, aber da er typischerweise nur bei mittleren und niedrigen Ausgangsströmen aktiviert wird, können die Schalter S7 und S8 einen höheren Widerstand implementieren und dadurch einen minimalen Schaltverlust. im Ergebnis wird die Wandlereffizienz bei niedrigem und mittlerem Ausgangsstrom gegenüber dem Stand der Technik verbessert, der Induktorphasen nicht „entfernen bzw. deaktivieren“ kann.
  • Der dritte Modus könnte auch verwendet werden, um einen stationären unsymmetrischen Induktorstrom zu implementieren. Dies könnte für Implementierungen nützlich sein, die zwei Induktoren mit unterschiedlichen Stromstärken/größen verwenden.
  • 9 zeigt ein weiteres Diagramm eines DC-DC-Wandlers zum Implementieren des Verfahrens von 4.
  • Die Topologie von 9 ist eine vereinfachte Version der Topologie von 5, bei der der zweite fliegende Kondensator CF2 und die Schalter S5 und S6 entfernt wurden.
  • Die Topologie von 9 kann in dem ersten Modus unter Verwendung der Zustände DVx, D1 und D2 arbeiten, wie unter Bezugnahme auf die 6A, 6C und 6D beschrieben wird, ohne den Strompfad durch CF2. Die Topologie von 9 arbeitet in dem zweiten Modus unter Verwendung der Zustände D1' und DV', die oben unter Bezugnahme auf 7A und 7B beschrieben wurden.
  • Diese Topologie erfordert weniger Schalter, erhöht jedoch die Eingangsstromwelligkeit mit entsprechenden Verlusten und unterstützt nicht die höhere maximale Ausgangsspannung.
  • Es ist offensichtlich, dass ein Phasen-Shedding mit Topologien implementiert werden kann, die mehr als zwei Induktoren und mehr als zwei fliegende Kondensatoren enthalten.
  • Für Fachleute ist daher offensichtlich, dass Variationen der offenbarten Anordnungen möglich sind, ohne von der Offenbarung abzuweichen. Dementsprechend erfolgt die obige Beschreibung des spezifischen Ausführungsbeispiels nur beispielhaft und nicht zum Zweck einer Beschränkung. Für Fachleute ist offensichtlich, dass geringfügige Modifikationen ohne signifikante Änderungen an dem beschriebenen Betrieb vorgenommen werden können.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (14)

  1. Leistungswandler zum Vorsehen einer Ausgangsspannung mit einem Ausgangs-zu-Eingangs-Umwandlungsverhältnis, wobei der Leistungswandler einen Masse-Port, einen ersten Port und einen zweiten Port hat, wobei, wenn der Leistungswandler als Abwärtswandler arbeitet, der erste Port eine Eingangsspannung empfängt und der zweite Port die Ausgangsspannung vorsieht, und, wenn der Leistungswandler als Aufwärtswandler arbeitet, der zweite Port eine Eingangsspannung empfängt und der erste Port die Ausgangsspannung vorsieht; wobei der Leistungswandler einen Speicherkondensator, einen ersten fliegenden Kondensator, einen ersten Induktor und einen zweiten Induktor aufweist, die mit einem Netzwerk von Schaltern gekoppelt sind; und eine Ansteuervorrichtung, die ausgebildet ist, um das Netzwerk von Schaltern mit einer Sequenz von Zuständen während einer Ansteuerperiode anzusteuern; wobei der Leistungswandler in einem ersten Modus betreibbar ist, um einen Ausgangsstrom unter Verwendung sowohl des ersten Induktors als auch des zweiten Induktors zu liefern, und in einem zweiten Modus, um den Ausgangsstrom unter Verwendung des ersten Induktors und ohne Verwendung des zweiten Induktors zu liefern; wobei, wenn ein Laststrom über einem Schwellenwert ist, die Ansteuervorrichtung das Netzwerk von Schaltern in einer ersten Sequenz von Zuständen ansteuert, um den Leistungswandler in dem ersten Modus zu betreiben, und, wenn der Laststrom gleich oder unter dem Schwellenwert ist, die Ansteuervorrichtung das Netzwerk von Schaltern in einer zweiten Sequenz von Zuständen ansteuert, um den Leistungswandler in dem zweiten Modus zu betreiben.
  2. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Sequenz von Zuständen einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand aufweist, wobei in dem ersten Zustand der erste Port mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt ist, der den ersten fliegenden Kondensator und den ersten Induktor aufweist; und wobei die Masse mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt ist, der den Speicherkondensator und den ersten Induktor aufweist; wobei in dem zweiten Zustand die Masse mit der Masse über einen Pfad gekoppelt ist, der den ersten fliegenden Kondensator und den Speicherkondensator aufweist; und wobei die Masse mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt ist, der den ersten Induktor aufweist.
  3. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Netzwerk von Schaltern aufweist einen ersten Schalter zum Koppeln des ersten fliegenden Kondensators mit dem ersten Port; einen zweiten Schalter zum Koppeln des Speicherkondensators mit dem ersten Induktor; einen dritten Schalter zum Koppeln des Speicherkondensators mit dem ersten fliegenden Kondensator; einen ersten Masseschalter zum Koppeln des ersten Induktors mit Masse; einen zweiten Masseschalter zum Koppeln des zweiten Induktors mit Masse; und einen ersten Induktorschalter zum Koppeln des ersten fliegenden Kondensators mit dem zweiten Induktor.
  4. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 3, der einen zweiten fliegenden Kondensator aufweist; wobei das Netzwerk von Schaltern einen vierten Schalter aufweist zum Koppeln des zweiten fliegenden Kondensators mit dem ersten Port; und einen zweiten Induktorschalter zum Koppeln des zweiten fliegenden Kondensators mit dem ersten Induktor.
  5. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei der Leistungswandler in einem dritten Modus betreibbar ist, um zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus überzugehen oder um einen stationären unsymmetrischen Induktorstrom vorzusehen.
  6. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 5, wobei die Ansteuervorrichtung ausgebildet ist, um das Netzwerk von Schaltern in einer dritten Sequenz von Zuständen anzusteuern, um den Leistungswandler in dem dritten Modus zu betreiben, wobei die dritte Sequenz von Zuständen einen dritten Zustand, einen vierten Zustand, einen fünften Zustand und einen sechsten Zustand aufweist.
  7. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 6, wobei in dem dritten Zustand der erste Port mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt ist, der den ersten fliegenden Kondensator und den ersten Induktor aufweist; und wobei die Masse mit dem zweiten Port über zwei Pfade gekoppelt ist, wobei ein erster Pfad den zweiten Induktor aufweist und ein zweiter Pfad den zweiten fliegenden Kondensator und den ersten Induktor aufweist; und wobei in dem vierten Zustand der erste Port mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt ist, der den ersten fliegenden Kondensator und den ersten Induktor aufweist; und wobei die Masse mit dem zweiten Port über zwei Pfade gekoppelt ist, wobei ein erster Pfad den Speicherkondensator und den ersten Induktor aufweist und ein zweiter Pfad den zweiten Induktor aufweist.
  8. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei in dem fünften Zustand der erste Port mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt ist, der den zweiten fliegenden Kondensator und den zweiten Induktor aufweist; und wobei die Masse mit dem zweiten Port über zwei Pfade gekoppelt ist, wobei ein erster Pfad den ersten Induktor aufweist und ein zweiter Pfad den ersten fliegenden Kondensator und den zweiten Induktor aufweist; und wobei in dem sechsten Zustand der erste Port mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt ist, der den zweiten fliegenden Kondensator und den zweiten Induktor aufweist; und wobei die Masse mit der Masse über einen Pfad gekoppelt ist, der den ersten fliegenden Kondensator und den Speicherkondensator aufweist, und wobei die Masse mit dem zweiten Port über einen Pfad gekoppelt ist, der den ersten Induktor aufweist.
  9. Der Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Ansteuervorrichtung konfiguriert ist, um einen Arbeitszyklus des vierten Zustands und des sechsten Zustands allmählich zu erhöhen, um den Strom durch den zweiten Induktor zu reduzieren.
  10. Der Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei in dem ersten Modus die Ansteuervorrichtung ausgebildet ist, um das Netzwerk von Schaltern unter Verwendung einer Sequenz von Zuständen anzusteuern, die den dritten Zustand, den fünften Zustand und einen siebten Zustand aufweisen.
  11. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 10, wobei in dem siebten Zustand der Masse-Port mit dem zweiten Port über einen ersten Pfad gekoppelt ist, der den ersten Induktor aufweist, und einen zweiten Pfad, der den zweiten Induktor aufweist.
  12. Der Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Leistungswandler in einem vierten Modus betreibbar ist; wobei, wenn das Ausgangs-zu-Eingangs-Umwandlungsverhältnis größer als 0,25 für eine Abwärtswandlung oder kleiner als 4 für eine Aufwärtswandlung ist, die Ansteuervorrichtung ausgebildet ist, um das Netzwerk von Schaltern in einer vierten Sequenz von Zuständen anzusteuern, um den Leistungswandler in dem vierten Modus zu betreiben.
  13. Der Leistungswandler gemäß Anspruch 12, wobei die vierte Sequenz von Zuständen den dritten Zustand, den fünften Zustand, einen achten Zustand, einen neunten Zustand und einen zehnten Zustand aufweist; wobei in dem achten Zustand der erste Port mit dem zweiten Port über einen ersten Pfad gekoppelt ist, der den ersten fliegenden Kondensator und den ersten Induktor aufweist; und einen zweiten Pfad, der den zweiten fliegenden Kondensator und den zweiten Induktor aufweist; wobei in dem neunten Zustand die Masse mit dem zweiten Port über einen ersten Pfad gekoppelt ist, der den zweiten fliegenden Kondensator und den ersten Induktor aufweist; und einen zweiten Pfad, der den zweiten Induktor aufweist; wobei in dem zehnten Zustand die Masse mit dem zweiten Port über einen ersten Pfad gekoppelt ist, der den ersten fliegenden Kondensator und den zweiten Induktor aufweist; und einen zweiten Pfad, der den ersten Induktor aufweist.
  14. Verfahren zum Umwandeln von Leistung mit einem Ausgangs-zu-Eingangs-Umwandlungsverhältnis, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Vorsehen eines Leistungswandlers mit einem Masse-Port, einem ersten Port und einem zweiten Port, wobei, wenn der Leistungswandler als Abwärtswandler arbeitet, der erste Port eine Eingangsspannung empfängt und der zweite Port die Ausgangsspannung vorsieht, und, wenn der Leistungswandler als Aufwärtswandler arbeitet, der zweite Port eine Eingangsspannung empfängt und der erste Port die Ausgangsspannung vorsieht; wobei der Leistungswandler einen Speicherkondensator, einen ersten fliegenden Kondensator, einen ersten Induktor und einen zweiten Induktor aufweist, die mit einem Netzwerk von Schaltern gekoppelt sind; und eine Ansteuervorrichtung, die ausgebildet ist, um das Netzwerk von Schaltern mit einer Sequenz von Zuständen während einer Ansteuerperiode anzusteuern; wobei der Leistungswandler in einem ersten Modus betreibbar ist zum Liefern eines Ausgangsstroms unter Verwendung sowohl des ersten Induktors als auch des zweiten Induktors und in einem zweiten Modus zum Liefern des Ausgangsstroms unter Verwendung des ersten Induktors und ohne Verwendung des zweiten Induktors; Ansteuern des Netzwerks von Schaltern in einer ersten Sequenz von Zuständen, um den Leistungswandler in dem ersten Modus zu betreiben, wenn ein Laststrom über einem Schwellenwert ist; Ansteuern des Netzwerks von Schaltern in einer zweiten Sequenz von Zuständen, um den Leistungswandler in dem zweiten Modus zu betreiben, wenn der Laststrom gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist.
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